KR101531088B1 - 관성센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 관성센서는 가요부와, 상기 가요부에 연결된 질량체와, 상기 가요부에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 가요부에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위해 상기 가요부의 일면부에 형성된 상부 압저항체와 타면부에 형성된 하부 압저항체를 포함한다.
Description
본 발명은 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 관성센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 관성센서는 가속도와 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 가요부인 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출할 수 있는 것이다.
구체적으로, 관성센서를 이용하여 가속도를 측정하는 방식을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 가속도는 뉴턴의 운동법칙 "F=ma" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서, "F"는 질량체에 작용하는 관성력, "m"은 질량체의 질량, "a"는 측정하고자 하는 가속도이다. 이중, 질량체에 작용하는 관성력(F)을 감지하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다.
한편, 관성센서의 일예로서, 선행기술문헌을 포함한 종래기술에 따른 압저항방식의 가속도 센서는 질량체의 변위를 감지하기 위해서 멤브레인(다이어프램)의 상부에 압저항체가 구비된다. 하지만 압저항체를 단층으로 포함함에 따라 질량체의 변위를 검출함에 있어 한계가 있는 문제점을 지니고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 관점은 가요부의 상부 및 하부에 각각 형성된 상부 압저항체와 하부 압저항체로 부터 각각 변위를 검출하고, 이에 따른 검출신호를 합산하여 관성력을 산출함에 따라 센싱감도 및 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소형 및 경량화로 구현가능한 관성센서 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 관성센서는 가요부와, 상기 가요부에 연결된 질량체와, 상기 가요부에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 가요부에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위해 상기 가요부의 일면부에 형성된 상부 압저항체와 타면부에 형성된 하부 압저항체를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 가요부는 상기 상부 압저항체에 전기적으로 연결된 상부 압저항 배선과, 상기 하부 압저항체에 전기적으로 연결된 하부 압저항 배선을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 가요부는 상기 하부 압저항체 및 하부 압저항 배선에 형성된 멤브레인층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 가요부는 상기 상부 압저항 배선 및 상기 하부 압저항 배선에 전기적으로 연결된 메탈배선을 더 포함하고, 상기 메탈배선을 상기 가요부의 외부로 노출된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 가요부는 상기 메탈배선이 상부 압저항 배선 및 하부 압저항 배선과 연결되도록 메탈 비아홀이 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 가요부는 상기 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선을 커버하는 보호층을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 상부 압저항체 및 상기 하부 압저항체는 질량체에 인접하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 상부 압저항체 및 하부 압저항체는 각각 상기 질량체를 중심으로 양측에 서로 대칭되도록 2개가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 상부 압저항 배선 및 상기 하부 압저항 배선은 상기 지지부에 인접하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 상부 압저항체 및 하부 압저항체는 각각 상기 지지부에 인접하고, 서로 대칭되도록 2개가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법은 (A) 베이스 기판에 하부 압저항 배선 형성을 형성하는 하부 압저항 배선 형성단계와, (B) 상기 하부 압저항 배선에 접하도록 하부 압저항체를 형상하는 하부 압저항체 형성단계와, (C) 상기 하부 압저항체 및 하부 압저항 배선에 멤브레인층을 형성하는 멤브레인층 형성단계와, (D) 상기 멤브레인층에 상부 압저항체와 상부 압저항 배선이 접하도록 상부 압저항체와 상부 압저항 배선을 형성하는 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서, 상기 베이스 기판에 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 실리콘 산화막에 하부 압저항 배선을 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (A) 단계에서, 상기 하부 압저항 배선은 베이스 기판의 중앙부를 중심으로 양측으로 2개씩 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (B) 단계에서, 상기 하부 압저항체는 베이스 기판의 중앙부를 중심으로 양측으로 2개씩 형성하여 제1 하부 압저항체, 제2 하부 압저항체, 제3 하부 압저항체 및 제4 하부 압저항체를 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (D) 단계에서, 상기 상부 압저항체는 베이스 기판의 중앙부를 기준으로 양측에 각각 2개씩 형성하여 제1 상부 압저항체, 제2 상부 압저항체, 제3 상부 압저항체 및 제4 상부 압저항체를 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (D) 단계이후, (E) 상기 상부 압저항체 및 상부 압저항 패드의 상부에 보호층을 형성하는 보호층 형성단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (E) 단계이후, (F) 하부 압저항 배선 및 상기 상부 압저항 배선에 메탈배선이 각각 연결되도록 메탈배선 삽입경로를 멤브레인층 및 보호층에 형성시키는 비아홀 형성단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (F) 단계이후, (G) 상기 비아홀에 메탈을 충전하는 메탈 충전단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (G) 단계이후, (H) 상기 비아홀에 충전된 메탈과 접하도록 메탈배선을 증착하고 패턴을 형성시키는 메탈배선 증착 및 패턴형성단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 관성센서를 제조하는 일실시예에 따른 관성센서 제조방법에 있어서, 상기 (H) 단계이후, (i) 베이스 기판에 선택적으로 에칭하여 질량체 및 지지부를 형성시킨 것을 특징으로 하는 질량체 및 지지부 형성단계를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 의하면 가요부의 상부 및 하부에 각각 형성된 상부 압저항체와 하부 압저항체로 부터 각각 변위를 검출하고, 이에 따른 검출신호를 합산하여 관성력을 산출함에 따라 센싱감도 및 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소형 및 경량화로 구현가능한 관성센서 및 그의 제조방법을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 3은 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 4는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 5는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 6은 도 1에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도.
도 7a 내지 도 7i는 도 6에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도로서, 도 7a는 하부 압저항 배선 형성단계이고, 도 7b는 하부 압저항체 형상단계이고, 도 7c는 멤브레인층 형성단계이고, 도 7d는 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 형성단계이고, 도 7e는 보호층 형성단계이고, 도 7f는 비아홀 형성단계이고, 도 7g는 메탈 충전단계이고, 도 7h는 메탈 증착 및 패턴형성단계이고, 도 7i는 질량체 및 지지부 형성단계.
도 2는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 3은 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 4는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 5는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조.
도 6은 도 1에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도.
도 7a 내지 도 7i는 도 6에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도로서, 도 7a는 하부 압저항 배선 형성단계이고, 도 7b는 하부 압저항체 형상단계이고, 도 7c는 멤브레인층 형성단계이고, 도 7d는 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 형성단계이고, 도 7e는 보호층 형성단계이고, 도 7f는 비아홀 형성단계이고, 도 7g는 메탈 충전단계이고, 도 7h는 메탈 증착 및 패턴형성단계이고, 도 7i는 질량체 및 지지부 형성단계.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 관성센서(100)는 가요부(110), 질량체(120) 및 지지부(130)를 포함한다.
그리고 상기 가요부(110)는 판상으로 형성되고, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다.
그리고 상기 질량체(120)는 가요부(110)의 일면에 결합되고, 관성력, 외력, 코리올리힘, 구동력등에 의해 변위가 발생된다.
그리고 상기 지지부(130)는 가요부의 일면에 결합되고, 상기 질량체(120)가 변위가능하도록 부상상태로 지지된다.
이때, 상기 질량체(120)은 가요부(110)의 중앙부에 위치되고, 상기 지지부(130)는 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체(120)가 변위가능하도록 중공부에 위치되고, 상기 지지부(130)은 가요부(110)의 테두리부에 위치됨에 따라, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
또한, 상기 질량체(120)는 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 상기 지지부(130)는 원기둥 또는 사각기둥형상으로 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 질량체(120) 및 지지부(130)의 형상은 이에 한정되지 않고, 당업계에 공지된 모두 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 가요부(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정이 용이한 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 선택적으로 식각하여 형성할 수 있다.
따라서, 질량체(190)와 가요부(110) 사이와, 지지부(130)와 가요부(110) 사이에는 SOI 기판의 실리콘 산화막(115, SiO2)이 잔존할 수 있다. 다만, 가요부(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 반드시 SOI 기판을 식각하여 형성하여야 하는 것은 아니고, 일반적인 실리콘 기판 등을 식각하여 형성할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 관성센서의 가요부의 기술구성, 형상, 유기적 결합 및 작용효과에 대하여 보다 자세히 기술한다.
상기 가요부(110)는 상부 압저항체(111), 하부 압저항체(112), 압저항 배선(113), 메탈 배선(114), 실리콘 산화막(115), 멤브레인층(116) 및 보호층(117)으로 이루어진다.
또한, 적층순서에 따라, 상기 질량체(120)가 결합되는 상기 가요부(110)의 하단부에는 실리콘 산화막(115)이 형성되고, 상기 실리콘 산화막(115)의 상부에는 하부 압저항체(112) 및 하부 압저항 배선이(113b)이 배치된다. 그리고 상기 하부 압저항체(112) 및 압저항 배선의 상부에 멤브레인층(116)이 배치되고, 상기 멤브레인층(116)의 상부에 상부 압저항체(111) 및 상부 압저항 배선(113a)이 형성된다. 그리고 상기 상부 압저항체(111) 및 상부 압저항 배선(113a)의 상부에는 보호층(117)이 형성되고, 상기 보호층(117)의 상부에 메탈 배선(114)가 노출된다.
또한, 상기 가요부(110)는 일면부에 상부 압저항체(111)가 형성되고, 타면부에 하부 압저항체(112)가 형성됨에 따라 복층구조로 이루어진다. 그리고 상기 상부 압저항체(111)와 하부 압저항체(112)로 부터 각각 검출된 신호를 합산하여 관성력을 산출함에 따라 센싱감도 및 효율을 향상시키기 위한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 상부 압저항체(111)는 적층방향을 기준으로 상기 멤브레인층(116)의 상부에 형성되고, 상기 하부 압저항체(112)는 멤브레인층(116)의 하부에 형성된다. 이는 가요부(110)의 변위가 발생될 경우, 가요부의 상부 및 하부에서 스트레스가 가장 많이 발생되는 것을 고려한 것이다.
또한, 상기 상부 압저항체(111) 및 상기 하부 압저항체(112)는 상기 가요부(110)의 탄성변형에 따라 저항이 변화된다. 그리고 상기 상부 압저항체(112) 및 상기 하부 압저항체(112)는 가요부(110)에 결합된 상기 질량체(120)에 인접하도록 형성된다. 이는 상기 질량체(120)의 변위발생시 질량체(120)에 인접하여 스트레스가 가장 많이 발생되는 것을 고려한 것이다.
또한, 상기 상부 압저항체(112) 및 상기 하부 압저항체(112)는 가요부에 결합된 상기 지지부(120)에 인접하도록 형성된다. 이는 질량체(120)의 변위발생시 상기 지지부(120)에 인접하여 스트레스가 많이 발생되는 것을 고려한 것이다.
즉, 상기 상부 압저항체(111)는 제1 상부 압저항체(111a), 제2 상부 압저항체(111b), 제3 상부 압저항체(111c) 및 제4 상부 압저항체(111d)로 형성되고, 상기 제1 상부 압저항체(111a) 및 제4 상부 압저항체(111d)는 지지부에 인접하도록 형성되고, 상기, 제2 상부 압저항체(111b), 제3 상부 압저항체(111c)는 질량부(120)에 인접하도록 형성된다.
그리고 상기 하부 압저항체(112b)는 제1 하부 압저항체(112a), 제2 하부 압저항체(112b), 제3 하부 압저항체(112c) 및 제4 하부 압저항체(112d)로 형성되고, 상기 제1 하부 압저항체(112a) 및 제4 하부 압저항체(112d)는 지지부에 인접하도록 형성되고, 상기, 제2 하부 압저항체(112b), 제3 하부 압저항체(112c)는 질량부(120)에 인접하도록 형성된다.
그리고 상기 상부 압저항체(111) 및 상기 하부 압저항체(112)는 가요부(110)이 벤딩될 경우 서로 반대방향의 스트레스를 받음에 따라, 이에 따른 신호를 합산하여 센싱한다. 또한 상기 상부 압저항체(111) 및 하부 압저항체(112)에 따른 신호검출 및 센싱방법은 도 2-5를 통해 자세히 기술한다.
다음으로, 상기 압저항 배선(113)은 상부 압저항체(111)에 전기적으로 연결된 상부 압저항 배선(113a)와, 상기 하부 압저항체(112)에 전기적으로 연결된 하부 압저항 배선(113b)으로 이루어진다.
그리고 상기 메탈 배선(114)은 상기 상부 압저항 배선(113a)과 하부 압저항 배선(113b)에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 상부 압저항체(111) 및 상기 하부 압저항체(112)로 부터 검출된 신호를 와이어 본딩등을 통해 외부 기판등과 연결되도록 가요부(110)의 외부로 노출된다.
또한, 상기 메탈배선(114)이 상부 압저항 배선(113a) 및 상기 하부 압저항 배선(113b)에 각각 연결될 수 있도록 상기 멤브레인층(116)에는 비아홀이 형성될 수 있다.
그리고 상기 실리콘 산화막(115)는 전술한 바와 같이, 상기 질량체(120)와 가요부(110) 사이와, 지지부(130)와 가요부(110) 사이에 형성되고, 상기 실리콘 산화막(115)의 상부에 하부 압저항체(112) 및 하부 압저항 배선(113b)가 위치될 수 있다.
그리고 상기 보호층(passivation)(117)은 상기 가요부(110)의 상부구조 즉, 상기 상부 압저항체(111) 및 상부 압저항 배선(113a)을 보호하기 위한 것이다. 또한, 상기 보호층(117)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 이용하여 형성될 수 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명에 일실시예에 따른 관성센서는 가요부(110)의 상부 및 하부에 각각 형성된 상부 압저항체(111)와 하부 압저항체(112)로 부터 각각 변위를 검출하고, 이에 따른 검출신호를 합산하여 관성력을 산출함에 따라 센싱감도 및 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소형 및 경량화로 구현가능한 관성센서를 얻을 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 의한 신호검출에 대하여 자세히 기술한다.
도 2는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조이다. 보다 구체적으로, 도 2(a)는 X축 방향에 대한 상부 압저항체의 저항변화를 검출하기 위한 휘스톤 브릿지 구조이고, 도 2(b)는 X축 방향에 대한 하부 압저항체의 저항변화를 검출하기 위한 휘스톤 브릿지 구조이다.
도시된 바와 같이, VX1-, VX1+ 와 VX2-, VX2+ 사이에 걸리는 전압을 합산해서 2배의 신호를 얻을 수 있다. 그리고 X축 방향 1G가 가해질 경우 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 저항변화는 하기의 표 1과 같다.
| 상부 압저항체 | 111a | 111b | 111c | 111d |
| 저항변화 | - | + | - | + |
| 하부 압저항체 | 112a | 112b | 112c | 112d |
| 저항변화 | + | _ | + | _ |
도 3은 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제1 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조이다. 보다 구체적으로, 도 3(a)는 Z축 방향에 대한 상부 압저항체의 저항변화를 검출하기 위한 휘스톤 브릿지 구조이고, 도 3(b)는 Z축 방향에 대한 하부 압저항체의 저항변화를 검출하기 위한 휘스톤 브릿지 구조이다.
도시된 바와 같이, VZ1-, VZ1+ 와 VZ2-, VZ2+ 사이에 걸리는 전압을 합산해서 2배의 신호를 얻을 수 있다. 그리고 Z축 방향 1G가 가해질 경우 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 저항변화는 하기의 표 1과 같다.
| 상부 압저항체 | 111a | 111b | 111c | 111d |
| 저항변화 | + | - | - | + |
| 하부 압저항체 | 112a | 112b | 112c | 112d |
| 저항변화 | - | + | + | _ |
도 4는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 일축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조이다. 도시된 바와 같이, VX-와 VX+ 사이에 걸리는 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 전압을 합산해서 2배의 신호를 얻을 수 있다. 그리고 X축 방향으로 1G가 가해질 경우 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 저항변화는 하기의 표 3과 같다.
| 상부 압저항체 | 111a | 111b | 111c | 111d |
| 저항변화 | - | + | - | + |
| 하부 압저항체 | 112a | 112b | 112c | 112d |
| 저항변화 | + | - | + | _ |
도 5는 도 1에 도시한 관성센서에 있어서, 타축방향 신호검출 위한 제2 실시예에 따른 휘스톤 브릿지 구조이다. 도시된 바와 같이, VZ-와 VZ+ 사이에 걸리는 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 전압을 합산해서 2배의 신호를 얻을 수 있다. 그리고 Z축 방향으로 1G가 가해질 경우 상부 압저항체 및 하부 압저항체의 저항변화는 하기의 표 3과 같다.
| 상부 압저항체 | 111a | 111b | 111c | 111d |
| 저항변화 | + | - | - | + |
| 하부 압저항체 | 112a | 112b | 112c | 112d |
| 저항변화 | - | + | + | _ |
이하, 도 6 및 도 7을 참조로 본 발명에 관성센서의 제조방법에 대하여 보다 자세히 기술한다.
도 6은 도 1에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도시한 바와 같이, 상기 관선센서의 제조방법(S100)은 하부 압저항 배선 형성단계(S110), 하부 압저항체 형상단계(S120), 멤브레인층 형성단계(S130), 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 형성단계(S140), 보호층 형성단계(S150), 비아홀 형성단계(S160), 메탈 충전단계(S170), 메탈 증착 및 패턴형성단계(S180), 질량체 및 지지부 형성단계(S190)로 이루어진다.
도 7a는 하부 압저항 배선 형성단계를 도시한 것이다. 보다 구체적으로 질량체 및 지지부를 형성하게 될 SOI 또는 베이스 기판에 하부 압저항 배선(113b)을 형성한다. 또한, 상기 베이스 기판에 실리콘 산화막(115)을 형성하고, 상기 실리콘 산화막(115)의 일면에 하부 압저항 배선(113b)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 SOI는 N type SOI로 구현될 수 있다. 또한, 상기 압저항 배선은 후공정으로 형성될 질량체를 중심으로 양측에 하부 압저항체가 2개씩 형성되고 상기 하부 압저항체에 각각 연결될 수 있도록 상기 하부 압저항 배선(113b)이 각각 2개씩 형성된다.
도 7b는 하부 압저항체 형상단계를 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 하부 압저항체(112)는 상기 하부 압저항 배선(113b)에 접하도록 형성시킨다. 또한, 상기 하부 압저항 배선(113b)이 베이스 기판 또는 SOI의 중심부를 기준으로 양측에 2개씩 형성됨에 따라 이에 각각 연결되도록 상기 하부 압저항체는 가요부의 중심부를 기준으로 양측에 각각 2개씩 형성되어, 제1 하부 압저항체(112a), 제2 하부 압저항체(112b), 제3 하부 압저항체(112c) 및 제4 하부 압저항체(112d)로 형성된다.
도 7c는 멤브레인층 형성단계를 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 하부 압저항체(112) 및 상기 하부 압저항 배선(113b)에 멤브레인층(116)을 형성시킨다. 이를 위한 일실시예로서 상기 멤브레인층(116)은 폴리 실리콘을 증착하여 형성될 수 있고, 상기 폴리 실리콘은 N type 폴리 실리콘으로 구현될 수 있다.
도 7d는 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 형성단계를 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 멤브레인층(116)의 상부에 상부 압저항체(111)와 상부 압저항 배선(113a)를 형성시킨다.
그리고 상기 상부 압저항체(111)와 상기 상부 압저항 배선(113a)는 서로 접촉하도록 형성시킨다. 또한 상기 상부 압저항체(111)는 상기 하부 압저항체(112)에 대향되도록 형성시킨다. 즉, 상기 상부 압저항체(111)는 가요부의 중심부를 기준으로 양측에 각각 2개씩 형성되어, 제1 상부 압저항체(111a), 제2 상부 압저항체(111b), 제3 상부 압저항체(111c) 및 제4 상부 압저항체(111d)로 형성된다.
그리고 상기 상부 압저항 배선(113a)는 상기 제1 상부 압저항체(111a), 제2 상부 압저항체(111b), 제3 상부 압저항체(111c) 및 제4 상부 압저항체(111d)에 각각 연결되도록 형성된다.
또한, 상기 상부 압저항 배선(113a)는 상기 하부 압저항체(112)에 연결된 하부 압저항 배선(113b)에 대향되도록 형성시킬 수 있다.
도 7e는 보호층 형성단계를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 상기 상부 압저항체(111) 및 상부 압저항 배선(113a)에 보호층(Passivation layer)(117)을 형성시킨다. 또한 상기 보호층(117)은 상기 상부 압저항체(111) 및 상기 상부 압저항 배선(113a) 뿐만 아니라, 이들이 형성된 멤브레인층(116)을 전부 커버하도록 형성된다. 또한, 상기 보호층(117)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 이용하여 형성될 수 있다.
도 7f는 비아홀 형성단계를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 상기 비아홀(116a)은 상기 하부 압저항 배선(113b) 및 상기 상부 압저항 배선(113a)와 메탈배선(114)이 각각 연결되도록 메탈배선 삽입경로를 형성시키기 위한 것이다.
이를 위해 상기 보호층(117) 및 멤브레인층(116)에 비아홀(116a, 117a)를 형성시킨다. 이때 상기 비아홀(116a, 117a)을 외부로부터 상기 하부 압저항 배선(113b)와 상기 상부 압저항 배선(113a)이 연결되도록 형성시킨다.
도 7g는 메탈 충전단계를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 6f에 도시된 비아홀(116a, 117a)에 각각 메탈(114a)을 충전시킨다. 이때, 상기 충전된 메탈(114a)이 상기 하부 압저항 배선(113a) 또는 상기 상부 압저항 배선(113a)와 접하도록 메탈(114a)을 주입한다.
도 7h는 메탈 증착 및 패턴형성단계를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 비아홀에 충전된 메탈(114a)과 접하도록 메탈배선(114)을 증착하고, 패턴을 형성시킨다.
도 7i는 질량체 및 지지부 형성단계를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, SOI 기판 등 베이스 기판을 선택적으로 에칭하여 질량체(120) 및 지지부(130)를 형성시킨다. 또한, 상기 질량체(120)는 상기 하부 압저항체(112)에 인접하도록 형성되고, 상기 지지부(130)도 상기 하부 압저항체(112)에 인접하도록 형성된다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 상층 및 하층 압저항체를 포함하여, 소형 경량화가 가능할 뿐만 아니라 감도가 향상된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 관성센서 110: 가요부
111 : 상부 압저항체 111a : 제1 상부 압저항체
111 : 제2 상부 압저항체 111c : 제3 상부 압저항체
111d : 제4 상부 압저항체 112 : 하부 압저항체
112a : 제1 상부 압저항체 112b : 제2 상부 압저항체 112c : 제3 상부 압저항체 112d : 제4 상부 압저항체
113: 압저항 배선 113a : 상부 압저항 배선
113b : 하부 압저항 배선 114 : 메탈 배선
114a : 메탈
115: 실리콘 산화막 116 : 멤브레인층
117 : 보호층 120 : 질량체
130 : 지지부
111 : 상부 압저항체 111a : 제1 상부 압저항체
111 : 제2 상부 압저항체 111c : 제3 상부 압저항체
111d : 제4 상부 압저항체 112 : 하부 압저항체
112a : 제1 상부 압저항체 112b : 제2 상부 압저항체 112c : 제3 상부 압저항체 112d : 제4 상부 압저항체
113: 압저항 배선 113a : 상부 압저항 배선
113b : 하부 압저항 배선 114 : 메탈 배선
114a : 메탈
115: 실리콘 산화막 116 : 멤브레인층
117 : 보호층 120 : 질량체
130 : 지지부
Claims (20)
- 가요부;
상기 가요부에 연결된 질량체; 및
상기 가요부에 연결되고 상기 질량체를 변위가능하도록 부유상태로 지지하는 지지부를 포함하고,
상기 가요부에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위해 상기 가요부에 상기 질량체가 연결된 연결방향에 대하여 상기 가요부의 일면부에 형성된 상부 압저항체과 타면부에 형성된 하부 압저항체를 포함하고,
상기 가요부는
상기 상부 압저항체에 전기적으로 연결된 상부 압저항 배선과,
상기 하부 압저항체에 전기적으로 연결된 하부 압저항 배선 및
상기 하부 압저항체 및 하부 압저항 배선에 형성된 멤브레인층을 포함하는 관성센서.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 가요부는
상기 상부 압저항 배선 및 상기 하부 압저항 배선에 전기적으로 연결된 메탈배선을 더 포함하고, 상기 메탈배선을 상기 가요부의 외부로 노출된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 4에 있어서,
상기 가요부는
상기 메탈배선이 상부 압저항 배선 및 하부 압저항 배선과 연결되도록 메탈 비아홀이 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 5에 있어서,
상기 가요부는
상기 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선을 커버하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 1에 있어서,
상기 상부 압저항체 및 상기 하부 압저항체는 질량체에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 7에 있어서,
상기 상부 압저항체 및 하부 압저항체는 각각 상기 질량체를 중심으로 양측에 서로 대칭되도록 2개가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 1에 있어서,
상기 상부 압저항체 및 상기 하부 압저항체는 상기 지지부에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- 청구항 9에 있어서,
상기 상부 압저항체 및 하부 압저항체는 각각 상기 지지부에 인접하고, 서로 대칭되도록 2개가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
- (A) 베이스 기판에 하부 압저항 배선을 형성하는 하부 압저항 배선 형성단계;
(B) 상기 하부 압저항 배선에 접하도록 하부 압저항체를 형성하는 하부 압저항체 형성단계;
(C) 상기 하부 압저항체 및 하부 압저항 배선에 멤브레인층을 형성하는 멤브레인층 형성단계; 및
(D) 상기 멤브레인층에 상부 압저항체과 상부 압저항 배선이 접하도록 상부 압저항체와 상부 압저항 배선을 형성하는 상부 압저항체 및 상부 압저항 배선 단계를 포함하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 (A) 단계에서,
상기 베이스 기판에 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 실리콘 산화막에 하부 압저항 배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 (A) 단계에서,
상기 하부 압저항 배선은 베이스 기판의 중앙부를 중심으로 양측으로 2개씩 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 (B) 단계에서,
상기 하부 압저항체는 베이스 기판의 중앙부를 중심으로 양측으로 2개씩 형성하여 제1 하부 압저항체, 제2 하부 압저항체, 제3 하부 압저항체 및 제4 하부 압저항체를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 (D) 단계에서,
상기 상부 압저항체는 베이스 기판의 중앙부를 기준으로 양측에 각각 2개씩 형성하여 제1 상부 압저항체, 제2 상부 압저항체, 제3 상부 압저항체 및 제4 상부 압저항체를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 (D) 단계이후,
(E) 상기 상부 압저항체 및 상부 압저항 패드의 상부에 보호층을 형성하는 보호층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 16에 있어서,
상기 (E) 단계이후,
(F) 하부 압저항 배선 및 상기 상부 압저항 배선에 메탈배선이 각각 연결되도록 메탈배선 삽입경로를 멤브레인층 및 보호층에 형성시키는 비아홀 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (F) 단계이후,
(G) 상기 비아홀에 메탈을 충전하는 메탈 충전단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 (G) 단계이후,
(H) 상기 비아홀에 충전된 메탈과 접하도록 메탈배선을 증착하고 패턴을 형성시키는 메탈배선 증착 및 패턴형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법.
- 청구항 19에 있어서,
상기 (H) 단계이후,
(i) 베이스 기판에 선택적으로 에칭하여 질량체 및 지지부를 형성시킨 것을 특징으로 하는 질량체 및 지지부 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서 제조방법
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