KR19980048730A - Manufacturing Method of Semiconductor Acceleration Sensor - Google Patents

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백승호
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오상수
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본 발명은 반도체 가속도 센서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄, 니켈-크롬, 금을 금속층으로 사용하여 RIE공정을 하지 않고도 습식식각에 의해 빔을 형성시킬 수 있도록 된 반도체 가속도 센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor, and more particularly to manufacturing a semiconductor acceleration sensor that can form a beam by wet etching without using a RIE process using aluminum, nickel-chromium, gold as a metal layer. It is about a method.

이를 위하여 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 형성된 매스의 유동에 따른 압저항체의 저항값변화에 의해 외부로부터 가해지는 가속도를 감지하는 반도체 가속도센서의 제조방법에 있어서,To this end, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor for sensing the acceleration applied from the outside by the resistance value change of the piezoresistor according to the flow of the mass formed on the silicon wafer,

상기 압저항체(3) 위에 알루미늄(4)을 증착시키는 단계, 상기 알루미늄층(4)을 소정 형태로 패터닝하는 단계, 상기 패터닝된 알루미늄층위에 니켈-크롬층(6)과 금층(7)을 순차적으로 증착시키는 단계, 상기 증착된 니켈-크롬/금층을 상기 패터닝된 알루미늄층을 완전히 커버할 수 있도록 알루미늄 패턴보다 큰 배선패턴으로 니켈-크롬/금층을 패터닝하는 단계, 실리콘 식각용액인 TMAH(Tetramethylammoniumhydroxide)용액에 의해 실리콘 웨이퍼의 일부분을 식각하여 상기 매스(20)를 지지하는 빔(30)을 형성시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.Depositing aluminum (4) on the piezoresistor (3), patterning the aluminum layer (4) in a predetermined form, and sequentially forming a nickel-chromium layer (6) and a gold layer (7) on the patterned aluminum layer. Depositing the nickel-chromium / gold layer on the deposited nickel-chromium / gold layer with a wiring pattern larger than the aluminum pattern so as to completely cover the patterned aluminum layer; and tetramethylammoniumhydroxide (TMAH), which is a silicon etching solution. Etching a portion of the silicon wafer by a solution to form a beam 30 supporting the mass 20.

Description

반도체 가속도 센서의 제조방법Manufacturing Method of Semiconductor Acceleration Sensor

본 발명은 반도체 가속도 센서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄(Al), 니켈(Ni)-크롬(Cr) 및 금(Au)을 금속층으로 사용하여 RIE공정과 같은 복잡한 공정을 수행하지 않고도 간단한 습식식각에 의해 동일한 구조체를 형성시킬 수 있도록 된 반도체 가속도 센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor, and more particularly, aluminum (Al), nickel (Ni) -chromium (Cr) and gold (Au) as a metal layer does not perform a complex process such as RIE process The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor that can form the same structure by simple wet etching.

일반적으로 사용되는 반도체 가속도 센서는 도 1에 도시된 평면도에서 보는 바와 같이, 실리콘기판(1)상에 소정의 반도체 제조공정을 통하여 형성되며 가속도에 의해 저항값이 변화되는 압저항체(3)와, 전기적 도선의 역할을 하는 금속층 및 외부로부터가해지는 가속도를 힘으로 변환하여 빔(30)에 전달시키는 매스(20)를 구성시켜 이루어진다.A semiconductor acceleration sensor generally used is a piezoresistor 3 formed on a silicon substrate 1 through a predetermined semiconductor manufacturing process as shown in the plan view shown in FIG. 1 and whose resistance value is changed by acceleration; A metal layer serving as an electric conductor and a mass 20 converting the acceleration applied from the outside into a force and transmitting the same to the beam 30 are formed.

이러한 구조를 갖는 종래 반도체 가속도 센서의 제조공정은 도 2에 도시한 바와 같으며, 먼저 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(1)의 윗면에 실리콘 산화막(2)을 성장시킨 후 압저항체를 형성시키기 위하여 실리콘 산화막(2)의 적정부분을 식각한다. 다음 (b)에서는 실리콘 산화막(2)의 식각된 부분에는 가속도에 의해 생긴 빔의 응력에 대해 저항값이 변하는 압저항체(3)를 이온주입에 의하여 형성한다.The manufacturing process of the conventional semiconductor acceleration sensor having such a structure is as shown in FIG. 2, and first, as shown in FIG. 2A, the silicon oxide film 2 is grown on the upper surface of the silicon substrate 1. An appropriate portion of the silicon oxide film 2 is etched to form a piezoresistor. In the next (b), a piezoresistor 3 is formed in the etched portion of the silicon oxide film 2 by ion implantation in which the resistance value changes with respect to the stress of the beam caused by the acceleration.

이후 (c)에서와 같이 도선의 역할을 하는 알루미늄(Al)을 압저항체(3)가 형성된 부분에 증착시킨 후 (d)에서와 같이 아랫면의 실리콘을 식각시키기 전에 윗면의 알루미늄이 식각용액에 의해 식각되는 것을 방지하기 위한 알루미늄 보호막(5)으로 일정 패턴의 감광막(PR:photoresist) 혹은 실리콘 산화막을 알루미늄층(4) 위에 형성시킨다.Thereafter, as shown in (c), aluminum (Al) serving as a conductive wire is deposited on the portion where the piezoresistor 3 is formed, and then, as shown in (d), the aluminum on the upper surface is etched by the etching solution. As a protective film 5 to prevent etching, a photoresist (PR) or silicon oxide film having a predetermined pattern is formed on the aluminum layer 4.

다음 단계 (e)에서는 RIE(Reactive Ion Etching)공정에 의해 실리콘 기판의 빔이 되는 부분을 제외한 아래 위 관통되는 부분의 실리콘을 식각한 뒤 (f)에서는 마지막으로 금속층의 보호막(5)으로 형성된 감광막 혹은 실리콘 산화막을 제거하여 반도체 가속도 센서의 구조를 완성하게 된다.In the next step (e), the silicon is etched through the upper and lower portions except for the beam of the silicon substrate by a reactive ion etching (RIE) process, and in (f), the photoresist film formed of the protective film 5 of the metal layer is finally formed. Alternatively, the silicon oxide film is removed to complete the structure of the semiconductor acceleration sensor.

그러나, 이러한 종래의 제조방법에 있어서 알루미늄등의 금속층 형성후에 빔형성을 위한 실리콘층을 식각하기 위해서는 RIE공정을 수행해야 하며, 이때 RIE공정시 알루미늄을 보호하기 위하여 보호막을 형성시켜야 하며, 실리콘 식각부분을 패터닝해야 하는 번거로움이 있었다.However, in the conventional manufacturing method, after forming a metal layer such as aluminum, the RIE process must be performed to etch the silicon layer for beam formation, and at this time, a protective film must be formed to protect the aluminum during the RIE process. There was a hassle to pattern.

한편, 일반적인 실리콘 식각용액으로는 KOH용액이 많이 사용되는 데 대부분 널리 사용되는 금속물질인 알루미늄(Al)이 KOH용액에 견딜수 없기 때문에 고가의 장비를 사용하는 RIE공정이 불가피하였다.On the other hand, as a general silicon etching solution, a lot of KOH solution is used, but the most widely used metal material aluminum (Al) can not withstand the KOH solution, RIE process using expensive equipment was inevitable.

따라서, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 빔형성을 위한 실리콘층의 식각시 알루미늄층을 실리콘 식각액으로부터 보호함과 동시에 RIE공정을 수행하지 않고 간단히 습식식각이 가능하도록 된 반도체 가속도 센서의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, in the present invention, a method of manufacturing a semiconductor accelerometer sensor which is capable of simply wet etching without performing an RIE process while protecting an aluminum layer from a silicon etchant during etching a silicon layer for beam formation. Is to provide.

도 1은 종래 반도체 가속도 센서의 평면도,1 is a plan view of a conventional semiconductor acceleration sensor,

도 2는 종래 반도체 가속도 센서의 제조방법을 보인 도,2 is a view showing a method of manufacturing a conventional semiconductor acceleration sensor;

도 3은 본 발명에 따른 반도체 가속도 센서의 제조방법을 보인 도이다.3 is a view showing a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1...실리콘기판,2...실리콘산화막,Silicon substrate, silicon oxide film,

3...압저항체,4...알루미늄(Al),3 ... piezoresistive, 4 ... aluminum (Al),

5...보호막,6...니켈(Ni)-크롬(Cr),5 ... shield, 6 ... nickel (Ni) -chromium (Cr),

7...금(Au),20...매스,7 ... Au, 20 ... mass,

30...빔.30 ... beam.

이러한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 가속도 센서의 제조방법은 실리콘 웨이퍼에 형성된 매스의 유동에 따른 압저항체의 저항값변화에 의해 외부로부터 가해지는 가속도를 감지하는 반도체 가속도센서의 제조방법에 있어서,In order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor for sensing acceleration applied from the outside by a change in resistance value of a piezoresistor according to the flow of mass formed on a silicon wafer. ,

상기 압저항체 위에 알루미늄을 증착시키는 단계, 상기 알루미늄층을 소정 형태로 패터닝하는 단계, 상기 패터닝된 알루미늄층위에 니켈-크롬과 금을 순차적으로 증착시키는 단계, 상기 증착된 니켈-크롬/금층을 상기 패터닝된 알루미늄층을 완전히 커버할 수 있도록 알루미늄 패턴보다 큰 배선패턴으로 니켈-크롬/금층을 패터닝하는 단계, 실리콘 식각용액인 TMAH(Tetramethylammoniumhydroxide)용액에 의해 실리콘 웨이퍼의 일부분을 식각하여 상기 매스를 지지하는 빔을 형성시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.Depositing aluminum on the piezoresistor, patterning the aluminum layer in a predetermined form, depositing nickel-chromium and gold sequentially on the patterned aluminum layer, and patterning the deposited nickel-chromium / gold layer. Patterning the nickel-chromium / gold layer with a wiring pattern larger than the aluminum pattern so as to completely cover the aluminum layer, and etching a part of the silicon wafer by TMAH (Tetramethylammoniumhydroxide) solution, which is a silicon etching solution, to support the mass It characterized in that it comprises a step of forming.

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 반도체 가속도 센서는 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1)상에 소정의 반도체 제조공정을 통하여 형성되며 가속도에 의해 저항값이 변하는 압저항체(3)와, 전기적 도선의 역할을 하는 알루미늄 금속층 및 외부로부터 가해지는 가속도를 힘으로 변환하여 빔(30)에 전달하는 매스(20)를 형성시켜 이루어진다.Hereinafter, the configuration and the effect according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail. First, as shown in FIG. 1, the semiconductor acceleration sensor according to the present invention is formed on a silicon substrate 1 through a predetermined semiconductor manufacturing process, and has a piezoresistor 3 whose electrical resistance is changed by acceleration, and an electrical conductor wire. The aluminum metal layer and the acceleration applied from the outside is converted into a force to form a mass 20 to transmit to the beam 30.

도 3은 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 가속도 센서의 제조방법을 도시한 것이다. 본 발명의 반도체 가속도 센서의 제조방법은 도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 (a)의 단계에서 실리콘 기판(1)의 윗면에 실리콘 산화막(2)을 성장시킨 후 압저항체를 형성시키기 위하여 실리콘 산화막(2)의 적정부분을 식각하게 된다. 다음 (b)에서는 실리콘 산화막(2)의 식각된 부분에 가속도에 의해 생긴 빔의 응력에 대해 저항값이 변하는 압저항체(3)를 이온주입에 의하여 형성시킨다.3 shows a method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to the present invention having such a configuration. In the method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor of the present invention, as shown in FIG. 3, first, the silicon oxide film 2 is grown on the top surface of the silicon substrate 1 in the step (a), and then the silicon oxide film is formed to form a piezoresistor. The appropriate part of (2) is etched. In the next (b), a piezoresistor 3 is formed in the etched portion of the silicon oxide film 2 by ion implantation in which the resistance value changes with respect to the stress of the beam caused by the acceleration.

이후 (c)에서와 같이 도선의 역할을 하는 알루미늄(4)을 압저항체(3)가 형성된 부분에 증착시킨 후 금속층의 패턴을 정의하여 금속배선부분을 형성하고, 패터닝된 알루미늄층위에 실리콘 식각액인 TMAH(Tetramethylammoniumhydroxide)용액으로부터 알루미늄을 보호하기 위하여 금(Au)을 증착시키게 된다.Thereafter, as shown in (c), aluminum 4, which serves as a conductive wire, is deposited on a portion in which the piezoresistor 3 is formed, and then a metal layer is defined by defining a pattern of the metal layer, and a silicon etching solution is formed on the patterned aluminum layer. Gold is deposited to protect aluminum from TMAH (Tetramethylammoniumhydroxide) solution.

그러나, 이때 금(Au)과 알루미늄의 접촉저항을 좋게 하기 위하여 버퍼층으로 니켈-크롬을 알루미늄위에 증착시키게 된다. 즉, (d)에서는 빔을 형성시키기 위하여 아랫면의 실리콘을 식각시키기 전에 윗면의 알루미늄이 식각용액에 의해 식각되는 것을 방지하기 위하여 니켈(Ni)-크롬(Cr)/금(Au)을 알루미늄 금속층(4) 위에 형성시킨다. 이때 니켈(Ni)-크롬(Cr)층에서 크롬(Cr)은 금(Au)과 알루미늄(Al)간의 접착성을 향상시키기 위함이고, 니켈(Ni)은 금(Au)이 실리콘 속으로 확산해 들어가는 것을 방지하기 위하여 각각 증착되어지는 것이다.However, in this case, in order to improve the contact resistance between gold and aluminum, nickel-chromium is deposited on aluminum as a buffer layer. That is, in (d), nickel (Ni) -chromium (Cr) / gold (Au) is added to the aluminum metal layer to prevent the aluminum on the upper surface from being etched by the etching solution before etching the silicon on the lower surface to form the beam. 4) Formed on. In this case, chromium (Cr) in the nickel (Ni) -chromium (Cr) layer is to improve the adhesion between gold (Au) and aluminum (Al), and nickel (Ni) diffuses gold (Au) into silicon. It is deposited separately to prevent entry.

특히, 이때 금층을 소정 형태로 패터닝하기 위하여 금 식각공정시 금 식각액에 의해 알루미늄의 밑부분이 식각되는 것을 방지하기 위한 방법으로 니켈-크롬/금의 금속보호막을 패터닝할 때 전단계에서 형성된 알루미늄의 패턴보다 큰 배선패턴 마스크를 사용하여 니켈-크롬/금층이 알루미늄층을 완전히 커버하도록 패터닝함으로써 금식각액으로부터 알루미늄을 보호할 수 있도록 한다.In particular, the pattern of aluminum formed in the previous step when patterning the metal protective film of nickel-chromium / gold as a method for preventing the bottom portion of aluminum from being etched by the gold etchant during the gold etching process in order to pattern the gold layer in a predetermined form. Larger wiring pattern masks are used to pattern the nickel-chromium / gold layer to completely cover the aluminum layer to protect the aluminum from the gold etchant.

한편, 상기 금(Au)은 알루미늄과 달리 실리콘을 식각하기 위한 식각 용액인 TMAH용액에서 잘 부식되지 않고 수 시간동안 견딜수 있으므로 별도의 보호박막이 필요하지 않다. 따라서, 금속마스킹 공정이 완료되면 단계 (e)에서는 니켈(Ni)-크롬(Cr) 및 금(Au)층을 알루미늄층(4)의 보호물질로 하여 TMAH용액과 같은 실리콘 식각용액에 의해 실리콘 기판(1)의 빔이 되는 부분을 제외한 아래 위 관통되는 부분의 실리콘을 식각하여 매스를 지지하기 위한 빔을 형성시킴으로써 반도체 가속도 센서의 구조를 완성시키게 된다.On the other hand, the gold (Au), unlike aluminum does not need to be corroded in the TMAH solution which is an etching solution for etching silicon well for several hours, so there is no need for a separate protective film. Therefore, when the metal masking process is completed, in step (e), the silicon substrate is made of a silicon etching solution such as a TMAH solution using a nickel (Ni) -chromium (Cr) and a gold (Au) layer as a protective material of the aluminum layer 4. The structure of the semiconductor acceleration sensor is completed by forming a beam for supporting the mass by etching the silicon in the upper and lower portions except for the beams of (1).

이와 같이 전술한 방법에 의해 제조되는 본 발명에 따른 가속도 센서를 물체에 장착하면 물체의 가속도가 센서에 전달되고, 가속도에 비례하여 센서의 매스가 움직이게 되며 이때 매스를 지지하고 있는 빔이 일정 정도 휘게됨으로써 빔에 응력이 발생하게 되고 빔위에 있는 압저항체의 저항값이 변화하게 된다. 따라서, 압저항체의 저항값의 변화를 검출함으로써 물체의 가속도를 판단할 수 있게 되는 것이다.As such, when the acceleration sensor according to the present invention manufactured by the above method is mounted on an object, the acceleration of the object is transmitted to the sensor, and the mass of the sensor moves in proportion to the acceleration, and the beam supporting the mass is bent to a certain degree. As a result, stress is generated in the beam and the resistance value of the piezoresistor on the beam is changed. Therefore, the acceleration of the object can be determined by detecting the change in the resistance value of the piezoresistor.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 가속도 센서의 제조방법에 의하여 알루미늄층을 실리콘을 식각시키기 위한 식각용액으로부터 보호하기 위하여 니켈(Ni)-크롬(Cr)/금(Au)층을 알루미늄(Al)층위에 증착시킴으로써 고가의 장비를 사용하는 RIE공정과 같은 복잡한 공정을 거치지 않고, 실리콘 식각용액인 TMAH용액에 의해 실리콘을 식각하는 단순화된 공정에 의하여 동일한 구조체를 얻을 수 있으며, 그에 따라 경제적인 비용 부담을 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.As described above, the nickel (Ni) -chromium (Cr) / gold (Au) layer may be formed of aluminum (in order to protect the aluminum layer from the etching solution for etching silicon by the method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to the present invention). By depositing on the Al) layer, the same structure can be obtained by a simplified process of etching silicon with a TMAH solution, which is a silicon etching solution, without going through a complicated process such as an RIE process using expensive equipment. It will provide the effect of reducing the cost burden.

또한, 알루미늄층의 증착과 금속층 보호막의 증착 후에 각각 다른 배선패턴 마스크를 사용하여 금속층이 알루미늄층을 충분히 커버하도록 패턴을 형성시킴으로써 금식각액에 의한 알루미늄층의 손상을 방지할 수 있게 된다.In addition, after the deposition of the aluminum layer and the deposition of the metal layer protective film, respectively, by using a different wiring pattern mask to form a pattern such that the metal layer sufficiently covers the aluminum layer, it is possible to prevent damage of the aluminum layer by the fast etching solution.

Claims (1)

실리콘 웨이퍼에 형성된 매스의 유동에 따른 압저항체의 저항값변화에 의해 외부로부터 가해지는 가속도를 감지하는 반도체 가속도센서의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor for detecting the acceleration applied from the outside by the resistance value change of the piezoresistor according to the flow of the mass formed on the silicon wafer, 상기 압저항체(3) 위에 알루미늄(4)을 증착시키는 단계,Depositing aluminum (4) on the piezoresistor (3), 상기 알루미늄층(4)을 소정 형태로 패터닝하는 단계,Patterning the aluminum layer 4 to a predetermined shape, 상기 패터닝된 알루미늄층위에 니켈-크롬층(6)과 금층(7)을 순차적으로 증착시키는 단계,Sequentially depositing a nickel-chromium layer 6 and a gold layer 7 on the patterned aluminum layer; 상기 증착된 니켈-크롬(6) 및 금층(7)을 상기 패터닝된 알루미늄층을 완전히 커버할 수 있도록 알루미늄 패턴보다 큰 배선패턴으로 패터닝하는 단계,Patterning the deposited nickel-chromium 6 and gold layer 7 into a wiring pattern larger than an aluminum pattern so as to completely cover the patterned aluminum layer; 실리콘 식각용액인 TMAH(Tetramethylammoniumhydroxide)용액에 의해 실리콘 웨이퍼(1)의 일부분을 식각하여 상기 매스(20)를 지지하는 빔(30)을 형성시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 가속도 센서의 제조방법.Forming a beam 30 supporting the mass 20 by etching a portion of the silicon wafer 1 with a TMAH (Tetramethylammoniumhydroxide) solution, which is a silicon etching solution. .
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