KR19990009349A - Pressure sensor and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
압력센서 및 그 제작방법에 대해 기술된다. 압력센서는 다이어프램과; 상기 다이아프램에 형성되는 압저항부들과; 상기 다이아프램 상에 형성되어 상기 압저항부들을 전기적으로 연결하는 신호선과; 상기 다이아프램의 하부 가장자리에 형성되는 소정 높이의 프레임를; 구비하고 상기 프레임에 의해 마련된 상기 다이아프램의 하부측 공동부를 폐쇄하는 밀폐부가 마련되어 있다. 이러한 압력센서는 다이아프램의 물리적 변화에 의한 프레임의 변형을 억제할 수 있어서 보다 정밀한 압력의 측정이 가능하고, 프레임에 고정된 밀폐가 다이아프램의 손상에 의한 가스누출을 2차적으로 방지한다.The pressure sensor and its manufacturing method are described. The pressure sensor includes a diaphragm; Piezoresistive parts formed on the diaphragm; A signal line formed on the diaphragm and electrically connecting the piezoresistive parts; A frame having a predetermined height formed at a lower edge of the diaphragm; And a sealing portion for closing the lower cavity of the diaphragm provided by the frame. Such a pressure sensor can suppress the deformation of the frame due to the physical change of the diaphragm, so that more accurate pressure can be measured, and the hermetic seal fixed to the frame prevents gas leakage due to damage of the diaphragm.
Description
본 발명은 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 다이아프램을 지지하는 프레임이 일체화되어 있는 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor and a method of manufacturing the same, and to a pressure sensor and a method of manufacturing the same in which a frame for supporting a diaphragm is integrated.
주어진 응력에 인하여 실리콘의 저항이 변화는 압저항효과(piezoresistive effect)는 각종의 센서에 응용된다. 응력에 의해 나타나는 실리콘 결정의 격자변형은 에너지 밴드구조의 변형으로 나타나는데, 이때에 캐리어들이 한 계곡(valley)에서 다른 계곡으로 천이(intervally scattering)하게 된다. 격자변형의 효과는 캐리어가 높은 유효질량(effective mass)의 상태로 산란되면 결정의 저항율이 증가되고, 그 반대이면 그 저항률은 감소된다. 즉, 응력에 의해 캐리어의 이동도와 분포가 변하게 되고 따라서 저항률이 변화된다. 압저항 효과를 일으키게 하는 응력은 세가지로 구분되는데, 축방향응력(longitudinal stress)은 전류방향에 평행한 응력이고, 횡방향응력(transverse stress)는 전류방향에 수직인 응력이며, 그리고 전단응력(shear stress)은 응력방향이 전류방향과 어긋난 각을 가질때의 응력이다.The change in resistance of silicon due to a given stress, the piezoresistive effect is applied to a variety of sensors. The lattice strain of the silicon crystal, which is caused by stress, is manifested as a deformation of the energy band structure, where the carriers intervally scatter from one valley to another. The effect of the lattice deformation is that the resistivity of the crystal increases when the carrier is scattered in the state of high effective mass, and vice versa. That is, the mobility and distribution of the carrier change due to the stress, and thus the resistivity changes. The stress that causes the piezoresistive effect is divided into three types: axial stress (longitudinal stress) is parallel to the current direction, transverse stress is stress perpendicular to the current direction, and shear stress (shear). stress) is a stress when the stress direction has an angle shifted from the current direction.
도 1과 도 2는 상기와 같은 원리를 이용한 휘스턴 브릿지형 종래 압력센서의 사시도 및 평면도이며, 도 3는 도 1에 도시된 압력센서의 등가 회로 그리고 도 4는 도 3의 III-III선 단면도이다.1 and 2 are a perspective view and a plan view of a Wheatstone bridge type conventional pressure sensor using the principle described above, Figure 3 is an equivalent circuit of the pressure sensor shown in Figure 1 and Figure 4 is a cross-sectional view taken along line III-III of Figure 3 to be.
도 1과 도 2를 참조하면, 하부 가장자리가 프레임(1)에 의해 지지되고 있는 다이아프램(2)의 상면에 저항부(21,22,23,24)와 이들 저항부(21,22,23,24)들을 전기적으로 연결하기 위한 신호선(31,32,33,34,35)이 형성되어 있다. 상기 저항부(21,22,23,24) 및 신호선(31,32,33,34)에 의한 등가회로도는 도 3에 도시된 바와 같이 저항부(21,22,23,24)가 루우프형으로 신호선(31, 32, 33, 34)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 각 신호선(31, 32, 33, 34)에는 단자(31a, 32a, 33a, 34a)들이 마련되어 외부 회로와 전기적으로 접속되도록 되어 있다. 도 4와 도 4의 A 부분의 확대도인 도 5를 참조하면, 다이아프램(2)의 하부 가장자리에 프레임(1)이 마련되어 있고, 상기 프레임(1)의 상부측에 신호선(31, 33)이 마련되고, 신호(31)의 하부에 압저항부(22)가 마련되어 있다. 상기 압저항부(22)는 다른 압저항부(21,23,24)과 마찬가지 상기 다이아프램(2)에 형성되는데, 다이아프램(2)에 형성되는 도핑영역에 의해 마련된다. 상기 다이아프램(2)의 상하 표면에는 절연층(4)이 형성되어 있고, 절연층(4)에는 상기 압저항부(22)에 대응하는 개구부(41)를 가진다. 상기 압저항부(22)는 상기 프레임(1)에서 벗어난 본체부(22a)와 프레임(1)의 위에 위치하는 콘택트부(22b)를 가진다. 상기 신호선(33)은 상기 개구부(41)를 통해 상기 압저항부(22)의 콘택트부(22b)와 전기적으로 접촉된다. 상기 압저항부(22)의 본체부(22a)는 외부압력에 의해 변형되는 다이아프램의 유효영역, 즉 상기 프레임(1)에 겹쳐져 있지 않은 중앙영역에 마련되어 있어서 예를 들어 상기 다이아프램(2)의 상부로부터 가해지는 기체의 압력에 의한 다이아프램(2)의 변형에 대응하여 전기적 저항이 변하게 된다.1 and 2, resistors 21, 22, 23, 24 and these resistors 21, 22, 23 on the upper surface of the diaphragm 2 whose lower edges are supported by the frame 1. Signal lines 31, 32, 33, 34, and 35 for electrically connecting the lines 24 are formed. As shown in FIG. 3, the equivalent circuit diagram of the resistors 21, 22, 23, and 24 and the signal lines 31, 32, 33, and 34 has a loop shape. The signal lines 31, 32, 33, and 34 are electrically connected to each other, and each of the signal lines 31, 32, 33, and 34 is provided with terminals 31a, 32a, 33a, and 34a to be electrically connected to an external circuit. have. Referring to FIG. 5, which is an enlarged view of the portion A of FIGS. 4 and 4, the frame 1 is provided at the lower edge of the diaphragm 2, and the signal lines 31 and 33 are provided on the upper side of the frame 1. A piezoresistive portion 22 is provided below the signal 31. The piezoresistive portion 22 is formed in the diaphragm 2 like the other piezoresistive portions 21, 23, 24, and is provided by a doped region formed in the diaphragm 2. An insulating layer 4 is formed on upper and lower surfaces of the diaphragm 2, and the insulating layer 4 has an opening 41 corresponding to the piezoresistive portion 22. The piezoresistive portion 22 has a main body portion 22a which is out of the frame 1 and a contact portion 22b positioned on the frame 1. The signal line 33 is in electrical contact with the contact portion 22b of the piezoresistive portion 22 through the opening 41. The main body portion 22a of the piezoresistive portion 22 is provided in an effective region of the diaphragm deformed by an external pressure, that is, a central region not overlapped with the frame 1, for example, the diaphragm 2. The electrical resistance changes in response to the deformation of the diaphragm 2 due to the pressure of the gas applied from the top of the.
즉, 압력에 의해 다이아프램이 변형되면, 다이아 프램의 변형에 의해 유기된 응력이 다이아프램에 형성된 압저항부(22)의 저항을 변화시키게 되는데, 응력성분은 다이아프램 길이의 제곱에 비례하고 두께의 제곱에 반비례하기 때문에 다이아프램의 두께를 얇게, 그리고 크기를 크게 할수록 감도가 증가한다. 그러나 다이아프램의 면적이 증가하면 센서 전체의 크기가 커지기 때문에 다이아프램의 면적의 증가를 통해 센서의 감도를 높이는 방안은 바람직하지 못다. 따라서, 감도를 향상시키기 위하여 다이아프램의 두께를 얇게하는 것이 바람직하나, 그러나 두께가 얇아 지면 응력을 견디지 못해 파괴될 우려가 있고, 따라서 이로인해 가스 누출 등의 사고가 발생될 우려가 있다. 이상과 같은 종래 압력센서의 결점은 상기 다이아프램의 과도한 변형에 따른 측정 압력의 부정확성과 과도한 변형의 의해 발생될 수 있는 균열에 따라 가스의 누출될 수 있다는 것으로 이에 대한 해결책이 요구된다.That is, when the diaphragm is deformed by pressure, the stress induced by the diaphragm deforms the resistance of the piezoresistive portion 22 formed in the diaphragm, and the stress component is proportional to the square of the diaphragm length and the thickness thereof. Inversely proportional to the square of, the thinner and larger the diaphragm, the higher the sensitivity. However, as the area of the diaphragm increases, the overall size of the sensor increases, so it is not desirable to increase the sensitivity of the sensor by increasing the area of the diaphragm. Therefore, in order to improve the sensitivity, it is preferable to reduce the thickness of the diaphragm. However, when the thickness is thinner, the diaphragm may not be able to withstand the stress and may be destroyed, thus causing an accident such as gas leakage. The drawback of the conventional pressure sensor as described above is that the solution of the gas may leak due to the inaccuracy of the measured pressure caused by the excessive deformation of the diaphragm and the crack that may be caused by the excessive deformation.
본 발명의 목적은 크기를 확대되지 않고도 감도가 증대된 압력센서와 그 제작방법을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a pressure sensor and a manufacturing method of the increased sensitivity without expanding the size.
또한 본 발명은 다이아프램의 손상을 억제하고, 또한 다이아프램이 손상되어도 가스의 누출을 억제할 수 있도록 창안된 압력센서와 그 제작방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a pressure sensor and a method for manufacturing the same, which are designed to suppress damage to the diaphragm and to suppress leakage of gas even if the diaphragm is damaged.
도 1은 휘스턴 브릿지형 종래 압력센서의 개략적 사시도,1 is a schematic perspective view of a Wheatstone bridge type conventional pressure sensor,
도 2는 도1에 도시된 종래 압력센서의 개략적 평면도,2 is a schematic plan view of the conventional pressure sensor shown in FIG.
도 3는 도1에 도시된 압력센서의 등가 회로,3 is an equivalent circuit of the pressure sensor shown in FIG.
도 4는 도3의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,4 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 3;
도 5는 도 4의 A 부분의 확대도,5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4;
도 6은 본 발명의 압력센서에 따른 실시예의 개략적 사시도,6 is a schematic perspective view of an embodiment according to the pressure sensor of the present invention;
도 7는 도6에 도시된 본 발명의 압력센서에 따른 실시예의 개략적 평면도,7 is a schematic plan view of an embodiment according to the pressure sensor of the present invention shown in FIG.
도 8은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선 단면도,8 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6;
도 9은 도 8의 B 부분의 확대도,9 is an enlarged view of a portion B of FIG. 8;
도 10 내지 도 21은 본 발명의 압력센서의 제작방법의 일실시예의 공정도,10 to 21 is a process diagram of an embodiment of a manufacturing method of a pressure sensor of the present invention,
도 22는 본 발명의 압력센서에 따른 실시예의 일정 온도하의 압력-출력전압 변화 선도,22 is a pressure-output voltage change diagram under a constant temperature of the embodiment according to the pressure sensor of the present invention;
도 23은 30℃에서 100℃까지 온도를 변화시키면서 측정한 압력-출력전압의 변화 선도.Fig. 23 is a change chart of the pressure-output voltage measured while varying the temperature from 30 ° C to 100 ° C.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다이어프램과; 상기 다이아프램에 형성되는 압저항부들과; 상기 다이아프램 상에 형성되어 상기 압저항부들을 전기적으로 연결하는 신호선과; 상기 다이아프램의 하부 가장자리에 형성되는 소정 높이의 프레임과; 상기 프레임에 의해 마련된 상기 다이아프램의 하부측 공동부를 폐쇄하는 밀폐부를; 구비하는 압력센서가 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a diaphragm; Piezoresistive parts formed on the diaphragm; A signal line formed on the diaphragm and electrically connecting the piezoresistive parts; A frame having a predetermined height formed at a lower edge of the diaphragm; A sealing portion for closing the lower cavity of the diaphragm provided by the frame; There is provided a pressure sensor.
상기 본 발명에 따른 압력센서에 있어서, 상기 공동부는 소정의 진공상태를 유지되는 것이 바람직하다.In the pressure sensor according to the present invention, the cavity is preferably maintained in a predetermined vacuum state.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 다이아프램의 하부측 가장자리에 일정폭과 높이를 가지는 프레임을 형성하는 단계; 상기 다이아프램의 위에 압저항부 및 신호선을 포함하는 전기적 회로를 형성하는단계; 상기 프레임의 하단부에 밀폐부를 고정하여 상기 프레임의 내측에 마련된 공동부를 밀폐시키는 단계;를 포함하는 압력센서의 제작방법이 제공된다.In addition, according to the present invention to achieve the above object, forming a frame having a predetermined width and height on the lower edge of the diaphragm; Forming an electrical circuit on the diaphragm including a piezoresistive portion and a signal line; A method of manufacturing a pressure sensor is provided, the method comprising: sealing a cavity at a lower end of the frame to seal a cavity provided inside the frame.
상기 본 발명의 제작방법에 있어서, 상기 밀폐부의 고정단계는 정전접합법을 적용하는 것이 바람직하며, 특히 정전접합법은 일정한 진공압을 유지하는 진공채임버내에서 실시하는 것이 바람직하다.In the manufacturing method of the present invention, the fixing step of the sealing unit is preferably applied to the electrostatic bonding method, in particular, the electrostatic bonding method is preferably carried out in a vacuum chamber to maintain a constant vacuum pressure.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 압력센서와 그 제작방법의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the pressure sensor and its manufacturing method according to the present invention.
도 6과 도 7을 참조하면, 그 하부 가장자리가 프레임(100)에 의해 지지되고 있는 다이아프램(200)의 상면에 저항부(210, 220, 230, 240)와 이들 저항부(210, 220, 230, 240)들을 전기적으로 연결하기 위한 신호선(310, 320, 330, 340, 350)이 소정 패턴으로 형성되어 있다. 상기 저항부(210, 220, 230, 240) 및 신호선(310, 320, 330, 340)는 종래와 같이 휘스톤 브리지 회로망을 구성한다. 즉, 저항부(210, 220, 230, 240)가 루우프형으로 신호선(310, 320, 330, 340)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 각 신호선(310, 320, 330, 340)에는 단자(310a, 320a, 330a, 340a)들이 마련되어 외부 회로와 전기적으로 접속되도록 되어 있다. 도 8와 도 8의 B 부분의 확대도인 도 9를 참조하면, 다이아프램(200)의 하부 가장자리에 프레임(100)이 마련되어 있고, 상기 프레임(100)의 상부측에 신호선(310, 330)이 마련되고, 신호(310)의 하부에 압저항부(220)가 마련되어 있다. 상기 압저항부(220)는 다른 압저항부(210, 230, 240)과 마찬가지 상기 다이아프램(200)에 형성되는데, 다이아프램(200)에 형성되는 도핑영역에 의해 마련된다. 상기 다이아프램(200)의 상하 표면에는 절연층(400)(400a)이 형성되어 있고, 상부 절연층(400a)에는 상기 압저항부(220)에 대응하는 개구부(410)를 가진다. 상기 압저항부(220)는 상기 프레임(100)에서 벗어난 본체부(220a)와 프레임(100)의 위에 위치하는 콘택트부(220b)를 가진다. 상기 신호선(330)은 상기 개구부(410)를 통해 상기 압저항부(220)의 콘택트부(220b)와 전기적으로 접촉된다. 상기 압저항부(220)의 본체부(220a)는 외부압력에 의해 변형되는 다이아프램(200)의 유효영역, 즉 상기 프레임(100)에 겹쳐져 있지 않은 중앙영역에 마련된다. 이상에서 설명된 부분은 종래 기술과 같은 것으로서 그 특징적 요소는 다음에 설명되는 밀폐부(500)이다. 상기 밀폐부(500)는 상기 다이아프램(200)의 저부에 상기 프레임(100)에 의해 마련된 공동부(600)를 밀폐한다. 상기 공동부(600)는 일정한 기압을 유지할 수 도 있으며, 그러나 고진공상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 밀폐부(500)는 상기 프레임(100)에 대해 접착제에 의해 고정된 것이다.6 and 7, resistors 210, 220, 230, and 240 and upper resistors 210, 220, 230, and 240 are provided on the upper surface of the diaphragm 200 whose lower edge is supported by the frame 100. Signal lines 310, 320, 330, 340, and 350 for electrically connecting the 230 and 240 are formed in a predetermined pattern. The resistor parts 210, 220, 230, and 240 and the signal lines 310, 320, 330, and 340 constitute a Wheatstone bridge network as in the related art. That is, the resistors 210, 220, 230, and 240 are looped and electrically connected by the signal lines 310, 320, 330, and 340, and the terminals 310a are connected to the signal lines 310, 320, 330, and 340. , 320a, 330a, and 340a are provided to be electrically connected to an external circuit. Referring to FIG. 9, which is an enlarged view of the portion B of FIGS. 8 and 8, a frame 100 is provided at a lower edge of the diaphragm 200, and signal lines 310 and 330 are provided on an upper side of the frame 100. The piezoresistive unit 220 is provided below the signal 310. The piezoresistive unit 220 is formed in the diaphragm 200 like other piezoresistive units 210, 230, and 240, and is provided by a doped region formed in the diaphragm 200. Insulating layers 400 and 400a are formed on upper and lower surfaces of the diaphragm 200, and an opening 410 corresponding to the piezoresistive unit 220 is formed in the upper insulating layer 400a. The piezoresistive part 220 has a main body part 220a which is out of the frame 100 and a contact part 220b positioned on the frame 100. The signal line 330 is in electrical contact with the contact portion 220b of the piezoresistive portion 220 through the opening 410. The main body part 220a of the piezoresistive part 220 is provided in an effective area of the diaphragm 200 that is deformed by an external pressure, that is, a central area not overlapped with the frame 100. The part described above is the same as the prior art, and its characteristic element is the sealing part 500 which will be described later. The sealing part 500 seals the cavity 600 provided by the frame 100 at the bottom of the diaphragm 200. The cavity 600 may maintain a constant air pressure, but preferably maintains a high vacuum state. The seal 500 is fixed to the frame 100 by an adhesive.
위의 구조에 있어서, 일례로 상기 프레임(100)과 다이아프램(200)은 n-Si 으로 형성되며, 상기 절연층(400)(400a)은 SiO2로 형성될 수 있다. 그러나 상기 상기 프레임(100)과 다이아프램(200)은 p-Si 으로도 형성되고 그외 요소도 기판 소재의 변경에 대응하여 일반적인 기술에 따라 변경할 수 있다. 그러나, 여러 가지 측면에서 상기 프레임(100)과 다이아프램(200)은 n-Si으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 본 실시예에서와 같이 n-SI를 사용하여 압저항부를 p형으로 설계하는 경우, 다이아프램(200)의 소재인 Si (001)결정면에 대해 압저항체가 110의 결정방향으로 놓이도록 하며, 반대로 p-Si를 사용하는 압저항부를 n형으로 설계하는 경우 SI 의 (001)면에 대해 압저항부가 100 결정방향으로 놓이도록 해야한다.In the above structure, for example, the frame 100 and the diaphragm 200 may be formed of n-Si, and the insulating layers 400 and 400a may be formed of SiO 2 . However, the frame 100 and the diaphragm 200 may also be formed of p-Si, and other elements may be changed according to general techniques in response to a change in substrate material. However, in various aspects, the frame 100 and the diaphragm 200 are preferably formed of n-Si. For example, when the piezoresistor is designed to be p-type using n-SI as in this embodiment, the piezoresistor is placed in the crystal direction of 110 with respect to the Si (001) crystal surface, which is a material of the diaphragm 200. On the contrary, when the piezoresistive part using p-Si is designed as n type, the piezoresistive part should be placed in the 100 crystal direction with respect to the (001) plane of SI.
이하에서는 n-Si를 웨이퍼의 재료로 사용하는 경우를 들어서 설명된다.Hereinafter, the case where n-Si is used as the material of the wafer will be described.
이하 본 발명에 따른 압력센서의 제작방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이 SDB(Silicon-Direct-Bonding)에 의해 제작된 n-Si 기판을 마련한다. 도 10에서 n-Si 제1기판(100a)은 프레임(100)으로 성형될 부분이며, n-Si 제2기판(100b)은 다이아프램으로 성형될 부분이며, 400은 SiO2절연층이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the manufacturing method of the pressure sensor according to the present invention. As shown in FIG. 10, an n-Si substrate manufactured by silicon-direct-bonding (SDB) is prepared. In FIG. 10, the n-Si first substrate 100a is a part to be formed into the frame 100, the n-Si second substrate 100b is a part to be formed into a diaphragm, and 400 is an SiO 2 insulating layer.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(100a)의 상면과 제2기판(100b)의 저면에 제1, 제2SiO2막(400a, 701)을 형성하고, 이에 이어 제2기(100b)의 저면에 의해 Si3N4막(702)을 형성한다. 여기에서 SiO2막(400a, 702)은 1150℃ 온도하에서 3시간동안 습식산화법에 의해 약 0.8 마이크로미터의 두께로 형성하며, Si3N4막(702)는 일반적인 LPCVD 법에 의해 0.15마이크로미터의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 11, first and second SiO 2 films 400a and 701 are formed on an upper surface of the first substrate 100a and a bottom surface of the second substrate 100b, followed by a second group 100b. ) Forms a Si 3 N 4 film 702. Here, the SiO 2 films 400a and 702 are formed to a thickness of about 0.8 micrometers by wet oxidation method at 1150 ° C. for 3 hours, and the Si 3 N 4 film 702 is 0.15 micrometers by the general LPCVD method. Form to thickness.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1산화막(400a)과 제2산화막(702)의 위에 소정 패턴의 제1, 제2 마스크(801)(802)를 형성하다. 이때에 제1마스크(801)는 압저항부와 시그널라인의 패턴에 대응되는 형태를 가지며, 제2마스크(802)는 프레임의 형태에 대응되는 패턴을 가지도록 한다. .As shown in FIG. 12, first and second masks 801 and 802 of a predetermined pattern are formed on the first oxide film 400a and the second oxide film 702. At this time, the first mask 801 has a shape corresponding to the pattern of the piezoresistive part and the signal line, and the second mask 802 has a pattern corresponding to the shape of the frame. .
도 13에 도시된 바와 같이, 플라즈마 에칭법등과 같은 건식에칭법에 의해 상기 제2마스크(802)에 덮히지 않은 Si3N4의 가운데 부분을 제거한다.As shown in FIG. 13, the center portion of Si 3 N 4 not covered by the second mask 802 is removed by a dry etching method such as a plasma etching method or the like.
도 14에 도시된 바와 같이 BHF 등을 이용한 습식에칭법에 의해 상기 제1마스크(801)과 제2마스크(802)에 덮히지 않은 제1산화막(400a)과 제2산화막(701)의 노출부분을 에칭한다.As shown in FIG. 14, exposed portions of the first oxide film 400a and the second oxide film 701 which are not covered by the first mask 801 and the second mask 802 by a wet etching method using BHF or the like. Etch it.
도 15에 도시된 바와 같이 상기 제1마스크(801)와 제2마스크(802)를 제거한다.As shown in FIG. 15, the first mask 801 and the second mask 802 are removed.
도 16에 도시된 바와 같이 제1산화막(400a)에 덮히지 않은 상기 제1기판(100a)의 노출부분을 일정깊이로 붕소 이온을 도핑하여 압저항부(220)를 형성한다. 이때에 압저항체의 저항을 약 2.0 ㏀으로 맞추기 위하여 붕소 원자 도즈(dose) 양은 3Ｘ1015/cm2이며, 가속에너지는 100keV의 가속에너지로 설정하였다.As illustrated in FIG. 16, the piezoresistive part 220 is formed by doping boron ions to a predetermined depth in the exposed portion of the first substrate 100a not covered by the first oxide film 400a. At this time, in order to adjust the resistance of the piezoresistor to about 2.0 kPa, the boron atom dose was 3Ｘ10 15 / cm 2 , and the acceleration energy was set to an acceleration energy of 100 keV.
도 17에 도시된 바와 같이 제1산화막(400a)과 압저항부(220) 위에 Si3N4막(803)을 LPCVD법에 의해 0.15마이크로미터의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 17, a Si 3 N 4 film 803 is formed on the first oxide film 400a and the piezoresistor 220 to a thickness of 0.15 micrometers by LPCVD.
도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제2산화막(701)과 Si3N4막에 덮히지 않은 제2기판(100b)의 노출부분을 85℃의 온도를 유지하는 KOH용액으로 이방성 식각을 행하여 프레임(100)을 형성한다.As shown in FIG. 18, the exposed portions of the second oxide film 701 and the second substrate 100b not covered by the Si 3 N 4 film are anisotropically etched with a KOH solution maintaining a temperature of 85 ° C. Form 100.
도 19에 도시된 바와 같이 상기 제1산화막(400a)와 압저항부(220)위에 형성된 Si3N4막(803)을 RF 플라즈마로 제거한다.As shown in FIG. 19, the Si 3 N 4 film 803 formed on the first oxide film 400a and the piezoresistor 220 is removed by RF plasma.
도 20에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피법 및 진공증착법에 의해 Al 으로된 신호선(310, 320)을 소정 패턴으로 형성하여 각 신호선이 대응하는 각 압저항부에 전기적으로 접촉되도록 한다. 신호선을 형성한 후 450℃의 질소분위기에서 30분간 열처리한다.As shown in FIG. 20, signal lines 310 and 320 made of Al are formed in a predetermined pattern by photolithography and vacuum deposition so that each signal line is in electrical contact with each corresponding piezoresistor. After forming the signal line, heat treatment is carried out for 30 minutes in a nitrogen atmosphere of 450 ℃.
도 21에 도시된 바와 같이 상기 프레임(100)의 하부에 잔류하는 제2산화막(701)과 Si3N4막(702)을 제거한 후 10-5Torr 이하의 진공상태에서 프레임(100)의 하부의 하단부에 밀폐부(500)를 고정시키되, 밀폐부(500)에 의해 폐쇄된 공동부(600)은 소정의 진공상태를 유지하도록 한다. 이때에 사용되는 밀폐부(500)의 소재로는 유리가 바람직하며, 접합법으로서는 일정한 접촉압력하에서의 진공 정전접합법을 이용한다. 정전접합법은 일정한 진공도를 유지하는 채임버 내에 정전접합장치가 마련된 일반적 장치를 적용한다. 이러한 정전접합법에 의하면 Si으로 된 프레임과 유리로된 밀폐부가 물리적으로 부분 접촉된 상태에서 고온 하의 접촉계면에서의 이온이동에 의해 화학적 결합에 의해 공극이 없이 상호 고착 상태로 되게 되는데, 먼저 정전기력에 의해 접촉된 상태에서 Si-O-Si의 화학적 결합에 의해 상호 고착되게 된다. 본 실시예에서는 밀폐부의 소재로 파이랙스(Pyrex) #7740의 적용하였다. 정전접합시 양극을 기판에 접촉시키고 밀폐부를 음극에 접촉시켰다. 정전접합시 사용되는 밀폐부 소재는 융점 아래의 온도에서 가열될 때 약간의 도전성을 띄어야 한다. 그리고 전극은 밀폐부에 이동전하를 공급하지 않아야 하며, 접촉계면의 거칠기가 1마이크로미터 이하인 것이 바람직하며, 0.46마이크로 미터 이상이면 완전한 접합이 어렵고 계면이 청결해야 한다. 또한 프레임과 밀폐부 소재의 열팽창계수가 일정범위 내에서 같이 있어야 한다.As shown in FIG. 21, after removing the second oxide film 701 and the Si 3 N 4 film 702 remaining in the lower portion of the frame 100, the lower portion of the frame 100 is in a vacuum state of 10 −5 Torr or less. The sealing part 500 is fixed to the lower end of the cavity 600 closed by the sealing part 500 to maintain a predetermined vacuum state. Glass is preferable as a material of the sealing part 500 used at this time, and the vacuum electrostatic bonding method under constant contact pressure is used as a joining method. The electrostatic bonding method applies a general apparatus in which an electrostatic bonding apparatus is provided in a chamber maintaining a constant vacuum degree. According to the electrostatic bonding method, when the frame made of Si and the glass sealing part are in physical contact with each other, the ions move at the contact interface under high temperature, thereby causing mutual fixation without a gap by chemical bonding. In the contacted state, they are fixed to each other by chemical bonding of Si-O-Si. In this example, Pyrex # 7740 was used as a sealing material. At the time of electrostatic bonding, the positive electrode was brought into contact with the substrate and the sealing part was brought into contact with the negative electrode. Sealing materials used in electrostatic bonding shall be slightly conductive when heated at temperatures below the melting point. In addition, the electrode should not supply moving charges to the sealing part, and the contact interface roughness should be 1 micrometer or less, and if it is 0.46 micrometer or more, perfect bonding should be difficult and the interface should be clean. In addition, the coefficient of thermal expansion of the frame and the enclosing material shall be present within a certain range.
도 22는 본 발명에 따른 압력센서의 특성을 보인 것으로서 5.5℃의 상온 하에서 압력변화에 따른 출력전압 변화 선도이며, 도23은 30℃에서 100℃까지 온도를 변화시키면서 측정한 압력별 출력 전압의 변동을 보인 선도이다.22 is a diagram showing the characteristics of the pressure sensor according to the present invention is a diagram of the output voltage change according to the pressure change at room temperature of 5.5 ℃, Figure 23 is the variation of the output voltage for each pressure measured while varying the temperature from 30 ℃ to 100 ℃ This is the leading figure.
이러한 본 발명에 따른 압력센서의 특성은 대기압에서 400mmH2O까지 변화될때에 다이아프램의 변에 수직하게 배치된 압저항부는 선형적으로 증가되는 한편, 수평하게 배치된 압저항부는 선형적으로 감소됨으로서 우수하게 나타난다. 특히 구조적으로 프레임 내측의 공동부를 일정한 진공압을 유지하도록 밀폐함과 아울러 프레임을 물리적으로 지탱해주는 밀폐부에 의해 고정되어 있는 상태이기 때문에 다이아프램의 물리적 변화에 의한 프레임의 변형을 억제할 수 있어서 보다 정밀한 압력의 측정이 가능하게 된다. 뿐 아니라 프레임에 고정된 밀폐부는 만약에 경우 발생될 수 있는 다이아프램의 손상에 의한 가스누출을 2차적으로 방지함으로써 가스누출에 의한 사고발생을 억제억제한다. 이러한 본 발명에 따른 압력센서는 일반적인 압력 측정은 물론 위험한 가스의 압력 측정, 특히 가스누출방지 시스템 등에 적용할 수 있다.The characteristic of the pressure sensor according to the present invention is that the piezoresistive parts disposed perpendicular to the sides of the diaphragm are linearly increased when the pressure sensor changes from atmospheric pressure to 400 mmH 2 O, while the piezoresistive parts arranged horizontally are linearly reduced. Excellent. In particular, since the cavity inside the frame is sealed to maintain a constant vacuum pressure and is fixed by a seal that physically supports the frame, deformation of the frame due to physical change of the diaphragm can be suppressed. Precise pressure measurement is possible. In addition, the sealing part fixed to the frame suppresses the occurrence of an accident due to the gas leakage by secondly preventing the gas leakage due to the damage of the diaphragm which may occur in case. The pressure sensor according to the present invention can be applied to general pressure measurement as well as pressure measurement of dangerous gas, in particular, gas leakage prevention system.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970031722A KR19990009349A (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Pressure sensor and manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970031722A KR19990009349A (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Pressure sensor and manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990009349A true KR19990009349A (en) | 1999-02-05 |
Family
ID=66039273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970031722A KR19990009349A (en) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | Pressure sensor and manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR19990009349A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101355838B1 (en) * | 2006-01-06 | 2014-01-27 | 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 | Pressure sensor with silicon frit bonded cap |
-
1997
- 1997-07-09 KR KR1019970031722A patent/KR19990009349A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101355838B1 (en) * | 2006-01-06 | 2014-01-27 | 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 | Pressure sensor with silicon frit bonded cap |
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| A201 | Request for examination | ||
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| WITB | Written withdrawal of application |