KR19990034822A

KR19990034822A - 각속도센서의 제조방법

Info

Publication number: KR19990034822A
Application number: KR1019970056519A
Authority: KR
Inventors: 제우성; 조중래; 서임춘
Original assignee: 오상수; 만도기계 주식회사
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-15

Abstract

본 발명은 각속도센서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 실리콘 기판을 방향에 무관하게 수직으로 가공할 수 있으며 임의의 형상을 형성할 수 있는 각속도센서의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 각속도센서의 제조방법에서는 건식에칭(Dry etch)방법인 고밀도 저압 플라즈마 에칭으로 센서엘리먼트를 형성한다. 플라즈마 가스는 전기적 파괴에 의하여 생성되며 가스의 종류에 따라서 강한 화학반응을 일으킨다. 고밀도 저압 플라즈마를 이용하는 에칭방법은 산란이 일어나지 않는다.

본 발명에 따른 각속도 센서의 제조방법에 의한 고밀도 플라즈마에칭에 의하여, 결정방향에 무관하게 수직단면을 실리콘에서 형성할 수 있으며 언더컷없이 깊이 에칭할 수 있다. 그리하여 진동자를 임의의 형상으로 에칭할 수 있다. 그래서 언더컷등에 의한 비대칭으로 인하여 일어나는 성능저하를 막을 수 있다.

Description

각속도센서의 제조방법

본 발명은 각속도센서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 실리콘 기판을 방향에 무관하게 수직으로 가공할 수 있으며 임의의 형상을 형성할 수 있는 각속도센서의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 회전 각속도를 검출하는 각속도 센서는 선박이나 항공기의 항법장치뿐만 아니라 자동차나 캠코더(Camcoder)에 까지 광범위하게 사용되고 있다. 각속도 센서는 요레이트센서(Yaw-Rate Sensor)라고도 하며 본 발명에서는 각속도 센서(Angular Rate Sensor)로 통일하여 지칭하겠다. 각속도 센서에는 감도 및 정밀도가 우수한 레이저 자이로스코프, 광섬유 자이로스코프등이 있으나 부피가 크고 제작이 힘들며 가격이 높은 단점이 있다. 그래서 등장한 것이 마이크로 머신 기술을 이용한 진동형 각속도 센서이다.

각속도 센서는 차량의 수직축 방향의 각속도를 검출하는 것이다. 진동형 각속도 센서는 운동하는 질량에 발생하는 코리올리(Coriolis)력을 검출하는 개념을 이용한다.

각속도센서는 다음과 같은 과정에 의하여 제조된다.

플르오르화수소(HF)용액을 이용하여 유리판을 에칭한다. 에칭시에는 약 15㎛정도의 깊이로 에칭한다. 그런 다음 유리판의 에칭된 자리에 크롬필름(Cr film)을 증착한다. 그리고 실리콘웨이퍼의 양면을 습식산화에 의하여 산화실리콘을 성장시킨다. 산화실리콘의 성장 후에는 실리콘웨이퍼를 전술한 유리판의 에칭면쪽으로 양극접합(Anodic bonding)시킨다. 실리콘웨이퍼와 유리판의 양극접합후에는 유리판과 접합된 반대쪽의 실리콘웨이퍼의 표면에 형성되어 있는 산화실리콘을 패터닝(Patterning)한다. 그런 다음 이방성에칭을 하면 패턴에 따라 실리콘웨이퍼의 표면에 대하여 수직으로 초당 1㎛의 비율로 에칭된다. 그리하여 진동자(1)와 전극(2)이 형성된다.

종래에는 진동자(1)를 형성하기 위한 에칭방법으로 습식에칭을 이용한다. 즉 종래에는 각속도 센서를 제조할 때 깊이 방향으로 수직인 단면을 얻기 위하여 웨이퍼 단결정의 방향에 따른 에칭률차이를 이용하는 습식에칭방법을 사용하였다. 이방성 에칭용액에 의한 에칭에서는 실리콘의 결정면에 따른 에칭률이 크게 다르며 [100]방향이 [111]방향 보다 에칭률이 최고 400배 이상이고, [110]방향보다는 200배 크다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 두께방향으로 빨리 에칭된다.

도 1은 종래의 각속도센서의 평면도이다. 도 1을 참조하면 수직면과 다른 방향의 단면은 언더컷(Under cut)(도 1의 가, 나)이 발생하였다. 진동자(1)의 경우에는 비대칭이 되어버려 센서의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 반응성이온에칭(Reactive Ion Etching, RIE)으로 진동자(1)를 형성할 경우 일정깊이 이상의 홈을 파는 것은 불가능하다. 그리고 반응성 이온의 산란(Scattering)에 의하여 측면에칭이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 결정방향에 무관하게 수직단면을 가지고 임의의 형상대로 에칭하여 센서성능을 향상시킬 수 있는 각속도 센서를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 각속도센서의 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 각속도센서의 공정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 각속도센서의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:유리기판 30:진동자 31:전극

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각속도 센서의 제조방법에 있어서, 건식에칭으로 실리콘웨이퍼를 에칭하여 각속도센서의 센서엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 양호한 실시 예를 상세하게 설명하겠다.

도 2는 본 발명에 따른 각속도센서의 공정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 각속도센서의 평면도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 플르오르화수소(HF)용액을 이용하여 밑판이 될 유리판(10)을 에칭한다(도 2의 a). 에칭시에는 약 15㎛정도의 깊이로 에칭한다. 이때 사용되는 유리판(10)은 통상 #7740 파이렉스(Pyrex) 유리이다. 그런 다음 유리판(10)의 에칭된 자리에 크롬필름(Cr film)(11)을 증착한다(도 2의 b). 그리고 실리콘웨이퍼(20)의 양면을 습식산화에 의하여 산화실리콘(SiO₂)(21)을 0.3㎛ 두께로 성장시킨다(도 2의 c).

산화실리콘(21)의 성장후에는 실리콘웨이퍼(20)를 전술한 유리판(10)의 에칭쪽으로 양극접합(Anodic bonding)시킨다(도 2의 d). 이때에는 약 400℃에서 5분 동안 900볼트의 전압을 인가한다. 실리콘웨이퍼(20)와 유리판(10)의 양극접합후에는 유리판(10)과 접합된 반대쪽의 실리콘웨이퍼(20)의 표면에 형성되어 있는 산화실리콘(21)을 패터닝(Patterning)한다(도 2의 e). 이때에는 센서 엘리먼트 요소들을 패턴을 사진공정에 의하여 형성한다. 사진공정에 의하여 센서 엘리먼트 요소들의 패턴이 형성되면 에칭을 한다(도 2의 f). 에칭을 할 때에는 고밀도 저압 플라즈마 에칭을 한다. 플라즈마 에칭은 건식에칭(Dry etch)방법이다. 플라즈마 가스는 전기적 파괴에 의하여 생성되며 가스의 종류에 따라서 강한 화학반응을 일으킨다. 고밀도 저압 플라즈마를 이용하는 에칭방법은 산란이 일어나지 않으며 결정방향에 무관하게 실리콘 웨이퍼를 에칭할 수 있다. 에칭공정이 끝나면 각속도센서의 진동자(30)와 전극(31)이 형성된다.

도 3을 참조하면, 고밀도 저압 플라즈마 에칭에 의하여 언더컷없이 각속도 센서의 진동자(30)와 전극(31)을 형성할 수 있다.

에칭이 끝나면 산화실리콘을 제거하고 전극(31)의 금속콘택(40)을 형성한다(도 2의 g).

Claims

각속도 센서의 제조방법에 있어서,

건식에칭으로 실리콘웨이퍼를 에칭하여 상기 각속도센서의 센서엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 각속도센서의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 건식에칭은 고밀도 저압 플라즈마 에칭인 것을 특징으로 하는 각속도 센서의 제조방법.