KR19990075525A - 반도체 압력센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 압력센서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 압력센서의 다이아프램을 형성하기 위하여 에칭을 할 때 에칭면이 안쪽을 향할 수 있도록 다 단계의 에칭을 함으로서 압력센서의 크기를 작게 하여 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수를 증가시킬 수 있는 반도체 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 압력센서 제조방법에 있어서, 실리콘 직접접합 웨이퍼를 형성하는 웨이퍼 형성단계, 웨이퍼 형성단계에서 형성된 웨이퍼에 압저항을 형성하는 압저항 형성단계, 압저항 형성단계 후 실리콘 직접접합 웨이퍼에서 압저항이 형성된 반대면을 다 단계의 에칭을 하여 다이아프램을 형성하는 다단계에칭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법에 의하여, 반도체 압력센서의 다이아프램을 형성하기 위하여 에칭을 할 때 에칭면이 안쪽을 향할 수 있도록 다 단계의 에칭을 함으로서 압력센서의 크기를 작게 하여 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수를 증가시킬 수 있다. 한 웨이퍼당 생산되는 압력센서의 개수가 증가하게 되면 반도체 압력센서의 생산단가를 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 압력센서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 압력센서의 다이아프램을 형성하기 위하여 에칭을 할 때 에칭면이 안쪽을 향할 수 있도록 다 단계의 에칭을 함으로서 압력센서의 크기를 작게 하여 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수를 증가시킬 수 있는 반도체 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 압력센서는 엔진으로 흡입되는 공기 량을 다기관의 압력과 엔진회전수로 추정 산출하는 스피드 덴시티 방식의 연료 분사장치용 흡기관 내 압력센서나 터보 과급기압 센서 등에 사용된다
반도체 압력센서는 칩을 받침대에 접착 고정하고 전체를 케이스로 감싸서 내부를 진공으로 만들어 포트를 흡기관에 연결되어 있으며 흡기관 내의 압력에 의하여 다이아프램이 응력을 받아서 압력센서의 압저항체의 저항 값이 변하게 된다.
도 1은 종래의 반도체 압력센서의 제조공정을 나타내는 공정도이다.
먼저 기판 웨이퍼가 될 실리콘웨이퍼(1)를 준비한다(도1 a).
그리고 준비된 기판 웨이퍼(1)에 산화막(SiO2)(2)을 형성시킨다(도1 b).
실리콘 산화막(2)이 형성된 기판 웨이퍼(1)에 또 다른 실리콘웨이퍼(3)를 접합시킨다(도1 c). 그것은 곧 실리콘 직접접합 웨이퍼(Silicon direct bonding wafer, SDB wafer)가 된다.
실리콘 직접접합 웨이퍼가 완성되고 나면 그 위에 산화막을 성장시키고 압저항 패턴을 형성시킨다. 압저항 패턴이 완료되고 나면 이온주입을 이용하여 압저항체(4)를 형성한다(도 1d).
그런 다음에는 실리콘 직접접합 웨이퍼의 기판 웨이퍼(1)를 에칭하여 다이아프램을 형성하기 위하여 기판 웨이퍼(1)면에 실리콘 산화막(5)을 형성시킨다(도1 d).
기판 웨이퍼(1)면에 실리콘 산화막(5)이 형성되고 나면 실리콘 산화막(5)을 패터닝한다(도1 d).
실리콘 산화막을 패터닝 하고 나면 수산화`칼륨(KOH) 수용액을 이용한 비등방성 습식 에칭(Anisotropic wet etching)으로 패턴(16)에 따라 기판 웨이퍼(1)를 에칭한다.
기판 웨이퍼를 에칭하면 실리콘 다이아프램(6)이 형성된다(도1 e).
비등방성 에칭용액에 의한 에칭에서는 실리콘의 결정면에 따른 에칭률이 크게 다르며 [100]방향이 [111]방향 보다 에칭률이 최고 400배 이상이고, [110]방향보다는 200배 크다. 즉, 실리콘웨이퍼의 두께방향으로 빨리 에칭된다.
또한 실리콘(Si)과 실리콘 산화막(SiO2)의 에칭률은 거의 400:1 정도이다.
그에 따라서 실리콘의 (100)면과 (111)면이 이루는 각도는 약 54°가 된다.
그런데 종래의 압력센서 제조방법은 전술하였다시피 비등방성 습식 에칭의 에칭면이 바깥쪽을 향하는 특성 때문에 압력센서 자체의 크기가 커질 수밖에 없다.
압력센서 자체의 크기가 크다는 것은 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수가 상대적으로 적다는 것을 의미하기 때문에 압력센서의 제조단가가 비싸졌다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 반도체 압력센서의 다이아프램을 형성하기 위하여 에칭을 할 때 에칭면이 안쪽을 향할 수 있도록 다 단계의 에칭을 함으로서 압력센서의 크기를 작게 하여 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수를 증가시킬 수 있는 반도체 압력센서의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 반도체 압력센서의 제조방법의 공정도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법의 공정도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법의 공정도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11:기판 웨이퍼 12:실리콘 산화막 14:압저항체
라:다이아프램
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 압력센서에 있어서, 반도체 압력센서 제조방법에 있어서, 실리콘 직접접합 웨이퍼를 형성하는 웨이퍼 형성단계, 웨이퍼 형성단계에서 형성된 웨이퍼에 압저항을 형성하는 압저항 형성단계, 압저항 형성단계 후 실리콘 직접접합 웨이퍼에서 압저항이 형성된 반대면을 다 단계의 에칭을 하여 다이아프램을 형성하는 다단계에칭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 양호한 실시 예를 상세하게 설명하겠다.
도 2a는 본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법의 공정도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법의 공정도이다.
압력센서를 제조하기 위해서 먼저 실리콘 직접접합 웨이퍼를 준비하는데 과정은 다음과 같다.
일단 기판 웨이퍼(11)가 될 실리콘웨이퍼를 준비한다(도2a a).
그리고 준비된 실리콘웨이퍼에 산화막(SiO2)(12)을 형성시킨다(도2a b).
실리콘 산화막(12)이 형성된 실리콘웨이퍼에 또 다른 실리콘웨이퍼(13)를 접합시키는데 그 웨이퍼는 압력센서의 다이아프램 부분이 된다. 그것은 곧 실리콘 직접접합 웨이퍼(Silicon direct bonding wafer, SDB wafer)가 된다(도2a c).
실리콘 직접접합 웨이퍼는 비록 두 장의 웨이퍼가 겹쳐져 있는 형태이지만 서로 다른 물질이 접합되었을 때와 같은 문제점이 없다. 즉, 열 팽창 등에 의한 부정합이나 결합제에 의한 약화로 인한 기계적, 전기적 불안정 등과 같은 현상이 없다.
실리콘 직접접합 웨이퍼가 완성되고 나면 그 위에 산화막을 성장시키고 압저항 패턴을 형성시킨다. 압저항 패턴이 완료되고 나면 이온주입을 이용하여 압저항체(14)를 형성한다(도2a d).
압저항체(14)는 응력변형이 가해지면 저항값이 변하는 성질을 가지고 있는데 이것을 반도체 피에조 효과라고 한다.
압저항체(14)가 형성된 다음에는 실리콘 직접접합 웨이퍼의 기판 웨이퍼를 에칭하여 다이아프램을 형성하기 위하여 기판 웨이퍼면(11)에 실리콘 산화막(15)을 형성시킨다.
기판 웨이퍼(11)면에 실리콘 산화막(15)이 형성되고 나면 실리콘 산화막(15)을 패터닝한다. 패터닝후에는 에칭을 한다.
기판 웨이퍼(11)를 에칭시에는 다 단계에 걸쳐서 에칭을 하는데 다음과 같다.
먼저 비등방성 건식에칭으로 소정의 홈(가)을 형성한다(도2b e). 이때 사용되는 비등방성 건식 에칭은 플라즈마 혹은 반응성 이온 에칭방법등이 사용될 수 있다. 예를 들어 반응성 이온에칭방법으로 수직 홈을 형성시킬 수 있다.
비등방성 건식에칭에 의하여 소정의 홈(가)이 형성되고 나면 등방성 건식에칭을 행한다(도2b f). 그에 따라서 비등방성 건식에칭에 의하여 형성된 홈은 확장(나) 에칭된다.
그리고 등방성 건식에칭에 의하여 기판 웨이퍼(11)에는 형성되는 에칭면이 안쪽으로 형성되게 된다.
등방성 건식에칭을 하고 나서는 수산화칼륨(KOH) 수용액을 이용한 비등방성 습식 에칭(Anisotropic wet etching)으로 기판 웨이퍼(11)를 에칭하여 다이아프램을 정의한다(도2b g).
비등방성 에칭용액에 의한 에칭에서는 실리콘의 결정면에 따른 에칭률이 크게 다르며 [100]방향이 [111]방향 보다 에칭률이 최고 400배 이상이고, [110]방향보다는 200배 크다. 즉, 실리콘웨이퍼의 두께방향으로 빨리 에칭된다.
또한 실리콘(Si)과 실리콘 산화막(SiO2)의 에칭률은 거의 400:1 정도이다.
기판 웨이퍼(11)의 에칭과정이 종료를 하면 기판 웨이퍼의 에칭을 위하여 형성시킨 산화막(15)을 제거한다.
그리하여 다이아프램(라)이 형성된다(도2b h).
한편 그때의 기판 웨이퍼(11)의 에칭면은 기판 웨이퍼(11)의 밑면과 약 54°의 각도를 이룬다.
외부에서 응력이 가해지면 다이아프램(라)이 힘을 받게된다. 다이아프램(라)은 외부 응력에 의하여 힘을 받게되면 힘이 가해지는 반대방향으로 휘게된다.
다이아프램(라)의 끝 부분에는 압저항체(14)가 마련되어 있는데, 압저항체(14)는 외부 응력에 의한 다이아프램(라)의 휨에 따라서 저항값의 변화를 일으킨다.
본 발명에 따른 반도체 압력센서의 제조방법에 의하여, 반도체 압력센서의 다이아프램을 형성하기 위하여 에칭을 할 때 에칭면이 안쪽을 향할 수 있도록 다 단계의 에칭을 함으로서 압력센서의 크기를 작게 하여 한 웨이퍼에서 생산할 수 있는 압력센서의 개수를 증가시킬 수 있다.
그리하여 한 웨이퍼당 생산되는 압력센서의 개수가 증가하게 되면 반도체 압력센서의 생산단가를 낮출 수 있다.
Claims (3)
- 반도체 압력센서 제조방법에 있어서,실리콘 직접접합 웨이퍼를 형성하는 웨이퍼 형성단계,상기 웨이퍼 형성단계에서 형성된 웨이퍼에 압저항을 형성하는 압저항 형성단계,상기 압저항 형성단계 후 상기 실리콘 직접접합 웨이퍼에서 상기 압저항이 형성된 반대면을 다 단계의 에칭을 하여 다이아프램을 형성하는 다단계에칭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 웨이퍼 형성단계의 상기 실리콘 직접접합 웨이퍼는 실리콘웨이퍼에 산화막을 형성시켜 형성된 산화막위에 다른 실리콘웨이퍼를 접합시킨 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 다단계에칭단계는 먼저 비등방성 건식에칭을 하여 수직 홈을 형성하고 그 후 상기 비등방성 건식에칭에 의하여 형성된 수직 홈을 등방성 건식에칭을 하여 확장시키고 비등방성 습식에칭을 하여 에칭면이 일정방향이 되게 하여 상기 다이아프램을 형성시키는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서의 제조방법.
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