KR20010072390A - 마이크로 미케니칼 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 미케니칼 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 a) 도핑된 반도체 웨이퍼(4)가 제공되는 단계, b) 기판으로 향한 적어도 하나의 표면 영역에서, 반도체 웨이퍼와 에피택셜 층 간의 인터페이스(11)에서 전하 캐리어 밀도의 스키핑이 나타나도록 도핑된 에피택셜 층(1)이 제공되는 단계, c) 경우에 따라 에피택셜 층을 통과하는 환기구(2)가 에칭되고, 경우에 따라 희생 재료에 의해 환기구가 채워지는 단계, d) 에피택셜 층의 상부면에 공지된 기술로 적어도 하나의 희생층(9), 적어도 하나의 간격층(10), 하나의 막(5) 및 경우에 따라 반도체 회로(8)가 제공되며, 막의 형성후 또는 막의 형성을 위해 필요한 층이 제공되는 동안 상기 반도체 회로가 제공될 수 있는 단계, 및 e) 에칭 과정이 상부측 방향으로 진행되고 웨이퍼(4)와 에피택셜 층(1) 간의 인터페이스에서 전하 캐리어 농도 변화에 의해 종결하도록 에칭 방법이 선택되는, 센서의 후면에 배치된 개구가 에칭되는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 압력 센서 또는 마이크로폰에서의 마이크로 미케니칼 센서의 용도에 관한 것이다.
Description
적은 비용 및 가능한한 적은 공간을 필요로 하는, 예컨대 압력 센서, 마이크로폰 또는 가속 센서에 사용될 때, 칩에 통합된 반도체 회로 소자를 갖는 소형화된 마이크로 미케니칼 센서가 필요하다.
음향학에 사용되는 마이크로 미케니칼 센서는 US 5, 146, 435에 공지되어 있다. 공지된 센서는 이동막 및 실리콘 기판으로 이루어진 지지물로 구성된다. 기판의 상부에는 실리콘으로 이루어진 배면 전극이 배치되며, 상기 배면 전극은 막과 상기 배면 전극 간의 공동부를 형성한다. 상기 배면 전극 및 막은 실리콘의 적합한 도핑에 의해 전도성으로 형성됨으로써, 커패시터 구조물이 생성된다. 상기 막이 진동을 일으키게 되면, 커패시터의 커패시턴스는 변경된다. 커패시터 측정은 구조물의 상부면에 배치된 금속 콘택에 의해 이루어진다. 집적된 전자 제어 또는전자 평가 장치에 대한 실시예는 공지되어 있지 않다.
공지된 센서 구조물에서 배면 전극은 기판 표면 위로 돌출한다. 상기 배면 전극은 센서의 상부측에 위치한다. 공동부를 주위에 연결하기 위해 상기 배면 전극 내에 환기구가 통합된다. 막의 하부에서 마찬가지로 막 표면을 주위에 연결하는 개구를 갖는다. 하부측 개구를 통해 막 쪽으로 음파 진동이 바로 나타날 수 있으며 이는 진동을 일으킬 수 있다.
독일 특허 출원 제 196 48 424.3 호에는 압력 및 음파 측정시 사용될 수 있는 집적 회로를 갖는 마이크로 미케니칼 센서가 공지되어 있다. 상기 센서는 상부측의 방향으로 배치된 막 표면을 갖는다. 상기 막의 하부에는 공동부가 존재한다. 상기 기판 영역에 배면 전극이 배치된다. 상기 배면 전극은 막의 공명 주파수를 감소시키기 위한 환기구를 갖는다. 상기 환기구는 센서의 하부측 방향으로 배치되고 공동부의 체적을 센서의 하부측에 연결시킨다. 공지된 마이크로 미케니칼 센서의 제조시 SOI 웨이퍼(실리콘 산화물 절연체)이 기초가 된다. 상기 SOI 웨이퍼는 단결정 실리콘/이산화 실리콘/단결정 실리콘의 층으로 이루어진다. 상기 SOI 웨이퍼의 상부면에 센서 구조물이 제조된 이후 부가의 에칭 단계에서 칩의 하부면에는 공동부가 제조되며, 상기 공동부는 환기구를 갖는 배면 전극을 노출시킨다. 이러한 하부측 개구의 에칭은 실리콘 산화물에 대해 선택적으로 KOH 또는 TMAH에 의해 이루어진다. 이러한 에칭 수단에 대해 SOI 기판의 실리콘 산화층은 에칭스톱을 나타낸다.
마이크로 미케니칼 센서의 제조시 후면 개구 에칭을 위한 KOH의 사용이 단점을 제공할 수 있다. 상기 KOH는 에칭 과정동안 이미 센서의 표면에 존재하는 구조물, 예컨대 마이크로 미케니칼 센서의 상부면에 있는 알루미늄으로 이루어진 층 위에 고정될 수 있다는 사실이 발견된다. 마이크로 미케니칼 센서가 부가의 개구를 갖는 막에 의해 제조될 경우, 특별한 문제점들이 발생한다. 상기 막에 제공된 부가의 개구들은 공동부의 간단한 제조 또는 공명 주파수의 하강을 위해 제조된다. 후면 개구들의 에칭시 제조 과정에서 막의 부분 영역이 완전히 파괴될 수 있고, 따라서 마이크로 미케니칼 센서의 상부면에 산이 접촉될 수 있다.
본 발명은 기판, 전체 기판 표면 위로 돌출한 에피택셜 성장층, 막, 배면 전극, 후면 개구 및 상기 막과 배면 전극 사이에 배치된 공동부를 포함하는 마이크로 미케니칼 센서에 관한 것이다. 또한 상기 마이크로 미케니칼 센서를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 미케니칼 센서에 대한 바람직한 실시예이다.
본 발명의 목적은 서두에 언급된, 종래 기술에 따른 제조 기술의 단점을 피하는데 있다. 특히 이러한 단점을 피함으로써 제조 방법의 경제성이 증가되어야만 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항에 제시된 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 에칭 방법은 후면 개구의 제조를 위해 사용되며, 상기 후면 개구는 에칭 과정동안 에칭될 재료에서 전하 캐리어 농도가 변경됨으로써 종료된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명의 부가의 대상은 기판(4), 전체 기판 표면 위로 돌출한 에피택셜 성장층(1), 특히 다결정 또는 단결정 실리콘으로 이루어진 상부면에 배치된 막(5), 상기 막 하부에 배치된 배면 전극(7), 후면 개구(6) 및 상기 막과 배면 전극 간의 공동부(3)를 포함하는 마이크로 미케니칼 센서이며, 상기 센서는 웨이퍼가 도핑된반도체 재료로 이루어지고 에피택셜 층이 기판으로 향한 적어도 하나의 표면 영역에서, 기판 재료(4)와 에피택셜 층(1) 간의 인터페이스에서 전하 캐리어 농도의 스키핑(skipping)이 나타나도록 도핑된다는 것으로 특징지워진다.
배면 전극(7)은 바람직하게 에피택셜 층 내에 배치되어 도핑에 의해 전도성으로 만들어진 영역에 의해 형성된다. 상기 영역은 바람직하게 막(5)의 바로 아래에 존재한다.
본 발명은 또한 서두에 기술된, 압력 센서 및 마이크로폰으로 형성된 마이크로 미케니칼 센서의 용도에 관한 것이다.
도 1의 마이크로 미케니칼 센서에 의해 본 발명의 방법이 설명된다. 바람직하게 1×1018cm-3이상의 도펀트 농도를 갖는 높이 도핑된 기판(4) 위에 바람직하게는 5×1014cm-3의 영역의 도펀트 농도를 갖는 두께 S-10㎛의 에피택셜 층(1)이 디포짓된다. 이어서, 두 단계로 웨이퍼(4)에 있는 개구들이 에칭된다. 제 1 단계에서 예컨대 HF/HNO3에 의한 습식 화학 처리 에칭이 큰 에칭 속도로 이루어지고, 제 2 단계에서 n-실리콘(에피택시 층)에 대한 에칭 스톱에 의한 전기 화학적 에칭이 이루어진다. 제시된 바와 같이, 센서의 상부면에 존재하는 알루미늄 금속층의 보호는 통상적인 포토레지스트 및 박막에 의해 가능해진다. 센서의 제조시 하기의 단계들이 실행된다. 즉, 에피택시 층(1)의 제공 이후 트렌치(2)가 상부면으로부터 기판층(4) 내로 이르는 에피택시 층 내로 에칭된다. 그리고나서, 트렌치는 실리콘 산화물에 의해 공지된 방법으로 채워진다. 공지된 방법과 관련하여 상부면에 CMOS 또는 BiCMOS-프로세스에 따른 반도체 회로가 제공된다. 여기서, 또한 도핑된 영역(7) 및 간격층(10)의 제조를 위해 필요한 보조층이 제공된다. 상기 보조층의 상부면에는 다결정 또는 단결정의 실리콘 층이 제공된다. 상기 실리콘층의 두께는 바람직하게 1 ㎛ 보다 작거나 같다. 상기 막 층(5)을 위한 실리콘은 바람직하게 프로세스 단계에서 MOSFET를 위해 제공된 게이트 전극과 함께 디포짓될 수 있다. 벌크-실리콘 층의 전자 부품들은 종래 방법으로 제조된다(VLSI 프로세스 또는 CMOS 프로세스). 에피택시 층(1)에 이러한 구조물을 제조하기 위한 방법은 예컨대 독일 특허 출원 제 199 484 24.3호에 공지되어 있다.
칩의 상부면을 제조한 이후 하부면이 처리된다. 우선 후면 개구(6)의 제조를 위해 예컨대 HF/HNO3,또는 KOH 또는 TMAH에 의한 습식 화학 처리 에칭이 실행되며, 상기 에칭은 높은 에칭 속도의 장점을 갖는다. 이러한 에칭 과정은 시간 측정에 의해 종결된다. 제 2 단계에서 후면 개구(8)를 위한 에칭 과정은 전기 화학적 에칭에 의해 계속된다. 이러한 에칭 과정동안 높이 도핑된 기판(4)으로부터 낮게 도핑된 에피택시 층(1)으로의 전이부에서 후면 에칭의 종결이 이루어진다. 전기 화학적 에칭은 HF-전해질 또는 KOH-전해질에 의해 이루어진다.
센서를 제조하기 위해, 실리콘에 대해 선택적으로 예컨대 플루오르화수소산에 의해 후면으로부터 실행된다. 이를 통해, 공동부(3) 및 환기구(2)가 형성된다.
Claims (10)
- 마이크로 미케니칼 센서(12)의 제조 방법에 있어서,a) 도핑된 반도체 웨이퍼(4)가 제공되는 단계,b) 기판으로 향한 적어도 하나의 표면 영역에, 반도체 웨이퍼와 에피택셜 층 간의 인터페이스(11)에서 전하 캐리어 밀도의 스키핑이 나타나도록 도핑된 에피택셜 층(1)이 제공되는 단계,c) 경우에 따라 에피택셜 층을 통과하는 환기구(2)가 에칭되고, 경우에 따라 희생 재료에 의해 환기구가 채워지는 단계,d) 에피택셜 층의 상부면에 공지된 기술로- 적어도 하나의 희생층(9),- 적어도 하나의 간격층(10),- 하나의 막(5) 및- 경우에 따라 반도체 회로(8)가 제공되며, 막의 형성후 또는 막의 형성을 위해 필요한 층이 제공되는 동안 상기 반도체 회로가 제공될 수 있는 단계, 및e) 에칭 과정이 상부측 방향으로 진행되고 웨이퍼(4)와 에피택시 층(1) 간의 인터페이스에서 전하 캐리어 농도 변화에 의해 종결하도록 에칭 방법이 선택되는, 센서의 후면에 배치된 개구가 에칭되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 단계 e)에서의 에칭 이후 상기 환기구(2) 및 공동부(3)가 에칭 수단에 의한 희생층(들)의 제거에 의해 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 2항에 있어서,상기 단계 e)에서의 에칭시 전기 화학적 에칭 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,후면 에칭이 두 단계로 이루어지는데, 제 1 단계에서 정해진 시간 동안 웨이퍼 재료(4)와 에피택셜 층(1) 간의 인터페이스에 가까워질때까지 습식 화학 처리에 의해 에칭되고, 그리고 제 2 단계에서 전기 화학적으로 에칭되며, 제 2 에칭 과정은 상기 웨이퍼 재료(4)와 에피택셜 층(1) 간의 전하 캐리어 농도의 변경에 의해 종료되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 기판(4), 전체 웨이퍼 표면 위로 돌출한 에피택셜 성장층(1), 주로 다결정 또는 단결정 실리콘으로 이루어진 상부면에 배치된 막(5), 상기 막 하부에 배치된 배면 전극(7), 후면 개구(6) 및 상기 막과 배면 전극 간의 공동부(3)를 포함하는 마이크로 미케니칼 센서에 있어서,상기 기판이 도핑된 반도체 재료로 이루어지고, 그리고 상기 애피택셜 층이기판으로 향한 적어도 하나의 표면 영역에서, 기판 재료(4)와 에피택셜 층(1) 간의 인터페이스에서 전하 캐리어 농도의 스키핑이 존재하도록 도핑되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미케니칼 센서.
- 제 5항에 있어서,상기 센서가 1013cm-3이상의 영역에서 전하 캐리어 농도를 갖는 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 미케니칼 센서.
- 제 5항 또는 6항에 있어서,상기 에피택셜 층의 기판으로 향한 적어도 하나의 표면 영역이 5×1014cm-3미만의 전하 캐리어 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 미케니칼 센서.
- 제 5항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 에피택셜 층(1)의 상부면에 반도체 회로(8)가 공지된 기술로 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미케니칼 센서.
- 제 5항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 배면 전극 내에 상기 공동부(3)를 후면 개구(6)와 연결시키는 환기구(2)가 존재하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미케니칼 센서.
- 압력 센서 또는 마이크로폰을 위한, 제 5항에 따른 마이크로 미케니칼 센서의 용도.
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