KR20030053467A - 박막 센서를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차동 압력센서에 관한 것으로, 그 실시예의 하나가 마이크로폰이다. 차동 압력센서는 차동 압력센서의 제 1전극을 형성하는 전도성 물질의 유연한 박막(7) 및 상기 박막과 거리를 두고 배치되고 상기 차동 압력센서의 제 2전극을 형성하는 상기 박막(7)보다 딱딱한 전도성 물질의 천공 플레이트(6, 6', 6")를 포함한다. 가능한한 양호한 특성을 갖는 차동 압력센서를 제공하기 위해, 차동 압력센서는 기판(4), 기판을 통해 연장되고 벽이 상기 기판으로 형성된 공동(10)을 포함한다. 박막(7)은 공동(10)의 벽에 가깝게 연결되어, 박막이 상기 공동에 조밀한 벽을 형성하고, 상기 천공 플레이트(6, 6')는 절연층(5)에 의해 기판에 접착된다.
Description
종래 기술에서 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시한 차동 압력센서는 천공 백플레이트(1)로서 실리콘기판을 사용하는데, 백플레이트는 차동 압력센서의 제 2전극을 형성하고 있다. 도 1은 차동 압력센서의 단면도를 나타낸다. 천공 백플레이트(1)는 단결정 기판 실리콘의 비교적 두꺼운 층으로 형성되어 제조시 확산 또는 에칭에 의해 구멍이 생성된다. 제조와 관련하여, 절연층(3) 및 유연층(2)은 천공 백플레이트(1) 위에 성장된다.
이 공지된 차동 압력센서의 약점은 제조시 여러 단계들 및 마스킹 층들이 필요하다는 것이다. 무엇보다도 절연층의 성장에는 별개의 시간소모 처리단계가 필요하다. 또한, 두꺼운 실리콘 기판에(도 1에서 하부면으로부터) 조밀하게 구멍을 뚫는데 요구되는 정확한 패턴을 만들기가 어렵기 때문에 백플레이트(1)의 천공을 최적 조밀하게 하는 것이 어렵다. 실리콘기판에(도 2에서 상부면에) 제 1단계 피트로서 에칭하고 절연층(3)의 성장단계에서 그것들을 채움으로써 백플레이트(1)에 대한 충분한 조밀 천공이 달성될 수 있으나, 이 방법은 백플레이트(1)의 천공의 에칭 프로필에 그리고 절연층(3)의 성장과정의 스텝 마스킹에 대해 특수한 조건을 부과한다. 또한 작은 피트만이 이 방법으로 채워질 수 있다.
실제로 천공이 도 2의 박막 아래 공간으로 얼마나 쉽게 공기가 흘러들어 갈 수 있는 지를 결정하기 때문에 백플레이트의 천공은 차동 압력센서의 특성에 있어서 매우 중요하다. 공기흐름이 불량하면, 차동 압력센서의 특성이 이에 영향을 받는다.
접착 즉 연결에 의해 2이상의 실리콘 웨이퍼로 만들어진 마이크로폰은 종래의 기술로부터 알 수 있으나, 그러한 마이크로폰의 제조는 매우 어렵다.
본 발명은 정밀기계(micro-mechanical) 제조방법으로 용량성 박막 센서(membrane sensor)를 제조하는 것에 관한 것이다. 박막 센서에서는 일반적으로 박막의 위치 및/또는 이동에 응답하여 신호가 형성되고 그 신호가 전기회로에 의해 처리된다. 박막센서의 예에는 차동 압력센서(differential pressure sensor) 및 마이크로폰이 있는데, 마이크로폰은 차동 압력센서의 특별한 경우로서 음향 분야에서 사용된다. 다음에서, 본 발명은 주로 차동 압력센서를 예로 들어 설명하지만, 다른 센서에서도 사용될 수 있음에 유의한다.
도 1은 종래 기술에 의한 차동 압력센서의 구조를 나타낸다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 의한 차동 압력센서의 제 1실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 의한 차동 압력센서의 제 2실시예를 나타낸다.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 의한 방법의 제 1실시예를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 방법의 제 2실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 마이크로폰의 음향적 저항의 감소를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 의한 차동 압력센서 및 방법의 제 3실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 의한 차동 압력센서의 제 4실시예를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 의한 차동 압력센서 및 방법의 제 4실시예를 나타낸다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 종래보다 제조가 더 용이하며 향상된 특성을 갖는 박막 센서의 제조를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 박막 센서(예를 들어, 차동 압력센서 또는 마이크로폰)를 제조하는 청구항 1에 의한 방법으로 달성된다. 본 발명에 의한 방법은 첨부된 도면과 관련하여 설명한 예로부터 명확한 바와 같이, 청구항 1에서 나타낸 순서로 수행되는 방법의 단계를 요구하지 않으며 다른 순서로 수행될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명에 의한 방법에 있어서, 박막 센서는 두 개의 층을 갖는 층구조 전형성물(preform)로 만들어지며, 그 사이에 절연물질층이 있다. 제 1 및 제 2층은 전기가 통하게 할 수 있다. 적합한 전형성물은 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼로서 상업적으로 얻을 수 있다. 단지 전형성물로부터 재료를 제거함으로써 그러한 전형성물로 박막 센서를 만들 수 있으므로, 유연한 박막의 형성만이 새로운 재료층의 성장을 필요로 한다. 따라서, 본 발명에 의한 박막 센서의 제조는 종래보다 더 쉽다.
본 발명의 목적은 청구항 8에 의한 차동 압력센서 및 청구항 13에 의한 마이크로폰이다. 본 발명에 의한 차동 압력센서 및 마이크로폰의 구조는 천공 플레이트가 종래보다 더 조밀하게 천공되도록 하여, 차동 압력센서의 특성 및 이에 대응하여 마이크로폰의 특성이 향상된다. 또한, 본 발명에 의한 차동 압력센서 및 마이크로폰의 구조는 새로운 제조방법을 사용할 수 있게 하여, 차동 압력센서의 제조비용 및 이에 대응하여 마이크로폰의 제조비용이 절감된다.
본 발명에 의한 차동 압력센서 및 이에 대응하여 마이크로폰의 바람직한 실시예에서, 브릿지 형태 구조가 사용된다. 따라서, 제 2전극으로서 기능하는 천공 플레이트 영역이 기판을 통해 연장된 공동(cavity)의 단면보다 실질적으로 작아진다. 천공 플레이트의 천공 영역이 실제로 유연한 박막의 이동영역의 가운데 부분 위에 위치하는 방식으로 암(arm)에 의해 공동의 가운데 부분 위에 배치된다. 이 브릿지 형태 구조는 천공 플레이트의 전극영역이 박막의 가장 유연한 가운데 부분으로 집중하는 이점이 있다. 따라서, 기생 에지 커패시턴스가 최소화될 수 있어서,이 구조에 의해 분리 용량성 및 감도가 향상된다.
본 발명에 의한 차동 압력센서 및 이에 대응하여 마이크로폰의 바람직한 실시예에서, 제 2절연층 및 제 2박막이 천공 플레이트 위에 형성된다. 따라서, 천공 플레이트의 가운데 부분에 이동영역이 제공된다. 이 이동영역은 제 2박막이 또한 공동의 박막과 함께 이동하는 방식으로 절연층을 통해 박막을 서로 연결한다. 제 2박막은 그 구조에서 부가적인 전극을 형성하고, 그 전극에 의해 커패시턴스의 변조, 성능 및 감도가 향상된다.
본 발명에 의한 바람직한 실시예의 방법, 차동 압력센서 및 마이크로폰은 종속 청구항 2 내지 7, 9 내지 12, 14 내지 18에서 명확하게 나와 있다.
다음에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 차동 압력센서의 제 1실시예를 나타낸다. 마이크로폰은 차동 압력센서의 일례로서, 뒤에서 주로 차동 압력센서를 가지고 설명하지만, 도면과 관련된 설명 역시 마이크로폰과 관계가 있다.
본 발명에 의한 용량성 차동 압력센서의 측면도가 도 2a, 평면도가 도 2b, 저면도가 2c에 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 2c의 차동 압력센서는 실리콘기판(4) 위에 절연층(5)(1-2μm)을 갖는 SOI 웨이퍼, 절연층 위의 비교적 두꺼운 실리콘층(이것이 천공 플레이트(6)(5-50μm)를 형성한다)으로 되어 있다. 수 백개까지의 차동 압력센서는 SOI 웨이퍼 또는 SOI 전형성물(preform) 중의 하나로 만들 수 있고, 센서의 크기는 원한다면 집적회로에 포함될 수 있을 정도이다. 따라서, 본 발명은 차동 압력센서 또는 마이크로폰을 포함하는 그러한 집적회로의 생산을 가능하게 한다.
차동 압력센서는 유연한 박막(7)을 포함하고, 이것은 다결정 실리콘으로 제조된다. 차동 압력센서를 전기회로에 연결하기 위해, 금속접촉 패드(8)가 천공 플레이트(6) 및 실리콘기판(4)에 형성되어 있다. 실리콘기판을 통해 압력안정(pressure-balancing) 모세관(9)이 형성되어 있으며, 이것은 마이크로폰 사용에서 압력안정을 가능하게 한다.
도 2a 내지 도 2c의 차동 압력센서의 제 1전극은 유연한 박막(7)으로 형성되어 있다. 이 박막은 공동(cavity)(10)의 벽에 접착되는 방식으로 실리콘 기판(4)을 통해 연장된 공동에 배치되어 있다. 따라서, 박막은 공동(10)을 형성하고 압력의 변화에 따라서 파티션 벽이 이동한다(구부러진다). 도 2a 내지 도 2c의 실시예에서, 박막(7)과 실리콘기판(4) 사이에 또한 전기적 접촉이 있다. 따라서, 차동 압력센서는 서로 분리된 두 개의 부분만을 가지므로 그렇게 많은 접촉단(contacting stage)이 요구되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c에서 차동 압력센서의 제 2전극은 천공 플레이트(6)에 의해 형성된다. 플레이트는 박막(7)보다 더 딱딱하다. 따라서, 플레이트(6)는 그 압력의 변화에 따라 이동하지 않고 고정되어 있으며 공기(또는 다른 물질)가 그 구멍을 통해 흘러가도록 한다. 따라서 기압의 변화에 의해 박막(7)과 천공 플레이트(6) 사이의 거리가 변하므로, 그 변화에 비례하는 전기신호가, 차동 압력센서가 접촉 패드(8)를 통해 전기회로에 연결될 때 per se라고 알려진 방법으로, 그 거리로부터 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 차동 압력센서의 제 2실시예를 나타낸다. 도 3의 차동 압력센서는 브릿지 형태의 차동 압력센서이다. 이 차동 압력센서는 천공 플레이트(6')의 구멍이 도 3의 경우 박막(7)의 가운데 부분 위에 위치한 영역에 모여 있다는 것을 제외하고 모든 점에서 도 2a 내지 도 2c의 실시예에 대응한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 플레이트(6')의 암(11)만이 천공영역에서 공동(10) 벽의 가상 연장선의 외부로 뻗어있다.
도 3의 브릿지 형태의 구조는 플레이트(6')의 전극영역이 박막(7)의 가장 유연한 가운데 부분 위에 집중되는 이점을 제공한다. 따라서, 기생 에지 커패시턴스가 최소화될 수 있어서, 이 구조에 의해 분리 용량성 및 감도가 향상된다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 방법에 의한 제 1실시예를 나타낸다.
도 4a는 층구조의 SOI 웨이퍼의 측면도이고, 도 4b는 공동(10)의 형성 후 SOI 웨이퍼의 측면부(좌측도) 및 아래에서 본 도면(우측도)을 나타낸다.
공동(10)은 에칭에 의해 형성된다. 먼저, SOI 웨이퍼의 배면은 석판인쇄로 패턴화되는데, 예를 들어, 그 후 공동(10)이 SOI 웨이퍼의 절연층(5)에 이를 때까지 실리콘기판이 에칭된다. 실리콘기판의 에칭에서, 이방성 습식에칭 예를 들어 KOH(potassium hydroxide), TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 등이 사용될 수 있다. 또한, 플라즈마(ICP, 유도결합 플라즈마)와 수행되는 딥-에칭(deep-etching)을 사용할 수 있다. ICP 에칭은 마이크로폰 사용시 필요한 압력안정이 좁은 그루브(9)에 의해 실행될 수 있는 이점을 제공하는데, 이것은 공동(10)이 실리콘기판을 통해 형성되는 동일한 단계에서 에칭된다.
기판을 통해 공동을 형성하는 ICP 에칭의 사용은 또한 유연한 박막의 형태를 최적으로 할 수 있다는 이점을 제공한다. 종래의 실리콘의 이방성 습식에칭에서, 직사각형 박막에 한정될 필요가 있다. 그러나, 원형의 박막이 동일한 면적을 갖는 정사각형 박막보다 예를 들어 20% 이상 더 구부러진다. 또한, 원형 박막에서, 경계선은 면적에 관하여 최소화되므로 기생 에지 커패시턴스가 감소된다.
도 4c는 유연한 박막(7)의 성장을 나타낸다. 유연한 박막은 폴리실리콘(다결정 실리콘)으로 만들지는데, 예를 들어 CVD(화학기상증착) 방법에 의해 성장된다.유연한 박막(7)은 모든 빈 표면에서 고르게 성장한다. 적절한 폴리실리콘의 두께는 대략 1마이크로미터이다. 본 발명에 의하면, 폴리실리콘은 또한 기판(4)의 하부면 및 플레이트(6)의 상부면에서도 성장하는데, 제거될 필요는 없다.
도 4c는 유연한 박막의 성장과 관련하여 폴리실리콘이 공동 및 기판의 하부면에서만 성장한 것을 나타낸다. 실제, 박막(7)의 성장과 관련하여 (사용한 방법에 따라서) 폴리실리콘은 천공 플레이트(6)의 상부면에도 성장할 수 있다. 천공 플레이트의 표면에 성장한 폴리실리콘은 제거될 필요는 없고 그대로 남겨 둘 수 있는데, 이것이 천공 플레이트의 부분을 형성한다.
도 4a 내지 도 4f의 실시예와 달리, 절연층이 박막성장 전에 공동을 통해 절연층을 에칭함으로써 더 거칠게 만들어질 수 있다. 따라서, 박막의 표면은 성장 후 거칠게 된다. 이것은 부드러운 박막처럼 용이하게 압력센서를 사용하는 동안에 박막이 천공 플레이트에 붙지 않는 이점을 제공한다. 박막(7)의 인장(tension)은 열처리에 의해 제어될 수 있고, 성장단계 동안 또는 그 후 이온주입 또는 확산으로 합금이 도전되도록 만들어질 수 있다. 박막(7)은 기판(4)과 전기적 접촉을 형성한다.
SOI 웨이퍼의 절연층(5)보다 두꺼운 에어 갭(air gap)이 차동 압력센서의 박막(7)과 천공 플레이트(6)간에 형성되면, 그러한 경우 절연층의 두께는 박막(7)의 성장 전에 공동(10)을 통해 증가될 수 있다. 절연층의 두께는 예를 들어 CVD 산화물과 함께 성장될 수 있다.
도 4d는 천공 플레이트(6)에서 구멍의 형성을 나타낸다. 도 4d에서, 전형성물의 측면부(좌측도) 및 위에서 본 도면이 도시된다(우측도).
구멍은 에칭에 의해 천공 플레이트(6)에 형성된다. 우선, 2면 포커싱을 사용하여, 원하는 패턴이 플레이트의 표면에 석판인쇄로 표시된다. 다음에, 플레이트(6)에 절연층(5)까지 구멍이 에칭된다. 이방성 습식 에칭 또는 ICP 에칭이 에칭이 사용될 수 있다. ICP 에칭은 천공이 최적으로 조밀하게 이루어질 수 있으며 또한 에칭이 소위 ICP 에칭의 노칭(notching) 현상을 사용할 수 있는 이점을 제공한다. 따라서, 마이크로폰의 에어 갭의 음향적 공명이 감소된다(도 6 참조). 또한, 더 작은 접촉면적에 의해 유연한 박막이 접착되는 위험이 감소한다.
도 4d의 우측도와 달리, 천공 플레이트(6)는 도 3에서 도시된 바와 같이, 브릿지 모양으로 만들 수 있다.
도 4e는 절연층의 제거를 도시한다. 절연층은 박막과 천공 플레이트 사이의 영역에서 절연층을 에칭함으로써 제거되지만, 천공 플레이트의 기판에서 재료를 반드시 제거하는 것은 아니다. SOI 웨이퍼에서 절연층의 재료는 예를 들어 실리콘 이산화물이 될 수 있는데, 이 경우 예를 들어 HF(hydrofluoric acid) 또는 PSG(ammonium fluoride, acetic acid, water)가 그 제거에 적절하다.
절연층의 제거와 관련한 에칭은 또한 유연한 박막 지역에서 만큼 측면방향으로 천공 플레이트의 외부에지 아래에서 진행된다. 그러나, 천공 플레이트의 구멍 사이의 거리가 수 마이크로미터에 불과하기 때문에 이러한 현상이 큰 문제가 되지 않는다. 절연층의 제거 후에, 박막(7)이 공동에서 이동(팽창)할 수 있게 떨어진다.
도 4f는 본 발명에 의한 방법으로 제조된 차동 압력센서의 금속화를 나타낸다. SOI 웨이퍼의 비교적 두꺼운 층이 천공 플레이트(6)로서 사용되기 때문에, 금속화는 마스크 없이 마지막 단계로서 수행될 수 있다. 금속화는 손상을 주는 금속의 가압 또는 열적 팽창 없이 얇은 금속층(예를 들어, 알루미늄)을 스퍼터링함으로써 수행될 수 있다. 금속의 적절한 두께는 절연층 두께의 반이므로, 금속화는 천공 플레이트(6) 및 기판(4)를 단락시킬 수 없다. 천공 플레이트에서의 천공시, 금속스폿이 또한 박막(7)에 형성되나, 연속적인 박막을 형성하지 않아서 중대한 압력을 일으키지는 않는다.
상기와 달리, 금속화는 마스크에 의해 수행될 수 있어서, 금속스폿이 박막에 형성되지 않고 금속층의 두께가 천공 플레이트(6) 및 기판(4)의 단락의 위험없이 증가될 수 있다. 적어도 브릿지 형태의 천공 플레이트에 관련하여, 기계적 마스크를 쓰는 이유가 있는데, 그 경우 접촉 금속이 접촉패드(8)의 지역에만 모인다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 의한 방법의 제 2실시예를 나타낸다. 도 5a 내지 도 5d의 다른 부분은 도 4a 내지 도 4f의 실시예에 대응하나, 도 4b에서 실행한 공동형성 대신에, 도 5a 내지 도 5c의 중간 단계를 통해 공동이 형성된다.
도 5a에서, 복수의 링(12)이 기판(4)를 통해 절연층(5)까지 이르러 기판에서 상호 간격을 두고 에칭된다. 링은 예를 들어 ICP 에칭에 의해 에칭될 수 있다.
도 5b에서는, 절연층(5)의 두께가 에칭에 의해 얇아져서 일부 금속이 링(12)을 통해 제거된다. 다음, 도 5c에 의한 단계에서 연속적인 공동(10)이 기판에 형성되는 방식으로 습식 에칭에 의해 링간의 벽이 제거된다.
도 5c에서 그루브가 절연층의 표면(5)에 형성됨을 볼 수 있다. 다음 제조단계에서 박막(7)이 (도 4c에서 설명한 것과 대응하는 방법으로) 절연층(5)의 표면에 성장될 때, 주름진 즉 구불구불한 박막(7)이 형성된다. 도 4e에서 설명한 방법으로 절연층을 에칭함으로써 박막이 절연층으로부터 떨어질 때, 도 5a 내지 도 5d에 의한 실시예에 의해, 도 4a 내지 도 4f에 의해 제조된 차동 압력센서의 박막보다 작은 압력(stress)을 갖는 박막이 제공된다.
도 6은 본 발명에 의한 마이크로폰이 음향적 공명이 감소하는 것을 나타낸다. 도 6은 천공 플레이트(6) 및 박막(7)의 하부를 나타낸다. 도 6에서, 화살표는 플레이트(6)과 박막(7) 사이의 슬롯에서 공기의 흐름을 가리킨다. 좌측도에서, 천공 플레이트의 구멍간의 벽각도가 수직이어서 각(14)이 무딘 우측도에서보다 공기흐름이 불량하다.
각(14)의 무딘 것은 도 4d에서 설명한 노칭현상에 기초한다. 노칭현상은 오버에칭에 의해 측면방향으로 공동이 생기는 것을 의미한다. 그러한 공동은 도 4d의 ICP 에칭(여기서 천공 플레이트에 구멍이 형성된다)이 충분히 긴 시간 동안 다시 말해서 구멍이 절연층에 도달한 후에도 수행될 때 제공된다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 의한 차동 압력센서 및 방법의 제 3실시예를 나타낸다. 도 7a 내지 도 7i의 실시예는 부가적인 단계가 수행된다는 점에서 도 4a 내지 도 4f의 실시예와 다르다. 부가적인 단계는 도 7b 내지 도 7c와 관련하여 설명하고 이에 의해 부가적인 전극이 차동 압력센서에 제공된다.
도 7a는 차동 압력센서의 제조에 사용될 수 있는 층구조 SOI 웨이퍼를 나타낸다. 따라서, 이것은 도 4a 내지 도 4f의 실시예에 대응하는 전형성물이다.
도 7b의 단계에서, 차동 압력센서의 제조는 도 4d에서 설명한 것과 대응하는 방법으로, 에칭에 의해 차동 압력센서의 천공 플레이트(6")를 천공함으로써 시작된다. 도 7b의 좌측도에서, SOI 웨이퍼는 측면부를 나타내고 우측도는 평면도이다. 도 7b의 경우에, 그러한 패턴은 천공 플레이트(6")에 형성되며, 천공 플레이트(6")는 천공 플레이트(6")의 가운데 부분에 위치하고 나머지 층과 분리되어 있는 아머쳐(armature) 영역(15)을 포함한다.
도 7c의 단계에서, 천공 플레이트(6")의 구멍들 및 아머쳐 영역(15)을 둘러싸는 그루브가 예를 들어 CVD 산화물의 성장에 의해 채워진다. 산화물은 동시에 천공 플레이트(6") 위에 제 2절연층(16)을 형성한다.
제 2절연층(16)의 성장 후, 차동 압력센서의 제조는 도 4b 내지 도 4f에서 도시한 것과 대응하는 단계로 계속 진행된다. 우선, 공동(10)은 도 7d의 단계에서 에칭된다. 도 7d의 좌측도에서, 차동 압력센서의 측면부를 나타내고, 우측도에서는 아래에서 본 도면을 나타낸다.
마이크로폰(이것은 차동 압력센서의 특수한 실시예이다)의 제조와 관련하여, 구조는 공동(10)에 개방된 압력안정 개구부가 제공되어야 한다. 압력안정 개구부(9)는 공동(10)의 에칭시 도 7d에서 도시된 바와 같이, 공동(10)에서 기판의 외부면 기판(4)까지 에칭될 수 있다. 또한, 도면에서처럼 기판을 통해 압력안정 개구부를 배치하는 것이 바람직하지 않으면, 본 발명에 따라서 박막의 상부와 하부 간 공간 사이에서 공기가 흐르도록 하는 구멍을 박막(7)에 제공하는 방법으로 실행할 수 있다. 그러한 압력안정 구멍은 예를 들어 레이저로 천공하거나 포토레지스트를 사용하여 박막의 상부 또는 하부로부터 에칭함으로써 박막에 만들어질 수 있다.
도 7e의 단계에서, 유연한 박막(7)이 도 4c에서 설명한 것과 대응하는 방법으로 폴리실리콘에 의해 성장된다. 도 7e에서 유연한 박막(7)의 성장과 함께 제 2박막(17)이 동시에 제 2절연층(16) 위에서 폴리실리콘으로 성장함을 알 수 있다.
도 7f의 단계에서, 천공된 부가적 전극이 유연한 박막(17)으로 형성되는 방법으로 제 2유연한 박막(17)이 제 2절연층(16) 위에서 성장된다. 도 7f의 좌측도는 차동 압력센서의 측면부를 나타내고 우측도는 평면도를 나타낸다.
도 7g의 단계에서, 절연층(5, 16)은 도 4e에서 설명한 것과 대응하는 방법으로 예를 들어 HF에 의해 에칭되어 제거된다. 따라서, 절연층(5, 16)은 일부 절연물질(5, 16)만이 아머쳐 영역(15)의 중앙에 남아 있고 구멍과 공동(10) 사이의 영역에서 제거될 수 있다. 따라서, 유연한 박막(17) 즉 부가적이 전극은 아머쳐 영역(15)을 통해 유연한 박막(7)에 연결되어 있고, 아마쳐 영역(15)은 천공 플레이트(6")에서 분리되게 된다.
마지막으로, 도 7h의 단계에서, 접촉 금속화가 기계적 마스크에 의해 수행되어, 이에 의해 접촉패드(8)이 차동 압력센서에 형성될 수 있다. 도 7h에서 좌측도는 차동 압력센서의 단면도를 나타내고, 우측도는 평면도를 나타낸다.
제 2유연한 박막(17)에 의해 형성된 부가적인 전극구조의 변화 커패시턴스(Cmeas)는 도 7i에 따라서 천공 플레이트(6")와 제 2유연한 박막(17) 사이의 접촉패드(8)로부터 측정된다. 제 2유연한 박막(17)은 아마쳐 영역(15)을 통해유연한 박막(7)의 중앙에 연결되기 때문에, 유연한 박막(7)의 대부분의 유연한 가운데 부분처럼 평면형 패널로서 이동한다. 따라서, 더 큰 커패시턴스 변조, 향상된 분리 용량성 및 감도를 얻을 수 있다.
전기적 접촉을 형성하기 위해, 제 2유연한 박막(17)에 의해 형성된 부가적인 전극은 예를 들어 도 7h에서 알 수 있는 바와 같이, 얇은 컨덕터(18)가 그 천공영역에서 접촉패드까지 이르는 방식으로 패턴화된다. 컨덕터(18)는 제 2유연한 박막(17)의 이동을 가능한한 적게 방해하기 위해 가늘게 해야 한다. 제 2유연한 박막(17)의 형태가 도 7h에 도시되어 있으며, 4개 컨덕터의 배치가 예시되어 있다. 다른 형태를 갖는 암도 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 차동 압력센서의 제 4실시예를 나타낸다. 도 8의 실시예는 전기를 도통시키지 않는 기판(4')를 사용한다는 점에서 이전 실시예와 다르다. 따라서, 유연한 박막(7)이 통전 베이스(8')에 연결되는데, 이것은 도 8에 의한 차동 압력센서의 제 1접촉패드를 형성한다. 이와 달리, 이전 실시예에서 설명한 바와 같이 제 2접촉패드(8)는 천공 플레이트의 표면에 배치된다.
전도성 기판이 차동 압력센서에서 사용되는 것으로 본 발명의 이전 실시예에서 설명하였으나, 이것은 단지 선택에 불과하다는 것을 알아야 한다. 전도성 기판 대신에, 상기 실시예에서 도 8에서와 같은 전도성 베이스를 사용할 수 있는데, 이 베이스는 유연한 박막에 연결되므로 또한 전기가 통하지 않는 기판을 사용할 수 있다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명에 의한 차동 압력센서 및 방법의 제 4실시예를도시한다. 도 9a 내지 도 9f의 실시예는 도 4a 내지 도 4f의 실시예와 대부분 대응된다. 가장 큰 차이점은 도 9a 내지 도 9f의 경우 다른 순서에 의해 단계가 수행되며, 그것에 더하여 접착방지 칼라(collar)를 형성하기 위해 약간의 여분 단계가 수행된다.
도 9a 내지 도 9f의 실시예에서, 차동 압력센서는 도 4a 내지 도 4f에서 설명한 것과 대응하여 SOI 웨이퍼로 만들어질 수 있다. 도 9a의 단계에서, 에칭에 의해 천공 플레이트(6)에 천공이 수행된다.
도 9b의 단계에서, 실리콘 이산화물에 의해 형성된 절연층(5)이 예를 들어 예를 들어 짧게 에칭된다. 즉 피트가 천공 플레이트(6)에서 구멍을 갖는 점에 대응하는 점에 형성되는 방식으로 에칭된다.
도 9c의 단계에서, 이전 실시예에서 설명한 바와 같이 공동(10)이 기판(4)에서 에칭된다.
도 9d의 단계에서, 유연한 박막(7)이 예를 들어 공동(10)을 통한 절연층에 대해 실리콘으로 성장된다. 동시에, 도 9d에서 도시된 바와 같이 폴리실리콘층(19)이 천공 플레이트(6) 및 절연층의 보이는 상부면에서 성장된다. 절연층의 상부면에서, 폴리실리콘층(19)이 단지 천공 플레이트(6)의 구멍에서 성장한다.
도 9e의 단계에서, 폴리실리콘(19)은 도 9e에서 도시된 천공 플레이트(6)의 상부면에서 에칭된다. 에칭은 플라즈마 에칭으로서 실행될 수 있다. 플라즈마 에칭은 전형적으로 수직면보다 더 급속히 수평면을 에칭한다. 따라서, 천공 플레이트(6)의 측면에 일부 폴리실리콘이 남는다.
도 9f의 단계에서, 절연층(5)이 예를 들어 에칭에 의해 제거된다. 도 9f에서 천공 플레이트(6)의 구멍의 측면에 남아 있는 폴리실리콘층(19)은 천공 플레이트(6)에서 박막(7)으로 어느 정도 돌출되어 있음을 알 수 있다. 따라서 이 폴리실리콘(19)의 돌출부가 박막(7)의 접착감도를 줄이는 칼라를 형성한다. 다시 말해서, 그것들은 박막이 천공 플레이트(6)에 접착되는 것을 방지한다.
상기 설명 및 관련 도면은 단지 본 발명을 설명하기 위한 것임을 알아야 한다. 청구범위에서 정의하는 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 다른 변경 및 수정이 가해질 수 있다는 것은 당업자에게는 자명하다.
Claims (18)
- 차동 압력센서 또는 마이크로폰과 같은 박막 센서를 제조하는 방법에 있어서,제 1층, 전도성 물질로 이루어진 제 2층, 제 1층과 제 2층 사이의 절연층을 포함하는 전형성물을 구비하는 단계와,상기 제 1층에서 공동을 에칭함으로써 상기 제 1층에서 재료를 제거하는 단계-상기 공동은 상기 제 1층을 통해 상기 절연층까지 연장된다-와,상기 제 1층에 형성된 공동을 통해 상기 절연층에 전도성 물질의 박막을 성장시키는 단계-상기 박막은 상기 공동의 벽에 접합되어 상기 공동에 조밀한 벽을 형성한다-와,상기 제 2전도층의 구멍을 에칭함으로써 상기 제 2전도층에서 재료를 제거하는 단계-상기 구멍은 상기 제 2전도층을 통해 상기 절연층까지 연장되고 그리고 완성된 박막 센서에서 상기 공동 지점에 그러나 상기 절연층의 반대면에 위치한다-와,상기 구멍과 상기 공동 사이의 영역에서 상기 절연층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1층은 전도성 물질로 이루어지고, 전기적 연결을 가능하게 하는 접촉패드를 형성하도록 상기 제 1층 및 상기 제 2층의 영역을 금속화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 층구조 SOI 전형성물을 구비하여 상기 전형성물의 제 1층은 절연층이 그 위에 배치된 실리콘기판으로 형성되고 상기 실리콘기판의 제 2전도층은 실리콘층으로 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막을 폴리실리콘으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막 센서를 집적회로에 포함시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막의 성장 전에 상기 공동을 통해 에칭함으로써 상기 절연층을 더 거칠게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1층에서 재료를 제거하기 전에 상기 제 2층에서 구멍을 에칭하여, 상기 제 2층의 나머지 부분에서부터 그루브로 분리된 아마처 영역이 상기 제 2층의 가운데 부분에 형성되고,상기 제 2층이 천공될 때 상기 제 2층 위에 제 2절연층을 성장시키고,상기 공동 형성 후에, 전도성 박막을 성장시켜 제 2전도성 박막이 상기 제 2절연층에 성장되고, 상기 제 2박막을 통해 상기 제 2절연층에 이르는 상기 제 2박막에서 개구부가 에칭되어, 절연층의 제거와 함께 또한 상기 제 2절연층이 상기 아머쳐 영역을 통해 서로 연결된 두 개의 유연한 박막을 갖는 차동 압력센서가 제공되는 방식으로 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 차동 압력센서의 제 1전극을 형성하는 전도성 물질의 유연한 박막(7)과,상기 박막과 거리를 두고 배치되고 상기 차동 압력센서의 제 2전극을 형성하는 상기 박막보다 딱딱한 전도성 물질의 천공 플레이트(6, 6', 6")를 포함하는 차동 압력센서로서,상기 차동 압력센서는 기판(4, 4')과, 상기 기판을 통해 연장되고 벽이 상기 기판(4, 4')으로 형성된 공동(10)을 더 포함하고,상기 박막(7)은 상기 공동(10)의 벽에 가깝게 접하여 상기 박막이 상기 공동에 조밀한 벽을 형성하고,상기 천공 플레이트(6, 6', 6")는 절연층(5)에 의해 상기 기판에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 차동 압력센서.
- 제 8항에 있어서, 상기 차동 압력센서는 층구조 SOI 전형성물로 이루어져, 상기 기판(4)은 SOI 전형성물의 실리콘 기판으로 형성되고, 상기 절연층(5)은 SOI 전형성물의 절연층으로 이루어지고, 상기 천공 플레이트(6, 6', 6")는 SOI 전형성물의 실리콘층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차동 압력센서.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 박막(7)은 다결정 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차동 압력센서.
- 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천공 플레이트(6')의 면적은 상기 공동(10)의 단면의 면적보다 작고,상기 차동 압력센서가 천공 플레이트(6')의 방향에서 볼 때, 천공 플레이트(6')의 천공영역이 상기 유연한 박막(7)의 이동영역의 가운데 부분 위에 위치하고, 상기 천공영역에서부터 상기 천공영역을 지지하는 암(11)만이 상기 공동(10)의 측벽의 가상 연장선을 지나 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 차동 압력센서.
- 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 천공된 제 2유연한 박막(17)은 기판(4)에 관련된 반대면의 천공 플레이트(6")에 제 2절연층에 의해 접착되고,그루브로 상기 천공 플레이트의 나머지 부분에서 분리된 아마쳐 영역(15)은 상기 천공 플레이트(6")의 가운데 부분에서 형성되고, 상기 아마쳐 영역은 상기 유연한 박막(7)의 이동이 아마쳐 영역(15)을 통해 상기 유연한 박막(17)로 전달되어 상기 박막(7)과 함께 이동하는 방식으로 상기 유연한 박막(7) 및 상기 제 2유연한 박막(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차동 압력센서.
- 마이크로폰의 제 1전극을 형성하는 전도성 물질의 유연한 박막(7)과,상기 박막과 거리를 두고 배치되고 상기 차동 압력센서의 제 2전극을 형성하는 상기 박막보다 딱딱한 전도성 물질의 천공 플레이트(6, 6', 6")를 포함하는 마이크로폰으로서,상기 마이크로폰은 기판(4, 4')과, 상기 기판을 통해 연장되고 벽이 상기 기판(4, 4')으로 형성된 공동(10)을 더 포함하고,상기 박막(7)은 상기 공동(10)의 벽에 가깝게 접하여 상기 박막이 상기 공동에 조밀한 벽을 형성하고,상기 천공 플레이트(6, 6', 6")는 절연층(5)에 의해 상기 기판에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
- 제 13항에 있어서, 상기 마이크로폰은 층구조 SOI 전형성물로 이루어져, 상기 기판(4)은 SOI 전형성물의 실리콘 기판으로 형성되고, 상기 절연층(5)은 SOI 전형성물의 절연층으로 이루어지고, 상기 천공 플레이트(6, 6', 6")는 SOI 전형성물의 실리콘층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 박막(7)은 다결정 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
- 제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천공 플레이트(6')의 면적은 상기 공동(10)의 단면의 면적보다 작고,상기 마이크로폰이 천공 플레이트(6')의 방향에서 볼 때, 천공 플레이트(6')의 천공영역이 상기 유연한 박막(7)의 이동영역의 가운데 부분 위에 위치하고, 상기 천공영역에서부터 상기 천공영역을 지지하는 암(11)만이 상기 공동(10)의 측벽의 가상 연장선을 지나 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
- 제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 압력안정 개구부가 공동(10)에 개방되어, 상기 압력안정 개구부(9)는 공동(10)에서 기판(4)을 통해 기판의 외부벽으로 연장되고, 박막(7)에서 구멍으로 형성되어 그 구멍이 상기 박막(7) 위의 공간을 상기 박막(7) 아래의 공간과 연결하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
- 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 천공된 제 2유연한 박막(17)은 기판(4)에 관련된 반대면의 천공 플레이트(6")에 제 2절연층에 의해 접착되고,그루브로 상기 천공 플레이트의 나머지 부분에서 분리된 아마쳐 영역(15)은 상기 천공 플레이트(6")의 가운데 부분에서 형성되고, 상기 아마쳐 영역은 상기 유연한 박막(7)의 이동이 아마쳐 영역(15)을 통해 상기 유연한 박막(17)로 전달되어 상기 박막(7)과 함께 이동하는 방식으로 상기 유연한 박막(7) 및 상기 제 2유연한 박막(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
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