KR20060109090A - 일축 가속도 측정 소자 및 이를 이용한 가속도 측정 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일축(Single-Axis) 가속도 측정 소자 및 이를 이용한 가속도 측정 센서에 관한 것으로, 기계 구조물로 형성되는 일축 가속도 소자 및 센서는 크기가 커서 작은 부품들에는 사용할 수가 없고, 미세 기계 가공 방법으로 형성하는 가속도 측정 센서는 제작 방법이 복잡하고 어렵다는 문제를 해결하기 위하여, 반도체 소자를 형성하는 일반적인 공정을 이용하여 쉽게 가공할 수 있는 간단한 구조의 일축 가속도 측정 소자 및 센서에 관한 것이다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 소자를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 AA'에 대한 단면을 도시한 단면도.
도 3은 도 1의 BB'에 대한 단면을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 가속도 측정 센서를 도시한 개략도.
본 발명은 일축 가속도 측정 소자 및 이를 이용한 가속도 측정 센서에 관한 것으로, 기계 구조물로 형성되는 일축 가속도 소자 및 센서는 크기가 커서 작은 부품들에는 사용할 수가 없고, 미세 기계 가공 방법으로 형성하는 일축 가속도 측정 센서는 제작 방법이 복잡하고 어렵다는 문제를 해결하기 위하여, 반도체 소자를 형성하는 일반적인 공정을 이용하여 쉽게 가공할 수 있는 간단한 구조의 일축 가속도 측정 소자 및 센서에 관한 것이다.
일축 가속도 측정 센서는 자동차의 에어백 장치 등 산업 분야의 전반적인 부품들에 사용되는 장치이다. 일축 가속도 측정 센서는 물리적인 동작을 인식하는 소 자와 이를 전기적 신호로 변환해 주는 회로부로 구성된다.
종래 기술에 따른 일축 가속도 측정 소자는 기계 구조물로 형성되어 부피가 크고, 별도의 회로부가 추가 되어야 하므로 그 구성 및 형성 공정이 복잡하다. 또한, 미세 신호에 대한 반응을 감지하는데 한계가 있고 반응 속도도 느린 단점이 있다.
따라서, 미세 가공 기술을 이용하여 상기 일축 가속도 센서를 제작하는 방법이 사용되고 있으나, 정밀한 공정을 수행하는데 어려움이 있어 많은 한계점이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여, 반도체 소자 공정을 이용하여 미세한 크기의 가속도 측정 소자를 형성한다. 상기 가속도 소자는 동작을 인식할 수 있는 질량부와 가동부를 하나의 평판 구조로 형성하되 캐패시터의 전극 역할을 할 수 있도록 형성하여 별도의 복잡한 회로를 구성할 필요 없이 가속도 측정 센서를 제작 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 소자는
마름모형의 제 1 질량부;
상기 제 1 질량부의 외곽을 따라 구비되며 상기 제 1 질량부의 제 1 꼭지점과 하나의 꼭지점을 공유하는 마름모형의 가동부;
상기 가동부의 제 1 꼭지점과 연결되는 제 2 질량부;
상기 가동부의 제 1 꼭지점에 대향하는 제 3 꼭지점과 연결되며 반도체 기판에 부착된 고정부; 및
상기 가동부의 제 2 및 제 4 꼭지점에 각각 연결되는 라인형 캐패시터 전극을 평판형 구조로 구비하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 센서는
평판 구조의 제 1 , 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자; 및
상기 제 2 일축 가속도 측정 소자의 하기 고정부에 일 전극이 접속되며 상기 제 2 일축 가속도 측정 소자 양측의 제 1 및 제 3 일축 가속도 측정 소자의 하기 고정부에 타 전극이 접속되는 기준 캐패시터를 포함하되,
상기 제 1, 제 2 및 제 3의 1축 가속도 측정 소자는 각각
마름모형의 제 1 질량부;
상기 제 1 질량부의 외곽을 따라 구비되며 상기 제 1 질량부의 제 1 꼭지점과 하나의 꼭지점을 공유하는 마름모형의 가동부;
상기 가동부의 제 1 꼭지점과 연결되는 제 2 질량부;
상기 가동부의 제 1 꼭지점에 대향하는 제 3 꼭지점과 연결되며 반도체 기판에 부착된 고정부; 및
상기 가동부의 제 2 및 제 4 꼭지점에 각각 연결되는 라인형 캐패시터 전극
을 구비하며,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자는 라인형 캐패시터 전극이 서로 대향 하도록 동일한 평면상에 배열되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 소자 및 그를 이용하여 형성된 일축 가속도 측정 센서에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 소자를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 평판 구조의 일축 가속도 측정 소자는 마름모형의 제 1 질량부(110)와, 마름모형의 가동부(100)와, 제 2 질량부(120)와, 반도체 기판(미도시)에 부착된 고정부(130) 및 라인형 캐패시터 전극(140)을 평판형 구조로 구비한 일축 가속도 측정 소자가 도시되어 있다. 여기서, 가동부(100)는 제 1 질량부(110)의 외곽을 따라 구비되며, 제 2 질량부(120)는 제 1 질량부의 제 1 꼭지점과 하나의 꼭지점을 공유하며 가동부(100)의 제 1 꼭지점과 연결된다. 또한, 고정부(130)는 가동부(100)의 제 1 꼭지점에 대향하는 제 3 꼭지점에 연결되며 라인형 캐패시터 전극(140)은 가동부(100)의 제 2 및 제 4 꼭지점에 각각 연결된다. 고정부(130)는 하부의 반도체 기판에 일축 가속도 측정 소자를 고정시키는 지지대(135)를 포함한다.
또한, 제 1 및 제 2 질량부(110, 120)는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함할 수 있다. 이는, 일축 가속도 측정 소자를 형성하는 공정에서 희생 산화막층의 식각이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 형성하는 것이다. 따라서, 질량부의 가속도 측정 소자의 용도에 따라서 제 1 및 제 2 질량부(110, 120) 상부에 소정의 질량 물질을 각각 더 구비할 수도 있다.
이상의 일축 가속도 측정 소자를 형성하는 방법은, 먼저 반도체 기판 상에 평탄화된 희생 산화막층을 형성하고, 일축 가속도 측정 소자의 고정부가 형성될 영역에 지지대 형성을 위하여 희생 산화막층에 콘택홀을 형성한다. 이때, 반도체 기판이 노출되지 않도록 소정 깊이 식각하는 것이 바람직하다.
다음에는, 희생 산화막층 상부에 도전성 폴리실리콘층 또는 금속층을 형성하고, 도 1에 도시된 것과 같은 모양의 마스크를 이용한 습식 식각 공정으로 제 1 및 제 2 질량부 하부의 희생 산화막층이 모두 제거되도록 한다. 이때, 제 1 및 제 2 질량부가 형성될 영역에 구비되는 개구부로 식각 용액이 유입되어 하부의 희생 산화막층이 완전히 제거될 수 있도록 한다.
여기서, 지지대는 희생 산화막층에 형성된 콘택홀에 폴리실리콘층 또는 금속층이 채워지면서 자연스럽게 형성되도록 하며, 지지대 및 반도체 기판 사이의 희생 산화막층은 상기 습식식각 공정에서 완전히 제거되지 않고 잔류하여 지지대를 반도체 기판에 고정시키는 역할을 하게 된다.
상술한 바와 같이 형성된 가속도 측정 소자는 제 1 및 제 2 질량부에 힘이 가해지면 가동부의 제 1 꼭지점 및 제 3 꼭지점에 대한 대각선의 길이가 늘어나거나 감소하면서 제 2 꼭지점 및 제 4 꼭지점에 연결된 라인형 캐패시터 전극과 인접한 가속도 측정 소자들의 캐패시터 전극 사이의 간격이 변화하게 된다.
도 2는 도 1의 AA'에 대한 단면을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(150) 상부에 제 2 질량부(120) 및 라인형 캐패시터 전극(140)이 공중에 부양된 상태가 도시되어 있다. 습식 식각에 의해서 하 부의 희생 산화막층(115)이 모두 제거되는 것이 바람직하나 일부 잔류 물질이 남게 될 수도 있으나, 이는 본 발명에 따른 가속도 측정 소자의 동작에 영향을 주지 못한다.
도 3은 도 1의 BB'에 대한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 잔류하는 희생 산화막층(115) 및 지지대(135)에 의해서 고정부(130)가 반도체 기판(150)에 고정 된다. 제 1 및 제 2 질량부(미도시)는 개구부를 포함하고 있으므로 습식식각 공정에서 하부의 희생 산화막층이 모두 제거 되지만, 고정부(130)는 개구부를 구비하지 않으므로 하부의 희생 산화막층(115)이 제거되지 않고 잔류하게 된다. 이때, 희생 산화막층(115)은 고정부(130)의 지지대(135)와 결합하여 반도체 기판(150)에 고정시키는 역할을 하며, 반도체 기판(150)으로부터 고정부(130)를 포함하는 가속도 측정 소자의 라인형 캐패시터 전극(140)을 전기적으로 절연시키는 역할을 하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 도 1의 가속도 측정 소자를 이용한 평판형 가속도 측정 센서를 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 평판 구조의 제 1 , 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자들의 라인형 캐패시터 전극(140)들이 서로 대향 하도록 동일한 평면상에 일렬로 배열된다. 여기서, 중심부에 위치한 일축 가속도 측정 소자를 제 2 일축 가속도 측정 소자라 할 때, 양측에 위치한 것이 각각 제 1 또는 제 3 일축 가속도 측정 소자가 된다. 이때, 제 2 일축 가속도 측정 소자의 고정부(130)에 기준 캐패시터(160)의 일 전극이 연결되고, 타 전극은 제 1 및 제 3 일축 가속도 측정 소자에 동시에 연 결된다.
상기와 같은 구조에서 제 1, 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자들은 각각 하나의 캐패시터 전극으로 작용하게 된다. 따라서, 각각의 가속도 측정 소자의 신축에 따라 서로 대향하는 라인형 캐패시터 전극(140) 사이의 간격에 변화가 생기고 캐패시턴스 값에 변화가 발생한다. 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 센서는 상기 캐패시턴스 값의 변화량을 측정하여 기준 캐패시터와 비교함으로써 가속도를 측정할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 센서는 희생 산화막층을 습식 식각하는 방법과 같이 일반적인 반도체 공정을 이용하여 용이하게 제작할 수 있으며, 열차 또는 자동차용 진동 및 충격 감지 장치뿐만 아니라 하드 디스크 보호용 센서와 같이 미세한 크기를 요하는 센서 등에 간단하게 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 일축 가속도 측정 소자 및 센서는 기계 구조물로 사용되는 센서에 비하여 크기가 미세하고 형성 공정도 간단할 뿐만 아니라 반응 속도 또한 우수한 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (4)
- 마름모형의 제 1 질량부;상기 제 1 질량부의 외곽을 따라 구비되며 상기 제 1 질량부의 제 1 꼭지점과 하나의 꼭지점을 공유하는 마름모형의 가동부;상기 가동부의 제 1 꼭지점과 연결되는 제 2 질량부;상기 가동부의 제 1 꼭지점에 대향하는 제 3 꼭지점과 연결되며 반도체 기판에 부착된 고정부; 및상기 가동부의 제 2 및 제 4 꼭지점에 각각 연결되는 라인형 캐패시터 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 구조의 일축 가속도 측정 소자.
- 평판 구조의 제 1 , 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자; 및상기 제 2 일축 가속도 측정 소자의 하기 고정부에 일 전극이 접속되며 상기 제 2 일축 가속도 측정 소자 양측의 제 1 및 제 3 일축 가속도 측정 소자의 하기 고정부에 타 전극이 접속되는 기준 캐패시터를 포함하되,상기 제 1, 제 2 및 제 3의 1축 가속도 측정 소자는 각각마름모형의 제 1 질량부;상기 제 1 질량부의 외곽을 따라 구비되며 상기 제 1 질량부의 제 1 꼭지점과 하나의 꼭지점을 공유하는 마름모형의 가동부;상기 가동부의 제 1 꼭지점과 연결되는 제 2 질량부;상기 가동부의 제 1 꼭지점에 대향하는 제 3 꼭지점과 연결되며 반도체 기판에 부착된 고정부; 및상기 가동부의 제 2 및 제 4 꼭지점에 각각 연결되는 라인형 캐패시터 전극을 구비하며,상기 제 1, 제 2 및 제 3 일축 가속도 측정 소자는 라인형 캐패시터 전극이 서로 대향 하도록 동일한 평면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 일축 가속도 측정 센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 질량부는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 일축 가속도 측정 센서.
- 제 2 항에 있어서,상기 고정부는 하부의 반도체 기판과 연결되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 일축 가속도 측정 센서.
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