KR20080098990A - 압력센서 제조방법 및 그 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력센서 제조방법 및 그 구조에 관한 것으로, 본 발명에 따른 압력센서 제조방법은, 제1실리콘층, 제1절연층, 및 제2실리콘층이 순차적으로 적층된 구조의 SOI 반도체 기판을 준비하는 단계와; 상기 2실리콘층의 일부에 확산 또는 이온주입공정을 이용하여 압저항을 형성하고 상기 압저항에 연결되는 전극을 포함하는 센서회로부를 형성하는 단계와 상기 반도체 기판의 하면인 상기 제1실리콘층의 하면의 일부를 건식식각하여 상기 제1실리콘층을 관통하여 상기 제1절연층을 노출시키는 리세스를 형성함에 의해 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 단계를 구비한다. 본 발명에 따르면, 공정신뢰도 향상되고 센서의 감도가 향상된다.
건식, 보쉬, 다이어프램, 압력센서, 압저항

Description

압력센서 제조방법 및 그 구조{Method for fabricating pressure sensor and structure of the same}
도 1은 종래의 다이어프램의 공정단면도이고,
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 제조공정을 순서대로 나타낸 공정단면도들이고,
도 6은 도 2 내지 도 5에 의해 제조된 압력센서의 출력특성을 나타낸 그래프들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
112 : 제2실리콘층 114 : 제1절연층
116a: 프레임 118 : 제2절연층
122 : 포토레지스트 150 : 리세스
160 : 다이어프램
본 발명은 압력센서 제조방법 및 그 구조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 공정단순화 및 센서의 칩사이즈를 줄일 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조에 관한 것이다.
최근 마이크로프로세서분야와 로봇 산업의 발달과 더불어 여러 산업계 시스템이 자동화추세로 발전함에 따라 보다 더 효율적인 제어를 위해서, 고감도, 고기능 그리고 고성능의 센싱기능이 절실히 필요하게 되었다.
압력센서는 기본적인 물리량의 하나인 압력을 감지하여 전기신호로 변환시키는 것에 의해 압력의 크기를 측정하는 소자로 가전제품, 자동차 엔진제어, 생체공학용 의료기, 산업용 로봇 및 산업체의 대규모 시스템제어 등에 사용되고 있다. 이러한 압력센서는 재료에 따라 반도체 다이어프램형 압력센서와 금속 다이어프램형 압력센서 등으로 구별된다.
특히 반도체 다이어프램형 압력센서는 단결정 또는 다결정실리콘이 사용되는데, 단결정 실리콘을 사용하는 압력센서는 용량형 압력센서와 압저항형 압력센서로 구분된다. 상기 용량형 압력센서는 외부압력에 의해 다이어프램의 휨정도에 따라 정전용량이 변하는 것을 이용하며, 압저항형 압력센서는 다이어프램상에 형성된 저항체가 응력에 따라 저항값이 변하는 것을 이용한다. 용량성 압력센서는 온도계수가 낮으나 선형성이 나쁘고 신호처리가 어려운 반면에, 압저항형 압력센서는 선형성이 우수하고 신호처리가 용이하나 온도특성이 나쁜 단점이 있다.
상술한 압력센서들 중에서 단결정 실리콘의 우수한 탄성성질을 이용한 압저항형 반도체 압력센서는 실리콘 집적화 제조기술과 마이크로 머시닝 기술의 급속한 발전 때문에 소형, 경량 및 대량 생산이 가능하게 되어 가전제품을 비룻한 자동차, 생체공학 등의 의료기기 및 산업체 대규모 시스템 제어에 이르기까지 광범위한 분 야에 널리 응용되고 있다.
상술한 바와 같은 압력센서의 종래의 제조공정에서 다이어프램(diaphragm) 제작에 습식식각(wet etching)이 주로 사용된다. 예를 들면, 에칭용액(KOH, TMAH)을 이용한 습식식각을 통하여 반도체 기판의 하면에 리세스를 형성함에 의해 상기 다이어프램이 형성된다. 이는 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판에 리세스(50)를 형성함에 따라 다이어프램(60)이 형성된다. 그런데 이러한 종래의 제작방법은 상기 리세스(50) 형성시에 습식식각방법이 이용됨에 따라 약 55˚의 경사가 생겨서 센서의 다이어프램 길이(B)가 증가하는 문제가 있다. 그리고, 일반적으로 상기 다이어프램(60)이 형성되기 전에 상기 반도체 기판의 상부표면에 압저항 등 신호처리 회로부가 구성된다. 이러한 신호처리회로부는 상기 습식식각을 진행할 경우에 손상되는 에칭용액에 의해 손상되는 경우가 많다. 상기 신호처리회로부를 보호하기 위한 공정이나 기술은 매우 까다로워 식각공정의 신뢰성 저하 및 제조비용의 상승을 유발하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서의 크기를 줄일 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조비용을 줄일 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 센서의 감도를 높일 수 있는 압력센서 제조방법 및 그 구조를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 압력센서 제조방법은, 제1실리콘층, 제1절연층, 및 제2실리콘층이 순차적으로 적층된 구조의 SOI 반도체 기판을 준비하는 단계와; 상기 2실리콘층의 일부에 확산 또는 이온주입공정을 이용하여 압저항을 형성하고 상기 압저항에 연결되는 전극을 포함하는 센서회로부를 형성하는 단계와; 상기 반도체 기판의 하면인 상기 제1실리콘층의 하면의 일부를 건식식각하여 상기 제1실리콘층을 관통하여 상기 제1절연층을 노출시키는 리세스를 형성함에 의해 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 단계를 구비한다.
상기 리세스를 형성하기 위한 식각은 상기 제1절연층을 식각지연층으로 이용될 수 있으며, 상기 건식식각은 유도결합형 플라즈마 반응이온에칭(ICP-RIE: Inductively coupled plasma reactive ion etching)을 이용한 보쉬(bosch)공정이 이용될 수 있다. 그리고, 상기 압저항 형성후 상기 센서회로부 형성전에, 상기 압저항의 보호를 위한 제2절연층을 형성하는 단계를 더 구비하며, 상기 리세스를 형성하기 위한 식각전에, 상기 센서회로부를 보호하기 위하여 상기 제2절연층의 상부 에 포토레지스트를 형성하는 단계를 더 구비할 수 있으며, 상기 다이아 프레임 형성시에 소자분리를 위한 상기 반도체 기판의 분리선(scribe line) 절단공정이 동시에 수행될 수 있다.
그리고, 상기 제1실리콘층은 n형 실리콘층, 상기 제1절연층은 실리콘 산화막, 및 제2실리콘층은 p형 실리콘층일 수 있으며, 상기 제1실리콘층, 상기 제1절연층, 및 상기 제2실리콘층의 두께 비율은 7:0.5:525 의 비율을 가질 수 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 제1실리콘층, 제1절연층, 및 제2실리콘층이 순차적으로 적층된 SOI 반도체 기판에 형성된 압력센서의 구조는, 상기 제2실리콘상에 형성된 압저항과; 상기 제1실리콘층의 하면에서부터 상기 제1실리콘층의 내부를 관통하여 상기 제1절연층을 노출시키는 구조를 가지는 리세스를 감싸는 수직구조의 프레임과; 상기 리세스 상부의 제2실리콘층으로 형성되는 다이어프램을 구비한다.
상기 리세스의 상기 제1실리콘층의 하면의 폭과 상기 제1절연층 노출면의 폭은 동일할 수 있다.
상기한 구성에 따르면, 공정신뢰도 향상 및 센서의 감도가 향상된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 제작공정을 순서대로 나타낸 공정단면도들이다.
도 2에 도시된 바와 같이, SOI(Silicon On Insulator) 반도체 기판에 압저항(Piezoresistor)을 형성한다.
상기 SOI 반도체 기판(110)은 SIMOX(Separation by Implanted Oxygen) 웨이퍼, SOS(Silicon on sapphire) 와 SDB(Silicon Direct Bonding) 웨이퍼가 주로 알려져 있다.
SIMOX 웨이퍼는 단결정 실리콘 기판 내부에 산소 이온을 주입하고, 상기 기판에 어닐링(annealing) 처리를 행하여 이들 산소 이온과 실리콘 원자를 화학반응시킴으로써, 기판 상에 매몰된 산화층을 형성시켜 얻어지는 SOI 기판이다. 상기한 SIMOX 웨이퍼 형성 방법은, SOI 기판을 형성하기 위하여 산소이온을 주입하고, 열처리 공정을 수행한 다음, 다시 소자분리를 위하여 국부적 산화방식(LOCOS)을 적용하거나 트렌치 산화막 등을 형성해야 하기 때문에 공정이 복잡하고 제조 원가가 크다는 단점이 있다.
SOS 웨이퍼는 단결정 실리콘 기판 위에 에피택시 공정으로 단결정 사파이어(Al2O3)를 성장하고, 단결정 사파이어 층 위에 단결정 실리콘을 성장시키는 방법으로 얻어지는 SOI 기판이다.
한편, SDB 웨이퍼는 2매의 단결정 실리콘 웨이퍼에 산화층을 개재하여 접합하여, 2매 중 한쪽의 웨이퍼를 화학적, 기계적 방법으로 박막화 함으로써 얻어지는 기판이다. 상기한 SDB 방법은 단결정 실리콘 박막과 우수한 절연특성을 가질 뿐만 아니라 큰면적의 SOI 기판을 제작할 수 있으며, 단결정 실리콘의 전기적, 기계적 특징을 이용할 수 있기 때문에 최근에 활발히 연구되고 있다.
상기 SOI 반도체 기판(110)은 제1실리콘층(116), 제1절연층(114), 및 제2실리콘층(112)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 상기 SOI 반도체 기판(110)은 상술한 SOI 기판 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 SOI 반도체 기판(110)은 상기 SDB 방법으로 제작될 수 있으며, 이때의 상기 제1실리콘층(116)은 n형 실리콘층으로 7㎛, 상기 제1절연층(114)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 0.5㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 제2실리콘층(112)은 p형 실리콘층으로서 525㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 SOI 반도체 기판(110)을 이용하여 압력센서를 제조하기 위하여 우선적으로 상기 제2실리콘층(112)의 표면 일부에 압저항(120)을 형성한다. 상기 압저항(120) 형성은 확산 또는 이온주입공정이 이용된다.
예를 들어, 이온주입공정이 이용되는 경우에는 p형 압저항 형성을 위하여 '1*1019 cm-3'의 붕소(boron)를 상기 제2실리콘층(112)의 일부에 주입한다. 여기서 상기 이온주입 공정전에 이온주입공정 및 후속공정에서의 마스크로 사용하기 위하여 1㎛ 정도의 산화층(미도시)을 습식 산화공정으로 형성할 수 있다. 상기 압저항(120)의 크기는 '50x60x0.6㎛3'로 형성될 수 있으며, 상기 압저항(120)은 최대의 감도를 나타내는 것으로 알려진 다이어프램의 가장자리에 45˚ 방향으로 배치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압저항(120)이 형성된 상기 제2실리콘층(112) 상 에 제2절연층인 보호막층(passivation film layer)(118)을 형성한다. 상기 보호막층(118)은 '0.5㎛'의 실리콘 산화막(SiO2)층을 TEOS(Tetraethoxy silane) 공정으로 증착함에 의해 형성될 수 있다.
다음으로 상기 압저항(120)과 연결되는 전극(130)을 형성한다. 상기 전극(130)은 알루미늄 스퍼트를 이용하여 대략 '0.5㎛' 두께로 형성될 수 있다. 기타 추가적인 회로부를 형성하여 센서 동작과 관련된 센서 회로부를 완성한다.
상기 압저항(120)이 채용된 압력센서는 후속공정에서 형성되는 정방형 구조의 다이어프램(diaphragm)의 가장자리에 단일요소 4단자(Single-element four-terminal) 압저항(piezoresistor)이 배치되어 있는 구조를 가질 수 있다. 이는 일반적으로 네 개의 압저항을 휘트스톤브리지 회로로 구성하는 방법과는 달리, 한 개의 압저항에 전원 및 출력을 위한 네 개의 단자가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압저항(120) 및 센서회로부가 형성된 제2실리콘층(112) 및 상기 보호막층(118)의 상부에 포토레지스트막(132)을 도포한다. 상기 포토레지스트막(132)은 후속공정에서의 에칭공정시 상기 센서회로부를 보호하기 위한 것이다. 후속공정에서 수행되는 에칭공정이 건식식각공정이기 때문에 습식식각의 경우와 같은 복합한 보호막이 필요하지 않으며, 일반적으로 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토레지스트 도포 정도만으로 회로부의 보호가 가능한 구조를 가진다. 또한 공정 진행 후에 제거도 간단하기 때문에 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이후 상기 제1실리콘층(116)의 하면에는 포토리소그래피 공정으로 식각 패턴(122)을 형성한다. 웨이퍼 뒷면 즉 상기 제1실리콘층(116)의 하면의 식각 패턴 형성을 위하여 사용된 포토레지스트(122)는 제거하지 않고 식각마스크로 이용된다.
다음으로 상기 식각 패턴을 이용하여 상기 제1실리콘층(116)의 일부를 건식 식각하여 리세스(150)를 형성한다.
상기 건식식각은 유도결합형 플라즈마 반응이온에칭(ICP-RIE)(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)방법이 이용될 수 있다. 특히 상기 리세스(150)형성 공정은 유도결합형 플라즈마 반응이온에칭을 이용한 보쉬(bosch)공정으로 수행될 수 있다.
일반적으로, 보쉬공정은 에칭(etching) 공정과 보호(passivation) 공정을 번갈아가면서 실시하여 제작되는 구조물의 종횡비(aspect ratio)를 획기적으로 높일 수 있는 드라이에칭 방법으로 알려져 있다. 예를 들면, SF6 가스로 실리콘을 일정 시간 동안 에칭한 후에, C4F8 가스를 이용하여 에칭된 구조물의 측면 및 바닥면에 에칭 보호막을 형성한다. 다음 사이클의 실리콘 에칭 시, 방향성을 가진 이온에 의해 바닥면의 보호막만이 제거되게 된다. 계속적으로 실리콘이 에칭되는 과정이 반복되는 동안 구조물의 측면은 계속해서 에칭으로부터 보호되기 때문에 종횡비가 우수한 이방성 가공이 가능하게 된다.
상기 리세스(150)를 형성하기 위한 보쉬 공정조건은 에칭 및 보호 공정을 포 함하는 한 사이클이 17.5초이고, 에칭속도는 약 3㎛/min 정도 일 수 있다. 그리고, 상기 보쉬공정의 에칭 보호막으로는 포토레지스트와 실리콘 산화막(SiO2)의 2층 구조가 이용될 수 있다. 여기서, 식각 선택비는 포토레지스트와 실리콘이 1:80, 실리콘 산화막과 실리콘이 1:220 일 수 있다.
이에 따라 그림 2에 나타낸 것과 같이 건식식각을 이용해서 제작한 센서의 다이어프램 길이는 도 1의 종래의 습식식각법으로 제작된 센서 다이어프램 길이(B)보다 1.4T(T: 식각 깊이) 정도로 작아지게 하는 것이 가능하다. 상기 리세스(150)는 형성되는 다이어프램(160)의 크기가 '1000x1000x7㎛3' 이 될 수 있도록 형성되어질 수 있다.
여기서 상기 리세스(150) 형성을 위한 식각은 상기 제1절연층(114)을 식각 지연층으로 사용하게 된다.
일반적으로, 유도결합형 플라즈마 반응이온에칭을 이용하여 실리콘을 식각하는 경우에 로딩 효과(loading effect) 때문에 실리콘 식각면이 균일하지 않는 문제가 있다. 상기 로딩효과는, 식각 면적이 좁을 경우에는 식각면의 중앙 부분의 식각속도가 빠르고, 식각면적이 넓을 경우에는 가장자리 부분의 식각속도가 빠르게 때문에 발생된다. 따라서 이를 방지 또는 최소화하고 균일한 식각면을 얻기 위하여 상기 제1절연층(114)을 식각 지연층으로 이용할 수 있다.
상기 식각지연층을 이용한 지연기술은 제1실리콘층(116)과 상기 제1절연층(114) 간의 식각선택비(예를 들면, Si:SiO2 = 220:1)를 이용한 것으로, 상기 제1절 연층(114)을 식각지연층으로 사용함에 의하여 로딩 효과 등에 의하여 발생할 수 있는 식각면의 두께 편차를 줄일 수 있다. 따라서 균일한 두께의 다이어프램(160)의 제조가 가능해진다.
상술한 건식식각공정을 이용하여 리세스(150)을 형성함에 의해 다이어프램(160) 및 프레임(116a)이 형성된다. 상기 프레임(116a)은 보쉬공정이 이용되므로 수직으로 제조된다. 즉 상기 리세스(150)의 상기 제1실리콘층(116)의 하면의 폭과 상기 제1절연층(114) 노출면의 폭이 동일한 구조로 제작될 수 있다.
상기 리세스(150) 형성을 위한 식각시에 소자를 분리하기 위한 분리선(scribe line)이 동시에 식각되도록 하는 것이 가능하다. 이 경우에는 공정 종료 후에 소자를 분리하기 위한 웨이퍼 절단 공정을 생략할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다이어프램(160) 및 프레임(116a)이 형성된 후에 클리너를 이용하여 남아있는 포토레지스트(122, 132)를 제거함에 의해 압력센서가 완성된다.
상술한 바와 같은 공정에 의해 완성된 압력센서는 수직으로 형성된 프레임(116a) 및 균일한 두께를 가지는 다이어프램(160)을 구비한다. 즉 상기 제2실리콘층(112) 두께인 7㎛의 균일한 다이어프램(160)의 형성이 가능하다. 수직으로 형성된 프레임(116a)에 다이어프램(160)이 연결되면, 센서의 사이즈를 작게 할 수 있을 뿐 아니라 인가되는 압력에 의하여 다이어프램(160) 가장자리에 발생하는 응력이 프레임(116a)으로 분산되지 않고 다이어프램(160) 가장자리에 집중되기 때문에 센서의 감도를 높일 수 있다.
도 6은 상술한 바와 같은 공정에 의해 제작된 압력센서의 출력특성을 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전원으로 3V의 직류전압을 사용하였을 경우에, 센서의 압력감도는 그래프(a)에서와 같이 1kPa 압력범위에서는 3.5mV/V·kPa , 그래프(b)에서와 같이 0.1kPa 압력범위에서는 4mV/V·kPa 로 매우 우수함을 알 수 있다. 또한 측정가능 분해능은 20Pa를 넘지 않았으며, 센서의 비직선성은 1kPa 압력범위에서 0.5％F.S.O 이하였고, 측정이 가능한 최대압력은 100kPa 이상으로 나타났다.
상기 압력센서는 0.1kPa 압력범위에서도 사용이 가능한 저압용으로, 반도체 공정장비 제어 및 의료장비용으로의 응용이 가능할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 건식식각만으로 압력센서의 다이어프램을 제작하므로 공정이 매우 단순할 뿐 아니라, 비교적 단순한 공정으로 압력센서와 신호처리회로를 동일 칩 상에 집적이 가능하다. 또한 얇고 균일한 두께의 다이어프램의 제조가 가능하고 센서의 칩 사이즈도 줄일 수 있는 장점이 있다. 그 리고 공정의 신뢰성이 향상되며, 센서의 감도를 높일 수 있는 효과도 있다.

Claims (9)

  1. 압력센서 제조방법에 있어서:
    제1실리콘층, 제1절연층, 및 제2실리콘층이 순차적으로 적층된 구조의 SOI 반도체 기판을 준비하는 단계와;
    상기 2실리콘층의 일부에 확산 또는 이온주입공정을 이용하여 압저항을 형성하고 상기 압저항에 연결되는 전극을 포함하는 센서회로부를 형성하는 단계와;
    상기 반도체 기판의 하면인 상기 제1실리콘층의 하면의 일부를 건식식각하여 상기 제1실리콘층을 관통하여 상기 제1절연층을 노출시키는 리세스를 형성함에 의해 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리세스를 형성하기 위한 식각은 상기 제1절연층을 식각지연층으로 이용함을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 건식식각은 유도결합형 플라즈마 반응이온에칭(ICP-RIE)을 이용한 보쉬(bosch)공정이 이용됨을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압저항 형성후 상기 센서회로부 형성전에, 상기 압저항의 보호를 위한 제2절연층을 형성하는 단계를 더 구비하며,
    상기 리세스를 형성하기 위한 식각전에, 상기 센서회로부를 보호하기 위하여 상기 제2절연층의 상부에 포토레지스트를 형성하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다이아 프레임 형성시에 소자분리를 위한 상기 반도체 기판의 분리선(scribe line) 절단공정이 동시에 수행됨을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1실리콘층은 n형 실리콘층, 상기 제1절연층은 실리콘 산화막, 및 제2실리콘층은 p형 실리콘층임을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1실리콘층, 상기 제1절연층, 및 상기 제2실리콘층의 두께 비율은 7:0.5:525 의 비율을 가짐을 특징으로 하는 압력센서 제조방법.
  8. 제1실리콘층, 제1절연층, 및 제2실리콘층이 순차적으로 적층된 SOI 반도체 기판에 형성된 압력센서의 구조에 있어서:
    상기 제2실리콘상에 형성된 압저항과;
    상기 제1실리콘층의 하면에서부터 상기 제1실리콘층의 내부를 관통하여 상기 제1절연층을 노출시키는 구조를 가지는 리세스를 감싸는 수직구조의 프레임과;
    상기 리세스 상부의 제2실리콘층으로 형성되는 다이어프램을 구비함을 특징으로 하는 압력센서의 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리세스의 상기 제1실리콘층의 하면의 폭과 상기 제1절연층 노출면의 폭은 동일함을 특징으로 하는 압력센서의 구조.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332701B1 (ko) * 2010-09-20 2013-11-25 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 기준 커패시터를 포함하는 미소 전자기계 압력 센서
KR20160106754A (ko) * 2014-01-14 2016-09-12 로베르트 보쉬 게엠베하 마이크로 기계 압력 센서 장치 및 그 제조 방법
KR20190120993A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 포항공과대학교 산학협력단 고감도 고신뢰성 압력센서의 제조방법
KR102297944B1 (ko) * 2020-06-08 2021-09-02 김경원 Mems 압저항 압력센서 및 그 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101652369B1 (ko) * 2015-01-02 2016-08-30 서울시립대학교 산학협력단 습식 및 건식 식각공정을 이용한 압저항형 압력센서 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100379929B1 (ko) * 1998-03-20 2003-10-11 주식회사 만도 반도체압력센서의제조방법
KR100517288B1 (ko) * 2003-06-26 2005-09-28 주식회사 케이이씨 압력센서 및 그 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332701B1 (ko) * 2010-09-20 2013-11-25 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 기준 커패시터를 포함하는 미소 전자기계 압력 센서
KR20160106754A (ko) * 2014-01-14 2016-09-12 로베르트 보쉬 게엠베하 마이크로 기계 압력 센서 장치 및 그 제조 방법
KR20190120993A (ko) * 2018-04-17 2019-10-25 포항공과대학교 산학협력단 고감도 고신뢰성 압력센서의 제조방법
KR102297944B1 (ko) * 2020-06-08 2021-09-02 김경원 Mems 압저항 압력센서 및 그 제조방법

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