KR20120091981A - 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 ｍｅｍｓ형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 중앙 영역이 일정 두께만큼 식각된 기판; 상기 기판의 중앙 영역 상부에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제2 멤브레인; 상기 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체; 상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인; 상기 제1 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 감지 전극; 및 상기 감지 전극 상에 형성되는 감지 소재를 포함한다.

Description

다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 ＭＥＭＳ형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법{Micro Electro Mechanical Systems Type Semiconductor Type Gas Sensor Using Microheater Having Many Holes and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 반도체식 가스 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
가스 센서에 대한 연구는 오래전부터 이루어져 왔고, 현재 다양한 방식의 가스 센서가 상용화되어 있으며, 그 중에 반도체 감지 소재를 이용한 가스 센서가 있다. 반도체 감지 소재를 이용한 가스 센서는 기체 성분이 반도체의 표면에 흡착하거나 또는 미리 흡착해 있던 산소 등과 같은 흡착 가스와 반응할 때 흡착 분자와 반도체 표면 사이에 전자 수수가 일어나고, 이로 인하여 반도체의 도전율과 표면 전위 등이 변하게 된다. 이러한 변화의 크기는 감지 가스의 농도와 측정 온도에 따라 달라지므로 이를 가스 감지 원리에 사용하게 된다.
반도체식 가스 센서는 측정 대기의 스펙트럼이나 이온 모빌리티(Mobility)에 의한 전도성 측정을 통한 광학식 가스 센서나 전기 화학식 가스 센서에 비하여 그 구조가 간단하고 공정이 용이하여 대량생산이 가능하며, 크기가 작고 전력 소모가 작아 개인 휴대형 단말기나 유비쿼터스 센서 네트워크에 장착되어 다양한 서비스에 이용될 수 있는 이점이 있다.
종래의 반도체식 가스 센서에는 알루미나나 쿼츠 등의 기판에 감지 소재와 감지 전극 그리고 감지 특성을 향상시키기 위해 동작 온도를 올려주기 위한 히터가 있는 벌크형 반도체식 가스 센서나, 다른 부분은 유사하지만 히터가 있는 부분을 식각 등의 방법으로 제거하여 열적으로 격리시킴으로써 소모 전력을 줄인 MEMS형 반도체식 가스 센서가 있다.
벌크형 반도체식 가스 센서는 갑작스런 충격에 강한 반면 감지 특성을 향상시키기 위한 높은 동작 온도 유지를 위해 전력 소모가 큰 단점이 있어 휴대용 단말기나 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiqituous Sensor Network: USN) 서비스용 센서 노드에 적용이 어려웠다.
기존 MEMS형 반도체식 가스 센서는 발열 저항체 부분의 기판(주로 실리콘)을 식각함으로써 열적으로 격리시켜 벌크형 반도체식 가스 센서에 비해 훨씬 적은 전력 소모가 장점이다. 그 방법으로 멤브레인들과 발열 저항체 부분을 남겨두고 그 뒷면의 기판을 식각하는 벌크 마이크로머시닝(Bulk Micromachining) 방법과 멤브레인들 일부분과 발열 저항체 부분을 남겨두고 그 뒷면의 기판을 일부분만 식각하는 표면 마이크로머시닝(Surface Micromachining) 방법으로 나뉜다.
전자의 경우 멤브레인들이 뚫린 부분이 없이 기판과 연결되어 있으므로 상대적으로 기계적 강성을 가지지만 기판 두께만큼을 식각해야 하므로 공정 비용이 증가하는 단점이 있다. 후자의 경우 멤브레인들 일부분과 발열 저항체 부분을 남겨두고 그 뒷면의 기판 두께의 일부분만 식각하므로 공정 비용이 상대적으로 저렴하고 기판 뒷면이 닫혀있으므로 소자의 취급에도 용이하지만 멤브레인들에 뚫린 부분이 있는 채로 기판과 연결되어 있으므로 상대적으로 약한 구조적 특성을 가진다. 따라서, 두 구조 모두 갑작스런 충격에 상대적으로 약한 단점이 있다.
그러나 휴대용 단말기 또는 유비쿼터스 센서 네트워크 등에서 탑재되어 다양한 서비스에 이용되기 위해서는 가능한 전력 소모가 적으면서도 갑작스런 충격에도 구조적/기계적/전기적으로 안정한 MEMS형 반도체식 가스 센서가 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초소형이면서 소모 전력이 현저히 줄어든 MEMS형 반도체식 가스 센서에서 구조적/기계적/전기적으로 안정한 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 환경에서 서비스를 제공할 수 있는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서는, 중앙 영역이 일정 두께만큼 식각된 기판; 상기 기판의 중앙 영역 상부에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제2 멤브레인; 상기 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체; 상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인; 상기 제1 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 감지 전극; 및 상기 감지 전극 상에 형성되는 감지 소재를 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법은, 기판의 중앙 영역 상부에 제2 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체를 형성하는 단계; 상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 제1 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 감지 전극을 형성하는 단계; 상기 감지 전극 상에 감지 소재를 형성하는 단계; 식각할 영역을 패터닝하고 상기 제2 멤브레인에 다수의 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 식각할 영역을 통해 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법은, 기판의 중앙 영역 상부에 제2 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체를 형성하는 단계; 상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 제1 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 감지 전극을 형성하는 단계; 식각할 영역을 패터닝하고 상기 제2 멤브레인에 다수의 구멍을 형성하는 단계; 상기 식각할 영역을 통해 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계; 및 상기 감지 전극 상에 감지 소재를 형성하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 멤브레인들과 발열 저항체 부분에 다수의 구멍을 뚫고 이 부분을 통해 멤브레인들과 발열 저항체 부분의 뒷면을 일정 두께만큼 전체적으로 또는 부분적으로 식각하여 열적으로 격리시키거나 또는 멤브레인들을 지탱하도록 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공함으로써, 벌크형 반도체식 가스 센서는 물론이고 기존의 벌크 또는 표면 마이크로머시닝으로 구현한 MEMS형 마이크로히터와 같이 전력 소모가 적을 뿐만 아니라 갑작스런 충격에도 구조적/기계적/전기적으로 안정한 MEMS형 반도체식 가스 센서를 구현하여 센서 수명을 늘려주는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, MEMS형 반도체식 가스 센서가 여러 시스템(예를 들어 휴대용 단말기나 센서 노드 등)에 탑재되어 여러 극한 환경에서도 다양한 서비스를 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 MEMS형 반도체식 가스 센서는 저전력 특성으로 인하여 제한된 전지 용량 내에서도 장시간 사용할 수 있고, 열전 소자 및 압전 소자 등의 에너지 변환 소자가 동작하는 다양한 환경에서도 안정적으로 구동함으로써 자가충전 전원을 이용하여 구동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)형 반도체식 가스 센서는 중앙 영역이 일정 두께만큼 식각된 기판(110), 기판(110)의 중앙 영역 상부에 형성되고 다수의 구멍을 가지는 제2 멤브레인(120), 제2 멤브레인(120) 상에 형성되고 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체(130), 발열 저항체(130)를 포함하는 제2 멤브레인(120) 상에 형성되고 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인(140), 제1 멤브레인(140) 상에 형성되고 다수의 구멍을 가지는 감지 전극(150) 및 감지 전극(150) 상에 형성되는 감지 소재(160) 등을 포함한다.
기판(110)은 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 사용할 수 있고, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 사용할 수 있다.
제2 멤브레인(120)은 단일 또는 다수의 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 구성되고, 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통하여 형성될 수 있으며, 구조적으로는 마이크로히터를 지지하면서 기판(110)을 식각할 때, 발열 저항체(130)를 보호하는 역할을 수행한다. 또한, 제2 멤브레인(120)에는 사진 공정 및 식각 공정을 통하여 다수의 구멍이 형성되어 있고, 이 구멍들은 기판(110)의 식각에 사용된다.
발열 저항체(130)는 금(Au), 텅스텐(W), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 실리콘 또는 전도성 금속 산화물 등이 될 수 있고, 스퍼터링 증착법(Sputtering), 전자빔 증착법(E-beam) 또는 기화 증착법(Evaporation) 등을 통하여 인터디지털(Inter-digital) 형태 또는 갭(Gap) 형태로 제2 멤브레인(120) 상에 형성될 수 있다. 또한, 발열 저항체(130)에는 사진 공정 및 식각 공정을 통하여 다수의 구멍이 형성되어 있고, 이 구멍들은 기판(110)의 식각에 사용된다. 또한, 발열 저항체(130)는 히터 전극 패드 및 본딩 와이어에 의하여 외부 회로(미도시)와 연결될 수 있다.
한편, 발열 저항체(130) 형성시 접착력을 더 높이기 위하여, 제2 멤브레인(120)과 발열 저항체(130) 사이에 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등을 통하여 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti) 등을 포함하는 부착층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
제1 멤브레인(140)은 단일 또는 다수의 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 구성되고, 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통하여 형성될 수 있으며, 발열 저항체(130)와 감지 전극(150) 사이에 위치하여 두 전극을 전기적으로 절연시키고, 마이크로히터를 구조적으로 지지하는 역할을 수행한다. 또한, 제1 멤브레인(140)에는 사진 공정 및 식각 공정을 통하여 다수의 구멍이 형성되어 있고, 이 구멍들은 기판(110)의 식각에 사용된다.
감지 전극(150)은 제1 멤브레인(140) 상에 형성되며, 자세하게는 기판(110)의 중앙 영역을 지나도록 한 쌍의 전극이 형성된다. 감지 전극(150)은 백금(Pt), 알루미늄(Al) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 전도성 금속 산화물로 이루어지고, 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 감지 전극(150)의 양단에는 감지 소재(160)의 가스 흡착 및 탈착에 따른 저항값 변화를 외부로 출력하기 위한 본딩 와이어(미도시)가 접촉된다.
감지 소재(160)는 가스를 흡착하여 저항 변화를 보기 위한 가스 감지 소재로서, 금속 산화물, 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT) 및 그라핀(Graphene) 등의 물질을 이용할 수 있고, 솔-젤법, 드롭 코팅법, 스크린 프린팅법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통하여 형성될 수 있다.
추가로, 감지 소재(160)가 위치한 영역을 제외한 감지 전극(150) 상에 형성되고 전도성이 없는 소재로 이루어진 보호층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 보호층(미도시)은 실리콘막 또는 질화 실리콘막이 될 수 있고, 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통하여 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서는 소모 전력을 최소화하면서 갑작스런 충격이나 오랜 구동 환경 하에서도 멤브레인의 변형을 최소화하고, 이에 MEMS형 반도체식 가스 센서의 수명을 늘려주며, 다양한 환경에서 작동할 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서는 멤브레인들(120, 140)과 발열 저항체(130) 아래 기판(110)을 식각할 때, 기판(110)의 일부분을 남겨서 멤브레인들(120, 140)을 지지하는 기둥(112)을 형성함으로써, 갑작스런 충격이나 반복되는 동작 하에서도 멤브레인들(120, 140)의 변형을 최소화하고, MEMS형 반도체식 가스 센서의 수명을 늘려줄 수 있다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3a를 참조하면, 기판(110)의 중앙 영역 상부에 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통해 단일 또는 다수의 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 증착하여 제2 멤브레인(120)을 형성한다.
도 3b를 참조하면, 제2 멤브레인(120) 상에 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등을 통해 금(Au), 텅스텐(W), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등의 금속막 또는 실리콘막 또는 전도성 금속 산화물막을 증착하여 발열 저항체(130)를 형성한다. 또한, 사진 공정 및 식각 공정을 통해 발열 저항체(130)를 패터닝하여 발열 저항체(130)에 다수의 구멍을 형성한다.
도 3c를 참조하면, 발열 저항체(130) 상에 열산화 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학 기상 증착법 등을 통해 단일 또는 다수의 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막을 증착하여 제1 멤브레인(140)을 형성한다. 또한, 사진 공정 및 식각 공정을 통해 제1 멤브레인(140)을 패터닝하여 제1 멤브레인(140)에 다수의 구멍을 형성한다.
도 3d를 참조하면, 제1 멤브레인(140) 상에 스퍼터링 증착법, 전자빔 증착법 또는 기화 증착법 등을 통해 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 금(Au) 등의 금속막 또는 전도성 금속 산화물 등을 증착하여 감지 전극(150)을 형성한다. 또한, 사진 공정 및 식각 공정을 통해 감지 전극(150)을 패터닝하여 감지 전극(150)에 다수의 구멍을 형성한다.
한편, 멤브레인들(120, 140)과 발열 저항체(130)를 열적으로 격리시키기 위하여 그 밑으로 기판(110)을 식각하는데, 그 이전에 도 3e에 도시된 바와 같이, 사진 공정 및 식각 공정을 통해 식각할 영역을 패터닝한다. 이때, 제2 멤브레인(120)에 다수의 구멍을 동시에 형성한다. 따라서, 한 번의 에칭 공정을 통해 식각할 영역을 형성함과 동시에 제2 멤브레인(120)에 다수의 구멍을 형성함으로써, 공정 횟수를 줄여주는 효과가 있다.
도 3f를 참조하면, 식각할 영역을 통해 기판(110)을 일정 두께만큼 식각한다. 이때, 구멍을 통해 드러나지 않는 부분을 식각하기 위해서 XeF2 가스를 이용한 등방 식각 공정을 통해 기판(110)을 식각하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에서는 도 3g에 도시된 바와 같이, 기판(110)을 식각할 때, 기판(110)의 일부분을 남겨서 멤브레인들(120, 140)을 지지하는 기둥(112)을 형성함으로써, 갑작스런 충격이나 반복되는 동작 하에서도 멤브레인들(120, 140)의 변형을 최소화하고, MEMS형 반도체식 가스 센서의 수명을 늘려줄 수 있다.
추가로, 본 발명에 따른 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법은 감지 소재의 증착 방법에 따라 감지 소재 증착 공정과 기판 식각 공정의 순서가 달라진다.
예를 들면, 스크린 프린팅법과 같이 기판에 압력이 가해지는 감지 소재 증착 공정의 경우, 감지 소재를 먼저 형성하고, 기판을 일정 두께만큼 식각하여 MEMS형 반도체식 가스 센서를 제작한다.
그리고 솔-젤법, 드롭 코팅법, 스퍼터링 증착법 또는 화학적 기상 증착법 등과 같이 기판에 압력이 가해지지 않는 감지 소재 증착 공정의 경우, 기판을 일정 두께만큼 먼저 식각하고, 감지 소재를 나중에 형성하여 MEMS형 반도체식 가스 센서를 제작한다.
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
110: 기판 120: 제2 멤브레인
130: 발열 저항체 140: 제1 멤브레인
150: 감지 전극 160: 감지 소재

Claims (16)

  1. 중앙 영역이 일정 두께만큼 식각된 기판;
    상기 기판의 중앙 영역 상부에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제2 멤브레인;
    상기 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체;
    상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인;
    상기 제1 멤브레인 상에 형성되고, 다수의 구멍을 가지는 감지 전극; 및
    상기 감지 전극 상에 형성되는 감지 소재;
    를 포함하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지 소재가 위치한 영역을 제외한 감지 전극 상에 형성되고, 전도성이 없는 소재로 이루어지는 보호층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 및 갈륨-비소(GaAs) 중 어느 하나로 도핑된 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 멤브레인과 상기 제2 멤브레인은 단일 또는 다수의 산화 실리콘막 또는 질화 실리콘막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열 저항체는 금(Au), 텅스텐(W), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 실리콘 또는 전도성 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열 저항체는 인터디지털(Inter-digital) 형태 또는 갭(Gap) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 멤브레인과 상기 발열 저항체 사이에 위치하여 상기 발열 저항체 형성시 접착력을 더 높이기 위한 부착층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부착층은 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 감지 전극은 상기 감지 소재의 가스 흡착 및 탈착에 따른 저항값 변화를 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 감지 전극은 백금(Pt), 알루미늄(Al) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 전도성 금속 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 감지 소재는 금속 산화물, 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT) 및 그라핀(Graphene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 식각 영역 내부에 상기 제2 멤브레인을 지지하는 적어도 하나의 기둥이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서.
  13. 기판의 중앙 영역 상부에 제2 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체를 형성하는 단계;
    상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 감지 전극을 형성하는 단계;
    상기 감지 전극 상에 감지 소재를 형성하는 단계;
    식각할 영역을 패터닝하고 상기 제2 멤브레인에 다수의 구멍을 형성하는 단계; 및
    상기 식각할 영역을 통해 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계;
    를 포함하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계에서,
    식각 영역 내부에 상기 제2 멤브레인을 지지하는 적어도 하나의 기둥을 형성하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법.
  15. 기판의 중앙 영역 상부에 제2 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 발열 저항체를 형성하는 단계;
    상기 발열 저항체를 포함하는 제2 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 제1 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 제1 멤브레인 상에 다수의 구멍을 가지는 감지 전극을 형성하는 단계;
    식각할 영역을 패터닝하고 상기 제2 멤브레인에 다수의 구멍을 형성하는 단계;
    상기 식각할 영역을 통해 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계; 및
    상기 감지 전극 상에 감지 소재를 형성하는 단계;
    를 포함하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판을 일정 두께만큼 식각하는 단계에서,
    식각 영역 내부에 상기 제2 멤브레인을 지지하는 적어도 하나의 기둥을 형성하는 것을 특징으로 하는 다수의 구멍을 가진 마이크로히터를 이용한 MEMS형 반도체식 가스 센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150098066A (ko) * 2014-02-19 2015-08-27 한국전자통신연구원 전자 후각 소자 및 그 제조방법
KR20170094601A (ko) * 2016-02-11 2017-08-21 주식회사 동부하이텍 반도체 가스 센서 및 이의 제조 방법
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