KR20140015088A - Pressure sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Pressure sensor and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20140015088A
KR20140015088A KR1020120082824A KR20120082824A KR20140015088A KR 20140015088 A KR20140015088 A KR 20140015088A KR 1020120082824 A KR1020120082824 A KR 1020120082824A KR 20120082824 A KR20120082824 A KR 20120082824A KR 20140015088 A KR20140015088 A KR 20140015088A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
pressure
cavity
substrate
pressure sensing
Prior art date
Application number
KR1020120082824A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101404094B1 (en
Inventor
김태식
Original Assignee
주식회사 지멤스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 지멤스 filed Critical 주식회사 지멤스
Priority to KR1020120082824A priority Critical patent/KR101404094B1/en
Publication of KR20140015088A publication Critical patent/KR20140015088A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101404094B1 publication Critical patent/KR101404094B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Abstract

The present invention provides a pressure sensor simplifying a manufacturing process and having a small size and an excellent sensitivity. According to an embodiment of the present invention, the pressure sensor comprises a circuit board in which cavities are formed; a pressure seating layer changed by external pressure and located to seal the cavities on the circuit board; and a pressure sensing layer located at the lower side of the pressure seating layer by being projected from the circuit board within the cavities and for sensing pressure according to the change of electric resistance values with residual stress generated with the change of the pressure seating layer.

Description

압력 센서 및 그 제조 방법{Pressure sensor and method of manufacturing the same}Technical Field The present invention relates to a pressure sensor and a manufacturing method thereof,

본 발명의 기술적 사상은 압력 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 멤스(MEMS) 기술을 이용하여 형성한 압력 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly, to a pressure sensor formed using a MEMS (MEMS) technology and a method of manufacturing the same.

압력 센서는 대기 중 압력을 측정할 수 있는 장치로서, 압력에 근거하여 고도를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, GPS가 동작하지 않는 건물내부에서의 사용자의 정확한 위치기반 서비스에 적용가능하며, 이외에 TPMS등 정확한 압력정보가 필요한 서비스에 적용할 수 있다.The pressure sensor is a device that can measure atmospheric pressure and can accurately measure the altitude based on the pressure. Accordingly, the present invention can be applied to a precise location-based service in a building in which a GPS does not operate, and to a service requiring accurate pressure information such as TPMS.

절대 압력을 측정할 수 있는 압력 센서의 일반적인 구조는 외부 압력에 의해 변형되는 멤브레인(membrane)과 상기 멤브레인 상에 형성된 압전저항, 캐비티, 및 기판으로 구성된다. 종래의 압력센서들은 기판가공기술(bulk micromachining)을 이용하여 형성하거나, 표면가공기술(surface micromachining)을 이용하여 형성하여왔다. A general structure of a pressure sensor capable of measuring absolute pressure consists of a membrane that is deformed by external pressure and a piezoelectric resistor, a cavity, and a substrate formed on the membrane. Conventional pressure sensors have been formed using bulk micromachining or surface micromachining.

기판가공기술을 이용하여 형성한 압력센서의 경우에는, 캐비티를 형성하기 위해 센서기판의 뒷면을 식각하고, 다른 기판을 결합하는 공정이 요구된다. 따라서, 추가 공정으로 인해 공정이 복잡해지는 문제와 두 기판의 결합에 의해 발생하는 잔류 응력(residual stress)에 의하여 센서의 감도가 감소될 우려가 있다. In the case of a pressure sensor formed using a substrate processing technique, a process of etching the back surface of the sensor substrate and bonding other substrates to form a cavity is required. Therefore, there is a concern that the process becomes complicated due to the additional process, and the sensitivity of the sensor is reduced due to the residual stress caused by the bonding of the two substrates.

표면가공기술을 이용하여 형성한 압력센서의 경우에는, 멤브레인 층으로 폴리실리콘, 실리콘 질화물 등을 사용하므로, 압전 저항체 재료로는 폴리실리콘이나 금속을 사용하여야 한다. 따라서, 압전 저항체의 재료에 기인하여, 압력 센서의 감도가 매우 낮아지는 한계가 있다.In the case of a pressure sensor formed using surface processing technology, polysilicon or silicon nitride is used as the membrane layer, and therefore, polysilicon or metal should be used as the piezoelectric resistor material. Therefore, there is a limit in that the sensitivity of the pressure sensor becomes very low due to the material of the piezoelectric resistor.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 작은 크기, 우수한 감도 및 제조 공정이 단순화된 압력 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pressure sensor having a small size, a high sensitivity and a simplified manufacturing process.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 작은 크기, 우수한 감도 및 제조 공정이 단순화된 압력 센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the technical idea of the present invention is to provide a method of manufacturing a pressure sensor in which a small size, excellent sensitivity and a manufacturing process are simplified.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 압력 센서는, 캐비티가 형성된 기판; 상기 기판 상에 상기 캐비티를 밀봉하도록 위치하고, 외부 압력에 의하여 변형되는 압력 수용층; 및 상기 캐비티 내에 상기 기판으로부터 돌출되어 상기 압력 수용층의 하측에 위치하고, 상기 압력 수용층의 변형에 따라 발생하는 잔류 응력에 의하여 전기 저항 값이 변화됨에 따라 압력을 감지하는 압력 감지층;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor comprising: a substrate having a cavity formed therein; A pressure-receiving layer positioned on the substrate to seal the cavity, the pressure-receiving layer being deformed by external pressure; And a pressure sensing layer that protrudes from the substrate in the cavity and is located below the pressure receiving layer and senses the pressure as the electrical resistance value changes due to residual stress generated by the deformation of the pressure receiving layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 감지층의 하측에 위치하고, 상기 압력 감지층을 상기 캐비티로부터 격리시키는 식각 저지층;을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the device may further include an etch stop layer located below the pressure sensing layer and isolating the pressure sensing layer from the cavity.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 감지층과 상기 식각 저지층 사이에 위치하는 분리층;을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, a separation layer may be further disposed between the pressure sensing layer and the etch stop layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 감지층과 상기 식각 저지층은 제1 도전형을 가지는 제1 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 분리층은 상기 제1 도전형과는 다른 제2 도전형을 가지는 제2 불순물을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the pressure sensing layer and the etch stop layer may comprise a first impurity having a first conductivity type. In addition, the isolation layer may include a second impurity having a second conductivity type different from the first conductivity type.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 도전형은 p-형 도전형이고, 상기 제2 도전형은 n-형 도전형일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first conductivity type may be a p-type conductivity type and the second conductivity type may be an n-type conductivity type.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 감지층은 불순물을 상기 식각 저지층에 비하여 저농도로 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the pressure sensing layer may contain impurities at a lower concentration than the etch stop layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 감지층을 상기 캐비티로부터 격리시키는 마스크층을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, it may further comprise a mask layer isolating the pressure sensing layer from the cavity.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 압력 수용층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 압력 감지층은 단결정 실리콘을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the pressure receiving layer may comprise silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride or polysilicon. In addition, the pressure sensing layer may include monocrystalline silicon.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 캐비티의 외각에 위치하고, 상기 압력 수용층의 크기를 정의하는 경계 부재를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the apparatus may further include a boundary member located at an outer periphery of the cavity and defining a size of the pressure receiving layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 압력 센서지 제조 방법은, 기판의 일부 영역을 둘러싸는 경계 부재를 형성하는 단계; 상기 기판의 일부 영역을 제거하여 리세스 영역을 형성하는 단계; 상기 리세스 영역을 충전하는 희생층을 형성하는 단계; 상기 경계 부재와 상기 희생층 사이에 위치하고, 상기 리세스 영역에 의하여 정의되는 상기 기판의 돌출 영역에 불순물을 도핑하여 식각 저지층, 분리층, 및 압력 감지층을 형성하는 단계; 상기 희생층 및 상기 기판의 하측 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 및 상기 캐비티 상에 상기 캐비티를 밀봉하는 압력 수용층을 형성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a pressure sensor comprising: forming a boundary member surrounding a part of a substrate; Removing a portion of the substrate to form a recessed region; Forming a sacrificial layer filling the recessed region; Forming an etch stop layer, a separation layer, and a pressure sensing layer, wherein the etch stop layer, the isolation layer, and the pressure sensing layer are disposed between the boundary member and the sacrificial layer and doped with impurities in a protruding region of the substrate defined by the recessed region; Removing the sacrificial layer and a lower portion of the substrate to form a cavity; And forming a pressure-receiving layer on the cavity to seal the cavity.

본 발명의 기술적 사상에 따른 압력 센서는 절대압력을 측정할 수 있는 장치로서, 표면가공기술(surface micromachining)과 전면기판가공기술(front-side bulk micromachining)을 동시에 적용시켜 압력센서를 제작할 수 있기 때문에, 압력 수용층을 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 폴리 실리콘으로 구성하는 반면, 압력 감지층을 압전계수가 높은 단결정 실리콘을 사용할 수 있으며, 내장형(built-in) 진공 캐비티를 형성할 수 있다. 따라서, 압력 센서의 감도가 높고 소자의 크기를 감소시킬 수 있으며 제조 공정을 단순화하는 효과가 있다.The pressure sensor according to the technical idea of the present invention is a device capable of measuring the absolute pressure, and since the pressure sensor can be manufactured by simultaneously applying the surface micromachining and the front-side bulk micromachining , The pressure-receiving layer is made of silicon oxide, silicon nitride or polysilicon, while the pressure-sensitive layer can be made of monocrystalline silicon having a high piezoelectric coefficient, and a built-in vacuum cavity can be formed. Therefore, the sensitivity of the pressure sensor is high, the size of the device can be reduced, and the manufacturing process is simplified.

또한, 기판들의 결합에 의하여 캐비티를 형성하는 종래 기술과는 달리, 빈 공간을 형성한 후 절연 물질을 충진하고 다시 식각을 통하여 제거함으로써 캐비티를 형성하므로 잔류 응력의 발생을 방지할 수 있고 이에 따라 압력 센서의 감소 손실을 방지할 수 있다.Also, unlike the prior art in which cavities are formed by joining substrates, cavities are formed by filling vacancies with an insulating material and then removing the cavities by etching, thereby preventing the occurrence of residual stresses, The reduction loss of the sensor can be prevented.

또한, 상기 캐비티를 형성하는 경우 반응성 이온 식각에 의하여 수직 식각 방법으로 형성하므로 압력 센서에 필요한 면적의 손실을 최소화 할 수 있다.In addition, since the cavity is formed by the vertical etching method by reactive ion etching, the loss of the area required for the pressure sensor can be minimized.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서를 도시하는 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 압력 센서를 도시하는 전개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압력 센서를 선 A-A 및 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
도 4 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압력 센서의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.1 is an external perspective view showing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the pressure sensor of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 2 taken along lines AA and BB, according to an embodiment of the present invention.
4 to 17 are sectional views schematically showing a method of manufacturing the pressure sensor of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(100)를 도시하는 외관 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 압력 센서(100)를 도시하는 전개 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압력 센서(100)를 선 A-A 및 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다.1 is an external perspective view showing a pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the pressure sensor 100 of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A and B-B of the pressure sensor 100 of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 압력 센서(100)는 기판(110)과 기판(110) 상에 위치하는 압력 수용층(150)을 포함한다. 선택적으로, 기판(110)과 압력 수용층(150) 사이에는 제1 마스크 층(130)이 더 위치할 수 있다.Referring to FIG. 1, a pressure sensor 100 includes a substrate 110 and a pressure receiving layer 150 disposed on the substrate 110. Optionally, a first mask layer 130 may be further positioned between the substrate 110 and the pressure receiving layer 150.

도 2 및 도 3을 참조하면, 압력 센서(100)는 기판(110), 압력 수용층(150), 및 압력 감지층(146)을 포함한다. 또한, 압력 센서(100)는 경계 부재(120)를 포함할 수 있다.2 and 3, the pressure sensor 100 includes a substrate 110, a pressure-receiving layer 150, and a pressure-sensitive layer 146. In addition, the pressure sensor 100 may include a boundary member 120.

기판(110)은 반도체 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 기판(110)은 단결정 물질일 수 있고, 예를 들어 단결정 실리콘일 수 있다. 기판(110)은 캐비티(160)를 포함할 수 있다. 캐비티(160)는 진공일 수 있다.The substrate 110 may comprise a semiconductor material and may include, for example, silicon, germanium, or silicon-germanium. The substrate 110 may be a single crystal material, for example, monocrystalline silicon. The substrate 110 may include a cavity 160. Cavity 160 may be a vacuum.

압력 수용층(150)은 기판(110) 상에 캐비티(160)를 밀봉하도록 위치할 수 있다. 압력 수용층(150)은 외부 압력에 의하여 변형되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 수용층(150)은 절연물을 포함할 수 있고, 예를 들어 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있고, 또는, 압력 수용층(150)은 도핑안된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 압력 수용층(150)은 제3 마스크층(152)과 덮개층(154)으로 구성될 수 있고, 캐비티(160)를 한정하도록 연장된 연장부(156)를 더 포함할 수 있다. 압력 수용층(150)은 본 기술 분야에서 멤브레인(membrane)으로 지칭될 수 있다.The pressure receiving layer 150 may be positioned to seal the cavity 160 on the substrate 110. The pressure receiving layer 150 may include a material that is deformed by external pressure. For example, the pressure-receptive layer 150 may comprise an insulating material and may include, for example, an oxide, nitride, or oxynitride and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, Or the pressure receiving layer 150 may include undoped polysilicon. The pressure receiving layer 150 may be comprised of a third mask layer 152 and a cover layer 154 and may further include an extension 156 extending to define the cavity 160. The pressure receiving layer 150 may be referred to in the art as a membrane.

압력 감지층(146)은 캐비티(160) 내에 위치하고 기판(110)으로부터 측방향으로 돌출되어 압력 수용층(150)의 하측에 위치할 수 있다. 압력 감지층(146)은 압력 수용층(150)의 외부 압력에 의한 변형에 따라 발생하는 잔류 응력에 의하여 압전 효과에 기인하여 전기 저항 값이 변화됨에 따라 절대 압력을 감지할 수 있다. 압력 감지층(146)은 단결정 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 반면, 압력 수용층(150)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 폴리 실리콘 등을 포함할 수 있다.The pressure sensing layer 146 may be located in the cavity 160 and may protrude laterally from the substrate 110 and be positioned below the pressure receiving layer 150. The pressure sensing layer 146 can sense the absolute pressure as the electrical resistance value changes due to the piezoelectric effect due to the residual stress generated by the external pressure of the pressure receiving layer 150. The pressure sensing layer 146 may comprise a monocrystalline material and may include, for example, monocrystalline silicon. On the other hand, the pressure receiving layer 150 may include silicon oxide, silicon nitride, polysilicon, or the like.

압력 감지층(146)은 제1 도전형 불순물을 기판(110)에 도핑함으로써 형성할 수 있다. 압력 감지층(146)에 포함되는 상기 제1 도전형 불순물은 p-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 III족 원소를 포함할 수 있다. 압력 감지층(146)은, 예를 들어 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 또는 인듐(In) 등을 포함할 수 있다. 압력 감지층(146)은, 외부 압력에 의하여 압력 수용층(150)이 변형되고, 압력 수용층(150)의 변형에 따라 발생하는 잔류 응력에 의하여 압전 효과에 기인하여 전기 저항 값이 변화될 수 있으며, 이에 따라 상기 외부 압력을 측정할 수 있다.The pressure sensing layer 146 may be formed by doping the substrate 110 with a first conductive impurity. The first conductive impurity contained in the pressure sensing layer 146 may include a p-type conductive material, for example, a Group III element. The pressure sensing layer 146 may include, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) The pressure sensing layer 146 is deformed by the external pressure and the electrical resistance value may be changed due to the piezoelectric effect due to the residual stress generated by the deformation of the pressure receiving layer 150, Whereby the external pressure can be measured.

압력 감지층(146)은 도핑층(140) 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도핑층(140)은 압력 감지층(146), 분리층(144) 및 식각 저지층(142)을 포함할 수 있다.The pressure sensing layer 146 may be included in the doping layer 140. For example, the doping layer 140 may include a pressure sensitive layer 146, an isolation layer 144, and an etch stop layer 142.

압력 감지층(146)의 하측에는 식각 저지층(142)이 위치할 수 있다. 식각 저지층(142)은 압력 감지층(146)의 하측에 위치하고, 압력 감지층(146)을 캐비티(160)으로부터 격리시킨다. 식각 저지층(142)은 캐비티(160)를 형성하기 위한 식각 공정들에서 압력 감지층(146)을 식각제로부터 차단하여 식각을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 식각 저지층(142)은 상기 제1 도전형 불순물을 기판(110)에 도핑함으로써 형성할 수 있다. 식각 저지층(142)에 포함되는 상기 제1 도전형 불순물은 p-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 III족 원소를 포함할 수 있다. 식각 저지층(142)은, 예를 들어 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 또는 인듐(In) 등을 포함할 수 있다. 식각 저지층(142)은 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 고 에너지로서 도핑하여 형성할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 고 농도로 포함할 수 있다. 반면, 압력 감지층(146)은 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 저 에너지로서 도핑하여 형성할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 저 농도로 포함할 수 있다.The etch stop layer 142 may be located below the pressure sensing layer 146. The etch stop layer 142 is located below the pressure sensing layer 146 and isolates the pressure sensing layer 146 from the cavity 160. The etch stop layer 142 may function to prevent etching by blocking the pressure sensing layer 146 from the etchant in the etching processes for forming the cavity 160. The etch stop layer 142 may be formed by doping the first conductive impurity into the substrate 110. The first conductive impurity contained in the etch stop layer 142 may include a p-type conductive material, for example, a Group III element. The etch stop layer 142 may include, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) The etch stop layer 142 may be formed by doping the first conductive type impurity with a relatively high energy, and thus the first conductive type impurity may be contained at a relatively high concentration. On the other hand, the pressure sensing layer 146 may be formed by doping the first conductive impurity with a relatively low energy, and thus may include the first conductive impurity at a relatively low concentration.

압력 감지층(146)과 식각 저지층(142) 사이에는 분리층(144)이 위치할 수 있다. 분리층(144)은 식각 저지층(142)과 압력 감지층(146) 사이에 개재되고, 식각 저지층(142)과 압력 감지층(146)을 물리적으로 분리하는 기능을 수행할 수 있다. 분리층(144)은 상기 제1 도전형 불순물과는 다른 도전형을 가지는 제2 도전형 불순물을 기판(110)에 도핑함으로써 형성할 수 있다. 분리층(144)에 포함되는 상기 제2 도전형 불순물은 n-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 V족 원소를 포함할 수 있다. 분리층(144)은, 예를 들어 질소(N), 인(P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb), 등을 포함할 수 있다.A separation layer 144 may be positioned between the pressure sensing layer 146 and the etch stop layer 142. The separation layer 144 is interposed between the etch stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 and may function to physically separate the etch stop layer 142 and the pressure sensing layer 146. The isolation layer 144 may be formed by doping the substrate 110 with a second conductivity type impurity having a conductivity type different from that of the first conductivity type impurity. The second conductive impurity contained in the isolation layer 144 may include an n-type conductive material and may include, for example, a Group V element. The isolation layer 144 may include, for example, nitrogen (N), phosphorous (P), arsenic (As), or antimony (Sb)

식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)에 대한 상술한 도전형들은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 식각 저지층(142) 및 압력 감지층(146)이 n-형 도전형 불순물을 포함하고, 분리층(144)이 p-형 도전형을 가지는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The above-described conductive types for the etching stop layer 142, the separation layer 144, and the pressure sensing layer 146 are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the case where the etching stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 include an n-type conductivity type impurity and the separation layer 144 has a p-type conductivity type is also included in the technical idea of the present invention do.

압력 감지층(146)의 상측에는 제1 마스크 층(130)이 위치할 수 있고, 측벽 상에는 제2 마스크 층(132)이 위치할 수 있다. 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 서로 연결될 수 있다. 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 압력 감지층(146)을 캐비티(160)로부터 격리시킬 수 있고, 이에 따라 캐비티(160)를 형성하기 위한 식각 공정들에서 압력 감지층(146)을 식각제로부터 차단하여 식각을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 하드 마스크 층으로 구성될 수 있고, 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 동일한 물질을 포함하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.The first mask layer 130 may be disposed on the pressure sensing layer 146 and the second mask layer 132 may be disposed on the side walls. The first mask layer 130 and the second mask layer 132 may be connected to each other. The first mask layer 130 and the second mask layer 132 may isolate the pressure sensing layer 146 from the cavity 160 so that in the etching processes for forming the cavity 160, It is possible to perform the function of preventing the etching from being blocked by the etching agent. The first mask layer 130 and the second mask layer 132 may be composed of a hard mask layer and may include a silicon material. In addition, the first mask layer 130 and the second mask layer 132 may include the same material or may include different materials.

경계 부재(120)는 캐비티(160)의 외각에 위치하고, 압력 수용층(150)의 크기를 정의할 수 있다. 경계 부재(120)로 둘러싼 압력 수용층(150)의 면적에 상응하여 압력이 측정될 수 있다. 경계 부재(120)는 압력 센서(100) 제조 시 수행되는 식각 공정에서 압력 감지층(146)을 식각제와 접촉하지 않게하여, 압력 감지층(146)의 원하지 않는 식각을 방지할 수 있다.The boundary member 120 is located at the outer periphery of the cavity 160 and can define the size of the pressure receiving layer 150. The pressure can be measured corresponding to the area of the pressure-receptive layer 150 surrounded by the boundary member 120. The boundary member 120 may prevent the pressure sensitive layer 146 from contacting the etchant in the etching process performed in manufacturing the pressure sensor 100 to prevent undesired etching of the pressure sensitive layer 146.

경계 부재(120)는 다각형, 정원형, 타원형 등의 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 사각형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 경계 부재(120)는 캐비티(160) 내의 기판(110)의 하측으로부터, 캐비티(160)의 측벽을 따라 연장될 수 있고, 또한 압력 감지층(146)과 기판(110) 사이에 개재되도록 연장될 수 있다. 경계 부재(120)는 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.The boundary member 120 may have a polygonal shape, a garden shape, an elliptical shape, or the like, and may have a rectangular shape, for example. The boundary member 120 may extend from the lower side of the substrate 110 in the cavity 160 along the side wall of the cavity 160 and may also be interposed between the pressure sensing layer 146 and the substrate 110 Can be extended. The boundary member 120 may comprise an oxide, nitride, or oxynitride and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.

도 4 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 압력 센서(100)의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 단면도들이다. 도 4 내지 도 17은 도 2의 선 A-A와 선 B-B를 따라 절단된 단면들을 각각 도시한다. 도 4 내지 도 17을 참조하여 설명된 제조 공정 단계들의 순서는 예시적이며, 다른 순서로 수행되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.FIGS. 4 to 17 are cross-sectional views schematically showing a method of manufacturing the pressure sensor 100 of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention. Figs. 4 to 17 respectively show cross-sections taken along line A-A and line B-B in Fig. 2, respectively. The sequence of the manufacturing process steps described with reference to Figs. 4 to 17 is illustrative, and the case of being performed in a different order is also included in the technical idea of the present invention.

도 4를 참조하면, 기판(110)을 준비한다. 기판(110)은 반도체 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 기판(110)은 단결정 물질일 수 있고, 예를 들어 단결정 실리콘일 수 있다.Referring to FIG. 4, a substrate 110 is prepared. The substrate 110 may comprise a semiconductor material and may include, for example, silicon, germanium, or silicon-germanium. The substrate 110 may be a single crystal material, for example, monocrystalline silicon.

도 5를 참조하면, 기판(110)의 일부 영역을 제거하여 둘레 홈(112)을 형성한다. 둘레 홈(112)은 압력 센서가 형성되는 영역, 즉, 압력 수용층(150)의 영역의 면적을 정의하도록 기판(110)의 소정의 영역을 둘러쌀 수 있다. 상기 제거 공정은 건식 식각을 이용하여 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5, a portion of the substrate 110 is removed to form a peripheral groove 112. The perimeter groove 112 may surround a predetermined area of the substrate 110 to define the area where the pressure sensor is formed, that is, the area of the pressure receiving layer 150. The removal process may be performed using dry etching.

도 6을 참조하면, 둘레 홈(112)을 절연물을 이용하여 충전하여 기판(110)의 소정의 영역을 둘러싸는 경계 부재(120)를 형성한다. 경계 부재(120)는 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 경계 부재(120)는 압력 센서가 형성되는 영역을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 경계 부재(120)는 열산화법, 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 강화 CVD(plasma enhanced CVD, PECVD), 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD) 등을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, the peripheral groove 112 is filled with an insulating material to form a boundary member 120 surrounding a predetermined region of the substrate 110. The boundary member 120 may comprise an oxide, nitride, or oxynitride and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. The boundary member 120 may be formed to surround a region where the pressure sensor is formed. The boundary member 120 may be formed using thermal oxidation, sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced CVD (PECVD), or atomic layer deposition (ALD) .

도 7을 참조하면, 기판(110) 상에 제1 마스크 층(130)을 형성한다. 제1 마스크 층(130)은 기판(110)의 일부 영역을 노출할 수 있다. 제1 마스크 층(130)은 A-A 단면에서는 경계 부재(120)를 노출하도록 형성될 수 있다. 반면, 제1 마스크 층(130)은 B-B 단면에서는 경계 부재(120)를 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 경계 부재(120)는 모퉁이(corner)에서 제1 마스크 층(130)으로부터 노출되고, 모퉁이를 제외한 영역에서는 제1 마스크 층(130)에 의하여 덮인다. 제1 마스크 층(130)은 하드 마스크 층으로 구성될 수 있고, 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 제1 마스크 층(130)을 형성하기 위하여 포토레지스트 마스크(미도시)를 이용할 수 있다.Referring to FIG. 7, a first mask layer 130 is formed on a substrate 110. The first mask layer 130 may expose a portion of the substrate 110. The first mask layer 130 may be formed to expose the boundary member 120 in the A-A cross section. On the other hand, the first mask layer 130 may be formed to cover the boundary member 120 in the B-B cross section. That is, the boundary member 120 is exposed from the first mask layer 130 at a corner, and covered by the first mask layer 130 in a region except a corner. The first mask layer 130 may be comprised of a hard mask layer and may comprise a silicon material. A photoresist mask (not shown) may be used to form the first mask layer 130.

도 8을 참조하면, 제1 마스크 층(130)으로부터 노출된 기판(110)을 제거하여 제1 리세스 영역(131)을 형성한다. 상기 제거 공정은 식각 공정을 이용할 수 있고, 습식 식각, 건식 식각, 또는 에치백(etch-back)을 이용할 수 있고, 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE)을 이용할 수 있다. 경계 부재(120)는 제1 마스크 층(130)으로부터 노출된 영역(A-A 단면)에서는 제거될 수 있고, 제1 마스크 층(130)으로 덮인 영역(B-B 단면)에서는 제거되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 8, the substrate 110 exposed from the first mask layer 130 is removed to form a first recess region 131. The removal process may be an etching process, a wet etching process, a dry etching process, or an etch-back process, and reactive ion etching (RIE) may be used. The boundary member 120 may be removed from the exposed region (A-A cross-section) from the first mask layer 130 and not removed from the region covered by the first mask layer 130 (B-B cross-section).

도 9를 참조하면, 제1 리세스 영역(131) 내에 제1 마스크 층(130)으로부터 연장된 제2 마스크 층(132)을 형성한다. 제2 마스크 층(132)은 기판(110)의 일부 영역을 노출할 수 있다. 제2 마스크 층(132)은 제1 리세스 영역(131) 내의 측벽과 바닥의 일부를 덮을 수 있다. 제2 마스크 층(132)은 A-A 단면에서는 제1 리세스 영역(131) 내의 측벽과 바닥의 일부를 덮을 수 있고, 또한 경계 부재(120)를 덮도록 형성될 수 있다. 반면, 제2 마스크 층(132)은 B-B 단면에서는 제1 리세스 영역(131) 내의 측벽을 덮도록 형성될 수 있다. B-B 단면에서는, 경계 부재(120)는 제1 마스크 층(130)에 의하여 덮여있음에 유의한다. 제2 마스크 층(132)은 하드 마스크 층으로 구성될 수 있고, 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 제2 마스크 층(132)을 형성하기 위하여 포토레지스트 마스크(미도시)를 이용할 수 있다. 또한, 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제1 마스크 층(130)과 제2 마스크 층(132)은 스퍼터링, 화학 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 또는 원자층 증착법(ALD) 등을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 9, a second mask layer 132 extending from the first mask layer 130 is formed in the first recess region 131. The second mask layer 132 may expose a portion of the substrate 110. The second mask layer 132 may cover a portion of the bottom wall and the bottom wall in the first recess region 131. The second mask layer 132 may cover a part of the side wall and the bottom in the first recess region 131 in the A-A cross section and may be formed to cover the boundary member 120 as well. On the other hand, the second mask layer 132 may be formed so as to cover the side wall in the first recess region 131 in the B-B cross section. Note that, in the B-B cross section, the boundary member 120 is covered by the first mask layer 130. The second mask layer 132 may be comprised of a hard mask layer and may comprise a silicon material. A photoresist mask (not shown) may be used to form the second mask layer 132. Also, the first mask layer 130 and the second mask layer 132 may comprise the same material. The first mask layer 130 and the second mask layer 132 may be formed using sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced CVD (PECVD), atomic layer deposition (ALD), or the like.

도 10을 참조하면, 제2 마스크 층(132)으로부터 노출된 기판(110)을 제거하여 제1 리세스 영역(131)으로부터 확장된 제2 리세스 영역(133)을 형성한다. 상기 제거 공정은 식각 공정을 이용할 수 있고, 습식 식각, 건식 식각, 또는 에치백(etch-back)을 이용할 수 있고, 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE)을 이용할 수 있다. 제2 리세스 영역(133)은 A-A 단면에서는 단차를 가지도록 형성될 수 있고, B-B 단면에서는, 단차를 가지지 않도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 리세스 영역(133)에 의하여 기판(110)이 노출될 수 있다. 제2 리세스 영역(133)의 깊이는 경계 부재(120)의 깊이에 비하여 작은 것이 바람직하다.Referring to FIG. 10, the substrate 110 exposed from the second mask layer 132 is removed to form a second recess region 133 extending from the first recess region 131. The removal process may be an etching process, a wet etching process, a dry etching process, or an etch-back process, and reactive ion etching (RIE) may be used. The second recess region 133 may be formed so as to have a step in the A-A cross section and not in the B-B cross section. In addition, the substrate 110 can be exposed by the second recessed region 133. The depth of the second recessed region 133 is preferably smaller than the depth of the boundary member 120.

도 11을 참조하면, 제2 리세스 영역(133)을 충전하는 희생층(135)을 형성한다. 희생층(135)은 제2 리세스 영역(133)을 절연물로 충전한 후에 에치백 또는 CMP(chemical mechanical polishing)를 이용하여 평탄화하여 형성할 수 있다. 희생층(135)의 최상면은 제1 마스크 층(130)의 최상면과 동일 평면(coplanar)일 수 있다. 희생층(135)은 예를 들어 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 또한, 희생층(135)은 제1 마스크 층(130) 및 제2 마스크 층(132)와는 다른 식각 선택비를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 희생층(135)은 스퍼터링, 화학 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 또는 원자층 증착법(ALD) 등을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to Fig. 11, a sacrifice layer 135 for filling the second recess region 133 is formed. The sacrifice layer 135 may be formed by filling the second recess region 133 with an insulating material and then planarizing using etch-back or chemical mechanical polishing (CMP). The top surface of the sacrificial layer 135 may be coplanar with the top surface of the first mask layer 130. The sacrificial layer 135 may comprise, for example, an oxide, a nitride, or an oxynitride, and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. In addition, the sacrificial layer 135 may include a material having an etch selectivity different from that of the first mask layer 130 and the second mask layer 132. The sacrificial layer 135 may be formed using sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced CVD (PECVD), atomic layer deposition (ALD), or the like.

도 12를 참조하면, 경계 부재(120)와 제2 마스크 층(132) 사이에 위치하는 기판(110)의 돌출 영역에 불순물을 도핑하여 복수의 도핑층(140)들을 형성한다. 복수의 도핑층(140)들은 확산 및/또는 이온 주입을 이용하여 형성할 수 있다. 도핑층(140)들은 식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)을 포함할 수 있다. 도핑층(140)의 최하단에는 식각 저지층(142)이 위치하고, 식각 저지층(142) 상에 분리층(144)이 위치하고, 분리층(144) 상에 압력 감지층(146)이 위치할 수 있다. Referring to FIG. 12, a plurality of doped layers 140 are formed by doping impurities in a protruding region of the substrate 110 located between the boundary member 120 and the second mask layer 132. The plurality of doped layers 140 may be formed using diffusion and / or ion implantation. The doping layers 140 may include an etch stop layer 142, a separation layer 144, and a pressure sensing layer 146. The etch stop layer 142 is located at the bottom of the doping layer 140 and the isolation layer 144 is located on the etch stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 may be located on the isolation layer 144. have.

식각 저지층(142)은 제1 도전형 불순물을 기판(110)의 돌출 영역에 도핑하여 형성할 수 있다. 식각 저지층(142)에 포함되는 상기 제1 도전형 불순물은 p-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 III족 원소를 포함할 수 있다. 식각 저지층(142)은, 예를 들어 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 또는 인듐(In) 등을 포함할 수 있다. 식각 저지층(142)은 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 고 에너지로서 도핑하여 형성할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 고 농도로 포함할 수 있다. 식각 저지층(142)은 캐비티(160)를 형성하기 위한 후속의 식각 공정들에서 압력 감지층(146)을 식각제로부터 차단하여 식각을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 식각 저지층(142)은 경계 부재(120)와 제2 마스크 층(132) 사이에 위치할 수 있고, 제2 마스크 층(132)의 하단으로 연장되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The etch stop layer 142 may be formed by doping a first conductive impurity into a protruding region of the substrate 110. The first conductive impurity contained in the etch stop layer 142 may include a p-type conductive material, for example, a Group III element. The etch stop layer 142 may include, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) The etch stop layer 142 may be formed by doping the first conductive type impurity with a relatively high energy, and thus the first conductive type impurity may be contained at a relatively high concentration. The etch stop layer 142 may function to prevent etching by blocking the pressure sensing layer 146 from the etchant in subsequent etching processes for forming the cavity 160. The etch stop layer 142 may be located between the boundary member 120 and the second mask layer 132 and may extend to the lower end of the second mask layer 132 as well.

분리층(144)은 상기 제1 도전형 불순물과는 다른 도전형을 가지는 제2 도전형 불순물을 기판(110)의 돌출 영역에 도핑하여 형성할 수 있다. 분리층(144)에 포함되는 상기 제2 도전형 불순물은 n-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 V족 원소를 포함할 수 있다. 분리층(144)은, 예를 들어 질소(N), 인(P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb), 등을 포함할 수 있다. 분리층(144)은 식각 저지층(142)의 상측에 위치할 수 있고, 또한 압력 감지층(146)의 하측에 위치할 수 있다. 또한, 분리층(144)은 식각 저지층(142)과 압력 감지층(146) 사이에 개재되고, 식각 저지층(142)과 압력 감지층(146)을 물리적으로 분리하는 기능을 수행할 수 있다.The isolation layer 144 may be formed by doping a second conductive impurity having a conductivity type different from that of the first conductive impurity into a protruding region of the substrate 110. The second conductive impurity contained in the isolation layer 144 may include an n-type conductive material and may include, for example, a Group V element. The isolation layer 144 may include, for example, nitrogen (N), phosphorous (P), arsenic (As), or antimony (Sb) The isolation layer 144 may be located above the etch stop layer 142 and below the pressure sensing layer 146. The isolation layer 144 is interposed between the etch stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 and may function to physically separate the etch stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 .

압력 감지층(146)은 분리층(144) 상에 위치할 수 있고, 또한 분리층(144)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 압력 감지층(146)의 상측은 제1 마스크 층(130)에 의하여 덮일 수 있다. 압력 감지층(146)의 일측벽은 제2 마스크 층(132)에 의하여 덮일 수 있고, 압력 감지층(146)의 타측벽은 분리층(144)에 의하여 덮일 수 있다. 압력 감지층(146)은 상기 제1 도전형 불순물을 기판(110)의 돌출 영역에 도핑하여 형성할 수 있다. 특히, 압력 감지층(146)은 기판(110)의 상측에 제1 도전형 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다. 압력 감지층(146)에 포함되는 상기 제1 도전형 불순물은 p-형 도전형 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 III족 원소를 포함할 수 있다. 압력 감지층(146)은, 예를 들어 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 또는 인듐(In) 등을 포함할 수 있다. 압력 감지층(146)은 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 저 에너지로서 도핑하여 형성할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 도전형 불순물을 상대적으로 저 농도로 포함할 수 있다. 압력 감지층(146)은, 외부 압력에 의하여 압력 수용층(150, 도 3 참조)이 변형되고, 압력 수용층(150, 도 3 참조)의 변형에 따라 발생하는 잔류 응력에 의하여 압전 효과에 기인하여 전기 저항 값이 변화될 수 있으며, 이에 따라 상기 외부 압력을 측정할 수 있다. The pressure sensitive layer 146 may be located on the isolation layer 144 and may also be surrounded by the isolation layer 144. The upper side of the pressure sensing layer 146 may be covered by the first mask layer 130. One side wall of the pressure sensing layer 146 may be covered by the second mask layer 132 and the other side wall of the pressure sensing layer 146 may be covered by the separation layer 144. The pressure sensing layer 146 may be formed by doping the first conductive impurity into the protruding region of the substrate 110. In particular, the pressure sensing layer 146 may be formed on the substrate 110 by doping the first conductive impurity. The first conductive impurity contained in the pressure sensing layer 146 may include a p-type conductive material, for example, a Group III element. The pressure sensing layer 146 may include, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) The pressure sensing layer 146 may be formed by doping the first conductive impurity with a relatively low energy, thereby allowing the first conductive impurity to be contained at a relatively low concentration. The pressure sensing layer 146 is deformed by the external pressure and the pressure receiving layer 150 (see FIG. 3) is deformed and the residual stress caused by the deformation of the pressure receiving layer 150 The resistance value can be changed, and thus the external pressure can be measured.

상술한 바와 같이, 불순물을 도핑하여 식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)을 형성한 후에 적절한 열처리 공정을 통하여 상기 불순물들을 활성화시킬 수 있다.As described above, after impurities are doped to form the etch stop layer 142, the separation layer 144, and the pressure sensing layer 146, the impurities can be activated through an appropriate heat treatment process.

식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)에 대한 상술한 도전형들은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 식각 저지층(142) 및 압력 감지층(146)이 n-형 도전형 불순물을 포함하고, 분리층(144)이 p-형 도전형을 가지는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The above-described conductive types for the etching stop layer 142, the separation layer 144, and the pressure sensing layer 146 are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the case where the etching stop layer 142 and the pressure sensing layer 146 include an n-type conductivity type impurity and the separation layer 144 has a p-type conductivity type is also included in the technical idea of the present invention do.

식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)은 기판(110)으로부터 형성되므로, 기판(110)이 단결정 물질인 경우에는 식각 저지층(142), 분리층(144), 및 압력 감지층(146)은 각각 단결정 물질일 수 있다.Since the etching stop layer 142, the separation layer 144 and the pressure sensing layer 146 are formed from the substrate 110, when the substrate 110 is a single crystal material, the etching stop layer 142, the separation layer 144 ), And the pressure sensing layer 146 may each be a single crystal material.

도 13을 참조하면, 기판(110) 상에 제3 마스크층(152)을 형성한다. 제3 마스크층(152)은 희생층(135) 및 제1 마스크 층(130)을 덮도록 연장될 수 있다. 제3 마스크층(152)은 절연물을 포함할 수 있고, 예를 들어 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 또는, 제3 마스크층(152)은 도핑안된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 13, a third mask layer 152 is formed on a substrate 110. The third mask layer 152 may extend to cover the sacrificial layer 135 and the first mask layer 130. The third mask layer 152 may comprise an insulating material, for example, an oxide, a nitride, or an oxynitride, and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. Alternatively, the third mask layer 152 may comprise undoped polysilicon.

도 14를 참조하면, 제3 마스크층(152)의 일부 영역을 제거하여 희생층(135)을 노출하는 식각 개구부(153)를 형성한다. 식각 개구부(153)는 예를 들어 경계 부재(120)의 외측에 형성될 수 있고, 복수로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 14, a portion of the third mask layer 152 is removed to form an etch opening 153 exposing the sacrificial layer 135. The etching openings 153 may be formed on the outside of the boundary member 120, for example, and may be formed in plural.

도 15를 참조하면, 식각 개구부(153)를 통하여 제1 식각제를 주입하여, 희생층(135)을 제거한다. 이러한 제거 공정은 습식 식각을 이용하여 구현될 수 있다. 희생층(135)이 제거된 영역에는 캐비티(cavity, 160)가 형성될 수 있다. 희생층(135)이 절연물로 구성된 경우에는, 상기 제1 식각제는 염산, 불산, 과산화수소 등을 포함할 수 있다. 희생층(135)이 제거됨에 따라 기판(110) 및 제2 마스크 층(132)은 캐비티(160)에서 노출될 수 있다.Referring to FIG. 15, the first etching agent is injected through the etching opening 153 to remove the sacrificial layer 135. This removal process can be implemented using wet etching. A cavity 160 may be formed in the region where the sacrificial layer 135 is removed. When the sacrifice layer 135 is composed of an insulating material, the first etchant may include hydrochloric acid, hydrofluoric acid, hydrogen peroxide, and the like. The substrate 110 and the second mask layer 132 may be exposed in the cavity 160 as the sacrificial layer 135 is removed.

도 16을 참조하면, 식각 개구부(153)를 통하여 제2 식각제를 주입하여, 기판(110)의 하측 일부를 제거한다. 이에 따라, 캐비티(160)의 크기는 더 커질 수 있다. 기판(110)이 실리콘으로 구성된 경우에는, 상기 제2 식각제는 상기 실리콘을 제거할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide), KOH 등을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정에서, 경계 부재(120), 제1 마스크 층(130) 제2 마스크 층(132), 및 제3 마스크층(152)은 기판(110)에 비하여 상기 제2 식각제에 의한 식각 선택비가 작으므로 거의 식각되지 않고 잔존할 수 있다. 또한, 식각 저지층(142)은 상기 제2 식각제에 의하여 거의 식각되지 않을 수 있다. 이에 따라, 분리층(144)과 압력 감지층(146)은 식각 저지층(142) 및 제2 마스크 층(132)에 의하여 둘러싸여 상기 제2 식각제에 접촉하지 않으므로, 상기 제2 식각제에 의한 식각으로부터 보호될 수 있다. Referring to FIG. 16, a second etchant is injected through the etch opening 153 to remove a lower portion of the substrate 110. Accordingly, the size of the cavity 160 can be larger. When the substrate 110 is made of silicon, the second etchant may include a material capable of removing the silicon, for example, TMAH (Tetramethylammonium hydroxide), KOH, and the like. In the etching process, the boundary member 120, the first mask layer 130, the second mask layer 132, and the third mask layer 152 are etched by the second etchant Since the ratio is small, it can remain almost etched. In addition, the etch stop layer 142 may be substantially etched by the second etchant. The isolation layer 144 and the pressure sensing layer 146 are not surrounded by the etch stop layer 142 and the second mask layer 132 and do not contact the second etchant, Can be protected from etching.

도 17을 참조하면, 제3 마스크층(152) 상에 덮개층(154)을 형성한다. 덮개층(154)은 식각 개구부(153)를 충전하는 연장부(156)를 포함할 수 있다. 연장부(156)는 제2 마스크 층(132)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 덮개층(154)은 절연물을 포함할 수 있고, 예를 들어 산화물, 질화물, 또는 산질화물을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 또는, 덮개층(154)은 도핑안된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 덮개층(154)은 스퍼터링, 화학 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 또는 원자층 증착법(ALD) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 제3 마스크층(152)과 덮개층(154)은 동일한 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 17, a cover layer 154 is formed on the third mask layer 152. The cover layer 154 may include an extension 156 to fill the etch opening 153. The extension 156 may extend to contact the second mask layer 132. The cover layer 154 may comprise an insulating material, for example, an oxide, a nitride, or an oxynitride, and may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. Alternatively, the cover layer 154 may comprise undoped polysilicon. The cover layer 154 can be formed using sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced CVD (PECVD), atomic layer deposition (ALD), or the like. The third mask layer 152 and the cover layer 154 may comprise the same material.

제3 마스크층(152)과 덮개층(154)은 함께 압력 수용층(150)을 구성할 수 있다. 압력 수용층(150)의 하측에는 캐비티(160)가 형성될 수 있고, 압력 수용층(150)은 캐비티(160)를 밀봉할 수 있다. 캐비티(160) 내에는 압력 수용층(150)과 접촉하는 압력 감지층(146)이 위치할 수 있다. 덮개층(154)은 진공 분위기에서 형성할 수 있고, 이에 따라 캐비티(160)는 진공을 가질 수 있다. 상술한 바와 같은 제조 공정을 거쳐서 압력 센서(100)를 완성한다.The third mask layer 152 and the cover layer 154 together can constitute the pressure receiving layer 150. A cavity 160 may be formed on the lower side of the pressure receiving layer 150 and a cavity 160 may be formed on the pressure receiving layer 150. Inside the cavity 160, a pressure sensing layer 146 may be positioned in contact with the pressure receiving layer 150. The cover layer 154 can be formed in a vacuum atmosphere, so that the cavity 160 can have a vacuum. The pressure sensor 100 is completed through the above-described manufacturing process.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100: 압력 센서, 110: 기판, 112: 둘레 홈, 120: 경계 부재,
130: 제1 마스크 층, 131: 제1 리세스 영역, 132: 제2 마스크 층,
133: 제2 리세스 영역, 135: 희생층, 140: 도핑층, 142: 식각 저지층,
144: 분리층, 146: 압력 감지층, 150: 압력 수용층, 152: 제3 마스크층,
153: 식각 개구부, 154: 덮개층, 156: 연장부, 160: 캐비티100: pressure sensor, 110: substrate, 112: peripheral groove, 120:
130: first mask layer, 131: first recess region, 132: second mask layer,
133: second recess region, 135: sacrificial layer, 140: doped layer, 142: etch stop layer,
144: separation layer, 146: pressure sensing layer, 150: pressure receiving layer, 152: third mask layer,
153: etch opening, 154: cover layer, 156: extension, 160: cavity

Claims (10)

캐비티가 형성된 기판;
상기 기판 상에 상기 캐비티를 밀봉하도록 위치하고, 외부 압력에 의하여 변형되는 압력 수용층; 및
상기 캐비티 내에 상기 기판으로부터 돌출되어 상기 압력 수용층의 하측에 위치하고, 상기 압력 수용층의 변형에 따라 발생하는 잔류 응력에 의하여 전기 저항 값이 변화됨에 따라 압력을 감지하는 압력 감지층;
을 포함하는 압력 센서.A substrate on which a cavity is formed;
A pressure-receiving layer positioned on the substrate to seal the cavity, the pressure-receiving layer being deformed by external pressure; And
A pressure sensing layer that protrudes from the substrate in the cavity and is positioned below the pressure receiving layer and senses a pressure as the electrical resistance value changes due to a residual stress caused by the deformation of the pressure receiving layer;
Pressure sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 압력 감지층의 하측에 위치하고, 상기 압력 감지층을 상기 캐비티로부터 격리시키는 식각 저지층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.The method of claim 1,
An etch stop layer located below the pressure sensing layer and isolating the pressure sensing layer from the cavity;
Further comprising a pressure sensor. 제 2 항에 있어서,
상기 압력 감지층과 상기 식각 저지층 사이에 위치하는 분리층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.3. The method of claim 2,
A separation layer positioned between the pressure sensing layer and the etch stop layer;
Further comprising a pressure sensor. 제 3 항에 있어서,
상기 압력 감지층과 상기 식각 저지층은 제1 도전형을 가지는 제1 불순물을 포함하고,
상기 분리층은 상기 제1 도전형과는 다른 제2 도전형을 가지는 제2 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.The method of claim 3, wherein
Wherein the pressure sensing layer and the etch stop layer comprise a first impurity having a first conductivity type,
Wherein the isolation layer includes a second impurity having a second conductivity type different from the first conductivity type. 제 4 항에 있어서,
상기 제1 도전형은 p-형 도전형이고,
상기 제2 도전형은 n-형 도전형인 것을 특징으로 하는 압력 센서.5. The method of claim 4,
The first conductivity type is a p-type conductivity type,
And the second conductivity type is an n-type conductivity type. 제 2 항에 있어서,
상기 압력 감지층은 불순물을 상기 식각 저지층에 비하여 저농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the pressure sensing layer contains impurities at a lower concentration than the etch stop layer. 제 1 항에 있어서,
상기 압력 감지층을 상기 캐비티로부터 격리시키는 마스크층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.The method of claim 1,
A mask layer isolating the pressure sensing layer from the cavity;
Further comprising a pressure sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 압력 수용층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 폴리 실리콘을 포함하고,
상기 압력 감지층은 단결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.The method of claim 1,
Wherein the pressure receiving layer comprises silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride or polysilicon,
And said pressure sensing layer comprises single crystal silicon. 제 1 항에 있어서,
상기 캐비티의 외각에 위치하고, 상기 압력 수용층의 크기를 정의하는 경계 부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.The method of claim 1,
A boundary member located at an outer periphery of the cavity and defining a size of the pressure receiving layer;
Further comprising a pressure sensor. 기판의 일부 영역을 둘러싸는 경계 부재를 형성하는 단계;
상기 기판의 일부 영역을 제거하여 리세스 영역을 형성하는 단계;
상기 리세스 영역을 충전하는 희생층을 형성하는 단계;
상기 경계 부재와 상기 희생층 사이에 위치하고, 상기 리세스 영역에 의하여 정의되는 상기 기판의 돌출 영역에 불순물을 도핑하여 식각 저지층, 분리층, 및 압력 감지층을 형성하는 단계;
상기 희생층 및 상기 기판의 하측 일부를 제거하여 캐비티를 형성하는 단계; 및
상기 캐비티 상에 상기 캐비티를 밀봉하는 압력 수용층을 형성하는 단계;
를 포함하는 압력 센서의 제조 방법.Forming a boundary member surrounding a portion of the substrate;
Removing a portion of the substrate to form a recessed region;
Forming a sacrificial layer filling the recessed region;
Forming an etch stop layer, a separation layer, and a pressure sensing layer, wherein the etch stop layer, the isolation layer, and the pressure sensing layer are disposed between the boundary member and the sacrificial layer and doped with impurities in a protruding region of the substrate defined by the recessed region;
Removing the sacrificial layer and a lower portion of the substrate to form a cavity; And
Forming a pressure-receiving layer on the cavity to seal the cavity;
Wherein the pressure sensor comprises a pressure sensor.
KR1020120082824A 2012-07-27 2012-07-27 Pressure sensor and method of manufacturing the same KR101404094B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120082824A KR101404094B1 (en) 2012-07-27 2012-07-27 Pressure sensor and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120082824A KR101404094B1 (en) 2012-07-27 2012-07-27 Pressure sensor and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140015088A true KR20140015088A (en) 2014-02-06
KR101404094B1 KR101404094B1 (en) 2014-06-05

Family

ID=50264875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120082824A KR101404094B1 (en) 2012-07-27 2012-07-27 Pressure sensor and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101404094B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941861A (en) * 2017-11-15 2018-04-20 江西师范大学 The forming method of nanoscale gas sensor
CN108121976A (en) * 2018-01-08 2018-06-05 杭州士兰微电子股份有限公司 Closed cavity structure and its manufacturing method and ultrasonic fingerprint sensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011094967A (en) * 2008-02-19 2011-05-12 Alps Electric Co Ltd Manufacturing method of semiconductor pressure sensor
KR101661306B1 (en) * 2010-02-23 2016-09-30 삼성전자 주식회사 Semiconductor device, methods of fabrication the same
KR101197570B1 (en) * 2010-08-16 2012-11-06 전자부품연구원 Piezoresistor type pressure sensor and method for fabricating the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941861A (en) * 2017-11-15 2018-04-20 江西师范大学 The forming method of nanoscale gas sensor
CN107941861B (en) * 2017-11-15 2020-04-24 江西师范大学 Method for forming nano-scale gas sensor
CN108121976A (en) * 2018-01-08 2018-06-05 杭州士兰微电子股份有限公司 Closed cavity structure and its manufacturing method and ultrasonic fingerprint sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR101404094B1 (en) 2014-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10023461B2 (en) Microintegrated encapsulated MEMS sensor with mechanical decoupling and manufacturing process thereof
US9334157B2 (en) MEMS device and formation method thereof
US8261617B2 (en) Micro piezoresistive pressure sensor and manufacturing method thereof
CN110636422B (en) Semiconductor device and method of forming the same
US8601879B2 (en) Capacitance type pressure sensor and method for manufacturing a capacitance type pressure sensor
US9463975B2 (en) MEMS capacitive pressure sensors
JP5868202B2 (en) Capacitance type pressure sensor and manufacturing method thereof
JP2004260187A (en) Pressure sensor device and its manufacturing method
US9194882B2 (en) Inertial and pressure sensors on single chip
US9598276B2 (en) MEMS device and formation method thereof
KR102163052B1 (en) Pressure sensor element and method for manufacturing same
JP5639985B2 (en) Semiconductor pressure sensor and manufacturing method of semiconductor pressure sensor
US8749000B2 (en) Pressure sensor with doped electrode
KR101404094B1 (en) Pressure sensor and method of manufacturing the same
KR100904994B1 (en) Method for fabricating pressure sensor and structure of the same
US20130199301A1 (en) Vertical Pressure Sensitive Structure
CN210193393U (en) MEMS structure
JP6101141B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
TWI632358B (en) Capacitive pressure sensor and method
US7321156B2 (en) Device for capacitive pressure measurement and method for manufacturing a capacitive pressure measuring device
US11245067B2 (en) Hall sensors with a three-dimensional structure
US20230166967A1 (en) Mems sensor and method of manufacturing mems sensor
KR101410689B1 (en) Thermoelectron infrared sensor and fabrication method
JP2013160567A (en) Capacitive pressure sensor and manufacturing method thereof
JP5978076B2 (en) Pressure measuring device and manufacturing method of pressure measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee