KR20160065643A - 다기능 센서 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 둘 이상의 센서를 동일 기판 상에 일괄(Batch) 반도체 공정를 이용하여 구현하여서 다기능을 제공할 수 있는 다기능 센서 장치 및 그의 제조 방법을 개시하며, 상기 다기능 센서 장치는 동일 기판에 대한 일괄(Batch) 반도체 공정에 의하여 상기 기판의 평면적으로 구분된 영역들에 형성되는 둘 이상의 센서들;을 포함하며, 상기 둘 이상의 센서들은 기능에 따라 둘 이상으로 구분됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 다기능 센서 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 둘 이상의 센서를 동일 기판 상에 일괄(Batch) 반도체 공정을 이용하여 구현하여서 다기능을 제공할 수 있는 다기능 센서 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
센서들은 목적에 맞는 기능을 갖도록 다양한 구조, 다양한 제작 방법 및 다양한 물질들을 이용하여 제작되고 있다.
일반적으로 사용되는 센서들은 개별적으로 제작된다. 그리고, 둘 이상의 센서가 조합될 필요성이 있는 경우, 둘 이상의 센서가 모듈 기판에 합쳐져서 하나의 패키지로 제작되는 방식으로 조합되거나, 각각 독립적인 패키지로 제작된 둘 이상의 센서가 모듈화되는 방식으로 조합될 수 있다. 상기한 방법과 달리, 둘 이상의 센서가 다중 멤브레인 구조로 조합되는 방법이 제시될 수 있다.
상기와 같이 둘 이상의 센서가 조합된 제품은 복합적인 기능을 갖는 것을 기대할 수 있다. 복합적인 기능을 제품에 구현하기 위하여 여러 개의 센서가 조합된 제품의 경우, 제작 단가를 줄이는 것은 쉽지 않다.
상기한 둘 이상의 센서가 조합되는 제품의 경우 제작 단가를 줄이기 위하여 센서 각각의 제작 단가가 절감되어야 한다. 그러나, 단품의 센서를 제작하는 반도체 공정 기술은 매우 발달된 상태이다. 그러므로, 단품으로 센서를 제조하는 공정이나 센서의 구조를 개선하는 것에 의하여 여러 개의 센서를 조합하는 제품의 단가를 줄이는데 한계가 있다.
그러므로, 둘 이상의 센서가 조합되는 제품은 제작 단가를 줄이는 것에 어려움이 있으며 높은 제작 단가로 인하여 어플리케이션에 활용하는데 제한이 있다.
본 발명의 목적은 동일 기판에 대한 일괄 반도체 공정에 의하여 유사 또는 다른 종류의 둘 이상의 센서를 구현하여서 제작 단가를 절감할 수 있는 다기능 센서 장치 및 그의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 동일 기판의 서로 분리된 영역에 유사 또는 다른 종류의 센서들을 구현하고, 동일 기판에 대한 일괄 반도체 공정에 의하여 센서들이 형성됨으로써 다기능을 가질 수 있는 다기능 센서 장치 및 그의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다기능 센서 장치는, 동일 기판에 대한 일괄(Batch) 반도체 공정에 의하여 상기 기판의 평면적으로 구분된 영역들에 형성되는 둘 이상의 센서들;을 포함하며, 상기 둘 이상의 센서들은 기능에 따라 둘 이상으로 구분됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다기능 센서 장치의 제조 방법은, 기판의 평면적으로 구분된 영역들에 둘 이상의 센서들을 형성하기 위하여 동일 상기 기판에 대하여 수행되는 일괄(Batch) 반도체 공정을 포함하며, 상기 일괄 반도체 공정에 의하여 기능에 따라 둘 이상으로 구분되는 상기 둘 이상의 센서들을 형성함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 동일 기판의 서로 분리된 영역에 유사 또는 다른 종류의 둘 이상의 센서가 동일 기판에 대한 일괄 반도체 공정에 의하여 구현될 수 있다. 그러므로, 다기능 센서 장치는 하나의 칩으로 구현될 수 있으며 다기능성을 가질 수 있으면서 저렴한 제작 단가로 제작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다기능 센서 장치에 의한 실시예를 나타내는 단면 개념도.
도 2는 도 1의 실시예의 평면 개념도.
도 3은 도 1의 실시예를 구체적으로 예시한 단면도.
도 4는 음파 센서의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 5a 내지 도 5h는 도 3의 실시예의 공정도.
도 2는 도 1의 실시예의 평면 개념도.
도 3은 도 1의 실시예를 구체적으로 예시한 단면도.
도 4는 음파 센서의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 5a 내지 도 5h는 도 3의 실시예의 공정도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명은 유사 또는 다른 종류의 둘 이상의 센서를 동일 기판에 형성하고, 동일 기판에 대한 일괄 반도체 공정에 의하여 둘 이상의 센서를 구현하는 것을 개시한다.
본 발명의 실시예로 구성되는 다기능 센서 장치는 도 1 및 도 2와 같이 제1 센서(10)와 제2 센서(12)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다. 도 1은 실시예의 단면 개념을 나타내는 도면이고, 도 2는 평면 개념을 나타내는 도면이다. 본 발명은 일괄 반도체 공정에 의하여 두 개의 센서를 동일 기판에 형성하는 것을 실시예로 예시하고 있으나, 센서들의 수는 제작자의 의도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)가 기판(20)의 평면적으로 구분된 영역들에 형성된다. 제1 센서(10)가 형성된 영역의 기판(20)의 상면에는 제1 센서(10)와 전기적으로 접속되는 제1 전용 단자(30)가 구성되고, 제2 센서(12)가 형성된 영역의 기판(20)의 상면에는 제2 센서(12)와 전기적으로 접속되는 제2 전용 단자(32)가 구성되며, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)의 사이 영역의 기판(20)의 상면에는 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 전기적으로 공통으로 접속되는 공통 단자(34)가 구성될 수 있다. 제1 센서(10)는 제1 전용 단자(30)를 포함하도록 구성될 수 있고, 제2 센서(12)는 제2 전용 단자(32)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)는 공통 단자(34)를 공통으로 포함하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 제1 전용 단자(30), 제2 전용 단자(32) 및 공통 단자(34)는 제1 센서(10)와 제2 센서(12)가 동작하는데 필요한 동작 전압, 공통 전압 또는 접지 전압 등을 인가하는 용도로 이용되거나 제1 센서(10)와 제2 센서(12)가 센싱한 결과를 출력하는 등의 용도로 이용될 수 있다.
기판(20)은 제1 센서(10)를 위한 구조체가 형성된 제1 센서 영역(40)과 제2 센서(10)를 위한 구조체가 형성된 제2 센서 영역(42)을 포함할 수 있다. 제1 센서 영역(40)은 제1 전용 단자(30)와 컨택을 이루도록 구성될 있고, 제2 센서 영역(42)은 제2 전용 단자(32)와 컨택을 이루도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 공통 단자(34)에 공통으로 컨택을 이루도록 구성될 수 있다.
공통 단자(34)가 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)과 공통으로 컨택되는 것은 다양하게 구성될 수 있다. 일 예로 공통 단자(34)가 비아홀(Via Hole)을 경유하여 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)에 공유되는 적어도 하나의 레이어에 직접 컨택됨으로써 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)과 공통으로 컨택될 수 있고, 다른 예로 공통 단자(34)가 연통된 둘 이상의 비아홀을 경유하여서 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)의 서로 다른 층의 레이어들 간의 층간 컨택에 접속됨으로써 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)과 공통으로 컨택될 수 있으며, 또다른 예로 공통 단자(34)가 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)의 서로 다른 층의 레이어들을 관통하는 전극(또는 실리콘 관통 전극(TSV: Through Silicon Via))에 접속됨으로써 제1 센서 영역(40) 및 제2 센서 영역(42)과 공통으로 컨택될 수 있다.
제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 센싱하는 대상에 적합한 광학적 방법, 전기적 방법, 전자기적 방법, 화학적 방법, 광화학적 방법, 물리적 방법, 화학 전기적 방법 및 물리 화학적 방법 등의 방법 중 선택된 어느 하나로 대상을 센싱하기 위한 구조체를 포함할 수 있다.
제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)의 구조체는 센싱하는 대상 즉 센싱 방법에 따라 동일, 유사 또는 상이하게 형성될 수 있다. 각각의 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 구조체의 구조적 특징에 의하여 압력, 음파, 전자파, 가스, 화학 물질, 미세 입자(파티클), 진동, 방사선(알파, 베타, 감마선 및 중성자 등)선 등 어느 하나를 대상으로 센싱할 수 있다.
그리고, 실시예는 도 1에서 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)이 기판(20)의 내부로 제한되는 것을 예시하였으나, 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 제작자에 따라 기판(20)의 상면에 형성되는 상부 구조체를 포함하여 확장되도록 실시될 수 있다. 도 1에서 상부 구조체는 전용 단자들(30, 32)과 공통 단자(34)를 포함할 수 있다.
제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)이 기판(20)의 상면에 형성되는 상부 구조체를 포함하도록 확장되는 경우, 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 기판(20)의 상부 구조체에 적어도 하나 이상의 기능성 레이어(도시되지 않음)를 부가적으로 포함할 수 있으며, 기능성 레이어는 제1 센서 영역(40) 또는 제2 센서 영역(42)의 구조체와 연동하는 보조적 기능을 제공할 수 있다.
그리고, 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 각각 평면적으로 원형이나 장방형 등으로 구성될 수 있다. 도 2에서 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)은 각각 하나씩 배치되어 있다. 그러나, 제작자의 의도에 따라 기판에 제1 센서 영역(40)과 제2 센서 영역(42)가 규칙 또는 불규칙하게 복수 개 형성될 수 있다.
상술한 제1 센서(10)와 제2 센서(12)는 일괄 반도체 공정에 의하여 동일 기판에 형성된다. 일괄 반도체 공정은 제1 센서(10)와 제2 센서(12)를 형성하기 위하여 반도체 재질의 기판(20)에 대하여 순서에 따라 진행되는 복수의 반도체 단위 공정들의 집합을 의미하는 것으로 정의할 수 있다. 상기한 일괄 반도체 공정은 통상의 이온주입 공정, 산화 공정, 식각 공정, 증착 공정, 메탈 공정, 플라즈마 공정, 평탄화 공정, 포토 공정, 및 어닐 공정 등을 하나 또는 둘 이상 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 및 도 2와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 구성되는 제1 센서(10) 및 제2 센서(12)는 유사 또는 다른 기능에 따라 구분될 수 있으며, 예시적으로 도 3과 같이 제1 센서(10)는 음파 센서(Acoustic sensor)로 구성되고, 제2 센서(12)는 압력 센서(Pressure Sensor)로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 구성되는 제1 센서(10) 및 제2 센서(12)는 일괄 반도체 공정에 의하여 형성되는 적어도 하나의 레이어를 공유하거나 적어도 하나의 반도체 단위 공정들을 공유하여 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2의 본 발명의 실시예는 도 3과 같이 구체적으로 예시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다기능 센서 장치는 도 3과 같이 기판(20)을 베이스로 제작될 수 있으며, 기판(20)에 대한 일괄 반도체 고정에 의하여 평면적으로 구분된 영역에 음파 센서인 제1 센서(10)와 압력 센서인 제2 센서(12)가 형성된다. 기판(20)은 일 예로 실리콘 재질의 반도체 기판이 이용될 수 있다.
제1 센서(10)는 음파 센서의 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 제1 센서(10)는 제1 전극의 역할을 하는 기판(20)의 내부의 제1 도핑 레이어(50), 기판(20)의 상면에 형성되며 미리 설정된 제1 센서 영역(도 1의 '40'에 대응됨)에 대응하여 관통공(52)들이 형성된 제2 도핑 레이어(54), 및 기판(20)의 전면에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정에 의하여 제1 센서 영역에 대응하는 소정 면적의 에어 갭(Air Gap)(56)을 가지며 제1 도핑 레이어(50)와 제2 도핑 레이어(52) 사이에 형성되는 다이(58)를 포함하는 구조를 갖는다. 그리고, 제1 센서(10)는 기판(20)의 후면에 제1 도핑 레이어(50)를 노출시키는 윈도우(60)가 형성된다. 그리고, 상기한 SON 공정은 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 제2 센서(12)는 압력 센서의 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 제2 센서(12)는 제1 전극의 역할을 하는 기판(20)의 내부의 제1 도핑 레이어(51), 기판(20)의 상면에 형성되며 미리 설정된 제2 센서 영역(도 1의 '42'에 대응됨)에 대응하여 미리 설정된 두께를 갖는 플레이트(53)가 형성된 제2 도핑 레이어(55), 및 기판(20)의 상면에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정에 의하여 제2 센서 영역에 대응하는 소정 면적의 진공 갭(Vaccum Gap)(57)을 가지며 제1 도핑 레이어(51)와 제2 도핑 레이어(55) 사이에 형성되는 다이(59)를 포함하는 구조를 갖는다.
제1 센서(10)와 제2 센서(12)의 구조에서, 제1 센서(10)의 제1 도핑 레이어(50)와 제2 센서(10)의 제1 도핑 레이어(51)는 동일 이온 주입 공정에 의하여 형성된 것이며, 기판의 내부의 일정한 깊이 범위에 형성될 수 있다. 제1 센서(10)의 제2 도핑 레이어(54)와 제2 센서(10)의 제2 도핑 레이어(55)도 동일 이온 주입 공정에 의하여 형성된 것이고, 기판(20)의 상부의 표면으로부터 일정한 깊이에 형성될 수 있다. 제1 도핑 레이어들(50, 51)과 제2 도핑 레이어들(54, 55)는 동일한 P형 불순물이나 N형 불순물이 도핑될 수 있다.
또한, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)의 구조에서, 다이들(58, 59)은 제1 도핑 레이어들(50, 51)이 형성된 상부에 잔류하면서 제2 도핑 레이어들(54, 55)이 형성되지 않은 기판(20)의 일부 층에 해당하며, 에어갭(56)과 진공갭(57)이 형성된 영역을 한정하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 그리고, 제1 센서(10)의 다이(58)와 제2 센서(12)의 다이(59)는 에어 갭(56)과 제1 도핑 레이어(50) 그리고 진공 갭(57)과 제1 도핑 레이어(51) 사이에 각각 형성된 일정한 두께의 잔류된 기판(20)을 의미하는 것이다.
그리고, 제1 센서(10)의 에어 갭(56)과 제2 센서(12)의 진공 갭(57)도 동일 SON 공정에 의하여 형성된 것이다.
상술한 구성을 갖는 음파 센서인 제1 센서(10)와 압력 센서인 제2 센서(12)가 동일 기판에 대하여 일부 반도체 단위 공정을 공유하는 일괄 반도체 공정에 의하여 구성될 수 있다. 제1 센서(10)와 제2 센서(12)는 단품으로 제작되는 통상의 음파 센서와 압력 센서의 구조에 해당하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 제1 센서 영역(40)에 대응하는 제1 도핑 레이어(50)는 음파 센싱을 위한 플레이트를 포함할 수 있다. 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 평면적은 에어 갭(56)이 형성된 것과 동일 또는 유사하게 정의될 수 있으며, 에어 갭(56)은 평면적으로 원형으로 형성될 있고, 그에 대응하여 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트도 원형으로 정의될 수 있다.
이 경우, 제1 센서(10)는 제1 도핑 레이어(50)에 정의되는 플레이트의 직경(Diameter, DIA)과 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 두께(THK)에 따라서 센싱할 수 있는 음파의 주파수가 달라진다. 도 4를 참조하면, 플레이트, 갭(GAP) 및 다이의 직경(DIA)이 참조될 수 있다.
일례로, 제1 센서(10)는 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 직경(DIA)이 100㎛이고 두께(THK)가 0.1㎛인 경우 1.67E+05Hz 정도 주파수의 음파를 센싱할 수 있다. 제1 센서(10)는 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 두께(THK)가 0.1㎛로 고정되고 플레이트의 직경(DIA)이 200㎛와 300㎛로 변경되면 각각에 대응하여 4.16E+04Hz와 1.85E+04Hz 정도 주파수의 음파를 센싱할 수 있다. 이와 대비하여, 제1 센서(10)는 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 직경(DIA)이 100㎛이고 두께(THK)가 2㎛인 경우 3.30E+06Hz 정도 주파수의 음파를 센싱할 수 있다. 제1 센서(10)는 제1 도핑 레이어(50)의 플레이트의 두께(THK)가 2㎛로 고정되고 플레이트의 직경(DIA)이 200㎛와 300㎛로 변경되면 각각에 대응하여 8.35E+05Hz와 3.71E+05Hz 정도 주파수의 음파를 센싱할 수 있다.
상술한 바와 같이 직경(DIA)이 작고 두께(GAP)가 얇을수록 높은 주파수의 센싱이 가능해진다. 즉, 본 발명의 실시예는 나노급 초미세 공정을 수행할 수 있는 반도체 공정에 의하여 초음파용으로 이용할 수 있는 초소형 및 초박막의 플레이트를 구성할 수 있으며 플레이트의 두께(THK)를 원하는 초음파 대역에 맞게 미세하게 제어할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예는 제1 센서(10)와 제2 센서(12)가 동일 기판상에 유사한 사이즈로 제작될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 유사하거나 다른 종류의 센서를 하나의 패키지에 구현하기 위하여 이용될 수 있는 다른 방법들 즉, 둘 이상의 센서가 모듈 기판에 합쳐져서 하나의 패키지로 제작는 방법, 각각 독립적인 패키지로 제작된 둘 이상의 센서가 모듈화되는 방법 또는 둘 이상의 센서가 다중 멤브레인 구조로 조합되는 방법보다 칩 스케일 상 이점을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 유사하거나 다른 종류의 센서들이 초소형 및 초박막으로 구현될 수 있으므로 다기능을 제공하면서 소형 어플리케이션에서 쉽게 활용할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3과 같은 구조를 갖는 본 발명의 실시예의 제작 방법은 도 5를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예는 동일 기판(20) 상에 일괄 패키지 공정을 수행하여서 제1 센서(10)와 제2 센서(12)를 동시에 제작하며, 일괄 패키지 공정에는 제1 센서(10)와 제2 센서(12)를 구성하기 위하여 공유되는 반도체 단위 공정이 포함된다. 공유되는 반도체 단위 공정은 후술되는 바와 같이 제1 도핑 레이어들(50, 51)이나 제2 도핑 레이어들(54, 55)을 형성하기 위한 이온 주입 공정, 에어 갭(56)과 진공 갭(57)을 형성하기 위한 SON 공정 및 전용 단자들(30, 32) 및 공통 단자(34)를 형성하기 위한 공정 등이 예시될 수 있다.
본 발명의 다기능 센서 장치의 실시예는 도 5의 (a) 내지 (h)와 같이 제작될 수 있다.
먼저, 기판(20) 내에 매립된 도핑 레이어(100)를 형성하기 위한 전면 이온 주입이 실시된다. 도핑 레이어(100)는 도 3과 같이 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 대응하여 영역 별로 구분됨에 의하여 제1 도핑 레이어(50)와 제2 도핑 레이어(51)로 구분될 수 있다.
도핑 레이어(100)를 형성하기 위한 이온 주입은 후술되는 도핑 레이어(200)를 형성하기 위한 불순물과 동일한 P형 또는 N형 불순물을 이용함이 바람직하며, 기판(20) 내의 미리 설정된 위치에 도핑 레이어(200)가 매립된 상태로 형성되기 위하여 불순물은 높은 에너지를 이용하여 깊게 주입되도록 실행됨이 바람직하다. 불순물의 농도는 설계자의 의도에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
상술한 바와 도 5 (a)와 같이 이온 주입이 실시된 후, SON 공정이 도 5 (b) 및 도 5 (c)와 같이 실시될 수 있다.
SON 공정은 도 5 (b)와 같은 식각 공정과 도 5 (c)와 같은 어닐 공정을 포함할 수 있다.
도 5 (b)를 참조하면, 기판(20)에 홈들(200)이 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 대응하는 구분된 영역에 형성된다. 홈들(200)은 도핑 레이어(200)의 상부의 이격된 위치까지 형성되며, 미세하면서 깊은 깊이를 갖는 프로파일을 갖도록 형성됨이 바람직하다. 홈들(200)은 평면적으로 원형, 장방형 또는 슬릿 형상 등 다양하게 형성될 수 있다.
그러므로, 도 5 (b)의 식각 공정은 건식 식각으로 진행될 수 있으며, 바람직하게는 홈들(300)의 프로파일이 보장될 수 있도록 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch)이 수행될 수 있다.
상기한 도 5 (b)와 같이 홈들(200)이 식각된 후, 도 5 (c)와 같이 어닐 공정이 수행될 수 있다. 어닐 공정에 의하여 홈들(200)의 상부는 어닐 공정에 의하여 닫히며 홈들(200)은 서로 연결된다. 즉, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 해당하는 기판(20) 내에는 도 5 (c)와 같이 각각 홈들(200)에 의하여 형성된 진공 갭(400, 410)이 각각 형성된다. 여기에서, 진공 갭(410)은 도 3의 진공 갭(57)에 해당된다.
진공 갭(400, 410)의 내부 진공 상태는 진공 상태에서 어닐 공정을 진행함에 의하여 확보될 수 있으며, 상기한 어닐 공정은 대략 1100℃의 수소 분위기에서 미리 설정된 시간 동안 진행함이 바람직하다.
상기한 어닐 공정에 의하여 형성된 진공 갭(400, 410)의 상부는 반응성 이온 식각에 의하여 전면 식각되어서 200nm 이하의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상술한 도 5 (b) 및 도 5 (c)의 SON 공정이 완료된 이후, 도 5 (d)와 같이 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 대응하는 영역의 기판(20)의 표면에 이온 주입이 실시된다. 도 5 (d)의 이온 주입에 의하여 도핑 레이어(500)가 형성되며, 도핑 레이어(500)는 영역 별로 제1 센서(10)의 도핑 레이어(54)와 제2 센서(12)의 도핑 레이어(55)로 구분될 수 있다. 도핑 레이어(500)를 형성하는데 이용되는 불순물의 종류와 농도는 도핑 레이어(100)를 형성하는 것과 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 그리고, 도핑 레이어(500)는 진공 갭(400, 410)의 상부가 모두 도핑될 수 있을 정도의 깊이로 형성됨이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제1 센서(10)와 제2 센서(12)에 대한 도핑 레이어들(100, 500) 및 진공 갭(400, 410)들이 형성된 후, 도 5 (e)와 같이 전용 단자들(30, 32)과 공통 단자(34)를 형성하기 위한 식각 공정 및 메탈 공정이 진행될 수 있다.
먼저, 식각 공정이 진행되어서 도 5 (d)와 같이 구분된 도핑 레이어(500) 사이 공간에 컨택 홀을 형성하여 도핑 레이어(100)의 일부 면을 노출시킨다.
그 후, 메탈 공정을 진행하며, 메탈 공정에 의하여 메탈(600)이 식각 공정에 의하여 형성된 컨택 홀의 내부와 기판(20) 상부에 증착된다.
상기한 메탈 공정 후, 메탈(600)에 대한 식각 공정이 도 5 (f)와 같이 전용 단자들(30, 32)과 공통 단자(34)이 구분될 수 있도록 진행될 수 있다.
도 5 (f)와 같이 전형전용 단자들(30, 32)과 공통 단자(34)이 형성된 후, 도 5 (g)와 같이 제1 센서(10)에 대응하는 도핑 레이어(500)에는 복수 개의 미세한 관통공(52)을 식각에 의하여 형성할 수 있으며, 이때 진공 갭(400)은 도 3의 에어 갭(56)으로 변환된다. 여기에서, 제1 센서(10)에 대응하는 도핑 레이어(500)에 형성되는 미세한 관통공(52)은 예시적으로 반응성 이온 식각과 같은 건식 식각에 의하여 형성될 수 있다.
또한, 도 5 (f)와 같이 전형전용 단자들(30, 32)과 공통 단자(34)이 형성된 후, 도 5 (g)와 같이 제2 센서(12)에 대응하는 도핑 레이어(500)는 하부의 진공 갭(400)이 위치한 면적에 대응하여 소정 두께를 갖는 얇은 플레이트(도 3의 '53')를 형성하도록 부분 식각될 수 있다.
도 5 (g)의 제1 센서(10)에 대응한 관통공(52)의 식각과 제2 센서(12)에 대응한 플레이트(53) 형성은 동시 또는 순차적으로 진행될 수 있다.
도 5 (a) 내지 도 5 (g)의 공정이 완료된 후, 도 5 (h)와 같이 제1 센서(10)에 대응하는 기판(20)의 후면에 윈도우를 형성하기 위한 후면 식각이 부분적으로 진행될 수 있다.
상술한 도 5와 같이, 제1 센서(10)와 제2 센서(12)를 제작하기 위한 공정들은 일괄(Batch) 진행될 수 있다.
도 3 내지 도 5의 본 발명의 실시예와 같이 동일한 조건 또는 유사한 조건으로 공정을 진행할 수 있는 구조를 포함하는 경우 복수 개의 센서가 동일 기판에 구현될 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면 동일 기판의 서로 분리된 영역에 유사 또는 다른 종류의 둘 이상의 센서가 동일 기판에 대한 일괄 반도체 공정에 의하여 구현될 수 있으며, 그에 따라서 다기능 센서 장치는 다기능성을 가질 수 있으면서 저렴한 제작 단가로 제작될 수 있다.
Claims (18)
- 동일 기판에 대한 일괄(Batch) 반도체 공정에 의하여 상기 기판의 평면적으로 구분된 영역들에 형성되는 둘 이상의 센서들;을 포함하며,
상기 둘 이상의 센서들은 기능에 따라 둘 이상으로 구분됨을 특징으로 하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 센서들은,
적어도 일부의 상기 기판을 포함하는 수직 방향으로 정의되는 센서 영역에 상기 일괄 반도체 공정에 의하여 각각 형성되는 다기능 센서 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 둘 이상의 센서들은 상기 기판의 상면과 후면 중 적어도 하나가 노출되는 구조를 갖는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 일괄 반도체 공정은 상기 기판에 대한 후면 공정을 포함하며,
상기 둘 이상의 센서들 중 적어도 하나는 상기 후면 공정에 의하여 식각되어서 노출되는 구조를 갖는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 일괄 반도체 공정은 상기 기판에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정을 포함하며,
상기 둘 이상의 센서들 중 적어도 하나는 상기 SON 공정에 의한 구조를 포함하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 센서들은 적어도 일부의 상기 센서들에 공유되는 공통 단자를 더 포함하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 센서들은 상기 일괄 반도체 공정에 의하여 형성되는 적어도 하나의 레이어를 공유하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 센서는 음파 센서(Acoustic sensor)와 압력 센서(Pressure Sensor)를 포함하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 센서 중 적어도 하나는,
상기 기판의 후면을 선택적으로 식각함에 의하여 노출되고 제1 전극의 역할을 하는 상기 기판의 내부의 제1 도핑 레이어;
상기 기판의 상면에 형성되며 미리 설정된 센서 영역에 대응하여 관통공들이 형성된 제2 도핑 레이어; 및
상기 기판의 전면에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정에 의하여 상기 센서 영역에 대응하는 소정 면적의 빈 갭(Empty Gap)을 가지며 상기 제1 도핑 레이어와 상기 제2 도핑 레이어 사이에 형성되는 다이;를 포함하는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 센서 중 적어도 하나는,
제1 전극의 역할을 하는 상기 기판의 내부의 제1 도핑 레이어;
상기 기판의 상면에 형성되며 미리 설정된 센서 영역에 대응하여 미리 설정된 두께를 갖는 플레이트가 형성된 제2 도핑 레이어; 및
상기 기판의 상기 상면에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정에 의하여 상기 센서 영역에 대응하는 소정 면적의 빈 갭을 가지며 상기 제1 도핑 레이어와 상기 제2 도핑 레이어 사이에 형성되는 다이;를 포함하는 다기능 센서 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 빈 갭은 상기 제2 도핑 레이어와 상기 다이에 의하여 진공 상태가 유지되는 다기능 센서 장치. - 제1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 센서는 평면적으로 구분된 영역에 형성되는 제1 센서와 제2 센서를 포함하고;
상기 제1 센서를 위하여 미리 설정된 제1 센서 영역에 대응하여 상기 기판의 후면을 선택적으로 식각함에 의하여 노출되고, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 제1 전극의 역할을 하는 상기 기판의 내부의 제1 도핑 레이어:
상기 기판의 상면에 형성되며, 상기 제1 센서 영역에 대응하여 관통공들이 형성되고, 상기 제2 센서를 위하여 미리 설정된 제2 센서 영역에 대응하여 미리 설정된 두께를 갖는 플레이트가 형성된 된 제2 도핑 레이어: 및
상기 기판의 상기 상면에 대한 SON(Silicon on Nothing) 공정에 의하여 상기 제1 및 제2 센서 영역에 대응하는 소정 면적의 빈 갭들을 가지며 상기 제1 도핑 레이어와 상기 제2 도핑 레이어 사이에 형성되는 다이:를 포함하는 다기능 센서 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 센서 영역에 대응하는 상기 빈 갭은 상기 제2 도핑 레이어와 상기 다이에 의하여 진공 상태가 유지되는 다기능 센서 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 도핑 레이어는 상기 기판 상에 형성되는 공통 단자와 컨택되는 다기능 센서 장치. - 기판의 평면적으로 구분된 영역들에 둘 이상의 센서들을 형성하기 위하여 동일 상기 기판에 대하여 수행되는 일괄(Batch) 반도체 공정을 포함하며,
상기 일괄 반도체 공정에 의하여 기능에 따라 둘 이상으로 구분되는 상기 둘 이상의 센서들을 형성함을 특징으로 하는 다기능 센서 장치의 제조 방법. - 제15 항에 있어서, 상기 일괄 반도체 공정은,
상면과 이격된 상기 기판의 내부에 제1 불순물을 주입한 제1 도핑 레이어를 형성하는 단계;
평면적으로 구분된 제1 센서와 제2 센서를 위한 제1 센서 영역과 제2 센서 영역에 대응하여 상기 기판에 의하여 매립되며 상기 제1 도핑 레이어와 이격된 소정 면적의 빈 갭들을 형성하기 위하여 SON(Silicon on Nothing) 공정을 수행하는 단계;
상기 제1 센서 영역과 상기 제2 센서 영역을 포함하면서 분리된 패턴을 가지며 상기 상면에서부터 적어도 상기 제1 센서 영역과 상기 제2 센서 영역의 상기 이격 공간들에 도달하는 깊이를 갖도록 제2 불순물을 주입하여 제2 도핑 레이어를 형성하는 단계;
상기 제1 도핑 레이어 또는 제2 도핑 레이어와 컨택되는 단자들을 형성하는 단계;
상기 제1 센서 영역의 상기 제2 도핑 레이어에 관통공을 형성하는 단계;
상기 제2 센서 영역의 상기 제2 도핑 레이어를 식각하여 플레이트를 형성하는 단계; 및
상기 제1 센서 영역의 상기 기판의 후면을 선택적으로 식각하여 상기 제1 도핑 레이어를 노출시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 다기능 센서 장치의 제조 방법. - 제16 항에 있어서, 상기 SON 공정은,
평면적으로 구분된 제1 센서와 제2 센서를 위한 제1 센서 영역과 제2 센서 영역에 대응하여 일정한 직경과 간격을 가지며 소정 깊이를 갖는 홈들을 형성하는 단계; 및
수소 분위기에서 상기 기판의 상면에 대한 어닐(Anneal)을 수행하여 상기 홈들의 형상 변화에 기인하여 상기 기판에 의하여 매립되며 상기 제1 도핑 레이어와 이격된 소정 면적의 상기 빈 갭들을 형성하는 단계;를 포함하는 다기능 센서 장치의 제조 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 관통공과 상기 플레이트는 동시에 형성되는 다기능 센서 장치의 제조 방법.
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