KR20190064559A - 고온 안정성 압력센서의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력도입부를 포함하는 다이아프램; 상기 다이아프램 상에 배치된 제1 절연막; 상기 제1 절연막 상에 배치된 압저항 전극; 상기 압저항 전극을 보호하는 제2 절연막; 및 상기 제2 절연막 상에 배치되고 상기 압저항 전극과 연결된 금속 배선을 포함하되, 상기 압저항 전극은, 상기 제1 절연막 상에 순차적으로 적층된 제1 도전층 및 제2 도전층을 포함하고, 상기 제1 도전층은 Cr을 포함하고, 상기 제2 도전층은 80중량%의 Ni 및 20중량%의 Cr을 포함하는 합금을 포함하는, 고온 안정성 압력센서를 제공한다.

Description

고온 안정성 압력센서의 제조 방법{FABRICATION METHOD OF RELIABLE PRESSURE SENSORS AT HIGHER TEMPERATURE}
본 발명은 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 미세 전자 소자 구현을 위해 박막 증착시 기판과 마스크 간의 열팽창 계수 차이로 인해 발생되는 정렬 불량(misalign), 마스크 변형 방지 등의 문제와, 기판과 마스크 사이의 계면 접착력이 열화되는 문제점을 해결하고, 식각 공정이 없는 미세 패턴이 가능한 미소 전자 기계 시스템 기반의 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
센서는 소형, 복합, 지능화되는 추세이며 산업간 융합화 및 인간과 기기 간의 매개체로서 스마스 사회 구현의 핵심 요소 기술로 대두되었다. 이러한 요구조건의 충족을 위하여 기존 센서 기술의 측정범위 및 동작환경 범위를 확장시킬 수 있는 고감도, 고성능, 극한환경형 센서 기술 개발이 요구되고 있다.
최근, 차량용 압력센서는 단순하게 공기압 등의 압력을 감지하는 기능에서 점차 발전하여 파워트레인 제어, 주행안전 제어와 같은 구동 기술 분야로 확장되어 적용되고 있다. 또한, 차량용 압력 센서를 채택한 경우, 연비향상, 배기가스 클린화, 안정성 향상 등의 목적을 달성할 수 있으므로 차량용 압력센서의 수요량은 급격한 증가 추세를 보이고 있다.
적용 압력별로 압력센서를 구분하면, 저압, 중압, 고압으로 구분할 수 있다. 저압용은 주로 실리콘 미소전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems: 이하, MEMS) 공법으로 제조되고 있으며, 고압용은 금속소재를 기반으로 제조되고 있다. 또한, 최고압력 10~60 bar 범위의 중압용 센서는 세라믹 멤브레인 구조체를 응용한 세라믹형 압력센서가 주로 사용되고 있다.
그러나 이러한 추세는 최근 센서 즉 전자소자의 가능성 확장이 요구되어 MEMS 기반의 압력센서로 대체하고자 한다.
한국공개특허공보 제10-2002-0011384호(2002.02.08)
본 발명은 적은 비용으로 쉽게 상용화가 가능한 미세패턴 금속 섀도우 마스크에 전압 인가가 가능한 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 증착 원소의 증착 특성 향상과, 기판과 마스크 사이에 접착력을 향상시킨 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전체 마스크 중 일부 특성 저하 부분만 수리하거나 교체할 수 있는 모자이크형 마스크를 사용하는 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 온도 변화에 무관한 하이브리드 적층 구조의 박막 저항을 포함하는 고온 안정성 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압력도입부를 포함하는 다이아프램; 상기 다이아프램 상에 배치된 제1 절연막; 상기 제1 절연막 상에 배치된 압저항 전극; 상기 압저항 전극을 보호하는 제2 절연막; 및 상기 제2 절연막 상에 배치되고 상기 압저항 전극과 연결된 금속 배선을 포함하되, 상기 압저항 전극은, 상기 제1 절연막 상에 순차적으로 적층된 제1 도전층 및 제2 도전층을 포함하고, 상기 제1 도전층은 Cr을 포함하고, 상기 제2 도전층은 80중량%의 Ni 및 20중량%의 Cr을 포함하는 합금을 포함하는, 고온 안정성 압력센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 다이아프램을 구성하는 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 절연막 상에 Cr 박막 및 NiCr 박막이 적층된 압저항 전극을 형성하는 단계; (c) 상기 압저항 전극 상에 제2 절연막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 절연막 상에 상기 압저항 전극과 연결되는 금속 배선을 형성하는 단계;를 포함하는, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 고온에서 열적 안정성이 확보되어 안정적으로 동작이 가능한 압력센서를 제조할 수 있다.
또한, 본 사이의 지지가 가능하여 수율 향상 및 균일도가 증진되어 대면적 양산화에 적용발명은 미세전자 소자 구현을 위한 박막 증착시 기판과 마스크 간의 열팽창 계수 차이로 인해 발생되는 오정렬(misalign), 마스크 변형 방지, 기판과 마스크 사이의 계면 접착력 열화 등의 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 식각 공정 없이 미세 패턴 공정을 수행할 수 있고, 미세선폭 전자소자와 유연 전자 소자에 적용이 가능한 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 마스크 수리가 쉽고 마스크의 전체 교환 및 수리가 필요 없거나, 전체 마스크 중 일부분만 수리하여 수리 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 대면적 전자소자의 제작에 필요한 마스크 적용이 용이하고, 로컬 영역 구분과, 마스크와 기판하기 용이하다.
또한, 본 발명은 식각 공정 없이 미세 패턴 제조가 가능하고, 기판과 마스크 사이의 밀착성 향상으로 3차원 토폴로지(topology)를 갖는 미세 전자 소자의 제조에 적용하기 용이하다.
또한, 본 발명은 기판을 사용하는 전자 소자의 종류에 따라 섀도우 마스크 재질을 쉽게 변경할 수 있어 기판과 마스크 사이의 열전도도 조절이 가능하다.
또한, 본 발명은 Cr 박막을 시드층으로 증착한 후 종래의 NiCr 합금을 증착하는 방법으로 TCR 값을 개선하여 고온에서 안정성을 갖는 박막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법의 세부 과정 및 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.
*본 발명에 따른 고온 안정성 압력센서는 압저항형(Piezoresistive) 압력 센서로서, 휘스톤 브리지(Wheatstone bridge) 형태로 구성될 수 있으며, 압저항 효과에 의해 동작할 수 있다. 여기서, 압저항 효과를 나타내는 전극은 다이아프램 상에 형성되며, 외부에서 작용하는 압력이 다이아프램을 변형시키고, 이로 인해 게이지의 길이가 변화하여 저항이 변화하는 원리를 이용할 수 있다. 즉, R= ρL/A (ρ:비저항, L:길이, A: 단면적)에서 길이 L이 주로 변화될 수 있다. 또한, 각 특성치는 별도의 회로에 의해 ECU 등의 장치에 전달될 수 있는 전압 신호로 전환될 수 있으며, 회로의 주요 구성품으로 ASIC(Application Specific Integrated Circuit, 주문형 반도체)가 적용될 수 있다. 이때, 압저항 전극으로 사용되는 박막은 미리 설정된 작동압력범위, 온도범위, 습도범위, 내압범위 등을 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서는 다이아프램(100), 제1 절연막(200), 압저항 전극(300), 제2 절연막(400), 및 금속 배선(500)을 포함할 수 있다.
다이아프램(100)은 평판형으로 형성되고, 인가된 압력에 의해 형태가 변화될 수 있다. 여기서, 다이아프램(100)은 Si, SiC, 스테인리스 중 선택된 1종 이상을 포함하는 절연물질로 형성될 수 있다. 또한, 다이아프램(100)은 일측으로 개방된 형태로 형성된 압력 도입부(110)를 포함할 수 있다.
제1 절연막(200)은 다이아프램(100) 상에 배치되고, 압저항 전극(300)을 절연시킬 수 있다.
압저항 전극(300)은 압저항 효과를 나타내는 전극으로 제1 절연막(200) 상에 배치될 수 있다. 또한, 압저항 전극(300)은 제1 금속층(310) 및 제2 금속층(320)이 이중 적층되어 형성될 수 있다.
제1 금속층(310)은 Cr 박막으로 형성될 수 있고, 제2 금속층(320)은 NiCr 합금 박막으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 금속층(310)은 압저항 전극(300)의 전체 두께를 고려하여 미리 설정된 두께를 갖는 시드(seed)층으로 제1 절연막(200) 상에 증착될 수 있다.
구체적으로, 제1 금속층(310)은 압저항 전극(300)의 전체 두께의 1/100 ~ 1/10 두께를 갖는 씨드층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 금속층(310)은 약 1nm ~ 30nm의 두께를 갖는 Cr 박막으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 금속층(310)의 두께가 약 30nm 이상일 경우 TCR값이 증가하고, Cr 박막에 산화막이 생성될 수 있다.
제2 금속층(320)은 TCR(Temperature Coefficient of Resistance, 저항온도계수) 값이 거의 0에 가깝도록 TCR 값이 개선되고 고온에서 열적 안정성을 갖는 NiCr 합금 박막으로 제1 금속층(310) 상에 증착될 수 있다. 이때, 제2 금속층(320)은 압력 센서의 작동 범위에 따라 설정된 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제2 금속층(320)은 Ni:Cr(중량% 80:20, 이하 NiCr으로 표시)의 합금으로 형성될 수 있다. 만약, 제2 금속층(320)의 NiCr의 중량%가 80:20을 벗어날 경우에는 TCR 증가의 문제점이 발생할 수 있다.
여기서, Cr 박막은 Ni, Ti 원자보다 녹는점이 높고, 비저항이 비슷하여 쉽게 증착이 가능하며, 표 1을 참조하여 고온 안정성을 가질 수 있다.
Resistivity(Ωm) 녹는점(℃)
Cr 12.9 × 10-8 1907 ℃
Ni 6.99 × 10-8 1455 ℃
Ti 42.0 × 10-8 1668 ℃
Al 2.65 × 10-8 660.3 ℃
Pt 10.5 × 10-8 1768 ℃
Ta 12.4 × 10-8 3020 ℃
Mg 4.45 × 10-8 650 ℃
또한, 압저항 전극(300)은 Cr 박막 및 NiCr 합금 박막의 적층 구조를 이용하여 TCR값을 개선할 수 있고, 이로 인해 하기 표 2를 참조하면 고온에서 안정성을 가질 수 있다. 특히, Cr 박막과, NiCr 합금(중량% 80:20) 박막의 적층 구조인 압저항 전극(300)은 25℃(상온) ~ 460℃의 측정 범위에서 TCR값이 약 100 ppm/℃ 이하로 개선될 수 있다.
TCR
(ppm/℃)		 Ti/NiCr Ni/NiCr Cr/NiCr
130.0
(25℃ -> 300℃)		 271.9
(25℃ -> 365℃)		 56.2
(25℃ -> 460℃)
상기 표 2에서 TCR은 아래의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Rt는 온도 t에서의 저항값, Rt0는 온도 t0에서의 저항값이다.
제2 절연막(400)은 제1 절연막(200) 및 압저항 전극(300) 상에 배치되고 압저항 전극(300)과 금속 배선(500)을 절연시킬 수 있다.
금속 배선(500)은 제2 절연막(400) 상에 배치되고 압저항 전극(300)과 연결될 수 있다. 여기서, 금속 배선(500)은 압저항 전극(300)의 스트레인 값의 변화에 따른 게이지 팩터의 변화를 체크할 수 있도록 압저항 전극(300)과 센서 전극(미도시)를 연결할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법은 다이아프램을 구성하는 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 단계(S100), 제1 절연막 상에 압저항 전극을 형성하는 단계(S200), 압저항 전극 상에 제2 절연막을 형성하는 단계(S300), 제2 절연막 상에 압저항 전극과 연결되는 금속 배선을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
여기서는 도 3 내지 도 14를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성 압력센서의 제조 방법의 세부 과정 및 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
단계 S100에서는, 도 3을 참조하여 기판(100) 상에 제1 절연막(200)을 형성할 수 있다. 여기서, 제1 절연막(200)은 SiN(Si3N4), SiO2 등의 유전체 물질을 이용하여 CVD 등의 방법으로 형성할 수 있다.
단계 S200에서는, 도 4를 참조하여 제1 절연막(200) 상에 압저항 전극(300)을 형성할 수 있다.
여기서, 단계 S200은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 절연막 상에 섀도우 마스크(shadow mask)를 배치하는 단계(S210), 섀도우 마스크에 바이어스를 인가하는 단계(S220), 섀도우 마스크를 이용하여 제1 절연막 상에 제1 금속층을 형성하는 단계(S230), 및 섀도우 마스크를 이용하여 제1 금속층 상에 제2 금속층을 형성하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.
단계 S210에서는, 도 6을 참조하여 반응기 내의 척(Chuck)(120) 상에 제1 절연막이 형성된 기판(100)을 배치하고, 기판(100) 상에 패턴 개구부를 갖는 섀도우 마스크(130)를 정렬하여 배치할 수 있다.
여기서, 섀도우 마스크(130)는 바이어스를 인가할 수 있는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한, 섀도우 마스크(130)는 바이어스를 인가받아 증착 원소의 직진성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 섀도우 마스크(130)는 바이어스를 인가받아 증착 원소의 증착 특성 향상과, 금속을 포함하는 기판과의 접착력(밀착력)을 향상시킬 수 있다.
또한, 섀도우 마스크(130)는 도 7과 같은 형태로 형성되어 대면적 기판 위에서 마스크 패턴 균일도와 마스크 수리를 쉽게 하고자 복수의 개별 마스크가 분할될 수 있고, 모자이크, 바둑판, 격자무늬 중 어느 하나의 형태로 배열될 수 있다.
도 7에서는 모자이크 형태의 섀도우 마스크 배열을 예시하고 있다.
기존에, 섀도우 마스크(130)는 반응기에서 박막 증착시 마스크 자체의 열팽창 발생으로 대면적 증착이 어렵고, 반복 사용시 마스크에 박막이 증착되어 장기간 사용하기 어려웠다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 모자이크형(복수의 개별 마스크 집합 배열형) 섀도우 마스크(130)를 사용하여 전체 마스크 중 일부 특성이 저하된 부분만 수리하거나 교체할 수 있다.
단계 S220에서는, 섀도우 마스크에 바이어스를 인가할 수 있다. 예를 들면, 섀도우 마스크를 반응기 내의 기판(100) 상에 정렬시키고, 섀도우 마스크에 전압을 공급할 수 있다.
단계 S230에서는, 섀도우 마스크를 이용하여 제1 절연막 상에 제1 금속층으로 Cr 박막을 형성할 수 있다. 이때, Cr 박막은 압저항 전극의 전체 두께를 고려하여 미리 설정된 두께, 예컨대 전체 두께의 1/100 ~ 1/10 두께를 갖는 씨드층으로 형성할 수 있다. 예를 들면, Cr 박막은 Cr 타겟을 이용하여 스퍼터 반응기에서 약 1nm ~ 30nm의 두께로 증착할 수 있다. 이때, Cr 박막의 두께가 약 30nm 이상일 경우 TCR값이 증가하고 Cr 박막에 산화막이 생성될 수 있다.
단계 S240에서는, 제1 금속층을 형성한 후 진공 브레이크(vacuum break) 없이 섀도우 마스크를 이용하여 제1 금속층 상에 제2 금속층으로 NiCr 박막을 형성할 수 있다. 이때, NiCr 박막은 압력 센서의 작동 범위에 따라 설정된 두께로 형성할 수 있다. 예를 들면, NiCr 박막은 NiCr 합금 타겟을 이용하여 스퍼터 반응기에서 약 50nm ~ 300nm의 두께로 증착할 수 있다.
이때, 증착 조건은 기판이 약 6인치 크기 기준으로 증착 압력 약 0.1~10mTorr, 인가 파워(power) 약 200~1000W, Ar 기체 유량 약 10~200sccm인 조건에서 Cr 박막을 증착 한 후, 진공 브레이크 없이 NiCr 합금 박막을 증착할 수 있다.
여기서, NiCr 박막은 Ni:Cr(중량% 80:20)의 합금으로 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9는 비교 대상과 본 발명에 따른 압저항 전극을 비교하기 위하여 TEM을 이용해 증착된 박막을 관찰한 사진으로, 도 에서 알 수 있듯이 제1 절연막(oxide 산화막) 위에 NiCr합금이 증착된 단면 TEM사진을 보여주고 있다.
도 8은 Ni 원자 단면 TEM EELS(Electron Energy Loss Spectroscopy) 분석 결과이고, 도 9는 Cr원자 단면 TEM EELS 분석 결과이다.
또한, 도 10에서는 NiCr 합금 박막 아래 Ti, Ni, Cr 층을 변화 시킨 후 온도 증가에 따른 저항 변화률(초기 박막 저항값-측정 온도저항값)/초기 박막 저항값*100%)을 보여주고 있다.
도 10을 참조하면, Cr이 온도 증가에 따른 저항 변화율 측면에서 Ti 및 Ni 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
단계 S300에서는, 도 11을 참조하여 압저항 전극(300) 상에 제2 절연막(400)을 형성할 수 있다. 여기서, 제2 절연막(400)은 SiN(Si3N4), SiO2 등의 유전체 물질을 이용하여 CVD 등의 방법으로 형성할 수 있다.
단계 S400에서는, 도 12를 참조하여 제2 절연막(400) 상에 압저항 전극(300)과 연결되는 금속 배선(500)을 형성할 수 있다. 여기서, 금속 배선(500)은 약 200℃의 고온에서 안정적으로 동작할 수 있도록 스퍼터 방식을 이용하여 Ta 박막 또는 Pt 박막으로 형성할 수 있다.
이때, Ta박막은 Ta 타겟을 이용하여 약 10nm~50nm 두께로 스퍼터 반응기에서 증착하고, Pt 박막은 Pt 타겟을 이용하여 약 100nm~500nm 두께로 4인치 웨이퍼 기준 증착 압력 약 0.1~50mTorr, 인가 파워 약 200~2,000W, Ar 기체 유량 약 10~300sccm인 조건에서 증착할 수 있다.
도 13에서는 금속 배선의 종류에 따라 온도 증가((600/30분)에 의한 저항 변화율(%)을 나타내고 있으며, 기존의 Ti/Al 금속 배선과 본 발명의 Ta/Pt 금속 배선에서의 온도 증가(600/30분)에 따른 저항 변화율(%)을 보여주고 있다. 본 발명에 따른 Ta/Pt 금속 배선이 기존의 Ti/Al 금속 배선보다 온도 증가에 따른 저항 변화율이 적은 것을 확인할 수 있다.
단계 S400 이후, 도 14를 참조하여 압력 센서의 감도를 증가시키기 위해서 기판(100)의 압력 도입부(membrane)(110)를 형성할 수 있다.
여기서, 압력 도입부(멤브레인)(110)의 두께는 NiCr 박막의 두께와 마찬가지로 압력 센서의 작동 범위에 따라 설정된 두께로 형성할 수 있다.
본 발명은 150℃ 이상의 고온에서 열정 안정성이 확보되어 안정적으로 동작이 가능한 압력센서를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 미세전자 소자 구현을 위한 박막 증착시 바이어스 인가 및 모자이크 형태의 섀도우 마스크 배치를 이용하여 기판과 마스크 간의 열팽창 계수 차이로 인해 발생되는 오정렬(misalign), 마스크 변형 방지, 기판과 마스크 사이의 계면 접착력 열화 등의 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 식각 공정 없이 미세 패턴 공정을 수행할 수 있고, 미세선폭 전자소자와 유연 전자 소자에 적용이 가능한 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 마스크 수리가 쉽고 마스크의 전체 교환 및 수리가 필요 없거나, 전체 마스크 중 일부분만 수리하여 수리 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 대면적 전자소자의 제작에 필요한 마스크 적용이 용이하고, 로컬 영역 구분과, 마스크와 기판 사이의 지지가 가능하여 수율 향상 및 균일도가 증진되어 대면적 양산화에 적용하기 용이하다.
또한, 본 발명은 식각 공정 없이 미세 패턴 제조가 가능하고, 바이어스 인가에 따른 기판과 마스크 사이의 밀착성 향상으로 3차원 토폴로지(topology)를 갖는 미세 전자 소자의 제조에 적용하기 용이하다.
또한, 본 발명은 기판을 사용하는 전자 소자의 종류에 따라 섀도우 마스크 재질을 쉽게 변경할 수 있어 기판과 마스크 사이의 열전도도 조절이 가능하다.
또한, 본 발명은 Cr 박막을 시드층으로 증착한 후 종래의 NiCr 합금을 증착하는 방법으로 TCR 값을 개선하여 고온에서 안정성을 갖는 박막을 얻을 수 있다.
본 발명은 바이어스 인가가 가능하고 마스크 영역 분할이 가능한 모자이크식 금속 섀도우 마스크를 사용하여 미세 패턴이 필요한 전자 소자 및 디스플레이 소자, 센서의 제작에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 MEMS 공정이나 센서 제조 공정에서 압저항 전극으로 Cr 박막과 NiCr 합금 박막의 적층 하이브리드형 박막을 제작하여 약 150 이상 고온에서 안정적으로 동작이 가능하고 그 이상의 온도에서 적용이 가능한 압력센서를 제작할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100: 다이아프램, 기판
200; 제1 절연막
300: 압저항 전극
400: 제2 절연막
500: 금속 배선

Claims (5)

  1. (a) 다이아프램을 구성하는 기판 상에 제1 절연막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 절연막 상에 Cr 박막과 NiCr 박막을 순차 적층하여 압저항 전극을 형성하는 단계;
    (c) 상기 압저항 전극 상에 상기 압저항 전극을 보호하기 위한 제2 절연막을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 제2 절연막 상에 상기 제2 절연막을 통과하여 상기 압저항 전극과 연결되는 금속 배선을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계는, 상기 제1 절연막 상에 금속 재질의 섀도우 마스크를 정렬하여 배치하는 단계;
    증착 원소의 직진성을 향상시키고 상기 섀도우 마스크와 상기 기판 간의 접착력을 향상시키기 위하여 상기 섀도우 마스크에 바이어스를 인가하는 단계;
    상기 섀도우 마스크를 이용하여 제1 절연막 상에 제1 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 섀도우 마스크를 이용하여 제1 금속층 상에 제2 금속층을 형성하는 단계;를 포함하는, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 복수의 개별 마스크로 분할되며, 복수의 개별 마스크가 모자이크 형태로 배열되는, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층을 형성하는 단계에서는 Cr 박막으로 형성하되, Cr 타겟을 이용하여 스퍼터 반응기에서 상기 압저항 전극의 전체 두께의 1/100 ~ 1/10 두께를 갖는 씨드층을 형성하는, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속층을 형성하는 단계에서는 상기 제1 금속층을 형성한 후 진공 브레이크 없이 상기 제1 금속층 상에 80중량%의 Ni 및 20중량%의 Cr을 포함하는 합금으로 NiCr 박막을 형성하는, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압저항 전극은 25℃ ~ 460℃의 측정 범위에서 저항온도계수 값이 100 ppm/℃ 이하인, 고온 안정성 압력센서의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020011384A (ko) 1999-04-14 2002-02-08 추후보정 박막 피에조 저항 센서의 제조 방법
KR20090027941A (ko) * 2007-09-13 2009-03-18 전자부품연구원 촉각 센서 및 그의 제조 방법
KR20090053825A (ko) * 2006-10-02 2009-05-27 파나소닉 전공 주식회사 압력센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020011384A (ko) 1999-04-14 2002-02-08 추후보정 박막 피에조 저항 센서의 제조 방법
KR20090053825A (ko) * 2006-10-02 2009-05-27 파나소닉 전공 주식회사 압력센서
KR20090027941A (ko) * 2007-09-13 2009-03-18 전자부품연구원 촉각 센서 및 그의 제조 방법

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