KR20190125610A - 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190125610A
KR20190125610A KR1020180049615A KR20180049615A KR20190125610A KR 20190125610 A KR20190125610 A KR 20190125610A KR 1020180049615 A KR1020180049615 A KR 1020180049615A KR 20180049615 A KR20180049615 A KR 20180049615A KR 20190125610 A KR20190125610 A KR 20190125610A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
pressure sensor
electric field
forming
field effect
Prior art date
Application number
KR1020180049615A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102044627B1 (ko
Inventor
강문식
Original Assignee
주식회사 이너센서
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 이너센서 filed Critical 주식회사 이너센서
Priority to KR1020180049615A priority Critical patent/KR102044627B1/ko
Priority to US17/250,008 priority patent/US11359984B2/en
Priority to CN201980028923.9A priority patent/CN112041650A/zh
Priority to PCT/KR2019/005050 priority patent/WO2019212198A1/ko
Publication of KR20190125610A publication Critical patent/KR20190125610A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102044627B1 publication Critical patent/KR102044627B1/ko

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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
    • 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
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • 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
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/148—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors using semiconductive material, e.g. silicon
    • 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
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
    • 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
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0005—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in capacitance
    • 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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

전계 효과를 이용한 압력 센서는 수직 방향으로 연장되고 코어 영역을 정의하는 제1 전극, 상기 제1 전극을 전체적으로 둘러싸도록 배치된 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 제1 절연층, 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제2 전극을 둘러싸도록 배치되는 접지 전극 및 상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들을 덮도록 위치하며, 상기 제1 및 제2 전극들과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하고, 물체의 접근에 따른 상기 전기장의 왜곡을 일으키도록 구비된 멤브레인을 포함한다.

Description

전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법{PRESSURE SENSOR USING AN ELECTRIC FIELD EFFECT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 외부로부터 인가되는 압력을 전계 효과를 이용하여 감지하는 압력 센서 및 상기 압력 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
압력 센서는 인가되는 압력을 감지할 수 있는 센서로서, 정전용량형 압력 센서 및 저항형 압력 센서로 구분된다.
상기 정전용량형 압력 센서는 전극들 사이에 위치하는 피검사체에 따라 정전 용량의 변화를 감지하여 그 압력을 측정할 수 있다. 이때, 상기 전극들 사이에 존재하는 가스 또는 습기에 의하여 노이즈 문제가 발생할 수 있다. 또한 저항형 압력 센서는 가동 온도에 따라 온도 편차가 상대적으로 큰 문제를 가지고 있다. 나아가, 저항형 온도 센서는 고압형일 경우, 금속 및 실리콘 간의 접합이 요구되며 이종 물질 사이의 접합면에서의 접합 강도 및 안정이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 상대적으로 낮은 온도 편차 및 개선된 감도를 가질 수 있는 전계 효과를 이용한 압력 센서를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 상대적으로 낮은 온도 편차 및 개선된 감도를 가질 수 있는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예들에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서는 수직 방향으로 연장되고 코어 영역을 정의하는 제1 전극, 상기 제1 전극을 전체적으로 둘러싸도록 배치된 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 제1 절연층, 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제2 전극을 둘러싸도록 배치되는 접지 전극 및 상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들을 덮도록 위치하며, 상기 제1 및 제2 전극들과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하고, 물체의 접근에 따른 상기 전기장의 왜곡을 일으키도록 구비된 멤브레인을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극 및 상기 접지 전극 사이에 개재된 제2 절연층이 추가적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극은 최외각에 돌출부를 갖고, 상기 돌출부는 상기 멤브레인의 외곽부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 멤브레인은 실리콘 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 접지 전극은 코어 셀 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 중심부 및 상기 중심부를 기준으로 방사 방향으로 연장된 복수의 연장부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법에 있어서, 수직 방향으로 연장되고 코어 영역을 정의하는 제1 전극, 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되며 상기 제1 전극과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 제1 절연층 및 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제2 전극을 둘러싸도록 배치된 접지 전극을 구비하는 하부 구조물을 형성한다. 한편, 상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들을 덮도록 위치하며, 상기 제1 및 제2 전극들과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하고, 물체의 접근에 따른 상기 전기장의 왜곡을 일으키도록 구비된 멤브레인을 구비하는 상부 구조물을 형성한다. 이후, 상기 하부 구조물 및 상기 하부 구조물을 결합시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 구조물은, 기판 상에 에피택셜층을 형성한 후, 상기 에피택셜층을 패터닝하여 전극 패턴을 형성하고, 상기 전극 패턴을 덮도록 절연층을 형성함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 구조물은, 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제외한 상기 기판의 상면이 노출된 노출 영역에 전기도금 공정을 통하여 전극 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 전극 패턴을 덮도록 절연층을 형성함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 구조물은, 기판 상에 적어도 하나의 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀 내에 폴리실리콘막을 형성한 후, 상기 폴리실리콘막을 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 구조물 및 상기 하부 구조물을 결합시키기 위하여, 애노딕 본딩 공정 또는 접합 본딩 공정이 수행될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 압력 센서는 물체의 접근 또는 컨택에 의하여 전기장의 왜곡을 일으키는 멤브레인을 포함한다. 상기 왜곡된 전기장에 의하여 제1 및 제2 전극들과 멤브레인이 이루는 커패시터의 커패시턴스의 변화를 측정하여, 상기 압력 센서 및 물체 사이의 거리 변화를 감지할 수 있다. 이러한 거리 변화에 따른 측정값을 이용하여 상기 물체가 멤브레인에 가하는 압력값을 측정할 수 있다. 나아가, 상기 왜곡된 전기장에 의하여, 임피던스의 변화 또는 전압 변화가 함께 측정될 수 있다. 이로써, 상기 압력 센서는 우수한 감도를 확보할 수 있다.
상기 전극들 및 멤브레인 사이에 중공이 형성되며, 상기 중공이 밀봉됨에 따라 가스 또는 습기에 의하여 노이즈 문제가 억제될 수 있다. 또한 저항형 압력 센서는 가동 온도에 따라 온도 편차의 문제가 효과적으로 해결될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서를 설명하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 압력 센서의 전계를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 전극들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 또 다른 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9는 도 5의 상부 및 하부 구조물들을 상호 결합하는 공정의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 5의 상부 및 하부 구조물들을 상호 결합하는 공정의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서를 설명하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(130), 제1 절연층(120), 접지 전극(150) 및 멤브레인(170)을 포함한다. 상기 전계 효과를 이용한 압력 센서(100)는 물체의 접근 또는 컨택에 따른 전계의 왜곡을 이용하여 커패시턴스의 변화를 측정한다. 이로써, 압력 센서(100) 및 물체 사이의 거리 변화를 측정함으로써 압력을 감지할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 상기 압력 센서(100)의 코어 영역에 구비된다. 상기 제1 전극(110)은 수직 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제1 전극(110)은, 금속, 도핑된 폴리실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 전극(130)은 상기 제1 전극(110)을 전체적으로 둘러싸도록 구비된다. 즉, 상기 제2 전극(130)을 상기 제1 전극(110)의 외주면을 따라 구비될 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 상기 제1 전극(110)과 함께 커패시턴스를 갖는 커패시터의 일 전극으로 정의될 수 있다.
상기 제2 전극(130)은 수직 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제2 전극(130)은, 금속, 도핑된 폴리실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 상기 제1 전극(110)과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 절연막(120)은 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130) 사이에 개재된다. 즉 상기 제1 절연막(120)은 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130)을 전기적으로 절연시킨다.
도 2는 도 1의 압력 센서의 전계를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130; sensor) 및 접지 상태의 멤브레인(GND)을 포함하는 압력 센서(100)는 상기 인접 영역에 전기장을 형성한다. 다시 말하면, 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130; sensor)에 교류 전압이 인가되면 전기장이 형성되고, 상기 전기장을 이루는 자속이 상기 멤브레인(GND)을 향하여 유입되도록 도시되어 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전극들의 양 단부에는 자속이 전자석 내부에서 휘어지거나 퍼지는 프린징 효과가 발생할 수 있다. 이 때를 정상 상태의 전기장으로 정의한다.
한편, 상기 멤브레인을 향하여 전기전도성을 갖거나 자성을 갖는 물체가 접근할 경우, 정상 상태의 전기장에 대하여 왜곡이 발생한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 접지 전극(150)은 상기 제2 전극(130)으로부터 전기적으로 절연될 수 있도록 구비된다. 상기 접지 전극(150)은 상기 제2 전극(130)을 전체적으로 둘러싸도록 구비된다. 상기 접지 전극(150)은 상기 제1 및 제2 전극과 함께 상기 인접 영역에 전기장을 형성한다.
또한, 상기 접지 전극(150)은 상기 전기장이 인접 영역 내부에 한정될 수 있다. 한다. 즉, 접지 전극(150)은 가드링(guard ring)으로서 기능함으로써, 상기 전기장이 원하지 않은 영역으로 퍼져서 상기 전기장이 다른 부재에 의하여 원하지 않게 왜곡되는 것을 억제할 수 있다.
상기 멤브레인(170)은 상기 접지 전극(150)과 연결된다. 이로써, 멤브레인(170)은 전기적으로 접지될 수 있다. 상기 멤브레인(170)은 상기 제1 및 제2 전극들(110, 150)을 덮도록 구비된다. 또한, 상기 멤브레인(170)은 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130)과 이격되도록 구비된다. 상기 멤브레인(170)은 물체의 접근 또는 컨택에 의하여 상기 전기장의 왜곡을 일으킨다. 상기 왜곡된 전기장에 의하여 제1 및 제2 전극들(110, 130)과 멤브레인(170)이 이루는 커패시터의 커패시턴스의 변화를 측정하여, 상기 압력 센서(100) 및 물체 사이의 거리 변화를 감지할 수 있다.
이러한 거리 변화에 따른 측정값을 이용하여 상기 물체가 멤브레인(170)에 가하는 압력값을 측정할 수 있다. 나아가, 상기 왜곡된 전기장에 의하여, 임피던스의 변화 또는 전압 변화가 함께 측정될 수 있다.
상기 멤브레인(170)은 실리콘 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 멤브레인(170)은 반도체 또는 도체 성질을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극(130) 및 상기 접지 전극(150) 사이에 개재된 제2 절연층(140)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 제2 절연층(140)은 상기 제2 전극(130) 및 상기 접지 전극(150)을 전기적으로 절연시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극(150)은 최외각에 돌출부(156)를 가질 수 있다. 이로써, 상기 돌출부(156)는 상기 멤브레인(170)의 외곽부와 연결됨으로써, 상기 돌출부의 내측면을 따라 중공이 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌출부(156)는 상기 접지 전극(150) 및 상기 멤브레인(170)을 상호 전기적으로 연결시킨다. 이로써, 상기 멤브레인(170)이 전기적으로 접지 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130)과 상기 접지 전극(150)은 전체적으로 코어셀 구조를 가질 수 있다. 이로써, 압력 센서(100)가 보다 넓은 감지 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서(100)는 우수한 정밀도, 고감도 특성을 가질 뿐만 아니라, 온도 변화에 따른 감도 편차를 줄일 수 있다. 나아가, 상기 압력 센서(100)는 제1 및 제2 전극들(110, 130) 사이에 습기 또는 물의 침투가 억제됨으로서, 습기 또는 물에 의한 노이즈 발생이 억제될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 전극들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 3a를 참조하면, 상기 제1 및 제2 전극들(110, 130)과 상기 접지 전극(150)은 코어셀 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(110)은 원기둥 형상, 제2 전극(130) 및 접지 전극(150)은 상기 제1 전극(150)을 감싸도록 중공을 갖는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 전극(110)은 중심부(110b) 및 상기 중심부(110b)를 기준으로 방사 방향으로 연장된 복수의 연장부(110a)를 포함할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1 전극(110)은 평면에서 볼 때 한자 王 형상을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서를 설명하는 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서는 돌출부를 본딩부(160)로 대체되는 점을 제외하는 도 1을 참고로 전술한 것과 동일하므로 본딩부를 중심으로 기술하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(130), 제1 절연층(120), 접지 전극(150), 멤브레인(170) 및 본딩부(160)를 포함한다.
상기 본딩부(160)는 상기 멤브레인(170)의 주변부 및 상기 접지 전극(150)을 상호 연결시킴으로써, 상기 본딩부(160)의 내측면을 따라 중공이 형성될 수 있다. 상기 본딩부(160)는 예를 들면, 전기도금 공정 또는 접합 공정을 통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 본딩부(160)는 전기도금층 또는 접합층을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법에 있어서, 하부 구조물을 형성한다(S110). 상기 하부 구조물은 제1 전극, 제2 전극, 제1 절연층 및 접지 전극을 포함한다. 상기 하부 구조물을 형성하는 공정은 도 6 내지 도 8을 참고로 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 일 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기판(20) 상에 먼저 에피택셜층(210)은 형성한다. 상기 에피택셜층(210)은 에피택셜 성장 공정을 통하여 형성될 수 있다. 이어서, 상기 에피택셜층(210) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판(20) 상에 에피택셜층 패턴(210, 230, 250)을 형성한다. 상기 에피택셜층 패턴(210, 230, 250)이 각각 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극과 같은 전극 패턴으로 기능할 수 있다. 이하, 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극은 각각 참조번호 210, 230 및 250으로 표시된다. 이후, 상기 에피택셜층 패턴(210, 230, 250)을 전체적으로 덮도록 절연막(220, 240)을 형성한다. 상기 절연막(220, 240)은 산화 공정 또는 실리콘 질화물을 증착하는 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다.
이로써, 제1 전극(210) 및 제2 전극(230) 사이에는 제1 절연막(220)이 형성되고, 상기 제2 전극(230) 및 접지 전극(250) 사이에는 제2 절연막(240)이 형성된다.
도 7은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 기판(20) 상에 금속막(25)을 형성한다. 이후, 상기 금속막(25) 상에 포토레지스트막(미도시)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트막을 패터닝하여, 상기 금속막의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴(27)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(27)을 이용하는 전기 도금 공정을 수행하여 상기 노출된 금속막(25)의 일부 상에 전기도금층(210, 230, 250)을 형성한다. 상기 전기 도금층(210, 230, 250)은, 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극을 형성한다. 이하, 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극은 각각 참조번호 210, 230 및 250으로 표시된다.
이후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후 상기 전기 도금층을 덮도록 절연막을 형성한다. 이로써 하부 구조물이 형성된다.
도 8은 도5의 하부 구조물의 제조 공정의 또 다른 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 기판(20)을 관통하는 복수의 비아 홀들(29)을 형성한다. 상기 비아홀들(29)은 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극의 형성 위치에 대응된다.
이후, 상기 비아홀(29)의 내부 및 기판을 전체적으로 감싸는 폴리실리콘막(235)을 형성한다. 이후, 상기 폴리실리콘막(235)을 패터닝함으로써 폴리실리콘막 패턴(210, 230, 250)을 형성한다. 즉, 상기 폴리실리콘막 패턴 중 상기 비아홀들 내에 매립된 폴리실리콘막 패턴(210, 230, 250)의 일부는 각각 제1 전극, 제2 전극 및 접지 전극을 해당한다. 이어서, 상기 폴리실리콘막 패턴(210, 230, 250)을 전체적으로 덮도록 절연막(미도시)을 형성한다. 이로써, 하부 구조물이 형성된다.
도 5를 참조하면, 하부 구조물을 형성한다(S120). 상기 하부 구조물은 멤브레인을 갖도록 형성된다. 상기 멤브레인은 상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들로부터 절연된다. 상기 멤브레인은 폴리실리콘막에 대한 이방성 식각 공정 또는 플라즈마 식각 공정을 통하여 형성될 수 있다. 이와 다르게 상기 멤브레인은, 금속막에 대한 웰딩 공정을 통하여 형성될 수 있다.
이어서, 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물을 상호 본딩한다(S130). 이로써, 상기 상부 구조물 및 상기 하부 구조물 사이에는 본딩부가 형성된다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 상기 본딩부는 애노딕 본딩 공정을 통하여 형성될 수 있다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 상기 본딩부는 접착제(280)를 이용하는 접착 본딩 공정을 통하여 형성될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 압력 센서 110 : 제1 전극
120 : 제1 절연막 130 : 제2 전극
140 : 제2 절연막 150 : 접지 전극
160 : 본딩부 170 : 멤브레인

Claims (11)

  1. 수직 방향으로 연장되고 코어 영역을 정의하는 제1 전극;
    상기 제1 전극을 전체적으로 둘러싸도록 배치된 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 제1 절연층;
    상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제2 전극을 둘러싸도록 배치되는 접지 전극; 및
    상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들을 덮도록 위치하며, 상기 제1 및 제2 전극들과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하고, 물체의 접근에 따른 상기 전기장의 왜곡을 일으키도록 구비된 멤브레인을 포함하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극 및 상기 접지 전극 사이에 개재된 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접지 전극은 최외각에 돌출부를 갖고, 상기 돌출부는 상기 멤브레인의 외곽부와 연결된 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인은 실리콘 또는 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 접지 전극은 코어 셀 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 중심부 및 상기 중심부를 기준으로 방사 방향으로 연장된 복수의 연장부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서.
  7. 수직 방향으로 연장되고 코어 영역을 정의하는 제1 전극, 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되며 상기 제1 전극과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재된 제1 절연층 및 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 제2 전극을 둘러싸도록 배치된 접지 전극을 구비하는 하부 구조물을 형성하는 단계;
    상기 접지 전극과 연결되고 상기 제1 및 제2 전극들을 덮도록 위치하며, 상기 제1 및 제2 전극들과 함께 인접 영역에 전기장을 형성하고, 물체의 접근에 따른 상기 전기장의 왜곡을 일으키도록 구비된 멤브레인을 구비하는 상부 구조물을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 구조물 및 상기 하부 구조물을 결합시키는 단계를 포함하는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부 구조물을 형성하는 단계는.
    기판 상에 에피택셜층을 형성하는 단계;
    상기 에피택셜층을 패터닝하여 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 전극 패턴을 덮도록 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 하부 구조물을 형성하는 단계는.
    기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제외하고, 상기 기판의 상면이 노출된 노출 영역에 전기도금 공정을 통하여 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 전극 패턴을 덮도록 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 하부 구조물을 형성하는 단계는.
    기판 상에 적어도 하나의 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 비아홀 내에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및
    상기 폴리실리콘막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 하부 구조물 및 상기 하부 구조물을 결합시키는 단계는 애노딕 본딩 공정 또는 접합 본딩 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전계 효과를 이용한 압력 센서의 제조 방법.
KR1020180049615A 2018-04-30 2018-04-30 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법 KR102044627B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180049615A KR102044627B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법
US17/250,008 US11359984B2 (en) 2018-04-30 2019-04-26 Pressure sensor with improved detection sensitivity
CN201980028923.9A CN112041650A (zh) 2018-04-30 2019-04-26 利用电场效应的压力传感器及其制造方法
PCT/KR2019/005050 WO2019212198A1 (ko) 2018-04-30 2019-04-26 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180049615A KR102044627B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190125610A true KR20190125610A (ko) 2019-11-07
KR102044627B1 KR102044627B1 (ko) 2019-11-13

Family

ID=68386355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180049615A KR102044627B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11359984B2 (ko)
KR (1) KR102044627B1 (ko)
CN (1) CN112041650A (ko)
WO (1) WO2019212198A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240125658A1 (en) * 2022-10-18 2024-04-18 Measurement Specialties, Inc. Membrane of a sensor with multiple ranges

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0587032B2 (ko) * 1985-10-21 1993-12-15 Sharp Kk
KR20070004812A (ko) * 2004-04-01 2007-01-09 인피니언 테크놀로지스 아게 힘센서, 압력 센서, 위치 센서 및 지문센서
KR20150091298A (ko) * 2012-08-21 2015-08-10 로베르트 보쉬 게엠베하 다수의 멤브레인 전극을 포함하는 mems 압력 센서

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4538466A (en) * 1984-02-06 1985-09-03 Kerber George L Capacitance pressure transducer and method of fabrication therefor
DE3635462A1 (de) * 1985-10-21 1987-04-23 Sharp Kk Feldeffekt-drucksensor
JPH11334710A (ja) * 1998-05-21 1999-12-07 Jooben Denki Kk 密封包装物の検査方法
JP5087032B2 (ja) 2009-02-26 2012-11-28 株式会社日立ハイテクインスツルメンツ 電子部品装着装置
US8141430B2 (en) * 2009-07-01 2012-03-27 Brooks Instrument, Llc Monolithic vacuum manometer utilizing electrostatic interference as a means of detection
JP2012047725A (ja) * 2010-07-30 2012-03-08 Canon Anelva Corp 静電容量圧力センサ
KR101291745B1 (ko) * 2012-05-11 2013-07-31 포항공과대학교 산학협력단 전계 효과 트랜지스터형 센서
DE102013113843A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
KR101593179B1 (ko) 2014-06-30 2016-02-12 서울시립대학교 산학협력단 전계효과트랜지스터형 압력 센서 및 그 제조 방법
CN106293290B (zh) * 2015-06-10 2023-08-29 宸鸿科技(厦门)有限公司 触控装置
CN107589312B (zh) * 2017-08-19 2019-08-20 东北电力大学 一种基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0587032B2 (ko) * 1985-10-21 1993-12-15 Sharp Kk
KR20070004812A (ko) * 2004-04-01 2007-01-09 인피니언 테크놀로지스 아게 힘센서, 압력 센서, 위치 센서 및 지문센서
KR20150091298A (ko) * 2012-08-21 2015-08-10 로베르트 보쉬 게엠베하 다수의 멤브레인 전극을 포함하는 mems 압력 센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR102044627B1 (ko) 2019-11-13
US20210239557A1 (en) 2021-08-05
CN112041650A (zh) 2020-12-04
WO2019212198A1 (ko) 2019-11-07
US11359984B2 (en) 2022-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101532151B1 (ko) 습도센서 및 그 제조방법
US6906392B2 (en) Micromechanical component
JP2010192565A (ja) 半導体装置
CN105917205A (zh) 改进的压力传感器结构
JP2007121239A (ja) 電流センサ及びその製造方法
CN107192969A (zh) 磁传感器及其制造方法
KR102044627B1 (ko) 전계 효과를 이용한 압력 센서 및 이의 제조 방법
US6081040A (en) Semiconductor device having alignment mark
JP2009272477A (ja) Ｍｅｍｓセンサおよびその製造方法
US9725300B2 (en) Capacitive MEMS-sensor element having bond pads for the electrical contacting of the measuring capacitor electrodes
US9829406B2 (en) Differential capacitive output pressure sensor and method
JP5950226B2 (ja) 静電容量型圧力センサおよびその製造方法、圧力センサパッケージ
JPWO2022019167A5 (ko)
US11840445B2 (en) MEMS sensor including a diaphragm and method for manufacturing a MEMS sensor
JP2007303922A (ja) 静電容量型圧力センサ
KR20040098666A (ko) 자기검출소자 및 자기검출기, 및 그 제조방법
WO2012164975A1 (ja) 静電容量型圧力センサ及びその製造方法
CN209087832U (zh) 电容器和系统
JP2007051935A (ja) 静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサの製造方法
JP6127625B2 (ja) 静電容量型圧力センサ及び入力装置
JP5200148B2 (ja) 半導体装置
CN112993004B (zh) 半导体结构及其制作方法、电容检测方法
JP2007057247A (ja) 静電容量型センサ
US11214481B2 (en) MEMS element
JPS61147544A (ja) 電気特性測定用ステ−ジ

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant