KR950009634B1 - 체감 센서의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

체감 센서의 제조 방법

제1도는 종래 체감센서의 단면도.

제2도는 본 발명 체감센서의 단면도.

제3도는 제2도에 따른 공정 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : 제1도전형 실리콘 웨이퍼 32, 33 : 열산화막

34, 35 : 실리콘 질화막 36 : 실리콘 산화막

37 : 히터 38 : 온도 센서

39, 48 : 보호막 40 : 희생층

41 : 폴리 실리콘 42, 44, 46 : 전기 절연막

43 : 제1열전물질 45 : 제2열전물질

47 : 실온 센서 49 : 에어 캐비티

50 : 방사열 흡수체

본 발명은 에어콘이나 난방기기와 같은 공조기기에 적용될 수 있는 센서에 관한 것으로 특히 하나의 웨이퍼상에서 전 공정을 처리할 수 있는 체감센서의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 쾌적 공조는 인간을 둘러싼 수많은 쾌적 환경 요소중 공기 관련 요소, 즉 기온, 습도, 복사량, 기류등의 물리적 요소와 먼지, 냄새, 청정도와 같은 공기질의 요소등을 제어하여 인간이 가장 쾌적하게 느낄수 있도록 조절하는 것을 말한다.

따라서, 이와같은 쾌적 공조를 이루기 위해서는 인간이나 환경의 상태를 정밀하게 검지할 수 있는 센서류와 이 센서들에서 출력되는 신호를 처리하고 다양한 운전을 실현하는 제어방법 및 이 제어방법에 대응하는 동작기구 등의 부품 개발이 필요하다.

이러한 쾌적 공조 실현 요소중에서 가장 중요한 것은 실내환경 요소들을 직접 읽어들이는 센서이며 보다 정확하게 데이타를 읽을 수 있는 센서의 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래에는 실내온도와 외기 온도의 측정을 위한 온도 센서, 토출량을 알기 위한 전류 센서 및 모터 회전수센서등 다수개의 센서류를 채용했으며 최근, 인간의 체온 조절 기구를 모델로 하여 고안된 센서를 사용하므로 직접 열환경을 측정할 수 있는 소자까지 개발되었다.

또한, 종래 인간과 주위 열 환경사이에 생물학적 열 방정식이 성립될 수 있다는 사실에 착안하여 인체 모델을 디바이스화 시킨 더미 덤(Dummy Derm) 형 소자를 이용하여 피부온도를 가상척으로 측정하여 주어진 열환경 속에서 인간이 느끼는 만족도, 온도 감각에 대한 정보를 취득하고자 하였는데, 이때 사용된 소자를 제1도에 나타내었다.

즉, 제1도는 종래 체감센서의 구조를 단면으로 나타낸 것으로 상, 하부 두개의 다이아프램(1), (2)이 접합되어 있는 형태로 둘다 2.3㎛의 초미세막으로 이루어진다.

이들 상, 하부 다이아프램(1), (2)의 제조공정을 살펴보면 각각의 실리콘 웨이퍼(3), (4)에 보론이 두껍게 도핑된 층(5), (6), 제1, 제3산화막(7), (8), 제1, 제2질화막(9), (10)을 차례로 형성한다.

그리고 하부 다이아프램(2)의 경우에 있어서는 상기 제1질화막(9)의 중소부에 가열용 박막 히터(1l)와 온도 조절용 박막 금속 온도 센서(12)를 다수개 패터닝(patterning)하고 전면에 다시 제2산화막(13)을 형성한다.

다음에 콘택홀을 형성하고 패드(14)를 패터닝한 후 글루우(Glue)(15)물질을 형성한다. 이어서 마이크로머시닝(Micromachining) 공정과 애노딕 본딩(Anodic Bonding)공정을 실시한다.

여기서 하부 다이아프램(2)의 전체 두꼐는 평균 2.2㎛이며 마일드 텐션 상태를 유지한다.

또한, 박막 히터(11)는 Ni합금을 이용하여 스퍼터로 제조하며 12mW의 파우어로 100℃ 온도상승을 얻도록 설정되어 있다.

한편, 상부 다이아프램(1) 제조공정은 상기 제2질화막(10)위에 제1열전물질(16)을 형성하여 패터닝하고 전면에 제4산화막(17)을 형성하는 후 사진 식각법에 의해 콘택 홀을 형성한 상태에서 제2열전물질(18)을 형성하여 패터닝하므로 제1열전물질(16)과 제2열전물질(18)이 연결되게 한다.

다음에 제5산화막(19)을 형성하고 그위의 소정부위에 온도 조절용 박막금속 온도 센서(20) 다수개 형성한 후 전면에 제3질화막(21)를 형성한다.

이어서 상부 다이아프램(1)의 최상단인 제3질화막(21) 상면에 인간피부의 복사율인 0.94에 가까운 방사열 흡수재(22)를 형성하고 마이크로머시닝공정을 거치는데 이러한 습수체(22) 재료로는 다공질 Pt, Au, Ag등의 물질이 사용가능하다.

또한, 상기 상부 다이아프램(1)과 하부 다이아프램(2)은 모두 EPW(Etylendiamine Pyrocathecol Water) 혼합 용액에서 형성되며, 이들의 접합은 상기에서 설명한 하부 다이아프램(2)에 글로우(15)물질을 스퍼터시킨 상태에서 특수 제작된 얼라연(Align)장치에 위해 웨이퍼-투-웨이퍼 본딩을 시킨 후 마이크로그립퍼(Microgripper)로 고정시키고 270℃에서 10분간 가열하여 접합시킨다.

이때, 하부 다이아프램(2)과 상부 다이아프램(1) 사이의 영역에는 열축적층으로 에어 캐버티(air cavity)(23)를 형성시킨다. 이어서 와이어 본딩과 패키이징 공정 그리고 측정과 고정공정을 실시한다.

그러나, 상기와 같은 종래 체감센서에 있어서는 캐비티(23) 형성을 위해 상, 하부 두개의 다이아프램(1), (2)이 필요하기 때문에 원가가 상승되고, 상, 하부 다이아프램(1), (2)의 일렉트로스테틱 본딩(Electrostatic Bonding)을 위해 글루우(15)의 패터닝 및 정화한 얼라인을 위한 장치등이 필요하며, 캐비티(23)를 형성하는 벽면이 실리콘으로 되어있어 히터(11)에서 발생된 열이 표피부에 해당하는 상부고조에 도달하는 과정에서 많은 열손실이 발생되는 센서의 강지 감도 측면에서 불리하게 된다.

이는 연손실의 원인이 상부 다이아프램(1)을 구성하는 실리콘 산화막(여기서는 제3산화막(8), 제4산화막(17), 제5산화막(19)과 실리콘 질화막(여기서는 제2질화막(10), 제3질화막(21))의 절연층에 비해 에어 캐비티(23) 벽면을 이루는 실리콘의 열전도가 10∼100배 가량 크기 때문이다.

본 발명을 상기와 같은 종래의 결점을 해결하기 위한 것으로 보다 정확한 열환경 데이타를 읽어들여 쾌적한 공조를 행할 수 있게 하는 체감센서의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인간의 피하층에 해당되는 열축적층인 에어 캐비티를 서페이스 마이크로머시닝(Stlrface micronnchining)을 형성할 수 있고, 히터로부터 발생되는 열을 효율적으로 이용하기 위해 캐비티를 이루는 폴리실리콘을 히터 지지용막의 내부에 형성하는데 특징이 있다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제2도는 체감센서의 완성후의 단면도를 나타낸 것이고 제3도는 본 발명 체감센서의 공정 순서를 단면으로 나타낸 것으로 제3도를 참고로하여 본 발명 체감 센서의 공정 순서를 설명한다.

즉, (a)와 같이 제1도전형(여기서는 P형) 실리콘 웨이퍼(31)의 양면에(B)와 같이 열산화막(32), (33)을 형성한다. 그리고(c)와 같이 각 열산화막(32), (33)위에 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)방법에 의해 절연막으로 실리콘 질화막(34), (35)과 실리콘 산화막(36)을 차례로 형성한다. 다음에(c)와 같이 이면의 실리콘 산화막(도면에 도시하지 않음)을 제거하여 노출된 이면의 실리콘 질화막(35)을 후공정에서 에칭 미스크로 사용한다.

이어서 (d)와 같이 표면의 실리콘 산화막(36)위에 히터와 온도 센서용 물질인 Ni-Fe 합금을 스퍼터링(Sputtering)하여 증착한 후 패터닝(Patterning)하므로 히터(37)와 히터 부위의 온도 검지용 온도 센서(38)를 형성한다.

그리고, 적외선 정렬기를 사용하여 이면의 열산화막(33)과 실리콘 질화막(35)을 선택적 제거하므로 에칭용 왼도우(window)를 형성한다. 또한, (e)와 같이 표면의 히터(37)와 온도 센서(38)위에 보호막(39)으로서 실리콘 산화막을 스퍼터링하여 증착한다.

다음에 (f)와 같이 에어 캐비티(Air Cavity)로서 작용하게 될 희생층(saerificial layer)(40)으로 인규산글라스(PSG : Phosper Sillcate Glas)를 증착한 후 패터닝한다. 패터닝된 희생층(40)위에 (g)와 같이 폴리실리콘(41)을 LPCVD를 사용하여 증착한 후 패턴이 한다.

이 폴리실리콘(41)은 앞으로 형성될 에어 캐비티 상부의 막에 대해 기계적인 강도를 부여함은 물론 히터(37)에서 발생되는 열을 상부의 서모파일(thermopile)에 효과적으로 전달해주는 역할을 하게 된다. 다음에(H)와 같이 전표면에 전기 절연막(42)으로 실리콘 산화막을 스퍼터링하고 그위에 서모파일을 구성하는 제1열전물질(43)(예를 들어 Bi)을 증착한후 패터닝한다.

이어서 (i)와 같이 전기 절연막(44)으로 실리콘 산화막을 스퍼터링한 후 사진 식각 공정에 의해 콘택홀을 형성하고 그 위에 제2절연물질(45)(예를 들어 Sb)을 증착하여 패터닝하므로 서모파일을 형성한다.

또한, (j)와 같이 전기절연막(46)으로 실리콘 산화막을 스퍼터링한 후 Ni-Fe 합금을 사용하여 전기 결연막(46)위의 일측에 실내주변 온도를 검지하는 실온센서(47)를 형성한다

그위에 보호막(48)으로 실리콘 산화막을 스퍼터링한 후 서모파일의 중심부에 홀을 형성하고, 이를 통해 희생층(40)을 제거하여 에어 캐비티(49)를 형성한다. 그리고 (k)와 같이 방사율이 인체의 피부와 거의 비슷한 의사폭체 물질인 Au 블랙, Pt 블랙등을 증착하여 패터닝하므로 방사열 흡수체(50)를 형성한다.

이와같은 상태에서 EPW(Ethylenediamine-Pyrocatecol-Water) 용액내에 넣어 이면으로 실리콘 웨이퍼(31)를 선택적 제거하여 히터(37)와 온도센서(38)를 지지하므로 열효율을 개선시킬 수 있도록 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하나의 웨이퍼내에서 모든공정이 이루어지므로 종래와 같이 상하부의 얼라인 및 본딩등이 필요없어져 공정이 단순화되고 원가가 절감된다.

또한, 에어 캐비티(49)를 형성하는 폴리실리콘(41)이 센서의 내부에 존개하게되어 히터(37)에서 발생하는 열의 손실을 줄이면서 에어캐비티(49)상부의 서모파일에 전달할 수 있기 때문에 센서의 감도능률이 향상되며, 이에따라 보다 정확한 데이타를 읽을 수가 있어 쾌적한 공조기능을 실현시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 제l도전형 실리콘 웨이퍼(31)양면에 열 산화막(32), (33)을 형성하는데 제1단계와, 상기 각 열 산화막(32), (33)위에 실리콘 질화막(34), (35)과 실리콘 산화막(36)을 차례로 형성하고 이면의 실리콘 산화막은 제거하는 제2단계와, 상기 실리콘 산화막(36)위에 히터와 온도센서용 합금을 증착하고 패터닝하여 히터(37)와 온도센서(38)를 형성하는 제3단계와, 이면의 열 산화막(33)과 실리콘 질화막(35)을 선택적 제거하여 에칭용 윈도우를 형성하는 제4단계와, 전표면에 보호막(39)을 증착하고 휘생층(40)을 증착한후 패터닝하는 제5단계와 상기 희생층(40)위에 폴리실리콘(41)을 증착하여 폐터닝하고 전면에 전기 절연막(42)을 증착한 후 제1열전물질(43)을 증착하는 제6단계와, 전면에 전기 절연막(44)을 증착하여 콘택 홀을 형성하고 제2절연물질(45)을 증착하는 제7단계와, 전면에 전기절연막(46)을 증착하고 이의 일측에 합금으로 실온센서(47)를 형성하는 제8단제와, 전면에 보호막(48)을 증착하고 서모파일의 중심부에 홀을 형성하여 희생층(40)을 제거하므로 에어 캐비티(49)를 형성하는 제9단계와, 상기 보호막(48)위에 방사열 흡수체(50)를 형성하는제10단계를 포함하여서 된 체감센서의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 희생층(40)으로는 인규산글라스(PSG)를 사용하는 체감센서의 제조 방법.