WO2021066244A1 - 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 - Google Patents

브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법 Download PDF

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WO2021066244A1
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bridge
silicon wafer
etch stop
stop layer
manufacturing
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이재민
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주식회사 한화
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    • 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
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    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a bridge type structure and a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge type piezoresist using the same, and a method of manufacturing a bridge type structure capable of manufacturing a trapezoidal or triangular bridge structure, and a bridge using the same
  • the invention relates to a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a type piezoresistive body.
  • a piezoresistive material refers to a material whose resistance changes when physical deformation occurs.
  • the piezoresistive body when an impact or acceleration is applied to the piezoresistive body, the piezoresistive body causes physical deformation, and resistance change occurs through the physical deformation.
  • the piezoresistive acceleration sensor measures the change in resistance of the piezoresistive body that occurs when impact and acceleration are applied, and measures the applied acceleration.
  • silicon is considered to be the most excellent piezoresistive material in consideration of processability and sensitivity. Therefore, high-performance piezoresistive acceleration sensors are mainly made of silicon.
  • an acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body exhibits excellent sensitivity.
  • Bridge-type piezoresistive body refers to a case where the piezoresistive body is manufactured in a bridge shape.
  • the acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body has a large change in physical dimensions of the piezoresistive body that appears when an impact is applied.
  • the sensor sensitivity may appear larger than that of a general silicon piezoresistive sensor.
  • the bridge-type piezoresistive body made of silicon shows large physical deformation and resistance change when an impact is applied.
  • the high-performance piezoresistive acceleration sensor mainly has a silicon bridge-type piezoresistive body.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing an example of manufacturing a conventional bridge-type piezoresistor
  • FIG. 1 is an illustration of a method of manufacturing a bridge-type piezoresistive body to which a silicon bonding technique is applied
  • FIG. 2 is a dry etching process twice. This is an illustration of a method of manufacturing a bridge-type piezoresistor to which the process is applied.
  • a method of manufacturing a bridge-type piezoresistive body to which a silicon bonding technique is applied is a method of manufacturing an acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body by fabricating the upper structure 100 and the lower structure 200, respectively, and bonding them. to be.
  • the upper structure 100 and the lower structure 200 must be manufactured respectively. Moreover, even a slight misalignment of the bonding position can adversely affect the performance of the sensor.
  • FIG. 2 shows a method of fabricating a bridge-type piezoresistive body through two or more dry etching processes including the first dry etching process of (a) and the second dry etching process of (b). This process corresponds to a relatively simple process.
  • An object of the present invention is a method of manufacturing a bridge-type structure that simplifies the manufacturing process, reduces manufacturing cost, and improves productivity by using a stacked silicon wafer structure in which silicon wafers having different silicon crystal directions are intersected, and a bridge-type structure using the same. It is to provide a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a piezoresistive body.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a bridge-type structure capable of simply manufacturing a trapezoidal or triangular bridge portion, and a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body using the same.
  • an embodiment of a method for manufacturing a bridge-type structure includes a body part, a mass body positioned spaced apart from the body part and integrally formed by a connection part, the body part and the It is a method of manufacturing a bridge-type structure including a plurality of bridge parts that are positioned between masses to connect the body part and the mass body and are compressed or stretched according to the movement of the mass body, and a first silicon wafer part having a different silicon crystal orientation
  • an embodiment of a method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a bridge-type piezoresistive body according to the present invention is a body part, located apart from the body part, and connected by a connection part to be integrally formed.
  • a mass body including a plurality of bridge parts that are located between the body part and the mass body, connect the body part and the mass body, and are compressed or stretched according to the movement of the mass body, and the bridge part is compressed or stretched to generate a resistance change.
  • the first silicon wafer portion may be a (110) silicon wafer
  • the second silicon wafer portion may be a (100) silicon wafer.
  • the first silicon wafer portion may be formed to have a thickness greater than that of the previously designed connection portion and etched in the etching step to form a connection portion spaced apart from the bridge portion.
  • the second silicon wafer portion may be formed to have the same thickness as a predetermined thickness of the bridge portion.
  • the present invention may further include an ion doping step of doping the second silicon wafer with ions.
  • the etching step is a second silicon patterning process in which only portions corresponding to the body part, the mass body, the bridge part, and the connection part are left and the rest of the second silicon wafer part and the second etch stop layer are removed. And an etching process of forming the connection part and the bridge part by etching after the second silicon patterning process.
  • the first etch prevention layer is removed from the connection part except for the bridge part, and the first silicon wafer part is exposed, but the gap is formed by exposing the first silicon wafer part in a form maintained in its original shape. can do.
  • both sides of the second silicon wafer part are etched obliquely, and the first silicon wafer part is etched in a vertical direction based on the boundary line of the first etch stop layer, and the lower part of the first etch stop layer While also being etched, a space spaced apart from the bridge part may be formed on an upper or lower side of the connection part, and a trapezoidal or triangular bridge part may be formed.
  • the etching step may further include removing the first etch stop layer or the second etch stop layer after the etching process.
  • a bridge formation etch prevention part is formed on the lower part of the garbridge part to cover the lower part of the second silicon wafer part, and the bridge formation etch prevention part is formed in the wet etching process.
  • additional etched portions each having a triangular shape may be generated, thereby forming a bridge-type piezoresistive body.
  • the width of the bridge formation etch stop portion is the first silicon wafer based on a straight line positioned in a vertical direction from a second reference straight line parallel to a first reference straight line measuring the width w of the bridge formation etch stop portion It may be smaller than the sum of the width of the triangular-shaped first additional etched portion positioned on one side of the negative and the width of the triangular second additional etched portion positioned on the other side of the first silicon wafer portion.
  • the width w of the bridge formation etch prevention part is w ⁇ t1+t2, and t1 and t2 may be calculated by Equations 1 to 3.
  • the length of the base positioned perpendicular to the first reference straight line that is, the length of the bridge-type piezoresistive body is c
  • the first additional etched part or the second additional etched part is a triangle consisting of the base, the long side, and the short side
  • the length of the long side is t4
  • the length of the short side is t3
  • the angle between the base and the long side is ⁇
  • the angle between the base and the short side is ⁇ .
  • a bridge portion is manufactured using a stacked silicon wafer structure in which silicon wafers having different silicon crystal directions are intersected, thereby simplifying the manufacturing process of the bridge portion, reducing manufacturing cost, and improving productivity.
  • the present invention simplifies the manufacturing process of the water-repellent channel capable of breathing and waterproofing, and reduces the manufacturing cost by applying to the manufacture of a water-repellent channel capable of breathing and waterproofing because a trapezoidal or triangular-shaped bridge part can be simply manufactured. There is.
  • FIG 1 and 2 are views showing an example of manufacturing a conventional bridge-type piezoresistor.
  • FIG 3 is a view showing an embodiment of a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body manufactured by the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • Figure 4 is a process diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 7 is a process chart showing an embodiment of a method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a bridge-type piezoresistive body according to the present invention.
  • FIGS. 8 to 11 are views showing etching characteristics of a second silicon wafer portion made of (100) silicon and a first silicon wafer portion made of (110) silicon.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of an additional etching portion formed on both sides of a first silicon wafer portion, which is a (110) silicon wafer, under a bridge formation etch prevention portion during wet etching
  • connection part 13 is a cross-sectional view of a connection part before wet etching and a connection part after wet etching.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an embodiment of a waterproof ventilation channel manufactured using a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 15 is a front view showing an embodiment of a waterproof ventilation channel manufactured using the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • connection part 40 bridge part
  • FIG. 3 is a view showing an operation example of a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body manufactured by the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention, and referring to FIG. 3
  • the piezoresistive acceleration sensor includes a mass body 20 positioned to be spaced apart from the body portion 10, a connection portion 30 integrally connecting the body portion 10 and the mass body 20, and the body portion 10 and the mass body 20 It connects and includes a plurality of bridge parts 40 that are compressed or tensioned according to the movement of the mass body 20.
  • the bridge portion 40 serves as a piezoresistive body that generates a resistance change while being compressed or stretched.
  • the body portion 10 and the mass body 20 are positioned side by side, and the mass body 20 has a structure that is integrally connected through the body portion 10 and the connection portion 30.
  • the mass body 20 may be bent by an impact to generate compression or tension in the bridge portion 40.
  • connection part 30 may be formed to act as a hinge for generating compression or tension in the bridge part 40 between the body part 10 and the mass body 20 by bending.
  • the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention and a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body using the same is a simple method of manufacturing a bridge portion 40 having an inverse pyrimide shape, that is, a trapezoidal or triangular shape. Have.
  • FIG. 4 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a bridge-type structure according to the present invention
  • Figure 5 is a schematic diagram showing an embodiment of the method for manufacturing a bridge-type structure according to the present invention
  • Figure 6 is a view It is a schematic diagram showing another embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the invention.
  • FIG. 5 and 6 are schematic diagrams of a cross-section A-A' of FIG. 3 when manufacturing a bridge-type structure according to the present invention, and are schematic diagrams of a connection portion in which a bridge-type structure is formed.
  • the method of manufacturing a bridge-type structure and a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresist using the same include a first silicon wafer portion 1a and a second silicon wafer portion having different silicon crystal directions.
  • the base wafer member 1 includes a base wafer member 1 in which a first silicon wafer part 1a and a second silicon wafer part 1b having different silicon crystal directions are cross-bonded with a first etch stop layer 1c. Prepare.
  • the first etch stop layer 1c prevents etching and also serves as a bonding layer for bonding the first silicon wafer portion 1a and the second silicon wafer portion 1b.
  • the first etch stop layer 1c is a silicon oxide film or a nitride film, and it is revealed that various modifications can be performed using a known etch stop film capable of preventing etching according to an etching method.
  • the base wafer member 1 is positioned by stacking the second silicon wafer unit 1b forming the bridge unit 40 on the first silicon wafer unit 1a, and the first silicon wafer unit ( A first etch stop layer 1c is positioned between 1a) and the second silicon wafer portion 1b.
  • the second silicon wafer portion 1b forming the bridge portion 40 is stacked on the first silicon wafer portion 1a and positioned, and the first silicon wafer portion 1a and the second A base wafer member 1 in which the first etch stop layer 1c is positioned between the silicon wafer portions 1b is prepared.
  • the first silicon wafer portion 1a is a (110) silicon wafer
  • the second silicon wafer portion 1b is a (100) silicon wafer.
  • Silicon has a diamond structure as a three-dimensional structure, and assuming that this structure is accurately fitted to a regular cube, the shape that is cut out as it is in a square shape is (100) silicon.
  • (110) silicon is cut out as it is from the vertices of both diagonal lines of the square, and the (110) silicon wafer and the (100) silicon wafer are divided into silicon according to a known silicon crystal direction, and a more detailed description thereof will be omitted. Make it clear.
  • the second silicon wafer part 1b is a part that is stacked on the upper side or the lower side of the first silicon wafer part 1a to form the bridge part 40 on the upper side or the lower side of the first silicon wafer part 1a to be.
  • the second silicon wafer portion 1b is formed to have the same thickness as the predetermined thickness of the bridge portion 40.
  • the second silicon wafer portion (1b) is separated from the first silicon wafer portion (1a) by a first etch stop layer (1c), and is formed to have the same thickness as that of the bridge portion (40), so that the bridge portion (40) is pre-designed. It can be formed accurately in thickness.
  • the first silicon wafer portion 1a is formed to have a thickness thicker than that of the previously designed connection portion 30 in a piezoresistive accelerometer having a previously designed bridge-type piezoresistive body, and is etched through the etching step (S300) to increase the thickness. It becomes smaller.
  • the first silicon wafer portion 1a is etched through the etching step (S300) to reduce the thickness, and is positioned to be spaced apart from the upper or lower surface etched on the upper side or the lower side, so that the body portion 10 and the mass body 20 are separated from each other.
  • the bridge portion 40 to be connected is positioned.
  • the body portion 10 and the mass body 20 include a first silicon wafer portion 1a and a second silicon wafer portion 1b cross-bonded with a first etch stop layer 1c, and the connection portion 30 It consists only of the first silicon wafer portion 1a.
  • a second etch stop layer 1d is partially formed on the second silicon wafer part 1b by applying a metal deposition using sputtering and an oxide/nitride film growth process using a furnace.
  • the second etch stop layer 1d is a silicon oxide film, and it is revealed that it may be modified into various known etch stop layers such as a metal, a silicon nitride film, and hafnium oxide.
  • the second etch stop layer 1d is formed only in the portion where the body portion 10, the mass body 20, and the bridge portion 40 are formed.
  • the second etch stop layer 1d covers only the portion where the body portion 10 is formed, the portion where the mass body 20 is formed, and the portion where the connection portion 30 is formed, where the bridge portion 40 is formed. Is formed.
  • An embodiment of the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention may further include an ion doping step (S110) of doping ions to the second silicon wafer portion 1b.
  • the ion doping step (S110) may be performed before the etch stop layer formation step (S200), after the etch stop layer formation step (S200) and before the etching step (S300), or the second silicon patterning process in the etching step (S300). It should be noted that it may be made between (S310) and the etching process (S320).
  • the surface of the base wafer member 1, that is, a portion of the surface of the second silicon wafer portion 1b, except for the portion to which ions are doped, is masked with an ion implantation mask 2a, Ions may be implanted into the second silicon wafer portion 1b by doping the exposed portion of the wafer portion 1b with ions.
  • the ion-doped part in the ion doping step (S110) is a well-known part in which ions are doped in an accelerometer having a known bridge-type piezoresistor, and a more detailed description will be omitted according to the shape of the accelerometer having a pre-designed bridge-type piezoresistor. It should be noted that it can be implemented with various modifications according to a known structure.
  • ionized elements are implanted into the second silicon wafer portion 1b to a predetermined depth, and the entire thickness of the second silicon wafer portion 1b, that is, the entire depth, may be doped.
  • the thickness of the ion implantation layer into which ions are implanted in the ion doping step S110 may be variously modified and implemented according to the design of an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body.
  • a portion corresponding to the body portion 10, the mass body 20, the bridge portion 40, and the connection portion 30 in the second silicon wafer portion 1b and the second etch stop layer 1d may include a second silicon patterning process (S300) in which only the remainder is left and the remainder is removed, and an etching process (S320) of forming the connection part 30 and the bridge part 40 by etching after the second silicon patterning process (S310). have.
  • connection part 30 that is, the body part 10 and the mass body 20 is formed through a dry etching process, and the body part 10 and the mass body 20 are formed.
  • connection part 30 that integrally connects the bridge part 40, the rest of the part except for the bridge part 40 is patterned.
  • the first etch stop layer 1c is removed from the connection part 30 except for the bridge part 40, and the first silicon wafer part 1a is exposed.
  • the garbridge portion is formed by exposing it in a form maintained in a form.
  • the second etch stop layer (1d), the second silicon wafer part (1b), and the first etch stop layer (1c) are removed from the connection part 30 so that both ends of the body part 10 are formed and the mass body 20 ) Are connected to the portion to be formed, and the lower portion is connected to the first silicon wafer portion 1a through the first silicon prevention layer.
  • the second silicon patterning process (S310) can be variously modified and performed using known patterning methods such as wet etching and mechanical polishing in addition to dry etching.
  • connection portion 30 except for the garbridge portion is removed to the first etch stop layer 1c, and the first silicon wafer portion 1a is maintained in a circular shape.
  • the garbridge portion includes a first etch stop layer 1c, a second silicon wafer portion 1b, and a second vision stop layer 1d on the first silicon wafer portion 1a.
  • the second silicon wafer portion 1b made of (100) silicon is etched obliquely on both sides, and the first silicon wafer portion made of (110) silicon (1a) is etched in a vertical direction based on the boundary line of the first etch stop layer 1c, but the lower portion of the first etch stop layer 1c is also etched, so that the connection part 30 is formed to a predetermined thickness, and the connection part 30 A space spaced apart from the bridge part 40 is formed on the upper or lower side of the) to form a trapezoidal or triangular bridge part 40.
  • the etching process (S320) is an example of a wet etching process using an anisotropic wet etching solution such as KOH, TMAH, and EDP.
  • the etching step S300 may further include a step S330 of removing the etch stop layer after the etching step S320.
  • the first etch stop layer (1c) and the second etch stop layer (1d) can be removed, that is, the etching formed by metal deposition using sputtering, an oxide film/nitride film growth process using a furnace, etc. It should be noted that a more detailed description will be omitted since it can be carried out by various known methods of removing the barrier layer.
  • FIG. 5 is a view showing a process (S330) of removing the etch stop layer after wet etching in the etching process
  • FIG. 6 is a view showing a process (S330) of removing the etch stop layer after dry etching.
  • the etching process (S320) is an example of wet etching, and only the second etch stop layer (1d) is removed, and the first etch stop layer (1c) is When remaining, that is, when the removal of the first etch stop layer 1c is not required, the etching process S320 is dry etching as an example.
  • a method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a bridge-type piezoresistive body is a body part ( 10), the mass body 20 which is located apart from the body part 10 and is connected by a connection part 30 to be integrally formed, and is located between the body part 10 and the mass body 20 so that the body part 10 and the mass body Including a plurality of bridge parts 40 that are connected to each other and are compressed or stretched according to the movement of the mass body 20, the bridge part 40 has a bridge-type piezoresistive body that is compressed or stretched to generate a resistance change.
  • the wafer preparation step (S100), the etch stop layer formation step (S200), the ion doping step (S110), and the etching step (S300) are the same as those of the embodiment of the method for manufacturing a bridge-type structure according to the present invention mentioned above. It should be noted that it is omitted.
  • the electrode on the ion-doped portion of the body 10 by patterning a conductive layer using a photolithography process and a conductive layer deposition process using a metal mask. It forms part (not shown).
  • the electrode part (not shown) is formed so as to be positioned in the ion-doped part on the body part 10 so that the ion-doped part is wrapped around the outer circumference.
  • the electrode part (not shown) is located in a pair so that the (+) and (-) poles can be connected to one side of the body part 10, and the (+) and (-) poles can be connected to both sides, respectively.
  • it may be positioned as a pair so that it may be positioned on either side of the upper surface and the lower surface of the body portion 10 or on the upper and lower surfaces of the body portion 10, respectively, which is a pre-designed bridge-type piezoresistive body (40). It should be noted that it can be variously modified and implemented according to the shape of the accelerometer having ).
  • FIGS. 8 to 11 are views showing etching characteristics of a second silicon wafer portion 1b made of (100) silicon and a first silicon wafer portion 1a made of (110) silicon.
  • the etch stop layer 5 of FIGS. 8 to 11 has a configuration corresponding to the first etch stop layer 1c in FIGS. 5 and 6, and the first silicon wafer portion with the first etch stop layer 1c positioned thereon. It is revealed that it is a replacement configuration to describe the etching characteristics of (1a) in detail.
  • FIG. 8A is a view showing the silicon wafer 4 before etching in which the U-shaped etch stop layer 5 is positioned on the silicon wafer 4, and FIG. 8B is ) Is a view showing the shape of the silicon wafer after wet etching when the silicon wafer 4 is a (100) silicon wafer, and FIG. 8(c) shows the silicon wafer 4 in FIG. 8(a) at (110). ) In the case of a silicon wafer, a view showing the shape of the silicon wafer 4 after wet etching.
  • FIG 9 is a plan view of a silicon wafer 4 on which an etch stop layer 5 is positioned on an upper surface to describe an etching process (S330).
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of the silicon wafer 4 in the length direction of the silicon wafer 4 when the silicon wafer 4 is a (100) silicon wafer 4 in FIG. 9, and FIG. 10B is When the silicon wafer 4 is a (100) silicon wafer, it is a cross-sectional view of the silicon wafer 4 in the width direction DD′.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the silicon wafer 4 in the length direction CC′ of the silicon wafer 4 when the silicon wafer 4 is a (110) silicon wafer in FIG. 9, and FIG. 11B is a silicon wafer ( When 4) is a (110) silicon wafer, it is a cross-sectional view of DD′ in the width direction of the silicon wafer 4.
  • both inner surfaces of the etched portion are inclined. It can be seen that it is etched to form an etched portion in the form of a photograph, that is, a trapezoidal or triangular shape inclined.
  • the (100) silicon wafer has both inner sides of the etched portion at the boundary line between the silicon wafer 4 and the etch stop layer 5 in the longitudinal and width directions during wet etching. It can be seen that it is etched to form an etched portion in the form of a photograph, that is, a trapezoidal or triangular shape inclined.
  • a trapezoidal or triangular etched portion has an inclination of 125°, and it can be seen that an inverted pyramid-shaped etched portion is formed between the trapezoidal or triangular etched portions.
  • the bridge portion 40 having a trapezoidal or triangular shape is formed.
  • an additional etched portion 6 having a triangular shape in the width direction is generated at the lower portion of the etch stop layer 5.
  • the silicon wafer 4 when the exposed portions of the silicon wafer 4 are respectively located on both sides of the etch stop layer 5 in the width direction of the silicon wafer 4, additional etching portions having a triangular shape ( As 6) is generated, the silicon wafer 4 is etched under the etch stop layer 5 to form a bridge including the etch stop layer 5 and spaced apart from the top surface of the etched silicon wafer 4.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of an additional etching portion formed on both sides of the first silicon wafer portion 1a, which is a (110) silicon wafer, under the bridge formation etch prevention portion 3 during wet etching .
  • the first etch stop layer 1c has the width of the bridge part 40 previously designed to form the bridge part 40, and the silicon wafer 4 on both sides, that is, the first It includes a bridge formation etch prevention part 3 positioned so that the silicon wafer part 1a is exposed.
  • the portion exposing the first silicon wafer portion 1a is a portion excluding the bridge portion 40 on the plane of the connection portion 30.
  • the second silicon wafer portion 1b is stacked and positioned on the top surface of the first etch stop layer 1c excluding the portion exposing the first silicon wafer portion 1a.
  • the bridge-type piezoresistive patterning process (S320) is a bridge covering the lower portion of the second silicon wafer portion 1b forming the garbridge portion by patterning the first etch stop layer 1c when forming the garbridge portion through patterning.
  • the formation etch prevention part 3 is formed, and the first silicon wafer part 1a is exposed on the plane of the connection part 30 except for the bridge part 40.
  • the bridge portion 40 is formed while additional etched portions 6 each having a triangular shape are generated in the first silicon wafer portion 1a, which is a lower portion of the bridge formation etch prevention portion 3.
  • the additional etching portions 6 each having a triangular shape are generated on both sides of the first silicon wafer portion 1a, thereby forming a bridge formation etch prevention portion located on the first silicon wafer portion 1a having a triangular shape at each side ( 3)
  • the setting of the width is important.
  • Bridge formation during wet etching Triangular-shaped first additional etched portions 6a and second additionally formed on both sides of the first silicon wafer portion 1a, which is a (110) silicon wafer, under the etching prevention portion 3
  • the etched portions 6b are formed in a triangular shape having the same shape on both sides as shown in FIG. 12, but have a shape symmetrical to each other in the longitudinal direction of the bridge forming etching preventing portion 3.
  • the first silicon wafer portion 1a is etched from the lower portion of the bridge formation etch prevention portion 3, so that the bridge formation etch prevention portion 3 is the upper surface of the first silicon wafer portion 1a, that is, a connection portion formed by etching.
  • the width of the part to be etched must be at least equal to or greater than the width w of the bridge formation etch prevention part 3.
  • the width w of the bridge formation etch prevention part 3 is a straight line positioned in the vertical direction from the second reference straight line parallel to the first reference straight line measuring the width w of the bridge formation etch prevention part 3.
  • the width of the first additional etched portion 6a positioned on one side of the first silicon wafer portion 1a as a reference and the width of the second additional etched portion 6b positioned on the other side of the first silicon wafer portion 1a must be less than the sum of
  • the width of the first additional etched portion 6a based on the second reference straight line ( Height) and the width (height) of the second additional etched portion 6b must be at least equal to or greater than the width w of the bridge formation etch stop portion 3.
  • the upper vertex of the first additional etched part 6a and the upper vertex of the second additional visual part pass through a straight line perpendicular to the base of the triangle. It is revealed that it is a vertex corresponding to the maximum height of the 1st additional etched part 6a or the maximum height of the 2nd additional visual part.
  • the width w of the bridge formation etch prevention part 3 should be w ⁇ t1+t2.
  • Equation 1 t1 + t2
  • the length of the base that is, the length of the bridge part 40, which is located perpendicular to the first reference straight line on the plane, is referred to as c, and the first additional etching part 6a or the second additional etching part 6b.
  • c the length of the base
  • t4 the length of the short side
  • connection part 30 is a cross-sectional view of the connection part 30 before wet etching and the connection part 30 after wet etching.
  • the method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresist according to the present invention is a stacked silicon wafer structure in which silicon wafers having different silicon crystal directions are intersected, that is, additional etching of a triangular shape.
  • Etching is performed under the first etch stop layer 1c through the first silicon wafer portion 1a, which is a (110) silicon wafer in which the portion is generated, so that the bridge portion 40 can be simply formed.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an embodiment of a breathable waterproof channel 50 manufactured using the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention
  • FIG. 15 is a perspective view showing an embodiment of a bridge-type structure according to the present invention. It is a front view showing an embodiment of the manufactured ventilation waterproof channel 50.
  • the waterproof ventilation channel 50 has a trapezoidal or triangular bridge portion 40 on the upper side of the passage formed in the length direction, and is formed in a shape spaced apart in the length direction, such as a waterproof sensor, a waterproof speaker, etc. It can be applied to underwater electronic equipment systems.
  • the manufacturing method of the bridge-type structure according to the present invention simplifies the manufacturing process of the ventilation waterproof channel 50 and reduces the manufacturing cost by simply forming the trapezoidal or triangular bridge portion 40 in the ventilation waterproof channel 50. Make it possible to save.
  • a bridge-type structure is manufactured using a stacked silicon wafer structure in which silicon wafers having different silicon crystal directions are intersected, thereby simplifying the manufacturing process of the bridge-type structure, reducing manufacturing cost, and improving productivity.
  • the present invention simplifies the manufacturing process of a water-repellent channel capable of breathing and waterproofing, and reduces manufacturing cost by applying to manufacturing a water-repellent channel capable of breathing and waterproofing since the bridge portion 40 of a trapezoidal or triangular shape can be simply manufactured. can do.

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Abstract

본 발명은 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법에 관한 것으로 몸체부의 일측에 휘어지는 연결부로 연결된 질량체가 위치되고, 상기 연결부와 이격되어 상기 질량체와 상기 몸체부를 연결하는 복수의 브릿지형 압저항체를 구비하는 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 제조하는 것이며, 실리콘 결정 방향이 상이한 실리콘 웨이퍼를 교차로 접합한 적층 실리콘 웨이퍼 구조를 이용하여 브릿지부를 제조하여 제작 공정을 단순화하고 제작 비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법
본 발명은 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법에 관한 것으로 사다리꼴 또는 삼각형 형태의 브릿지 구조물을 제조할 수 있는 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법에 관한 발명이다.
일반적으로 압저항체란 물리적인 변형이 발생하였을 때, 저항이 변화하는 물질을 의미한다.
즉, 압저항체에 충격이나 가속도가 인가되었을 때, 압저항체는 물리적인 변형을 일으키고, 물리적인 변형을 통해 저항 변화가 발생된다.
압저항 가속도센서는 충격 및 가속도가 인가되었을 때, 발생하는 압저항체의 저항변화를 측정하여, 인가된 가속도를 측정한다.
압저항체가 될 수 있는 물질은 반도체, 금속 등 다양한 물질이 있다.
이중 실리콘은 가공성, 감도 등을 고려하였을 때, 가장 우수한 압저항체로 꼽힌다. 따라서, 고성능 압저항 가속도센서는 주로 실리콘으로 제작된다.
실리콘 압저항 가속도센서 중에서도 우수한 감도를 보이는 것이 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도 센서이다.
브릿지형 압저항체는 압저항체를 브릿지 형상으로 제작한 경우를 말한다.
브릿지형 압저항체를 가지는 가속도센서는 충격이 인가되었을 때, 나타나는 압저항체의 물리적인 치수 변화가 크다.
따라서, 센서 감도가 일반 실리콘 압저항 센서보다 크게 나타날 수 있다.
특히 실리콘으로 제작된 브릿지형 압저항체는 충격이 인가되었을 때, 큰 물리적인 변형과 저항변화를 보인다.
따라서, 고성능 압저항 가속도센서는 주로 실리콘 브릿지형 압저항체를 가진다.
도 1 및 도 2는 종래의 브릿지형 압저항체를 제조하는 예를 도시한 도면이고, 도 1은 실리콘 접합 기법이 적용된 브릿지형 압저항체를 제조하는 방법을 예시한 것이고, 도 2는 2회의 건식 식각 공정이 적용된 브릿지형 압저항체를 제조하는 방법을 예시한 것이다
도 1을 참고하면 실리콘 접합 기법이 적용된 브릿지형 압저항체를 제조하는 방법은 상면 구조물(100)과 하면 구조물(200)을 각각 제작하고, 이를 접합하여 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도센서를 제작하는 방법이다.
이를 구현하기 위해서는 상면 구조물(100)과 하면 구조물(200)을 각각 제작하여야 한다. 더욱이 접합 위치가 조금만 어긋나도 센서의 성능에 악영향을 줄 수 있다.
이를 위하여 복잡한 제작 공정, 정밀한 접합 공정이 요구되며, 이는 센서 제작 단가의 상승을 초래한다.
도 2는 (a)의 제1건식식각과정과 (b)의 제2건식식각과정을 포함하여 2회 이상의 건식 식각 공정으로 브릿지형 압저항체를 제작하는 방법을 보여준다. 상기 공정은 비교적 간단한 공정에 해당한다.
하지만 건식식각은 기본적으로 수직 방향으로만 진행되기 때문에, 브릿지형 압저항체 배열 위치가 제한된다는 문제가 있다.
따라서, 도 2의 방법으로 복수 개의 압저항체를 제작할 경우, 충격이 인가되었을 때, 최외각의 브릿지형 압저항체에만 응력이 집중되고 이는 압저항체의 강도 저하로 이어진다.
또한 도 2의 공정을 수행할 경우, 수십 마이크로미터 깊이 이상의 건식식각 (Deep reactive ion etching)이 요구되는데, 상기 공정은 고비용 공정에 해당하며, 센서 제작 비용 상승을 초래한다.
즉, 실리콘으로 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도센서를 제작하기 위해서는 높은 비용 또는 복잡한 제작 공정이 요구된다는 문제가 있었다.
지금까지 다양한 방법으로 브릿지형 압저항체를 제작하는 방법이 제안되었으나, 제작 공정이 복잡하거나, 제작 치수 제한 또는 브릿지 배열 형상에 제한이 있다는 문제를 가지고 있었다.
본 발명의 목적은 실리콘 결정 방향이 상이한 실리콘 웨이퍼를 교차로 접합한 적층 실리콘 웨이퍼 구조를 이용하여 제작 공정을 단순화하고 제작 비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상시키는 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 사다리꼴 또는 삼각형의 브릿지부를 간단하게 제조할 수 있는 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예는 몸체부, 상기 몸체부와 이격되게 위치되고 연결부에 의해 일체로 형성되는 질량체, 상기 몸체부와 상기 질량체의 사이에 위치되어 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하고 상기 질량체의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부를 포함하는 브릿지형 구조물의 제조 방법이고, 실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부와 제2실리콘 웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계, 상기 제2실리콘 웨이퍼부의 상부에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계, 상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2실리콘 웨이퍼부와 상기 제1실리콘 웨이퍼부를 식각하여 상기 몸체부와 상기 질량체 사이에 이격된 공간을 형성하고 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하는 복수의 브릿지부를 형성하는 식각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법의 일 실시예는 몸체부, 상기 몸체부와 이격되게 위치되며 연결부로 연결되어 일체로 형성되는 질량체, 상기 몸체부와 상기 질량체의 사이에 위치되어 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하고 상기 질량체의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부를 포함하여, 상기 브릿지부가 압축 또는 인장되어 저항변화를 발생시키는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법이고, 실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부와 제2실리콘 웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계, 상기 제2실리콘 웨이퍼부의 상부에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계, 상기 식각 방지층 형성단계 후 제2실리콘 웨이퍼부와 제1실리콘 웨이퍼부를 식각하여 상기 몸체부와 상기 질량체 사이에 이격된 공간을 형성하고 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하는 복수의 브릿지부를 형성하는 식각단계 및 상기 식각단계 후 상기 몸체부 상에 전극부를 형성하는 전극 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제1실리콘 웨이퍼부는 (110) 실리콘 웨이퍼이고, 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 (100) 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
본 발명에서 상기 제1실리콘 웨이퍼부는 기설계된 상기 연결부의 두께보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성되고 상기 식각단계에서 식각되어 상기 브릿지부와 이격되는 연결부를 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 기설정된 브릿지부의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 제2실리콘 웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각단계는 상기 제2실리콘 웨이퍼부 및 상기 제2식각 방지층에서 상기 몸체부, 상기 질량체, 상기 브릿지부, 상기 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 제2실리콘 패터닝 과정 및 상기 제2실리콘 패터닝 과정 후 식각하여 상기 연결부 및 상기 브릿지부를 성형하는 식각과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제2실리콘 패터닝 과정은 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 부분에서 상기 제1식각 방지층을 제거하고 상기 제1실리콘 웨이퍼부를 노출시키되, 원래 형태로 유지된 형태로 노출시켜 가브릿지부를 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각 과정에서 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 양 측면이 경사지게 식각되고, 상기 제1실리콘 웨이퍼부는 상기 제1식각 방지층의 경계선을 기준으로 수직 방향으로 식각되되, 상기 제1식각 방지층의 아래부분도 식각되면서 상기 연결부의 상부 또는 하부 측에 상기 브릿지부와 이격된 공간이 형성되면서 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부가 성형될 수 있다.
본 발명에서 상기 식각단계는 식각 과정 후 제1식각 방지층 또는 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 브릿지형 압저항체 패터닝 과정에서 상기 가브릿지부의 하부에는 제1식각 방지층으로 이루어져 상기 제2실리콘 웨이퍼부의 하부를 커버하는 브릿지 형성 식각 방지부가 형성되고, 습식 식각 시 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 아랫부분인 상기 제1실리콘 웨이퍼부에서 각각 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분이 발생되면서 브릿지형 압저항체가 성형될 수 있다.
본 발명에서 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭은 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)을 측정하는 제1기준 직선과 나란한 제2기준 직선에서 수직 방향으로 위치되는 직선을 기준으로 한 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 일측에 위치되는 삼각형 형상의 제1추가 식각부분의 폭과 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 타측에 위치되는 삼각형 형상의 제2추가 식각부분의 폭의 합보다 작이 작을 수 있다.
본 발명에서 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)은 w≤t1+t2이고, 상기 t1과 상기 t2는 수학식 1 내지 수학식 3으로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
t1=t3×sinβ
t2=t3×cosβ×tanα
[수학식 2]
t4 = t3×sinβ/sinα
[수학식 3]
t4×cosα+ t3×cosβ = c
→t3×(sinβ/sinα)×cosα+ t3×cosβ=c
→t3×((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)=c
→t3=c/((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)
(제1기준 직선과 수직하게 위치된 밑변의 길이 즉, 브릿지형 압저항체의 길이를 c, 제1추가 식각부분 또는 제2추가 식각부분이 밑변, 장변, 단변으로 이루어진 삼각형일 때 장변의 길이가 t4, 단변의 길이가 t3, 밑변과 장변 사이의 각도는 α , 밑변과 단변 사이의 각도가 β.)
본 발명은 실리콘 결정 방향이 상이한 실리콘 웨이퍼를 교차로 접합한 적층 실리콘 웨이퍼 구조를 이용하여 브릿지부를 제조하여 브릿지부의 제작 공정을 단순화하고 제작 비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부를 간단하게 제작할 수 있어 통기방수가 가능한 발수성 채널을 제조하는 데 적용하여 통기방수가 가능한 발수성 채널의 제조 과정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 브릿지형 압저항체를 제조하는 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법으로 제조된 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 일 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도.
도 8 내지 도 11은 (100) 실리콘으로 제조된 제2실리콘 웨이퍼부와 (110) 실리콘으로 제조된 제1실리콘 웨이퍼부의 식각 특성을 도시한 도면.
도 12는 습식 식각 시 브릿지 형성 식각 방지부의 하부에서 (110) 실리콘 웨이퍼인 제1실리콘 웨이퍼부의 양 측에 각각 형성되는 추가 식각부분에 대한 일 예를 도시한 평면도
도 13은 습식 식각 전의 연결부와 습식 식각 후의 연결부에 대한 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 통기 방수 채널의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 통기 방수 채널의 일 실시예를 도시한 정면도.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
1 : 베이스 웨이퍼부재
1a : 제1실리콘 웨이퍼부
1b : 제2실리콘 웨이퍼부
1c : 제1식각 방지층
1d : 제2식각 방지층
3 : 브릿지 형성 식각 방지부
4 : 실리콘 웨이퍼
5 : 식각 방지층
6 : 추가 식각 부분
6a : 제1추가 식각 부분
6b : 제2추가 식각 부분
10 : 몸체부 20 : 질량체
30 : 연결부 40 : 브릿지부
50 : 통기 방수 채널
S100 : 웨이퍼 준비단계 S110 : 이온 도핑단계
S200 : 식각 방지층 형성단계 S300 : 식각단계
S400 : 전극 형성단계
본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법으로 제조된 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 작동 예를 도시한 도면이고, 도 3을 참고하면 브릿지형 구조물 및 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서는 몸체부(10)와 이격되게 위치되는 질량체(20), 몸체부(10)와 질량체(20)를 일체로 연결하는 연결부(30), 몸체부(10)와 질량체(20)를 연결하고 질량체(20)의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부(40)를 포함한다.
브릿지부(40)는 압저항 가속도 센서에서 충격이 인가되었을 때, 압축 도는 인장되면서 저항변화를 발생시키는 압저항체의 역할을 하게 된다.
몸체부(10)와 질량체(20)는 나란하게 위치되고, 질량체(20)는 몸체부(10)와 연결부(30)를 통해 일체로 연결되는 구조를 가진다.
질량체(20)는 충격에 의해 휘어져 브릿지부(40)에 압축 또는 인장을 발생시킬 수 있다.
도시되지 않았지만, 연결부(30)는 휘어져 몸체부(10)와 질량체(20)의 사이에서 브릿지부(40)에 압축 또는 인장을 발생시키는 힌지의 역할을 하도록 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법은 역피리미드 형상 즉, 사다리꼴 또는 삼각형 형상을 가지는 브릿지부(40)를 간단한 방법으로 제작하는 데 있다.
도 4는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 시 도 3의 A - A'단면에 대한 개략도이고, 브릿지형 구조물이 형성되는 연결부에 대한 개략도임을 밝혀둔다.
도 3 내지 도 6을 참고하면 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법은 실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비하는 웨이퍼 준비단계(S100), 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 상부에 제2식각 방지층(1d)을 형성하는 식각 방지층 형성단계(S200), 식각 방지층 형성단계(S200) 후 제2실리콘 웨이퍼부(1b)와 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 식각하여 몸체부(10)와 질량체(20) 사이에 이격된 공간을 형성하고 몸체부(10)와 질량체(20)를 연결하는 복수의 브릿지부(40)를 형성하는 식각단계(S300)를 포함한다.
베이스 웨이퍼부재(1)는 실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b)를 제1식각 방지층(1c)으로 교차 접합한 형태의 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비한다.
제1식각 방지층(1c)은 식각을 방지함과 아울러 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b)를 접합시키는 접합층의 역할도 한다.
제1식각 방지층(1c)은 실리콘 산화막 또는 질화막인 것을 일 예로 하고, 이외에도 식각 방법에 따라 식각을 방지할 수 있는 공지의 식각 방지막을 이용하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다.
웨이퍼 준비단계(S100)에서 베이스 웨이퍼부재(1)는 제1실리콘 웨이퍼부(1a)에 브릿지부(40)를 형성하는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)가 적층되어 위치되고 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된다.
즉, 웨이퍼 준비단계(S100)는 제1실리콘 웨이퍼부(1a)에 브릿지부(40)를 형성하는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)가 적층되어 위치되고 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치되는 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비한다.
제1실리콘 웨이퍼부(1a)는 (110) 실리콘 웨이퍼이고, 제2실리콘 웨이퍼부(1b)는 (100) 실리콘 웨이퍼인것을 일 예로 한다.
실리콘은 입체적인 구조로는 다이아몬드 구조를 가지며, 이 구조를 정육면체에 정확히 맞춘다고 가정할때 정사각형의 모습으로 그대로 잘라내는 형태가 (100) 실리콘이다.
또한, 정사각형의 양쪽대각선 꼭지점 부터 아래로 그대로 잘라내는 것이 (110) 실리콘이고, (110) 실리콘 웨이퍼 및 (100) 실리콘 웨이퍼는 공지된 실리콘 결정 방향에 따른 실리콘의 구분으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
제2실리콘 웨이퍼부(1b)는 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 상부 측 또는 하부 측에 적층되어 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 상부 측 또는 하부 측에 브릿지부(40)를 형성하는 부분이다.
제2실리콘 웨이퍼부(1b)는 기설정된 브릿지부(40)의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성된다.
제2실리콘 웨이퍼부(1b)는 제1식각 방지층(1c)으로 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 구분되고, 브릿지부(40)의 두께와 동일한 두께로 형성되어 브릿지부(40)가 기설계된 두께로 정확하게 형성될 수 있게 된다.
그리고, 제1실리콘 웨이퍼부(1a)는 기설계된 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계에서 기설계된 연결부(30)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성되며 식각단계(S300)를 통해 식각되어 두께가 작아지게 된다.
제1실리콘 웨이퍼부(1a)는 식각단계(S300)를 통해 식각되어 두께가 작아지게 되면서 상부 측 또는 하부 측에 식각된 상면 또는 하면과 이격되게 위치되어 몸체부(10)와 질량체(20)를 연결하는 브릿지부(40)가 위치되도록 한다.
그리고, 몸체부(10)와 질량체(20)는 제1식각 방지층(1c)으로 교차 접합된 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b)를 포함하고, 연결부(30)는 제1실리콘 웨이퍼부(1a)만으로 이루어지게 된다.
식각 방지층 형성단계(S200)는 스퍼터링을 이용한 금속증착, 퍼니스를 이용한 산화막/질화막성장 공정 등을 적용하여 제2식각 방지층(1d)을 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 상에 부분적으로 형성한다.
제2식각 방지층(1d)은 실리콘 산화막인 것을 일 예로 하고, 이외에도 금속, 실리콘 질화막, 산화 하프늄 등 공지의 다양한 식각 방지층으로 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
식각 방지층 형성단계(S200)는 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40)가 형성되는 부분에만 제2식각 방지층(1d)을 형성한다.
즉, 제2식각 방지층(1d)은 몸체부(10)가 형성되는 부분, 질량체(20)가 형성되는 부분, 연결부(30)가 형성되는 부분에서 브릿지부(40)가 형성되는 부분만 커버하도록 형성된다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
이온 도핑단계(S110)는 식각 방지층 형성단계(S200) 이전에 이루어질 수도 있고, 식각 방지층 형성단계(S200) 이후 식각단계(S300) 이전에 이루어질 수도 있고, 식각단계(S300)에서 제2실리콘 패터닝과정(S310)과 식각과정(S320) 사이에서 이루어질 수도 있음을 밝혀둔다.
이온 도핑단계(S110)는 베이스 웨이퍼부재(1)의 표면 즉, 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 표면에서 이온이 도핑되는 부분을 제외한 부분을 이온주입 마스크(2a)로 마스킹한 후 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 표면에서 노출된 부분에 이온을 도핑하여 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 내에 이온을 주입할 수 있다.
이온 도핑단계(S110)에서 이온이 도핑되는 부분은 공지의 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계에서 이온이 도핑되는 공지의 부분으로 더 상세한 설명은 생략하며 기설계된 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계의 형상에 따라 공지의 구조에 따라 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 이온 도핑단계(S110)는 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 내에 이온화된 원소를 기설정된 깊이까지 주입하는 것으로 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 전체 두께 즉, 전체 깊이로 도핑할 수 있다.
이온 도핑단계(S110)에서 이온이 주입된 이온 주입층의 두께는 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계의 설계에 따라 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 식각단계(S300)는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)와 제2식각 방지층(1d)에서 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 제2실리콘 패터닝 과정(S300), 제2실리콘 패터닝 과정(S310) 후 식각하여 연결부(30)와 브릿지부(40)를 성형하는 식각과정(S320)을 포함할 수 있다.
제2실리콘 패터닝 과정(S310)은 건식 식각 공정을 통해 기설계된 연결부(30) 즉, 몸체부(10)와 질량체(20) 사이에 이격된 공간을 형성하고 몸체부(10)와 질량체(20)를 일체로 연결하는 연결부(30)에서 브릿지부(40)를 제외한 나머지 부분을 패터닝 하는 것이다.
더 상세하게 제2실리콘 패터닝 과정(S310)은 연결부(30)에서 브릿지부(40)를 제외한 나머지 부분에서 제1식각 방지층(1c)을 제거하고 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 노출시키되, 원래 형태로 유지된 형태로 노출시켜 가브릿지부를 형성하는 것을 일 예로 한다.
가브릿지부는 연결부(30)에서 제2식각 방지층(1d), 제2실리콘 웨이퍼부(1b), 제1식각 방지층(1c)이 제거되어 양단부가 몸체부(10)가 형성될 부분 및 질량체(20)가 형성될 부분에 각각 연결되고 하부가 제1실리콘 방지층을 통해 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 연결된 부분이다.
제2실리콘 패터닝 과정(S310)은 건식 식각 이외에도 습식 식각, 기계적 연마 등 공지의 패터닝 방법을 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
제2실리콘 패터닝 과정(S310)은 제2실리콘 웨이퍼부(1b) 중 기설계된 연결부(30)가 형성될 부분에서 브릿지부(40)가 형성될 부분만 남겨두며 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 패터닝하지 않고 제1실리콘 웨이퍼부(1a) 상에서 가브릿지부만 위치되도록 한다.
기설계된 연결부(30)가 형성될 부분에서 가브릿지부를 제외한 부분은 제1식각 방지층(1c)까지 제거되고 제1실리콘 웨이퍼부(1a)는 원형으로 유지되는 것을 일 예로 한다.
가브릿지부는 제1실리콘 웨이퍼부(1a) 상에서 제1식각 방지층(1c), 제2실리콘 웨이퍼부(1b), 제2시각 방지층(1d)를 포함한다.
제2실리콘 패터닝 과정(S310) 후 식각과정(S320)에서 (100) 실리콘으로 제조된 제2실리콘 웨이퍼부(1b)는 양 측면이 경사지게 식각되고, (110) 실리콘으로 제조된 제1실리콘 웨이퍼부(1a)는 제1식각 방지층(1c)의 경계선을 기준으로 수직 방향으로 식각되되, 제1식각 방지층(1c)의 아래부분도 식각되면서 연결부(30)가 기설정된 두께로 형성됨과 아울러 연결부(30)의 상부 또는 하부 측에 브릿지부(40)와 이격된 공간이 형성되어 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부(40)가 성형된다.
식각 과정(S320)은 KOH, TMAH, EDP 등의 이방성 습식식각용액을 이용한 습식식각 공정인 것을 일 예로 한다.
한편, 식각단계(S300)는 식각 과정(S320) 후 식각 방지층을 제거하는 과정(S330)을 더 포함할 수 있다.
식각 방지층을 제거하는 과정(S330)은 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)을 제거할 수 있는 즉, 스퍼터링을 이용한 금속증착, 퍼니스를 이용한 산화막/질화막성장 공정 등으로 형성된 식각 방지층을 제거하는 공지의 다양한 방법으로 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
더 상세하게 도 5는 식각과정에서 습식 식각 후 식각 방지층을 제거하는 과정(S330)을 도시한 도면이고, 도 6은 건식 식각 후 식각 방지층을 제거하는 과정(S330)을 도시한 도면이다.
식각과정(S320) 후 제2식각 방지층(1d)까지 제거까지 필요한 경우 식각과정(S320)은 습식 식각인 것을 일 예로 하고, 제2식각 방지층(1d)만 제거하고 제1식각 방지층(1c)이 잔류되는 경우 즉, 제1식각 방지층(1c)의 제거가 필요 없을 경우식각과정(S320)은 건식 식각인 것을 일 예로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도이고, 도 7을 참고하면 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법은 몸체부(10), 몸체부(10)와 이격되게 위치되며 연결부(30)로 연결되어 일체로 형성되는 질량체(20), 몸체부(10)와 질량체(20) 사이에 위치되어 몸체부(10)와 질량체(20)를 연결하고 질량체(20)의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부(40)를 포함하여, 브릿지부(40)가 압축 또는 인장되어 저항변화를 발생시키는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법이고, 실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부(1a)와 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비하는 웨이퍼 준비단계(S100), 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 상부에 제2식각 방지층(1d)을 형성하는 식각 방지층 형성단계(S200), 식각 방지층 형성단계(S200) 후 제2실리콘 웨이퍼부(1b)와 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 식각하여 몸체부(10)와 질량체(20) 사이에 이격된 공간을 형성하고 몸체부(10)와 질량체(20)를 연결하는 복수의 브릿지부(40)를 형성하는 식각단계(S300); 식각단계(S300) 후 몸체부(10) 상에 전극부를 형성하는 전극 형성단계(S400)를 포함한다.
웨이퍼 준비단계(S100), 식각 방지층 형성단계(S200), 이온 도핑단계(S110), 식각단계(S300)는 상기에서 언급한 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 실시예와 동일한 바 중복 기재로 생략함을 밝혀둔다.
전극 형성단계(S400)는 브릿지형 압저항체(40)가 형성된 후 사진식각공정을 이용한 전도층 패터닝, 금속 마스크를 이용한 전도층 증착 공정 등으로 몸체부(10)에서 이온이 도핑된 부분 상에 전극부(미도시)를 형성한다.
전극부(미도시)는 외측 둘레로 이온이 도핑된 부분이 감싸지도록 몸체부(10) 상에 이온이 도핑된 부분 내에 위치되도록 형성됨을 일 예로 한다.
전극부(미도시)는 몸체부(10)의 일측에 (+)극과 (-)극을 연결할 수 있도록 한 쌍으로 위치되고, 양 측에 각각 (+)극과 (-)극을 연결할 수 있도록 한 쌍으로 위치되는 것을 일 예로 하고, 몸체부(10)의 상면과 하면 중 어느 한 측 또는 몸체부(10)의 상면과 하면에 각각 위치될 수 있으며, 이는 기설계된 브릿지형 압저항체(40)를 가지는 가속도계의 형상에 따라 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 도 8 내지 도 12를 참고하여 식각 과정(S330)에 대한 설명은 하기에서 더 자세하게 설명함을 밝혀둔다.
도 8 내지 도 11은 (100) 실리콘으로 제조된 제2실리콘 웨이퍼부(1b)와 (110) 실리콘으로 제조된 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 식각 특성을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 11의 식각 방지층(5)은 도 5 및 도 6에서 제1식각 방지층(1c)에 대응되는 구성임을 밝혀두고, 제1식각 방지층(1c)이 상부에 위치된 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 식각 특성을 상세하게 설명하기 위해 대체된 구성임을 밝혀둔다.
도 8의 (a)는 실리콘 웨이퍼(4) 상에 ㄷ자 형상의 식각 방지층(5)이 위치된 식각 전 실리콘 웨이퍼(4)를 도시한 도면이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (100) 실리콘 웨이퍼인 경우 습식 식각 후 실리콘 웨이퍼의 형상을 도시한 도면이고, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (110) 실리콘 웨이퍼인 경우 습식 식각 후 실리콘 웨이퍼(4)의 형상을 도시한 도면이다.
도 9는 식각 과정(S330)을 설명하기 위해 상면에 식각 방지층(5)이 위치된 실리콘 웨이퍼(4)의 평면도이다.
도 10의 (a)는 도 9에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (100) 실리콘 웨이퍼(4)일 때 실리콘 웨이퍼(4)의 길이 방향인 C-C' 단면도이며, 도 10의 (b)는 도 9에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (100) 실리콘 웨이퍼일 때 실리콘 웨이퍼(4)의 폭 방향인 D-D' 단면도이다.
도 11의 (a)는 도 9에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (110) 실리콘 웨이퍼일 때 실리콘 웨이퍼(4)의 길이 방향인 C-C' 단면도이며, 도 11의 (b)는 도 9에서 실리콘 웨이퍼(4)가 (110) 실리콘 웨이퍼일 때 실리콘 웨이퍼(4)의 폭 방향인 D-D' 단면도이다.
도 8의 (b) 및 내지 도 10을 참고하면 (100) 실리콘 웨이퍼는 습식 식각 시 길이 방향 및 폭 방향으로 실리콘 웨이퍼(4)와 식각 방지층(5)의 경계선에서 식각 부분의 양쪽 내측면이 경사진 형태, 즉, 경사져 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 식각 부분이 형성되도록 식각됨을 알 수 있다.
도 8의 (c) 및 내지 도 10을 참고하면 (100) 실리콘 웨이퍼는 습식 식각 시 길이 방향 및 폭 방향으로 실리콘 웨이퍼(4)와 식각 방지층(5)의 경계선에서 식각 부분의 양쪽 내측면이 경사진 형태, 즉, 경사져 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 식각 부분이 형성되도록 식각됨을 알 수 있다.
사다리꼴 또는 삼각형 형상의 식각 부분은 125°의 기울기를 가지는 것을 일 예로 하고, 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 식각 부분 사이에서 역피라미드 형상의 식각부분이 형성됨을 알 수 있다.
즉, 습식 식각 시 역피라미드 형상으로 식각이 이루어지면서 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부(40)를 형성하게 되는 것이다.
그리고, (110) 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼(4)의 폭방향에서 식각 방지층(5)의 아래 부분이 식각됨을 알 수 있다.
(110) 실리콘 웨이퍼는 도 8의 (c)를 참고하면 식각 방지층(5)의 아래부분에서 폭방향으로 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분(6)이 발생한다.
즉, (110) 실리콘 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼(4)의 폭방향에서 식각 방지층(5)의 양 측에 각각 실리콘 웨이퍼(4)의 노출 부분이 위치된 경우 양 측에서 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분(6)이 발생되면서 식각 방지층(5)의 아래 부분에서 실리콘 웨이퍼(4)가 식각되어 식각 방지층(5)을 포함하고 식각된 실리콘 웨이퍼(4)의 상면과 이격된 브릿지를 형성할 수 있게 된다.
도 12는 습식 식각 시 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 하부에서 (110) 실리콘 웨이퍼인 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 양 측에 각각 형성되는 추가 식각부분에 대한 일 예를 도시한 평면도이다.
도 5 및 도 12를 참고하면 본 발명에서 제1식각 방지층(1c)는 브릿지부(40)를 형성하도록 기설계된 브릿지부(40)의 폭을 가지며 양 측에 실리콘 웨이퍼(4) 즉, 제1실리콘 웨이퍼부(1a)가 노출되도록 위치된 브릿지 형성 식각 방지부(3)를 포함한다.
제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 노출시키는 부분은 연결부(30)의 평면 상에서 브릿지부(40)를 제외한 부분임을 확인한다.
그리고, 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 노출시키는 부분을 제외한 제1식각 방지층(1c)의 상면에는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)가 적층되어 위치된 상태임을 확인한다.
즉, 브릿지형 압저항체 패터닝 과정(S320)은 패터닝을 통해 가브릿지부를 형성할 때 제1식각 방지층(1c)을 패터닝하여 가브릿지부를 형성하는 제2실리콘 웨이퍼부(1b)의 하부를 커버하는 브릿지 형성 식각 방지부(3)를 형성하고 연결부(30)의 평면 상에서 브릿지부(40)를 제외한 부분에서 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 노출시킨다.
습식 식각 시 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 아랫부분인 제1실리콘 웨이퍼부(1a)에서 각각 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분(6)이 발생되면서 브릿지부(40)가 성형된다.
제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 양 측에서 각각 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분(6)이 발생됨으로써 측에 각각 삼각 형상의 제1실리콘 웨이퍼부(1a) 상에 위치되는 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭에 대한 설정이 중요하다.
습식 식각 시 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 하부에서 (110) 실리콘 웨이퍼인 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 양 측에 각각 형성되는 삼각형 형상의 제1추가 식각부분(6a)과 제2추가 식각부분(6b)은 도 12에서와 같이 양 측에 각각 동일한 형상의 삼각 형상으로 형성되되, 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 길이 방향에서 서로 대칭된 형태를 가지게 된다.
이에 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 하부에서 제1실리콘 웨이퍼부(1a)가 식각되어 브릿지 형성 식각 방지부(3)가 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 상면 즉, 식각되어 형성되는 연결부(30)의 상면과 이격되기 위해서는 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭(w)보다 식각되는 부분의 폭이 적어도 같거나 더 커야 한다.
즉, 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭(w)은 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭(w)을 측정하는 제1기준 직선과 나란한 제2기준 직선에서 수직 방향으로 위치되는 직선을 기준으로 한 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 일측에 위치되는 제1추가 식각부분(6a)의 폭과 제1실리콘 웨이퍼부(1a)의 타측에 위치되는 제2추가 식각부분(6b)의 폭의 합보다 작아야 한다.
제2기준 직선이 제1추가 식각부분(6a)의 위쪽 꼭짓점 또는 제2추가 식각부분(6b)의 위쪽 꼭짓점을 지날 때 제2기준 직선을 기준으로 한 제1추가 식각부분(6a)의 폭(높이)와 제2추가 식각부분(6b)의 폭(높이)을 합한 크기가 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭(w)과 적어도 같거나 커야한다.
제1추가 식각부분(6a)의 위쪽 꼭짓점과 제2추가 시각부분의 위쪽 꼭지점은 삼각형의 밑변에서 수직인 직선이 통과되는 즉, 평면 상에서 제1기준 직선과 수직하게 위치된 밑변을 기준으로 한 제1추가 식각부분(6a)의 최대 높이 또는 제2추가 시각부분의 최대 높이에 해당되는 꼭짓점임을 밝혀둔다.
이에 브릿지 형성 식각 방지부(3)의 폭(w)은 w≤t1+t2이어야 함을 알 수 잇다.
그리고, t1+t2는 하기의 수학식 1로 계산될 수 있다.
아래에 표시되는 수학식에서 평면 상에서 제1기준 직선과 수직하게 위치된 밑변의 길이 즉, 브릿지부(40)의 길이를 c, 제1추가 식각부분(6a) 또는 제2추가 식각부분(6b)이 밑변, 장변, 단변으로 이루어진 삼각형일 때 장변의 길이가 t4, 단변의 길이가 t3임을 밝혀둔다.
그리고, 아래에 표시되는 수학식에서 밑변과 장변 사이의 각도는 α , 밑변과 단변 사이의 각도가 β임을 밝혀둔다.
[수학식 1]
t1=t3×sinβ
t2=t3×cosβ×tanα
[수학식 2]
t4 = t3×sinβ/sinα
[수학식 3]
t4×cosα+ t3×cosβ = c
→t3×(sinβ/sinα)×cosα+ t3×cosβ=c
→t3×((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)=c
→t3=c/((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)
도 13은 습식 식각 전의 연결부(30)와 습식 식각 후의 연결부(30)에 대한 단면도로써, 도 13의 (a)는 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법에서 기설계된 연결부(30)에 대한 식각 전 단면도이고, 도 13의 (b)는 기설계된 연결부(30)에 대한 식각 전 단면도이다.
즉, 도 5 및 도 13을 참고하면 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법은 실리콘 결정 방향이 상이한 실리콘 웨이퍼를 교차로 접합한 적층 실리콘 웨이퍼 구조 즉, 삼각 형상의 추가 식각부분이 발생되는 (110) 실리콘 웨이퍼인 제1실리콘 웨이퍼부(1a)를 통해 제1식각 방지층(1c) 아래에서 식각이 이루어져 브릿지부(40)를 간단하게 형성할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 통기 방수 채널(50)의 일 실시예를 도시한 사시도이며, 도 15는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 통기 방수 채널(50)의 일 실시예를 도시한 정면도이다.
도 14 및 도 15를 참고하면 통기 방수 채널(50)은 길이 방향으로 형성된 통로의 상부 측에 사다리꼴 또는 삼각형의 브릿지부(40)가 길이 방향으로 이격된 형태로 형성되고 방수 센서, 방수 스피커 등과 같은 수중 전자장비 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법은 통기 방수 채널(50)에서 사다리꼴 또는 삼각형의 브릿지부(40)를 간단하게 형성될 수 있도록 하여 통기 방수 채널(50)의 제조 과정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있게 한다.
본 발명은 실리콘 결정 방향이 상이한 실리콘 웨이퍼를 교차로 접합한 적층 실리콘 웨이퍼 구조를 이용하여 브릿지형 구조물을 제조하여 브릿지형 구조물의 제작 공정을 단순화하고 제작 비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부(40)를 간단하게 제작할 수 있어 통기방수가 가능한 발수성 채널을 제조하는 데 적용하여 통기방수가 가능한 발수성 채널의 제조 과정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

Claims (24)

  1. 몸체부, 상기 몸체부와 이격되게 위치되고 연결부에 의해 일체로 형성되는 질량체, 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하고 상기 질량체의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부를 포함하는 브릿지형 구조물의 제조 방법이고,
    실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부와 제2실리콘 웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계;
    상기 제2실리콘 웨이퍼부의 상부에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계;
    상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2실리콘 웨이퍼부와 상기 제1실리콘 웨이퍼부를 식각하여 상기 몸체부와 상기 질량체 사이에 이격된 공간을 형성하고 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하는 복수의 브릿지부를 형성하는 식각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1실리콘 웨이퍼부는 (110) 실리콘 웨이퍼이고, 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 (100) 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1실리콘 웨이퍼부는 기설계된 상기 연결부의 두께보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성되고 상기 식각단계에서 식각되어 상기 브릿지형 구조물과 이격되는 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2실리콘 웨이퍼부는 기설정된 브릿지부의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2실리콘 웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 식각단계는
    상기 제2실리콘 웨이퍼부 및 상기 제2식각 방지층에서 상기 몸체부, 상기 질량체, 상기 브릿지부, 상기 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 제2실리콘 패터닝 과정; 및
    상기 제2실리콘 패터닝 과정 후 식각하여 상기 연결부 및 상기 브릿지부를 성형하는 식각과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2실리콘 패터닝 과정은 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 부분에서 상기 제1식각 방지층을 제거하고 상기 제1실리콘 웨이퍼부를 노출시키되, 원래 형태로 유지된 형태로 노출시켜 가브릿지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 식각 과정에서 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 양 측면이 경사지게 식각되고, 상기 제1실리콘 웨이퍼부는 상기 제1식각 방지층의 경계선을 기준으로 수직 방향으로 식각되되, 상기 제1식각 방지층의 아래부분도 식각되면서 상기 연결부의 상부 또는 하부 측에 상기 브릿지부와 이격된 공간이 형성되면서 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부가 성형되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 식각단계는 식각 과정 후 제1식각 방지층 또는 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 브릿지형 압저항체 패터닝 과정에서 상기 가브릿지부의 하부에는 제1식각 방지층으로 이루어져 상기 제2실리콘 웨이퍼부의 하부를 커버하는 브릿지 형성 식각 방지부가 형성되고,
    습식 식각 시 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 아랫부분인 상기 제1실리콘 웨이퍼부에서 각각 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분이 발생되면서 브릿지형 압저항체가 성형되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭은 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)을 측정하는 제1기준 직선과 나란한 제2기준 직선에서 수직 방향으로 위치되는 직선을 기준으로 한 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 일측에 위치되는 삼각형 형상의 제1추가 식각부분의 폭과 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 타측에 위치되는 삼각형 형상의 제2추가 식각부분의 폭의 합보다 작이 작은 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)은 w≤t1+t2이고,
    상기 t1과 상기 t2는 수학식 1 내지 수학식 3으로 계산되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
    [수학식 1]
    t1=t3×sinβ
    t2=t3×cosβ×tanα
    [수학식 2]
    t4 = t3×sinβ/sinα
    [수학식 3]
    t4×cosα+ t3×cosβ = c
    →t3×(sinβ/sinα)×cosα+ t3×cosβ=c
    →t3×((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)=c
    →t3=c/((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)
    (제1기준 직선과 수직하게 위치된 밑변의 길이 즉, 브릿지형 압저항체의 길이를 c, 제1추가 식각부분 또는 제2추가 식각부분이 밑변, 장변, 단변으로 이루어진 삼각형일 때 장변의 길이가 t4, 단변의 길이가 t3, 밑변과 장변 사이의 각도는 α , 밑변과 단변 사이의 각도가 β.)
  13. 몸체부, 상기 몸체부와 이격되게 위치되며 연결부로 연결되어 일체로 형성되는 질량체, 상기 몸체부와 상기 질량체의 사이에 위치되어 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하고 상기 질량체의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부를 포함하여, 상기 브릿지부가 압축 또는 인장되어 저항변화를 발생시키는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법이고,
    실리콘 결정 방향이 상이한 제1실리콘 웨이퍼부와 제2실리콘 웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계;
    상기 제2실리콘 웨이퍼부의 상부에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계;
    상기 식각 방지층 형성단계 후 제2실리콘 웨이퍼부와 제1실리콘 웨이퍼부를 식각하여 상기 몸체부와 상기 질량체 사이에 이격된 공간을 형성하고 상기 몸체부와 상기 질량체를 연결하는 복수의 브릿지부를 형성하는 식각단계; 및
    상기 식각단계 후 상기 몸체부 상에 전극부를 형성하는 전극 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1실리콘 웨이퍼부는 (110) 실리콘 웨이퍼이고, 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 (100) 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1실리콘 웨이퍼부는 기설계된 상기 연결부의 두께보다 두꺼운 두께를 가지도록 형성되고 상기 식각단계에서 식각되어 상기 브릿지부와 이격되는 연결부를 형성하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2실리콘 웨이퍼부는 기설정된 브릿지부의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2실리콘 웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 식각단계는
    상기 제2실리콘 웨이퍼부 및 상기 제2식각 방지층에서 상기 몸체부, 상기 질량체, 상기 브릿지부, 상기 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 제2실리콘 패터닝 과정; 및
    상기 제2실리콘 패터닝 과정 후 식각하여 상기 연결부 및 상기 브릿지부를 성형하는 식각과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2실리콘 패터닝 과정은 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 부분에서 상기 제1식각 방지층을 제거하고 상기 제1실리콘 웨이퍼부를 노출시키되, 원래 형태로 유지된 형태로 노출시켜 가브릿지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 식각 과정에서 상기 제2실리콘 웨이퍼부는 양 측면이 경사지게 식각되고, 상기 제1실리콘 웨이퍼부는 상기 제1식각 방지층의 경계선을 기준으로 수직 방향으로 식각되되, 상기 제1식각 방지층의 아래부분도 식각되면서 상기 연결부의 상부 또는 하부 측에 상기 브릿지부와 이격된 공간이 형성되면서 사다리꼴 또는 삼각형 형상의 브릿지부가 성형되는 것을 특징으로 하는 브릿지부의 제조 방법.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 식각단계는 식각 과정 후 제1식각 방지층 또는 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 브릿지형 압저항체 패터닝 과정에서 상기 가브릿지부의 하부에는 제1식각 방지층으로 이루어져 상기 제2실리콘 웨이퍼부의 하부를 커버하는 브릿지 형성 식각 방지부가 형성되고,
    습식 식각 시 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 아랫부분인 상기 제1실리콘 웨이퍼부에서 각각 삼각형 형상을 가지는 추가 식각 부분이 발생되면서 브릿지형 압저항체가 성형되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭은 상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)을 측정하는 제1기준 직선과 나란한 제2기준 직선에서 수직 방향으로 위치되는 직선을 기준으로 한 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 일측에 위치되는 삼각형 형상의 제1추가 식각부분의 폭과 상기 제1실리콘 웨이퍼부의 타측에 위치되는 삼각형 형상의 제2추가 식각부분의 폭의 합보다 작이 작은 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 브릿지 형성 식각 방지부의 폭(w)은 w≤t1+t2이고,
    상기 t1과 상기 t2는 수학식 1 내지 수학식 3으로 계산되는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
    [수학식 1]
    t1=t3×sinβ
    t2=t3×cosβ×tanα
    [수학식 2]
    t4 = t3×sinβ/sinα
    [수학식 3]
    t4×cosα+ t3×cosβ = c
    →t3×(sinβ/sinα)×cosα+ t3×cosβ=c
    →t3×((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)=c
    →t3=c/((sinβ/sinα)×cosα+cosβ)
    (제1기준 직선과 수직하게 위치된 밑변의 길이 즉, 브릿지형 압저항체의 길이를 c, 제1추가 식각부분 또는 제2추가 식각부분이 밑변, 장변, 단변으로 이루어진 삼각형일 때 장변의 길이가 t4, 단변의 길이가 t3, 밑변과 장변 사이의 각도는 α , 밑변과 단변 사이의 각도가 β.)
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