KR100810431B1 - Sensor for impact and its fabricating method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 충격의 감지 및 센서 자체의 경량 박형을 구현할 수 있는 충격 감지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a shock sensor and a method for manufacturing the same, which can realize the detection of a fine shock and a light weight of the sensor itself.

본 발명에 따른 충격 감지 센서는 반도체 기판 상의 소정 위치에 형성되어 있는 중심 전극;과, 상기 중심 전극 상부에 상기 중심 전극을 중심으로 하여 반구형태로 형성되어 있는 전극 지지체;와, 상기 전극 지지체 상에 형성되어 있는 유전 박막;과, 상기 유전 박막 상에 형성되어 외부의 충격을 감지하는 감지 전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, a shock sensor includes a center electrode formed at a predetermined position on a semiconductor substrate, an electrode support formed in a hemispherical shape around the center electrode on the center electrode, and on the electrode support. And a sensing electrode formed on the dielectric thin film and sensing an external impact.

감지 센서, MEMSDetection sensor, MEMS

Description

충격 감지 센서 및 그 제조방법{Sensor for impact and its fabricating method} Shock sensor and its manufacturing method {Sensor for impact and its fabricating method}             

도 1은 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 정단면도.1 is a front sectional view of a shock sensor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 사시도.2 is a perspective view of a shock sensor according to the present invention.

도 3은 본 발명의 충격 감지 센서에 충격을 가했을 때의 센서의 변형을 개념적으로 나타낸 사시도.Figure 3 is a perspective view conceptually showing the deformation of the sensor when the impact on the shock sensor of the present invention.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
4 to 7 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a shock sensor according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

101 : 반도체 기판 103 : 중심 전극101 semiconductor substrate 103 center electrode

104 : 전극 지지체 105 : 유전 박막104: electrode support 105: dielectric thin film

106 : 감지 전극
106: sensing electrode

본 발명은 충격 감지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 충격의 감지 및 센서 자체의 경량 박형을 구현할 수 있는 충격 감지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shock sensor, and more particularly, to a shock sensor and a method of manufacturing the same that can realize the detection of a fine shock and the light weight of the sensor itself.

기존의 충격 센서는 대부분 기전 복합식 충격 센서에 관한 것으로서, 스프링 또는 코일과 일정한 질량을 가지는 질량체 및 몸체로 구성되는 것이 일반적이다. 코일 또는 스프링의 단부에 부착되는 질량체는 외부의 충격 또는 소정 값 이상의 가속도가 가해지면 그 변위가 발생하게 되고, 이러한 질량체의 변위에 의하여 내부의 전극의 접촉으로 충격을 감지하게 된다.Most conventional shock sensors are related to electromechanical complex shock sensors, and are generally composed of a mass or a body having a constant mass with a spring or a coil. The mass attached to the end of the coil or spring is a displacement occurs when an external shock or acceleration of more than a predetermined value is applied, the shock is sensed by the contact of the internal electrode by the displacement of the mass.

그 외의 충격 감지 센서로서는 자장의 변화로 인한 자석의 이동상태, 구슬과 미끄럼면 사이의 변위, 전도성 물체 사이의 액체의 유동에 의한 접촉과 그로 인한 전기적 신호의 감지 등과 같은 방법으로 외부에서의 충격을 감지할 수 있도록 구성되어 있다.Other shock sensors are designed to detect external shocks, such as the magnet's movement due to magnetic field changes, displacements between beads and sliding surfaces, contact by fluid flow between conductive objects, and detection of electrical signals. It is configured to be detected.

이와 같은 종래의 충격 감지 센서의 대부분은 기계적인 요소를 사용하고 이러한 기계적인 요소의 위치 변화에 의하여 전기적 신호를 발생시키도록 하고 있다. 따라서, 대부분의 충격 센서는 기계적인 요소를 사용하고 있기 때문에 그 크기와 무게에 있어서, 일정한 한계를 가지게 된다. 또한 감지할 있는 충격량 역시 충분히 큰 값이기에 미세한 충격량의 감지가 불가능하다.
Most of these conventional shock sensors use a mechanical element and generate an electrical signal by changing the position of the mechanical element. Therefore, most shock sensors use mechanical elements and thus have a certain limit on their size and weight. In addition, the amount of impact that can be detected is also large enough, so that it is impossible to detect minute impacts.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미세 충격의 감지 및 센서 자체의 경량 박형을 구현할 수 있는 충격 감지 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a shock sensor and a method of manufacturing a shock sensor that can implement a lightweight and thin sensor itself.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충격 감지 센서는 반도체 기판 상의 소정 위치에 형성되어 있는 중심 전극;과, 상기 중심 전극 상부에 상기 중심 전극을 중심으로 하여 반구형태로 형성되어 있는 전극 지지체;와, 상기 전극 지지체 상에 형성되어 있는 유전 박막;과, 상기 유전 박막 상에 형성되어 외부의 충격을 감지하는 감지 전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The impact sensor of the present invention for achieving the above object is a center electrode formed at a predetermined position on a semiconductor substrate; and an electrode support formed in a hemispherical shape around the center electrode on the center electrode; And a dielectric thin film formed on the electrode support, and a sensing electrode formed on the dielectric thin film to sense an external impact.

바람직하게는, 상기 중심 전극 및 감지 전극은 구리, 알루미늄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the center electrode and the sensing electrode is characterized in that made of any one of copper, aluminum.

바람직하게는, 상기 전극 지지체는 초순수 또는 점도가 있는 용액 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electrode support is characterized in that it consists of any one of ultrapure water or a solution having a viscosity.

본 발명의 충격 감지 센서 제조방법은 반도체 기판 상에 소정의 개구부를 형성하고 상기 개구부 상에 도전성 물질을 채워 중심 전극을 형성하는 단계;와, 상기 중심 전극 상에 상기 중심 전극을 중심으로 한 반구 형태의 전극 지지체를 형성하는 단계;와, 상기 전극 지지체 상에 유전 박막을 형성하는 단계;와, 상기 유전 박막 상에 도전성의 감지 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a shock sensor may include forming a predetermined opening on a semiconductor substrate and filling a conductive material on the opening to form a center electrode, and a hemispherical shape centering on the center electrode on the center electrode. Forming an electrode support of the electrode support; and forming a dielectric thin film on the electrode support; and forming a conductive sensing electrode on the dielectric thin film.                     

바람직하게는, 상기 중심 전극 및 감지 전극은 구리, 알루미늄 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the center electrode and the sensing electrode is characterized in that formed of any one of copper, aluminum.

바람직하게는, 상기 전극 지지체는 초순수 또는 점도가 있는 용액 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electrode support is characterized in that it is formed of any one of ultrapure water or a solution having a viscosity.

본 발명의 특징에 따르면, 반도체 제조 기술을 이용하여 반도체 기판 상에 외부의 충격을 감지할 수 있는 중심 전극을 형성시키고 중심 전극에 인가되는 외부의 물리적 힘을 직접 접촉하는 감지 전극을 구비시킴으로써 외부의 미세한 충격에 대해 정확히 감지할 수 있을 뿐만 아니라 충격 감지 센서 자체의 경량 박형을 구현할 수 있게 된다.According to a feature of the invention, by using a semiconductor manufacturing technology to form a center electrode that can sense the external impact on the semiconductor substrate and by providing a sensing electrode that is in direct contact with the external physical force applied to the center electrode In addition to being able to accurately detect minute impacts, it is possible to realize a light weight and thinness of the shock sensor itself.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 충격 감지 센서 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a shock sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 충격 감지 센서에 충격을 가했을 때의 센서의 변형을 개념적으로 나타낸 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a shock sensor according to the present invention, Figure 2 is a perspective view of a shock sensor according to the present invention, Figure 3 conceptually shows the deformation of the sensor when the impact on the shock sensor of the present invention. Perspective view.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 충격 감지 센서는 반도체 기판(101)의 소정 위치에 개구부가 형성되어 있으며 상기 개구부에는 금속과 같은 도전 물질이 채워져 있어 중심 전극(103)을 형성한다. 1 to 3, the impact sensor according to the present invention has an opening formed at a predetermined position of the semiconductor substrate 101, and the opening is filled with a conductive material such as metal to form the center electrode 103. Form.

상기 중심 전극(103) 상에는 반구 형태의 감지 전극체가 형성되어 있는데, 구체적으로 상기 감지 전극체는 전극 지지체(104), 유전 박막(105) 및 감지 전극(106)으로 구성된다. 상기 전극 지지체(104)는 일종의 버블(bubble)로서, 상기 유전 박막(105) 및 감지 전극(106)을 지지하는 역할을 수행한다. 상기 전극 지지체(104)는 초순수 또는 점도를 갖는 용액 등으로 구성된다. 상기 유전 박막(105)은 상기 감지 전극(106)과 중심 전극(103)의 단락을 방지하는 역할을 수행한다.A hemispherical sensing electrode body is formed on the center electrode 103. Specifically, the sensing electrode body includes an electrode support 104, a dielectric thin film 105, and a sensing electrode 106. The electrode support 104 is a kind of bubble, and serves to support the dielectric thin film 105 and the sensing electrode 106. The electrode support 104 is composed of ultrapure water or a solution having a viscosity. The dielectric thin film 105 serves to prevent a short circuit between the sensing electrode 106 and the center electrode 103.

상기 감지 전극(106)은 외부로부터의 충격을 직접 접촉하는 금속 전도층으로 구성되는데 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속 물질을 사용할 수 있다.The sensing electrode 106 is composed of a metal conductive layer that directly contacts an impact from the outside, and may use a metal material such as copper (Cu) or aluminum (Al).

한편, 상기 중심 전극(103)은 도면에 도시하지 않았지만 상기 감지 전극체로부터 입력되는 외부의 기계적인 충격을 감지하여 이를 전기적 신호로 변환시킬 수 있는 소정의 감지 신호 변환 회로와 연결된다. 본 발명은 충격 감지 센서에 발명이 한정되기 때문에 상기 감지 신호 변환 회로의 세부적인 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the center electrode 103 is connected to a predetermined sensing signal converting circuit that senses an external mechanical shock input from the sensing electrode body and converts it into an electrical signal. Since the present invention is limited to the shock sensor, a detailed description of the configuration of the detection signal conversion circuit will be omitted.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 충격 감지 센서의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation principle of the shock sensor of the present invention having such a configuration as follows.

외부의 기계적인 충격이 상기 감지 전극체에 전달되면 상기 감지 전극체는 도 3에 도시한 바와 같이 그 형태가 변형된다. 이 때, 감지 전극체의 변형은 감지 전극체 내의 구성 요소인 유연성을 갖는 전극 지지체(104)가 구비됨에 따라 가능하다. 즉, 외부로부터 충격이 가해지면 감지 전극(106) 내측에 형성되어 있는 전극 지지체(104)가 그 자체의 형태를 변형시켜 외부의 물리적 힘이 마찰 없이 진행되도록 하여 감지 전극체가 움푹 파이는 형태로 된다. 이와 같이 외부의 물리적 힘이 전달되어 상기 감지 전극체의 전극 지지체(104)가 기판(101) 상에 형성되어 있는 중심 전극(103)과 접촉되면 외부의 기계적 힘 즉, 감지 신호가 충격 감지 센서에 인지되는 것이다.When an external mechanical shock is transmitted to the sensing electrode body, the sensing electrode body is deformed as shown in FIG. 3. At this time, the deformation of the sensing electrode body is possible by providing the electrode support 104 having flexibility that is a component in the sensing electrode body. That is, when an impact is applied from the outside, the electrode support 104 formed inside the sensing electrode 106 deforms its own shape so that the external physical force proceeds without friction, so that the sensing electrode body is pitted. . As such, when an external physical force is transmitted and the electrode support 104 of the sensing electrode body contacts the center electrode 103 formed on the substrate 101, an external mechanical force, that is, a detection signal is transmitted to the shock sensor. It is recognized.

전술한 바와 같이 상기 중심 전극(103)과 전극 지지체(104)가 접촉함에 따라 입력된 감지 신호는 소정의 감지 신호 변환 회로에 의해 감지 신호를 인식하고 해당 감지 신호의 물리적 힘의 크기를 변환하게 된다.As described above, when the center electrode 103 and the electrode support 104 contact each other, the input sensing signal recognizes the sensing signal by a predetermined sensing signal converting circuit and converts the magnitude of the physical force of the sensing signal. .

도 4 내지 도 7은 본 발명의 충격 감지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 먼저, 본 발명의 충격 감지 센서는 기본적으로 반도체 공정 기술을 이용함을 밝혀 둔다. 4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the shock sensor of the present invention. First, it is found that the shock sensor of the present invention basically uses semiconductor process technology.

도 4에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(101) 전면 상에 포토 레지스트와 같은 감광막(도시하지 않음)을 도포한다. 이어, 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 도 5의 중심 전극(103)이 형성될 위치에 상응하는 감광막을 제거한다. 상기 패터닝된 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 반도체 기판(101)을 RIE(Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각 또는 에칭액을 이용하는 습식 식각을 이용하여 제거함으로써 소정의 개구부(102)를 형성한다.As shown in FIG. 4, a photosensitive film (not shown) such as a photoresist is applied onto the entire surface of the semiconductor substrate 101 such as a silicon wafer. Subsequently, the photoresist is selectively patterned to remove the photoresist corresponding to the position where the center electrode 103 of FIG. 5 is to be formed. Using the patterned photoresist pattern as a mask, the openings 102 are formed by removing the semiconductor substrate 101 using dry etching such as reactive ion etching (RIE) or wet etching using an etching solution.

도 5를 참조하면, 상기와 같이 반도체 기판(101)의 소정 위치에 개구부(102)를 형성한 상태에서 상기 기판(101) 전면에 상기 개구부(102)가 충분히 채워지도록 도전성 물질을 적층시킨다. 이 때 도전성 물질의 적층은 스퍼터링(sputtering) 또는 물리적 기상 증착법 등을 이용한다. 또한, 상기 도전성 물질은 구리, 알루미늄 등을 이용할 수 있다. 이와 같은 상태에서 상기 반도체 기판(101)이 드러나도록 상기 적층되어 있는 도전성 물질을 평탄화하여 중심 전극(103)을 형성한다. 여기서, 상기 평탄화는 일반적인 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용한다. 이어, 상기 중심 전극(103)이 상기 반도체 기판(101)보다 더 낮은 위치에 형성되도록 상기 중심 전극(103)을 소정 두께 식각하여 오목하게 형성한다.Referring to FIG. 5, in the state where the opening 102 is formed at a predetermined position of the semiconductor substrate 101 as described above, a conductive material is stacked to sufficiently fill the opening 102 over the entire surface of the substrate 101. At this time, the conductive material is laminated using sputtering or physical vapor deposition. The conductive material may be copper, aluminum, or the like. In this state, the stacked conductive materials are planarized to expose the semiconductor substrate 101 to form a center electrode 103. Here, the planarization uses a general chemical mechanical polishing process. Subsequently, the center electrode 103 is etched by a predetermined thickness so that the center electrode 103 is formed at a lower position than the semiconductor substrate 101, and is formed concave.

도 6을 참조하면, 중심 전극(103)이 형성된 반도체 기판(101) 상에 상기 중심 전극(103) 상부에 중심 전극(103)을 중심으로 한 반구 형태의 전극 지지체(104)를 형성시킨다. 상기 전극 지지체(104)의 형성은 소정의 미세 분사 노즐 등을 이용하여 초순수 또는 점도가 있는 용액 등을 워터 마크 형상으로 상기 중심 전극(103) 상에 떨어뜨린다. 이 때, 상기 중심 전극(103)의 형상이 기판(101)에 비해 오목한 형상을 갖기 때문에 상기 워터 마크가 표면 장력을 갖게 된다. 이후, 소정의 열처리를 통해 상기 워터 마크가 팽창되도록 하여 중심 전극(103)을 중심으로 하여 반구 형상을 갖도록 한다.Referring to FIG. 6, a hemispherical electrode support 104 centered on the center electrode 103 is formed on the center electrode 103 on the semiconductor substrate 101 on which the center electrode 103 is formed. The electrode support 104 is formed by dropping an ultrapure water or a solution having a viscosity or the like on the center electrode 103 in the form of a watermark using a predetermined fine spray nozzle or the like. At this time, since the shape of the center electrode 103 is concave than that of the substrate 101, the watermark has surface tension. Thereafter, the watermark is expanded through a predetermined heat treatment to have a hemispherical shape around the center electrode 103.

도 7을 참조하면, 상기 전극 지지체(104) 상에 화학기상증착법 등을 통해 유전 박막(105)을 형성시킨다. 이 때, 화학기상증착 공정시 수반되는 온도, 압력의 영향에 의해 상기 전극 지지체(104) 내부에서 팽창되는 압력과 외부의 유전 박막(105)층의 하중이 거의 동일하도록 유지한다. 이어, 상기 유전 박막(105)을 포함한 기판(101) 전면에 스퍼터링 또는 물리적 기상 증착 등의 방법을 통해 소정 두께의 금속층을 형성한 다음, 선택적으로 패터닝하여 감지 전극(106)을 형성하면 본 발명에 따른 충격 감지 센서의 제조 공정은 완료된다.
Referring to FIG. 7, the dielectric thin film 105 is formed on the electrode support 104 through chemical vapor deposition. At this time, the pressure expanded inside the electrode support 104 and the load of the external dielectric thin film 105 layer are maintained to be substantially the same due to the influence of temperature and pressure accompanying the chemical vapor deposition process. Subsequently, a metal layer having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the substrate 101 including the dielectric thin film 105 by sputtering or physical vapor deposition, and then selectively patterned to form the sensing electrode 106. The manufacturing process of the shock sensor according to this is completed.

상술한 바와 같은 본 발명의 충격 감지 센서 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The shock sensor and the method of manufacturing the present invention as described above has the following effects.

반도체 제조 기술을 이용하여 반도체 기판(101) 상에 외부의 충격을 감지할 수 있는 중심 전극(103)을 형성시키고 중심 전극(103)에 인가되는 외부의 물리적 힘을 직접 접촉하는 감지 전극(106)을 구비시킴으로써 외부의 미세한 충격에 대해 정확히 감지할 수 있을 뿐만 아니라 충격 감지 센서 자체의 경량 박형을 구현할 수 있게 된다.

The sensing electrode 106 is formed on the semiconductor substrate 101 by using a semiconductor manufacturing technology to form a center electrode 103 capable of sensing an external impact and directly contact an external physical force applied to the center electrode 103. By providing a precise not only can detect the external fine impact, but also to implement a lightweight thin of the shock sensor itself.

Claims (6)

반도체 기판 상의 소정 위치에 형성되어 있는 중심 전극;A center electrode formed at a predetermined position on the semiconductor substrate; 상기 중심 전극 상부에 상기 중심 전극을 중심으로 하여 반구형태로 형성되어 있는 전극 지지체;An electrode support formed on the center electrode in a hemispherical shape centering on the center electrode; 상기 전극 지지체 상에 형성되어 있는 유전 박막;A dielectric thin film formed on the electrode support; 상기 유전 박막 상에 형성되어 외부의 충격을 감지하는 감지 전극;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서.And a sensing electrode formed on the dielectric thin film to sense an external shock. 제 1 항에 있어서, 상기 중심 전극 및 감지 전극은 구리, 알루미늄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서.The shock sensor of claim 1, wherein the center electrode and the sensing electrode are made of any one of copper and aluminum. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 지지체는 초순수 또는 점도가 있는 용액 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서.The shock sensor of claim 1, wherein the electrode support is made of either ultrapure water or a solution having a viscosity. 반도체 기판 상에 소정의 개구부를 형성하고 상기 개구부 상에 도전성 물질을 채워 중심 전극을 형성하는 단계;Forming a predetermined opening on the semiconductor substrate and filling the conductive material on the opening to form a center electrode; 상기 중심 전극 상에 상기 중심 전극을 중심으로 한 반구 형태의 전극 지지체를 형성하는 단계;Forming a hemispherical electrode support centering the center electrode on the center electrode; 상기 전극 지지체 상에 유전 박막을 형성하는 단계;Forming a dielectric thin film on the electrode support; 상기 유전 박막 상에 도전성의 감지 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서 제조방법.And forming a conductive sensing electrode on the dielectric thin film. 제 4 항에 있어서, 상기 중심 전극 및 감지 전극은 구리, 알루미늄 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서 제조방법.The method of claim 4, wherein the center electrode and the sensing electrode are formed of any one of copper and aluminum. 제 4 항에 있어서, 상기 전극 지지체는 초순수 또는 점도가 있는 용액 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 충격 감지 센서 제조방법.The method of claim 4, wherein the electrode support is formed of any one of ultrapure water or a solution having a viscosity.
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