KR101115968B1 - 용량형 역학량 센서와 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

사이즈가 작고, 신뢰성 및 양산성이 높은 용량형 역학량 센서가 제공된다. 하부 전극에서 상부 전극으로의 신호 전송을 실현하기 위하여, 서로 전기적으로 절연되나, 서로 기계적으로는 분리되지 않는 실리콘 칼럼이 형성되어 양쪽 전극을 접속한다.

Description

용량형 역학량 센서와 반도체 장치{CAPACITIVE DYNAMIC QUANTITY SENSOR AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 용량형 역학량 센서를 도시하는 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 센서의 하부 글래스판을 도시하는 측단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 센서의 상부 글래스판을 도시하는 측단면도이다.
도 4a는 도 1에 도시한 센서의 실리콘판을 도시하는 평면도이고, 도 4b는 도 1에 도시한 센서의 실리콘판을 도시하는 측단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 센서의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 용량형 역학량 센서를 도시하는 측단면도이다.
도 7a는 도 6에 도시한 센서의 실리콘판을 도시하는 평면도이고, 도 7b는 도 6에 도시한 센서의 실리콘판을 도시하는 측단면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 센서의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 용량형 역학량 센서를 도시하는 측단면도이다.
도 10a는 도 9에 도시한 센서에서 실리콘판을 도시하는 평면도이고, 도 10b 는 도 9에 도시한 센서에서 실리콘판을 도시하는 측단면도이다.
도 11은 도 9에 도시한 센서의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예 4에 따른 용량형 역학량 센서의 실리콘판을 도시하는 평면도이고, 도 12b는 본 발명의 실시예 4에 따른 용량형 역학량 센서의 실리콘판을 도시하는 측단면도이다.
도 13은 도 12에 도시한 센서의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체회로부를 도시하는 측단면도이다.
도 15는 도 14에 도시한 반도체 회로부의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 반도체 회로부를 도시하는 측단면도이다.
도 17은 도 16에 도시한 반도체 회로부의 실리콘 칼럼을 도시하는 측면도이다.
도 18은 종래 용량형 역학량 센서를 도시하는 측면도이다.
본 발명은 자동차 등의 각속도 및 가속도를 검출하는 용량형 역학량 센서와, 목표물의 영상을 비디오 신호로 변환하는 반도체 장치에 관한 것이다.
도 18은 종래의 용량형 역학량 센서를 도시한다. 가속도용 용량형 역학량 센서(507)는 하부 글래스판(501), 실리콘판(502), 및 상부 글래스판(503)이 적층되어 구성된다. 실리콘판(502)은 자체에 가해지는 가속도로 인해 변위되는 추(weight)(521)와, 센서의 크기를 감소시키고, 하부 글래스판(501)상에 제공되는 용량 검출 전극(511)과 상부 글래스판(502)의 외부에 제공되는 전극(535)을 전기 접속시키는데, 필요한 칼럼(column)(522)을 갖는다. 상부 글래스판(503)은 용량의 변화로서의 가속도로 인한 추(521)의 변위를 검출하기 위한 전극(531)을 갖는다. 하부 글래스판(501)은 용량의 변화로서의 가속도로 인한 추(521)의 변위를 검출하기 위한 전극(511)을 갖는다. 실리콘판(502)에 위치하는 칼럼(522)은 레이저 처리나 에칭에 의해 형성되고, 일반적으로 추와 분리되어 있다(예컨대, 1994년 마사요시 에사시의 "Micromachining and Micromachine", Institute of Electrical Engineers of Japan, Volume 114-A, Number 7/8 참조).
그러나, 칼럼이 형성될 때, 칼럼이 유리 기판에 애노드 본딩 등에 의해 일시적으로 고정된 후에, 에칭 등에 의해 칼럼을 다른 부재와 분리시키는 것이 필요하다. 결과적으로, 글래스판 상에 패터닝된 전극의 표면은, 의도하지 않은 에칭 프로세스가 또한 행해지므로, 양산성 및 신뢰성의 향상에 대하여 문제점이 발생한다.
칼럼이 애노드 본딩에 의해 글래스판 등에 고정되지 않은 경우에도, 칼럼이 다른 부재로부터 기계적으로 분리될 때, 본체부와 칼럼은 서로 전기적으로 접속될 수 없다. 글래스판의 양 표면상에 장치들이 형성될 때, 하나의 표면 상에 형성된 장치로부터 전기 신호가 유도될 수 없다. 따라서, 양 표면 상에 형성된 장치로부 터 전기 신호를 유도할 수 있는 구조를 실장하는 것이 필요하며, 그에 따라 제조 비용이 증가한다.
본 발명은 상술한 환경을 고려하여 이루어졌다. 이하의 설명은 용량형 역학량 센서의 양산성 및 신뢰성을 향상시켜 전체 센서의 크기를 감소시키는 수단; 및 반도체 기판의 양 표면 상에 장치들이 형성될 때 하나의 표면 상에 형성된 장치로부터 전기 신호가 유도되게 하여 장치의 크기 및 그 제조 비용을 감소시키는 수단에 대하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 아래의 구성을 갖는 센서가 제공된다.
즉, 반도체내에 칼럼이 형성되어, 제1 절연체 상의 전극이 제2 절연체 상의 전극과 전기 접속되고, 칼럼의 상부가 기계적인 분리없이 전기 절연된다.
또한, 칼럼이 형성되는 반도체에 포함되는 제1 불순물은 N형이고, 칼럼의 상부의 일부에 형성되는 제2 불순물은 P형이다.
또, 각 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되고, 상부 도전부 및 하부 도전부는 기계적인 분리를 위해 형성되는 제1 슬릿 및 제2 슬릿을 각각 포함하며, 중간 절연부는 기계적인 분리 없이 전기 절연된다.
또한, 전극 패턴이 형성되는 제1 절연체; 및 촬상 소자가 형성되는 제1 반도체와, 전기 회로 소자가 형성되는 제2 반도체와, 제1 반도체와 제2 반도체 사이에 삽입되는 절연체를 포함하는 기판을 포함하는 반도체 전기 회로부에서, 제1 절연체 와 기판은 적층되고, 반도체 전기 회로부는 촬상 소자로부터의 신호 및 전기 회로 소자로부터의 신호에 기초하여 화상 처리를 실행하며, 제1 반도체와 제2 반도체의 각각에 칼럼이 형성되어, 제1 반도체의 전극은 제2 반도체의 전극과 전기 접속되고, 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부 및 하부 도전부로 구성되며, 칼럼의 하부는 기계적인 분리없이 전기 절연된다.
또한, 제1 전기 회로 소자가 형성되는 제1 반도체, 제2 전기 회로 소자가 형성되는 제2 반도체, 및 제1 반도체 소자와 제2 반도체 소자 사이에 삽입되는 절연체를 포함하는 기판을 포함하는 반도체 전기 회로부에서, 반도체 전기 회로부는 제1 전기 회로 소자로부터의 신호 및 제2 전기 회로 소자로부터의 신호에 기초하여 동작하고, 제1 반도체와 제2 반도체의 각각에 칼럼이 형성되어, 제1 반도체의 전극이 제2 반도체의 전극과 전기 접속되며, 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부 및 하부 도전부로 구성되고, 칼럼의 상부는 기계적인 분리없이 전기 절연된다.
본 발명에 따르면, 용량형 역학량 센서는 각각의 전극으로부터 신호를 전송하기 위한 실리콘 칼럼이 각각의 칼럼의 상부, 중간부, 또는 상부와 중간부의 양자 모두의 기계적인 분리없이 서로 전기 절연되는 구성을 갖는다. 따라서, 애노드 본딩 후에 칼럼 분리를 위한 에칭을 실행할 필요가 없다. 그러므로, 예를 들어, 하부 전극 패턴으로의 의도하지 않은 에칭 프로세스가 불필요하기 때문에, 센서의 크기가 신뢰성 및 양산성의 감소없이 감소될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 전기 회로부는, 각 전극으로부터의 신호의 전송을 위한 실리콘 칼럼이 각 칼럼의 하부 및 중간부의 기계적 분리없이 서로 전기적으로 절연되는 구성을 가진다. 따라서, 애노드 본딩후 칼럼 분리를 위한 에칭을 수행할 필요가 없다. 따라서, 예컨대, 절연체 상의 전극 패턴으로의 의도하지 않는 에칭 처리가 불필요하여, 반도체 전기 회로의 영역의 감소 및 그 실장 간이화가 신뢰성 및 양산성의 감소없이 실현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 전기 회로부는, 각 전극으로부터의 신호 전송을 위한 실리콘 칼럼이 각 칼럼의 상부 및 중간부의 기계적 분리없이 서로 전기적으로 절연되는 구성을 가진다. 어떠한 칼럼도 다른 부재와 기계적으로 분리되어 있지 않다. 따라서, 전기 회로가 반도체 장치의 각 표면 상에 형성되면, 모든 전기 신호가 그 일 측으로부터 유도될 수 있다. 그 결과, 반도체 칩의 영역의 감소 및 그 실장 간이화가 신뢰성 및 양산성을 감소하지 않고 실현될 수 있다.
(실시예의 상세한 설명)
본 발명의 최적 모드 1에 따른 기본 구성을 설명한다. 용량형 역학량 센서는 기판으로서 기능하는 하부 글래스판, 실리콘판, 및 상부 글래스판으로 구성되어 있다. 실리콘판은 역학량에 의해 변위되는 추(weight)와 실리콘 칼럼을 갖고, 이들 각각은 하부 글래스판에 위치하는 전극을 상부 글래스판 외측에 위치하는 전극에 전기적으로 접속하는데 사용된다. 구멍을 갖는 절연층은 각각의 실리콘 칼럼의 상부에 위치되고 절연막이 그 위에 위치되어, 전기적 신호가 다른 칼럼으로 누설하는 것을 방지하므로, 각각의 실리콘 칼럼의 상하부 사이에 전기적 도전이 이루어질 수 있다.
다음에, 본 발명의 최적 모드 2에 따른 기본 구성을 설명한다. 기본 구성은 최적 모드 1과 거의 동일하지만 다른 점에 관해서만 설명한다. 본 발명의 최적 모드 2에서, 실리콘 칼럼의 상부의 일부는 실리콘판에 도핑된 불순물과는 상이한 불술물로 도핑되어, 내부에 공핍층을 생성한다. 그 결과, 전기적 신호가 다른 칼럼으로 누설하는 것을 방지하므로, 실리콘 칼럼의 상하부 사이에 전기적 도전이 이루어질 수 있다.
다음에, 본 발명의 최적 모드 3에 따른 기본 구성을 설명한다. 기본 구성은 최적 모드 1과 거의 동일하지만 다른 점에 관해서만 설명한다. 본 발명의 최적 모드 3에서, 실리콘 칼럼의 상부의 일부에 슬릿(slit)이 형성되어 있다. 전기적 신호가 다른 칼럼으로 누설하는 것을 방지하므로, 실리콘 칼럼의 상하부 사이에 전기적 도전이 이루어질 수 있다.
기본적인 제조 방법에 따르면, 먼저, 실리콘판을 준비하고 건식 에칭에 의해 하측부터 수직으로 처리되어 추와 실리콘 칼럼을 형성한다. 다음에, 칼럼의 상측 사이에 전기적 절연을 이루는 처리와 추의 상측을 형성하는 처리가 실행된다. 그 후, 하부 글래스판을 준비하고 실리콘판이 이에 본딩(bonding)된다. 그 후, 상부 글래스판이 실리콘판에 본딩된다.
본 발명의 제4 최적 모드에 따른 기본적 구조가 설명된다. 반도체 전기 회로부는 글래스로 제조된 절연체, 촬상 소자가 위치되는 상부 반도체, 전기적 회로가 위치되는 하부 반도체, 상기 상부 반도체와 상기 하부 반도체 사이에 끼워지도록 위치되는 절연체, 및 상부 반도체 상에 위치되는 전극을 하부 반도체 상에 위치되는 전극과 전기적으로 접속시키기 위한 실리콘 칼럼을 포함한다. 구멍을 갖는 절연층은 실리콘 칼럼의 하부에 위치되고, 전기적 신호가 제2 반도체로 누설되는 것을 방지하도록 도전막이 그 위에 위치되어, 실리콘 칼럼의 상부와 하부 사이에 도전성을 가지도록 한다.
기본적 제조 방법에 따르면, 먼저, 실리콘판이 마련되고, 촬상 소자부와 실리콘 칼럼을 형성하기 위하여 건식 에칭에 의해 상부측으로부터 수직으로 처리되어, 촬상 소자와 회로를 생성한다. 그 이후, 칼럼의 하부측 상에 전기적 절연성을 형성하기 위한 처리 및 하부 반도체내에 회로 소자를 생성하기 위한 처리가 수행된다. 다음으로, 상부 글래스판이 마련되고 실리콘판이 여기에 본딩된다.
본 발명의 최적 모드 5에 따른 기본적 구조가 설명된다. 반도체 전기 회로부는 전기 회로가 위치되는 상부 반도체, 전기적 회로가 위치되는 하부 반도체, 상기 상부 반도체와 상기 하부 반도체 사이에 끼워지도록 위치되는 절연체, 및 상부 반도체 상에 위치되는 전극을 하부 반도체 상에 위치되는 전극과 전기적으로 접속시키기 위한 실리콘 칼럼을 포함한다. 구멍부를 갖는 절연층은 실리콘 칼럼의 상부에 위치되고 도전막은 그 위에 위치되어 전기적 신호가 제1 반도체로 누설되는 것을 방지하여, 도전성이 실리콘 칼럼의 상부와 하부 사이에 생기도록 한다.
기본적 제조 방법에 따르면, 먼저, 실리콘판이 마련되고, 건식 에칭에 의해 하부측으로부터 수직으로 처리되어 전기 회로부 및 실리콘 칼럼을 형성하여, 하부 반도체내에 회로 소자를 생성한다. 그 이후, 칼럼의 상부측 상에 절연성을 형성하기 위한 처리 및 상부 반도체 내에 회로 소자를 생성하기 위한 처리가 수행된다. 다음으로, 반도체 전기 회로부가 절연체 기판 상에 탑재되고, 땜납 범프(solder bumps) 등을 이용함에 의해 실리콘 칼럼의 하부 및 하부 반도체의 전극과 접속될 전극 패턴이 제공된다.
(제1 실시예)
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량형 역학량 센서가 도 1 내지 도 5를 참조로 설명된다. 도 1은 제3 실시예에 따른 용량형 역학량 센서를 도시하는 측면 단면도이다.
용량성 동적 량센서(7a)는 하부 글래스판(1), 실리콘판(2a), 및 상부 글래스판(3)이 적층되는 구조를 갖는다. 하부 글래스판(1)는 용량 검출 전극(11)을 갖는다. 실리콘판(2a)는, 인가된 가속으로 인해 변위되는 추(weight; 21) 및 하부 전극(용량 검출 전극)(11)과 상부 전극(34)을 접속하기 위한 실리콘 칼럼(221)을 갖는다.
도 2는 하부 글래스판을 도시하는 측면 투시도이다. 하부 글래스판(1)은 주로 SiO2로 제조되고 실리콘판(2a)의 것과 동일한 열팽창 계수를 갖는다. 하부 글래스판(1)의 두께는 약 100㎛ 또는 그 이상이다.
각각이 약 1㎛ 또는 그 이하의 두께를 가지며 Al 등으로 제조되는 용량 검출 전극(11)이 스퍼터링 등에 의해 실리콘판(2a)과의 접합면 상에 형성된다. 전극(11)은 스루 홀(12a)을 통해 외부 전극(14)과 접속되고, 하부 글래스판(1)의 후면으로부터 스루 홀(12b)을 통해 그 상부 표면으로 인도되어 실리콘 칼럼(221)의 하부(22b)와 접속된다.
도 3은 상부 글래스판(3)을 도시하는 측면 단면도이다. 하부 글래스판(1)의 경우와 같이, 상부 글래스판(3)은 주로 SiO2로 제조되고, 실리콘판(2a)의 것과 동일한 열팽창 계수를 갖는다. 상부 글래스판(3)의 두께는 약 100㎛ 또는 그 이상이다.
각각이 약 1㎛ 또는 그 이하의 두께를 가지며 Al 등으로 제조되는 용량 검출 전극(31)이 수 ㎛만큼 실리콘판(2a)와의 접합면으로부터 오목한 위치에 위치된다. 용량 검출 전극(31)은 Al을 이용하는 스퍼터링에 의해 형성되며 스루 홀(32a)을 통해 상부 글래스판(3)의 외부 표면에 접합된 N형 실리콘층(상부 전극)(34)과 접속한다. 실리콘판(2a)내에 형성되는 실리콘 칼럼(221) 각각의 전위를 끌어내기 위한 전극(33a) 및 실리콘판(2a)내에 형성되는 추(21)의 전위를 끌어내기 위한 전극(33c; 도시 없음)이 실리콘판(2a)와의 접합면 상에 제공된다. 전극(33a)이 스루 홀(32b)을 통해 상부 글래스판(3)의 외부 표면에 접합하는 N형 실리콘층(34)과 접속된다. 전극(33c)은 스루 홀(32d)(도시 없음)을 통해 N형 실리콘층(34)과 접속된다. Al층이 스퍼터링에 의해 N형 실리콘층(34)의 외부 표면 상의 전극 패드(35)로서 형성된다. 이 센서는 와이어 본딩 등에 의해 Al로 제조된 전극 패드(35)를 통해 외부 기판 상에 실장된다.
도 4a는 실리콘판(2a)을 도시하는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 선 C-C'을 따라 절단한 실리콘판(2a)을 도시하는 측면 단면도이다. 추(21)를 형성하고 실리콘 칼럼(221)을 처리하기 위하여, 실리콘판 내에 절연층(28)을 포함하는 SOI 기판이 실리콘판(2a)으로서 이용된다. 외부로부터 인가된 가속으로 인해 변위된 추(21)가 에칭에 의해 실리콘판(2a)의 중심부 주위에 형성된다.
상술한 것처럼, SOI 기판이 실리콘판(2a)으로서 이용된다. 절연층(28)이 추(21)의 중간부 내에 형성되어 이를 통해 상부 및 하부 실리콘층(21a 및 21b)을 서로 절연한다. 추(21)의 상부 및 하부 실리콘층에 대해 동일한 전위를 제공하기 위하여, 계단형 오목부(stepped recess)가 형성되어 절연층(28)을 통해 하부 실리콘층(21b)에 도달한다. Al로 제조된 전극(26a)이 스퍼터링에 의해 계단형 오목부 내에 형성되어 실리콘층(21a 및 21b) 서로를 전기적으로 접속시킨다.
추(21)는 전극(26b)에 의해 상부 글래스판(3)의 전극(33c)을 통해 외부 단자(전극 패드; 35)와 전기적으로 접속되어, 외부 제어가 가능해진다.
추(21)를 형성하기 위한 에칭 처리 동안, 실리콘 칼럼의 하부(22b)가 에칭된다. 결과적으로, 실리콘 칼럼의 하부(22b)는 각자로부터 전기적 및 기계적으로 분리된다. 도 5에 도시된 것처럼, 절연체(22c) 및 도전체(22d)는 상부(22a)의 일부를 미리 에칭함에 의해 실리콘 칼럼 각자의 상부(22a)내에 위치된다. 결과적으로, 각 칼럼의 상부는 기계적 분리없이 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 각각의 실리콘 칼럼(221)을 통해 상부 및 하부 글래스판 내에 형성된 전극들 사이에 도전성을 가지게 하는 것이 가능하다.
실리콘판(2a)의 다른 구성요소들은 추(21)를 지지하는 빔부(23)와 하부 글래스판(1)을 상부 글래스판(3)에 애노드 본딩하는 부분들이다.
용량형 역학량(가속도) 센서(7a)를 제조하는 기본적인 방법에 관해, 하부 글래스판(1)과 실리콘판(2a)이 임의의 위치에 위치된 후 서로 본딩된다. 대략 300℃의 대기 온도에서 대략 400V의 전압이 하부 글래스판(1)와 실리콘판(2a) 사이로 인가되는 애노드 본딩이 사용된다.
그 후, 상부 글래스판(3)과 하부 글래스판(1)에 본딩된 실리콘판(2a)이 임의의 위치에 위치된 후 센서를 제조하기 위해서 애노드 본딩이 수행된다.
(실시예 2)
실시예 2에서, 공핍층은 다른 불순물을 사용하여 형성되어, 그 상부에서 각 칼럼을 서로 절연시킨다. 이하에서는, 실시예 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면참조부호가 제공되고 그 설명이 생략된다. 실시예 1과 다른 점들은 도 6 내지 도 8을 참조로 주로 설명될 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 용량형 역학량 센서(7b)를 도시하는 측면 단면도이다.
용량형 역학량 센서(7b)는 하부 글래스판(1), 실리콘판(2b) 및 상부 글래스판(3)이 적층된 구조를 가진다. 하부 글래스판(1)은 용량 검출 전극(11)을 가진다. 실리콘판(2b)은, 인가되는 가속도에 따라 변위되는 추(21)와 하부 전극(용량 검출 전극)(11)을 상부 전극(34)에 접속하기 위한 실리콘 칼럼(222)을 가진다. 상부 글래스판(3)은 용량 검출 전극(31)을 가진다.
대략 1㎛ 이하의 두께를 가지며 알루미늄(Al) 등으로 제조된 용량 검출 전극(31)은, 상부 글래스판(3)의 실리콘판(2a)과의 본딩면으로부터 수 ㎛ 오목한 위치에 위치된다. 용량 검출 전극(31)은 알루미늄(Al)을 사용하는 스퍼터링에 의해 형성되고 스루홀(32a)을 통해 상부 글래스판(3)의 외표면에 본딩된 N형 실리콘층(상부 전극)(34)에 접속된다. 실리콘판(2b)에 형성된 각 실리콘 칼럼(222)의 전위를 인도하기 위한 전극(33a), 각 칼럼(222)의 상부(22a)의 일부에 형성된 다른 불순물층(29)의 전위를 인도하기 위한 전극(33b)(미도시) 및, 실리콘판(2b)에 형성된 추(21)의 전위를 인도하는 전극(33c)(미도시)이 실리콘판(2b)과의 본딩 표면에 마련된다. 전극(33a)은 스루 홀(32b)을 통해 상부 글래스판(3)의 외표면에 본딩된 N형 실리콘층(34)에 접속된다. 전극(33b)은 스루 홀(32c)(미도시)을 통해 N형 실리콘층(34)에 접속된다. 전극(33c)은 스루 홀(32d)(미도시)을 통해 N형 실리콘층(34)에 접속된다. 스퍼터링에 의해 N형 실리콘층(34)의 외표면에 전극 패드(35)로서 알루미늄(Al)층이 형성된다. 이 센서는 와이어 본딩 등에 의해 알루미늄(Al)으로 만들어진 전극 패드(35)를 통해 외부 기판에 실장된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 다른 타입(N형)의 불순물층(29)이 실리콘 칼럼(222)의 상부(22a)의 일부에 형성된다. 다른 타입(N형)의 불순물층(29)의 전위는 전극(26c)을 통해 이 센서에 인가가능한 최대 전압값 이상의 전압으로 설정되고, 역방향 바이어스는 실리콘 칼럼(222)의 반도체 PN 접합에 일정하게 인가되어, 공핍층(29a)을 사용한 전기적인 절연이 실현된다. 따라서, 각 칼럼(222)의 상부(22a)가 기계적인 분리없이 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 각 실리콘 칼럼(222)의 상부 및 하부에 동일한 전위를 제공하기 위해서, 계단형 오목부가 절연층(28)을 통해 하부 실리콘층(22b)에 도달하도록 형성된다. 스퍼터링에 의해 알루미늄(Al)으로 만들어진 전극(22d)이 계단형 오목부에 형성되어 실리콘층(상부와 하부)(22a, 22b)을 서로 전기적으로 접속한다. 따라서, 하부 글래스 전극과 상부 글래스 전극은 실리콘 칼럼(222)을 통해 서로 전기적으로 접속될 수 있다.
N형 불순물이 도핑된 상부 실리콘(Si)층(24)과 N형 불순물이 도핑된 하부 실리콘층(27)을 가지는 SOI 기판이 실리콘판(2b)으로 사용될 수 있다. 여기서, 다른 타입의 불순물인 P형 불순물이 실리콘 칼럼(222)의 상부(22a)의 일부를 위해 사용되고, P형 불순물을 포함하는 부분의 전위는 전극(26c)을 통해 이 센서에 인가 가능한 최소 전압값 이하의 전압으로 설정된다고 가정한다. 이 경우에, 역방향 바이어스가 실리콘 칼럼의 헤테로-반도체 접합에 일정하게 인가되어, 공핍층(29a)을 사용하는 전기적인 절연이 실현된다. 따라서, 각 칼럼(222)의 상부(22a)는 기계적인 분리없이 서로 전기적으로 절연될 수 있고, 그것에 의해 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
실시예 3에서, 칼럼의 각 상부에 슬릿을 형성하여 칼럼을 서로 절연시킨다. 이하에서는, 실시예 2와 동일한 부분에 대해서 동일한 도면참조부호가 제공되고, 그 설명이 생략된다. 실시예 2와 다른 점들이 도 9 내지 도 11을 참조로 주로 설명될 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 용량형 역학량 센서(7c)를 도시하는 측면 단면도이다.
용량형 역학량 센서(7c)는 하부 글래스판(1), 실리콘판(2c) 및 상부 글래스판(3)이 적층된 구조를 가진다. 상기 하부 글래스판(1)은 용량 검출 전극(11)을 가진다. 실리콘판(2c)은, 인가되는 가속도에 따라 변위되는 추(21)와 하부 전극(용량 검출 전극)(11)을 상부 전극(34)에 접속하기 위한 실리콘 칼럼(223)을 가진 다. 상부 글래스판(3)은 용량 검출 전극(31)을 가진다.
이 실시예에서, 슬릿(22e)을 제공하기 위해서 에칭이 수행되고, 그 각각은 칼럼의 상부(22a)를 다른 칼럼의 상부로부터 분리하기 위해서 사용된다. 그 결과로서, 각 칼럼의 중간부에 형성된 절연층(28)의 기계적인 분리없이 각 칼럼이 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 각 실리콘 칼럼을 통해 상부와 하부 글래스판에 형성된 전극 사이에 전기적인 도전이 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 반도체 기판의 기계적인 강도를 고려하여, 칼럼의 하부(22b)의 슬릿(22f) 위치로부터 칼럼의 상부의 슬릿(22e) 위치를 이동시키도록 에칭이 수행된다. 실리콘 칼럼(223)과 실리콘판(2c)의 기계적인 강도를 향상시키는 것이 가능하다.
(실시예 4)
실시예 4에서, 칼럼을 서로 절연시키기 위해서, 대응하는 칼럼의 상부를 모든 사방(四方)으로 둘러싸도록 칼럼의 각 상부에 슬릿이 형성되고, 대응하는 칼럼의 하부를 4방 모두로 둘러싸도록 칼럼의 각 하부에 슬릿이 형성된다. 이하에서는, 실시예 3과 동일한 부분에 대해 동일한 도면참조부호가 제공되고, 그 설명은 생략된다. 실시예 3과 다른 점들은 도 12a와 도 12b를 참조로 주로 설명될 것이다.
도 12b는 본 발명의 실시예 4에 따른 용량형 역학량 센서의 실리콘판(2d)을 도시하는 측면 단면도이다.
본 실시예에서, 각각의 칼럼 상부에 형성된 슬릿(22g)은 모든 사방에서 상당 하는 칼럼의 상부를 둘러싸도록 위치하고, 각각의 칼럼 하부에 형성된 슬릿(22h)은 상당하는 칼럼의 하부를 모든 사방으로 둘러싸도록 위치한다. 따라서, 센서의 모서리에 실리콘 칼럼(223)을 위치시키는 것은 제한적이지 않다. 칼럼은 슬릿 처리가 수행될 수 있는 영역 내의 임의의 위치에 형성될 수 있다. 도 13은 절연체(22i)가 칼럼의 상부에 위치한 슬릿(22g)에 매입되어 있는 상태를 나타낸다. 절연체(22i)가 사용될 때, 다른 칼럼과의 분리가 유지되면서 기계적인 강도가 향상될 수 있다.
(실시예 5)
이하에서는, 본 발명의 실시예 5에 따른 반도체 전기 회로 부분을 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14는 본 실시예에 따른 반도체 전기 회로 부분(601)을 도시한 측단면도이다.
반도체 전기회로 부분(601)은 글래스 기판(630), 상부 반도체 기판(621), 하부 반도체 기판(623) 및 절연체(628)가 적층되어 있는 구조를 갖고 있다. 전극(635)은 글래스 기판(630)에 위치한다. 상부 반도체 기판(621)은 촬상 소자(62a)를 포함한다. 하부 반도체 기판(623)은 촬상 소자(62a)로부터의 신호를 처리하는 회로를 포함한다. 절연체(628)는 상부 반도체 기판(621)과 하부 반도체 기판(623) 사이에 끼워진다. 상부 반도체 기판(621)으로부터 하부 반도체 기판(623)으로 출력된 신호를 전송하기 위한 실리콘 칼럼(622)(662a 또는 662b)은 상부 반도체 기판(621)과 하부 반도체 기판(623) 각각에 위치한다.
도 15는 실리콘 칼럼의 전기 접속부를 도시한 확대도이다.
전극(635)은 절연체(글래스)(630) 상에 위치하고, 촬상 소자의 전극을 실리콘 칼럼에 전기적으로 접속한다.
상부 반도체 기판(621)은 Si로 이루어지고, 약 10㎛ 이상의 두께를 가진다. 촬상 소자 및 하부 반도체 기판(623)과의 전기 신호 전송용의 실리콘 칼럼(622b)은 상부 반도체 기판(621)에 제공된다. 슬릿(622f)이 촬상 소자 및 상부 반도체 기판의 실리콘 칼럼 사이에 형성되어, 상호간을 기계적으로 분리하고 전기적으로 절연한다.
하부 반도체 기판(623)은 상부 반도체 기판과 같이 주로 Si로 이루어지고, 약 100㎛ 이상의 두께를 가진다. 신호 처리 IC(62b) 및 하부 반도체 기판과의 전기 신호 전송용의 실리콘 칼럼(622a)은 상부 반도체 기판(623)에 제공된다.
Al 막으로 이루어진 전극(622d)은 하부 칼럼과 하부 반도체 기판에 제공된다. 하부 칼럼과 하부 반도체 기판 사이의 전기 접속은 Al 막을 통해 실현된다. 반도체 전기 회로부는, 와이어 본딩, 표면 실장 등에 의해 전극 패드(635c)를 통해 외부 기판에 실장된다.
또한 상기한 바와 같이, 절연층(628)이 상부 반도체 기판(621)과 하부 반도체 기판(623) 사이에 위치한 소위 SOI 기판이 사용되어, 상부 반도체 기판(621)과 하부 반도체 기판(623)을 상호 절연시킨다.
상부 실리콘 칼럼(622a)과 하부 실리콘 칼럼(622b) 사이의 전기 접속을 위해서, 계단형 오목부가 622a에 형성되어 절연층(628)을 통하여 상부 실리콘 칼럼 (622b)에 접한다. 절연층(622c)이 계단형 오목부에 형성된다. 다음, Al으로 이루어진 전극(622d)이 스퍼터링에 의해 절연층(622c)에 형성되어, 실리콘 칼럼(622a, 622b)을 상호간에 전기적으로 접속한다. 따라서, 상부 실리콘 칼럼(622a)의 전위가 하부 반도체 기판에 회로 신호로서 전달될 수 있다.
상부 실리콘 칼럼(622b)이 에칭될 때, 상부 실리콘 칼럼(622b)은 다른 부재와 전기적으로 기계적으로 분리된다. 따라서, 각각의 칼럼의 상부의 기계적인 분리없이 전기적으로 절연할 수 있다. 또한, 각각의 실리콘 칼럼(622a, 622b)을 통하여 상부 및 하부 반도체 기판에 형성된 전극 사이의 전기 전도를 가능하게 한다. 그 결과, 전기 신호가 촬상 소자(62a) 및 신호 처리 IC(62b) 사이에 전달될 수 있다.
(실시예 6)
이하에서는, 본 발명의 실시예 6에 따른 반도체 전기 회로부를 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다.
도 16은 본 실시예에 따른 반도체 전기 회로부(701)를 도시한 측단면도이다.
반도체 전기 회로부(701)는, 회로(72a)를 가진 상부 반도체 기판(723), 하부 반도체 기판(721) 및 절연체(728)가 적층된 구조를 가진다. 하부 반도체 기판(721)은 회로(72a)로부터의 신호에 응답하여 동작하는 회로(72b)를 포함한다. 절연체(728)는 상부 반도체 기판(723)과 하부 반도체 기판(721) 사이에 끼워진다. 상부 반도체 기판(723)으로부터 하부 반도체 기판(721)으로 출력된 신호를 전송하기 위한 실리콘 칼럼(772a, 722b)이 각각 상부 반도체 기판(723)과 하부 반도체 기 판(721)에 위치한다. 반도체 기판은, 센서에 반도체 기판을 형성하기 위해 필요한 회로 패턴이 미리 형성된 절연체 기판(740) 상에 실장된다.
도 17은 실리콘 칼럼의 전기 접속 부분을 도시한 확대도이다.
전극(735)이 기판(740) 상에 위치하여, 하부 반도체 기판(721)(회로(72b))의 전극을 실리콘 칼럼(722b)에 전기적으로 접속한다.
상부 반도체 기판(723)은 Si로 이루어지고, 약 10㎛ 이상의 두께를 가진다. 회로(소자)(72a) 및 하부 반도체 기판(721)과의 전기 신호 전송용의 실리콘 칼럼(722a)이 상부 반도체 기판(723)에 제공된다.
상부 반도체 기판(723)에서 처럼, 하부 반도체 기판(721)은 주로 Si로 이루어지고, 약 100㎛ 이상의 두께를 가진다. 슬릿(722f)이 회로(소자)(72b)와 실리콘 칼럼(722b) 사이에 형성되어, 상호간을 기계적으로 분리하고 전기적으로 절연한다.
Al 막으로 이루어진 전극(722d)이 상부 칼럼(772a) 및 상부 반도체 기판(723)에 제공된다. 상부 칼럼(772a)과 상부 반도체 기판(723) 사이의 전기 접속은 Al 막을 통해 실현된다. 반도체 전기 회로부(701)는, 와이어 본딩, 표면 실장 등에 의해 전극 패드(735c)를 통해 외부 기판 상에 실장된다.
또한 상기한 바와 같이, 절연층(728)이 상부 반도체 기판(723)과 하부 반도체 기판(721) 사이에 위치한 소위 SOI 기판이 사용되어, 상부 반도체 기판(723)과 하부 반도체 기판(721)을 상호 절연시킨다.
상부 실리콘 칼럼(722a)과 하부 실리콘 칼럼(722b) 사이의 전기 접속을 위해서, 계단형 오목부가 형성되어 절연층(728)을 통하여 하부 실리콘 칼럼(722b)에 도 달한다. 절연층(722c)이 계단형 오목부에 형성된다. 다음, Al으로 이루어진 전극(722d)이 스퍼터링에 의해 절연층(722c) 상에 형성되어, 실리콘 칼럼(722a, 722b)을 상호간에 전기적으로 접속한다. 따라서, 하부 실리콘 칼럼(722b)의 전위가 상부 회로 소자(72a)에 회로 신호로서 전송될 수 있다.
하부 실리콘 칼럼(722b)이 에칭될 때, 하부 실리콘 칼럼(722b)은 다른 부재와 전기적으로 기계적으로 분리된다. 따라서, 각각의 칼럼의 상부의 기계적인 분리없이 전기적으로 절연할 수 있다. 또한, 각각의 실리콘 칼럼(722a, 722b)을 통하여 상부 및 하부 반도체 기판에 형성된 전극 사이의 전기 전도를 가능하게 한다. 그 결과, 전기 신호가 회로 소자(72a, 72b) 사이에 전송될 수 있다.
본 발명에 따른 용량형 역학량 센서에 의하면, 하부 전극 패턴으로의 의도하지 않은 에칭 프로세스가 불필요하기 때문에, 센서의 크기가 신뢰성 및 양산성의 감소 없이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 전기 회로부에 의하면, 절연체 상의 전극 패턴으로의 의도하지 않는 에칭 처리가 불필요하여, 반도체 전기 회로의 영역의 감소 및 그 실장 간이화가 신뢰성 및 양산성의 감소없이 실현될 수 있다. 또한, 전기 회로가 반도체 장치의 각 표면 상에 형성되면, 모든 전기 신호가 그 일 측으로부터 유도될 수 있으므로, 반도체 칩의 영역의 감소 및 그 실장 간이화가 신뢰성 및 양산성을 감소하지 않고 실현될 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1 전극이 형성된 제1 절연체;
    제2 전극이 형성된 제2 절연체; 및
    역학량에 따라 변위하는 추(weight)가 형성된 반도체를 구비하고,
    상기 제1 절연체, 상기 반도체, 및 상기 제2 절연체가 적층되며,
    상기 추의 변위에 의한, 상기 추와 상기 제1 전극 간의 용량값의 변화에 기초하여 상기 역학량을 측정하는 용량형 역학량 센서로서,
    칼럼(column)이 상기 반도체에 형성되어, 상기 제1 전극이 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되며,
    상기 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되며,
    상기 상부 도전부와 상기 하부 도전부를 접속하는 전기적 접속 수단이 상기 칼럼의 상기 상부에 위치되며,
    상기 칼럼의 상기 상부는 다른 칼럼과 기계적으로 분리되어 있지 않으며,
    상기 칼럼의 상기 상부 상에 위치된 상기 전기적 접속 수단은 다른 칼럼의 상부 상에 위치된 다른 전기적 접속 수단과 전기적으로 절연되어 있는, 용량형 역학량 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 칼럼의 상기 상부는, 상기 반도체에 제공된 절연층과 상기 칼럼의 상기 상부에 형성된 절연층에 의하여 다른 칼럼의 상부와 전기적으 로 절연되는, 용량형 역학량 센서.
  3. 제1 전극이 형성된 제1 절연체;
    제2 전극이 형성된 제2 절연체; 및
    역학량에 따라 변위하는 추가 형성된 제1 도전형 반도체를 구비하고,
    상기 제1 절연체, 상기 반도체, 및 상기 제2 절연체가 적층되며,
    상기 반도체에 형성된 상기 추의 변위에 의한, 상기 추와 상기 제1 전극 패턴 간의 용량값의 변화에 기초하여 상기 역학량을 측정하는 용량형 역학량 센서로서,
    칼럼이 상기 제1 도전형 반도체에 형성되어, 상기 제1 전극이 상기 제2 전극과 전기적으로 접속되며,
    상기 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되며,
    상기 상부 도전부와 상기 하부 도전부를 접속하는 전기적 접속 수단이 상기 칼럼의 상기 상부에 위치되며,
    상기 칼럼의 상부의 일부는 제2 도전형 반도체로 형성되며,
    상기 칼럼의 상기 상부는 다른 칼럼과 기계적으로 분리되어 있지 않으며,
    상기 칼럼의 상기 상부는 상기 제1 도전형 반도체와 상기 제2 도전형 반도체로 형성된 접합의 공핍층에 의하여 전기적으로 절연되는, 용량형 역학량 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체는 P-형이고, 칼럼의 상부의 일부 에 형성된 상기 제2 도전형 반도체는 N-형인, 용량형 역학량 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 칼럼의 상부의 일부에 형성된 상기 N-형 반도체의 전위는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 통하여 상기 용량형 역학량 센서로 인가가능한 최대 전압 이상인 전압으로 설정되는, 용량형 역학량 센서.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체는 N-형이고, 칼럼의 상부의 일부에 형성된 상기 제2 도전형 반도체는 P-형인, 용량형 역학량 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 칼럼의 상부의 일부에 형성된 상기 P-형 반도체의 전위는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 통하여 상기 용량형 역학량 센서로 인가가능한 최대 전압 이하인 전압으로 설정되는, 용량형 역학량 센서.
  8. 제1 전극이 형성된 제1 절연체;
    제2 전극이 형성된 제2 절연체; 및
    역학량에 따라 변위하는 추와, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 접속시키기 위하여 형성된 복수의 칼럼을 가지는 반도체를 구비하고,
    상기 제1 절연체, 상기 반도체, 및 상기 제2 절연체가 적층되며,
    상기 반도체에 형성된 상기 추의 변위에 의한, 상기 추와 상기 전극 패턴 간의 용량값의 변화에 기초하여 상기 역학량을 측정하는 용량형 역학량 센서로서,
    상기 복수의 칼럼 각각은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되며,
    상기 상부 도전부와 상기 하부 도전부를 접속하는 전기적 접속 수단이 상기 각 칼럼의 상기 상부에 위치되며,
    상기 상부 도전부와 상기 하부 도전부는 각각 제1 슬릿과 제2 슬릿을 가져,기계적으로 분리되며,
    상기 중간 절연부는 기계적으로 분리되어 있지 않은, 용량형 역학량 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 상부 도전부에 형성된 상기 제1 슬릿의 위치는 상기 하부 도전부에 형성된 상기 제2 슬릿의 위치로부터 시프트되어 있는, 용량형 역학량 센서.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 상기 상부 도전부를 사방(四方)으로 둘러싸도록 형성되고,
    상기 제2 슬릿은 상기 하부 도전부를 사방으로 둘러싸도록 형성되는, 용량형 역학량 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿은 상기 상부 도전부를 사방으로 둘러싸도록 형성되고,
    상기 제2 슬릿은 상기 하부 도전부를 사방으로 둘러싸도록 형성되는, 용량형 역학량 센서.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 상부 도전부에 형성된 상기 제1 슬릿은 내부에 매입된 절연체를 포함하는, 용량형 역학량 센서.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 상부 도전부에 형성된 상기 제1 슬릿은 내부에 매입된 절연체를 포함하는, 용량형 역학량 센서.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 상부 도전부에 형성된 상기 제1 슬릿은 내부에 매입된 절연체를 포함하는, 용량형 역학량 센서.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 상부 도전부에 형성된 상기 제1 슬릿은 내부에 매입된 절연체를 포함하는, 용량형 역학량 센서.
  16. 제1 전극이 형성된 제1 절연체; 및
    촬상 소자가 형성된 제1 반도체, 전기 회로 소자가 형성된 제2 반도체, 및 상기 제1 반도체와 상기 제2 반도체 사이에 끼워진 절연체를 포함하는 기판을 구비하고,
    상기 제1 절연체와 상기 기판이 적층되며,
    상기 촬상 소자로부터의 신호와 상기 전기 회로 소자로부터의 신호에 기초하 여 화상 처리를 실행하는 반도체 장치로서,
    칼럼이 상기 제1 반도체에 형성되어, 상기 제1 반도체의 전극이 상기 제2 반도체의 전극과 전기적으로 접속되며,
    상기 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되며,
    상기 칼럼의 하부는 전기적으로 절연되나, 기계적으로는 분리되지 않는, 반도체 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 칼럼의 상기 하부는, 상기 제1 반도체와 상기 제2 반도체 사이에 끼워진 상기 절연체와, 상기 칼럼의 상기 하부에 형성된 절연층에 의하여 상기 제2 반도체와 전기적으로 절연되는, 반도체 장치.
  18. 제1 전기 회로 소자가 형성된 제1 반도체, 제2 전기 회로 소자가 형성된 제2 반도체, 및 상기 제1 반도체와 상기 제2 반도체 사이에 끼워진 절연체를 포함하는 기판을 구비하고,
    상기 제1 전기 회로 소자로부터의 신호와 상기 제2 전기 회로 소자로부터의 신호에 기초하여 동작하는 반도체 장치로서,
    칼럼이 상기 제1 반도체에 형성되어, 상기 제1 반도체의 전극이 상기 제2 반도체의 전극과 전기적으로 접속되며,
    상기 칼럼은 상부 도전부, 중간 절연부, 및 하부 도전부로 구성되며,
    상기 칼럼의 상부는 전기적으로 절연되나, 기계적으로는 분리되지 않는, 반 도체 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 칼럼의 상기 상부는, 상기 제1 반도체와 상기 제2 반도체 사이에 끼워진 상기 절연체와, 상기 칼럼의 상기 상부에 형성된 절연층에 의하여 상기 제2 반도체와 전기적으로 절연되는, 반도체 장치.
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