KR101405561B1

KR101405561B1 - 멤스 센서 패키징 방법

Info

Publication number: KR101405561B1
Application number: KR1020120078531A
Authority: KR
Inventors: 정현진; 권순명
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR20140011727A

Abstract

본 발명은 멤스 센서 패키징 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극을 형성함에 있어 공간적인 한계를 극복하고 전기적 연결을 극대화한 멤스 센서 패키징 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계; 센서 구조물 레이어(200)를 형성하는 단계; 상기 하부 전극 레이어의 금속층과 센서 구조물 레이어의 금속층을 유텍틱 접합하는 단계; 상기 센서 구조물 레이어를 가공하는 단계; 상부 전극 레이어(300)를 형성하는 단계; 및 상기 상부 전극 레이어를 가공한 센서 구조물 레이어 위에 유텍틱 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법을 제공한다.

Description

멤스 센서 패키징 방법 {MEMS sensor packaging method}

본 발명은 멤스 센서 패키징 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극을 형성함에 있어 공간적인 한계를 극복하고 전기적 연결을 극대화한 멤스 센서 패키징 방법에 관한 것이다.

최근 인터넷과 IMT-2000 등 광대역 서비스를 위한 대용량 통신의 필요성이 부각되면서 광통신 방식이 급속히 표준화의 자리를 잡아가고 있다. 이에 연동하여 파장(wavelength), 데이터 레이트(data rate) 및 신호 포맷(signal format)에 의존하지 않고 광학적으로 투명(optically transparent)한 특성을 가지는 미세전기기계시스템(MEMS : Micro Electro-Mechanical Systems, 이하 '멤스'라고 함) 기술이 포스트 일렉트로닉스(postelectronics)를 주도할 시스템 소형화 기술로서 소개되고 있다.

멤스 디바이스는 기판상에 미세구조체로서 형성되는 것으로, 기계적 특성인 구동력을 출력하는 구동체와, 구동체를 제어하는 전기적 특성을 가지는 반도체 집적회로 등을 전기적으로 그리고 기계적으로 결합시킨 소자이다. 멤스 디바이스의 기본적인 특징은 기계적 구조로서 구성되어 있는 구동체가 소자의 일부 구성요소로서 조립되어 있는 것이며, 구동체의 구동은 전극 간의 쿨롱의 힘 등을 응용하여 전기적으로 행해진다.

종래, 이와 같은 멤스 기술 또는 멤스 디바이스를 이용하여 상용화된 제품으로는 가속도계, 압력 센서, 잉크젯 헤드, 하드 디스크용 헤드, 프로젝션 디스플레이, 스캐너 등이 있으나, 최근에는 광통신 기술의 발전과 더불어 더욱 고성능이 요구되는 광통신용 부품 기술에 대한 관심이 점점 더 증가하고 있다.

멤스 디바이스의 안정적이고 신뢰성 있는 제품 성능을 위해서는 구동체의 움직임을 기계, 화학적 외부 요인으로부터 보호해 주어야 하며, 표면 에너지에 영향을 미칠만한 요인으로부터의 영향이 최소화되도록 하여야 한다. 따라서, 외부로부터의 습기 및 먼지 등을 차단해주는 기밀 밀봉(hermetic sealing)이 필요하게 된다. 기밀 밀봉은 제품의 성능 및 신뢰성을 확보하기 위해서 필수적이다.

한편, 이러한 멤스 디바이스에 관련한 패키징 기술로서 한국공개특허 제2007-0040471호(멤스 디바이스 패키지 및 패키징 방법)와 한국공개특허 제2007-0111608호(멤스 패키지 및 그 제조 방법)가 공개된바 있다.

한국공개특허 제2007-0040471호에서는, 기판상에 멤스 디바이스(MEMS device)를 실장하는 단계; 밀봉 캡이 부착되는 위치에 지연성 광경화형 에폭시를 도포하는 단계; 상기 지연성 광경화형 에폭시에 소정의 광을 조사하는 단계; 상기 밀봉 캡을 상기 기판 상에 부착하는 단계; 및 상온에서 상기 지연성 광경화형 에폭시를 완전 경화시키는 단계;를 포함하는 멤스 디바이스 패키지 및 패키징 방법에 대해 설명하고 있다.

한국공개특허 제2007-0111608호는 외부 환경으로부터 효과적으로 멤스 소자를 차폐시키는 멤스 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 인가되는 구동신호에 상응하는 기계 동작을 수행하는 멤스 소자와, 상기 멤스 소자로 상기 구동신호가 전달되는 패턴이 형성된 일면에 상기 멤스 소자가 플립칩 본딩에 의해 장착되는 베이스 기판과, 상기 멤스 소자를 외부로부터 차폐시키는 박막과, 그리고 상기 베이스 기판과 상기 박막 사이의 공간을 채우는 광경화형 씰링제를 포함하는 멤스 패키지 및 그 제조 방법에 대해 설명하고 있다.

그러나, 상기 한국공개특허 제2007-0040471호와 한국공개특허 제2007-0111608호는 3차원 MEMS 구조물을 감싸고 있는 공동(cavity)의 천장에 전극을 형성할 수 없고, 밀봉을 유지하기 위해 광경화형 에폭시를 사용하므로 공정 비용이 높아지게 되는 문제점이 있으며, 또한 광경화형 에폭시를 사용하기 때문에 열변형에 의하여 밀봉 패키지의 균열 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 고안한 것으로서, 센서의 전극을 형성함에 있어 공간적인 한계를 극복하고 전기적 연결을 극대화한 멤스 센서 패키징 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하부 전극 레이어를 형성하는 단계; 센서 구조물 레이어를 형성하는 단계; 상기 하부 전극 레이어의 금속층과 센서 구조물 레이어의 금속층을 유텍틱 접합하는 단계; 상기 센서 구조물 레이어를 가공하는 단계; 상부 전극 레이어를 형성하는 단계; 및 상기 상부 전극 레이어를 가공한 센서 구조물 레이어 위에 유텍틱 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 하부 전극 레이어를 형성하는 단계는, 실리콘으로 된 하부 웨이퍼 상단에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 위에 패턴층을 형성하는 단계; 상기 패턴층을 형성한 절연층 위에 금속층을 형성하는 단계; 상기 절연층에서 패턴층을 제거하는 단계;로 이루어진다.

또한 바람직하게, 상기 센서 구조물 레이어를 형성하는 단계는, 실리콘으로 된 센서 구조물의 하면에 패턴층을 형성한 뒤, 상기 패턴층을 이용하여 센서 구조물의 하면을 부분 식각하는 단계; 상기 패턴층을 제거하는 단계; 상기 센서 구조물의 식각 부위에 다른 패턴층을 형성한 뒤, 상기 센서 구조물 위에 금속층을 형성하는 단계; 상기 센서 구조물에서 패턴층을 제거하는 단계;로 이루어진다.

또한 바람직하게, 상기 센서 구조물 레이어를 가공하는 단계는, 센서 구조물의 상면에 식각을 위한 패턴층을 형성하는 단계; 상기 패턴층을 이용하여 센서 구조물의 상면을 부분 식각하는 단계; 상기 패턴층을 제거한 뒤, 식각된 센서 구조물 위에 산화물층을 형성하는 단계; 상기 산화물층 위에 패턴층을 형성하고, 상기 패턴층을 이용하여 상기 산화물층을 부분 에칭하는 단계; 상기 패턴층을 제거한 뒤, 상기 센서 구조물의 식각 부위에 패턴층을 형성하는 단계; 상기 패턴층을 형성한 센서 구조물 위에 금속층을 형성한 뒤, 상기 센서 구조물에서 패턴층을 제거하는 단계; 부분 에칭한 산화물층을 이용하여 상기 센서 구조물을 부분 식각한 뒤, 상기 산화물층을 제거하는 단계;로 이루어진다.

또한 바람직하게, 상기 상부 전극 레이어를 형성하는 단계는, 실리콘으로 된 상부 웨이퍼의 하면에 패턴층을 형성하고, 상기 패턴층을 이용하여 상부 웨이퍼의 하면에 비아홀을 형성하는 단계; 상기 상부 웨이퍼에서 패턴층을 제거하는 단계; 상기 상부 웨이퍼의 하면에 절연층을 형성한 뒤, 상기 비아홀에 금속을 충진하여 금속도금부를 형성하는 단계; 상기 금속도금부를 절연층의 표면까지 제거하는 단계; 상기 절연층 위에 패턴층을 형성한 뒤, 절연층 위에 금속도금부와 연결되는 금속층을 형성하는 단계; 상기 절연층 위에 패턴층을 제거하는 단계;로 이루어진다.

또한 바람직하게, 상기 상부 전극 레이어를 가공한 센서 구조물 레이어 위에 유텍틱 접합하는 단계는, 상부 전극 레이어의 금속층과 가공한 센서 구조물 레이어의 금속층을 유텍틱 접합하는 단계; 상부 웨이퍼의 상면부를 절연층의 표면까지 폴리싱한 뒤, 폴리싱한 상부 웨이퍼의 상면 위에 외부 절연층을 형성하는 단계; 상기 외부 절연층 위에 패턴층을 형성한 뒤, 금속도금부의 표면이 노출되도록 상기 패턴층을 이용하여 외부 절연층을 부분 식각하는 단계; 상기 패턴층을 제거한 뒤, 외부 절연층 위에 금속도금부와 연결되는 금속전극층을 형성하는 단계; 상기 금속전극층 위에 패턴층을 형성한 뒤, 상기 패턴층을 이용하여 금속전극층을 부분 식각하는 단계; 상기 패턴층을 제거하는 단계;로 이루어진다.

본 발명으로 인하여 차량용 센서 제작시 가장 큰 문제점 중 하나인 온도에 의한 열팽창을 해결할 수 있으며, 이로써 항온, 항습을 유지해야 하는 패키징 센서 내부의 환경을 유지할 수 있고 기밀성을 확보할 수 있다.

또한, 가공이 용이한 실리콘으로 된 상부 웨이퍼의 작은 비아홀을 이용하여 전극을 형성함으로써 멤스 센서 구조물이 위치한 공동(cavity)의 내부와 외부의 전기적 연결성을 확보할 수 있고, 아울러 전극 개수 및 공간의 한계를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 개략적으로 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 하부 전극 레이어를 형성하는 단계를 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 센서 구조물 레이어를 형성하는 단계를 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 하부 전극 레이어와 센서 구조물 레이어를 유텍틱 접합하는 단계를 나타낸 순서도,
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 센서 구조물 레이어를 가공하는 단계를 나타낸 순서도,
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 상부 전극 레이어를 형성하는 단계를 나타낸 순서도,
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법을 나타낸 도면으로, 가공한 센서 구조물 레이어 위에 상부 전극 레이어를 유텍틱 접합하는 단계를 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법으로 제작한 멤스 센서 패키지를 나타낸 단면도.

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이며 과장되어 도시될 수 있다.

알려진 바와 같이, 멤스 센서 패키지를 제조할 때 기판(wafer) 소재로서 전기적 절연을 위해 유리를 사용할 경우 차량용 센서의 AEC-Q100에서 요구하는 영하 40℃ ~ 영상 120℃로 온도를 변화시킬 경우 열팽창의 문제가 생길 수 있다.

이에 본 발명에서는 상판과 하판에 모두 실리콘을 사용하여 실리콘으로 된 MEMS 센서 구조물과 기판 간에 물성 차로 인해 생길 수 있는 열팽창의 한계를 극복하고자 하며, 또한 가공이 용이한 실리콘의 사용을 통해 작업성을 향상하도록 한다.

또한, 본 발명에서는 밀봉 패키지(hermetic package)가 필요한 MEMS 센서의 효과적인 제조 공정과 실장을 위하여 도금 기술인 다마신(damascene) 가공 공정과 유텍틱 접합(Eutectic bonding)을 이용하여 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP) 방법을 적용하고자 한다.

이에 본 발명에 따른 방법으로 제조한 멤스 센서 패키지는 패키지의 기밀성을 유지하는 동시에 멤스 센서 구조물이 위치한 공동(cavity)의 내부와 외부의 전기적 연결성이 우수하게 된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 멤스 센서 패키징 방법은 하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계(S10), 센서 구조물 레이어(200)를 형성하는 단계(S20), 상기 하부 전극 레이어(100)와 센서 구조물 레이어(200)를 유텍틱 접합하는 단계(S30), 상기 센서 구조물 레이어(200)를 가공하는 단계(S40), 상부 전극 레이어(300)를 형성하는 단계(S60), 및 가공한 센서 구조물 레이어 위에 상기 상부 전극 레이어(300)를 유텍틱 접합하는 단계(S70)를 포함하여 이루어진다.

상기 하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계(S10)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘으로 된 하부 웨이퍼(110) 상단에 절연층(120)을 형성하는 단계(S11); 상기 절연층(120) 위에 네거티브 PR(negative photo resist) 패턴층(130)을 형성하는 단계(S12); 상기 네거티브 PR 패턴층(130)을 형성한 절연층(120) 위에 금속층(140)을 형성하는 단계(S13); 상기 절연층(120)에서 네거티브 PR 패턴층(130)을 제거하는 단계(S14);로 이루어진다.

상기 절연층(120)을 형성하는 단계(S11)에서는 열산화(thermal oxidation) 공정 또는 습식산화 공정을 통해 하부 웨이퍼(110)에 절연층(120)을 형성하게 된다.

상기 열산화 공정은 850 ~ 1000℃의 고온에서 하부 웨이퍼(110)의 일면을 산화하여 절연층을 형성하며, 상기 습식산화 공정은 30 ~ 250Pa의 압력조건으로 형성한 수증기 환경에서 하부 웨이퍼(110)의 일면을 산화하여 절연층(120)을 형성한다.

상기 네거티브 PR 패턴층(130)을 형성하는 단계(S12)에서는 스핀코팅법을 이용하여 네거티브 PR을 상기 절연층(120) 위에 3 ~ 5 ㎛의 두께, 바람직하게는 3.5㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 6 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹(soft baking)을 수행한다. 이후 자외선을 조사하여 상기 네거티브 PR을 원하는 부분만 빛에 노출시킨 뒤, 비노출된 부분을 제거하여 절연층(120) 위에 원하는 패턴의 네거티브 PR만을 남겨 리프트 오프(lift-off)용의 네거티브 PR 패턴층(130)을 형성한다.

상기 금속층(140)을 형성하는 단계(S13)에서는 네거티브 PR 패턴층(130)을 코팅한 절연층(120) 위에 증발(evaporation) 방식을 이용하여 금속 소재를 증착시켜 금속층(140)을 형성하게 된다.

도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 금속층(140)은 하부 전극으로서 형성되는 제1금속층과 유텍틱 접합을 위한 접합층으로서 형성되는 제2금속층이 적층되어 이루어진다.

이때 상기 금속층(140)의 금속소재로는 점착층(Adhesion layer)을 형성하기 위한 크롬(Cr), 확산장벽(Diffusion barrier)을 형성하기 위한 니켈(Ni) 또는 백금(Pt), 전극층(Electrode layer)을 형성하기 위한 금(Au)을 사용하게 된다.

상기 제1금속층은 크롬으로 된 점착층과 금으로 된 전극층으로 이루어지며, 이때 크롬은 20 ~ 40 nm(바람직하게는 30nm)의 두께로 증착되어 형성되고, 금은 300 ~ 500 nm(바람직하게는 400nm)의 두께로 증착되어 형성된다.

그리고, 상기 제2금속층은 점착층으로서 20 ~ 40 nm(바람직하게는 30nm)의 두께로 증착된 크롬과 접합층으로서 200 ~ 500 nm(바람직하게는 400nm)의 두께로 증착된 금으로 이루어지며, 제1금속층과 제2금속층 사이에는 니켈 또는 백금으로 된 확산장벽층이 증착되어 형성된다.

상기 네거티브 PR 패턴층(130)을 제거하는 단계(S14)에서는 용제로서 아세톤을 이용하여 절연층(120) 위에 네거티브 PR 패턴층(130)을 제거하며, 이후 300 ~ 500 ℃ (바람직하게는 400℃)의 질소(N2) 분위기에서 네거티브 PR 패턴층(130)을 제거한 하부 전극 레이어(100)의 표면을 열처리한다.

이와 같이 상기 하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계(S10)에서는 절연층(120) 위에 포토리소그래피(photolithography) 방식을 이용하여 네거티브 PR 패턴을 형성한 후 DRIE(deep reactive ion etching) 공정으로 식각하고, 다음 증착 방식으로 전극을 형성하게 되는데, 이때 리프트 오프 공정을 위해 네거티브 PR로 패턴 형성 후 증발 방식으로 금속층(140)을 증착한 뒤 네거티브 PR을 제거하게 된다.

이렇게 형성한 하부 전극 레이어(100)는 총 550 ~ 650 ㎛, 바람직하게는 600㎛의 두께를 가지게 된다.

상기 센서 구조물 레이어(200)를 형성하는 단계(S20)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실리콘으로 된 멤스 센서 구조물(이하, '센서 구조물'이라 함)(210)의 하면에 포지티브 PR 패턴층(220)을 형성하는 단계(S21); 상기 센서 구조물(210)의 하면을 부분 식각하는 단계(S22); 상기 포지티브 PR 패턴층(220)을 제거하는 단계(S23); 식각된 센서 구조물 부위에 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성하는 단계(S24); 상기 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성한 센서 구조물(210) 위에 금속층(250)을 형성하는 단계(S25); 상기 센서 구조물(210)에서 네거티브 PR 패턴층(240)을 제거하는 단계(S26);로 이루어진다.

상기 포지티브 PR 패턴층(220)을 형성하는 단계(S21)에서는 센서 구조물(210)의 하면 위에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 10 ~ 30 ㎛의 두께, 바람직하게는 20㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹(hard baking)을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 센서 구조물(210) 위에 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 DRIE 용의 포지티브 PR 패턴층(220)을 형성한다.

상기 센서 구조물(210)을 부분 식각하는 단계(S22)에서는 센서 구조물(210)의 일면에서 포지티브 PR 패턴층(220)이 형성된 부분을 제외하고 그 주변의 센서 구조물(210)을 건식 식각(dry etching)하여 하부 간극(capacitive gap)(230)을 형성한다. 예컨대, 상기 건식 식각으로는 DRIE 방식을 이용할 수 있다.

상기 포지티브 PR 패턴층(220)을 제거하는 단계(S23)에서는 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(220)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다. 이때 유텍틱 접합을 위하여 센서 구조물(210)의 테두리측 포지티브 PR을 완전히 제거하도록 한다.

다음, 상기 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성하는 단계(S24)에서는 센서 구조물(210)의 식각된 부위 즉, 하부 간극(230)에 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성하게 되는데, 스핀코팅법을 이용하여 네거티브 PR을 상기 센서 구조물(210)의 하부 간극 위에 10 ~ 30 ㎛의 두께, 바람직하게는 20㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹(soft baking)을 수행한다. 이후 자외선을 조사하여 상기 네거티브 PR을 원하는 부분만 빛에 노출시켜 현상한 뒤, 비노출된 부분을 제거하여 원하는 패턴의 네거티브 PR만을 남겨 리프트 오프(lift-off)를 위한 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성한다.

상기 금속층(250)을 형성하는 단계(S25)에서는 네거티브 PR 패턴층(240)을 형성한 센서 구조물(210) 위에 유텍틱 접합 공정을 위한 금속층(250)을 형성하는데, 상기 금속층(250)은 크롬으로 된 크롬층, 금으로 된 제1금층, 주석(Sn)으로 된 주석층, 금으로 된 제2금층이 센서 구조물 위에 순차적으로 적층되어 형성된다.

상기 금속층(250)은 증발 방식을 이용한 금속 증착 공정을 통해 증착되어 형성되는바, 상기 크롬층은 20 ~ 40 nm의 두께 (바람직하게는 30 nm의 두께)로 형성되고, 제1금층은 300 ~ 500 nm의 두께 (바람직하게는 400 nm의 두께)로 형성되며, 주석층은 300 ~ 500 nm의 두께 (바람직하게는 400 nm의 두께)로 형성되고, 제2금층은 50 ~ 100 nm의 두께 (바람직하게는 80 nm의 두께)로 형성된다.

상기 제2금층은 주석층의 산화를 방지하기 위한 패시베이션(passivation)으로서 이용된다.

상기 네거티브 PR 패턴층(240)을 제거하는 단계(S26)에서는 용제로서 아세톤을 이용하여 센서 구조물(210) 위에 네거티브 PR 패턴층(240)을 제거하며, 이후 300 ~ 500 ℃ (바람직하게는 400℃)의 질소(N2) 분위기에서 네거티브 PR 패턴층(240)을 제거한 센서 구조물 레이어(200)의 표면을 열처리한다.

상기 유텍틱 접합하는 단계(S30)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 유텍틱 접합을 통해 하부 전극 레이어(100)와 센서 구조물 레이어(200)를 접합하는 단계(S31)와, 상기 하부 전극 레이어(100)와 접합된 센서 구조물 레이어(200)의 상단을 폴리싱(polishing)하는 단계(S32)로 이루어진다.

상기 하부 전극 레이어(100)와 센서 구조물 레이어(200)를 접합하는 단계(S31)에서는 유텍틱 접합기(Eutectic bonder)를 이용하여 250 ~ 300 ℃ 바람직하게는, 금과 주석 간에 유텍틱(Eutectic) 온도인 280℃ 및 8000N/㎡의 질소 분위기에서 5 ~ 15 분 (바람직하게는 10분) 동안 유텍틱 접합을 하게 된다.

상기 폴리싱(polishing)하는 단계(S32)에서는, 하부 전극 레이어(100)와 접합된 센서 구조물 레이어(200)의 상단 즉, 센서 구조물(210)의 상단을 폴리싱하여 50 ~ 55㎛의 두께(구조물 부분과 갭을 포함한 두께로, 구조물의 두께가 50㎛)로 가공한다.

상기 센서 구조물 레이어(200)를 가공하는 단계(S40)는, 도 5a 내지 5c에 나타낸 바와 같이, 센서 구조물(210)의 상면(하부 간극(230)이 형성된 하면의 맞은편)에 건식 식각을 위한 포지티브 PR 패턴층(260)을 형성하는 단계(S41); 상기 센서 구조물(210)의 상면을 상부 간극(265)을 형성하기 위해 부분 식각하는 단계(S42); 상기 포지티브 PR 패턴층(260)을 제거하는 단계(S43); 식각된 센서 구조물(210) 위에 산화물층(270)을 형성하는 단계(S44); 상기 산화물층(270) 위에 산화물층(270) 에칭을 위한 포지티브 PR 패턴층(280)을 형성하는 단계(S45); 포지티브 PR 패턴층(280) 부분을 제외하고 상기 산화물층(270)을 에칭하는 단계(S46); 상기 포지티브 PR 패턴층(280)을 제거하는 단계(S47); 상기 상부 간극(265) 부위에 네거티브 PR 패턴층(285)을 형성하는 단계(S48); 상기 네거티브 PR 패턴층(285)을 형성한 센서 구조물(210) 위에 금속층(290)을 형성하는 단계(S49); 상기 센서 구조물(210)에서 네거티브 PR 패턴층(285)을 제거하는 단계(S50); 상기 센서 구조물(210)을 식각하여 가공하는 단계(S51); 및 상기 산화물층(270)과 티타늄(Ti)층(293)을 제거하는 단계(S52);로 이루어진다.

상기 포지티브 PR 패턴층(260)을 형성하는 단계(S41)에서는 건식 식각을 위한 포지티브 PR 패턴층(260)을 형성하는데, 센서 구조물(210)의 상면 위에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 10 ~ 30 ㎛의 두께, 바람직하게는 20㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 센서 구조물(210) 위에 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 DRIE를 위한 포지티브 PR 패턴층(260)을 형성한다.

상기 센서 구조물(210)을 부분 식각하는 단계(S42)에서는 센서 구조물(210)의 상면에 상부 간극(265)을 형성하기 위하여, 센서 구조물(210)의 상면에서 포지티브 PR 패턴층(260)이 형성된 부분을 제외하고 그 주변의 센서 구조물(210) 부분을 건식 식각(dry etching)하여 상부 간극(capacitive gap)(265)을 형성한다. 예컨대, 상기 건식 식각으로는 질량체-스프링 구조(Mass/spring structure)로 센서 구조물(210)을 식각하기 위해 DRIE 방식을 이용할 수 있다.

상기 포지티브 PR 패턴층(260)을 제거하는 단계(S43)에서는 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(260)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다. 이때 유텍틱 접합을 위하여 센서 구조물(210)의 테두리측 포지티브 PR을 완전히 제거하도록 한다.

상기 산화물층(270)을 형성하는 단계(S44)에서는 CVD(chemical vapor deposition) 방식을 이용하여 식각된 센서 구조물(210) 위에 식각되지 않은 부위를 기준으로 2㎛ 두께의 산화물층(270)을 증착 형성한다. 이렇게 형성한 산화물층(270)은 차후 센서 구조물(210)의 가공시 마스크로 사용하게 된다.

상기 산화물층(270) 에칭을 위한 포지티브 PR 패턴층(280)을 형성하는 단계(S45)에서는 상기 산화물층(270) 위에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 1 ~ 3 ㎛의 두께, 바람직하게는 2㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹을 수행하고, 또한 EBR(Edge Bead Remove)을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 산화물층(270) 위에 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 포지티브 PR 패턴층(280)을 형성한다.

상기 산화물층(270)을 에칭하는 단계(S46)에서는 포지티브 PR 패턴층(280)의 하단에 적층된 산화물 부분을 제외하고 나머지 부위를 모두 에칭하여 제거한다. 구체적으로 상기 산화물층(270)의 에칭은 HF(불화수소)를 이용하여 습식식각(wet etching) 또는 건식식각으로 진행된다.

상기 포지티브 PR 패턴층(280)을 제거하는 단계(S47)에서는 산화물층 에칭을 위해 형성한 포지티브 PR 패턴층(280)을 제거하는데, 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(280)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다. 이때 유텍틱 접합을 위하여 센서 구조물(210)의 테두리측 포지티브 PR을 완전히 제거하도록 한다.

상기 상부 간극(265) 부위에 네거티브 PR 패턴층(285)을 형성하는 단계(S48)에서는 스핀코팅법을 이용하여 네거티브 PR을 상기 센서 구조물(210)의 상부 간극(265) 위에 10 ~ 30 ㎛의 두께, 바람직하게는 20㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 자외선을 조사하여 상기 네거티브 PR을 원하는 부분만 빛에 노출시켜 현상한 뒤, 비노출된 부분을 제거하여 원하는 패턴의 네거티브 PR만을 남겨 리프트 오프(lift-off)를 위한 네거티브 PR 패턴층(285)을 형성한다.

상기 금속층(290)을 형성하는 단계(S49)에서는 리프트 오프를 위한 네거티브 PR 패턴층(285)을 코팅한 센서 구조물(210) 위에 금속 소재를 증착시켜 유텍틱 접합 공정을 위한 금속층(290)을 형성하게 되며, 도면으로 나타내지는 않았으나 상기 금속층(290)은 크롬으로 된 크롬층, 금으로 된 제1금층, 주석(Sn)으로 된 주석층, 금으로 된 제2금층이 센서 구조물(210) 위에 순차적으로 적층되어 형성된다.

상기 금속층(290)은 증발 방식을 이용한 금속 증착 공정을 통해 증착되어 형성되는바, 상기 크롬층은 20 ~ 40 nm의 두께 (바람직하게는 30 nm의 두께)로 형성되고, 제1금층은 300 ~ 500 nm의 두께 (바람직하게는 400 nm의 두께)로 형성되며, 주석층은 300 ~ 500 nm의 두께 (바람직하게는 400 nm의 두께)로 형성되고, 제2금층은 50 ~ 100 nm의 두께 (바람직하게는 80 nm의 두께)로 형성된다.

상기 제2금층은 주석층의 산화를 방지하기 위한 패시베이션(passivation)으로서 이용되며, 차후에 이어질 DRIE 공정시 금속층(290)의 보호를 위해 최상층으로서 제2금층 위에 티타늄으로 된 금속보호층(295), 즉 티타늄층을 증착시켜 형성한다.

상기 네거티브 PR 패턴층(285)을 제거하는 단계(S50)에서는 용제로서 아세톤을 이용하여 센서 구조물(210) 위에 리프트 오프를 위한 네거티브 PR 패턴층(285)을 제거하며, 이후 300 ~ 500 ℃ (바람직하게는 400℃)의 질소 분위기에서 네거티브 PR 패턴층(285)을 제거한 센서 구조물(210)의 표면을 열처리한다.

상기 센서 구조물(210)을 식각하여 가공하는 단계(S51)에서는 상부 간극(265)에 위치한 산화물층(270)을 마스크로 이용하여 센서 구조물(210)을 부분 식각하는데, 상기 산화물층(270)의 하부에 적층된 센서 구조물(210) 부위를 제외한 나머지 부분을 식각하여 제거함으로써 센서 구조물(210)의 중앙부에 질량체-스프링 구조(Mass/spring structure)를 가공 형성한다.

이때 상기 센서 구조물(210)에 형성한 질량체-스프링 구조는 45 ~ 55 ㎛, 바람직하게는 50 ㎛의 두께를 가지게 되며, 센서 구조물(210)에 질량체-스프링 구조(Mass/spring structure)로 형성하기 위한 식각 방식으로는 DRIE 방식을 이용할 수 있다.

상기 산화물층(270)과 티타늄층(295)을 제거하는 단계(S52)에서는 HF를 이용하여 센서 구조물(210) 위에 산화물층(270)과 금속층(290) 위에 티타늄층(295)을 제거한다.

상기 상부 전극 레이어(300)를 형성하는 단계(S60)는, 도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같이, 실리콘으로 된 상부 웨이퍼(310)의 하면에 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성하는 단계(S61); 상기 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성한 상부 웨이퍼(310)의 하면에 비아홀(Via hole)(311)을 형성하는 단계(S62); 상기 비아홀(311)을 형성한 상부 웨이퍼(310)에서 포지티브 PR 패턴층(320)을 제거하는 단계(S63); 상기 상부 웨이퍼(310)의 하면에 절연층(330)을 형성하는 단계(S64); 상기 절연층(330) 위에 비아홀(311)을 구리(Cu) 도금 방식으로 충진하는 단계(S65); 구리 도금부(340)를 절연층(330)의 표면까지 제거하는 단계(S66); 상기 절연층(330) 위에 네거티브 PR 패턴층(350)을 형성하는 단계(S67); 네거티브 PR 패턴층(350)을 형성한 절연층(330) 위에 금속층(360)을 형성하는 단계(S68); 상기 절연층(330) 위에 네거티브 PR 패턴층(350)을 제거하는 단계(S69);로 이루어진다.

상기 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성하는 단계(S61)에서는 비아홀(311) 형성을 위한 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성하는데, 상기 상부 웨이퍼(310)의 하면 위에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 1 ~ 3 ㎛의 두께, 바람직하게는 2㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성한다.

상기 비아홀(311)을 형성하는 단계(S62)에서는 포지티브 PR 패턴층(320)을 형성한 상부 웨이퍼(310)의 하면에 DRIE 방식을 이용하여 하나 이상의 비아홀(311)을 형성한다.

상기 포지티브 PR 패턴층(320)을 제거하는 단계(S63)에서는 상부 웨이퍼(310)에서 비아홀(311) 형성을 위해 형성한 포지티브 PR 패턴층(320)을 제거하는데, 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(320)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다.

상기 상부 웨이퍼(310)의 하면에 절연층(330)을 형성하는 단계(S64)에서는 열산화 공정 또는 습식산화 공정을 통해 상부 웨이퍼(310)에 절연층(330)을 형성하는데, 상기 열산화 공정에서는 850 ~ 1000℃의 고온에서 상부 웨이퍼(310)의 일면을 산화하여 절연층(330)을 형성하며, 습식산화 공정에서는 30 ~ 250Pa의 압력조건으로 형성한 수증기 환경에서 상부 웨이퍼(310)의 일면을 산화하여 절연층(330)을 형성한다.

도 6c는 다마신 공정을 이용한 구리 도금 공정을 나타낸 도면으로, 상기 절연층(330) 위에 비아홀(311)을 구리(Cu) 도금 방식으로 충진하는 단계(S65)는, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 절연층(330) 위에 탄탈(Ta)로 된 배리어층(barrier layer)(331)을 증착하여 형성하는 단계; 상기 배리어층(331) 위에 구리로 된 씨드층(332)(seed layer)을 형성하는 단계; 비아홀(311)에 구리 소재를 충진하여 금속도금부(340)를 형성하는 단계;로 이루어진다.

상기 배리어층(331)을 증착하여 형성하는 단계에서는 스퍼터링(sputtering) 방식을 이용하여 절연층(330) 위에 탄탈(Ta)로 된 배리어층(331)을 형성하며, 이렇게 형성한 배리어층(331)은 금속도금부(340)의 두께(혹은 높이)의 10% 이내의 두께를 가진다.

상기 구리로 된 씨드층(332)(seed layer)을 형성하는 단계에서는 스프터링 방식 또는 CVD 방식을 이용하여 배리어층(331) 위에 씨드층(332)을 증착 형성한다.

상기 비아홀(311)에 구리 소재를 충진하여 금속도금부(340)를 형성하는 단계에서는 전기도금 방식을 이용하여 비아홀(311) 내부를 구리 소재로 완전히 채운다.

다음, 상기 금속도금부(340)를 절연층(330)의 표면까지 제거하는 단계(S66)에서는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방식을 이용하여 금속도금부(340)를 절연층(330)의 표면까지 제거하는데, 이때 배리어층(331)과 씨드층(332)도 함께 절연층(330)의 표면까지 제거한다.

상기 절연층(330) 위에 네거티브 PR 패턴층(350)을 형성하는 단계(S67)에서는 스핀코팅법을 이용하여 네거티브 PR을 상기 절연층 위에 2 ~ 5 ㎛의 두께, 바람직하게는 3.5㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 자외선을 조사하여 상기 네거티브 PR을 원하는 부분만 빛에 노출시킨 뒤, 비노출된 부분을 제거하여 절연층(330) 위에 원하는 패턴의 네거티브 PR만을 남겨 리프트 오프를 위한 네거티브 PR 패턴층(350)을 형성한다.

상기 금속층(360)을 형성하는 단계(S68)에서는 네거티브 PR 패턴층(350)을 형성한 절연층(330) 위에 증발 방식을 이용하여 금속 소재를 증착시켜 금속층(360)을 형성하게 되며, 도면으로 나타내지는 않았으나 상기 금속층(360)은 상부 전극으로서 형성되는 제1금속층과 유텍틱 접합을 위한 접합층으로서 형성되는 제2금속층으로 이루어진다.

이때 상기 금속층(360)의 금속소재로는 점착층(Adhesion layer)을 형성하기 위한 크롬(Cr), 확산장벽(Diffusion barrier)을 형성하기 위한 니켈(Ni) 또는 백금(Pt), 전극층(Electrode layer)을 형성하기 위한 금(Au)을 사용하게 된다.

상기 제1금속층은 크롬으로 된 점착층과 금으로 된 전극층으로 이루어지며, 이때 크롬은 20 ~ 40 nm (바람직하게는 30nm)의 두께로 증착되어 형성되고, 금은 300 ~ 500 nm (바람직하게는 400nm)의 두께로 증착되어 형성된다.

그리고, 상기 제2금속층은 점착층(크롬층)으로서 20 ~ 40 nm(바람직하게는 30nm)의 두께로 증착된 크롬과 접합층(금층)으로서 300 ~ 500 nm(바람직하게는 400nm)의 두께로 증착된 금으로 이루어지며, 제1금속층과 제2금속층 사이에는 니켈 또는 백금으로 된 확산장벽층이 증착되어 형성된다.

상기 네거티브 PR 패턴층(350)을 제거하는 단계(S69)에서는 용제로서 아세톤을 이용하여 절연층(330) 위에 네거티브 PR 패턴층(350)을 제거하며, 이후 300 ~ 500 ℃ (바람직하게는 400℃)의 질소(N2) 분위기에서 네거티브 PR 패턴층(350)을 제거한 상부 전극 레이어(300)의 표면을 열처리한다.

이렇게 형성한 상부 전극 레이어(300)는 총 200 ~ 600 ㎛, 바람직하게는 400㎛의 두께를 가지게 된다.

상기 상부 전극 레이어(300)를 가공한 센서 구조물 레이어(200) 위에 유텍틱 접합하는 단계(S70)는, 도 7a 내지 7c에 나타낸 바와 같이, 상부 전극 레이어(300)의 하면부를 가공한 센서 구조물 레이어(200) 위에 적층구조로 접촉시켜 유텍틱 접합하는 단계(S71); 상부 웨이퍼(310)의 상면부를 절연층(330)의 표면까지 폴리싱하여 제거하는 단계(S72); 폴리싱한 상부 웨이퍼(310)의 상면 위에 외부 절연층(370)을 형성하는 단계(S73); 상기 외부 절연층(370) 위에 포지티브 PR 패턴층(375)을 형성하는 단계(S74); 상기 포지티브 PR 패턴층(375)의 패턴 사이로 외부 절연층(370)을 식각하는 단계(S75); 상기 포지티브 PR 패턴층(375)을 제거하는 단계(S76); 포지티브 PR 패턴층(375)을 제거한 외부 절연층(370) 위에 금속전극층(380)을 형성하는 단계(S77); 상기 금속전극층(380) 위에 포지티브 PR 패턴층(385)을 형성하는 단계(S78); 상기 포지티브 PR 패턴층(385)의 패턴 사이로 금속전극층(380)을 식각하는 단계(S79); 상기 포지티브 PR 패턴층(385)을 제거하는 단계(S80);로 이루어진다.

상기 유텍틱 접합하는 단계(S71)에서는 가공한 센서 구조물 레이어(200) 위에 상부 전극 레이어(300)의 하면부를 적층구조로 접합시킴으로써 센서 구조물 레이어(200)를 사이에 두고 상부 전극 레이어(300)와 하부 전극 레이어(100) 간에 양극 접합이 이루어지게 된다.

즉, 유텍틱 접합을 통해 센서 구조물 레이어(200)를 사이에 두고 접합됨으로써 상부 전극 레이어(300)와 하부 전극 레이어(100)의 각 전극(금속층) 간에 전기적 연결이 가능하게 된다.

상기 상부 웨이퍼(310)의 상면부를 절연층(330)의 표면까지 폴리싱하여 제거하는 단계(S72)에서는 절연층(330)을 스탑 레이어(STOP LAYER)로 이용하여 상부 웨이퍼(310)를 비아홀(311)에 증착한 절연층(330)의 표면까지 폴리싱하여 절연층(330)의 표면을 노출시킨다.

상기 외부 절연층(370)을 형성하는 단계(S73)에서는 앞서 폴리싱한 상부 웨이퍼(310)의 상면 위에 산화물을 증착시켜 외부 절연층(370)을 형성한다.

상기 포지티브 PR 패턴층(375)을 형성하는 단계(S74)에서는 외부 절연층(370)의 부분 식각을 위한 포지티브 PR 패턴층(375)을 형성하는데, 상기 상부 웨이퍼(310)의 상면 위에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 1 ~ 3 ㎛의 두께, 바람직하게는 2㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 포지티브 PR 패턴층(375)을 형성한다.

상기 외부 절연층(370)을 식각하는 단계(S75)에서는 포지티브 PR 패턴층(375)의 패턴 사이로 외부 절연층(370)을 식각하여 부분적으로 제거한다. 이때 상기 패턴층(375)의 패턴 사이로 외부 절연층(370)을 식각하여 포지티브 PR 패턴층(375)의 하단에 적층된 외부 절연층(370) 부분을 제외하고 나머지 부위를 식각할 때, 상부 웨이퍼(310)의 가장자리 부위의 외부 절연층(370)이 너무 얇아지거나 또는 제거되지 않도록 하기 위하여 외부 절연층(370)을 테이퍼진 형태로 식각한다.

여기서, 상기 외부 절연층(370)의 식각은 HF(불화수소)를 이용하여 습식식각(wet etching)으로 진행하며, 금속도금부(340)를 스탑 레이어(STOP LAYER)로서 이용하여 외부 절연층(370)을 비아홀(311)에 충전 도금한 금속도금부(340)의 표면까지 식각하여 금속도금부(340)의 표면을 노출시킨다.

다음, 상기 포지티브 PR 패턴층(375)을 제거하는 단계(S76)에서는 금속전극층(380) 형성을 위해 포지티브 PR 패턴층(375)을 제거하는데, 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(375)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다.

상기 금속전극층(380)을 형성하는 단계(S77)에서는 포지티브 PR 패턴층(375)을 제거한 외부 절연층(370) 위에 알루미늄으로 된 금속전극층(380)을 형성하며, 구체적으로는 증발 방식을 이용하여 외부 절연층(370)의 표면에 알루미늄을 일정하게 증착시켜 금속전극으로서 금속전극층(380)을 형성한다.

상기와 같이 외부 절연층(370)을 식각하여 노출시킨 뒤 알루미늄으로 된 금속전극층(380)을 금속도금부(340)와 연결되게 형성함으로써 센서 구조물(210)이 위치한 공동(cavity)의 내부와 외부의 전기적 연결성을 확보할 수 있게 된다.

상기 금속전극층(380) 위에 포지티브 PR 패턴층(385)을 형성하는 단계(S78)에서는 이후 금속전극층(380)의 부분 식각을 위한 포지티브 PR 패턴층(385)을 형성하는데, 금속전극층(380)의 표면에 스핀코팅법을 이용하여 포지티브 PR을 1 ~ 3 ㎛의 두께, 바람직하게는 2㎛의 두께로 균일하게 도포한 뒤, 60 ~ 80℃의 온도 조건에서 3 ~ 10 분 동안(바람직하게는 5분 동안) 소프트 베이킹을 수행한다. 이후 상기 포지티브 PR을 원하는 부분만을 제외하고 자외선에 노출시켜 현상한 뒤, 120 ~ 180℃의 온도 조건에서 5 ~ 20 분 동안(바람직하게는 10분 동안) 하드 베이킹을 수행한다. 이후 자외선에 노출된 포지티브 PR 부분을 제거하여 원하는 패턴의 포지티브 PR만을 남겨 포지티브 PR 패턴층(385)을 형성한다.

상기 금속전극층(380)을 식각하는 단계(S79)에서는 포지티브 PR 패턴층(385)을 마스크로 사용함으로써 금속전극층(380)을 포지티브 PR 패턴층(385)의 하단에 적층된 부분을 제외하고 나머지 부분만을 식각한다.

상기 포지티브 PR 패턴층(385)을 제거하는 단계(S80)에서는 플라즈마 애셔(Plasma asher)를 이용하여 포지티브 PR 패턴층(385)을 산소 플라즈마 처리하여 제거한다.

상기와 같은 공정으로 제작한 MEMS 센서 패키지는 도 8과 같은 단면구조를 가지게 된다.

100 : 하부 전극 레이어
110 : 하부 웨이퍼
120 : 절연층
140 : 금속층
200 : 센서 구조물 레이어
210 : 센서 구조물
250,290 : 금속층
300 : 상부 전극 레이어
310 : 상부 웨이퍼
330 : 절연층
340 : 금속도금부
360 : 금속층
370 : 외부 절연층
380 : 금속전극층

Claims

삭제
하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계;
센서 구조물 레이어(200)를 형성하는 단계;
상기 하부 전극 레이어의 금속층과 센서 구조물 레이어의 금속층을 유텍틱 접합하는 단계;
상기 센서 구조물 레이어를 가공하는 단계;
상부 전극 레이어(300)를 형성하는 단계; 및
상기 상부 전극 레이어를 가공한 센서 구조물 레이어 위에 유텍틱 접합하는 단계;
를 포함하고,
상기 하부 전극 레이어(100)를 형성하는 단계는,
실리콘으로 된 하부 웨이퍼(110) 상단에 절연층(120)을 형성하는 단계;
상기 절연층(120) 위에 패턴층(130)을 형성하는 단계;
상기 패턴층(130)을 형성한 절연층(120) 위에 금속층(140)을 형성하는 단계;
상기 절연층(120)에서 패턴층(130)을 제거하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 센서 구조물 레이어(200)를 형성하는 단계는,
실리콘으로 된 센서 구조물(210)의 하면에 패턴층(220)을 형성한 뒤, 상기 패턴층(220)을 이용하여 센서 구조물(210)의 하면을 부분 식각하는 단계;
상기 패턴층(220)을 제거하는 단계;
상기 센서 구조물의 식각 부위에 다른 패턴층(240)을 형성한 뒤, 상기 센서 구조물(210) 위에 금속층(250)을 형성하는 단계;
상기 센서 구조물(210)에서 패턴층(240)을 제거하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 센서 구조물 레이어(200)를 가공하는 단계는,
센서 구조물(210)의 상면에 식각을 위한 패턴층(260)을 형성하는 단계;
상기 패턴층(260)을 이용하여 센서 구조물(210)의 상면을 부분 식각하는 단계;
상기 패턴층(260)을 제거한 뒤, 식각된 센서 구조물(210) 위에 산화물층(270)을 형성하는 단계;
상기 산화물층(270) 위에 패턴층(280)을 형성하고, 상기 패턴층(280)을 이용하여 상기 산화물층(270)을 부분 에칭하는 단계;
상기 패턴층(280)을 제거한 뒤, 상기 센서 구조물의 식각 부위에 패턴층(285)을 형성하는 단계;
상기 패턴층(285)을 형성한 센서 구조물(210) 위에 금속층(290)을 형성한 뒤, 상기 센서 구조물(210)에서 패턴층(285)을 제거하는 단계;
부분 에칭한 산화물층(270)을 이용하여 상기 센서 구조물(210)을 부분 식각한 뒤, 상기 산화물층(270)을 제거하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 상부 전극 레이어(300)를 형성하는 단계는,
실리콘으로 된 상부 웨이퍼(310)의 하면에 패턴층(320)을 형성하고, 상기 패턴층(320)을 이용하여 상부 웨이퍼(310)의 하면에 비아홀(311)을 형성하는 단계;
상기 상부 웨이퍼(310)에서 패턴층(320)을 제거하는 단계;
상기 상부 웨이퍼(310)의 하면에 절연층(330)을 형성한 뒤, 상기 비아홀(311)에 금속을 충진하여 금속도금부(340)를 형성하는 단계;
상기 금속도금부를 절연층(330)의 표면까지 제거하는 단계;
상기 절연층(330) 위에 패턴층(350)을 형성한 뒤, 절연층(330) 위에 금속도금부(340)와 연결되는 금속층(360)을 형성하는 단계;
상기 절연층(330) 위에 패턴층(350)을 제거하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 상부 전극 레이어(300)를 가공한 센서 구조물 레이어(200) 위에 유텍틱 접합하는 단계는,
상부 전극 레이어(300)의 금속층과 가공한 센서 구조물 레이어(200)의 금속층을 유텍틱 접합하는 단계;
상부 웨이퍼(310)의 상면부를 절연층(330)의 표면까지 폴리싱한 뒤, 폴리싱한 상부 웨이퍼(310)의 상면 위에 외부 절연층(370)을 형성하는 단계;
상기 외부 절연층(370) 위에 패턴층(375)을 형성한 뒤, 금속도금부(340)의 표면이 노출되도록 상기 패턴층(375)을 이용하여 외부 절연층(370)을 부분 식각하는 단계;
상기 패턴층(375)을 제거한 뒤, 외부 절연층(370) 위에 금속도금부(340)와 연결되는 금속전극층(380)을 형성하는 단계;
상기 금속전극층(380) 위에 패턴층(385)을 형성한 뒤, 상기 패턴층(385)을 이용하여 금속전극층(380)을 부분 식각하는 단계;
상기 패턴층(385)을 제거하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 비아홀(311)을 형성하는 단계에서는 DRIE(deep reactive ion etching) 방식을 이용하여 비아홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 금속도금부(340)를 형성하는 단계는,
절연층(330) 위에 배리어층(331)을 형성하는 단계;
상기 배리어층(331) 위에 씨드층(332)을 형성하는 단계;
비아홀(311)에 금속 소재를 충진하여 금속도금부(340)를 형성하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 금속도금부(340)를 절연층(330)의 표면까지 제거하는 단계에서는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 멤스 센서 패키징 방법.