WO2021066243A1 - 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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WO2021066243A1
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etch stop
stop layer
wafer
manufacturing
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이재민
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주식회사 한화
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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.
  • the present invention relates to a method and a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body using the same.
  • 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.
  • a conventional acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body uses high-concentration boron doping to form a bridge-type piezoresistive body by performing wet etching after doping a high-concentration boron on the silicon layer where the bridge-type piezoresistive body is to be formed. It can be manufactured through an etch stop technique.
  • the manufacturing method of an acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive material using an etch stop technique using high-concentration boron doping is a disadvantage that high-concentration boron doping belongs to an expensive process and a problem of limiting the depth of doped boron. There was a problem that it was difficult to exceed 3 um.
  • An object of the present invention is a method of manufacturing an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body capable of manufacturing an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body without high concentration boron ion doping by protecting a region where a bridge-shaped bridge portion is to be formed with an etch prevention film, and a method of manufacturing the same It is to provide an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body manufactured as.
  • 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 connected to a mass body and compressed or stretched according to the movement of the mass body, and a base wafer member having a first etch stop layer positioned between the first wafer part and the second wafer part is provided.
  • An etch-stop layer forming step of forming a second etch-stop layer on a portion corresponding to, and after the step of forming the etch-stop layer, the second wafer part and the first wafer part are etched to form a space spaced between the body part and the mass body.
  • 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.
  • a second etch prevention layer is formed on the part corresponding to the body part, the mass body, the bridge part, and the connection part.
  • each of the first and second wafers may be a silicon wafer.
  • the present invention may further include an ion doping step of doping the second wafer with ions.
  • the bridge portion in the wafer patterning step, may be formed into a pre-designed shape by removing the second wafer portion except for the bridge portion from the connection portion and exposing the first etch stop layer.
  • the step of forming the etch stop layer includes a first etch stop layer positioned on the lower surface of the bridge part by wrapping the upper surface and both sides of the bridge part formed by the wafer patterning step with the second etch stop layer.
  • the circumference may be wrapped by an etch prevention layer to be protected from etching.
  • the etching step is performed by removing a portion of the first etch stop layer and the second etch stop layer from the connection portion to expose the etched portion, and etching a portion of the first wafer portion by an etch stop layer.
  • An etching process of forming a connection portion by forming a space spaced apart from a lower side of the wrapped bridge portion may be included.
  • the patterning process of the etch stop layer removes the remaining first etch stop layer and the second etch stop layer excluding the first etch stop layer and the second etch stop layer surrounding the bridge part on the connection part, thereby removing the outer circumference of the bridge part. May be completely surrounded by the first etch stop layer and the second etch stop layer.
  • the first etch stop layer covering the lower surface of the bridge part is positioned to protrude to both sides of the bridge part, and the second etch stop layer overlaps on the protruding part.
  • the prevention layer and the second etch stop layer may be removed.
  • the etching step may further include removing the first etch stop layer and the second etch stop layer after the etching process.
  • the present invention protects the region where the piezoresistive body is to be formed with an etch stop film, removes the ions required for the production of the accelerometer and the restriction on the thickness of the piezoresistive body, reduces the risk of manufacturing the accelerometer, and allows the bridge part to be accurately manufactured with a preset size. There is an effect of reducing the defect rate of the product and improving the precision.
  • the present invention has an effect of improving the performance of the accelerometer by increasing the sensitivity of the accelerometer by reducing the ion concentration by reducing the ion doping cost required for the production of the piezoresistive body, thereby securing economic efficiency since various ions other than boron ions can be used. .
  • the present invention provides an eco-friendly manufacturing environment by not using toxic chemicals such as EDP to manufacture an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body, and has the effect of greatly improving a working environment during manufacturing.
  • 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.
  • FIGS. 4 and 5 are views showing another embodiment of a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body manufactured by a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 6 is a process diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 8 is a process diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a bridge-type piezoresistive body according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment of a microparticle separation filter manufactured using a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an embodiment of a microparticle separation filter manufactured using a 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 body portion 10, a mass body 20 positioned 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 and includes a plurality of bridge portions 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.
  • FIGS. 4 and 5 are views showing another embodiment of a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body manufactured by a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • connection part 30 shows an example in which the body part 10, the mass body 20, and the bridge part 40 are respectively positioned on both sides of the connection part 30 to have two piezoresistive parts.
  • FIG. 5 shows a piezoresistive structure in which the body portion 10 and the bridge portion 40 are located symmetrically around the mass body 20 are positioned on both sides of the connection portion 30, respectively, so that the four piezoresistive portions Branches are examples.
  • the piezoresistive acceleration sensor having the bridge-type piezoresistive body of Figs. As a method of manufacturing a piezoresistive acceleration sensor having a bridge-type piezoresistive body using the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention, the piezoresistive acceleration sensor having the bridge-type piezoresistive body of Figs.
  • the size of the part 40 can be precisely manufactured in a pre-designed size.
  • a 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 to precisely manufacture the bridge portion 40 by a simple method.
  • FIG. 6 is a process diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a cross-section A-A' of FIG. 3 when manufacturing a bridge-type structure according to the present invention, and it turns out that it is a schematic diagram of a connection part 30 in which a bridge-type structure is formed.
  • One embodiment of the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention comprises a base wafer member 1 having a first etch stop layer 1c positioned between the first wafer part 1a and the second wafer part 1b.
  • a second etch stop layer (1d) is formed on the portions corresponding to the body part 10, the mass body 20, the bridge part 40, and the connection part 30.
  • the second wafer part 1b and the first wafer part 1a are etched to form a space between the body part 10 and the mass body 20
  • the base wafer member 1 is prepared with a base wafer member 1 in which a first wafer part 1a and a second wafer part 1b are bonded with a first etch stop layer 1c.
  • the base wafer member 1 is positioned by stacking the second wafer part 1b forming the bridge part 40 on the first wafer part 1a, and the first wafer part 1a and the first wafer part 1a.
  • a first etch stop layer 1c is positioned between the second wafer portions 1b.
  • the first etch stop layer 1c prevents etching and also serves as a bonding layer for bonding the first wafer portion 1a and the second 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.
  • each of the first wafer portion 1a and the second wafer portion 1b is a silicon wafer.
  • first wafer portion 1a and the second wafer portion 1b may be wafers made of different silicon materials having different silicon crystal directions.
  • first wafer portion 1a is a (110) silicon wafer
  • second 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 wafer part 1b is a part that is stacked on the upper side or the lower side of the first wafer part 1a to form the bridge part 40 on the upper side or the lower side of the first wafer part 1a.
  • the second wafer portion 1b is formed to have the same thickness as the predetermined thickness of the bridge portion 40.
  • the second wafer part (1b) is separated from the first wafer part (1a) by a first etch prevention layer (1c), and is formed to have the same thickness as that of the bridge part (40), so that the bridge part (40) has a pre-designed thickness. It can be formed accurately.
  • 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 the second wafer portion 1b with ions.
  • the ion doping step (S110) may be performed before the wafer patterning step (S200), after the wafer patterning step (S200), may be performed between the etch stop layer forming step (S300), or may be performed after the etch stop layer forming step (S300).
  • etching steps (S400) (S300) it may be performed between the etch stop layer patterning process (S310) and the etching process (S320).
  • the surface of the base wafer member 1, that is, a portion of the surface of the second wafer portion 1b, except for the portion doped with ions, is masked with an ion implantation mask 2a, and then the second wafer portion Ions may be implanted into the second wafer portion 1b by doping the exposed portion of the surface of (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 wafer portion 1b to a predetermined depth, and the entire thickness of the second 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.
  • the wafer patterning step S200 is an example of using a known microelectromechanical systems (MEMS) process.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • the wafer patterning step S200 may be performed through a known patterning process such as dry etching, wet etching, and mechanical polishing.
  • Wafer patterning step (S200) is to form a space spaced apart between the pre-designed connection portion 30, that is, the body portion 10 and the mass body 20 on the first etch stop layer (1c), and the body portion 10 and the mass body 20 In the connection part 30 that integrally connects ), the remaining parts except for the bridge part 40 are patterned.
  • the bridge part 40 is formed by removing the second wafer part 1b except for the bridge part 40 from the connection part 30 and exposing the first etch stop layer 1c. do.
  • the bridge portion 40 is formed to have a width of a predesigned shape, and since the predesigned thickness corresponds to the thickness of the second wafer unit 1b, it is formed into an existing size through the wafer patterning step (S200).
  • the wafer patterning step (S200) is a step of removing the second wafer part 1b from the connection part 30 to form the bridge part 40 into a pre-designed size.
  • the wafer patterning step (S200) only the part where the bridge part 40 is to be formed is left in the part of the second wafer part 1b where the pre-designed connection part 30 is to be formed, and the first etch stop layer 1c is not patterned.
  • the bridge part 40 is formed by removing only the second wafer part 1b located on the upper side of the etch stop layer 1c.
  • portions other than the bridge portion 40 are removed from the top of the first etch stop layer 1c to expose the first etch stop layer 1c.
  • the first etch stop layer 1c and the first wafer portion 1a are maintained in a circular shape.
  • a second etch stop layer (1d) is applied on the portion corresponding to the body part 10, the mass body 20, the bridge part 40, and the connection part 30.
  • the second etch stop layer 1d is formed so that the upper and both sides of the bridge portion 40 formed in the wafer patterning step S200 are wrapped with the second etch stop layer 1d.
  • the second etch stop layer (1d) wraps the upper surface and both sides of the bridge part 40 formed by the wafer patterning step (S200) and is located on the lower surface of the bridge part 40.
  • the outer periphery of the bridge portion 40 including the first etch stop layer 1c is wrapped by the etch stop layer so that it can be protected from etching.
  • etching step (S400) a portion of the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d is removed from the connection part 30 to expose the etched part (S310), the first wafer part ( A part of 1b) is etched to form a space spaced apart from the lower side of the bridge part 40 enclosed by the etch stop layer to form the connection part 30.
  • the etch stop layer patterning process (S310) except for the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d surrounding the bridge part 40 on the connection part 30, the remaining first etch stop layer 1c and the second etch.
  • the prevention layer 1d is removed so that the outer periphery of the bridge portion 40 is completely surrounded by the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d.
  • the first etch stop layer 1c covering the lower surface of the bridge part 40 is positioned to protrude to both sides of the bridge part 40, and the second etch stop layer ( As an example, the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d are removed so that 1d) overlap.
  • the bridge part 40 protrudes from the lower surface to both sides, so that the overlapping part where the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d overlap is generated, and is positioned to protrude from the lower surface of the bridge part 40 to both sides. As the portion overlaps the second etch stop layer 1d, the bridge portion 40 can be more stably protected from the chemical solution used during etching, and the shape of the bridge portion 40 can be maintained as it is after etching. .
  • the etching process (S320) is an example of a wet etching process using an anisotropic wet etching solution such as KOH, TMAH, and EDP.
  • connection part 30 is formed through wet etching to separate and position the bridge part 40 and the connection part 30 to be spaced apart from each other.
  • the bridge part is the overall shape of the bridge-type structure so that the body part 10 and the mass body 20 can be respectively located on both sides of the hinge part 30 and the bridge part 40 based on the bridge part 40, that is, the bridge-type.
  • the bridge part 40 is etched while the outer periphery is completely enclosed by the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d, so that the shape of the outer shape is not deformed by the etching process. It can be accurately formed in a patterned shape, that is, a pre-designed size and shape.
  • the etching step S400 may further include a step S330 of removing the first etch stop layer 1c and the second etch stop layer 1d after the etching process 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.
  • the process of removing the etch stop layer (S330) includes a first etch stop layer (1c) and a second etch stop layer (1d) surrounding the bridge part 40, and a second etch located on the body part 10 and the mass body 20.
  • the prevention layer 1d is removed to complete the manufacturing process of the bridge-type structure.
  • FIG. 8 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.
  • a method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a bridge-type piezoresistive body is a bridge-type piezoresistive body.
  • the method of manufacturing a piezoresistive accelerometer having a resistance body is a body part 10, a body part 10 and a mass body 20, a body part 10, and a mass body ( 20), including a plurality of bridge portions 40 that are positioned between the body portion 10 and the mass body 20 and are compressed or stretched according to the movement of the mass body 20, and the bridge portion 40 is compressed or
  • Wafer preparation step (S100), ion doping step (S110), wafer patterning step (S200), etch stop layer forming step (S300), and etching step (S400) are It should be noted that the same bar as in the embodiment is omitted as a redundant description.
  • an electrode on the portion doped with ions in the body 10 is performed by patterning a conductive layer using a photolithography process and depositing a conductive layer 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 ).
  • FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment of a microparticle separation filter 50 manufactured using the method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention
  • FIG. 10 is a method of manufacturing a bridge-type structure according to the present invention. It is a cross-sectional view showing an embodiment of the microparticle separation filter 50 manufactured by.
  • the micro-particle separation filter 50 forms a channel or tube with a passage in the longitudinal direction, but a fine hole 50a is positioned at a predetermined size in the upper surface portion 51 serving as a filter. It has a structure that becomes.
  • the micro-particle separation filter 50 is a particle separation filter that discharges only particles of a certain size or more to the end side, and particles less than a certain size are discharged through the upper surface portion 51 serving as a filter.
  • the microparticle separation filter 50 is applied in fields such as solder bumping, and it is important to select particles of a uniform size.
  • a hole having a certain size can be easily formed in the upper surface portion 51 serving as a filter when the micro particle separation filter 50 is manufactured, and this can be applied to particle separation.
  • the particles may be sorted by size.
  • the microfilter that is, the thickness t of the upper surface 51 is important, and this process can easily manufacture a microfilter having a thickness of several hundred micrometers or more.
  • the present invention protects the region where the piezoresistive body is to be formed with an etch stop film, removes the ions required for the production of the accelerometer and the restriction on the thickness of the piezoresistive body, reduces the risk of manufacturing the accelerometer, and makes the bridge part 40 a preset size. Because it can be manufactured accurately with the product, it reduces the defect rate of the product and improves the precision.
  • boron ions in addition to boron ions, other ions can be used in a variety of ways, thereby reducing the cost of ion doping required for manufacturing a piezoresistive body to secure economic efficiency, and increasing the sensitivity of the accelerometer by reducing the ion concentration, thereby improving the performance of the accelerometer.
  • the present invention provides an eco-friendly manufacturing environment by not using toxic chemicals such as EDP to manufacture an accelerometer having a bridge-type piezoresistive body, and greatly improves the working environment during manufacturing.

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Abstract

본 발명은 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법에 관한 것으로 브릿지 형태의 브릿지부가 형성될 영역을 식각 방지막으로 보호하여 고농도 보론 이온 도핑 없이 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 제조할 수 있고 가속도계 제작을 위해 필요한 이온의 도핑 조건 및 압저항체 두께에 대한 제약을 제거하고, 가속도계 제작 위험성을 줄이며 브릿지부를 기설정된 크기로 정확하게 제작할 수 있어 제품의 불량률을 줄이고, 정밀도를 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 식각 방지막과 습식 식각을 통해 브릿지형 구조물을 간단하게 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.
도시되지 않았지만, 종래의 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도센서는 브릿지형 압저항체가 형성될 실리콘 층에 고농도 보론을 도핑한 이후, 습식식각을 수행하여, 브릿지형 압저항체를 형성하는 고농도 보론 도핑을 이용한 식각 정지 기법을 통해 제조될 수 있다.
고농도 보론 도핑을 이용한 식각 정지 기법을 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도센서의 제조 방법은 고농도 보론 도핑이 고비용 공정에 속한다는 단점과 도핑되는 보론의 깊이 제한 문제로, 제작되는 브릿지형 구조물의 높이가 3 um 이상을 넘기 힘들다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 브릿지 형태의 브릿지부가 형성될 영역을 식각 방지막으로 보호하여 고농도 보론 이온 도핑 없이 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 제조할 수 있는 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계의 제조 방법 및 이 제조 방법으로 제조된 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 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 질량체를 연결하고 상기 질량체의 움직임에 따라 압축 또는 인장되는 복수의 브릿지부를 포함하는 브릿지형 구조물의 제조 방법이고, 제1웨이퍼부와 제2웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계, 제2웨이퍼부 중 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계, 상기 웨이퍼 패터닝단계 후 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계, 상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2웨이퍼부와 상기 제1웨이퍼부를 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, 제1웨이퍼부와 제2웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계, 제2웨이퍼부 중 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계, 상기 웨이퍼 패터닝단계 후 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계, 상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2웨이퍼부와 상기 제1웨이퍼부를 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 제1웨이퍼부와 상기 제2웨이퍼부는 각각 실리콘 재질의 웨이퍼일 수 있다.
본 발명은 상기 제2웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 웨이퍼 패터닝단계는 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 상기 제2웨이퍼부를 제거하고 상기 제1식각 방지층을 노출시킴으로써 기설계된 형상으로 브릿지부를 성형할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각 방지층 형성단계는 상기 제2식각 방지층으로 상기 웨이퍼 패터닝단계로 성형된 상기 브릿지부의 상면과 양 측면을 감싸 상기 브릿지부의 하부면에 위치된 제1식각 방지층을 포함하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 식각 방지층에 의해 감싸져 식각으로부터 보호될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각단계는 상기 연결부에서 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층 중 일부분을 제거하여 식각되는 부분을 노출시키는 식각 방지층 패터닝과정 및 상기 제1웨이퍼부의 일부를 식각하여 식각 방지층에 의해 감싸진 브릿지부의 하부 측으로 이격된 공간을 형성하여 연결부를 성형하는 식각과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 연결부 상에서 상기 브릿지부를 감싼 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제외하고 나머지 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층에 의해 완전히 감싸진 상태가 되도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 브릿지부의 하면을 커버하는 상기 제1식각 방지층이 상기 브릿지부의 양 측으로 돌출되게 위치되고, 돌출된 부분의 상에 상기 제2식각 방지층이 겹쳐지도록 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거할 수 있다.
본 발명에서 상기 식각단계는 상기 식각과정 후 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 식각방지막으로 압저항체가 형성될 영역을 보호하여, 가속도계 제작을 위해 필요한 이온의 도핑 조건 및 압저항체 두께에 대한 제약을 제거하고, 가속도계 제작 위험성을 줄이며 브릿지부를 기설정된 크기로 정확하게 제작할 수 있어 제품의 불량률을 줄이고, 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 보론 이온 이외에도 다른 이온을 다양하게 사용할 수 있어 압저항체 제작을 위해 필요한 이온도핑 비용을 줄여 경제성을 확보하고, 이온농도를 줄여 가속도계의 감도를 높여 가속도계의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 제조하는데 EDP와 같은 유독성 화학물질을 사용하지 않도록 하여 친환경적인 제조 환경을 제공하고, 제조 시 작업 환경을 크게 개선하는 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 4 및 도 5는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법으로 제조된 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도.
도 7은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도.
도 9는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 마이크로 입자 분리 필터의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 마이크로 입자 분리 필터의 일 실시예를 도시한 단면도.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
1 : 베이스 웨이퍼부재
1a : 제1웨이퍼부
1b : 제2웨이퍼부
1c : 제1식각 방지층
1d : 제2식각 방지층
10 : 몸체부 20 : 질량체
30 : 연결부 40 : 브릿지부
50 : 마이크로 입자 분리 필터
S100 : 웨이퍼 준비단계 S110 : 이온 도핑단계
S200 : 웨이퍼 패터닝단계 S300 : 식각 방지층 형성단계
S400 : 식각단계 S500 : 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), 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.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법으로 제조된 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 4는 연결부(30)를 중심으로 양 측에 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40)가 각각 위치되어 2개의 압저항부를 가지는 예를 도시한 것이다.
또한, 도 5는 질량체(20)를 중심으로 몸체부(10)와 브릿지부(40)가 대칭되게 위치된 압저항 구조체가 연결부(30)를 중심으로 양 측에 각각 위치되어 4개의 압저항부를 가지는 예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법으로 도 3 내지 도 5의 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서를 간단하게 제조함과 아울러 브릿지부(40)의 크기를 기설계된 크기로 정밀하게 제조할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법 및 이를 이용한 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도 센서의 제조 방법은 브릿지부(40)를 간단한 방법으로 정밀하게 제작하는 데 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도이고, 도 7은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 시 도 3의 A - A'단면에 대한 개략도이고, 브릿지형 구조물이 형성되는 연결부(30)에 대한 개략도임을 밝혀둔다.
도 3 내지 도 7을 참고하여 도 3 내지 도 6을 참고하면 브릿지형 구조물의 제조 방법을 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예는 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b)의 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비하는 웨이퍼 준비단계(S100), 제2웨이퍼부(1b) 중 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계(S200), 웨이퍼 패터닝단계(S200) 후 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층(1d)을 형성하는 식각 방지층 형성단계(S300), 식각 방지층 형성단계(S300) 후 제2웨이퍼부(1b)와 제1웨이퍼부(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(S400)를 포함한다.
베이스 웨이퍼부재(1)는 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b)를 제1식각 방지층(1c)으로 접합한 형태의 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비한다.
웨이퍼 준비단계(S100)에서 베이스 웨이퍼부재(1)는 제1웨이퍼부(1a)에 브릿지부(40)를 형성하는 제2웨이퍼부(1b)가 적층되어 위치되고 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b) 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된다.
제1식각 방지층(1c)은 식각을 방지함과 아울러 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(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.
제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b)는 각각 실리콘 재질의 웨이퍼인 것을 일 예로 한다.
그리고, 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b)는 실리콘 결정 방향이 상이한 서로 다른 실리콘 재질로 제조된 웨이퍼일 수 있다.
더 상세하게 제1웨이퍼부(1a)는 (110) 실리콘 웨이퍼이고, 제2웨이퍼부(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.
제2웨이퍼부(1b)는 제1웨이퍼부(1a)의 상부 측 또는 하부 측에 적층되어 제1웨이퍼부(1a)의 상부 측 또는 하부 측에 브릿지부(40)를 형성하는 부분이다.
제2웨이퍼부(1b)는 기설정된 브릿지부(40)의 두께와 동일한 두께를 가지도록 형성된다.
제2웨이퍼부(1b)는 제1식각 방지층(1c)으로 제1웨이퍼부(1a)와 구분되고, 브릿지부(40)의 두께와 동일한 두께로 형성되어 브릿지부(40)가 기설계된 두께로 정확하게 형성될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 일 실시예는 제2웨이퍼부(1b)에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
이온 도핑단계(S110)는 웨이퍼 패터닝단계(S200) 이전에 이루어질 수도 있고, 웨이퍼 패터닝단계(S200) 이후 식각 방지층 형성단계(S300) 사이에 이루어질 수도 있고, 식각 방지층 형성단계(S300) 후에 이루어질 수도 있고, 식각단계(S400)(S300)에서 식각 방지층 패터닝과정(S310)과 식각과정(S320) 사이에서 이루어질 수도 있음을 밝혀둔다.
이온 도핑단계(S110)는 베이스 웨이퍼부재(1)의 표면 즉, 제2웨이퍼부(1b)의 표면에서 이온이 도핑되는 부분을 제외한 부분을 이온주입 마스크(2a)로 마스킹한 후 제2웨이퍼부(1b)의 표면에서 노출된 부분에 이온을 도핑하여 제2웨이퍼부(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 제2웨이퍼부(1b) 내에 이온화된 원소를 기설정된 깊이까지 주입하는 것으로 제2웨이퍼부(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.
웨이퍼 패터닝단계(S200)는 공지된 MEMS(Microelectromechanical systems) 공정을 이용하는 것을 일 예로 한다.
웨이퍼 패터닝단계(S200)는 건식식각, 습식식각, 기계적 연마 등의 공지의 패터닝 공정을 통해 이루어질 수도 있음을 밝혀둔다.
웨이퍼 패터닝단계(S200)는 제1식각 방지층(1c) 상에서 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 웨이퍼 패터닝단계(S200)는 연결부(30)에서 브릿지부(40)를 제외한 나머지 제2웨이퍼부(1b)를 제거하고 제1식각 방지층(1c)을 노출시킴으로써 브릿지부(40)를 성형한다.
브릿지부(40)는 기설계된 형태의 폭을 가지도록 형성되고, 기설계된 두께가 제2웨이퍼부(1b)의 두께와 대응되므로 웨이퍼 패터닝단계(S200)를 통해 기설된 크기로 성형된다.
즉, 웨이퍼 패터닝단계(S200)는 연결부(30)에서 제2웨이퍼부(1b)를 제거하여 브릿지부(40)를 기설계된 크기로 성형하는 단계이다.
웨이퍼 패터닝단계(S200)는 제2웨이퍼부(1b) 중 기설계된 연결부(30)가 형성될 부분에서 브릿지부(40)가 형성될 부분만 남겨두며 제1식각 방지층(1c)을 패터닝하지 않고 제1식각 방지층(1c)의 상부 측에 위치된 제2웨이퍼부(1b)만 제거하여 브릿지부(40)를 성형한다.
제2웨이퍼부(1b)에서 기설계된 연결부(30)가 형성되는 부분 중 브릿지부(40)를 제외한 부분은 제1식각 방지층(1c)의 상부에서 제거되어 제1식각 방지층(1c)을 노출시키고, 제1식각 방지층(1c)과 제1웨이퍼부(1a)는 원형으로 유지되는 것을 일 예로 한다.
식각 방지층 형성단계(S300)는 웨이퍼 패터닝단계(S200) 후 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층(1d)을 형성하며, 웨이퍼 패터닝단계(S200)로 성형된 브릿지부(40)의 상면과 양 측면이 제2식각 방지층(1d)으로 감싸지도록 제2식각 방지층(1d)을 형성한다.
즉, 식각 방지층 형성단계(S300)는 제2식각 방지층(1d)으로 웨이퍼 패터닝단계(S200)로 성형된 브릿지부(40)의 상면과 양 측면을 감싸 브릿지부(40)의 하부면에 위치된 제1식각 방지층(1c)을 포함하여 브릿지부(40)의 외측 둘레가 식각 방지층에 의해 감싸져 식각으로부터 보호될 수 있도록 한다.
식각단계(S400)는 연결부(30)에서 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d) 중 일부분을 제거하여 식각되는 부분을 노출시키는 식각 방지층 패터닝과정(S310), 제1웨이퍼부(1b)의 일부를 식각하여 식각 방지층에 의해 감싸진 브릿지부(40)의 하부 측으로 이격된 공간을 형성하여 연결부(30)를 성형하는 식각과정을 포함한다.
식각 방지층 패터닝과정(S310)은 연결부(30) 상에서 브릿지부(40)를 감싼 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)을 제외하고 나머지 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)을 제거하여 브릿지부(40)의 외측 둘레가 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)에 의해 완전히 감싸진 상태가 되도록 한다.
식각 방지층 패터닝과정(S310)은 브릿지부(40)의 하면을 커버하는 제1식각 방지층(1c)이 브릿지부(40)의 양 측으로 돌출되게 위치되고, 돌출된 부분의 상에 제2식각 방지층(1d)이 겹쳐지도록 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)을 제거하는 것을 일 예로 한다.
브릿지부(40)는 하면에서 양 측으로 돌출되어 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)이 겹쳐진 겹침부분이 발생되어 브릿지부(40)의 하면에서 양 측으로 돌출되게 위치되어 돌출된 부분이 제2식각 방지층(1d)과 겹쳐짐으로써 브릿지부(40)를 식각 시 사용되는 화학 용액으로부터 더 안정적으로 보호할 수 있게 되고, 식각 후 브릿지부(40)의 형상이 그대로 유지될 수 있다.
식각과정(S320)은 KOH, TMAH, EDP 등의 이방성 습식식각용액을 이용한 습식식각 공정인 것을 일 예로 한다.
식각과정(S320)은 식각 방지층 패터닝과정(S310) 후 습식식각을 통해 연결부(30)를 형성함으로써 브릿지부(40)와 연결부(30)를 서로 이격되게 분리하여 위치시키고, 힌지부(30)와 브릿지부(40)를 기준으로 힌지부(30)와 브릿지부(40)의 양측에 각각 몸체부(10)와 질량체(20)가 위치될 수 있도록 브릿지부를 브릿지형 구조물의 전체적인 형상 즉, 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 전체적인 형상을 완성한다.
즉, 브릿지부(40)는 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)에 의해 외측 둘레가 완전히 감싸진 상태에서 식각과정이 이루어지게 되므로 식각과정에 의해 외형의 형상이 변형되지 않고 패터닝된 형태 즉, 기설계된 크기와 형상으로 정확하게 형성될 수 있다.
한편, 식각단계(S400)는 식각과정(S320) 후 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d)을 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.
식각 방지층을 제거하는 과정(S330)은 브릿지부(40)를 감싼 제1식각 방지층(1c)과 제2식각 방지층(1d), 몸체부(10)와 질량체(20) 상에 위치된 제2식각 방지층(1d)을 제거하여 브릿지형 구조물의 제조 공정을 완료한다.
도 8은 본 발명에 따른 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법의 일 실시예를 도시한 공정도이고, 도 8을 참고하면 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법은 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, 제1웨이퍼부(1a)와 제2웨이퍼부(1b)의 사이에 제1식각 방지층(1c)이 위치된 베이스 웨이퍼부재(1)를 준비하는 웨이퍼 준비단계(S100), 제2웨이퍼부(1b) 중 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계(S200), 웨이퍼 패터닝단계(S200) 후 몸체부(10), 질량체(20), 브릿지부(40), 연결부(30)에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층(1d)을 형성하는 식각 방지층 형성단계(S300), 식각 방지층 형성단계(S300) 후 제2웨이퍼부(1b)와 제1웨이퍼부(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(S400) 및 식각단계(S400) 후 몸체부(10) 상에 전극부를 형성하는 전극 형성단계(S500)를 포함한다.
웨이퍼 준비단계(S100), 이온 도핑단계(S110), 웨이퍼 패터닝단계(S200), 식각 방지층 형성단계(S300), 식각단계(S400)는 상기에서 언급한 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법의 실시예와 동일한 바 중복 기재로 생략함을 밝혀둔다.
전극 형성단계(S500)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.
도 9는 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 마이크로 입자 분리 필터(50)의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하여 제작된 마이크로 입자 분리 필터(50)의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면 마이크로 입자 분리 필터(50)는 길이 방향으로 통로가 형성된 채널 또는 관을 형성하되 필터 역할을 하는 상면부(51)에 미세한 구멍(50a)이 일정 크기로 이격되게 위치되는 구조를 가진다.
마이크로 입자 분리 필터(50)는 일정한 크기 이상의 입자만 단부 측으로 배출하고, 일정크기 이하의 입자는 필터 역할을 하는 상면부(51)를 통해 배출시키는 입자 분리 필터이다.
마이크로 입자 분리 필터(50)는 솔더 범핑등 과 같은 분야에 응용되고 있으며, 균일한 크기의 입자를 선별하는 것이 중요하다.
본 발명에 따른 브릿지형 구조물의 제조 방법을 이용하면 마이크로 입자 분리 필터(50)의 제조 시 필터 역할을 하는 상면부(51)에 일정한 크기의 구멍을 쉽게 제작할 수 있고 이는 입자 분리에 적용될 수 있다.
또한, 다양한 크기의 구멍을 가지는 필터를 이용하여, 입자를 크기별로 정렬할 수도 있다.
특히, 입자가 들어가는 충격을 견디기 위해서는 마이크로 필터 즉, 상면부(51)의 두께(t)가 중요한데, 본 공정으로 수백마이크로 미터 이상의 두께를 가지는 마이크로 필터를 쉽게 제작 할 수 있다.
본 발명은 식각방지막으로 압저항체가 형성될 영역을 보호하여, 가속도계 제작을 위해 필요한 이온의 도핑 조건 및 압저항체 두께에 대한 제약을 제거하고, 가속도계 제작 위험성을 줄이며 브릿지부(40)를 기설정된 크기로 정확하게 제작할 수 있어 제품의 불량률을 줄이고, 정밀도를 향상시킨다.
본 발명은 보론 이온 이외에도 다른 이온을 다양하게 사용할 수 있어 압저항체 제작을 위해 필요한 이온도핑 비용을 줄여 경제성을 확보하고, 이온농도를 줄여 가속도계의 감도를 높여 가속도계의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 브릿지형 압저항체를 가지는 가속도계를 제조하는데 EDP와 같은 유독성 화학물질을 사용하지 않도록 하여 친환경적인 제조 환경을 제공하고, 제조 시 작업 환경을 크게 개선한다.
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 (18)

  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,
    제1웨이퍼부와 제2웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계;
    상기 제2웨이퍼부 중 상기 몸체부, 상기 질량체, 상기 브릿지부, 상기 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계;
    상기 웨이퍼 패터닝단계 후 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계; 및
    상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2웨이퍼부와 상기 제1웨이퍼부를 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 제1웨이퍼부와 상기 제2웨이퍼부는 각각 실리콘 재질의 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 패터닝단계는 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 상기 제2웨이퍼부를 제거하고 상기 제1식각 방지층을 노출시킴으로써 기설계된 형상으로 브릿지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각 방지층 형성단계는 상기 제2식각 방지층으로 상기 웨이퍼 패터닝단계로 성형된 상기 브릿지부의 상면과 양 측면을 감싸 상기 브릿지부의 하부면에 위치된 제1식각 방지층을 포함하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 식각 방지층에 의해 감싸져 식각으로부터 보호될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 식각단계는,
    상기 연결부에서 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층 중 일부분을 제거하여 식각되는 부분을 노출시키는 식각 방지층 패터닝과정; 및
    상기 제1웨이퍼부의 일부를 식각하여 식각 방지층에 의해 감싸진 브릿지부의 하부 측으로 이격된 공간을 형성하여 연결부를 성형하는 식각과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 연결부 상에서 상기 브릿지부를 감싼 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제외하고 나머지 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층에 의해 완전히 감싸진 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 브릿지부의 하면을 커버하는 상기 제1식각 방지층이 상기 브릿지부의 양 측으로 돌출되게 위치되고, 돌출된 부분의 상에 상기 제2식각 방지층이 겹쳐지도록 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 식각단계는,
    상기 식각과정 후 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 구조물의 제조 방법.
  10. 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,
    제1웨이퍼부와 제2웨이퍼부의 사이에 제1식각 방지층이 위치된 베이스 웨이퍼부재를 준비하는 웨이퍼 준비단계, 상기 제2웨이퍼부 중 상기 몸체부, 상기 질량체, 상기 브릿지부, 상기 연결부에 대응되는 부분만 남겨두고 그 나머지를 제거하는 웨이퍼 패터닝단계;
    상기 웨이퍼 패터닝단계 후 몸체부, 질량체, 브릿지부, 연결부에 대응되는 부분 상에 제2식각 방지층을 형성하는 식각 방지층 형성단계;
    상기 식각 방지층 형성단계 후 상기 제2웨이퍼부와 상기 제1웨이퍼부를 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.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1웨이퍼부와 상기 제2웨이퍼부는 각각 실리콘 재질의 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2웨이퍼부에 이온을 도핑하는 이온 도핑단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 웨이퍼 패터닝단계는 상기 연결부에서 상기 브릿지부를 제외한 나머지 상기 제2웨이퍼부를 제거하고 상기 제1식각 방지층을 노출시킴으로써 기설계된 형상으로 브릿지부를 성형하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 식각 방지층 형성단계는 상기 제2식각 방지층으로 상기 웨이퍼 패터닝단계로 성형된 상기 브릿지부의 상면과 양 측면을 감싸 상기 브릿지부의 하부면에 위치된 제1식각 방지층을 포함하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 식각 방지층에 의해 감싸져 식각으로부터 보호될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 식각단계는,
    상기 연결부에서 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층 중 일부분을 제거하여 식각되는 부분을 노출시키는 식각 방지층 패터닝과정; 및
    상기 제1웨이퍼부의 일부를 식각하여 식각 방지층에 의해 감싸진 브릿지부의 하부 측으로 이격된 공간을 형성하여 연결부를 성형하는 식각과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 연결부 상에서 상기 브릿지부를 감싼 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제외하고 나머지 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하여 상기 브릿지부의 외측 둘레가 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층에 의해 완전히 감싸진 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 식각 방지층 패터닝과정은 상기 브릿지부의 하면을 커버하는 상기 제1식각 방지층이 상기 브릿지부의 양 측으로 돌출되게 위치되고, 돌출된 부분의 상에 상기 제2식각 방지층이 겹쳐지도록 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 식각단계는,
    상기 식각과정 후 상기 제1식각 방지층과 상기 제2식각 방지층을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브릿지형 압저항체를 가지는 압저항 가속도계의 제조 방법.
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