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KR101794764B1 - Mems pressure sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR101794764B1
KR101794764B1 KR1020160044925A KR20160044925A KR101794764B1 KR 101794764 B1 KR101794764 B1 KR 101794764B1 KR 1020160044925 A KR1020160044925 A KR 1020160044925A KR 20160044925 A KR20160044925 A KR 20160044925A KR 101794764 B1 KR101794764 B1 KR 101794764B1
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South Korea
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temperature
piezoresistor
pressure sensor
silicon substrate
resistor
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KR1020160044925A
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안준은
이장섭
박수영
유은실
Original Assignee
국방과학연구소
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Abstract

본 발명은, 온도 민감도를 최소화하는 MEMS 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 압력 센서는, 압저항기를 가지는 MEMS 압력 센서에 있어서, 비아홀이 형성된 글래스 기판과; 상기 글래스 기판상에 형성된 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판에 형성된 홈에 채워진 압저항기와; 상기 실리콘 기판의 노출면 및 상기 압저항기 상에 형성되는 절연막과; 상기 절연막 상에 형성되고, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기와; 상기 온도 보상 저항기와 상기 압저항기를 연결하는 미세금속 배선을 포함할 수 있다.The present invention relates to a MEMS pressure sensor that minimizes temperature sensitivity and a method of manufacturing the same, and a MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes a glass substrate on which a via hole is formed; A silicon substrate formed on the glass substrate; A piezoresistor filled in a groove formed in the silicon substrate; An insulating layer formed on the exposed surface of the silicon substrate and the piezoresistor; A temperature compensation resistor formed on the insulating film, the resistance value of which decreases as the temperature increases; And a fine metal wiring connecting the temperature compensation resistor and the piezoresistor.

Description

MEMS 압력센서 및 그 제조 방법{MEMS PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}[0001] MEMS PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical System) pressure sensor and a manufacturing method thereof.

일반적으로 MEMS 압력센서는 절연막 증착 기술, 금속 증착 및 배선 기술, 이온주입 기술, 미세패턴 형성기술, 실리콘 식각 기술, 글래스 식각 기술과 기판 접합 기술 등의 조합으로 만들어진다. 압력센서의 압력은 압저항(piezo resistance)이 감지하며 이러한 압저항은 실리콘 웨이퍼 기판에 이온을 주입하거나 확산시켜 다수의 저항 단자가 형성된다. 그러나 압저항은 압력의 변화가 없어도 온도에 대하여 영향을 받는다. 온도가 증가함에 따라 그 저항값이 증가하고 온도가 감소하면 저항값이 감소한다. 또한, 이러한 다수의 압저항을 연결하여 휘스톤브릿지회로를 만들기 위해서는 금속박막 증착 및 미세패턴 형성 기술이 필요하며 금속배선의 절연을 위하여 절연막증착 기술 또한 적용된다. In general, MEMS pressure sensors are made by a combination of insulating film deposition technology, metal deposition and wiring technology, ion implantation technology, fine patterning technology, silicon etching technology, glass etching technology and substrate bonding technology. The pressure of the pressure sensor is sensed by a piezo resistance, and the piezoresistance is injected or diffused into a silicon wafer substrate to form a plurality of resistance terminals. However, the piezoresistance is affected by the temperature even if there is no change in the pressure. As the temperature increases, the resistance value increases. When the temperature decreases, the resistance value decreases. Also, in order to form a Wheatstone bridge circuit by connecting a plurality of these piezoresistors, a metal thin film deposition and fine pattern formation technique is required, and an insulating film deposition technique is also applied for metal wiring insulation.

본 발명의 목적은, 온도 민감도를 최소화하는 MEMS 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a MEMS pressure sensor that minimizes temperature sensitivity and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 압력 센서는, 압저항기를 가지는 MEMS 압력 센서에 있어서, 비아홀이 형성된 글래스 기판과; 상기 글래스 기판상에 형성된 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판에 형성된 홈에 채워진 압저항기와; 상기 실리콘 기판의 노출면 및 상기 압저항기 상에 형성되는 절연막과; 상기 절연막 상에 형성되고, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기와; 상기 온도 보상 저항기와 상기 압저항기를 연결하는 미세금속 배선을 포함할 수 있다.A MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention is a MEMS pressure sensor having a piezoresistor, comprising: a glass substrate on which a via hole is formed; A silicon substrate formed on the glass substrate; A piezoresistor filled in a groove formed in the silicon substrate; An insulating layer formed on the exposed surface of the silicon substrate and the piezoresistor; A temperature compensation resistor formed on the insulating film, the resistance value of which decreases as the temperature increases; And a fine metal wiring connecting the temperature compensation resistor and the piezoresistor.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 압저항기의 하부와 상기 비아홀 사이에 위치한 실리콘 기판의 일부 영역은 박막일 수 있다.In an embodiment of the present invention, a portion of the silicon substrate located between the lower portion of the piezoresistor and the via hole may be a thin film.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 압저항기는 하나 또는 다수개일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the piezoresistors may be one or more.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 하나 또는 다수개일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the temperature compensation resistors may be one or more.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 박막일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the temperature compensation resistor may be a thin film.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성을 저항기일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the temperature compensation resistor may be a resistor having a negative temperature coefficient (NTC) characteristic.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 박막 형태의 천이금속 산화물일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the temperature compensating resistor may be a thin film of transition metal oxide.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 상기 실리콘 기판의 노출면에 형성된 절연막에 형성되고, 상기 온도 보상 저항기가 형성된 절연막은 상기 압저항기와 이격되도록 상기 압저항기 상에 형성된 절연막의 높이보다 높게 돌출될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the temperature compensating resistor is formed on an insulating film formed on the exposed surface of the silicon substrate, and the insulating film formed with the temperature compensating resistor is formed to have a thickness larger than the height of the insulating film formed on the piezo- It can be projected high.

본 발명의 실시 예에 따른 MEMS 압력 센서의 제조 방법은, 압저항기를 가지는 MEMS 압력 센서를 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 기판에 형성된 홈에 압저항기를 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판의 노출면 및 상기 압저항기 상에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판의 노출면에 형성된 절연막 상에 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기를 형성하는 단계와; 상기 온도 보상 저항기와 상기 압저항기를 연결하는 금속 배선을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 기판과 압력홀이 형성된 글래스 기판을 접합하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes the steps of: forming a piezoresistor in a groove formed in a silicon substrate; Forming an insulation layer on the exposed surface of the silicon substrate and the piezoresistor; Forming a temperature compensation resistor in which a resistance value decreases as a temperature increases on an insulating film formed on an exposed surface of the silicon substrate; Forming a metal wiring connecting the temperature compensation resistor and the piezoresistor; And bonding the silicon substrate to a glass substrate having a pressure hole formed thereon.

본 발명은, 압력을 감지하는 다수의 압저항기과 온도특성이 반대인 1개 이상의 온도 보상 저항기를 MEMS 구조물에 배치하여 압저항기의 온도특성을 상쇄함으로써 온도 민감도를 감소시킬 수 있다.The present invention can reduce the temperature sensitivity by disposing one or more temperature compensation resistors opposite in temperature characteristics to a plurality of pressure resistive sensing resistors in the MEMS structure to offset the temperature characteristic of the piezoelectric resistors.

본 발명은 MEMS 압력센서의 온도변화에 대한 영향을 감소시키면서 그 압력 센서의 크기를 최소화할 수 있다.The present invention can minimize the size of the pressure sensor while reducing the influence on the temperature change of the MEMS pressure sensor.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MEMS 압력 센서(MEMS 구조물)의 평면도이다.
도3은 본 발명에 따른 MEMS 압력 센서(MEMS 구조물)의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압저항기와 NTC 저항기를 연결한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 평가시험 결과 출력 특성도이다.
1 is a block diagram showing a configuration of a MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a top view of a MEMS pressure sensor (MEMS structure) according to the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a MEMS pressure sensor (MEMS structure) according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing another embodiment according to the present invention.
5 is a circuit diagram of a piezoresistor and an NTC resistor according to an embodiment of the present invention.
6 is an output characteristic diagram of an evaluation test result of a pressure sensor according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.

일반적으로 MEMS 압력센서는 절연막 증착 기술, 금속 증착 및 배선 기술, 이온주입 기술, 미세패턴 형성기술, 실리콘 식각 기술, 글래스 식각 기술과 기판 접합 기술 등의 조합으로 만들어진다. 압력센서의 압력은 압저항(piezo resistance)이 감지하며 이러한 압저항은 실리콘 웨이퍼 기판에 이온을 주입하거나 확산시켜 다수의 저항 단자가 형성된다. 그러나 압저항은 압력의 변화가 없어도 온도에 대하여 영향을 받는다. 온도가 증가함에 따라 그 저항값이 증가하고 온도가 감소하면 저항값이 감소한다. 또한, 이러한 다수의 압저항을 연결하여 휘스톤브릿지회로를 만들기 위해서는 금속박막 증착 및 미세패턴 형성 기술이 필요하며 금속배선의 절연을 위하여 절연막증착 기술 또한 적용된다. In general, MEMS pressure sensors are made by a combination of insulating film deposition technology, metal deposition and wiring technology, ion implantation technology, fine patterning technology, silicon etching technology, glass etching technology and substrate bonding technology. The pressure of the pressure sensor is sensed by a piezo resistance, and the piezoresistance is injected or diffused into a silicon wafer substrate to form a plurality of resistance terminals. However, the piezoresistance is affected by the temperature even if there is no change in the pressure. As the temperature increases, the resistance value increases. When the temperature decreases, the resistance value decreases. Also, in order to form a Wheatstone bridge circuit by connecting a plurality of these piezoresistors, a metal thin film deposition and fine pattern formation technique is required, and an insulating film deposition technique is also applied for metal wiring insulation.

일반적으로 대부분의 물체는 온도가 증가하면 저항이 증가한다. 이온주입을 통하여 형성되는 압저항도 온도가 증가함에 따라 저항 값이 증가하며 이러한 저항증가는, 압력에 의해서만 저항과 출력이 변해야 하는, 압력센서의 본질적인 기능에 영향을 준다. 따라서 기존의 정밀 압력센서는 온도에 대한 영향을 감소시키기 위해 MEMS 구조물에 압저항을 추가 형성하여 보상회로를 만들고 보상하는 방법, 또는 외부에 온도보상회로를 붙이는 방법을 사용한다. 이러한 방법들은 MEMS 압력센서 구조물 외에 온도센서, 보상회로 등이 추가로 필요하며 센서 출력을 후처리 함으로써 비용 및 시간 소모가 많고 그 크기가 커진다.In general, the resistance of most objects increases with increasing temperature. The piezoresistance formed through ion implantation increases as the temperature increases. This increase in resistance affects the intrinsic function of the pressure sensor, in which the resistance and output must change only by pressure. Therefore, a conventional precision pressure sensor uses a method of forming and compensating a compensation circuit by forming a piezoresistance in the MEMS structure to reduce the influence on the temperature, or attaching a temperature compensation circuit to the outside. These methods require additional temperature sensors, compensation circuits, etc. in addition to the MEMS pressure sensor structure, and the post-processing of the sensor output is costly and time consuming and increases in size.

본 발명에서는 이러한 MEMS 기술을 적용할 뿐만 아니라 금속산화물 증착 기술을 적용하여 보상저항을 제조한다. 이러한 금속산화물 중에는 Mn, Co, Ni, Cr, Fe 등을 혼합하여 만든 천이금속산화물이 있으며, 그 저항은 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성의 저항을 NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항이라 한다. In the present invention, not only the MEMS technology but also a metal oxide deposition technique is applied to manufacture a compensation resistor. Among these metal oxides, there are transition metal oxides formed by mixing Mn, Co, Ni, Cr, Fe, etc., and the resistance thereof decreases with increasing temperature. The resistance of this characteristic is called NTC (Negative Temperature Coefficient) resistance.

즉, 본 발명에서는, 미세전기전자시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 기술을 적용하여 압저항을 실리콘 기판 내부에 형성하고, 박막 증착 기술로 형성된 보상저항을 미세금속 배선으로 연결한다. 적용된 MEMS기술은 압력센서의 크기를 최소화하면서도 온도에 둔감하도록 한다.That is, in the present invention, a piezoresistance is formed inside a silicon substrate by applying a micro electro mechanical system (MEMS) technology, and a compensation resistor formed by a thin film deposition technique is connected to a fine metal wiring. The applied MEMS technology minimizes the size of the pressure sensor and makes it insensitive to temperature.

본 발명은 MEMS 압력센서를 제작함에 있어, 압력을 감지하는 압저항이 온도에 따라 저항값이 증가함으로써 그 특성에 영향을 미치는 것을 최소화하기 위하여 온도에 따라 저항값이 감소하는 NTC 저항기를 이용하여 압저항의 온도 특성을 보상할 수 있다. 이러한 NTC 저항기는 천이금속 산화물을 증착하여 박막으로 만들거나 개별 NTC 저항을 적용할 수도 있다. NTC저항을 MEMS 구조물 위에 압저항과 함께 제작하거나 배치하면 온도가 상승함에 따라 압저항 값이 증가하는 것을 감쇄시켜 온도 보상 효과를 얻을 수 있다.In manufacturing a MEMS pressure sensor, in order to minimize the influence of the piezoresistance sensing pressure on the characteristics of the piezoresistive sensor, The temperature characteristic of the resistor can be compensated. These NTC resistors may be deposited as a thin film by depositing a transition metal oxide or may be subjected to individual NTC resistors. When the NTC resistance is fabricated or placed on the MEMS structure together with the piezoresistance, the temperature compensation effect can be obtained by attenuating the increase in the piezoresistance value as the temperature rises.

또한, 본 발명은 MEMS 압력센서 구조물에 압저항과 NTC 저항기를 동일하게 제작하거나 배치함으로써 그 크기가 증가하지 않도록 하여 그 크기를 최소화할 수 있으며, 별도의 복잡한 보상회로나 온도센서 사용을 최소화하여 추가 제작비용을 줄일 수도 있다.In addition, the present invention minimizes the size of the MEMS pressure sensor structure by preventing the size of the MEMS pressure sensor structure from increasing by forming or arranging the piezoresistance and NTC resistor in the same manner, and minimizing the use of a complicated compensation circuit or temperature sensor The production cost can also be reduced.

이하에서는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서 및 그 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서의 구성을 나타낸 구성도이다. 1 is a block diagram showing a configuration of a MEMS pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서(100)는,1, a MEMS pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes:

비아 홀(압력홀)(161)이 형성된 글래스 기판(160)과;A glass substrate 160 on which a via hole (pressure hole) 161 is formed;

글래스 기판(160) 상에 형성된 실리콘 기판(150)과;A silicon substrate 150 formed on a glass substrate 160;

실리콘 기판(150)에 형성된 홈에 채워진 압저항기(압저항 박막)(110)와;A piezoresistor (piezoresistive thin film) 110 filled in a groove formed in the silicon substrate 150;

실리콘 기판(150)의 노출면 및 압저항기(압저항 박막)(110) 상에 형성되는 절연막(120)과;An insulation layer 120 formed on the exposed surface of the silicon substrate 150 and the piezoresistor (piezoresistive thin film) 110;

절연막(120) 상에 형성되고, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기(NTC 저항기)(140)와 압저항기(110)를 연결하는 미세금속 배선(130)을 포함할 수 있다. 온도 보상 저항기(NTC 저항기)(140)는 절연막(120) 상에 형성될 수 있다. 압저항기(110)의 하부와 비아 홀(압력홀)(161) 사이에 위치한 실리콘 기판(150)의 일부 영역은 박막(151) 형태로 형성된다. And a fine metal wiring 130 formed on the insulating film 120 and connecting the piezoresistor 110 with a temperature compensation resistor (NTC resistor) 140 whose resistance value decreases as the temperature increases. A temperature compensation resistor (NTC resistor) 140 may be formed on the insulating film 120. A portion of the silicon substrate 150 located between the lower portion of the piezoresistor 110 and the via hole (pressure hole) 161 is formed in the form of a thin film 151.

본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서(100)에는 하나 또는 다수의 압저항기(110)가 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 압력센서(100)에는 하나 또는 다수의 온도 보상 저항기(NTC 저항기)(140)가 형성될 수 있다. 온도 보상 저항기(NTC 저항기)(140)는 박막으로 형성될 수 있다.The MEMS pressure sensor 100 according to the embodiment of the present invention may have one or more piezoresistors 110 formed thereon. One or more temperature compensation resistors (NTC resistors) 140 may be formed on the MEMS pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The temperature compensation resistor (NTC resistor) 140 may be formed as a thin film.

도 2는 본 발명에 따른 MEMS 압력 센서(MEMS 구조물)의 평면도이며, 2 is a plan view of a MEMS pressure sensor (MEMS structure) according to the present invention,

도3은 본 발명에 따른 MEMS 압력 센서(MEMS 구조물)의 제조 방법을 나타낸 단면도이다. 이러한 MEMS 구조물은 도 3의 (a)에서 (e)의 순서의 공정으로 제작된다. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a MEMS pressure sensor (MEMS structure) according to the present invention. Such a MEMS structure is fabricated by a process in the order of (a) to (e) in FIG.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(150) 상에 다수의 저항 패턴을 형성하고, 그 형성된 패턴대로 이온주입 또는 확산을 실시하여 압저항기(110)를 형성한다. As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of resist patterns are formed on the silicon substrate 150, and the resistors 110 are formed by ion implantation or diffusion according to the pattern.

상기 형성된 압저항기(110)의 하부 실리콘 기판(150)을 식각하여 박막(151)의 형태로 제작한다. The lower silicon substrate 150 of the formed piezoresistor 110 is etched to form a thin film 151.

압저항기(110)는 절연막(120)으로 보호되며, 이 절연막(120)은 압저항기(110)뿐만 아니라 실리콘 기판(150)의 노출면(지지부) 상에도 형성된다.The piezoresistor 110 is protected by an insulating film 120 and the insulating film 120 is formed not only on the piezoresistor 110 but also on the exposed surface (support) of the silicon substrate 150.

절연막(120) 상에는 압저항기(110)와 온도특성이 반대인 1개 이상의 온도 보상 저항기(140)가 형성되며, 온도 보상 저항기(140)는 압력에 영향을 받지 않도록 실리콘 기판(150)의 노출면에 형성된 절연막(120)상에만 형성된다.One or more temperature compensating resistors 140 having a temperature characteristic opposite to that of the piezoresistor 110 are formed on the insulating layer 120. The temperature compensating resistor 140 is formed on the exposed surface of the silicon substrate 150, (Not shown).

압저항기(110)는 온도가 증가함에 따라 저항값이 증가하므로, 온도 보상 저항기(140)는 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 저항기를 형성한다. 상기 NTC 저항기는 Mn, Co, Ni, Cr, Fe 중 일부 조합으로 이루어진 천이금속산화물의 입방정 스피넬 결정구조를 가지며, 본 발명에서는 소재를 제한하는 것은 아니다. 이러한 천이금속산화물은 상온 증착, 스퍼터링 등에 의하여 박막으로 증착할 수 있으며, 본 발명에서는 증착의 방법에 대해서도 제한하지 아니한다. Since the piezoresistor 110 increases in resistance as the temperature increases, the temperature compensation resistor 140 forms an NTC resistor whose resistance decreases as the temperature increases. The NTC resistor has a cubic spinel crystal structure of a transition metal oxide composed of some combination of Mn, Co, Ni, Cr, and Fe, and the material is not limited in the present invention. Such a transition metal oxide can be deposited as a thin film by vapor deposition at room temperature, sputtering or the like, and the deposition method is not limited in the present invention.

압저항기(110)와 NTC 저항기(140)의 전기적 신호를 연결하기 위해서 미세금속 배선(130)을 형성한다. 이렇게 제작된 압저항기(110)와 NTC 저항기(140)를 가지는 실리콘 기판(150)은 글래스 기판(160)과 접합된다. 이때 글래스 기판(160)의 하부에 압력홀(비아홀)(161)이 형성되어 있으면 하부 압력과 상부 압력의 차이를 측정하는 차압 센서 MEMS 구조물(100,101)이 되며, 글래스 기판(160)의 하부에 홀(161)이 없으면 대기압력을 측정하는 절대압센서 MEMS 구조물(도시되지 않음)이 된다. A fine metal wiring 130 is formed to connect the electrical signals of the piezoresistor 110 and the NTC resistor 140. The silicon substrate 150 having the piezoresistor 110 and the NTC resistor 140 thus fabricated is bonded to the glass substrate 160. When a pressure hole (via hole) 161 is formed in the lower part of the glass substrate 160, the differential pressure sensor MEMS structures 100 and 101 measure the difference between the lower pressure and the upper pressure. At the lower part of the glass substrate 160, (Not shown) to measure the atmospheric pressure.

또한, NTC 저항기는 개별로 압력 센서 MEMS 구조물과 접합될 수 있으며, 이러한 다른 실시예는 도 4에 도시되어 있다. In addition, the NTC resistors can be individually joined to the pressure sensor MEMS structure, and this other embodiment is shown in Fig.

도 4는 본 발명에 의한 다른 실시예를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing another embodiment according to the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 1개 이상의 NTC 저항기(141)를 압저항기(110)와 연결하기 위해서는 제조공정 단면을 나타낸 도 3에서 (C)공정과 (d)공정을 바꾸어 진행하면 된다. 그리고 금속배선(130)에 의하여 개별 NTC 저항기(141)를 압저항기(110)와 전기적으로 연결하기 위해서는 도전성 접합제를 적용하여 금속배선(130)위에 접합하면 되지만 본 발명에서는 그 접합방법에 대해서 제한하는 것은 아니다.4, in order to connect one or more NTC resistors 141 to the piezoresistor 110, steps (C) and (d) of FIG. 3 may be performed. In order to electrically connect the individual NTC resistor 141 to the piezoresistor 110 by the metal wire 130, a conductive bonding agent may be applied to the metal wire 130. However, in the present invention, It does not.

상기 온도 보상 저항기(141)는 상기 실리콘 기판(150)의 노출면에 형성된 절연막(120)에 형성되고, 상기 온도 보상 저항기(141)가 형성된 절연막은 상기 압저항기(110)와 이격되도록 상기 압저항기(110) 상에 형성된 절연막의 높이보다 높게 돌출된다.The temperature compensating resistor 141 is formed on the insulating layer 120 formed on the exposed surface of the silicon substrate 150 and the insulating film on which the temperature compensating resistor 141 is formed is separated from the piezo- Is higher than the height of the insulating film formed on the substrate 110.

앞서 언급된 다수의 압저항기(110)와 1개의 NTC 저항기(150)를 연결한 실시예를 간략한 기호로 표현하면 도 5와 같다. An embodiment in which a plurality of the piezoresistors 110 and one NTC resistor 150 are connected to each other is shown in Fig.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압저항기(201~204,)와 NTC 저항기(205)를 연결한 회로도이다.5 is a circuit diagram of the piezoresistors 201 to 204 and the NTC resistor 205 according to the embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 다수의 압저항기(202, 203, 204, 205)는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하며, NTC 저항기(205)는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소함이 표현되었다. 또한, 도 5에서 압력센서의 입력신호와 출력신호를 알 수 있다.As shown in FIG. 5, it is expressed that the resistances of the plurality of piezoresistors 202, 203, 204, and 205 increase as the temperature increases, and the resistance of the NTC resistor 205 decreases as the temperature increases . 5, the input signal and the output signal of the pressure sensor can be known.

계속해서, 온도보상용 NTC 저항기(140)를 적용하여, 본 발명이 목표로 하는 압력센서에 대한 온도의 영향을 감소시킬 수 있는지 평가 시험하였으며 이에 대하여 설명한다. Next, an NTC resistor 140 for temperature compensation is applied to evaluate whether or not the effect of temperature on the target pressure sensor can be reduced.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 평가시험 결과 출력 특성도로서, -40℃에서 85℃까지, 본 발명의 다른 실시예인, 도 4와 같이 개별의 NTC 저항기(141)의 적용 유무에 따른 출력변화를 시험한 결과이다. 가로축은 온도에 대한 축이며, 세로축은 온도에 따른 압력센서의 출력특성 변화를 나타낸 축이다. 이 때 압력에 대한 영향을 제거하기 위하여 압력을 가하지 않았다. 도 4에서, NTC 저항기(141)를 제거한 상태의 압력센서 출력 특성은 점선(301)으로 나타내어 졌으며, NTC 저항기(141)를 적용한 실시예의 압력센서 출력특성은 실선(302)으로 나타내어 졌다. 온도가 증가함에 따라 큰 변화를 보인 점선(301) 대비 개별 NTC 저항기(141)를 적용한 실선(302)이 온도 증가에 대하여 작은 기울기를 가짐을 볼 수 있다. 이는 본 발명에 따른 압력센서는 NTC 저항기의 특성이 압저항기의 온도특성을 상쇄시키는 보상 효과를 가지고 있음을 알 수 있다.6 is an output characteristic diagram of an evaluation test result of a pressure sensor according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in another embodiment of the present invention, from -40 ° C to 85 ° C, application of an individual NTC resistor 141 The results are as follows. The axis of abscissas is an axis with respect to temperature, and the axis of ordinates is an axis showing a change in output characteristic of the pressure sensor according to temperature. At this time, no pressure was applied to eliminate the influence on the pressure. 4, the pressure sensor output characteristic with the NTC resistor 141 removed is shown by the dotted line 301, and the pressure sensor output characteristic of the embodiment using the NTC resistor 141 is shown by the solid line 302. It can be seen that the solid line 302 to which the individual NTC resistor 141 is applied has a small slope with respect to the temperature increase as compared with the dotted line 301 showing a large change as the temperature increases. It can be seen that the pressure sensor according to the present invention has a compensation effect in which the characteristics of the NTC resistor cancel the temperature characteristic of the piezoresistor.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (6)

압저항기를 가지는 MEMS 압력 센서에 있어서,
비아홀이 형성된 글래스 기판과;
상기 글래스 기판상에 형성된 실리콘 기판과;
상기 실리콘 기판에 형성된 홈에 채워진 압저항기와;
상기 실리콘 기판의 노출면 및 상기 압저항기 상에 형성되는 절연막과;
압력에 영향을 받지 않도록 상기 절연막 상에 형성되고, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기와;
상기 온도 보상 저항기와 상기 압저항기를 연결하는 미세금속 배선을 포함하며,
상기 온도 보상 저항기는 상기 압저항기의 온도특성을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서.
In a MEMS pressure sensor having a piezoresistor,
A glass substrate on which a via hole is formed;
A silicon substrate formed on the glass substrate;
A piezoresistor filled in a groove formed in the silicon substrate;
An insulating layer formed on the exposed surface of the silicon substrate and the piezoresistor;
A temperature compensation resistor formed on the insulating film so as not to be affected by the pressure, the resistance value of which decreases as the temperature increases;
And a fine metal wiring connecting the temperature compensation resistor and the piezoresistor,
Wherein the temperature compensating resistor cancels the temperature characteristic of the piezoresistor.
제1항에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 하나 또는 다수개인 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서.The MEMS pressure sensor according to claim 1, wherein the temperature compensation resistors are one or more. 제1항에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성을 갖는 저항기인 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서.The MEMS pressure sensor according to claim 1, wherein the temperature compensation resistor is a resistor having a negative temperature coefficient (NTC) characteristic. 제1항에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는 박막 형태의 천이금속 산화물인 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서.The MEMS pressure sensor of claim 1, wherein the temperature compensating resistor is a thin film of transition metal oxide. 제1항에 있어서, 상기 온도 보상 저항기는,
상기 실리콘 기판의 노출면에 형성된 절연막에 형성되고, 상기 온도 보상 저항기가 형성된 절연막은 상기 압저항기와 이격되도록 상기 압저항기 상에 형성된 절연막의 높이보다 높게 돌출된 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서.
The temperature compensation device according to claim 1,
Wherein the insulating layer formed on the exposed surface of the silicon substrate is protruded higher than the insulating layer formed on the piezoresistors so as to be spaced apart from the piezoresistors.
압저항기를 가지는 MEMS 압력 센서를 제조하는 방법에 있어서,
실리콘 기판에 형성된 홈에 압저항기를 형성하는 단계와;
상기 실리콘 기판의 노출면 및 상기 압저항기 상에 절연막을 형성하는 단계와;
압력에 영향을 받지 않도록, 상기 실리콘 기판의 노출면에 형성된 절연막 상에 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 온도 보상 저항기를 형성하는 단계와;
상기 온도 보상 저항기와 상기 압저항기를 연결하는 금속 배선을 형성하는 단계와;
상기 실리콘 기판과 압력홀이 형성된 글래스 기판을 접합하는 단계를 포함하며,
상기 온도 보상 저항기는 상기 압저항기의 온도특성을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 압력 센서의 제조 방법.
A method of manufacturing a MEMS pressure sensor having a piezoresistor,
Forming a piezoresistor in a groove formed in the silicon substrate;
Forming an insulation layer on the exposed surface of the silicon substrate and the piezoresistor;
Forming a temperature compensation resistor whose resistance value decreases as the temperature increases on the insulating film formed on the exposed surface of the silicon substrate so as not to be affected by the pressure;
Forming a metal wiring connecting the temperature compensation resistor and the piezoresistor;
And bonding the silicon substrate and the glass substrate on which the pressure hole is formed,
Wherein the temperature compensating resistor cancels the temperature characteristic of the piezoresistor.
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