KR101078187B1 - Micro Gas Sensor And Method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 기판의 에칭 정도에 따라 감지 물질의 양과 면적을 정량화시킬 수 있고 마이크로 히터를 기판상의 식각된 부분에 증착하고 그 위에 감지물질을 형성함으로써 고밀도 초소형의 구조를 갖는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is capable of quantifying the amount and area of a sensing material according to the degree of etching of a silicon substrate, and depositing a micro heater on an etched portion on the substrate and forming a sensing material thereon, thereby producing a micro gas sensor having a high density and ultra-small structure. It is about a method.
본 발명에 따른 마이크로 가스 센서는 기판; 상기 기판상에 형성되는 제 1 절연층 및 제 2 절연층; 상기 기판 및 상기 제1 절연층이 식각되어 상부 캐비티가 형성된 후 상기 상부 캐비티 및 식각되지 않은 제1 절연층의 상부에 형성되는 제 3 절연층; 상기 제3 절연층상의 일부에 형성되는 마이크로 히터; 상기 마이크로 히터와 전기적으로 연결되어 상기 제 3 절연층상의 일부에 형성되는 전원 전극; 상기 마이크로 히터 및 상기 전원 전극을 감싸고, 상기 전원 전극의 상부가 노출되도록 형성되는 제 4 절연층; 상기 제 4 절연층 상에 형성되는 감지 전극; 및 상기 감지 전극상에 도포되는 감지 물질을 포함하고, 상기 기판의 배면과 상기 제 2 절연층에는 상기 제 3 절연층의 하부 일부분이 외부에 노출되도록 식각되어 하부 캐비티가 형성되는 것을 구성적 특징으로 한다.Micro gas sensor according to the present invention comprises a substrate; A first insulating layer and a second insulating layer formed on the substrate; A third insulating layer formed on the upper cavity and the unetched first insulating layer after the substrate and the first insulating layer are etched to form an upper cavity; A micro heater formed on a portion of the third insulating layer; A power electrode electrically connected to the micro heater and formed on a portion of the third insulating layer; A fourth insulating layer surrounding the micro heater and the power electrode and formed to expose an upper portion of the power electrode; A sensing electrode formed on the fourth insulating layer; And a sensing material applied on the sensing electrode, wherein a lower cavity is formed on the rear surface of the substrate and the second insulating layer so that a lower portion of the third insulating layer is exposed to the outside. do.
마이크로 가스 센서, 멤브레인, 히터, 감지 전극 Micro gas sensor, membrane, heater, sensing electrode
Description
본 발명은 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 기판의 에칭 정도에 따라 감지 물질의 양과 면적을 정량화시킬 수 있고 마이크로 히터를 기판상의 식각된 부분에 증착하고 그 위에 감지물질을 형성함으로써 고밀도 초소형의 구조를 갖는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a micro gas sensor and a method of manufacturing the same. More specifically, the amount and area of the sensing material can be quantified according to the degree of etching of the silicon substrate, and the micro heater is deposited on the etched portion on the substrate and the sensing material is placed thereon. The present invention relates to a micro gas sensor having a high-density micro structure and a method of manufacturing the same.
우리의 생활환경에는 대단히 많은 종류의 가스가 존재하고 있으며, 특히, 산업 및 교통의 발전에 따라 발생하는 대기 오염은 짧은 시간 내에 불특정 다수에게 치명적 피해를 줄 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로 이상 기후의 원인이 되어 지구상에서의 존재하는 생명체에 위협이 되고 있다. 그러나 이러한 대기 오염은 대부분 인간의 감각 기관으로는 위험 가스의 농도를 정량하거나 가스의 종류를 판별할 수 없다. 따라서 대기 오염원을 지속적으로 다양한 장소에서 감시할 필요가 있으며, 최근의 전자 산업의 발전에 힘입어 소형의 가스 센서 개발이 이루어지고 있다. There are so many different kinds of gases in our living environment. In particular, air pollution caused by the development of industry and transportation can not only cause fatal damage to the unspecified in a short time, but also cause the abnormal climate in the long run. It is a threat to the living things on earth. However, most of these air pollutions do not allow human sense organs to quantify the concentration of dangerous gases or determine the types of gases. Therefore, it is necessary to continuously monitor the air pollution sources in various places, and the development of a small gas sensor is being made thanks to the recent development of the electronic industry.
도 1a는 종래 기술에 따른 마이크로 가스 센서의 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 마이크로 가스 센서의 평면도이다.1A is a cross-sectional view of a microgas sensor according to the prior art, and FIG. 1B is a plan view of the microgas sensor shown in FIG. 1A.
도 1a 및 1b을 참조하면, 종래의 마이크로 가스 센서는 실리콘 기판(20) 상부에 형성된 멤브레인(Membrane: 30), 상기 실리콘 기판(20)의 배면에 형성된 관통홀(21), 상기 멤브레인(30) 상부에 형성된 마이크로 히터(40), 상기 마이크로 히터(40)를 감싸며, 상기 멤브레인(30) 상부에 형성되는 절연막(50), 상기 히터(40)에 전원을 공급하기 위한 히터 패드(60), 상기 절연막(50) 상부에 형성되어 가스 감지 영역을 형성하는 감지 전극(70), 및 상기 감지 전극(70) 및 상기 절연막(50) 상부에 형성된 감지 물질(80)로 구성된다.1A and 1B, a conventional micro gas sensor includes a
도 1a 및 1b와 같은, 종래의 가스 센서 구조에서는 SnO2, ZnO 등과 같은 가스를 감지하기 위해, 나노선 또는 나노 입자들을 이용한 고밀도 센서 제조시, 콘택트 인쇄(contact printing) 방식을 이용하여 감지 물질을 형성할 경우, 마이크로 히터 주변의 요철 형상에 의해 콘택트 인쇄 방식에 의한 감지 영역 형성이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 감지 물질이 용액타입인 경우, 감지 영역 주위로 감지 물질이 퍼지는 단점이 있으며, 감지 물질을 균일하게 도포하거나 또는 그 도포의 양과 면적을 조절하기가 어려운 문제가 있다. 그리고, 감지 물질이 상부에 노출됨으로써 패키징시나, 외부환경으로부터의 오염이나 손상에 취약한 상태이다. 또한, 마이크로 히터, 감지 전극 및 마이크로 히터 패턴의 요철 구간이 많은 관계로 칩의 장기적인 내구성에 문제가 발생할 수 있으며, 감지 물질의 하단 면으로만 열이 전달되는 구조이기 때문에 감지물에 대한 열적 효율성이 저하되는 문제가 있다.In a conventional gas sensor structure, such as FIGS. 1A and 1B, in order to detect a gas such as SnO 2 or ZnO, a sensing material is formed by using a contact printing method when manufacturing a high density sensor using nanowires or nanoparticles. In this case, there is a problem that it is difficult to form the detection area by the contact printing method due to the uneven shape around the micro heater. In addition, when the sensing material is a solution type, there is a disadvantage in that the sensing material spreads around the sensing area, and it is difficult to uniformly apply the sensing material or to control the amount and area of the application. In addition, when the sensing material is exposed to the upper side, the sensing material is vulnerable to packaging or contamination or damage from the external environment. In addition, since there are many uneven sections of the micro heater, the sensing electrode, and the micro heater pattern, there may be a problem in the long-term durability of the chip. There is a problem of deterioration.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘 기판의 에칭 비율로써 감지 물질의 양과 면적을 정량화시킬 수 있는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a micro gas sensor and a method of manufacturing the same, which can quantify the amount and area of a sensing material by the etching rate of a silicon substrate.
본 발명의 다른 목적은 감지 물질이 액체타입인 경우, 감지 영역 외부로 퍼지는 오차를 줄일 수 있는 구조를 갖는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a micro gas sensor having a structure capable of reducing an error that spreads outside the sensing area when the sensing material is a liquid type, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 히터로부터 발생된 열이 보다 효율적으로 감지 전극으로 전달될 수 있는 구조를 갖는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a micro gas sensor having a structure in which heat generated from a micro heater can be transferred to a sensing electrode more efficiently, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 가스 센서의 초소형 설계에 적합하고, 패키징시에나 평시에 외부 환경으로부터 보호할 수 있는 구조를 갖는 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a micro gas sensor and a method for manufacturing the same, which are suitable for the microminiature design of the gas sensor, and which have a structure which can be protected from the external environment at the time of packaging or at ordinary times.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 가스 센서는 기판; 상기 기판상에 형성되는 제 1 절연층 및 제 2 절연층; 상기 기판 및 상기 제1 절연층이 식각되어 상부 캐비티가 형성된 후 상기 상부 캐비티 및 식각되지 않은 제1 절연층의 상부에 형성되는 제 3 절연층; 상기 제3 절연층상의 일부에 형성되는 마 이크로 히터; 상기 마이크로 히터와 전기적으로 연결되어 상기 제 3 절연층상의 일부에 형성되는 전원 전극; 상기 마이크로 히터 및 상기 전원 전극을 감싸고, 상기 전원 전극의 상부가 노출되도록 형성되는 제 4 절연층; 상기 제 4 절연층 상에 형성되는 감지 전극; 및 상기 감지 전극상에 도포되는 감지 물질을 포함하고, 상기 기판의 배면과 상기 제 2 절연층에는 상기 제 3 절연층의 하부 일부분이 외부에 노출되도록 식각되어 하부 캐비티가 형성되는 것을 구성적 특징으로 한다.Micro gas sensor according to the present invention for achieving the above object is a substrate; A first insulating layer and a second insulating layer formed on the substrate; A third insulating layer formed on the upper cavity and the unetched first insulating layer after the substrate and the first insulating layer are etched to form an upper cavity; A micro heater formed on a portion of the third insulating layer; A power electrode electrically connected to the micro heater and formed on a portion of the third insulating layer; A fourth insulating layer surrounding the micro heater and the power electrode and formed to expose an upper portion of the power electrode; A sensing electrode formed on the fourth insulating layer; And a sensing material applied on the sensing electrode, wherein a lower cavity is formed on the rear surface of the substrate and the second insulating layer so that a lower portion of the third insulating layer is exposed to the outside. do.
본 발명에 따른 마이크로 가스 센서 제조 방법은 a) 기판의 전면 및 배면에 제 1 및 제 2 절연층을 각각 형성하는 단계; b) 상기 기판의 상기 전면의 일부분이 노출되도록 상기 제 1 절연층의 일부를 제거하는 단계; c) 상기 제 1 절연층을 마스크로 상기 노출된 기판을 식각하여, 상기 기판 상부에 상부 캐비티를 형성하는 단계; d) 단계 c)에 이어 상기 상부 캐비티가 형성된 상기 기판 상에 제 3 절연층을 형성하는 단계; e) 상기 제 3 절연층 상에 마이크로 히터 및 전원 전극을 형성하는 단계; f) 상기 마이크로 히터 및 전원 전극상에 상기 전원 전극 상부가 노출되도록 제 4 절연층을 형성하는 단계; g) 상기 제 4 절연층 상에 감지 전극을 형성하는 단계; h) 상기 상부 캐비티 내부의 상기 감지 전극 상에 감지 물질을 형성하는 단계; 및 i) 상기 기판의 배면에 하부 캐비티를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a micro gas sensor according to the present invention includes the steps of: a) forming first and second insulating layers on the front and back surfaces of a substrate, respectively; b) removing a portion of the first insulating layer to expose a portion of the front surface of the substrate; c) etching the exposed substrate using the first insulating layer as a mask to form an upper cavity on the substrate; d) forming a third insulating layer on said substrate on which said upper cavity is formed following step c); e) forming a micro heater and a power electrode on the third insulating layer; f) forming a fourth insulating layer on the micro heater and the power electrode to expose the top of the power electrode; g) forming a sensing electrode on the fourth insulating layer; h) forming a sensing material on the sensing electrode inside the upper cavity; And i) forming a lower cavity on the back side of the substrate.
바람직하게는 상기 기판의 배면에 하부 캐비티를 형성하는 단계는, 상기 기판의 상기 배면의 일부분이 노출되도록 상기 제 2 절연층의 일부를 제거하는 단계; 및 c) 상기 제 2 절연층을 마스크로 상기 노출된 기판을 상기 제 3 절연층의 일부가 노출되도록 식각하는 단계를 포함한다.Advantageously, forming a lower cavity on the back side of the substrate comprises: removing a portion of the second insulating layer to expose a portion of the back side of the substrate; And c) etching the exposed substrate to expose a portion of the third insulating layer using the second insulating layer as a mask.
종래의 가스 센서와 대비할 때, 본 발명의 가스 센서는 상부의 실리콘 기판을 먼저 식각함으로써 특별한 패턴이 필요하지 않은 마이크로 히터를 제작할 수 있으며 감지 전극도 요철이 거의 없는 구조로 형성되기 때문에 내구성 향상과 초소형 가스 센서의 제작이 가능하게 한다.Compared with the conventional gas sensor, the gas sensor of the present invention can produce a micro heater that does not require a special pattern by first etching the silicon substrate on the upper side, and the sensing electrode is formed of a structure having almost no unevenness, thus improving durability and miniaturization. It is possible to manufacture a gas sensor.
또한, 본 발명의 가스 센서에서는, 마이크로 히터가 식각된 실리콘 기판에 증착이 되기 때문에 기판의 하단과 측면으로부터 동시에 감지 물질에 대한 열전달을 효과적으로 제공함으로써, 빠른 응답 및 회복 특성을 갖는다.In addition, in the gas sensor of the present invention, since the micro heater is deposited on the etched silicon substrate, by effectively providing heat transfer to the sensing material simultaneously from the bottom and side of the substrate, it has a fast response and recovery characteristics.
또한, 본 발명의 가스 센서는 기판을 식각하여 형성되는 상부 캐비티로 인해 도포되는 감지 물질의 양과 면적을 정량화할 수 있으며, 솔루션(solution) 타입의 감지 물질을 사용하는 경우, 칩 주위로 감지 물질이 퍼지는 오차를 최소화 시킬 수 있다. In addition, the gas sensor of the present invention can quantify the amount and the area of the sensing material applied due to the upper cavity formed by etching the substrate, and when the solution type sensing material is used, Fuzzy errors can be minimized.
또한, 멤브레인이 마이크로 히터를 내부적으로 구성하여 평평함을 유지하기 때문에 고감도의 나노 소재를 이용한 콘택트 프린팅(contact printing), 나노 임프린팅(nano imprinting) 방식을 이용한 감지 물질 패터닝이 가능하여 고밀도, 초소형의 가스센서의 제조를 가능하게 한다.In addition, since the membrane internally configures the micro heater to maintain flatness, a high density and ultra-small gas can be formed by using a highly sensitive nano material for contact printing and nano imprinting. Enable the manufacture of the sensor.
또한, 본 발명의 가스 센서는 멤브레인을 칩의 단면상으로 보았을 때, 중앙 부근에 위치함으로써 패키징시에나 평시에 멤브레인을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.In addition, the gas sensor of the present invention can be located near the center when the membrane is viewed in the cross section of the chip, thereby protecting the membrane from the external environment during packaging or in normal use.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a micro gas sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2e를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 가스 센서는, 기판(200); 상기 기판상에 형성되는 제 1 절연층(201) 및 제 2 절연층(202); 상기 기판(200) 및 상기 제1 절연층(201)이 식각되어 상부 캐비티가 형성된 후 상기 상부 캐비티 및 식각되지 않은 제1 절연층의 상부에 형성되는 제 3 절연층(203); 상기 제3 절연층(203)상의 일부에 형성되는 마이크로 히터(204); 상기 마이크로 히터와 전기적으로 연결되어 상기 제 3 절연층(203)상의 일부에 형성되는 전원 전극(205); 상기 마이크로 히터(204) 및 상기 전원 전극(205)을 감싸고, 상기 전원 전극(205)의 상부가 노출되도록 형성되는 제 4 절연층(206); 상기 제 4 절연층(206) 상에 형성되는 감지 전극(208); 및 상기 감지 전극(208)상에 도포되는 감지 물질(209)을 포함하여 구성되고, 상기 기판(200)의 배면과 상기 제 2 절연층(202)에는 상기 제 3 절연층(201)의 하부 일부분이 외부에 노출되도록 식각되어 하부 캐비티가 형성된다.First, referring to FIG. 2E, the micro gas sensor according to the present invention includes a
이하, 도 2a 내지 도 2e를 참조로 본 발명의 상기 마이크로 가스 센서의 제 조 방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the microgas sensor of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2E.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(200) 예컨대, 실리콘 기판(200) 전면 및 배면에 소정 두께의 제 1 절연층(201) 및 제 2 절연층(202)을 각각 형성한다. 제 1 및 제 2 절연층(201 및 202)은 열산화 방식(thermal oxidation) 또는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, 수평저압화학증착) 방법에 의해 구성되는 실리콘산화막 또는 실리콘질화막(Si3N4)일 수 있으며, 바람직하게는 실리콘질화막(Si3N4)이다.First, as shown in FIG. 2A, a first
이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(200)의 일부분이 노출되도록 제 1 절연층(201)의 일부를 제거하여 패터닝한다. 제 1 절연층(201) 일부의 제거에 의해 노출되는 실리콘 기판(200)의 면적은 이 후, 마이크로 히터의 형성(또는 증착) 및 감지 면적을 고려하여 수행한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a portion of the
이어, 제 1 절연층(201)을 마스크로 하여 노출된 부분의 실리콘 기판을 식각하여, 실리콘 기판(200) 상부에 상부 캐비티를 형성한다. Subsequently, the exposed silicon substrate is etched using the first
이때, 실리콘 기판의 식각 속도는 추후 도포할 감지물의 두께, 정량 및 감지 면적을 고려하여 수행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 1분당 1마이크로미터를 식각할 수 있는 농도로 조성된 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 TMAH(Tetramethylammonium Hydroxide, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드)에서 식각한다. At this time, the etching rate of the silicon substrate is preferably performed in consideration of the thickness, quantity and detection area of the sensing object to be applied later. For example, it is etched in potassium hydroxide (KOH) solution or TMAH (Tetramethylammonium Hydroxide, tetramethyl ammonium hydroxide) at a concentration capable of etching 1 micrometer per minute.
이어, 그 상부에 상부 캐비티가 형성된 실리콘 기판(200) 상에 제 3 절연층(203)을 형성한다.Next, a third
제 3 절연층(203)은 실리콘질화막으로 구성될 수 있다.The third
즉, 실리콘 기판(200)을 식각한 후, 실리콘질화막으로 구성된 제3 절연층(203)을 동일면에 다시 증착함으로써, 멤브레인 형성시 배면의 기판(200)의 에칭-스톱 층(etch-stop layer)로 사용될 수 있으며 열 방출과 열 손실을 효율적으로 설계할 수 있다. 이는 제조 전에 감지 물질의 정량을 계산하고 식각된 실리콘 기판 내의 감지 물질 도포량을 감안하여 깊이와 면적을 조절함으로써 이루어진다. That is, after etching the
이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 3 절연층(203)이 형성된 후에, 제 3 절연층(203) 상에 소정 두께로 마이크로 히터(204)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, after the third
마이크로 히터(204)의 재질은 백금(Pt) 또는 금(Au)으로, 스퍼터(Sputter) 장비 또는 전자-빔 증착 시스템(e-beam evaporator system) 장비를 사용하여 구성할 수 있다. The material of the
마이크로 히터(204)가 제 3 절연층(203) 상에 형성되기 전에 제3 절연층과 마이크로 히터(204) 사이에 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 버퍼층(buffer layer)이 구성되는데(도시되지 않음), 이는 마이크로 히터(204)에서 발생한 열로 인한 스트레스를 완화시켜 고온에서의 마이크로 히터(204)의 안정화를 달성할 수 있다.Before the
백금과 탄탈륨은 상기 기판(200)이 특별한 패턴을 갖지 않기 때문에 상기 기판(200)의 형태에 따라 평평하게 증착될 수 있다. 전도성의 백금으로 이루어진 마이크로 히터 영역은 외부에서 인가되는 전원에 의해 주울 열(Joule heat)이 발생하게 됨으로써 마이크로 히터로써 작동하게 된다. 또한, 제 3 절연층(203) 상의 마이크로 히터(204)는 요철 구조가 없고, 실리콘 기판(200)을 식각하여 패턴이 형성되 어 있기 때문에, 멤브레인을 평평히 유지시킬 수 있다. 따라서, 접촉 프린팅(contact printing) 또는, 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법을 사용하여 고감도의 감지 물질을 이용한 고밀도 가스센서 제조가 가능하다.Platinum and tantalum may be deposited flat according to the shape of the
또한, 제3 절연층(203) 상의 일부에 상기 마이크로 히터(204)와 전기적으로 연결되어 있는 전원 전극(205)이 형성되어 마이크로 히터(204)에 외부 전원을 인가할 수 있게 한다. In addition, a
이어, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 히터(204) 및 전원 전극(205)을 감싸도록 소정의 두께로 제 4 절연층(206)을 형성한다. 이 때, 상기 제 4 절연층(204)에는 상기 전원 전극(205)의 상부가 노출되도록 전원 전극 접촉 홀(207)이 형성되어 도시되지 않은 인쇄회로기판의 전극 패드들에 상기 전원 전극(105)가 와이어 본딩되어 마이크로 히터에 전원을 공급할 수 있게 한다. 이때 전원 전극(205)에 인가되는 전원은 정전류 전원이다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, the fourth insulating
제 4 절연층(206)은 예컨대, SiO2-Si3N4-SiO2로 구성되며, 인-시투(in-situ) PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 플라즈마 화학 증착)방식을 사용하여 증착한다. 제 4 절연층(206)은 마이크로 히터(204)와 감지 전극(208) 사이에 구성되어 마이크로 히터(204), 감지 전극(208) 및 감지 물질(209)을 전기적으로 절연시킨다.The fourth insulating
이어, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제 4 절연층(206) 상에 감지 전극(208)을 형성하고, 상부 캐비티 내 및 감지 전극(208) 상에 감지 물질(209)을 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, the
감지 전극(208)의 재질은 금(Au), 백금(Pt), 또는 금-크롬 합금(Au/Cr)이 이용될 수 있으며, 본 발명에 따르는 감지 전극(208)은 스퍼터(Sputter) 장비 또는 전자-빔 증착 시스템(e-beam evaporator system) 장비를 사용하여 미세 패턴으로 제조가 가능하다. 감지 전극(208)과 연결된 감지 전극 단자(도시되지 않음)가 노출되어, 도시되지 않은 인쇄회로기판의 전극 패드들에 와이어 본딩됨으로써 감지 전극(208)에 전원을 공급할 수 있게 되며, 이때 감지 전극(208)에 공급되는 전원은 정전류 전원이다.The
가스를 감지하기 위한 감지 물질(209)은 제4 절연층(206) 상에 드롭(drop), 스크린 프린팅(screen printing), 포토리소그래피, 콘택트 프린팅(contact printing), 또는 나노 임프린팅(nano imprint) 등의 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 특히, 고감도의 나노 감지 물질들을 사용하여 콘택트 인쇄, 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법을 사용하는 경우에 있어서, 본 발명에 따른 감지 물질 영역의 표면이 평평한 평면 구조로 되어 있기 때문에, 고밀도 감지 센서 제조가 가능함을 알 수 있다.The
본 발명에 따르는 마이크로 가스 센서는 실리콘 기판(200)의 상부 캐비티에 경사면(209)이 존재함으로써, 마이크로 히터(204)가 상부 캐비티 영역의 상부 및 측면에 증착할 수 있게 된다. In the micro gas sensor according to the present invention, the
마이크로 가스 센서가 원활하게 가스를 감지하기 위해서는 마이크로 히터에 의해 적정한 동작 온도로 가열되어 가스가 감지 물질에 흡착되어 반응이 이루어져 저항이 증가 또는 감소하게 되며, 따라서 가스 흡착에 의해 발생하는 감지 물질의 저항 변화를 감지 전극(208)을 사용하여 측정함으로써 가스의 농도를 측정하게 된다. 따라서 캐비티의 상부 및 측면부에 구성된 마이크로 히터는 감지 물질(209)로의 열전달을 밑면 및 좌/우 측면으로부터 가능하게 하여 종래의 밑면으로부터의 열전달 방식보다 효율적인 열 절단을 할 수 있다. In order to detect the gas smoothly, the micro gas sensor is heated to an appropriate operating temperature by the micro heater, so that the gas is adsorbed to the sensing material and reacts to increase or decrease the resistance. The concentration of the gas is measured by measuring the change using the
이어, 감지 전극(208)이 형성된 후, 실리콘 기판(200)의 배면에 하부 캐비티를 형성한다. 예컨대, 하부 캐비티를 형성하기 위해, 우선 RIE(Reaction Ion Etching, 반응성 이온 에칭) 방식으로 실리콘 기판(200)의 배면을 패터닝하기 위해 제 2 절연층(202)의 일부를 제거한 후, KOH 또는 TMAH 용액에서 제 3 절연층(203)이 나타날 때까지 실리콘 기판(200)의 배면을 식각한다. 하부 캐비티는 마이크로 히터(204)에서 발생하는 열이 주변 구조물로 열 전달되는 것을 최소화한다. 이때, 상부의 실리콘 질화막, 즉 제 3 절연층(203)은 실리콘 기판(200)의 상부에 구성된 마이크로 히터(204)의 위치까지 식각되는 것을 방지하는 에칭-스톱 층(etch-stop layer)으로 이용되며, 사전에 계산된 양만큼 실리콘 기판(200) 배면의 식각을 진행한다.Subsequently, after the
또한, 하부 캐비티는 상부 캐비티에 감지 물질(209)을 도포하는 단계 전에 구성될 수도 있다.The lower cavity may also be configured prior to the step of applying the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라 서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical details of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1a는 종래 기술에 따른 마이크로 가스 센서의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a micro gas sensor according to the prior art.
도 1b는 도 1a에 도시된 마이크로 가스 센서의 평면도이다.FIG. 1B is a top view of the micro gas sensor shown in FIG. 1A.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a micro gas sensor and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
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