자동차용 실리콘 가속도센서의 개발(Ⅱ) = Development of Silicon Acceleration Sensor for Car applications (Ⅱ)

국문 초록 (Abstract)

자동차의 air-bag 장치에 실용될 수 있는 압저항형 단결정 실리콘 가속도센서 칩을 개발하기 위하여 결정 실리콘 미세구조의 제조방법을 확립하고, 단위공정의 검증을 통하여 일괄공정에 의한 PROTO-TYPE 칩을 만드는 기술을 연구하였다. 단결정 실리콘 미세구조는 선택확산법을 이용하여 정확히 선택된 영역에만 air-gap을 형성하여 미세구조의 측면식각을 방지하는 선택확산법에 의한 실리콘 마이크로머시닝 기술로 제조하였다.
일괄공정을 위한 단위공정확립을 위하여 PROTY-TYPE 8빔 브릿지형 가속도 센서를 제조하였다. 제조된 칩의 가속도에 따른 출력전압은 선형성을 나타내고 있으며, 감도는 약 50 ㎶/V·g로 나타났다. 이 감도는 50G용 가속도센서의 사양을 만족하지 못했다. 이는 공정에 의한 문제라기 보다는 가속도센서의 시뮬레이션에 의해 설계한 구조가 이미 원하는 감도에 못 미친다는 것으로 생각된다.
따라서 2차 공정으로 제조될 가속도센서의 파라미터를 SuperSAP 유한요소 패키지를 이용하여 실리콘 미세구조부의 파라미터에 따른 특성을 시뮬레이션하였다. 설계된 50G용 가속도센서의 mass Pad의 반경 및 빔 길이, 빔 폭, 빔 두께, 그리고 mass의 각 파라미터 값은 700 ㎛, 120 ㎛, 5 ㎛, 1.0 ㎎ 이었다. 반도체 공정기술, 관성질량 제조법 및 선택확산을 이용한 마이크로머시닝을 사용하여 일괄공정으로 8빔 브린지형 가속도센서를 제조하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We researched the establishment of the silicon microstructure fabrication technique to develop a piezoresistive type silicon acceleration sensor chip and the technique to make a proto-type chip by the verification of the unit-process.
Silicon microstructure is fabricated silicon micro-machining by selective diffusion method. This method prevent a side-etching of microstructure because selective diffused region is only formed an air-gap.
We fabricated a proto-type 8-beam bridge-type acceleration sensor to establish the unit-process for the batch-process.
The output voltage of the chip represented linearity with acceleration, and the sensitivity was about 50 ㎶/V·g. But this sensitivity dosen't satisfy the requirements of a practical acceleration sensor.
The cause of this result is assumed not process problem, but the structure designed by simulation isn't suitable already.
Threfore, the characteristics of parameters of the acceleration sensor that will be fabricated by 2nd-process is simulated by SuperSAP finite-element package.
The determined parameter values of beam length, beam width, beam thickness, mass, and mass radius are 120 ㎛, 5 ㎛, 1.0 ㎎, and 700 ㎛, respectively.
We fabricated 8-beam bridge-type acceleration sensor by batch-process using a semiconductor process technique, proof-mass fabrication method, and micromachinig using selective diffusion.