Study on the development of mesa-type humidity sensors using porous silicon layer

다공질 실리콘층을 이용한 메사형 습도센서의 개발에 관한 연구

A capacitance-type humidity sensor with mesa structure in which porous silicon layer is used as humidity-sensing material is developed and its humidity sensing properties are measured. This sensor has a structure where two electrodes are set on the up-side of the wafer against the past typical structure having these electrodes on the up and down-side of the wafer. Therefore, the sensor can be fabricated monolithically to be more compatible with the IC process technology, and is possible to detect more correct output capacitance by removing the effect of the parasitic capacitance from the bottom layer and other junctions. To do this, the sensor was fabricated using process such as localized formation of porous silicon, oxidation of porous silicon layer, and etching of oxidized porous silicon layer. From the completed samples, the dependence of capacitance on the relative humidity of 55 to 90% more was measured at room temperature. As the result, the measured capacitance increased monotonously higher at the low frequency of 120 Hz, where the capacitance was observed to increase over 300%.

본 연구에서는 다공질 실리콘층을 감습재료로 사용한 메사 구조를 갖는 정전용량형 습도센서를 제작하고 그 특성을 평가하였다. 센서의 구조적 특징은 기존의 웨이퍼 상하에 전극을 배치한 구조와 달리, 두 전극의 위치를 시료의 상부에 두도록 함으로서 집적화를 용이하게 할 뿐만 아니라, 하부 기판과 다른 접합영역으로부터 발생하는 정전용량의 영향을 차단하여 출력신호의 신뢰성을 개선하였다. 이를 위해 산화 다공질 실리콘의 형성과 빠른 에칭특성을 이용하여 메사 구조를 만들고, 다공질 실리콘층의 선택적 형성과 감광막을 마스크막으로 이용하여 다공질 실리콘층을 국부적으로 형성하였다. 그리고 완성된 시료에 대해 상온에서 55 - 90% 이상의 상대 습도 범위에서 감습특성을 측정하였다. 그 결과, 습도가 증가했을 때 측정된 정전용량은 전체적으로 단조 증가하였으며, 120 Hz의 저주파수에서 측정했을 때 정전용량이 300%이상 증가하는 높은 변화를 보였다