KR100273124B1 - 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법은, 유전막의 프론트면을 소정 두께 식각하여 그 내부에 제 1 홈을 형성하는 공정과; 상기 제 1 홈 내에 에치스토퍼막을 채우는 공정과; 상기 에치스토퍼막을 포함한 상기 유전막의 프론트면에 제 1 전극과 적외선 흡수막 및 반투과성막을 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 에치스토퍼막이 노출되도록, 상기 유전막의 백면을 소정 깊이 식각하여 상기 제 1 홈과 일체로 연결되는 구조의 제 2 홈을 형성하는 공정과; 상기 제 1 홈 내의 에치스토퍼막을 제거하는 공정과; 상기 유전막의 백면에만 선택적으로 제 2 전극을 형성하는 공정과; 메사 형상의 아이솔레이션 절연막이 구비된 반도체 칩을 준비한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막의 상면과 그 일 측면 및 반도체 칩 상의 소정 부분에 걸쳐 금속 라인을 형성하는 공정; 및 인듐 범프를 매개체로 이용하여 상기 제 2 전극과 상기 금속 라인 간을 플립 칩 본딩하는 공정으로 이루어져, 유전체막 패턴을 동작시켜 줄 수 있을 정도의 저가 쿨러만 있으면 열 검출 소자를 구동시킬 수 있게 되므로, 광 검출 소자를 적용하여 적외선 카메라를 제작할 때보다 제품의 단가를 낮출 수 있게 된다.
Description
본 발명은 열검출 소자(thermal detector device) 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저가의 쿨러만으로도 동작 가능하도록 설계된 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법에 관한 것이다.
적외선 카메라에서는 통상, 렌즈를 통해 입사된 광(이하, IR이라 한다)을 광 검출 소자에서 전기적인 신호로 변환시킨 뒤, 이 신호를 이용하여 화상을 디스플레이하도록 하고 있다.
이러한 특성을 갖는 광 검출 소자(photo detector)는 크게, 사파이어 재질의 유리기판 상에는 상부에 CdTe 재질의 보호막이 형성되어 있는 MCT(HgCdTe) 재질의 반도체막 패턴이 에폭시를 사이에 두고 부착되고, 반도체막의 표면 노출부와 에폭시를 포함한 기판 상의 소정 부분에는 보호막과 일체로 연결되도록 금속막이 형성되며, 보호막 상에는 IR이 재반사되지 않도록 하기 위하여 ZnS 재질의 비반사 코팅막이 형성되고, 금속막 상의 패드와 IC 칩은 와이어 본딩되도록 이루어져, 비반사 코팅막으로 IR을 조사한 상태에서 와이어를 통해 광 검출 소자에 바이어스를 인가하면 MCT 재질의 반도체막에서 이 빛을 받아들여 광 에너지를 전기적인 신호로 변환시켜 주는 방식으로 소자 구동이 이루어지게 된다.
그러나, 상기 소자를 적용하여 적외선 카메라를 제작할 경우에는 상기 소자가 액체 질소 온도(약 -196℃)에서 동작되는 관계로 인해 소자 구동시 200℃ 이상의 온도차를 낼 수 있는 고가의 쿨러(cooler)가 요구되므로, 제품의 단가가 높아지는 단점이 발생된다.
이에 본 발명의 목적은, 적외선 카메라 제조시 이용되는 광 검출 소자를 고가의 쿨러가 필요없는 열 검출 소자로 대체시켜 주므로써, 제품의 단가를 낮출 수 있도록 한 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 적외선 카메라용 열 검출 소자 구조를 도시한 단면도,
도 2 내지 도 7은 도 1에 제시된 열 검출 소자 제조방법을 도시한 공정수순도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 유전막의 프론트면을 소정 두께 식각하여 그 내부에 제 1 홈을 형성하는 공정과; 상기 제 1 홈 내에 에치스토퍼막을 채우는 공정과; 상기 에치스토퍼막을 포함한 상기 유전막의 프론트면에 제 1 전극과 적외선 흡수막 및 반투과성막을 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 에치스토퍼막이 노출되도록, 상기 유전막의 백면을 소정 두께 식각하여 상기 제 1 홈과 일체로 연결되는 구조의 제 2 홈을 형성하는 공정과; 상기 제 1 홈 내의 에치스토퍼막을 제거하는 공정과; 상기 유전막의 백면에만 선택적으로 제 2 전극을 형성하는 공정과; 메사 형상의 아이솔레이션 절연막이 구비된 반도체 칩을 준비한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막의 상면과 그 일 측면 및 반도체 칩 상의 소정 부분에 걸쳐 금속 라인을 형성하는 공정; 및 인듐 범프를 매개체로 이용하여 상기 제 2 전극과 상기 금속 라인 간을 플립 칩 본딩하는 공정으로 이루어진 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법이 제공된다.
상기와 같이 공정을 진행할 경우, 유전체막 패턴을 동작시켜 줄 수 있을 정도(예컨대, 상온을 유지시켜 줄 수 있는 정도)의 저가 쿨러만 있으면 열 검출 소자를 구동시킬 수 있게 되므로, 광 검출 소자를 적용하여 적외선 카메라를 제작할 때보다 제품의 단가를 낮출 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은, 적외선 카메라 제작시 이용되던 광 검출 소자를 열 검출 소자로 대체시켜 주므로써, 제품의 단가 절감 효과를 얻을 수 있도록 하는데 주안점을 둔 기술로서, 도 1에는 본 발명에서 제안된 적외선 카메라용 열 검출 소자 구조를 도시한 단면도가 제시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 제안된 열 검출 소자는 크게, 반도체 칩(200) 상에는 메사 형상을 갖는 폴리이미드 재질의 아이솔레이션 절연막(202)이 형성되고, 상기 아이솔레이션 절연막(202) 상면과 그 일측면을 포함한 반도체 칩(200) 상의 소정 부분을 따라서는 금속 라인(204)이 형성되며, 상기 금속 라인(204) 상에는 프론트면(front side)에는 제 1 전극(106)과 IR 흡수막(108) 및 반투과성막(110)이 순차 적층되고 그 백면에는 제 2 전극(114)이 형성되어 있는 세라믹 계열의 유전막 패턴(100a)이 인듐 범프(300)를 사이에 두고 플립 칩(flip chip) 본딩되도록 이루어져 있음을 알 수 있다.
이때, 제 1 전극(106)은 NiCr이나 TiW 재질로 형성되고, IR 흡수막(108)은 열이나 빛 투과력이 우수한 PIRL(polyimide released layer)이나 parylene 재질로 형성되며, 반투과성막(110)은 NiCr이나 TiW 재질로 형성되고, 유전막 패턴(100a)은 BST(BaSrTiO3), PZT(PbZrTiO3), BT(BaTiO3), PST(PbScTaO3) 등의 강유전체 재질로 형성되며, 제 2 전극(114)은 "In/Au/TiW/NiCr"의 적층 구조로 형성된다.
여기서, 반투과성막(110)은 IR의 흡수를 돕는 역할을 담당하고, 금속 라인(204)은 반도체 칩(200)과 제 1 및 제 2 전극(106),(114a)이 구비된 유전막 패턴(100a)를 전기적으로 연결시켜 주는 역할을 담당하며, 아이솔레이션 절연막(202)은 반도체 칩(200)에서 나오는 열과 유전막 패턴(100a)에서 나오는 열을 차단시켜 노이즈(noise) 발생을 억제하는 역할을 담당한다.
따라서, 상기 구조의 열 검출 소자는에서는 다음과 같은 방식으로 소자 구동이 이루어지게 된다. 반투과성막(110)으로 IR이 투과해서 들어오면 IR 흡수막(108)은 이를 흡수하여 제 1 전극(106)에 전달하게 되고, 제 1 전극(106)에 전달된 IR은 다시 세라믹 계열의 유전막(100a) 내로 전달되어진다. 이 상태에서 제 1 전극(106)을 통해 유전막 패턴(100a)에 바이어스를 인가하면, 유전막(100a) 내에서는 제 1 전극(106)을 통해 전달된 IR의 열 에너지를 전기적인 신호로 변환시킨 뒤, 이 신호를 시그널 출력부(signal output)로 보내주어 화상을 디스플레이하게 되는 것이다.
도 2 내지 도 7에는 이와 같은 방식으로 소자 구동이 이루어지는 도 1의 열 검출 소자 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 상기 공정수순도를 참조하여 그 제조방법을 제 6 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 단계로서, 도 2에 도시된 바와 같이 30 ~ 40㎛의 두께를 갖는 유전막(100)의 프론트면에, 상기 유전막(100) 표면이 소정 부분 노출되도록 "감광막/TiW/폴리이미드" 적층 구조의 임의막 패턴(102)을 형성한 다음, 이를 마스크로 이용하여 유전막(100)을 소정 두께 식각하여 그 내부에 식각 깊이(t)가 4 ~ 6㎛인 제 1 홈(g1) 어레이를 형성한다. 이때, 상기 제 1 홈(g1)은 이온 밀링법(ion milling method)에 의해 형성되고, 유전막(100)은 자발 분극에 의해 초전 전류가 발생하는 강유전체 물질로 형성되는데, 유전막의 대표적인 예로는 BST, PZT, BT, PST 등을 들 수 있다. 이와 같이, 마스크로 이용되는 임의막 패턴(102)을 3층 적층 구조로 가져간 것은 유전막을 이루는 강유전체 물질의 경우, 막질 특성상 다른 물질에 비해 식각 공정이 더디게 이루어지는 특성을 지녀, 단순히 감광막만을 마스크로 이용하여 식각 공정을 진행할 경우에는 식각 과정에서 감광막이 다 날라가더라도 홈 형성부의 유전막이 완전하게 식각되지 않는 현상이 발생될 수도 있으므로, 이를 방지하기 위함이다.
제 2 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이 임의막 패턴(102)을 제거하고, 상기 제 1 홈(g1) 내부를 포함한 유전막(100)의 프론트면에 도전성 에폭시(예컨대, PIRL이나 parylene) 재질의 에치스토퍼막(104)을 소정 두께로 형성한 다음, 유전막(100) 표면이 노출될 때까지 이를 그라인딩(grinding)하여 제 1 홈(g1) 내에만 에치스토퍼막(104)이 채워지도록 한다.
제 3 단계로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 에치스토퍼막(104)과 유전막(100)의 프론트면에 공통 전극으로 사용되어질 NiCr이나 TiW 재질의 제 1 전극(106)과 parylene 재질의 IR 흡수막(108) 및 TiW 재질의 반투과성막(110)을 순차적으로 형성한 다음, 그 위에 에폭시를 접착제로 이용하여 글래스(112)를 부착한다. 이때, 제 1 전극(106)은 900 ~ 1100Å의 두께로 형성되고, IR 흡수막(108)은 1.3 ~ 1.4㎛의 두께로 형성되며, 반투과성막(110)은 40 ~ 60Å의 두께로 형성된다. 이와 같이, 반투과성막(110) 상에 별도의 글래스(112)를 부착시켜 준 것은 후속 공정 진행시 이것이 지지대의 역할을 하여 공정 진행이 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.
제 4 단계로서, 도 5에 도시된 바와 같이 제 3 단계에서 제조된 결과물을 뒤집어 유전막(100)의 백면이 위로 올라오도록 위치 정렬한 다음, 유전막(100)의 백면에, 상기 유전막(100) 표면이 소정 부분 노출되도록 "감광막/TiW/폴리이미드" 적층 구조의 임의막 패턴(102)을 형성한다. 이때, 상기 임의막 패턴(102)은 제 1 홈(g1) 형성부와 대응되는 위치의 유전막(100) 표면이 노출되도록 형성되는데, 이는 후속 식각 공정 진행시 기 형성된 제 1 홈(g1)과 이후 형성될 제 2 홈이 상·하부에서 일체로 연결되는 구조를 가지도록 하기 위함이다. 이어, 임의막 패턴(102)을 마스크로 이용한 이온 밀링법으로 에치스토퍼막(104)이 노출될 때까지 상기 유전막(100)의 백면을 소정 깊이 식각하여 제 1 홈(g1)과 일체로 연결되는 구조의 제 2 홈(g2)을 형성한다. 그 결과, 제 1 및 제 2 홈(g1),(g2)을 사이에 두고 서로 소정 간격 이격되는 구조의 유전막 패턴(100a)이 제조된다.
제 5 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 임의막 패턴(102)과 제 1 홈(g1) 내에 채워진 에치스토퍼막(104)을 순차적으로 제거한 다음, 제 1 및 제 2 홈(g1),(g2) 내부를 포함한 유전막 패턴(100a)의 백면에 "In/Au/TiW/NiCr" 적층 구조의 도전성막을 형성하고, 그 위에 제 2 전극 형성부를 한정하는 감광막 패턴(미 도시)을 형성한 뒤, 이를 마스크로 이용하여 상기 도전성막을 선택 식각하여 유전막 패턴(100a)의 백면에 "In/Au/TiW/NiCr" 적층 구조의 제 2 전극(114)을 형성한다. 이때, 제 1 홈(g1)내부에 채워진 에치스토퍼막(104)은 습식식각이나 건식식각 공정에 의해 제거된다.
제 6 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이 아이솔레이션 절연막(202)과 금속 라인(204)이 구비된 반도체 칩(200)을 준비한 다음, 인듐 범프(300)를 매개체로 이용하여 상기 금속 라인(204)과 제 2 전극(114) 간을 플립 팁 본딩하므로써, 본 공정 진행을 완료한다.
이때, 아이솔레이션 절연막(202)은 메사 형성을 가지도록 형성되고, 금속 라인(204)은 상기 아이솔레이션 절연막(202)의 상면과 그 일측면 및 반도체 칩(200) 상면의 소정 부분에 걸쳐 형성되는데, 이와 같이 아이솔레이션 절연막(202)을 메사 형상으로 가져간 것은 반도체 칩에서 발생된 열이 유전막 패턴(100a)으로 전달될 경우, 유전막 패턴(100a)이 열 검출 소자인 관계로 인해 어떤 것이 제 1 전극(106)을 통해 들어온 열인지를 구별하지 못하게 되어 노이즈 발생의 원인으로 작용하게 되므로 이를 방지하기 위함이다.
이와 같이, 열 검출 소자를 적용하여 적외선 카메라를 제조할 경우, 유전막 패턴(100a)을 동작시킬 수 있을 정도(예컨대, 상온을 유지시켜 줄 수 있는 정도)의 저가 쿨러만 있으면 소자 구동이 가능하게 되므로, 적외선 카메라의 단가를 낮출 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 적외선 카메라 제조시 이용되는 광 검출 소자를 열 검출 소자로 대체시켜 주므로써, 유전체막 패턴을 동작시켜 줄 수 있을 정도의 저가 쿨러만 있으면 열 검출 소자를 구동시킬 수 있게 되므로, 광 검출 소자를 적용하여 적외선 카메라를 제작할 때보다 제품의 단가를 낮출 수 있게 된다.
Claims (15)
- 유전막의 프론트면을 소정 두께 식각하여 그 내부에 제 1 홈을 형성하는 공정과;상기 제 1 홈 내에 에치스토퍼막을 채우는 공정과;상기 에치스토퍼막을 포함한 상기 유전막의 프론트면에 제 1 전극과 적외선 흡수막 및 반투과성막을 순차적으로 형성하는 공정과;상기 에치스토퍼막이 노출되도록, 상기 유전막의 백면을 소정 깊이 식각하여 상기 제 1 홈과 일체로 연결되는 구조의 제 2 홈을 형성하는 공정과;상기 제 1 홈 내의 에치스토퍼막을 제거하는 공정과;상기 유전막의 백면에만 선택적으로 제 2 전극을 형성하는 공정과;메사 형상의 아이솔레이션 절연막이 구비된 반도체 칩을 준비한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막의 상면과 그 일 측면 및 반도체 칩 상의 소정 부분에 걸쳐 금속 라인을 형성하는 공정; 및인듐 범프를 매개체로 이용하여 상기 제 2 전극과 상기 금속 라인 간을 플립 칩 본딩하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 홈은유전막의 프론트면에, 상기 유전막 표면이 소정 부분 노출되도록 임의막 패턴을 형성하는 공정과;상기 임의막 패턴을 마스크로 이용한 이온 밀링법으로 상기 유전막을 소정 두께 식각하여 그 내부에 제 1 홈을 형성한 뒤, 상기 임의막 패턴을 제거하는 공정을 거쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 홈은 4 ~ 6㎛의 식각 깊이를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유전막은 30 ~ 40㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 홈 내에 에치스토퍼막을 채우는 공정은,상기 제 1 홈 내부를 포함한 상기 유전막의 프론트면에 소정 두께의 에치스토퍼막을 형성하는 공정과;상기 유전막의 표면이 노출될 때까지 상기 에치스토퍼막을 그라인딩하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 에치스토퍼막은 도전성 에폭시로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 도전성 에폭시는 PIRL이나 parylene 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유전막 패턴은 BST, PZT, BT, PST 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극은 900 ~ 1100Å 두께의 NiCr이나 TiW로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 적외선 흡수막은 1.3 ~ 1.4㎛ 두께의 parylene으로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 반투과성막은 40 ~ 60Å 두께의 TiW로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2 전극은 "In/Au/TiW/NiCr"의 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 아이솔레이션 절연막은 폴리이미드로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유전막 패턴의 백면에만 선택적으로 제 2 전극을 형성하는 공정은,상기 제 1 및 제 2 홈 내부를 포함한 상기 유전막 패턴의 백면에 소정 두께의 도전성막을 형성하는 공정과;상기 유전막 패턴 백면의 상기 도전성막 상에만 선택적으로 임의막 패턴을 형성하는 공정과;상기 임의막 패턴을 마스크로 이용한 이온 밀링법으로 상기 도전성막을 식각하여 제 2 전극을 형성하고, 상기 임의막 패턴을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
- 제 2항 또는 제 14항에 있어서, 상기 임의막 패턴은 "감광막/TiW/폴리이미드" 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라용 열 검출 소자 제조방법.
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