KR100308786B1 - Manufacturing method of pyroelectric element for thermal image detection - Google Patents

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Abstract

적외선 흡수막 내에 수집된 열을 유전막 패턴 내로 유입시에 열전달 효율을 높일 수 있도록 한 열영상 검출용 초전 소자 제조방법이 개시된다.Disclosed is a method for manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image, which can improve heat transfer efficiency when heat collected in an infrared absorbing film is introduced into a dielectric film pattern.

이를 구현하기 위하여 본 발명에서는 레이저 식각법을 이용하여 유전막의 프론트면을 소정 부분 선택식각하여 그 내부에 복수의 홈을 형성하는 공정과, 상기 홈을 포함한 그 주변의 유전막 상의 소정 부분에 복수의 에치스토퍼막을 형성하고, 상기 결과물 전면에 "제 1 금속 전극/IR 흡수막/반투과성막" 적층 구조의 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 상에 접착제를 매개체로하여 글래스를 부착하는 공정과, 상기 유전막의 백면을 소정 두께 폴리싱한 뒤 그 전면에 금속막을 형성하는 공정과, 레이저 식각법을 이용하여 상기 홈 내부의 에치스토퍼막 표면이 노출되도록 금속막과 유전막의 백면을 소정 부분 선택식각한 다음, 에치스토퍼막을 제거하여 제 2 금속 전극이 구비된 복수의 유전막 패턴을 형성하는 공정과, 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막과 금속 전극이 구비된 반도체 칩을 준비하는 공정과, 인듐 범프를 매개체로 이용하여 반도체 칩 상의 금속 전극과 유전막 패턴 백면의 제 2 금속 전극 간을 플립 칩 본딩하고, 상기 박막 상에 부착된 상기 글래스를 제거하는 공정으로 이루어진 열영상 검출용 초전 소자 제조방법이 제공된다.In order to accomplish this, the present invention uses a laser etching method to selectively etch a front surface of the dielectric film to form a plurality of grooves therein, and a plurality of etches to predetermined portions on the dielectric film around the groove including the grooves. Forming a stopper film, forming a thin film of a “first metal electrode / IR absorbing film / semi-permeable film” laminated structure on the entire surface of the resultant; attaching a glass on the thin film by means of an adhesive; Polishing the back surface of the film to a predetermined thickness, and then forming a metal film on the entire surface thereof, and selectively etching and etching the back surface of the metal film and the dielectric film to expose the surface of the etch stopper film inside the groove by using laser etching. Removing the stopper film to form a plurality of dielectric film patterns provided with the second metal electrode; and a plurality of isolators having a mesa shape. Preparing a semiconductor chip having an insulating film and a metal electrode; flip chip bonding between the metal electrode on the semiconductor chip and the second metal electrode on the back surface of the dielectric layer pattern using indium bump as a medium, and attaching the thin film to the thin film. Provided is a method of manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image, which includes a process of removing glass.

Description

열영상 검출용 초전 소자 제조방법Manufacturing method of pyroelectric element for thermal image detection

본 발명은 열전달 효율을 높일 수 있도록 한 열영상 검출용 초전 소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image, which can improve heat transfer efficiency.

최근들어, 전기석, 주석산 또는 자당등의 결정체의 일부를 가열하여 생기는 표면의 유전분극에 의한 전하를 이용하는 초전기에 대한 연구 개발이 매우 활발하게 이루어지고 있다. 초전형 열전소자는 이러한 초전기를 이용한 소자의 하나로서 별도로 제조된 단결정 구조의 집적소자와 모듈 형태로 재조합되어 열영상 검출용 초전 소자로 사용되고 있다.In recent years, research and development on superelectrics using electric charges due to dielectric polarization of surfaces generated by heating a part of crystals such as tourmaline, tartaric acid, or sucrose have been actively conducted. Pyroelectric thermoelectric devices are one of the devices using the pyroelectric, and are integrated into a single crystal integrated device and a module form, and are used as pyroelectric devices for thermal image detection.

도 1에는 상기 초전형 열전소자와 단결정 구조의 집적소자가 재조합된 종래의 열영상 검출용 초전 소자 구조를 도시한 단면도가 제시되어 있다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional pyroelectric element structure for detecting a thermal image, in which the pyroelectric thermoelectric element and the single crystal integrated element are recombined.

도 1을 참조하면, 종래의 열영상 검출용 초전 소자는 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(200) 상에는 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막 (202)이 형성되고, 상기 아이솔레이션 절연막(202)의 상면과 그 일측면을 포함한 반도체 칩(200) 상의 소정 부분을 따라서는 금속 전극(204)이 형성되며, 상기 금속 전극(204) 상에는 프론트면(front side)을 따라서는 "제 1 금속 전극(102)/적외선 흡수막(이하, IR 흡수막이라 한다)(104)/반투과성막(106)" 적층 구조의 박막이 일체로 형성되고 그 백면(back side)에는 제 2 금속 전극(108)이 형성되어 있는 복수의 유전막 패턴(100)이 인듐 범프(미 도시)를 사이에 두고 제 2 금속 전극(108)을 접촉면으로하여 본딩되도록 이루어져 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, in the conventional pyroelectric element for thermal image detection, a plurality of isolation insulating layers 202 having a mesa shape are formed on a semiconductor chip 200 in which a circuit for signal processing is integrated, and the isolation insulating layer 202 is formed. A metal electrode 204 is formed along a predetermined portion on the semiconductor chip 200 including an upper surface and one side thereof, and along the front side the first electrode 102) / infrared absorbing film (hereinafter referred to as IR absorbing film) 104 / semi-transmissive film 106 " lamination structure is integrally formed and second metal electrode 108 is formed on the back side thereof. It can be seen that the plurality of dielectric film patterns 100 are bonded to each other with the second metal electrode 108 as a contact surface with an indium bump (not shown) therebetween.

따라서, 상기 구조의 열영상 검출용 초전 소자에서는 다음과 같은 방식으로 소자 구동이 이루어지게 된다. 열복사체로부터 방출되는 IR이 반투과성막(106)으로 투과해서 들어오면 IR 흡수막(104)은 이를 흡수하여 열로 변환시킨 뒤, 제 1 금속 전극(102)에 전달하게 되고, 제 1 전극(102)에 전달된 IR은 다시 세라믹 계열의 유전막 패턴(100) 내로 전달되어진다. 이 상태에서 제 1 금속 전극(102)을 통해 유전막 패턴(100)에 바이어스를 인가하면, 상기 유전막 패턴(100) 내에서는 제 1 전극 (102)을 통해 전달된 IR의 열 에너지를 전기적인 신호로 변환시킨 뒤, 이 신호를 시그널 출력부(signal output)로 보내주어 화상을 디스플레이하게 되는 것이다.Therefore, the element driving is performed in the following manner in the pyroelectric element for thermal image detection having the above structure. When the IR emitted from the heat radiator penetrates into the semi-permeable membrane 106, the IR absorbing membrane 104 absorbs and converts it into heat and transfers it to the first metal electrode 102. The IR transmitted to is transferred back into the ceramic-based dielectric layer pattern 100. In this state, when a bias is applied to the dielectric film pattern 100 through the first metal electrode 102, the thermal energy of IR transmitted through the first electrode 102 is converted into an electrical signal in the dielectric film pattern 100. After conversion, the signal is sent to a signal output to display an image.

그러나, 상기 구조를 가지도록 열영상 검출용 초전 소자를 제조할 경우에는 유전막 패턴(100)의 프론트면에 형성되는 "제 1 금속 전극(102)/IR 흡수막(104)/반투과성막(106)" 적층 구조의 박막이 전체적으로 평평한(flat) 구조를 가지는 관계로 인해, IR 흡수막(104)내에 수집된 열을 유전막 패턴(100) 내로 유입시에 유전막 패턴(100)이 형성되어 있는 부분이나 그렇지 않은 부분(제 1 금속 전극(102)의 표면 노출부)에서 열의 흡수가 거의 동등한 수준으로 이루어지게 되므로, 소자 구동시 유전막 패턴(100) 내로의 열전달 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생하게 된다.However, when the pyroelectric element for detecting the thermal image is manufactured to have the above structure, the "first metal electrode 102 / IR absorption film 104 / semi-transmissive film 106 formed on the front surface of the dielectric film pattern 100 is formed. "Due to the relation that the thin film of the laminated structure has a flat structure as a whole, when the heat collected in the IR absorbing film 104 flows into the dielectric film pattern 100, the portion where the dielectric film pattern 100 is formed or not Since the absorption of heat is made to be substantially equal to the portion (surface exposed portion of the first metal electrode 102), the heat transfer efficiency into the dielectric film pattern 100 is reduced when the device is driven.

이에 본 발명의 목적은, 유전막 패턴의 프론트면을 따라 형성되는 "제 1 금속 전극/IR 흡수막/반투과성막" 적층 구조의 박막이 유전막 패턴의 상면에서는 평평한 구조를 가지되, 그 이외의 영역인 각 단위 픽셀 사이 사이에서는 반도체 칩 상면에서 보았을 때 위로 볼록하게 올라온 형상을 가지도록 구조를 변경해 주므로써, 소자 구동시 유전막 패턴 내로의 열 전달 효율을 높일 수 있도록 하여 IR 흡수막에 수집된 열의 손실을 최소화할 수 있도록 한 열영상 검출용 초전 소자 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to form a thin film having a "first metal electrode / IR absorbing film / semi-transmissive film" laminated structure formed along the front surface of the dielectric film pattern, but having a flat structure on the top surface of the dielectric film pattern. By changing the structure between the unit pixels to have a convex upward shape when viewed from the top of the semiconductor chip, it is possible to increase the heat transfer efficiency into the dielectric film pattern when driving the device to reduce the loss of heat collected in the IR absorption film The present invention provides a method for manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image, which can be minimized.

도 1은 종래의 열영상 검출용 초전 소자 구조를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional pyroelectric element structure for thermal image detection;

도 2는 본 발명에 의한 열영상 검출용 초전 소자 구조를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing a pyroelectric element structure for detecting a thermal image according to the present invention;

도 3 내지 도 8은 도 2에 제시된 열영상 검출용 초전 소자 제조방법을 도시한 공정수순도,3 to 8 are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image shown in FIG. 2;

도 9는 도 1의 구조로 초전 소자를 설계한 경우와 도 2의 구조로 초전 소자를 설계한 경우에 있어서의, 열전달 효율 증감 정도를 비교하기 위한 모의실험 결과를 보인 그래프이다.9 is a graph showing simulation results for comparing the degree of heat transfer efficiency increase and decrease in the case where the pyroelectric element is designed with the structure of FIG. 1 and the pyroelectric element is designed with the structure of FIG. 2.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 레이저 식각법을 이용하여 유전막의 프론트면을 소정 부분 선택식각하여 그 내부에 복수의 홈을 형성하는 공정과; 상기 홈 내부를 포함한 그 주변의 상기 유전막 상의 소정 부분에 복수의 에치스토퍼막을 형성하는 공정과; 상기 에치스토퍼막을 포함한 상기 유전막의 프론트면에 "제 1 금속 전극/IR 흡수막/반투과성막" 적층 구조의 박막을 형성하는 공정과; 상기 박막 상에 접착제를 매개체로하여 글래스를 부착하는 공정과; 상기 유전막의 백면을 소정 두께 폴리싱하는 공정과; 폴리싱된 상기 유전막의 백면에 금속막을 형성하는 공정과; 레이저 식각법을 이용하여 상기 홈 내부의 상기 에치스토퍼막 표면이 노출되도록 상기 금속막과 상기 유전막의 백면을 소정 부분 선택식각한 뒤, 상기 에치스토퍼막을 제거하여 제 2 금속 전극이 구비된 복수의 유전막 패턴을 형성하는 공정과; 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막이 구비된 반도체 칩을 준비한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막의 상면과 그 일 측면 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 걸쳐 복수의 금속 전극을 형성하는 공정과; 인듐 범프를 매개체로 이용하여 상기 반도체 칩 상의 상기 금속 전극과 상기 유전막 패턴 백면의 상기 제 2 금속 전극 간을 플립 칩 본딩하는 공정; 및 상기 박막 상에 부착된 상기 글래스를 제거하는 공정으로 이루어진 열영상 검출용 초전 소자 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a plurality of grooves therein by predetermined partial etching the front surface of the dielectric film using a laser etching method; Forming a plurality of etch stopper films on a predetermined portion on the dielectric film, including the inside of the groove; Forming a thin film of a "first metal electrode / IR absorption film / semi-transmissive film" laminated structure on the front surface of the dielectric film including the etch stopper film; Attaching a glass on the thin film by means of an adhesive; Polishing a back surface of the dielectric film by a predetermined thickness; Forming a metal film on a back surface of the polished dielectric film; After etching a predetermined portion of the back surface of the metal film and the dielectric film to expose the surface of the etch stopper film inside the groove by using a laser etching method, the etch stopper film is removed to remove the plurality of dielectric films provided with the second metal electrode. Forming a pattern; Preparing a semiconductor chip having a plurality of isolation insulating films having a mesa shape, and then forming a plurality of metal electrodes over an upper surface and one side of the isolation insulating film and a predetermined portion on the semiconductor chip; Flip chip bonding between the metal electrode on the semiconductor chip and the second metal electrode on the back surface of the dielectric film pattern using indium bump as a medium; And a process of removing the glass attached on the thin film.

이 경우, 상기 복수의 홈을 형성하기 전에 상기 유전막의 프론트면에 금속 재질의 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하여, 상기 유전막 패턴의 각 프론트면과 상기 박막 사이에 금속 재질의 보호막이 더 형성되도록 초전 소자를 제조할 수도 있다.In this case, the method may further include forming a metal protective film on the front surface of the dielectric film before forming the plurality of grooves, such that a metal protective film is further formed between each front surface of the dielectric film pattern and the thin film. A pyroelectric element can also be manufactured.

이와 같이 열영상 검출용 초전 소자를 제조할 경우, 유전막 패턴의 프론트면을 따라 형성되는 박막이 유전막 패턴의 상면에서는 평평한 구조를 가지나, 그 이외의 영역(각 단위 픽셀 사이 사이의 공간에 해당하는 영역)에서는 반도체 칩 상면에서 보았을 때 위로 볼록하게 올라온 형상을 가지므로, IR 흡수막 내에 수집된 열을 유전막 패턴 내로 유입시에 단위 픽셀 사이 사이의 제 1 금속 전극 표면 노출부를 통해 빠져나가는 열의 량을 최소화할 수 있게 된다.When the pyroelectric element for thermal image detection is manufactured as described above, the thin film formed along the front surface of the dielectric film pattern has a flat structure on the top surface of the dielectric film pattern, but other areas (areas corresponding to the space between each unit pixel). ) Has a convex upward shape when viewed from the top of the semiconductor chip, thereby minimizing the amount of heat that escapes through the first metal electrode surface exposed portion between the unit pixels when heat collected in the IR absorbing film is introduced into the dielectric film pattern. You can do it.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 열영상 검출용 초전 소자 제조시 유전막 패턴의 프론트면을 따라 형성되는 박막의 구조 변경을 통하여 유전막 패턴 내로의 열 전달 효율을 높일 수 있도록 하는데 주안점을 둔 기술로서, 이를 도 2 내지 도 8에 제시된 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The present invention is a technology that focuses on improving the heat transfer efficiency into the dielectric film pattern by changing the structure of the thin film formed along the front surface of the dielectric film pattern when manufacturing a pyroelectric element for thermal image detection, this is shown in Figures 2 to 8 Referring to the drawings presented in the following.

여기서, 도 2는 본 발명에서 제안된 열영상 검출용 초전 소자의 구조를 도시한 단면도를 나타내고, 도 3 내지 도 8은 도 2에 제시된 열영상 검출용 초전 소자 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a pyroelectric element for detecting a thermal image proposed in the present invention, and FIGS. 3 to 8 are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a pyroelectric element for detecting a thermal image shown in FIG. 2. Indicates.

도 2를 참조하면, 본 발명에서 제안된 열영상 검출용 초전 소자는 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(400) 상에는 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막(402)이 형성되고, 상기 아이솔레이션 절연막(402)의 상면과 그 일측면을 포함한 반도체 칩(400) 상의 소정 부분을 따라서는 금속 전극(404)이 형성되며, 상기 금속 전극(404) 상에는 프론트면을 따라서는 "제 1 금속 전극(304)/IR 흡수막 (306)/반투과성막(308)" 적층 구조의 박막이 일체로 형성되고 그 백면에는 제 2 금속 전극(314a)이 형성되어 있는 복수의 유전막 패턴(300a)이 인듐 범프(미 도시)를 사이에 두고 제 2 금속 전극(314a)을 접촉면으로하여 본딩되도록 이루어져 있다는 점에서는 기본 구조가 종래와 동일하나, 유전막 패턴(300a)의 프론트면을 따라 형성된 박막이 유전막 패턴(300a)의 상면에서는 평평한 구조를 가지고, 유전막 패턴 (300a) 사이 사이의 공간에서는 위로 볼록하게 올라온 구조를 가지도록 형성되어 있다는 점에서 차이를 지님을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, in the pyroelectric element for thermal image detection proposed in the present invention, a plurality of isolation insulating layers 402 having a mesa shape are formed on a semiconductor chip 400 in which a circuit for signal processing is integrated. A metal electrode 404 is formed along a predetermined portion on the semiconductor chip 400 including the top surface and one side thereof, and the first metal electrode 304 is formed along the front surface of the metal electrode 404. ) / IR absorbing film 306 / semi-transmissive film 308 "A plurality of dielectric film patterns 300a, in which a thin film having a laminated structure is integrally formed and a second metal electrode 314a is formed on the back surface thereof, have an indium bump (US). The basic structure is the same as the conventional structure in that the second metal electrode 314a is bonded to the contact surface with the contact surface interposed therebetween, but a thin film formed along the front surface of the dielectric film pattern 300a is formed of the dielectric film pattern 300a. From the top It has a flat structure, in the space between the dielectric film pattern (300a) can be seen jinim a difference in that they are formed to have the structure put convexly upward.

이때, 제 1 금속 전극(304)은 1000±100Å 두께의 NiCr이나 TiW로 형성되고, IR 흡수막(306)은 열이나 빛 투과력이 우수한 1.4±0.1㎛ 두께의 PIRL(polyimide released layer)이나 parylene 재질로 형성되며, 반투과성막(308)은 50±5Å 두께의 NiCr이나 TiW로 형성된다. 그리고, 유전막 패턴(300a)은 BST(BaSrTiO3), PZT(PbZrTiO3), BT(BaTiO3), PST(PbScTaO3) 등의 강유전체 재질로 형성되며, 제 2 금속 전극(314a)은 "In/Au/NiCr/TiW"의 4층 적층 구조로 형성되고, 아이솔레이션 절연막(402)은 폴리이미드 재질로 형성된다. 이 경우, 제 2 금속 전극 (314a)을 이루는 In은 3㎛ 내외의 두께로 형성하는 것이 바람직하고 Au와 NiCr 및 TiW는 각각 0.1㎛, 0.05㎛, 0.05㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the first metal electrode 304 is formed of NiCr or TiW having a thickness of 1000 ± 100Å, the IR absorption film 306 is a polyimide released layer (PIRL) or parylene material of 1.4 ± 0.1 ㎛ thickness excellent in heat or light transmission The semi-transmissive film 308 is formed of NiCr or TiW having a thickness of 50 ± 5 mm 3. The dielectric film pattern 300a is formed of ferroelectric materials, such as BST (BaSrTiO 3 ), PZT (PbZrTiO 3 ), BT (BaTiO 3 ), and PST (PbScTaO 3 ), and the second metal electrode 314a is formed of “In / Au / NiCr / TiW "is formed in a four-layer laminated structure, and the isolation insulating film 402 is formed of a polyimide material. In this case, In forming the second metal electrode 314a is preferably formed to a thickness of about 3 μm, and Au, NiCr, and TiW are preferably formed at a thickness of about 0.1 μm, 0.05 μm, and 0.05 μm, respectively.

여기서, 반투과성막(308)은 IR의 흡수를 돕는 역할을 담당하고, 금속 전극 (404)은 반도체 칩(400)과 제 1 및 제 2 금속 전극(304),(314a)이 구비된 유전막 패턴(300a)을 전기적으로 연결시켜 주는 역할을 담당하며, 아이솔레이션 절연막 (402)은 반도체 칩(400)에서 나오는 열과 유전막 패턴(300a)에서 나오는 열을 차단시켜 노이즈(noise) 발생을 억제하는 역할을 담당한다.Here, the semi-transmissive film 308 serves to help the absorption of the IR, the metal electrode 404 is a dielectric film pattern provided with a semiconductor chip 400 and the first and second metal electrodes 304, 314a ( The isolation insulating film 402 serves to electrically suppress the heat generated from the semiconductor chip 400 and the heat generated from the dielectric film pattern 300a by inhibiting the occurrence of noise. .

따라서, 상기 구조의 열영상 검출용 초전 소자는 다음의 제 6 단계를 거쳐 제조된다.Therefore, the pyroelectric element for thermal image detection having the above structure is manufactured through the following sixth step.

제 1 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이 450~550㎛의 두께를 갖는 유전막 (300)의 프론트면을 소정 부분 레이저 식각하여 유전막(300) 내에 식각 깊이(t)가 8~10㎛인 복수의 홈(g)을 형성한다. 이때, 유전막(300)은 유전체의 자발 분극에 의해 초전 전류가 발생하는 강유전체 물질로 형성되는데, 그 대표적인 예로는 BST, PZT, BT, PST 등을 들 수 있다.As a first step, as shown in FIG. 3, the front surface of the dielectric film 300 having a thickness of 450 to 550 μm is partially laser-etched so that the etching depth t is 8 to 10 μm in the dielectric film 300. To form a groove (g). In this case, the dielectric film 300 is formed of a ferroelectric material in which a pyroelectric current is generated by spontaneous polarization of the dielectric, and examples thereof include BST, PZT, BT, and PST.

제 2 단계로서, 도 4에 도시된 바와 같이 스핀 코팅법(spin coating method)을 이용하여 상기 홈(g) 내부가 충분히 채워지도록 유전막(300) 상에 PIRL 재질의 에치스토퍼막(302)을 형성한 다음, 유전막(300)의 표면이 소정 부분 노출되도록 이를 선택식각한다. 그 결과, 상기 홈(g) 내부와 그 주변의 유전막(300) 상의 소정 부분에만 선택적으로 복수의 에치스토퍼막(302)이 남게 된다. 이 경우, 상기 에치스토퍼막(302)은 홈(g)의 바텀면을 기준으로 했을 때 그 총 두께(d)가 12±2㎛의 값을 가지도록 형성된다.As a second step, as illustrated in FIG. 4, an etch stopper film 302 made of PIRL is formed on the dielectric film 300 to sufficiently fill the groove g by using a spin coating method. Next, the surface of the dielectric layer 300 is selectively etched to expose a predetermined portion. As a result, a plurality of etch stopper films 302 remain selectively only in predetermined portions on the dielectric film 300 in and around the groove g. In this case, the etch stopper film 302 is formed such that its total thickness d has a value of 12 ± 2 μm based on the bottom surface of the groove g.

제 3 단계로서, 도 5에 도시된 바와 같이 에치스토퍼막(302)을 포함한 유전막(300)의 프론트면에 공통 전극으로 사용되어질 NiCr이나 TiW 재질의 제 1 금속 전극(304)과 PIRL이나 parylene 재질의 IR 흡수막(306) 및 NiCr이나 TiW 재질의 반투과성막(308)을 순차적으로 형성하여, "제 1 금속 전극(304)/IR 흡수막(306)/반투과성막(308)" 적층 구조의 박막을 형성한다. 이때, 제 1 금속 전극(304)과 IR 흡수막(306) 및 반투과성막(308)은 각각 1000±100Å, 1.4±0.1㎛, 50±5Å의 두께로 형성된다.As a third step, as shown in FIG. 5, a first metal electrode 304 of NiCr or TiW material and a PIRL or parylene material to be used as a common electrode on the front surface of the dielectric film 300 including the etch stopper film 302. The IR absorbing film 306 and the semi-transmissive film 308 made of NiCr or TiW material are sequentially formed to form a "first metal electrode 304 / IR absorbing film 306 / semi-transmissive film 308" laminated thin film. To form. At this time, the first metal electrode 304, the IR absorbing film 306, and the semi-transmissive film 308 are formed to have thicknesses of 1000 ± 100 mm, 1.4 ± 0.1 μm, and 50 ± 5 mm, respectively.

제 4 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 제 3 단계에서 제조된 결과물을 뒤집어 유전막(300)의 백면이 위로 올라오도록 위치 정렬한 다음, 5~10㎛ 두께의 왁스(wax)(310)를 접착제로 이용하여 상기 박막을 이루는 반투과성막(308)에 글래스 (312)를 부착하고, 20~30㎛ 두께의 유전막(300)만이 잔존되도록 유전막(300)의 백면을 소정 두께 폴리싱(polishing)한 뒤, 폴리싱 처리된 유전막(300)의 백면에 "In/Au/TiW/NiCr" 적층 구조의 금속막(314)을 형성한다. 이와 같이, 반투과성막 (308) 상에 별도의 글래스(312)를 부착시켜 준 것은 후속 공정 진행시 이것이 지지대의 역할을 하여 공정 진행이 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.As a fourth step, as shown in FIG. 6, the resultant fabricated in the third step is turned upside down so that the back surface of the dielectric film 300 is positioned upward, and then a wax 310 having a thickness of 5 to 10 μm is removed. The glass 312 is attached to the semi-permeable film 308 forming the thin film by using an adhesive, and the back surface of the dielectric film 300 is polished to a predetermined thickness so that only the dielectric film 300 having a thickness of 20 to 30 μm remains. A metal film 314 having an "In / Au / TiW / NiCr" laminated structure is formed on the back surface of the polished dielectric film 300. As such, the separate glass 312 is attached to the semi-permeable membrane 308 in order to make the process proceed more easily by acting as a support during the subsequent process.

제 5 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이 레이저 식각법을 이용하여 상기 홈 (g) 내부의 에치스토퍼막(302) 표면이 노출되도록 상기 금속막(314)과 유전막(300)의 백면을 선택식각한 다음, 각 픽셀 간을 완전하게 분리하기 위하여 습식이나 건식식각 공정을 이용하여 에치스토퍼막(302)을 제거한다. 그 결과, 제 2 금속 전극 (314a)이 구비된 복수의 유전막 패턴(300a)이 형성된다. 상기 에치스토퍼막(302)은 습식식각 공정을 이용하여 제거하는 것이 더 바람직한데, 이때 사용되는 에천트 (etchant)로는 KOH를 들 수 있다.As a fifth step, as shown in FIG. 7, the back surface of the metal layer 314 and the dielectric layer 300 are selected to expose the surface of the etch stopper layer 302 inside the groove g by using laser etching. After etching, the etch stopper film 302 is removed using a wet or dry etching process to completely separate the pixels. As a result, a plurality of dielectric film patterns 300a provided with the second metal electrode 314a are formed. The etch stopper film 302 is more preferably removed by using a wet etching process, the etchant (etchant) used at this time may include KOH.

제 6 단계로서, 도 8에 도시된 바와 같이 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(400)을 준비하고, 그 위에 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막 (402)을 폴리이미드 재질로 형성한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막(402)의 상면과 그 일 측면 및 반도체 칩(400) 상의 소정 부분에 걸쳐 복수의 금속 배선(404)을 형성한다. 이어, 유전막 패턴(300a)과 아이솔레이션 절연막(402)이 상·하측부에서 각각 일대일 대응되도록 위치 정렬한 다음, 인듐 범프(미 도시)를 매개체로 이용하여 반도체 칩(400) 상의 금속 전극(404)과 유전막 패턴(300a) 백면의 상기 제 2 금속 전극(314a) 간을 플립 칩 본딩한 뒤 상기 글래스(312)를 제거해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.As a sixth step, as shown in FIG. 8, a semiconductor chip 400 in which a circuit for signal processing is integrated is prepared, and a plurality of isolation insulating layers 402 having a mesa shape are formed on the polyimide material. A plurality of metal wires 404 are formed over the upper surface and one side surface of the isolation insulating layer 402 and a predetermined portion on the semiconductor chip 400. Subsequently, the dielectric film pattern 300a and the isolation insulating film 402 are aligned in a one-to-one correspondence at the upper and lower portions thereof, and then the metal electrode 404 on the semiconductor chip 400 using an indium bump (not shown) as a medium. And the glass 312 are removed after the flip chip bonding between the second metal electrode 314a on the back surface of the dielectric layer pattern 300a, thereby completing the process.

이와 같이, 폴리이미드 재질의 아이솔레이션 절연막(402)을 메사 형상으로 가져간 것은 반도체 칩(400)에서 발생된 열이 유전막 패턴(300a)으로 전달될 경우 유전막 패턴(300a)이 초전형 열전소자인 관계로 인해 어떤 것이 IR 흡수막(306)을 통해 들어온 열인지를 구별하지 못하게 되어 노이즈 발생의 원인으로 작용할 수도 있으므로 이를 방지하기 위함이다.As such, when the polyimide isolation insulating film 402 is taken in a mesa shape, when the heat generated from the semiconductor chip 400 is transferred to the dielectric film pattern 300a, the dielectric film pattern 300a is a pyroelectric thermoelectric device. Due to this, it is not possible to distinguish which heat is introduced through the IR absorbing film 306, and thus may act as a cause of noise generation.

한편, 본 발명의 일 변형예로서, 제 1 단계 공정은 유전막(300) 상에 금속막 재질의 보호막(미 도시)을 별도로 더 형성해 준 상태에서 복수의 홈(g) 형성을 위한 레이저 식각 공정이 이루어지도록 하여 최종 공정 진행이 완료되었을 때 유전막 패턴(300a)의 프론트면과 제 1 금속 전극(304) 사이에 별도의 보호막이 더 형성되어 있는 구조를 가지도록 초전 소자를 제조할 수도 있다. 이 경우, 상기 보호막으로는 1000±100Å 두께의 NiCr이 사용된다.On the other hand, as a modification of the present invention, the first step is a laser etching process for forming a plurality of grooves (g) in a state in which a protective film (not shown) of a metal film material is further formed on the dielectric film 300. When the final process is completed, the pyroelectric element may be manufactured to have a structure in which a separate protective film is further formed between the front surface of the dielectric film pattern 300a and the first metal electrode 304. In this case, as the protective film, NiCr having a thickness of 1000 ± 100 GPa is used.

이와 같이 공정을 진행할 경우, 유전막 패턴(300a)의 프론트면을 따라 형성되는 박막이 유전막 패턴(300a)의 상면에서는 평평한 구조를 가지나, 그 이외의 영역(각 단위 픽셀 사이 사이의 공간에 해당하는 영역)에서는 반도체 칩(400) 상면에서 보았을 때 위로 볼록하게 올라온 형상을 가지게 되므로, 서로 인접된 단위 픽셀간의 역전달 경로(종래: ℓ, 본 발명은: ℓ+ α)가 종래보다 길어진 효과를 얻을 수 있게 된다.When the process is performed in this manner, the thin film formed along the front surface of the dielectric film pattern 300a has a flat structure on the top surface of the dielectric film pattern 300a, but other areas (areas corresponding to the space between each unit pixel). ) Has a convex upward shape when viewed from the upper surface of the semiconductor chip 400, so that the reverse transfer path between the unit pixels adjacent to each other (formerly: l, in the present invention: l + α) is longer than before. Will be.

그 결과, 각 픽셀 사이의 열 저항이 증가하게 되어 IR 흡수막(308) 내에 수집된 열을 유전막 패턴(300a) 내로 유입시에 제 1 금속 전극9306)의 표면 노출부를 통해 빠져나가는 열의 량을 최소화할 수 있게 되므로, 유전막 패턴(300a) 내로의 열 전달 효율을 종래보다 높일 수 있게 된다.As a result, the thermal resistance between each pixel is increased to minimize the amount of heat that escapes through the surface exposed portion of the first metal electrode 9906 when heat collected in the IR absorbing film 308 enters the dielectric film pattern 300a. As a result, the heat transfer efficiency into the dielectric film pattern 300a can be improved.

도 9에는 이를 확인하기 위한 모의실험 결과로서, "제 1 금속 전극/IR 흡수막/ 반투과성막" 적층 구조의 박막이 ①도 1과 같이 전체적으로 평평한 구조를 가지는 경우와 ②도 2와 같이 부분적으로 위로 볼록하게 올라온 구조를 갖는 경우에 있어서의, 열전달 효율을 비교 도시한 그래프를 제시해 놓았다. 상기 그래프에서 횡축(x축)은 유전막 패턴(300a) 사이의 공간에서 유전막 패턴(300a)의 프론트면을 기준으로 했을 때 상기 상막이 위로 올라간 높이(h) 즉, Elevation Height(㎛)를 나타내고, 종축(y축)은 MTF(%)를 나타낸다.As a simulation result for confirming this in FIG. 9, when the thin film of the "first metal electrode / IR absorption film / semi-permeable film" laminated structure has an overall flat structure as shown in FIG. In the case of having a convexly raised structure, a graph showing a comparison of heat transfer efficiency is shown. In the graph, the horizontal axis (x-axis) represents the height (h), ie, the elevation height (μm), in which the upper film rises when the front surface of the dielectric film pattern 300a is spaced in the space between the dielectric film patterns 300a. The vertical axis (y-axis) represents MTF (%).

여기서는 편의상, 변조전이함수(MTF:Modulation Transfer Function)의 값을 비교하는 방식으로 열전달 효율의 증감 정도를 분석하였는데, 이는 상기 MTF가 검출기의 특정 공간주파수에 대한 반응 정도(공간적으로 사물을 구별할 수 있는 분해 능력)을 나타내기 때문이다. 즉, MTF 값이 커지면 열전달 효율이 높아지게 되고, 반면 MTF 값이 작아지면 열전달 효율이 떨어지게 되는 것이다.For convenience, we analyzed the degree of increase and decrease of the heat transfer efficiency by comparing the values of the modulation transfer function (MTF), which means that the MTF responds to a specific spatial frequency of the detector (a thing that can be distinguished spatially). Decomposing ability). In other words, the larger the MTF value, the higher the heat transfer efficiency, while the smaller the MTF value, the lower the heat transfer efficiency.

도 9의 그래프를 참조하면, 후자의 경우(②:Elevation Height가 1 ∼10(㎛)인 경우)가 전자의 경우(①:Elevation Height가 0(㎛)인 평평한 경우)에 비해 MTF값이 증가되고, 또한 각 단위 픽셀 사이의 공간 내에서 유전막 패턴(300a)의 프론트면과 상기 박막 간의 높이(h) 차가 클수록 MTF 값이 증가됨을 확인할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 9, the MTF value is increased in the latter case (②: when Elevation Height is 1 to 10 (µm)) compared to the former case (①: flat when Elevation Height is 0 (µm)). In addition, it can be seen that the MTF value increases as the difference in height h between the front surface of the dielectric layer pattern 300a and the thin film increases in the space between the unit pixels.

이로보아, "제 1 금속전극/IR흡수막/반투과성막" 적층구조의 박막을 도 2의 구조로 형성한 경우가 도 1의 구조로 형성한 경우보다 MTF 값이 증가되고 열전달 효율을 높일 수 있음을 알 수 있다.As a result, when the thin film of the “first metal electrode / IR absorption film / semi-permeable film” laminated structure is formed in the structure of FIG. 2, the MTF value is increased and the heat transfer efficiency may be increased than the structure of FIG. 1. It can be seen.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 유전막 패턴의 프론트면을 따라 형성되는 박막의 구조 변경을 통하여 IR 흡수막 내에 수집된 열을 유전막 패턴 내로 유입시에 제 1 금속 전극의 표면 노출부를 통해 빠져나가는 열의 량을 최소화할 수 있게 되므로 유전막 패턴 내로의 열 전달 효율을 높일 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the heat collected in the IR absorbing film passes through the surface exposed portion of the first metal electrode when the heat collected in the IR absorbing film is introduced into the dielectric film pattern through the structural change of the thin film formed along the front surface of the dielectric film pattern. Since the amount of heat can be minimized, the heat transfer efficiency into the dielectric film pattern can be improved.

Claims (13)

레이저 식각법을 이용하여 유전막의 프론트면을 소정 부분 선택식각하여 그 내부에 복수의 홈을 형성하는 공정과; 상기 홈 내부를 포함한 그 주변의 상기 유전막 상의 소정 부분에 복수의 에치스토퍼막을 형성하는 공정과; 상기 에치스토퍼막을 포함한 상기 유전막의 프론트면에 "제 1 금속 전극/IR 흡수막/반투과성막" 적층 구조의 박막을 형성하는 공정과; 상기 박막 상에 접착제를 매개체로하여 글래스를 부착하는 공정과; 상기 유전막의 백면을 소정 두께 폴리싱하는 공정과; 폴리싱된 상기 유전막의 백면에 금속막을 형성하는 공정과; 레이저 식각법을 이용하여 상기 홈 내부의 상기 에치스토퍼막 표면이 노출되도록 상기 금속막과 상기 유전막의 백면을 소정 부분 선택식각한 뒤, 상기 에치스토퍼막을 제거하여 제 2 금속 전극이 구비된 복수의 유전막 패턴을 형성하는 공정과; 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막이 구비된 반도체 칩을 준비한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막의 상면과 그 일 측면 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 걸쳐 복수의 금속 전극을 형성하는 공정과; 인듐 범프를 매개체로 이용하여 상기 반도체 칩 상의 상기 금속 전극과 상기 유전막 패턴 백면의 상기 제 2 금속 전극 간을 플립 칩 본딩하는 공정; 및 상기 박막 상에 부착된 상기 글래스를 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.Forming a plurality of grooves therein by predetermined partial etching of the front surface of the dielectric film using a laser etching method; Forming a plurality of etch stopper films on a predetermined portion on the dielectric film, including the inside of the groove; Forming a thin film of a "first metal electrode / IR absorption film / semi-transmissive film" laminated structure on the front surface of the dielectric film including the etch stopper film; Attaching a glass on the thin film by means of an adhesive; Polishing a back surface of the dielectric film by a predetermined thickness; Forming a metal film on a back surface of the polished dielectric film; After etching a predetermined portion of the back surface of the metal film and the dielectric film to expose the surface of the etch stopper film inside the groove by using a laser etching method, the etch stopper film is removed to remove the plurality of dielectric films provided with the second metal electrode. Forming a pattern; Preparing a semiconductor chip having a plurality of isolation insulating films having a mesa shape, and then forming a plurality of metal electrodes over an upper surface and one side of the isolation insulating film and a predetermined portion on the semiconductor chip; Flip chip bonding between the metal electrode on the semiconductor chip and the second metal electrode on the back surface of the dielectric film pattern using indium bump as a medium; And removing the glass attached to the thin film. 제 1항에 있어서, 상기 홈은 8 ~ 10㎛의 식각 깊이를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the groove is formed to have an etching depth of about 8 μm to about 10 μm. 제 1항에 있어서, 상기 에치스토퍼막은 PIRL 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the etch stopper film is formed of a PIRL material. 제 1항에 있어서, 상기 에치스토퍼막은 상기 홈의 바텀면을 기준으로 했을 때 12±2㎛의 두께를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the etch stopper film is formed to have a thickness of 12 ± 2 μm based on the bottom surface of the groove. 제 1항에 있어서, 상기 박막을 이루는 상기 제 1 금속 전극은 1000±100Å 두께의 NiCr이나 TiW로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the first metal electrode constituting the thin film is formed of NiCr or TiW having a thickness of 1000 ± 100 μs. 제 1항에 있어서, 상기 박막을 이루는 상기 적외선 흡수막은 1.4±0.1㎛ 두께의 PIRL이나 parylene으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the infrared absorption film forming the thin film is formed of PIRL or parylene having a thickness of 1.4 ± 0.1 μm. 제 1항에 있어서, 상기 박막을 이루는 상기 반투과성막은 50±5Å 두께의 NiCr이나 TiW로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the semi-transmissive layer forming the thin film is formed of NiCr or TiW having a thickness of 50 ± 5 μs. 제 1항에 있어서, 상기 유전막 패턴은 BST, PZT, BT, PST 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the dielectric layer pattern is formed of any one selected from BST, PZT, BT, and PST. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 금속 전극은 "In/Au/NiCr/TiW"의 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the second metal electrode has a stacked structure of “In / Au / NiCr / TiW”. 제 1항에 있어서, 상기 에치스토퍼막은 건식식각 공정이나 습식식각 공정을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the etch stopper layer is removed using a dry etching process or a wet etching process. 제 10항에 있어서, 상기 습식식각은 KOH를 에천트로하여 실시하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 10, wherein the wet etching is performed by using KOH as an etchant. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 홈을 형성하기 전에 상기 유전막의 프론트면에 금속 재질의 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하여, 상기 유전막 패턴의 각 프론트면과 상기 박막 사이에 금속 재질의 보호막이 더 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 1, further comprising forming a metal protective film on the front surface of the dielectric film before forming the plurality of grooves, wherein a metal protective film is formed between each front surface of the dielectric film pattern and the thin film. Pyroelectric device manufacturing method for thermal imaging, characterized in that to be further formed. 제 12항에 있어서, 상기 보호막은 1000±100Å 두께의 NiCr로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 초전 소자 제조방법.The method of claim 12, wherein the protective film is formed of NiCr having a thickness of 1000 ± 100 μs.
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