KR100313909B1 - 적외선 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

적외선 센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100313909B1
KR100313909B1 KR1019990051994A KR19990051994A KR100313909B1 KR 100313909 B1 KR100313909 B1 KR 100313909B1 KR 1019990051994 A KR1019990051994 A KR 1019990051994A KR 19990051994 A KR19990051994 A KR 19990051994A KR 100313909 B1 KR100313909 B1 KR 100313909B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermocouple
diaphragm
sensor
resistance layer
forming
Prior art date
Application number
KR1019990051994A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010047680A (ko
Inventor
김인식
Original Assignee
구자홍
엘지전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구자홍, 엘지전자주식회사 filed Critical 구자홍
Priority to KR1019990051994A priority Critical patent/KR100313909B1/ko
Priority to US09/712,933 priority patent/US6518597B1/en
Priority to EP00310337A priority patent/EP1102333A3/en
Publication of KR20010047680A publication Critical patent/KR20010047680A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100313909B1 publication Critical patent/KR100313909B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details

Abstract

저저항, 고감도의 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 위에 산화막/질화막/산화막을 순차적으로 적층하여 다이아프레임층을 형성한 다음, 다이아프레임 위에 반도체막을 형성하고 패터닝하여 일정영역에 제 1 열전대를 형성한다. 이어, 다이아프레임 위에 도체막을 형성하고 패터닝하여 제 1 열전대 위의 일정영역에는 금속저항층을, 다이아프레임 위의 일정영역에는 제 2 열전대를 각각 동시에 형성하고 나서, 금속저항층을 포함한 전면에 보호막을 형성하고, 보호막 위에 흑체를 형성한 후, 기판 밑면의 소정영역을 제거하여 다이아프레임을 노출시켜 제작한다. 여기서, 제 1 열전대 위에 형성되는 금속저항층은 스트라이프(stripe) 형태이고, 하나의 제 1 열전대 위에 하나 또는 다수개로 형성될 수 있다. 이와 같이 제조되는 본 발명은 센서의 내부 저항을 낮추고 동시에 높은 감도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속저항층의 길이를 조절하여 센서의 내부 저항을 쉽게 제어할 수 있다.

Description

적외선 센서 및 그 제조방법{IR sensor and method for fabricating the same}
본 발명은 저저항, 고감도의 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방사 에너지를 감지하는 적외선 센서로는 광기전력 효과(photovoltaic effect)나 광전도 효과(photoconductive effect)를 이용한 양자형(photonic type) 센서와 볼로미터(bolometer), 초전 센서(pyroelectric sensor), 써모파일 센서(thermopile sensor)와 같은 열형(thermal type) 센서가 있다.
양자형 센서는 입사파(incident radiation)가 전자를 여기(excite)시켜 센서의 전기적 특성을 변화시키는 것을 이용하는 것으로서, 일반적으로 선택된 파장범위에서 감지성능이 매우 뛰어나고 빠른 응답 특성(responsibility)을 나타내고 있다.
그러나, 아직 관련 제조 기술(process technology)이 확립되어 있지 못하고 가격이 비싸며 소정의 적외선 감도를 얻기 위해서는 액체질소(liquid-N2)온도 이하에서 동작시켜야 하는 단점이 있다.
따라서, 상업적 및 산업적으로 적외선 센서를 이용하기 위해서는 냉각이 필요없고 값이 싸며 신뢰성 있는 소자가 필요하게 되었다.
최근 이러한 특징을 만족시킬 수 있는 열형 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이런 연구 결과로, 가시 이미지(visible image)로는 알 수 없는 물체에 대한 유용한 정보를 제공함으로써 생산 시험(production examination), 공정 모니터링(process monitoring), 비접촉 및 비파괴 시험(non-contact & non-destructive testing) 등과 같은 분야에 사용할 수 있는 소자가 개발되었다.
이러한 소자들 중 현재까지 가장 뛰어난 재료로는 (Hg,Cd)Te 이 있지만, 대량생산을 위한 제조기술이 아직 성숙되어 있지 못할 뿐만 아니라 기판의 가격과 균일도가 문제로 되고 있다.
따라서, 상기의 문제들을 만족시키면서 확립되어 있는 반도체 공정으로 제작이 가능한 써모파일 센서가 활발하게 연구되고 있다.
써모파일(Thermopile)이란 서로 다른 두 개의 전도체 또는 반도체를 한 쪽은 접촉시키고, 다른 한 쪽은 떨어져 있을 때, 이 접촉 부분과 개방된 부분에 온도차가 생기면 그 온도차에 비례하여 열기전력(Thermoelectric Power)이 발생한다는 제벡 효과(Seeback effect)를 기본으로 하는 감지소자이다.
이것을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
여기서,는 접합을 형성하는 두 물질의 제벡 계수(Seebeck coefficient)이고,는 접촉부분과 개방부분의 온도이며, N은 연결된커플(Couple)의 수이다.
수식에서 알 수 있는 바와 같이, 센서의 출력을 크게 하기 위해서는 두 물질의 제벡 계수의 차가 크고, 접촉부와 개방부의 온도차가 커야하며, 또한 커플의 수가 많아야 한다.
이러한 조건들을 충족시키기 위하여 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각 써모커플(thermocouple)이 직렬로 연결된 어레이(array)를 만들고, 써모커플의 각 요소(element)는 큰 열기전력(thermoelectric power)을 갖고, 반대의 극성(polarities)을 갖는 서로 다른 물질로 구성한다.
각 써모커플들은 온영역(hot region)과 냉영역(cold region)에 교차하여 위치시키며, 온영역은 열적으로 냉영역과 절연되도록 한다.
일반적으로 냉영역은 효율적인 힛 싱크(heat sink)를 위하여 매시브(massive)한 써포트(support)상에 위치하게 된다.
즉, 이러한 써모파일은 낮은 열 전도도(thermal conductance)와 낮은 열 커패시턴스(capacitance)를 갖는 얇은 다이아프레임(diaphragm) 위에 2개의 서로 다른 열전 재료(thermoelectric material)을 위치시킨 것이다.
이러한 구조는 디텍터(detector)의 퍼포먼스(performance)를 향상시킬 수 있으며, 일괄 공정(batch fabrication)을 통해 디텍터당 코스트(cost)를 줄일 수 있다.
또한, 박막 써모파일(thin film thermopile)은 여러 분야에서 이용되고 있으며, 현재 IR 스펙트로메터(spectrometer)에서 사용되는 가장 일반적인 디텍터이다.
결국 센서의 출력을 크게 하기 위한 조건 중에서, 두 번째 조건과 세 번째 조건은 소자의 구조와 크기에 영향을 받기 때문에 제어하기에는 제약이 있다.
그리고, 첫 번째 조건을 맞추기 위해서는 적절한 열전 재료가 선택되어야 한다.
써모파일용 열전 재료들은 열 노이즈(thermal noise)를 줄이고, 줄(joul)열 손실을 최소화하기 위하여 높은 전기전도도를 가져야 하며, 온접점(hot junction)과 냉접점(cold junction)간의 열전도를 최소화하기 위해 열전도도는 낮아야 한다.
하지만, 이러한 문제는 양립할 수 없으며,(: 전기전도도,: 제벡 계수,: 열전도도)에 의해 정의되는 관계가 써모파일 제작에 적합한 재료를 선택하는데 이용된다.
이러한 수식은 제벡 계수가 작은 금속에서는 그다지 이점이 없다.
고농도로 도핑된 반도체(Heavily-doped semiconductor)는 높은 Z값을 가지며, 따라서 최적의 열전 재료로 사용된다.
하지만, 반도체 재료는 도핑 농도와 제벡 계수간에 상관관계를 가지고 있다.
즉, 센서의 내부 저항을 낮추기 위해서는 고농도의 도핑이 필요하지만, 고농도일수록 제벡 계수가 작아지는 고유한 특성을 가지고 있다.
따라서, 제벡 계수와 센서 내부 저항을 함께 고려하여 최적 조건을 결정해야만 한다는 문제가 있다.
그리고, 써모파일 제작 시, 열전 재료를 선택할 때 고려되어야 할 또 하나의 사항은 양산 공정에 적합한 열전 재료를 선택해야 하는 것이다.
즉, 두 물질의 제벡 계수가 무조건 크다고 해서 써모파일 센서의 열전 재료로 선택할 수는 없다는 것이다.
이와 같은 이유로 현재 널리 사용되고 있는 열전 재료가 도핑된 폴리실리콘(Doped poly silicon)과 알루미늄을 사용하는 것이다.
이 재료들은 이미 씨모스(CMOS) 공정에서 사용되고 있는 것이므로 써모파일 센서를 제조할 때, 기존의 씨모스 양산 공정을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
이러한 써모파일 센서는 적외선이 센서의 온접점에 입사될 때, 그 부분에 형성된 흑체(black-body)는 입사된 적외선을 흡수하게 되고, 냉접점 부위의 온도 성분은 실리콘을 통하여 힛싱크(heat sink)되어 결국 온접점과 냉접점의 온도차가 발생하여 기전력이 여기된다.
그러나, 종래의 써모파일 센서 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 반도체인 제 1 열전대 물질의 저항과 금속인 제 2 열전대 물질의 저항이 직렬로 연결된 등가회로가 되어 센서의 내부 저항은 반도체의 저항에 의해 상당히 큰 저항값을 갖게 된다.
종래의 써모파일 센서가 동작할 때, 영향을 받는 노이즈(noise) 성분은 크게 소자 주위 환경에 의한 열적 노이즈인 열적 커플링(thermal coupling), 소자 주위로부터의 적외선 방사에 의한 노이즈인 방사 커플링(radiative coupling), 그리고 응용회로 구성시 발생하는 전기적 노이즈(electrical noise)가 있다.
이 중에서 열적 커플링과 방사 커플링은 센서의 동작 환경에 의해 발생하는성분으로서, 해결하기가 쉽지 않다.
하지만, 전기적 노이즈는 써모파일 센서의 주요 임피던스(impedance) 성분이 저항성분이기 때문에 다음 식과 같은 존슨 노이즈(Jhonson Noise)가 주요 전기적 노이즈 소스(noise source)가 된다.
VJ= (4kTRB)1/2
여기서, VJ는 존슨 노이즈 전압, k는 볼츠만 상수(1.38 × 10-23J/K), T는 절대온도상수(K), R은 소자저항, B는 노이즈 밴드폭(bandwidth)이다.
따라서, 상기 수식에서 알 수 있듯이, 이러한 노이즈를 줄이기 위해서는 센서 소자의 내부 저항이 작으면 작을수록 좋게 된다.
본 발명의 목적은 상기의 문제들을 해결하기 위한 것으로, 센서의 내부 저항을 낮춤과 동시에 높은 감도를 유지할 수 있는 적외선 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열적 노이즈를 개선하고, 생산 수율을 높일 수 있는 적외선 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 써모파일 센서의 기본 구조도
도 2는 종래 기술에 따른 써모파일 센서의 등가회로도
도 3 및 도 4는 종래 기술에 따른 써모파일 센서의 구조를 보여주는 단면도 및 평면도
도 5 및 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 써모파일 센서의 구조를 보여주는 단면도 및 평면도
도 7은 도 6의 A 부분을 보여주는 상세도
도 8은 본 발명에 따른 써모파일 센서의 등가회로도
도 9는 본 발명 제 2 실시예에 따른 써모파일 센서의 구조를 보여주는 평면도
도 10은 본 발명에 따른 써모파일 센서의 제조 공정을 보여주는 순서도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 제 1 산화막
13 : 질화막 14 : 제 2 산화막
15 : 다이아프레임층 16 : 제 1 열전대
17 : 제 2 열전대 18 : 금속도체
19 : 보호막 20 : 패드
21 : 흑체
본 발명에 따른 적외선 센서는 다이아프레임과, 다이아프레임 하부의 가장자리에 형성되는 기판과, 다이아프레임 상부의 소정영역에 형성되는 제 1, 제 2 열전대와, 제 1 열전대 표면 위의 소정영역에 형성되는 금속저항층과, 다이아프레임 상부의 중심영역에 형성되는 흑체로 구성된다.
여기서, 제 1 열전대는 반도체이고, 제 2 열전대는 도체이며, 금속저항층은 제 2 열전대 물질과 동일한 물질로 형성된다.
그리고, 제 1 열전대 위에 형성되는 금속저항층은 스트라이프(stripe) 형태이고, 하나의 열전대 위에 하나 또는 다수개로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 센서 제조방법은 기판 위에 산화막/질화막/산화막을 순차적으로 적층하여 다이아프레임을 형성하는 단계와, 다이아프레임 위에 반도체막을 형성하고 패터닝하여 일정영역에 제 1 열전대를 형성한 후, 다이아프레임 위에 도체막을 형성하고 패터닝하여 제 1 열전대 위의 일정영역에는 금속저항층을, 다이아프레임 위의 일정영역에는 제 2 열전대를 각각 형성하는 단계와, 금속저항층을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 보호막 위에 흑체를 형성하는 단계와, 기판 밑면의 소정영역을 제거하여 다이아프레임을 노출시키는 단계로 이루어진다.
이와 같이 제조되는 본 발명은 반도체로 이루어진 제 1 열전대 위에 금속저항층을 형성함으로써, 센서의 내부 저항을 낮추고 동시에 높은 감도를 유지할 수 있다.
또한, 금속저항층의 길이를 조절하면 센서의 내부 저항을 제어하여 오차 범위를 줄일 수 있으므로 생산 수율이 향상된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5 및 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 써모파일 센서를 보여주는 단면도 및 평면도로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 그 구조를 살펴보면, 먼저 제 1 산화막(12), 질화막(13), 제 2 산화막(14)으로 이루어진 얇은 다이아프레임층(15)이 노출되도록 실리콘 기판(11)의 중심부분이 식각되어 있고, 다이아프레임층(15) 위에는 제 1 열전대(16)와 제 2 열전대(17)인 열전쌍(thermocouple)들이 직렬로 연결된다.
여기서, 제 1 열전대(16)는 반도체이고, 제 2 열전대(17)은 도체인데, 이 열전쌍의 각 구성물질들(elements)은 큰 열기전력(thermoelectric power)을 가지며, 또한 열전쌍의 각 구성물질들은 열기전력이 반대의 극성(polarity)을 갖는 서로 다른 물질로 구성된다.
그리고, 제 1 열전대(16) 위에는 소자의 저항을 낮추기 위한 저 저항용 금속도체(18)가 형성된다.
이 금속도체(18)는 제 2 열전대(17) 물질과 동일한 물질로 형성되고, 그 모양은 스트라이프(stripe) 형태이다.
여기서, 금속도체(18)는 제 1 열전대(16) 표면 중에서, 제 2 열전대(17)가 접촉하는 부분 이외의 영역에만 형성된다.
한편, 이 열전쌍들은 온 영역(hot region)과 냉 영역(cold region)에 교차하여 위치하며, 온 접점(hot junction)과 냉 접점(cold junction)은 열적으로분리(thermal isolation)되어 있다.
일반적으로 냉 접점은 효율적인 힛 싱크(heat sink)를 위하여 실리콘 기판(11) 위에 위치하고, 온 접점 부분에는 적외선을 흡수하는 흑체(21)(black body)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 그 구조가 종래와 거의 비슷하지만 제 1 열전대(16) 위에 소자의 내부 저항을 줄이기 위한 금속도체(18)를 형성하였다는 점에서 차이가 있다.
본 발명의 기본적인 개념은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 써모파일 센서 구조 중에서, 소자의 내부 저항에 영향을 미치는 제 1 열전대 물질인 반도체에 금속을 적층시켜 소자의 내부 저항을 작게 하는 것이다.
종래의 써모파일 센서 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 저항 R1과 금속 저항 R2가 직렬로 연결된 구조인데, 금속 저항 R2는 반도체 저항 R1에 비하여 거의 무시될 수 있기 때문에 센서의 내부 저항은 거의 반도체 저항 R1이 된다.
그리고, 써모파일 센서는 그 구조상 각 열전대가 상당한 길이를 가질 수 밖에 없기 때문에 전체적인 내부 저항도 클 수 밖에 없다.
도 7은 도 6의 A를 보여주는 상세도로서, 도 7에 도시된 바와 같이 반도체인 제 1 열전대(16)의 비저항이 ρ, 두께가 t, 선폭이 w, 그리고 길이가 c라면, 종래 써모파일 센서의 내부 저항(RT1)은이다.
그리고, 본 발명에 따른 써모파일 센서의 내부 저항(RT2)는이다.
여기서, a ≪ b 이므로 결국, RT1≫ RT2가 된다.
즉, 본 발명은 제 1 열전대(16) 중에서 금속도체(18)가 적층된 영역(b 영역)의 저항을 무시할 수 있으므로 그 만큼 센서의 내부 저항이 줄어들게 된다.
그러므로, 금속도체(18)의 길이를 조절하여 제 1 열전대의 선폭 a를 조절하면, 센서의 내부 저항을 쉽게 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명 제 2 실시예에 따른 써모파일 센서를 보여주는 평면도로서, 도 9에 도시된 바와 같이 제 2 실시예에서는 입사 적외선에 의한 온도가 금속도체를 통하여 온접점으로부터 냉접점으로 열전도되는 것을 방지하기 위하여 제 1 열전대(16) 위에 형성되는 금속도체(18)를 다수개로 형성하였다.
본 발명 제 1 실시예에서는 금속도체(18)를 하나의 스트라이프 형태로만 형성하여 내부 저항을 줄였지만, 본 발명 제 2 실시예에서와 같이 금속도체(18)를 여러 개로 나누어 형성하여 내부 저항을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 이 금속도체(18)에 의한 센서의 감도 손실을 줄일 수 있다.
여기서, 금속도체(18)는 제 1 열전대(16) 표면 중에서, 제 2 열전대(17)가 접촉하는 부분 이외의 영역에만 형성되어 있다.
또한, 금속도체(18)는 기판(11)과 다이아프레임층(15)과의 경계면 상부에는 형성되지 않으므로, 금속도체(18)를 통한 온영역에서 냉영역으로의 열전도를 줄일수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 써모파일 센서의 제조공정을 보여주는 공정순서도로서, 먼저 기판(11)으로는 결정 방향이 (100)인 실리콘 기판을 선택한다.
그 이유는 후공정인 기판 뒷면(back-side) 식각을 고려해야 하기 때문이다.
그리고, 기판(11) 양면에 열산화(thermal oxidation) 방법으로 제 1 산화막(12)을 약 2000Å 증착하고, 제 1 산화막(12) 위에는 저압화학증착법(LPCVD)으로 질화막(13)을 3000Å 증착한다.
여기서, 질화막(13)은 기판(11)을 식각할 때, 식각 마스크로 사용되고 식각을 멈추기 위한 식각정지층(etch stop layer)으로 사용된다.
이어, 질화막(13) 위에 저압화학증착법으로 제 2 산화막(14)을 약 7000Å 증착한다.
이와 같이 산화막/질화막/산화막(ONO ; oxide/nitride/oxide)구조로 형성하는 것은 다이아프레임층이 형성되었을 때, 각 막들의 내부 잔류 응력(residual stress)을 서로 보상(compensation)하여 줌으로써 기계적으로 안정된 다이아프레임층을 얻을 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 일반적인 산화막은 압축 응력(compressive stress)를 가지고, LPCVD 질화막은 인장 응력(tensile stress)를 가지기 때문에 서로 스트레스를 보상할 수 있는 구조가 되는 것이다.
이와 같이 다이아프레임층(15)을 형성한 후, 기판(11) 윗면의 제 2 산화막(14) 위에 제 1 열전대 물질을 증착하고 패터닝하여 제 1 열전대(16)를 형성한다.
그리고, 제 2 열전대 물질을 증착하고 패터닝하여 제 1 열전대(16)와 마찬가지로 제 2 열전대(17)를 형성함과 동시에 제 1 열전대(16) 위에 금속도체(18)를 소정 길이만큼 형성한다.
여기서, 제 1 열전대(16)의 물질은 반도체이고, 제 2 열전대(17) 및 금속도체(18)의 물질은 도체이다.
이어, 제 1, 제 2 열전대(16,17) 및 금속도체(18)를 포함한 전면에 센서 소자를 외부환경으로부터 보호하기 위하여 보호막(19)을 형성하고, 센서로부터 나오는 출력을 외부회로와 연결되게 하기 위하여 패드(20)를 열전대에 접촉되도록 형성한다.
그 다음으로 적외선 흡수를 위한 흑체(black-body)(21)를 형성한 후, 실리콘 기판(11) 아랫면을 식각하여 다이아프레임층(15)을 노출시킨다.
여기서, 사용되는 식각 용액은 수산화 칼륨(KOH, potassium hydroxide)수용액으로, 이것은 실리콘의 결정 방향에 대하여 (111)방향으로는 식각이 거의 되지 않으므로 결국 기판(11) 밑면에서 54.74。 기울어진 방향으로 식각이 진행된다.
또한, 수산화 칼륨 수용액에서 실리콘 질화막(13)은 거의 식각이 되지 않기 때문에 식각 마스크로 사용될 뿐만 아니라, 식각 종료시 기판(11) 전체가 동시에 식각되지 않는 식각면 불균일 문제를 해결하기 위한 식각정지층(etch stop layer)으로도 이용된다.
이와 같이 제조되는 본 발명에서, 저 저항용 금속도체(18)는 제 2열전대(17)를 형성할 때 같은 물질로 동시에 형성되므로 별도의 추가 공정이 필요 없이 기존의 제조 공정만으로도 간단하게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 센서 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 반도체인 제 1 열전대 위에 금속도체를 형성함으로써, 내부 저항을 획기적으로 낮춤과 동시에 높은 감도를 유지할 수 있다.
둘째, 제 2 열전대 형성시에 금속도체도 동시에 형성되므로 별도의 제조 공정이 필요하지 않다.
셋째, 센서의 내부 저항을 낮춤으로써, 응용회로 구현시 죤슨 노이즈(Jhonson Noise)를 개선할 수 있다.
넷째, 금속도체의 길이를 조절하여 센서의 내부 저항을 용이하게 조절할 수 있으므로 오차범위를 줄여 생산 수율(yield)을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 다이아프레임;
    상기 다이아프레임 하부의 가장자리에 형성되는 기판;
    상기 다이아프레임 상부의 소정영역에 형성되는 제 1, 제 2 열전대;
    상기 제 1 열전대 표면 위의 소정영역에 형성되는 금속저항층; 그리고,
    상기 다이아프레임 상부의 중심영역에 형성되는 흑체로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열전대는 반도체이고, 상기 제 2 열전대는 도체인 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속저항층은 상기 제 2 열전대 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속저항층은 스트라이프(stripe) 형태이고, 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속저항층은 상기 제 1 열전대 표면 중에서 상기 제 2 열전대가 접촉하는 부분 이외의 영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속저항층은 상기 기판과 다이아프레임과의 경계면 상부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
  7. 기판 위에 산화막/질화막/산화막을 순차적으로 적층하여 다이아프레임을 형성하는 제 1 단계;
    상기 다이아프레임 위에 반도체막을 형성하고 패터닝하여 일정영역에 제 1 열전대를 형성한 후, 상기 다이아프레임 위에 도체막을 형성하고 패터닝하여 상기 제 1 열전대 위의 일정영역에는 금속저항층을, 상기 다이아프레임 위의 일정영역에는 제 2 열전대를 각각 형성하는 제 2 단계;
    상기 금속저항층을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 제 3 단계;
    상기 보호막 위에 흑체를 형성하는 제 4 단계; 그리고,
    상기 기판 밑면의 소정영역을 제거하여 상기 다이아프레임을 노출시키는 제 5 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 센서 제조방법.
KR1019990051994A 1999-11-22 1999-11-22 적외선 센서 및 그 제조방법 KR100313909B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990051994A KR100313909B1 (ko) 1999-11-22 1999-11-22 적외선 센서 및 그 제조방법
US09/712,933 US6518597B1 (en) 1999-11-22 2000-11-16 IR sensor and method for fabricating the same
EP00310337A EP1102333A3 (en) 1999-11-22 2000-11-21 Infra red sensor and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990051994A KR100313909B1 (ko) 1999-11-22 1999-11-22 적외선 센서 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010047680A KR20010047680A (ko) 2001-06-15
KR100313909B1 true KR100313909B1 (ko) 2001-11-17

Family

ID=19621250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990051994A KR100313909B1 (ko) 1999-11-22 1999-11-22 적외선 센서 및 그 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6518597B1 (ko)
EP (1) EP1102333A3 (ko)
KR (1) KR100313909B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101227242B1 (ko) 2011-02-01 2013-01-28 안동대학교 산학협력단 에스오아이 기판을 이용한 써모파일의 제조방법 및 적외선 센서의 제조방법

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2256808A2 (en) 1999-04-30 2010-12-01 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Semiconductor device and manufacturing method therof
GB0118678D0 (en) * 2001-08-01 2001-09-19 Qinetiq Ltd Random access decoder
US6828172B2 (en) 2002-02-04 2004-12-07 Delphi Technologies, Inc. Process for a monolithically-integrated micromachined sensor and circuit
US7205675B2 (en) 2003-01-29 2007-04-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Micro-fabricated device with thermoelectric device and method of making
EP1629539B1 (en) * 2003-05-23 2008-07-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a thermoelectric device
US20050035773A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Symyx Technologies, Inc. Apparatus and method for detecting thermoelectric properties of materials
DE102004030043B4 (de) * 2004-06-22 2006-05-04 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Herstellen eines Thermoelements
KR100894500B1 (ko) * 2005-05-12 2009-04-22 고려대학교 산학협력단 써모파일 센서 및 그 제조방법
DE102005040236B3 (de) * 2005-08-24 2007-01-11 Therm-O-Tech Gmbh Thermoelektrishcer Generator als elektrische Energiequelle
US7968846B2 (en) * 2006-05-23 2011-06-28 Regents Of The University Of Minnesota Tunable finesse infrared cavity thermal detectors
US7737394B2 (en) 2006-08-31 2010-06-15 Micron Technology, Inc. Ambient infrared detection in solid state sensors
JP2010512507A (ja) * 2006-12-08 2010-04-22 リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ 放射率の低減と光空洞カップリングを使用した、標準的な放射雑音限界を超える検出
US8629398B2 (en) 2008-05-30 2014-01-14 The Regents Of The University Of Minnesota Detection beyond the standard radiation noise limit using spectrally selective absorption
US9127988B2 (en) * 2009-10-02 2015-09-08 Imagineering, Inc. Heat flux measurement apparatus and heat flux measurement method
DE102010022668B4 (de) * 2010-06-04 2012-02-02 O-Flexx Technologies Gmbh Thermoelektrisches Element und Modul umfassend mehrere derartige Elemente
US20130062720A1 (en) * 2011-03-04 2013-03-14 Texas Instruments Incorporated Extended area cover plate for integrated infrared sensor
DE102011054739A1 (de) 2011-10-24 2013-04-25 O-Flexx Technologies Gmbh Thermoelement und Herstellungsverfahren
US9219185B2 (en) 2013-12-19 2015-12-22 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd CMOS integrated method for the fabrication of thermopile pixel with umbrella absorber on semiconductor substrate
US9373772B2 (en) 2014-01-15 2016-06-21 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. CMOS integrated method for the release of thermopile pixel on a substrate by using anisotropic and isotropic etching
US9324760B2 (en) * 2014-01-21 2016-04-26 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd CMOS integrated method for fabrication of thermopile pixel on semiconductor substrate with buried insulation regions
US10147906B2 (en) * 2014-02-06 2018-12-04 Emagin Corporation High efficacy seal for organic light emitting diode displays
CN111392690B (zh) * 2020-03-20 2023-04-07 北京航空航天大学杭州创新研究院 一种基于薄膜热电器件供电的压力传感系统及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02205729A (ja) * 1989-02-03 1990-08-15 Nec Corp 赤外線センサ
JP2811709B2 (ja) * 1989-02-03 1998-10-15 日本電気株式会社 赤外線センサ
JP2560824B2 (ja) * 1989-02-20 1996-12-04 日本電気株式会社 赤外線センサの製造方法
US5100479A (en) * 1990-09-21 1992-03-31 The Board Of Regents Acting For And On Behalf Of The University Of Michigan Thermopile infrared detector with semiconductor supporting rim
US5156688A (en) * 1991-06-05 1992-10-20 Xerox Corporation Thermoelectric device
US5393351A (en) * 1993-01-13 1995-02-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Multilayer film multijunction thermal converters
JP3529596B2 (ja) * 1997-08-06 2004-05-24 株式会社東芝 赤外線固体撮像装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101227242B1 (ko) 2011-02-01 2013-01-28 안동대학교 산학협력단 에스오아이 기판을 이용한 써모파일의 제조방법 및 적외선 센서의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010047680A (ko) 2001-06-15
EP1102333A3 (en) 2004-01-02
EP1102333A2 (en) 2001-05-23
US6518597B1 (en) 2003-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100313909B1 (ko) 적외선 센서 및 그 제조방법
KR100239494B1 (ko) 써모파일 센서 및 그 제조방법
US6335478B1 (en) Thermopile infrared sensor, thermopile infrared sensors array, and method of manufacturing the same
JP2834202B2 (ja) 赤外線検出器
EP1045232B1 (en) Infrared sensor and method of manufacturing the same
US5100479A (en) Thermopile infrared detector with semiconductor supporting rim
US5059543A (en) Method of manufacturing thermopile infrared detector
US6300554B1 (en) Method of fabricating thermoelectric sensor and thermoelectric sensor device
KR102609052B1 (ko) 높은 온도 안정성의 간섭 측정 흡수재를 사용하는 표면 미세-기계 가공된 적외선 센서
US7544942B2 (en) Thermal detector for electromagnetic radiation and infrared detection device using such detectors
US20060202120A1 (en) Photoconductive bolometer infrared detector
US6597051B2 (en) Thermoelectric infrared detector
JPH10163539A (ja) 熱型赤外線検出素子とその製造方法
KR20140032342A (ko) 초격자 양자우물 적외선 감지기
JP3573754B2 (ja) 温度センサー構造体
US20200232853A1 (en) Non-contact type infrared temperature sensor module
US11015980B2 (en) Infrared radiation sensors and methods of manufacturing infrared radiation sensors
JP2008082790A (ja) 赤外線センサ
KR100894500B1 (ko) 써모파일 센서 및 그 제조방법
JPH06137943A (ja) 熱型赤外線センサ
US8952480B2 (en) Electronic device including thermal sensor and peltier cooler and related methods
JP3235361B2 (ja) 赤外線検知素子
JP2004093535A (ja) 熱型赤外線固体撮像装置およびその製造方法
Malyarov Uncooled thermal IR arrays
JP3435997B2 (ja) 赤外線検知素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090929

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee