KR100324794B1 - 적외선 감지소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형으로 고성능의 적외선 감지소자를 제공한다. 본 발명의 적외선 감지소자는 동일기판상에 배치된 초전형 적외선 감지부, 저항변화형 적외선 감지부 및 유전율변화형 적외선 감지부로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 2종의 적외선 감지부를 구비한다.
Description
본 발명은 적외선 감지소자에 관한 것이다.
적외선 감지소자는 인체 등의 열체의 감지나 온도의 측정에 사용하고 있다. 적외선 감지소자를 사용한 열체(熱體) 감지는 예를 들면, 방범, 교통, 재해 등의 감시에 널리 응용되어 있다. 또한, 적외선 감지소자를 사용함으로써 열체의 온도를 비접촉으로 측정할 수가 있다.
적외선 감지소자는 광전효과를 이용한 양자형소자(量子型素子)와 적외선의 열을 이용한 열형소자(熱型素子)로 대별된다.
이 중, 열형소자는 양자형소자에 비해서 감도가 낮지만, 적외선의 파장에 의존하지 않는다는 점, 냉각을 필요로 하지 않는다는 점 등의 이유로부터, 널리 주목을 모으고 있다. 열형소자는 그 동작원리의 차이에 의해, 또한 초전형(焦電型), 저항변화형(볼로미터형), 열전쌍형, 유전율변화형(소위, 유전체볼로미터형)등으로 분류된다.
초전형소자는 감도가 높기 때문에, 널리 인체의 감지에 사용하고 있다. 초전형소자는 예를 들면, 표면에 마이크로머시닝에 의해 형성된 마이크로캐비티를 구비한 MgO 기판(JOURNAL of APPLIED PHYSICS 32, 1993 p.6297-6300, Kotani et al.) 및 그 표면에 형성된 티타늄산납 란탄늄(PLT)계 강유전체박막(JOURNAL of APPLIED PHYSICS 63(12), 1988 p.5868-5872, Takayama et al.)을 구비한다. 저항변화형 및 유전율변화형은 온도의 절대치를 구할 수 있기 때문에, 온도측정에 사용하고 있다.
최근, 열형소자를 사용한 귀(귀구멍 :耳孔) 체온계가 제안되어 있다. 이 체온계는 센서부를 귀구멍내에 삽입하는 것으로 단시간에서 피험자의 체온의 측정이 가능하다. 체온계의 센서부는 초전효과(焦電效果)에 의해서 적외선을 감지한다. 센서부는 초전쵸퍼의 온도와 귀구멍내의 온도의 차를 검출하여, 또한 압전쵸퍼에 설치된 접촉형의 더미스터에 의해서 압전쵸퍼의 온도를 검출한다. 압전쵸퍼의 온도와, 거기서부터의 온도차의 합이 체온으로 산출된다.
실제의 온도감지 시스템에 있어서는 원하는 기능을 얻기 위해서, 다른 복수의 적외선 감지소자를 조합하여 사용하는 경우가 있다. 예를 들면, 시스템 중에 열체의 존재를 감지하기 위한 적외선 감지부와, 감지한 열체의 온도를 측정하기 위한 다른 적외선 감지부의 2종류의 감지부가 설정된다. 열체감지용의 적외선 감지부에는 초전형 또는 유전율변화형의 유기초전(誘起焦電) 효과를 이용하는 타입 중의 어느 한쪽이 사용되고, 열원의 온도계측용 적외선 감지부에는 저항변화형이나 유전율변화형이 사용된다.
본 발명은 소형으로 고성능의 적외선 감지소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 2a∼도 2h는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 4a∼도 4g는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 6a∼도 6h는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 8a∼도 8f는 동 적외선소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 10a∼도 10f는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 12a∼도 12f는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도,
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예의 적외선 감지소자를 나타내는 종단면도,
도 14a∼도 14f는 동 적외선 감지소자의 제조공정의 각 단계를 나타내는 기판의 종단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 적외선 감지소자 101 : 기판 (MgO 단결정)
102 : 하부전극( Pt 막) 103 : 초전체막 (PLT 막)
104 : 상부전극(Ni-Cr 막)
105 : 열적절연막(SiO2/SiN/SiO2적층막)
106 : 저항체막 (VOx 막) 107 : 보호층
108 : 에칭홀 109 : 공극부
120 :초전형 감지부 130 :저항형 감지부
(실시예1)
본 실시예에서는 초전형의 적외선 감지부 및 저항변화형의 적외선 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 일례에 관해서 설명한다.
본 실시예의 적외선 감지소자를 도 1에 나타낸다. 적외선 감지소자(100)는 (100)면에서 쪼개져서 갈라지고, 그 벽개면을 연마하여 얻어진 Mg0 단결정으로 이루어지는 기판(101)과, 그 위에 배치된 초전형 감지부(120) 및 저항변화형 감지부 (130)를 구비한다.
초전형 감지부(120)는 Pt막으로 이루어지는 하부전극(102a), NiCr 합금막으로부터 이루어지는 상부전극(104), 및 양전극사이에 끼워진 조성이 Pb0.9La0.1Ti0.975O3의 티타늄산납 란탄늄(Lanthanum)(이하, PLT라 칭한다)로 이루어지는 초전체막(103a)을 갖는다.
저항변화형 감지부(130)는 기판(101)상에 형성된 열적절연막(105)및 열적절연막(105)상에 형성된 저항체막(106)을 구비한다. 열적절연막(105)은 산화규소막 및 질화규소막의 적층체로 이루어진다. 도시하지 않았지만, 저항체막(106)에는 한쌍의 전극이 접속되어 있고, 양전극사이의 저항값의 변화는 소자에 접속된 신호처리부에 의해 검출된다.감지부(120 및 130)의 바닥부와 기판(101)의 사이에는 각각 공극부(109)가 형성되어 있고, 감지부(120 및 130)는 각각 그 둘레가장자리부에 기판(101)에 유지되어 있다. 이 공극부(109)에 의해, 감지부(120 및 130)와 기판(101)과의 사이의 열전도가 억제되어, 각 감지부는 높은 감도를 얻을 수 있다. 감지부(120 및 130)의 주위에는 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 보호층(107)이 형성되어 있다. 감지부(120 및 130)의 주위에 폴리이미드 등의 보호층(107)을 형성하는 것으로, 공극부(109)를 형성함으로써 생기는 소자(100)의 기계적 강도의 저하를 억제하고, 그 변형이나 파손을 방지할 수가 있다.
상기의 적외선 감지소자는 예를 들면, 아래와 같이 제조된다.
우선, 도 2a에 나타낸 바와 같이, MgO 단결정으로 이루어지는 기판(101)상에, 예컨대, RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 두께 200 ㎚의 Pt로 이루어지는 도전막(102)을 형성한다. 여기서, 도전막(102)중의 Pt는 그 결정축이 기판(101)의 Mg0의 결정축과 일치하도록, 즉 막내의 Pt 결정의 (100)면이 막의 표면과 평행하게 되도록 우선적으로 배향시킨다. Pt 막은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | 판형상 Pt |
| 기판온도 | 600 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar |
| 가스압 | 1 Pa |
| RF전력밀도 | 1.3 W/cm2 |
이어서, RF 마그네크론스퍼터법에 의해서, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 도전막(102)의 표면에 초전체막(103)을 형성한다. 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | PLT 소결체(상기한 막조성에 PbO를 20 mol% 첨가) |
| 기판온도 | 580 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar과 O2의 혼합가스(혼합비=25:1) |
| 가스압 | 0.4 Pa |
| RF전력밀도 | 2.3 W/cm2 |
얻어진 초전체막(103)은 도 2c에 나타낸 바와 같이, 에칭에 의해서 원하는 패턴으로 가공된다. 예컨대, 초전체막(103)상에 스핀코트에 의해서 포토레지스트를 도포한 후, 이 포토레지스트를 형성하고자 하는 초전체막의 형상으로 가공한다. 이어서, 불초산을 사용한 습식에칭(wet etching)에 의해 노출된 부분의 초전체막(103)을 제거한다. 레지스트를 제거하면, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 도전막(102)의 표면에 원하는 형상의 초전체막(103a)을 얻을 수 있다.
이어서, 마찬가지로 에칭에 의해, 도 2d에 나타낸 바와 같이 도전막(102)을 가공하여 하부전극(102a)을 형성한다. 예컨대, 원하는 패턴으로 포토레지스트를 가공한 후, Ar을 스퍼터가스로 사용한 스퍼터에칭에 의해서, 포토레지스트에 의해 노출된 부분의 도전막(102)을 제거하고, 그 부분에 기판(101)이 노출된 노출부(110)를 형성한다.
이 노출부(110)에, 아래와 같이 하여 저항변화형 감지부(130)를 제작한다.
우선, 노출시킨 기판(101)상에, 도 2e에 나타낸 바와 같이 열적절연막(105)을 형성한다. 또, 열적절연막(105)은 기판(101)의 노출부(110)상의 소정위치에 선택적으로 형성해야 하기 때문에, 예컨대, 메탈마스크 등을 사용한 RF 마그네크론스퍼터법에 의해 형성한다.
형성하는 절연막(105)은 예를 들면, 열전도율의 비교적 작은 SiO2막과, 기계적강도가 큰 SiN막과의 3층의 적층체[SiO2(100 ㎚)/SiN(200 ㎚)/ SiO2(100 ㎚)]이다.
SiO2막은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | 석영판 |
| 기판온도 | 250 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar과 O2의 혼합가스(혼합비=1:1) |
| 가스압 | 0.5 Pa |
| RF전력밀도 | 2.5 W/cm2 |
SiN 막은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | 실리콘판 |
| 기판온도 | 250 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar과 O2의 혼합가스(혼합비=1:1) |
| 가스압 | 0.5 Pa |
| RF전력밀도 | 1.9 W/cm2 |
다음에, 도 2f에 나타낸 바와 같이, 절연막(105)상에 저항체막(106)을 형성한다. 예를 들면, 메탈마스크를 사용한 RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 두께 200nm의 산화바나듐 VOX(x≒2)로 이루어지는 막을 소정의 위치에 선택적으로 형성한다.
산화바나듐막은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | 바나듐금속 |
| 기판온도 | 350 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar과 O2의 혼합가스(혼합비=1:1) |
| 가스압 | 0.8 Pa |
| RF전력밀도 | 1.9 W/cm2 |
다음에, 보호층(107)을 형성한다. 예컨대, 토레이 인듀스티리얼 인코포레이티드(Toray Industries, Inc.)사 제품인 '포토니스(PHOTONEECE)' 등의 감광성폴리이미드를 사용한다. 감광성폴리이미드를 스핀코터에 의해 도포하고, 포토리소그래피에 의해 원하는 형상으로 가공한다.
이어서, 도 2g에 나타낸 바와 같이, 초전체막(103a)상에, 상부전극(104)을 형성한다. 예컨대, 메탈마스크 등을 사용한 DC스퍼터법에 의해, 상부전극(104)으로서 두께 10 ㎚의 Ni-Cr 합금막을 형성한다. 상부전극막(104)은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | Ni-Cr합금 |
| 기판가열 | 없음 |
| 스퍼터가스 | Ar |
| 가스압 | 0.7 Pa |
| DC 전력밀도 | 1.3 W/cm2 |
다음에, 도 2h에 나타낸 바와 같이, Ar 가스를 사용한 스퍼터에칭에 의해, 초전체막(103a) 및 저항체막(106)의 주변부에, 기판(101)까지 이르는 에칭 홀(108)을 여러개 형성한다.
형성된 에칭홀(108)에, 80℃로 가열한 인산 등의 엣첸트를 공급하여, 기판 (101)의 초전체막(103a) 및 저항체막(106) 바로 아래 부분에 공극부(109)를 형성하여, 도 1에 나타내는 적외선 감지소자(100)를 얻을 수 있다.
(실시예2)
본 실시예에서는 초전형의 적외선 감지부 및 유전율변화형의 적외선 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 일례에 관해서 설명한다.
본 실시예의 적외선 감지소자를 도 3에 나타낸다. 적외선 감지소자(200)는 기판(201), 및 기판(201)의 표면에 배치된 초전형 감지부(220)및 유전율변화형 감지부(230)를 구비한다.
기판(201)상에 형성된 하부전극(202)은 초전형 감지부(220)및 유전율변화형 감지부(230)의 쌍방의 전극을 겸한다. 초전형 감지부(220)는 전극(202)상에 형성된 초전체막(203a), 및 초전체막(203a)의 표면에 형성된 상부전극(204a)을 구비한다.
유전율변화형 감지부(230)는 하부전극(202)상에 형성된 유전체막(206) 및 유전체막(206)의 표면에 형성된 Ni-Cr합금으로 이루어지는 상부전극(204b)을 구비한다.
우선, 실시예1에서 사용한 것과 같은 MgO 단결정으로 이루어지는 기판(201)상에, 예를 들면, RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 두께 200 ㎚의 Pt막(202)을 형성한다. 이어서, Pt막(202)상에, RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 두께 3㎛로 조성이 Pb0.9La0.1Ti0.975O3의 티타늄산납 란탄늄(이하, PLT10이라 칭한다)으로 이루어지는 초전체막(203)을 형성한다.
얻어진 초전체막(203)은 실시예1과 동일하게 원하는 형상으로 가공되어, 초전형 감지부(220)용의 초전체막(203a)이 형성된다.
다음에, 도 4d에 나타낸 바와 같이, Pt막(202)상의 소정의 위치에 선택적으로 유전체막(206)을 형성한다. 예컨대, 메탈마스크 등을 사용한 RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 두께가 약 3㎛로 조성이 Pb0.75La0.25Ti0.9375O3의 티타늄산납 란탄늄(이하, PLT25라 칭한다)막을 형성한다. PLT25로 이루어지는 유전체막(206)은 예컨대, 이하의 조건으로 형성한다.
| 타겟 | PLT소결체(상기의 PLT25에 PbO를 20 mol%첨가) |
| 기판온도 | 550 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar과 O2의 혼합가스(혼합비=20:1) |
| 가스압 | 0.4 Pa |
| RF전력밀도 | 2.3 W/cm2 |
다음에, 도 4e에 나타낸 바와 같이, 폴리이미드로 이루어지는 두께 2㎛의 보호층(207)을 형성한다. 예를 들면, 실시예1과 같이 감광성폴리이미드의 스핀코트 및 포토리소그래피에 의해 보호층(207)을 형성한다.
이어서, 도 4f에 나타낸 바와 같이, 초전형 감지부(220) 및 유전율변화형 감지부(230)의 상부전극(204a 및 204b)로서, 메탈마스크 등을 사용한 DC 스퍼터법에 의해, 초전체막(203a) 및 유전체막(206)상의 원하는 위치에, 두께 10 ㎚의 Ni-Cr 합금막을 선택적으로 형성한다. 이 형성조건은 실시예1에 있어서의 상부전극 (104)의 그것과 동일하게 한다.
다음에, 도 4g에 나타낸 바와 같이, 초전체막(203a) 및 유전체막(206)의 주변부에, Ar 가스를 사용한 스퍼터에칭에 의해, 기판(201)까지 이르는 에칭홀(208)을 여러개 형성한다. 형성된 에칭홀(208)에 인산 등의 엣첸트를 주입하여, 실시예1과 같이 기판(201)의 초전체막(203a) 및 유전체막(206)의 바로 아래 부분에 공극부(209)를 형성하여, 도 3에 나타내는 적외선 감지소자(200)를 얻는다.
(실시예3)
유전체막보다 먼저 초전체막을 형성하는 실시예2의 제조방법에 의하면, 유전형 적외선 감지부의 유전체로서 뛰어난 티타늄산 바륨스트론튬(BST)계 재료로 이루어지는 박막은 PLT10으로 이루어지는 초전체막(203)의 성막온도보다도 높은 650℃정도로 형성해야 할 필요가 있기 때문에, 유전체막으로서 PLT25 대신에 사용할 수 없다.
따라서, 본 실시예에서는 실시예2와 같은 적외선 감지소자(200)의 제조에 있어서, 먼저 유전체막(206)을 형성한 후, 초전체막(203)을 형성하는 방법에 관해서 설명한다. 예컨대, 유전체막(206)으로서의 Ba0.65Sr0.35TiO3
| 타겟 | BST소결체(상기 BST와 같다) |
| 기판온도 | 650 ℃ |
| 스퍼터가스 | Ar와 O2의 혼합가스(혼합비=10:1) |
| 가스압 | 0.4 Pa |
| RF전력밀도 | 2.3 W/cm2 |
형성하고자 하는 막과 같은 조성의 BST 소결체를 타겟으로, Ar 및 O2를 10:1의 비로 포함하는 혼합가스를 스퍼터가스로 사용하고, 기판온도를 650 ℃, 가스압력을 0.4 Pa, RF 전력밀도를 2.3 W/cm2로 한 RF 마그네크론스퍼터법을 사용한다.
형성된 유전체막(206)을 원하는 형상으로 가공한 후, PLT 10 등으로 이루어지는 초전체막(203)이 메탈마스크를 이용하여 형성된다. 이 초전체막의 형성은 실시예2와 동일하게 이루어진다.
또, 초전체 박막재료로서 비스마스계 강유전체, 예컨대, SrBi2Ta2O9도 생각할 수 있으나, 그 성형온도는 약 800 ℃와, 그 전에 형성하는 BST로 이루어지는 유전체막(203)의 성형온도를 상회하기 때문에, 실시예2의 제조방법에서는 채용할 수 없다.
(실시예4)
본 실시예에서는 유전율변화형의 적외선 감지부 및 저항변화형의 적외선 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 일례에 관해서 설명한다.
본 실시예의 적외선 감지소자를 도 5에 나타낸다. 적외선 감지소자(400)는 기판(401), 및 그 위에 배치된 유전율변화형 감지부(420)및 저항변화형 감지부 (430)를 구비한다.
유전율변화형 감지부(420)는 Pt막으로 이루어지는 하부전극(402), Ni-Cr합금막으로 이루어지는 상부전극(404), 및 양전극사이에 끼워진 Ba0.65Sr0.35TiO3(이하, BST로 한다)로 이루어지는 유전체막(403a)을 갖는다.
한편, 저항변화형 감지부(430)는 기판(401)상에 형성된 열적절연막(405) 및 열적절연막(405)상에 형성된 저항체막(406)을 구비한다. 열적절연막(405)은 적층된 산화규소막 및 질화규소막으로 이루어진다. 도시하지 않지만, 저항체막(406)에는 한 쌍의 전극이 접속되어 있고, 양전극사이의 저항값의 변화는 소자에 접속된 신호처리부에 의해 검출된다.
기판(401)의 감지부(420 및 430)의 바로 아래 부분에는 각각 공극부(409)가 설치된다. 이 공극부(409)에 의해, 감지부(420 및 430)의 각각과 기판(401)과의 사이의 열전도가 억제된다. 이 공극부(409)의 형성에 의한 소자의 기계적 강도의 저하를 억제되기 때문에, 감지부(420 및 430)의 주위에는 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 보호층(407)이 형성되어 있다.
상기의 적외선 감지소자는 예를 들면, 아래와 같이 하여 제조된다.
우선, 실시예1과 같이, MgO 단결정으로 이루어지는 기판(401)상에, RF 마그네크론스퍼터법에 의해, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 두께 200 ㎚의 Pt로 이루어지는 도전막(402)을 형성한다.
이어서, RF 마그네트론스퍼터법에 의해서, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 도전막(402)의 표면에 유전체막(403)을 형성한다.
얻어진 유전체막(403)은 도 6c에 나타낸 바와 같이, 에칭에 의해서 원하는 패턴으로 가공된다. 예컨대, 유전체막(403)상에 스핀코트에 의해서 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래피에 의해 이 포토레지스트를 가공한다. 이어서, 불초산을 사용한 에칭에 의해서, 유전체막(403)의 노출된 부분을 제거한다. 레지스트를 제거하면, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 도전막(402)의 표면에 원하는 형상의 유전체막 (403a)을 얻을 수 있다.
이어서, 도 6d에 나타낸 바와 같이 도전막(402)을 가공하여 하부전극(402a)을 형성한다. 예를 들면, 원하는 패턴으로 포토레지스트를 가공한 후, Ar를 스퍼터가스로 사용한 스퍼터에칭에 의해 도전막(402)을 가공한다. 이 때, 소정의 위치의 도전막(402)을 제거하여, 그 부분의 기판(401)을 노출시킨다.
이 노출된 기판(401)상에, 아래와 같이 하여 저항변화형 감지부(430)를 형성한다.
우선, 노출시킨 기판(401)상에, 실시예1과 같이 하여 도 6e에 나타낸 바와 같이 열절연막(405)을 형성한다. 이어서, 도 6f에 나타낸 바와 같이 열절연막(405)상의 원하는 위치에 선택적으로 저항체막(406)으로서 두께가 200 ㎚의 산화바나듐 (VOx, x≒2)의 막을 형성한다.
다음에, 감광성폴리이미드를 사용하여, 두께 2 ㎛의 보호층(407)을 형성한다.
계속해서, 도 6g에 나타낸 바와 같이, 초전체막(403a)상에, 상부전극(404)을 형성한다. 예를 들면, 메탈마스크 등을 사용한 DC스퍼터법에 의해, 상부전극(404)으로서 두께 10 ㎚의 Ni-Cr 합금막을 형성한다.
다음에, 도 6h에 나타낸 바와 같이, 유전체막(403a) 및 저항체막(406)의 주변부에, 에칭 홀(408)을 여러개 형성하여, 에칭에 의해 공극부(409)를 형성하고, 도 5에 나타내는 적외선 감지소자(400)를 얻을 수 있다.
상기의 실시예와 같이, 복수의 적외선 감지부를 일체화하여, 소자를 각각 형성하면, 먼저 형성된 소자의 열이력이 커진다. 따라서, 유전체막이나 초전체막과, 전극과의 사이에서 구성원자가 확산하여, 감지부가 원하는 특성을 발휘할 수 없는 사태도 일어날 수 있다. 따라서, 이하의 실시예로서는 상기 실시예1과 같이 같은 기판상에 저항변화형 감지부와 다른 종류의 감지부를 구비한 적외선 감지소자를, 보다 작은 열이력으로 제조할 수가 있는 방법에 관해서 설명한다.
(실시예5)
본 실시예에서는 실시예1과 마찬가지로, 도 1에 나타내는 저항변화형의 적외선 감지부와 초전형의 적외선 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 일례에 관해 설명한다.
본 실시예에서는 도 7에 나타내는 적외선 감지소자(500)의 초전형 감지부 (510)의 상부전극(504) 및 저항변화형 감지부(520)의 저항체막(508)을 같은 재료로 구성하여, 이들을 동시에 형성한다.
이하, 적외선 감지소자(500)의 제조방법의 구체예에 관해서, 도 8a∼도 8f를 사용하여 설명한다.
우선, 실시예1과 같은 방법으로, 도 8a에 나타낸 바와 같이 MgO 단결정으로 이루어지는 기판(501)상에, 두께 250 ㎚의 Pt로 이루어지는 도전막(502)을 형성한다. 여기서, 도전막(502)중의 Pt 결정의 (100)면을 막표면과 일치하도록 편향시킨다.
또한, 실시예1과 같은 방법으로, 도 8b에 나타낸 바와 같이 도전막(502)상에, RF마그네트론스퍼터법에 의해서, 두께 3㎛의 PLT로 이루어지는 초전체막(503)을 형성한다.
다음에, 실시예1과 같은 방법으로, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 초전체막 (503)을 원하는 형상으로 가공하여, 초전형 감지부(510)용의 초전체막(503a)을 형성한다.
다음에, 포토레지스트를 사용한 스퍼터에칭에 의해, 도 8d에 나타낸 바와 같이, 초전체막(503a)의 형성에 의해 노출시킨 도전막(502)을 가공하고, 공극부(507)를 형성하기 위한 에칭홀(506)과, 감지부(510)의 하부전극(502a), 및 그 위에 감지부(520)를 형성하기 위한 노출부(509)를 형성한다. 우선, Pt막(502)상에 Pt막(502)중 레지스트에서 노출된 부분을 제거하여, 그 부분의 기판(501)을 노출시킨다. 그 후, 레지스트를 제거한다.
다음에, 도 8e에 나타낸 바와 같이, 기판(501)의 표면에 패턴가공된 초전체막(503a)의 둘레가장자리부를 덮도록 절연막(505)을 형성한다. 예컨대, 실시예1과 같이 감광성 폴리이미드를 스핀코트에 의해 도포한 후, 이것을 포토리소그래피에 의해 원하는 형상으로 가공하여 두께 2 ㎛의 열적절연막(505)을 형성한다.
다음에, 도 8f에 나타낸 바와 같이, 초전체막(503a)의 노출된 표면 및 노출부(509)의 위에 형성된 절연막(505)의 표면에 각각 상부전극(504) 및 저항체막(508)을, 예컨대, 전자빔 증착법에 의해 동시에 형성한다.
예컨대, 금속 Ni를 타겟으로 사용하여, 압력 5×10-4Pa의 실온하에서, 4 ㎚/분의 속도로 두께 20 ㎚의 니켈막을 형성한다. 얻어진 니켈막의 표면에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피에 의해 원하는 형상으로 가공한 뒤, 초산암모늄계 엣첸트를 사용한 습식에칭에 의해, 니켈막을 상부전극(504)과 저항체막(508)으로 가공한다.
최후에, 에칭홀(506)에 엣첸트(예컨대, 80 ℃의 인산)를 주입하여, 기판 (501)의 초전체막(503a) 및 저항체막(508) 바로 아래 부분에, 공극부(507)를 형성하여 도 7에 나타내는 적외선 감지소자(500)를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 초전형 감지부(510)의 상부전극(504) 및 저항변화형 감지부 (520)의 저항체막(508)을 동시에 형성함으로써, 그 형성시의 열이력을 작게 할 수가 있고, 특성이 뛰어난 적외선 감지소자를 얻을 수 있다.
(실시예6)
본 실시예에서는 실시예1과 같이 초전형 감지부와 저항형 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 다른 바람직한 예에 관해서 설명한다.
본 실시예의 적외선 감지소자를 도 9에 나타낸다. 본 적외선 감지소자는 실시예1의 적외선 감지소자와 같이, 초전형 감지부(610) 및 저항형 감지부(620)를 구비한다. 단, 초전형 감지부(610)의 하부전극(602a)과 저항형 감지부(620)의 저항체막(602b)이 같은 재료로 이루어진다.
우선, 실시예1에서 사용한 것으로 같은 MgO 단결정으로 이루어지는 기판 (601)상에, 도 10a에 나타낸 바와 같이 RF 마그네트론스퍼터법에 의해서 두께 200 ㎚의 Pt 박막(602)을 형성한다. 다음에, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 형성된 Pt막(602)상에, RF 마그네트론스퍼터법에 의해서, 두께 3 ㎛의 PLT로 이루어지는 초전체막(603)을 형성한다.
또한, 도 10c에 나타낸 바와 같이, 초전체막(603)을 가공하여 초전형 감지부(610)용의 초전체막(603a)을 형성한다.
다음에, 도 10d에 나타낸 바와 같이, 노출시킨 Pt막(602)을 원하는 형상으로 가공한다. 즉, 공극부(607)를 형성하기 위한 에칭홀(606), 초전형 감지부(610)의 하부전극(602a) 및 저항형 감지부(620)의 저항체막(602b)을 형성한다.
다음에, 도 10e에 나타낸 바와 같이, 기판(601) 윗면에 패턴가공된 초전체막 (603a)의 둘레가장자리부 및 저항체막(602b)을 덮도록 절연막(605)을 형성한다.
다음에, 도 10f에 나타낸 바와 같이, 초전체막(603a)의 노출된 표면에, 상부전극(604)을, 예컨대, 전자빔 증착법에 의해 형성한다.
마지막으로, 에칭홀(606)에 인산(80 ℃에 가열)등의 엣첸트를 주입하여, 기판 (601)의 초전체막(603a) 및 저항체막(602b)의 바로 아래 부분을 에칭하고, 도 9에 나타낸 바와 같이 공극부(607)를 형성하여, 적외선 감지소자(600)를 얻을 수 있다.
(실시예7)
본 실시예의 적외선 감지소자(700)를 도 11에 나타낸다. 본 실시예의 적외선 감지소자(700)는 유전율변화형 감지부(710) 및 저항형 감지부(720)의 2종의 감지부를 구비한다. 기판(701)은 실시예1에서 사용된 그것과 같은 MgO 단결정으로 이루어진다. 유전율변화형 감지부(710)는 기판(701)상에 순차 적층된 Pt 막으로 이루어지는 하부전극(702a), Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)로 이루어지는 유전체막(703), 및 Ni 막으로 이루어지는 상부전극(704)을 구비한다.
한편, 저항형 감지부(720)는 기판(701)상에 순차 적층된 열적절연막(705) 및 저항체막(708)을 구비한다. 절연막(705)는 예를들면, 폴리이미드로 이루어진다.
각 감지부(710 및 720)의 하부와 기판(701)의 사이에는 공극부(707)가 형성되어 있고, 감지부(710 및 720)는 각각 그 둘레가장자리부에서 기판(701)에 유지되어 있다.
본 실시예에서는 유전율변화형 감지부(710)의 상부전극(704) 및 저항형 감지부(720)의 저항체막(708)을 같은 재료로 구성하여, 동시에 형성한다.
이하, 상기의 적외선 감지소자(700)의 제조방법의 구체예에 관해서, 도 12a∼도 12f를 사용하여 설명한다.
우선, 도 12a 및 도 12b에 나타낸 바와 같이, 기판(701)상에 RF 마그네트론스퍼터법에 의해, 두께 250 ㎚의 Pt막(702) 및 두께 3 ㎛의 유전체막(703)을 형성한다.
다음에, 도 12c에 나타낸 바와 같이, 유전체막(703)을 원하는 형상으로 가공한다. 우선, 유전체막(703)의 표면에 포토레지스트를 스핀코트에 의해 도포한 뒤, 포토리소그래피에 의해서 이 레지스트를 원하는 형상으로 가공한다. 이어서, 불초산을 사용한 습식에칭에 의해, 레지스트에서 노출된 유전체막(703)을 제거하고, 유전율변화형 감지부(710)용의 유전체막(703a)을 형성한다. 그 후, 유전체막(703a) 상에 잔존한 레지스트를 제거한다.
다음에, 도 12d에 나타낸 바와 같이, Pt막(702)의 노출부분을 원하는 형상으로 가공한다. 즉, 공극부(707)를 형성하기 위한 에칭홀(706)과, 유전율변화형 감지부(710)의 하부전극(702a), 및 그 위에 감지부(720)를 형성하기 위한 노출부(709)를 형성한다. 우선, Pt막(702)상에 포토레지스트를 스핀코트에 의해 도포한 뒤, 포토리소그래피에 의해서 이 레지스트를 원하는 형상으로 가공한다. 이어서, Ar 가스를 사용한 스퍼터에칭에 의해, 레지스트에서 노출된 Pt막(702)을 제거하여, 그 부분의 기판(701)을 노출시킨다. 그 후, 레지스트를 제거한다.
다음에, 도 12e에 나타낸 바와 같이, 기판(701)의 표면에 패턴가공된 유전체막(703a)의 둘레가장자리부를 덮도록, 절연막(705)을 형성한다. 예컨대, 감광성폴리이미드를 스핀코트에 의해 도포하고, 또한 이것을 포토리소그래피에 의해 원하는 형상으로 가공하여, 두께 2 ㎛의 절연막(705)을 형성한다.
다음에, 도 12f에 나타낸 바와 같이, 유전체막(703a)의 노출된 표면 및 노출부(709)의 위에 형성된 열적절연막(705)의 표면에 각각 상부전극(704) 및 저항체막 (708)을, 예컨대, 실시예5와 같이 전자빔증착법에 의해 동시에 형성한다.
최후에, 에칭홀(706)에 엣첸트(80 ℃의 인산)을 주입하여, 기판(701)의 유전체막(703a) 및 저항체막(708)의 바로 아래 부분에, 공극부(707)를 형성하여 도 11에 나타내는 적외선 감지소자(700)를 얻을 수 있다.
(실시예8)
본 실시예에서는 실시예7의 그것과 마찬가지로 유전율형 감지부와 저항변화형 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 다른 바람직한 예에 관해서 설명한다.
본 실시예의 적외선 감지소자를 도 13에 나타낸다. 본 적외선 감지소자(800)는 실시예7의 적외선 감지소자(700)와 마찬가지로 유전율형 감지부(810) 및 저항변화형 감지부(820)를 구비한다. 본 실시예의 적외선 감지소자(800)는 유전율형 감지부(810)의 하부전극(802a)과 저항변화형 감지부(820)의 저항체막(802b)이 같은 재료로 이루어진다.
우선, 실시예1에서 사용한 것으로 같은 MgO 단결정으로 이루어지는 기판 (801)상에, 도 14a에 나타낸 바와 같이 RF 마그네트론스퍼터법에 의해서 두께 200 ㎚의 Pt막(802)을 형성한다.
다음에, 도 14b에 나타낸 바와 같이, 형성된 Pt막(802)상에, RF 마그네트론스퍼터법에 의해서, 두께 3 ㎛의 PLT로 이루어지는 유전체막(803)을 형성하고, 또한 이것을 도 14c에 나타낸 바와 같이 원하는 형상으로 가공하여, 유전율형 감지부 (810)용의 유전체막(803a)을 형성한다.
다음에, 도 14d에 나타낸 바와 같이, 유전체막(803)의 형성에 의해 노출된 부분의 Pt막(802)을 원하는 형상으로 가공한다. 즉, 공극부(807)를 형성하기 위한 에칭홀(806), 유전율형 감지부(810)의 하부전극(802a) 및 저항변화형 감지부(820)의 저항체(802b)를 형성한다.
다음에, 도 14e에 나타낸 바와 같이, 기판(801)의 표면에 패턴가공된 유전체막(803a)의 둘레가장자리부, 및 저항체(802b)를 덮도록, 절연막(805)을 형성한다.
또한, 도 14f에 나타낸 바와 같이, 유전체막(803a)의 노출된 표면에 상부전극(804)을, 예컨대, 전자빔증착법에 의해 형성한다.
마지막으로, 에칭홀(806)에 엣첸트(예컨대, 80 ℃의 인산)등을 주입하여, 기판(801)의 유전체막(803a) 및 저항체막(802b)바로 아랫부분에 각각 공극부(807)를 형성하여, 도 13에 나타내는 적외선 감지부(800)를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 본원발명의 구성에 의하면, 소자구조가 소형·집적화가 가능하기 때문에 본원 발명의 구성을 이용한 적외선 감지소자는 종래의 감지소자에 비해 저렴하고 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 적외선 감지 기술이용의 분야에서 보다 폭넓은 범위에서 응용될 수 있어 실용적인 면에서 극히 유효하다.
Claims (6)
- 초전형 적외선 감지부, 저항변화형 적외선 감지부 및 유전율변화형 적외선 감지부로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 2종의 적외선 감지부가 동일기판상에 배치되고, 상기 적외선 감지부의 한쪽이 저항변화형 적외선 감지부으로서, 그 저항체와 다른쪽의 적외선 감지부의 전극의 한쪽이 같은 도전성재료로 이루어지는 적외선 감지소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 상기적외선 감지부의 바로 아래에 공극부를 구비한 적외선 감지소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저항체 및 상기 전극이 동시에 형성된 것인 적외선 감지소자.
- 기판과, 상기 기판의 동일면에 형성된 저항변화형의 제1적외선 감지부 및 초전형 또는 유전율변화형의 제2적외선 감지부를 구비한 적외선 감지소자의 제조방법에 있어서,상기 제1적외선 감지부의 저항체 및 상기 제2적외선 감지부의 한쪽의 전극을 동시에 형성하는 적외선 감지소자의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 기판상에 도전성박막을 형성하는 공정과, 상기 도전성박막을 가공하여 상기 제1적외선 감지부의 저항체 및 상기 제2적외선 감지부의 한쪽의 전극을 형성하는 공정을 구비하는 적외선 감지소자의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 기판상에, 상기 제1적외선 감지부의 저항체로서의 도전성박막을 형성하여, 동시에 상기 제2적외선 감지부의 한쪽의 전극으로서의 다른 도전성박막을 형성하는 적외선 감지소자의 제조방법.
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