KR100933904B1 - Manufacturing method of micro thermoelectric energy conversion module with improved bonding characteristics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전 요소부 주변에 더미 패턴을 삽입하여 본딩 효율을 높일 수 있는 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics capable of increasing bonding efficiency by inserting a dummy pattern around a thermoelectric element part.
이를 위한 본 발명의 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법은, n형 반도체 패턴이 형성된 제 1 기판과 p형 반도체 패턴이 형성된 제 2 기판을 상호 대향되게 위치시킨 후 p형 반도체 패턴과 n형 반도체 패턴이 π형으로 직렬 연결되게 본딩하여 열전 요소부를 형성하는 마이크로 열전 에너지 변환 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 열전 요소부 주변 영역에 본딩 특성을 개선하기 위한 더미 패턴을 더 형성하는 것이다.The method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics according to the present invention includes placing a first substrate on which an n-type semiconductor pattern is formed and a second substrate on which a p-type semiconductor pattern is formed to face each other, A method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module in which a n-type semiconductor pattern is bonded in series with a π-type to form a thermoelectric element portion, the method comprising: improving bonding characteristics in a region around the thermoelectric element portion of the first substrate or the second substrate. To form more dummy patterns.
마이크로, 열전 에너지 변환, 더미 패턴, 본딩 Micro, thermoelectric energy conversion, dummy pattern, bonding
Description
본 발명은 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 열전 요소부 주변에 더미 패턴을 삽입하여 디본딩 하중을 높일 수 있는 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module, and more particularly, to a method for manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics capable of increasing a debonding load by inserting a dummy pattern around a thermoelectric element part.
제벡 효과(Seebeck)나 펠티에(Peltier) 효과 등 열의 흐름과 전류가 서로 영향을 미치는 물리 현상은 "열전 효과(thermoelectric effects)"로 총칭된다. Physical phenomena in which heat flow and current affect each other, such as the Seebeck and Peltier effects, are collectively called "thermoelectric effects."
그리고, 열전 효과는 다른 열전 성능(thermoelectric properties: 熱電性能)을 갖는 이종금속이나 이종 반도체를 접합한 회로에서 발생한다. The thermoelectric effect is generated in a circuit in which dissimilar metals or dissimilar semiconductors having different thermoelectric properties are bonded.
이러한 이종금속이나 이종 반도체의 접합부에 온도차가 있는 경우, 이 회로에서 전류가 발생하는 현상하는데 이를 제벡 효과(Seebeck)라하며, 제벡 효과(Seebeck)는 열에너지를 전기 에너지로 이용하는 각종 발전 장치에 이용된다.When there is a temperature difference in the junction of dissimilar metals or dissimilar semiconductors, a current is generated in this circuit. This is called a Seebeck effect, and the Seebeck effect is used in various power generation apparatuses that use thermal energy as electrical energy. .
그리고, 이종금속 회로나 이종 반도체를 접합한 회로에 직류전류를 인가하면, 상기 접합부의 한쪽은 발열하고, 다른 쪽은 흡열하는 현상이 일어나는데, 이 현상을 펠티에(Peltier) 효과라 하며 펠티에(Peltier) 효과는 CPU(Central Processing Unit)를 포함하는 각종 칩(chip)과 디바이스(device) 등을 열전냉각 하는데 이용되고 있다. When a direct current is applied to a dissimilar metal circuit or a circuit in which dissimilar semiconductors are bonded, one side of the junction generates heat and the other endothermic occurs. This phenomenon is referred to as a Peltier effect and is a Peltier effect. The effect is used for thermoelectric cooling of various chips, devices, etc. including a central processing unit (CPU).
이러한 제벡 효과를 이용한 열전 발전 장치와 펠티에 효과를 이용한 열전 냉각 장치를 통칭하여 열전 에너지 변환 모듈이라 한다. The thermoelectric power generation device using the Seebeck effect and the thermoelectric cooling device using the Peltier effect are collectively called a thermoelectric energy conversion module.
도 1은 일반적인 열전 에너지 변환 모듈을 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view illustrating a general thermoelectric energy conversion module.
도 1을 참조하면, 열전 에너지 변환 모듈은 p형 반도체(1)와 n형 반도체(2)가 교대로 배열되어 있다. Referring to FIG. 1, the p-
그리고, p형 반도체(1) 및 n형 반도체(2)는 전극(3)에 각각 접속되어 있고, 일단부측에 배치되는 p형 반도체(1)의 하단부면에는 외부 접속되는 전극(4)이 접속되고, 다른 쪽 단부측에 배치되는 n형 반도체(2)의 하단부면에는 외부 접속되는 전극(5)이 접속된다. The p-
p형 반도체(1) 및 n형 반도체(2)는 전극(4)과 전극(5) 사이에 π형으로 직렬 접속되어 있다.The p-
p형 반도체(1) 및 n형 반도체(2)의 상단부면에 접속되는 전극(3)에는 열전도성 기판(good thermally conductive substrate)(6)이 접촉된다. A good thermally
p형 반도체(1) 및 n형 반도체(2)의 하단부면에 접속되는 전극(3,4,5)에는 열전도성 기판(7)이 접촉된다. The thermally
그리고, 직류 전원이 전극(4)과 전극(5) 사이에 접속되되, 전극(5)을 플러스(+)측으로 하고, 전극(4)을 마이너스(-)측으로 하여 열전변환 모듈에 전류가 흐 르게 하면, p형 반도체(1)와 n형 반도체(2)의 접합부에 있어서는 전류 방향에 의존하여 열전도성 기판(6)에서는 열을 흡수하여 냉각되고, 열전도성 기판(7)에서는 열을 방출하여 가열된다. Then, a DC power source is connected between the electrode 4 and the
이러한 구성에 따라 열전 에너지 변환 모듈에 전류를 흘리면 열전 에너지 변환 모듈이 열전 냉각 모듈로 이용이 된다.In this configuration, when a current is passed through the thermoelectric energy conversion module, the thermoelectric energy conversion module is used as the thermoelectric cooling module.
한편, 전극(4)과 전극(5) 사이에 부하를 접속하여 폐회로를 구성하고, 열전도성 기판(6)을 저온측으로 하고, 열전도성 기판(7)을 고온측으로 하여 열전도성 기판(6)과 열전도성 기판(7) 사이에 온도차를 부여하면 폐회로에 전류가 흘러 전력을 얻을 수 있다. On the other hand, a load is connected between the electrode 4 and the
이러한 구성에 따라, 열전 에너지 변환 모듈에 열에너지를 가하면 열전 에너지 변환 모듈이 발전 모듈로 이용된다.According to this configuration, when thermoelectric energy is applied to the thermoelectric energy conversion module, the thermoelectric energy conversion module is used as the power generation module.
이러한, 열전 에너지 변환 모듈 중 열전 냉각 모듈 제조 방법이 본 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허출원 제10-2008-0022641호에 "마이크로 열전 냉각 모듈"이라는 제목으로 개시된 바 있다.Such a thermoelectric cooling module manufacturing method of the thermoelectric energy conversion module has been disclosed under the title of "micro thermoelectric cooling module" in Korean Patent Application No. 10-2008-0022641 filed by the present applicant.
특허 출원 10-2008-0022641은 도 2 a 내지 도 2h에 도시된 바와 같이 π형으로 접속되는 p형 반도체 패턴과 n형 반도체 패턴이 직렬로 연결된 열전 냉각모듈을 제조한다. Patent application 10-2008-0022641 manufactures a thermoelectric cooling module in which a p-type semiconductor pattern connected in a π-type and an n-type semiconductor pattern are connected in series as shown in FIGS. 2A to 2H.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이 기판(100) 상에 절연층(110)과 전극층(120)을 차례로 형성하고, 전극층(120) 상에 제 1 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, the
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 제 1 포토레지스트 패턴(130)을 식각 마 스크로 이용하여 제 1 전극층(120)을 식각하여 절연층(110)의 일부를 노출시킨다. As shown in FIG. 2B, the
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이 절연층(110) 일부가 노출된 결과물 상에 리프트 오프 전용 포토레지스트(LOR; Lift-Off Resistor,140)와 제 2 포토레지스트 패턴(150)을 순차로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, a lift-off photoresist (LOR) 140 and a second
그런 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이 제 2 포토레지스트 패턴(150)을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 리프트 오프 전용 포토레지스트(140)를 식각하여 전극층(120)의 일측 상부면을 노출시킨다. Next, as illustrated in FIG. 2D, the lift-off-only photoresist 140 is etched through an etching process using the second
그리고, 도 2e를 참조하면, 노출된 전극층(120) 상에 n형 불순물 타입으로 이루어지는 제 1 반도체 패턴(160a)을 형성하고, 제 1 반도체 패턴(160a) 상에 도금 공정(electro-plating)을 진행하여 니켈층(Ni;170)을 형성한다. Referring to FIG. 2E, a
이어서, 니켈층(170) 상에 본딩층인 주석층(Sn;180)을 도금 공정(electro-plating)으로 형성한다. Subsequently, a tin layer (Sn; 180), which is a bonding layer, is formed on the
그런 다음, 도 2f에 도시된 바와 같이 제 2 포토레지스트 패턴(150) 및 리프트 오프 전용 포토레지스트(240)를 제거하여 제 1 패턴(200)을 완성한다. Then, as shown in FIG. 2F, the
한편, 상술한 도 2a 내지 도 2f의 공정과 동일한 공정을 진행하여 도 2g와 같이 제 2 패턴(300)을 형성하되, 제 1 반도체 패턴(160a)과 반대 타입의 p형 불순물 타입으로 이루어지는 제 2 반도체 패턴(160b)을 가지는 제 2 패턴(300)을 형성한다. Meanwhile, a
이후, 도 2h와 같이 제 1 패턴(200) 상에 제 2 패턴(300)을 뒤집어 제 1 패턴과 제 2 패턴이 상호 대향하도록 위치시킨 후 제 1 패턴(200)의 전극층(120)의 타측 상부면에 제 2 패턴(300)의 본딩층인 주석층(Sn;180)이 접속되도록 본딩하여 열전 냉각 모듈을 완성한다. Thereafter, as shown in FIG. 2H, the
그런데, 이러한 종래의 마이크로 열전 냉각 모듈을 포함한 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법에 따르면 본딩 특성이 떨어지는 단점이 있다. However, according to the method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module including the conventional micro thermoelectric cooling module, there is a disadvantage in that bonding characteristics are poor.
다시 말해, n형 반도체 패턴이 형성된 기판과 p형 반도체 패턴이 형성된 기판을 상호 대향하게 위치시킨 후 고온 열공정을 통해 본딩을 실시하므로, 적은 본딩 면적에 의해 본딩되는바, 디본딩 하중이 작아져서 본딩 특성이 떨어지는 단점이 있다. In other words, since the substrate on which the n-type semiconductor pattern is formed and the substrate on which the p-type semiconductor pattern is formed are bonded to each other and bonded through a high temperature thermal process, the bonding is performed by using a small bonding area. There is a disadvantage that the bonding properties are poor.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 열전 요소부의 주변에 열전 요소부와 동일한 높이를 가지는 더미 패턴을 더 삽입하여 본딩 면적을 더 확보함으로써, 높은 디본딩 하중을 확보하도록 하여 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention for solving the problems of the prior art, by further inserting a dummy pattern having the same height as the thermoelectric element portion around the thermoelectric element portion to further secure the bonding area, to secure a high debonding load bonding The present invention provides a method for manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved characteristics.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법은, n형 반도체 패턴이 형성된 제 1 기판과 p형 반도체 패턴이 형성된 제 2 기판을 상호 대향되게 위치시킨 후 p형 반도체 패턴과 n형 반도체 패턴이 π형으로 직렬 연결되게 본딩하여 열전 요소부를 형성하는 마이크로 열전 에너지 변환 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판 의 열전 요소부 주변 영역에 본딩 특성을 개선하기 위한 더미 패턴을 더 형성하는 것이다.In order to solve the above problems, a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics of the present invention includes: placing a first substrate on which an n-type semiconductor pattern is formed and a second substrate on which a p-type semiconductor pattern are formed to face each other, and then p A method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module in which a thermoelectric element portion is formed by bonding a type semiconductor pattern and an n type semiconductor pattern to be connected in series in a π type, the method being bonded to a region around the thermoelectric element portion of the first substrate or the second substrate. It is to form a dummy pattern for improving the characteristics.
본 발명은 마이크로 열전 에너지 변환 모듈에 있어서, 열전 요소부의 주변에 본딩용 더미 패턴을 더 형성함으로써, 디본딩 하중을 높여 본딩 특성을 높일 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In the micro thermoelectric energy conversion module, by further forming a bonding dummy pattern around the thermoelectric element part, the debonding load can be increased to increase the bonding characteristics, thereby improving the reliability of the device.
도 3은 본 발명에 따른 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법 평면도이다.3 is a plan view of a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics according to the present invention.
본 발명은 π형으로 접속되며 n형 반도체 패턴을 갖는 제 1 기판과 p형 반도체 패턴을 가지는 제 2 기판을 형성하고, 제 1 기판과 제 2 기판이 상하로 상호 대향하게 위치시킨 후 각각의 본딩층을 고온 가압을 통해 본딩하여 열전 요소부를 형성하는 마이크로 열전 에너지 변환 모듈을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 제 1 기판 또는 제 2 기판의 열전 요소부 주변 영역에 본딩 특성을 개선하기 위한 더미 패턴을 더 형성하는 것이다. The present invention forms a first substrate having an n-type semiconductor pattern and a second substrate having a p-type semiconductor pattern connected in a π-type, and placing the first substrate and the second substrate so as to face each other up and down. A method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module in which a layer is bonded through high pressure to form a thermoelectric element portion, and particularly, a dummy pattern for improving bonding characteristics in a region around a thermoelectric element portion of a first substrate or a second substrate. To form more.
이하, 본 발명의 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics of the present invention will be described.
도 4a 내지 도 4t는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 단면도이다.4A to 4T are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics according to a first embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 기판(400) 상에 절연층(410)과 전극층(420)을 차례로 형 성한다. Referring to FIG. 4A, an
이때, 기판(400)을 550㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼를 이용하고, 절연층(410)은 열산화 공정을 통해 형성되는 실리콘 산화막(SiO2)를 이용한다. In this case, the
여기서, 기판(400) 상에 절연층(410)을 형성하기 이전에는 기판(400) 상에 잔류하는 이물질에 의해 패턴 불량이 발생하여 소자의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 세정공정을 더 진행할 수 있다. Here, before the
세정공정은 끓는 H2SO4 : H2O2=1:1 용액에서 8~12분 바람직하게는 10분 동안 진행하고, 50:1의 불산 용액에 6~8분 바람직하게는 7분간 디핑하여 실시할 수 있다. The washing process is carried out in a boiling H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 1: 1 solution for 8 to 12 minutes, preferably 10 minutes, and dipped in 50: 1 hydrofluoric acid solution for 6 to 8 minutes, preferably 7 minutes It can be carried out.
그리고, 전극층(420)은 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 금(Au)을 이용함이 바람직하며, 금과 기판 사이의 접착력을 향상시키기 위하여 접착 특성이 우수한 티타늄(Ti)을 더 형성할 수 있다.In addition, the
즉, 도면에 도시된 바와 같이 전극층(420)은 20㎚ 두께의 티타늄(Ti)과 500㎚의 금(Au)이 적층된 구조로 형성할 수 있다. That is, as shown in the drawing, the
도 4b를 참조하면, 전극층(420) 상에 제 1 포토레지스트(430)를 형성한다. 이때, 제 1 포토레지스트(430)는 스핀 코팅(Spin coating) 방식으로 증착한 후 프리베이크(Prebake) 공정을 통해 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4B, a
도 4c를 참조하면, 제 1 포토레지스트(430)에 대한 노광 공정과 현상 공정을 통해 제 1 포토레지스트 패턴(430a)을 형성한다. 이때, 제 1 포토레지스트 패 턴(430a)은 열전 요소부(A)의 일부뿐만 아니라, 열전 요소부(A)와 더미 패턴부(B)의 경계부를 노출시킨다. Referring to FIG. 4C, a
도 4d를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(430a)을 식각 마스크로 이용하여 열전 요소부의 일부 및 열전 요소부(A)과 더미 패턴부(B) 경계부의 제 1 전극층(420)을 식각하여 절연층(410)의 일부를 노출시킨다. Referring to FIG. 4D, a portion of the thermoelectric element portion and the
도 4e를 참조하면, 절연층(410) 일부가 노출된 결과물 상에 리프트 오프 전용 포토레지스트(LOR; Lift-Off Resistor,440)와 제 2 포토레지스트(450)를 순차로 형성한다.Referring to FIG. 4E, a lift-off photoresist (LOR) 440 and a
이때, 리프트 오프 전용 포토레지스트(440)는 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 형성한다. In this case, the lift-off-
그리고, 제 2 포토레지스트(450)는 스핀 코팅(Spin coating) 방식으로 증착한다.In addition, the
도 4f를 참조하면, 제 2 포토레지스트(450)에 대한 사진 식각 공정을 진행하여 후술하는 반도체 패턴 영역을 정의하는 제 2 포토레지스트 패턴(450a)을 형성한다. Referring to FIG. 4F, a photolithography process is performed on the
도 4g를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(450a)을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 리프트 오프 전용 포토레지스트(440)를 식각하여 전극층(420)의 일측 상부면을 노출시킨다. Referring to FIG. 4G, the lift-off-
이때, 전극층(420) 노출은 더미 패턴부(B)의 전극층을 노출시키지 않고 열전 요소부(A)의 전극층 일부만을 노출시킨다. At this time, exposing the
그리고, 전극층(420)을 형성한 후에 후술하는 제 1 반도체 패턴(460a)과의 접착 특성을 향상시키기 위하여 플라즈마 클리닝 공정을 더 진행할 수 있다. After the formation of the
도 4h를 참조하면, 노출된 전극층(420) 상에 n형 불순물 타입으로 이루어지는 제 1 반도체 패턴(460a)을 형성한다. Referring to FIG. 4H, a
여기서, 제 1 반도체 패턴(460a)은 RF 파워를 조절함으로써 두 물질의 조성비를 제어할 수 있는 co-sputtering 공정 또는 co-evaporating 공정을 통해 형성할 수 있으며, co-sputtering 공정 또는 co-evaporating 공정은 100~110℃의 온도 하에서 실시할 수 있다. Here, the
예를 들어, 순수 Bi와 Te 타겟을 사용하여 Bi-Te 박막인 Bi2Te3막으로 형성할 수 있다. For example, pure Bi and Te targets can be used to form a Bi 2 Te 3 film, which is a Bi-Te thin film.
도 4i를 참조하면, 제 1 반도체 패턴(460a) 상에 도금 공정(electro-plating)을 진행하여 니켈층(Ni;470)을 형성한다. Referring to FIG. 4I, a nickel layer (Ni) 470 is formed by performing an electroplating process on the
여기서, 제 1 반도체 패턴(460a) 상에 후술하는 본딩용 주석층(Sn,480)을 직접 형성 한 후 고온에서 본딩 공정을 진행하는 경우 주석이 고온에 의해 제 1 반도체 패턴(460a)으로 확산될 수 있으므로, 본딩층의 확산을 방지하기 위하여 니켈층(470)을 형성한 것이다. Here, when the bonding process is performed at a high temperature after directly forming a bonding tin layer (Sn, 480) to be described later on the
이에, 본딩층이 반도체 패턴으로의 확산 되는 것을 방지하기 위하여 니켈 이외의 다른 확산 방지층을 형성하거나, 다른 변형 실시예를 통해 이 공정을 생략할 수 있다.Accordingly, in order to prevent the bonding layer from diffusing into the semiconductor pattern, a diffusion barrier layer other than nickel may be formed, or this process may be omitted through other modified embodiments.
그리고, 니켈층(470) 상에 본딩층인 주석층(Sn;480)을 도금 공정(electro-plating)으로 형성한다. A tin layer (Sn) 480, which is a bonding layer, is formed on the
도 4j를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(450a) 및 리프트 오프 전용 포토레지스트(240)를 제거하여 제 1 패턴(500)을 완성한다.Referring to FIG. 4J, the
한편, 제 1 반도체 패턴(460a)을 갖는 제 1 패턴을 형성한 후에는 제 2 패턴을 형성하는데, 상술한 제 1 패턴 형성 공정과 동일한 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다. Meanwhile, after the first pattern having the
도 4k에 도시된 바와 같이 전극층(420) 상에 제 3 포토레지스트 패턴(430b)을 형성한다. 여기서, 제 3 포토레지스트 패턴(430b)은 열전 요소부(A)의 일부를 노출시킬 뿐만 아니라, 열전 요소부(A)와 더미 패턴부(B)의 경계부를 노출시킨다. As shown in FIG. 4K, a
도 4l을 참조하면, 제 3 포토레지스트 패턴(430b)을 식각 마스크로 이용하여 열전 요소부의 일부 및 열전 요소부(A)과 더미 패턴부(B) 경계부의 제 1 전극층(420)을 식각하여 절연층(410)의 일부를 노출시킨다. Referring to FIG. 4L, a portion of the thermoelectric element portion and the
도 4m를 참조하면, 절연층(410) 일부가 노출된 결과물 상에 리프트 오프 전용 포토레지스트(LOR; Lift-Off Resistor,440)와 제 2 포토레지스트(450)를 순차로 형성한다.Referring to FIG. 4M, a lift-off photoresist (LOR) 440 and a
도 4n을 참조하면, 후술하는 제 2 반도체 패턴(460b)이 형성될 영역의 리프트 오프 전용 포토레지스트(LOR; Lift-Off Resistor,440)의 상부가 노출되도록 제 2 포토레지스트(450)를 패터닝한다.Referring to FIG. 4N, the
도 4o를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(450b)을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 리프트 오프 전용 포토레지스트(440)를 식각하여 전극층(420)의 일측 상부면을 노출시킨다. Referring to FIG. 4O, the lift-off-
이때, 전극층(420) 노출은 열전 요소부(B)의 일측 뿐만 아니라 더미 패턴부(B)의 전극층을 모두 노출시킨다. At this time, exposure of the
도 4p를 참조하면, 노출된 전극층(420) 상에 p형 불순물 타입으로 이루어지는 제 2 반도체 패턴(460b)을 형성한다. Referring to FIG. 4P, a
도 4q를 참조하면, 제 1 반도체 패턴(460a) 상에 니켈층(Ni;470)을 형성하고, 니켈층(470) 상에 본딩층인 주석층(Sn;480)을 도금 공정(electro-plating)으로 형성한다. Referring to FIG. 4Q, a nickel layer (Ni) 470 is formed on the
도 4r을 참조하면, 제 4 포토레지스트 패턴(450b) 및 리프트 오프 전용 포토레지스트(240)를 제거하여 제 2 패턴(600)을 완성한다.Referring to FIG. 4R, the
도 4s를 참조하면, 제 1 패턴(500) 상에 제 2 패턴(600)을 뒤집어 제 1 패턴과 제 2 패턴이 상호 대향하도록 위치시킨다.Referring to FIG. 4S, the
도 4t를 참조하면, 제 1 패턴(500)의 전극층(420)의 타측 상부면에 제 2 패턴(600)의 본딩 층인 주석층(Sn;480) 접속되도록 본딩하여 더미 패턴(D)을 갖는 열전 에너지 변환 모듈을 완성한다.Referring to FIG. 4T, a thermoelectric having a dummy pattern D may be bonded to the other upper surface of the
그런데, 각 반도체 패턴은 보통 250~300℃의 온도에서 가장 좋은 열전 성능을 갖는데, 포토레지스트 패턴을 이용하여 패터닝 공정을 하므로, 고온에서 반도체 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.However, each semiconductor pattern usually has the best thermoelectric performance at a temperature of 250 to 300 ° C., and a patterning process is performed using a photoresist pattern, which makes it difficult to form a semiconductor pattern at a high temperature.
즉, 포토레지스트는 열에 약한 특성을 가지기 때문에 반도체 패턴을 250~300 ℃의 고온에서 형성하기 어려워 100~110℃ 온도에서 co-sputtering 공정을 통해 형성하고, 포토레지스트 패턴을 제거한 후에 열전 성능을 높이기 위한 추가의 어닐링 공정을 진행한다.That is, since the photoresist is weak in heat, it is difficult to form a semiconductor pattern at a high temperature of 250 to 300 ° C., so that the photoresist is formed through a co-sputtering process at a temperature of 100 to 110 ° C. Further annealing process is carried out.
이에, 추가의 어닐링 공정을 진행하되, 니켈층(470)과 주석층(480)의 손상을 방지하기 위하여 200~250℃ 정도로 진행한다. Thus, the further annealing process, but proceeds to about 200 ~ 250 ℃ to prevent damage to the
이러한 제 1 실시예에서는 니켈층(470)과 주석층(480)의 손상을 방지하기 위하여, 200~250℃ 온도에서 어닐링 공정을 진행하나, 본 발명의 제 2 실시예는 250~300℃ 온도에서 어닐링 공정을 진행하는 방법을 제안한다.In the first embodiment, in order to prevent damage to the
본 발명의 제 1 실시예는 확산 방지를 위한 니켈층(470)과 본딩층으로 주석층(480)을 이용하였으나, 본 발명의 제 2 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 니켈층(470)과 주석층(480) 대신에 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성한 금층(Au,490)을 본딩층으로 이용하며, 그 외의 나머지 구성은 제 1 실시예와 동일하다. In the first embodiment of the present invention, the
이 금층(490)은 열에 의한 저항 특성이 뛰어나기 때문에 반도체 패턴에 대한 어닐링 공정을 250~600℃에서 실시할 수 있는 조건을 형성하여 준다.Since the
즉, 반도체 패턴이 가장 좋은 열전 성능을 나타내는 온도인 250~300℃의 온도에서 어닐링 공정이 가능하게 함으로써, 궁극적으로 마이크로 열전 에너지 변환 모듈의 성능을 높일 수 있는 것이다. That is, by enabling the annealing process at a temperature of 250 ~ 300 ℃, the temperature at which the semiconductor pattern exhibits the best thermoelectric performance, it is possible to ultimately increase the performance of the micro thermoelectric energy conversion module.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예는 본딩층으로 열에 대한 저항이 높고 전기적 특성이 좋은 금을 이용하여 반도체 패턴이 가장 놓은 열전 성능을 자기는 250~300 ℃ 온도에서 어닐링 공정이 가능하게 하고, 열전 에너지 변환 모듈 전체의 전기 저항을 줄여 모듈 성능을 향상시킨다. Accordingly, the second embodiment of the present invention enables the annealing process at a temperature of 250 to 300 ° C., in which the thermoelectric performance of the semiconductor pattern is best obtained by using gold having high heat resistance and good electrical properties as a bonding layer. Improves module performance by reducing electrical resistance across the energy conversion module.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 제 1 패턴(500)에 절연층(410)과 금속층(420)을 형성하고, 제 2 패턴(600)에 절연층(410), 금속층(420), 제 2 반도체 패턴(460b) 및 본딩층(470,480)(490)을 형성 한 후, 제 1 패턴과 제 2 패턴의 본딩에 의한 더미 패턴(D)을 형성하였다.As described above, in the exemplary embodiments of the present invention, the insulating
아울러, 본 발명은 다른 실시예를 통해 제 1 패턴(500)에 절연층(410), 금속층(420), 제 1 반도체 패턴(460a) 및 본딩층(470,480)(490)을 형성하고, 제 2 패턴(600)에 절연층(410) 및 금속층(420)을 형성 한 후 제 1 패턴과 제 2 패턴의 본딩에 의한 더미 패턴(D)을 형성할 수 있다.In addition, according to another exemplary embodiment, the insulating
도 1은 일반적인 이종 반도체를 이용한 열전변환 모듈을 도시한 사시도.1 is a perspective view illustrating a thermoelectric conversion module using a general heterogeneous semiconductor.
도 2a 내지 도 2h는 종래 기술에 따른 마이크로 열전 냉각 모듈 제조 방법을 나타낸 순차적인 공정 단면도.Figure 2a to 2h is a sequential process cross-sectional view showing a method of manufacturing a micro thermoelectric cooling module according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈을 나타낸 평면도.3 is a plan view showing a micro thermoelectric energy conversion module with improved bonding characteristics according to the present invention.
도 4a 내지 도 4t는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 본딩 특성이 개선된 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법을 순차로 나타낸 공정 단면도.4A to 4T are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module having improved bonding characteristics according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 열전 에너지 변환 모듈 제조 방법에 의해 제조된 결과물 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view of the result produced by the method of manufacturing a micro thermoelectric energy conversion module according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
400 : 기판 410 : 절연층400: substrate 410: insulating layer
420 : 전극층 430 : 제 1 포토레지스트420: electrode layer 430: first photoresist
440 : 리프트 오프 전용 포토레지스트 450 : 제 2 포토레지스트440 lift-only
460a : 제 1 반도체 패턴 460b : 제 2 반도체 패턴460a:
470 : 니켈층 480 : 주석층470: nickel layer 480: tin layer
490 : 금층490: gold layer
500 : 제 1 패턴 600 : 제 2 패턴500: first pattern 600: second pattern
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WO2020159177A1 (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-06 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermoelectric device |
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- 2008-03-31 KR KR1020080029954A patent/KR100933904B1/en active IP Right Grant
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