KR101064962B1 - 적외선 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 적외선 센서의 제조 방법은 기판 상에 질화 금속 박막을 증착하는 단계, 상기 질화 금속 박막을 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하는 단계, 그리고 패터닝된 상기 질화 금속 박막을 환원 분위기에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 적외선 센서 제조 방법은 흡수층 또는 전극 패터닝 후의 플라즈마 처리 공정에서 산소 플라즈마에 의해 부분적으로 산화된 전극 또는 흡수층을 다시 환원시켜 본래의 저항값에 근접하게 회복시켜 주며 저항값의 균일도를 크게 개선시켜주는 효과를 가진다.
멤스, 적외선 센서, 볼로미터, 전극, 흡수층
Description
본 발명은 적외선 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 질화 금속 박막을 이용하여 흡수층 또는 전극을 제조하는 적외선 센서에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-054-03, 과제명: 유비쿼터스용 CMOS 기반 MEMS 복합센서기술개발].
비냉각형 적외선 센서의 기본적인 동작원리는 입사 적외선의 흡수를 통한 센서부의 온도 변화를 감지하는 것이다. 비냉각형 적외선 센서는 온도 변화를 감지하는 방법에 따라 볼로미터형, 초전형, 열전대형(thermopile) 등으로 분류된다.
볼로미터형 적외선 센서의 경우 센서의 반응신호 크기는 입사 적외선의 흡수에 따른 센서부의 온도 변화에 따라 결정되기 때문에 감지 효율을 최대화하기 위해서는 효과적인 적외선 흡수가 요구되며 센서부가 주변으로부터 열적으로 차단되어야 한다.
효과적인 적외선 흡수를 위해 일반적으로 캐비티(cavity) 형태의 흡수구조가 적용되는데, 이 구조의 경우 센서 하부에 반사막을 형성하고 센서부를 흡수하고자 하는 적외선의 1/4 파장만큼 반사막에서 이격시켜 간섭에 의한 흡수를 유도한다. 이 경우 최적의 흡수를 위해서는 센서부에 위치하는 흡수층의 면저항이 377 Ω/square로 맞추어야 한다.
적외선 센서에 사용되는 흡수층은 픽셀 패턴에 맞게 적당한 모양으로 패터닝 되며, 패터닝은 일반적으로 포토리소그래피 공정을 이용해 이루어진다.
즉, 포토레지스터로 흡수층 패턴을 형성한 다음 이를 보호막으로 하여 필요없는 영역의 흡수층을 식각 제거하여 패턴을 형성한다. 패턴 형성 후에는 식각 시에 보호막으로 사용되었던 포토레지스터를 제거한다. 포토레지스터는 일반적으로 산소 플라즈마를 통해 제거하는데, 이때 흡수층으로 사용되는 질화 금속 박막의 일부가 산화되어 흡수층의 저항 균일도가 불량해지고 흡수층의 저항값이 적정범위를 크게 벗어나는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산소 플라즈마 처리 등의 공정에 의한 질화 금속 박막의 열화 현상을 후처리 공정을 통해 개선하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기판 또는 적외선 센서의 하부 멤브레인 상에 질화 금속 박막을 증착하는 단계, 상기 질화 금속 박막을 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하는 단계, 그리고 패터닝된 상기 질화 금속 박막을 환원 분위기에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 적외선 센서의 제조 방법이다.
상기 질화 금속 박막으로 질화 티타늄 박막을 이용할 수 있다.
상기 질화 티타늄 박막을 증착하는 단계는 화학양론적 조성보다 질소가 더 많은 질화 티타늄 박막을 형성할 수 있다.
상기 질화 금속 박막을 패터닝하는 단계는, 상기 질화 금속 박막을 포토레지스터를 마스크로 이용하여 식각하는 단계, 그리고 상기 포토레지스터를 산소 플라즈마를 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 질화 금속 박막을 환원 분위기에서 플라즈마 처리하는 단계는, 질소 또는 아르곤 가스를 이용하여 형성된 플라즈마를 이용할 수 있다.
상기 질화 금속 박막을 환원 분위기에서 플라즈마 하는 단계는 플라즈마의 파워를 200W 이하, 시간을 1분 이하로 할 수 있다.
상기 질화 티타늄 박막은 스퍼터링을 통하여 증착할 수 있다.
상기 질화 금속 박막을 상기 적외선 센서의 흡수층 또는 전극으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡수층 또는 전극 패터닝 후의 플라즈마 처리 공정에서 산소 플라즈마에 의해 부분적으로 산화된 전극 또는 흡수층을 다시 환원시켜 본래의 저항값에 근접하게 회복시켜 주며 저항값의 균일도를 크게 개선시켜주는 효과를 가진다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 적외선 센서의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 적외선 센서를 제조하기 위하여, 도 1과 같이, 기판 또는 적외선 센서의 하부 멤브레인(10) 상에 흡수층 또는 전극(20)을 증착한다.
이러한 흡수층 또는 전극(20)은 질화 금속으로 형성할 수 있는데 보다 구체적으로는 질화 티타늄 박막으로 형성할 수 있으며, 질화 티타늄 박막은 스퍼터링 공정을 이용하여 쉽게 증착될 수 있다.
질화 티타늄 박막의 스퍼터링은 일반적으로 티타늄 금속 타겟을 이용하며, 질소분위기에서 증착하여 질화 티타늄 박막을 형성한다. 일반적으로 화학양론적 조 성의 질화 티타늄 박막 (TiN)은 강한 압축응력과 낮은 비저항을 가진다. 이러한 낮은 비저항을 가지는 화학양론적 조성의 질화 티타늄 박막은 적외선 센서의 흡수층으로 응용하기에 곤란하다. 보다 높은 비저항을 가지는 질화 티타늄 박막이 요구되며, 이러한 질화 티타늄 박막은 스퍼터링 시에 질소를 과량으로 흘려주어 형성할 수 있다. 질소가 과량으로 포함된 질화 티타늄 박막은 낮은 응력을 가지며 흡수층으로 이용하기에 적합한 수준의 비저항 값을 가진다.
다음으로, 도 2의 질화 티타늄 박막(20)(이하에서는 흡수층 또는 전극과 동일 도면부호, 20을 부여함)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 적외선 센서에 필요한 모양으로 패터닝된다.
이러한 질화 티타늄 박막(20)은 적외선 센서의 흡수층으로 패터닝될 수 있으며, 경우에 따라서는 전극으로 패터닝될 수도 있다.
패터닝은 통상적인 포토리소그래피 공정을 따르며, 포토레지스터(30)를 질화 티타늄 박막(20) 위에 형성하고, 포토공정을 통하여 포토레지스터(30) 패턴을 형성한다. 이후 포토레지스터(30) 패턴을 마스크로 이용하여 질화 티타늄 박막(20)을 식각하여 질화 티타늄 박막(20) 패턴을 형성한다. 질화 티타늄 박막(20)의 식각은 건식 식각법으로 진행함이 보통이지만 습식 식각법을 이용하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 3과 같이, 질화 티타늄 박막(20)의 식각 후 식각 시 마스크로 사용된 포토레지스터(30)를 산소 플라즈마 처리(40)를 통하여 제거한다.
이 과정에서 질화 티타늄 박막(20)이 일부 산화되어 저항이 증가하고 저항값의 불균일도가 증가하게 된다.
이때, 도 4와 같이, 질화 티타늄 박막(20)의 패터닝이 끝난 후 환원분위기에서 플라즈마 처리(50)를 하여 산소 플라즈마 처리(40)에 의해 불균일해진 질화 티타늄 박막(20)을 회복시킨다.
환원 분위기에서의 플라즈마 처리(50)는 화학적 반응성이 약한 아르곤 또는 질소 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 환원 분위기에서의 플라즈마 처리(50) 시에 지나치게 높은 플라즈마 파워를 인가하면 질화 티타늄 박막(20)에 손상을 주고 노출되어 있는 타 재료들을 손상시킬 수 있으므로 200W 이하의 파워를 적용하는 것이 바람직하며, 처리시간도 1분을 넘기지 않는 것이 바람직하다.
이하에서는 도 5를 참고하여, 본 발명의 효과를 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 질화 티타늄 박막(20)의 면저항을 나타내는 그래프이다.
도 5의 질화 티타늄 박막(20)은 400 oC, 1.2kW의 플라즈마 파워 조건에서 60초간 증착한 것이다. 증착 시 질소와 아르곤 가스를 흘려 주었으며 그 유량은 각각 190 sccm과 40 sccm 이었다. 증착된 질화 티타늄 박막(20)의 두께는 약 150 Å 이었으며 면저항은 236.1 Ω/square, 기판(10) 내에서 면저항값 분포의 표준편차는 3.2 Ω/ square 였다.
이러한 질화 티타늄 박막(20)은 패터닝과 산소 플라즈마를 이용한 포토레지스터(30) 제거 과정을 거치면서 면저항이 1122.8 Ω/ square 로 증가하였으며, 면저항값 분포의 표준편차도 228.3 Ω/ square 로 크게 증가하였다.
그러나 질화 티타늄 박막(20)을 아르곤 분위기에서 플라즈마 처리(50)한 바, 아르곤 분위기에서의 플라즈마 처리(50) 조건은 1.5 mTorr, 파워 100W, 처리시간 15초 였다.
그 결과 질화 티타늄 박막(20)의 면저항을 394.8 Ω/ square 로, 면저항값 분포의 표준편차도 41.5 Ω/ square 로 낮출 수 있었다. 따라서, 산소 플라즈마 처리(40)에 의한 질화 티타늄 박막(20)의 손상이 아르곤 플라즈마 처리(50)에 의해 상당부분 회복됨을 확인 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 적외선 센서의 제조 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 질화 티타늄 박막의 면저항을 나타내는 그래프이다.
Claims (8)
- 기판 또는 적외선 센서의 하부 멤브레인 상에 질화 금속 박막을 증착하는 단계,상기 질화 금속 박막을 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하여 상기 적외선 센서의 흡수층 또는 전극을 형성하는 단계, 그리고상기 적외선 센서의 흡수층 또는 전극을 환원 분위기에서 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 적외선 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 질화 금속 박막으로 질화 티타늄 박막을 이용하는것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 질화 티타늄 박막을 증착하는 단계는화학양론적 조성보다 질소가 더 많은 질화 티타늄 박막을 형성하는것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 질화 금속 박막을 패터닝하는 단계는,상기 질화 금속 박막을 포토레지스터를 마스크로 이용하여 식각하는 단계, 그리고상기 포토레지스터를 산소 플라즈마를 이용하여 제거하는 단계를 포함하는적외선 센서 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 적외선 센서의 흡수층 또는 전극을 환원 분위기에서 플라즈마 처리하는 단계는,질소 또는 아르곤 가스를 이용하여 형성된 플라즈마를 이용하는것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 적외선 센서의 흡수층 또는 전극을 환원 분위기에서 플라즈마 하는 단계는플라즈마의 파워를 200W 이하, 시간을 1분 이하로 하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 질화 티타늄 박막은 스퍼터링을 통하여 증착하는것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010052610A (ko) * | 1998-06-05 | 2001-06-25 | 조셉 제이. 스위니 | 엑스-시츄 콘택 충진을 위한 플라즈마 처리 |
| KR100383759B1 (ko) | 2000-06-15 | 2003-05-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법 |
| KR100502673B1 (ko) | 2002-07-05 | 2005-07-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 티타늄막 형성방법 및 배리어금속막 형성방법 |
-
2008
- 2008-12-15 KR KR1020080127240A patent/KR101064962B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010052610A (ko) * | 1998-06-05 | 2001-06-25 | 조셉 제이. 스위니 | 엑스-시츄 콘택 충진을 위한 플라즈마 처리 |
| KR100383759B1 (ko) | 2000-06-15 | 2003-05-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법 |
| KR100502673B1 (ko) | 2002-07-05 | 2005-07-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 티타늄막 형성방법 및 배리어금속막 형성방법 |
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|---|---|
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