KR101274026B1 - Bolometric infrared sensor improving resistive run-to-run variation and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적외선 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 공정 간 편차에 의해 발생하는 저항체의 비저항 불균일 문제를 저항체 패턴 조절과 컨택 패턴간격 조절을 통해 개선한 볼로미터 적외선 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared sensor, and more particularly, to a bolometer infrared sensor that improves the resistivity non-uniformity problem of the resistor caused by the process-to-process variation by adjusting the resistance pattern and adjusting the contact pattern spacing.
또한, 본 발명은 공정 간 저항 변화를 최소화 할 수 있는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a manufacturing method of a bolometer infrared sensor that can minimize the change of resistance between processes.
볼로미터 적외선 센서는 300K 정도의 상온에서 입사하는 적외선의 열에너지를 흡수하고 볼로미터 센서의 온도변화에 따른 볼로미터 센서의 저항변화를 전기 저항의 변화로 신호취득회로를 통해 읽어내는데 그 핵심이 있다. The bolometer infrared sensor absorbs the thermal energy of infrared rays incident at room temperature of about 300K and reads the resistance change of the bolometer sensor according to the temperature change of the bolometer sensor through the signal acquisition circuit as a change in electrical resistance.
이러한 볼로미터 센서의 저항(Ract)을 포함한 신호취득회로(100)의 개념도가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.A conceptual diagram of the
도 1a를 참조하면, 도 1a는 온도 T1의 물체를 바라봤을 때 볼로미터 센서의 저항(Ract,T1), 신호취득회로(100)에 흐르는 전류(Iact,T1) 및 발생되는 출력 전압(VO,T1)을 보여준다.Referring to FIG. 1A, FIG. 1A illustrates the resistance R act, T1 of the bolometer sensor, the current I act, T1 flowing through the
도 1b는 온도 T2의 물체를 바라봤을 때 볼로미터 센서의 저항(Ract,T2), 신호 취득회로(100)에 흐르는 전류(Iact,T2) 및 발생되는 출력 전압(VO,T2)을 보여준다. FIG. 1B shows the resistances R act, T2 of the bolometer sensor, the current I act, T2 flowing through the
이를 통해 온도 분해능을 나타내는 NETD(Noise Equivalent Temperature Difference)를 구하는 수식은 다음식과 같다.The equation for obtaining the noise equivalent temperature difference (NETD) representing the temperature resolution is as follows.
여기서, 
여기서, 각각 T1과 T2는 관찰하고자 하는 물체의 온도, C는 신호취득회로에 존재하는 커패시터, ΔQ는 T1과 T2를 바라봤을 때 발생한 커패시터에 축적되는 전하량 변화, ΔI는 T1과 T2를 바라봤을 때 커패시터에 흐르는 신호전류 변화, Ract , T1은 T1을 바라봤을 때 볼로미터 센서의 저항, Ract , T2는 T2를 바라봤을 때 볼로미터 센서의 저항, Vref는 볼로미터 센서에 걸리는 전압, Iact , T1은 Ract , T1 에 흐르는 전류, Iact , T2는 Ract , T2에 흐르는 전류를 의미한다. Where T 1 and T 2 are the temperature of the object to be observed, C is the capacitor present in the signal acquisition circuit, ΔQ is the amount of charge accumulated in the capacitor generated when looking at T 1 and T 2 , and ΔI is T 1 and The change in signal current flowing through the capacitor when looking at T 2 , R act , T1 is the resistance of the bolometer sensor when looking at T 1 , R act , T2 is the resistance of the bolometer sensor when looking at T 2 , and V ref is the bolometer sensor. The voltage applied to I act and T1 means the current flowing through R act and T1 , and I act and T2 means the current flowing through R act and T2 .
상기 수식에서 VS 값은 T1의 물체에서 T2의 물체를 바라봤을 때 볼로미터 센서의 온도 변화로 발생된 저항 변화 때문에 유발되는 전류 변화 (ΔI = Iact,T2-Iact,T1)가 커패시터(C)에 적분시간(t) 동안 축적되어 발생하는 전하량 변화(ΔQ)에 의해 나타나는 전압의 크기를 나타낸다.In the above formula, the value of V S is the current change (ΔI = I act, T2- I act, T1 ) caused by the resistance change caused by the temperature change of the bolometer sensor when the object of T 1 is viewed from the object of T 2 . The magnitude of the voltage represented by the change in the charge amount ΔQ that is accumulated and accumulated during the integration time t in (C) is shown.
VN은 잡음의 크기를 나타내며 볼로미터 센서 저항값의 역수에 비례하는 Johnson 잡음과 주파수의 역수에 비례하는 1/f잡음의 제곱합의 1/2승에 비례한다.V N represents the magnitude of the noise and is proportional to half the square sum of Johnson noise, which is proportional to the inverse of the bolometer sensor resistance, and 1 / f noise, which is proportional to the inverse of the frequency.
NETD는 단위 온도당 전기 신호(VS/T2-T1)대 잡음(VN)비 즉 SNR (Signal-to-Noise ratio)을 의미하며 통상적으로 이 값이 작을수록 온도 분해능이 좋은 센서로 분류된다. NETD stands for electrical signal (V S / T 2 -T 1 ) to noise (V N ) ratio per unit temperature, or SNR (Signal-to-Noise ratio). Typically, the smaller this value, the better the temperature resolution. Are classified.
상기의 기술적인 내용은 당해 분야의 기술을 시행하는 업자에게 널리 공지되어 있으므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 생략하기로 한다.The technical content of the above is well known to those who practice the art of the art will be omitted for a clear understanding of the present invention.
이 때 볼로미터 센서의 저항(Ract)크기에 따른 성능변화는 다음과 같다. 첫째, 볼로미터 센서 저항(Ract)이 클 경우 신호전류(ΔI) 감소로 인해 전기신호(VS)가 작아지고 이로 인해 NETD가 나빠진다. At this time, the performance change according to the resistance (R act ) size of the bolometer sensor is as follows. First, when the bolometer sensor resistance (R act ) is large, the electrical signal (V S ) is reduced due to the reduction of the signal current (ΔI), which causes the NETD to be bad.
일반적으로 볼로미터 센서 저항(Ract)이 커지면 Johnsom 잡음(Sj)은 저항(Ract)의 역수에 1/2승에 비례하여 작아지나 1/f잡음(Sf) 또는 기타 다른 회로 잡음 들은 변화가 미미하기 때문에 전체 잡음(VN)은 일정 크기 이상 작아지기 힘들다. In general, as the bolometer sensor resistance (R act ) increases, the Johnsom noise (S j ) decreases in proportion to half the reciprocal of the resistance (R act ), but 1 / f noise (S f ) or other circuit noise changes. Because they are insignificant, the overall noise (V N ) is less likely to be smaller than a certain amount.
반면 신호는 저항(Ract)의 역수에 비례하여 작아지기 때문에 이로 인해 신호 대 잡음비인 NETD가 나빠지게 된다. 둘째, 볼로미터 센서 저항(Ract)이 작을 경우 신호전류(ΔI)가 커지게 되어서 배열 내 저항 불균일에 의한 출력(VO) 불균일 증가와 신호크기(VS) 증가로 인한 온도 동영역이 감소된다. On the other hand, the signal becomes smaller in proportion to the inverse of the resistance (R act ), which results in a worse signal-to-noise ratio, NETD. Second, when the bolometer sensor resistance (R act ) is small, the signal current (ΔI) becomes large, thereby reducing the temperature dynamic range due to an increase in the output (V O ) unevenness and an increase in the signal size (V S ) due to the resistance unevenness in the array. .
또한, 저항(Ract)이 작아지면 신호전류(ΔI)는 저항의 역수에 비례하여 커지고 Johnson 잡음은 저항(Ract)의 역수에 1/2승에 비례하여 커지기 때문에 일정 크기만큼은 NETD가 좋아지긴 하지만 과도한 줄 히팅이 발생한다. In addition, as the resistance R act becomes smaller, the signal current ΔI increases in proportion to the inverse of the resistance, and the Johnson noise increases in proportion to 1/2 of the inverse of the resistance R act . However, excessive line heating occurs.
또한, 저항의 온도가 1도 변화했을 때 저항의 변화율을 나타내는 온도변화계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR) 역시 작아져서 온도에 따른 저항변화가 크지 않아 NETD가 계속 좋아지지는 않는다. In addition, the Temperature Coefficient of Resistance (TCR), which represents the rate of change of resistance when the temperature of the resistance changes by 1 degree, is also small, so that the change in resistance with temperature is not so large that NETD does not continue to improve.
도 2a는 배열내에서 볼로미터 센서 저항(Ract)의 불균일 때문에 발생하는 출력(VO)의 불균일을 보여준다. 도 2b는 볼로미터 센서 저항(Ract)이 작을 경우 전류(Iact) 증가로 인해 발생되는 배열내 출력(VO)의 불균일 증가를 나타낸다. 2A shows the non-uniformity of the output V O resulting from the non-uniformity of the bolometer sensor resistance R act in the array. FIG. 2B shows an uneven increase in output V O in the array caused by an increase in current I act when the bolometer sensor resistance R act is small.
부연하면, 저항(Ract)이 작을 경우 출력(VO)(200)의 불균일 및 큰 신호전류(ΔI)에 의해 물체 온도 변화에 따른 신호크기(VS) 증가로 인해 온도 동영역(210)이 감소하게 된다. 예를 들어 온도 동영역이 2V인 센서가 물체 온도가 1도 변화할 때마다 신호크기가 0.02V 변화한다면 100도의 온도 동영역을 갖게 되지만 저항(Ract)이 낮아서 신호전류(ΔI)가 커져 신호크기가 0.04V가 된다면 물체의 온도를 관찰할 수 있는 온도 동영역은 50도로 낮아지게 되고 배열 내 저항 불균일에 의한 출력 불균일이 더 커지게 되므로 실제로 온도 동영역은 50도 보다도 더 낮아지게 된다. In other words, when the resistance R act is small, the temperature
즉 NETD 변화 및 온도동영역 변화 등의 요인이 볼로미터 센서 저항(Ract)에 있으므로, 규격화된 성능을 유지하기 위해서는 공정 간 볼로미터 센서 저항(Ract)을 균일하게 유지하는 것이 무엇보다도 중요하다. That is, since the factors such as the NETD change and the temperature dynamic range change are in the bolometer sensor resistance (R act ), it is important to keep the bolometer sensor resistance (R act ) uniformly between processes in order to maintain normalized performance.
하지만 금속 산화막 박막의 경우 물질의 산소의 미세한 조성 변화에 의해 비저항의 변화가 크기 때문에 일정한 저항을 갖는 박막 증착이 쉽지 않다. However, in the case of the metal oxide thin film, it is difficult to deposit a thin film having a constant resistance because the change of the specific resistance is large due to the minute composition change of oxygen of the material.
도 3은 종래기술로서 비냉각 적외선 센서를 제조하는 Raytheon(社)에서 Proc. of SPIE Vol.8012에 발표한 볼로미터 적외선 센서의 저항체(Vanadium Oxide ; VOx)의 공정간 균일도를 보여주는 도면이다. 3 is a Proc. By Raytheon Co., Ltd. which manufactures an uncooled infrared sensor as a prior art. Figure shows the uniformity between processes of the resistor (Vanadium Oxide; VO x ) of the bolometer infrared sensor published in of SPIE Vol.8012.
이 저항체(VOx)를 증착하는데 있어 고가의 ion-beam sputter를 이용했음에도 불구하고 ±15%의 편차가 발생하고 있음을 알 수 있다. 즉 도 3의 그래프에서 파란색(300)은 저항체의 불균일을 나타내고, 빨간색(310)은 웨이퍼내 저항의 불균일을 나타낸다.Even though an expensive ion-beam sputter was used to deposit this resistor (VO x ), it can be seen that a deviation of ± 15% occurs. That is, in the graph of FIG. 3, blue 300 represents nonuniformity of the resistor, and red 310 represents nonuniformity of resistance in the wafer.
도 4는 산소 분압 조절이 쉽지 않은 저가의 RF sputter 방식을 사용하여 증착된 저항체(Titanium Oxide ; TiOx)의 공정간 균일도를 살펴본 도표이다. 참조로 Titanium의 경우 Vanadium과 각각 원자번호 22번, 23번에 위치해 있으며 비슷한 성질을 지니고 있다. FIG. 4 is a diagram illustrating the process uniformity of a resistor (Titanium Oxide; TiO x ) deposited using a low-cost RF sputter method in which oxygen partial pressure is not easily controlled. For reference, Titanium is similar to Vanadium and is located at atomic number 22 and 23, respectively.
이 경우 약 ±50%의 저항 불균일이 발생하는 것을 알 수 있으며 ±10% 이내의 볼로미터 센서의 저항 편차를 갖는 것을 양품으로 봤을 경우 양품율은 42%에 그친다. 이는 증착 장비 성능의 한계 또는 물질 자체 특성에 의한 것으로 고가의 ion beam sputter를 이용하지 않을 경우에 문제가 더 심각해짐을 알 수 있다.In this case, it can be seen that resistance non-uniformity of about ± 50% occurs, and the yield ratio is only 42% when it is regarded as good quality that has resistance deviation of the bolometer sensor within ± 10%. This may be due to the limitations of the deposition equipment performance or the characteristics of the material itself, and the problem becomes more serious when an expensive ion beam sputter is not used.
따라서, 볼로미터 센서 저항(Ract)에 따라 변화되는 볼로미터 성능은 크게 두 가지로 볼 수 있는데, 하나는 볼로미터 센서 저항(Ract)이 커지면 신호크기(VS) 감소로 인한 NETD 감소이다.Therefore, the bolometer performance that varies according to the bolometer sensor resistance (R act ) can be seen in two ways, one of which is a decrease in NETD due to a decrease in signal size (V S ) as the bolometer sensor resistance (R act ) increases.
두 번째는 볼로미터 센서 저항(Ract)이 감소하면 신호크기(VS) 증가 및 불균일 증가로 인한 온도 동영역이 감소하는 문제이다.The second problem is that when the bolometer sensor resistance (R act ) decreases, the temperature dynamic range decreases due to an increase in signal size (V S ) and an increase in unevenness.
즉, 온도분해능을 나타내는 NETD와 관찰 물체의 측정 가능 온도 범위를 나타내는 온도 동영역이 볼로미터 센서 저항(Ract)과 밀접한 관계에 있으므로, 규격화된 성능을 갖는 볼로미터 적외선 센서를 양산하기 위해서는 공정 간 볼로미터 센서 저항(Ract)을 균일하게 유지하는 것이 필요하다. In other words, the NETD indicating the temperature resolution and the temperature dynamic range indicating the measurable temperature range of the observed object are closely related to the bolometer sensor resistance (R act ). It is necessary to keep the resistance R act uniform.
본 발명의 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 종래에 볼로미터 적외선 센서 저항체 증착에 있어 발생되는 공정간 저항 편차를 줄여서 규격화된 볼로미터 성능을 유지하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Invented to solve the above problems of the prior art of the present invention, a conventional bolometer improves the uniformity of resistance between processes to maintain the standardized bolometer performance by reducing the variation in resistance between processes caused in the deposition of a bolometer infrared sensor resistor The purpose is to provide an infrared sensor.
또한, 본 발명은 종래의 고가의 이온빔 스퍼터(ion beam sputter)를 이용하지 않고 저가의 RF 스퍼터를 이용하여도 공정간 저항(Ract) 편차를 줄일 수 있도록 볼로미터 적외선 센서를 제작하는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a bolometer infrared sensor to reduce the variation between the resistance (R act ) even without the use of a conventional expensive ion beam sputter (low cost RF sputter) There is another purpose.
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해 공정 간 저항 변화를 최소화할 수 있는 볼로미터 적외선 센서를 제공한다.The present invention provides a bolometer infrared sensor capable of minimizing the change in resistance between processes in order to achieve the problem posed above.
상기 볼로미터 적외선 센서는, 신호 취득 회로(Read-Out Integrated Circuit: ROIC)를 갖는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 위에 형성되어 적외선을 반사하는 반사판; 상기 반사판 위에 형성되는 적어도 한 개 이상의 금속 지지 기둥; 상기 금속 지지 기둥에 연결되어 열적으로 고립된 구조를 제공하는 제 1 지지층; 상기 제 1지지층 위에 형성되어 입사되는 적외선의 흡수율을 향상시키는 흡수층; 상기 흡수층 위에 형성되며, 상기 흡수층에 의해 흡수된 적외선에 의하여 온도 변화가 발생하면 저항이 변화되는 온도 감응형 저항체; 상기 금속 지지 기둥과 저항체 사이에 형성되어 상기 신호취득회로와 온도 감응형 저항체를 전기적 신호로 연결하는 연결다리; 및 상기 온도 감응형 저항체와 연결다리를 보호하는 제 2 지지층;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The bolometer infrared sensor may include a silicon substrate having a read-out integrated circuit (ROIC); A reflector formed on the silicon substrate to reflect infrared light; At least one metal support pillar formed on the reflector; A first support layer connected to the metal support column to provide a thermally isolated structure; An absorption layer formed on the first support layer to improve absorption of incident infrared rays; A temperature sensitive resistor formed on the absorbing layer, the resistance of which changes when a temperature change occurs due to infrared rays absorbed by the absorbing layer; A connection bridge formed between the metal support pillar and the resistor to connect the signal acquisition circuit and the temperature sensitive resistor with an electrical signal; And a second support layer protecting the temperature sensitive resistor and the connection leg.
이때, 상기 반사판은, 알루미늄(Al), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속성 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the reflector is a metallic or conductive ceramic material containing at least one of aluminum (Al), titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), Ti alloy, gold (Au). It can be characterized.
이때, 상기 금속 지지 기둥은, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the metal support pillar, at least one of aluminum (Al), tungsten (W), titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), Ti alloy, gold (Au) It may be characterized in that the metal or conductive ceramic material.
이때, 상기 흡수층은, 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속성 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the absorbing layer may be a metallic or conductive ceramic material including at least one of titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), and Ti alloy.
이때, 상기 제 1 지지층은, 실리콘 산화물 혹은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the first support layer may be characterized in that the silicon oxide or silicon nitride.
이때, 상기 온도 감응형 저항체는, 비정질 실리콘(amorphous Si), 실리콘-저마늄(SiGe), 산화 바나듐(VOx), 산화 티타늄(TiOx) 중 적어도 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the temperature sensitive resistor may be formed of at least one of amorphous silicon, silicon-germanium (SiGe), vanadium oxide (VOx), and titanium oxide (TiOx).
이때, 상기 연결다리는, 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the connecting bridge may be a metal or a conductive ceramic material including at least one of titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), and Ti alloy.
이때, 상기 온도 감응형 저항체는 비저항 측정 후 비저항이 달라도 저항을 일정하게 유지할 수 있도록 레이아웃의 선택을 통해 패턴 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the temperature-sensitive resistor can be characterized in that the pattern is adjusted through the selection of the layout so that the resistance can be kept constant even if the specific resistance is different after measuring the specific resistance.
이때, 상기 온도 감응형 저항체의 비저항이 기준보다 낮으면 상기 패턴 조절은 상기 온도 감응형 저항체의 패턴을 길이 방향으로 길게 하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, when the specific resistance of the temperature sensitive resistor is lower than the reference, the pattern control may be characterized in that the pattern of the temperature sensitive resistor is made long in the longitudinal direction.
다른 한편으로, 상기 연결다리는 비저항 측정후 비저항이 달라도 볼로미터 센서 저항을 일정하게 유지할 수 있도록 레이아웃의 선택을 통해 패턴 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, the connection leg may be characterized in that the pattern is adjusted through the selection of the layout so that the resistance of the bolometer sensor can be kept constant even if the specific resistance is different after measuring the specific resistance.
이때, 상기 연결다리와 온도 감응형 저항체의 컨택은 상기 저항체의 유효면적 안에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the contact of the connecting bridge and the temperature sensitive resistor may be located in the effective area of the resistor.
이때, 상기 컨택의 간격은 상기 온도 감응형 저항체 증착 후 측정된 비저항에 따라 일정한 볼로미터 센서 저항을 갖도록 레이아웃을 통해 패턴되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the contact interval may be patterned through a layout to have a constant bolometer sensor resistance according to the specific resistance measured after the deposition of the temperature sensitive resistor.
이때, 상기 온도 감응형 저항체의 비저항이 기준보다 높으면 상기 연결 다리와 온도 감응형 저항체가 맞닿은 양단의 컨택의 간격은 좁아지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, when the specific resistance of the temperature sensitive resistor is higher than the reference, the distance between the contact of both ends of the connection leg and the temperature sensitive resistor may be narrowed.
이때, 상기 패턴은 RF 스퍼터 방식을 이용하여 증착됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the pattern may be characterized by being deposited by using an RF sputtering method.
이때, 상기 제 1 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the first support layer may be characterized by having insulation and heat insulating properties.
이때, 상기 제 2 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the second support layer may be characterized by having insulation and heat insulating properties.
또 다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 신호 취득 회로(Read-Out Integrated Circuit : ROIC)를 갖는 실리콘 기판 위에 적외선의 반사를 위해 반사판을 형성하는 반사판 형성 단계; 상기 반사판 위에 희생층을 증착하기 위한 희생층 증착단계; 상기 희생층 위에 증착되어 열적으로 고립된 구조를 제공하는 제 1 지지층을 형성하는 제 1 지지층 형성 단계; 상기 제 1 지지층위에 적외선 흡수율을 높여주는 흡수층을 형성하는 흡수층 형성 단계; 상기 흡수층 위에 입사되는 적외선을 흡수하여 온도 변화가 발생하면 저항이 변화되는 온도 감응형 저항체의 패턴을 증착하는 온도 감응형 저항체 증착 단계; 상기 실리콘 기판과 온도 감응형 저항체 사이에 전기적 신호로 연결하고 상기 온도 감응형 저항체의 비저항에 따라 연결다리의 패턴을 형성하는 연결다리 형성 단계; 상기 희생층 위에 형성된 구조를 지탱하기 위하여 연결다리의 어느 일측에 실리콘 기판과 맞닿은 적어도 한 개 이상의 금속 지지 기둥을 형성하는 금속지지 기둥 형성 단계; 상기 연결다리 위에 형성되어 저항체와 연결다리를 보호하는 제 2 지지층을 형성하는 제 2 지지층 형성 단계; 및 상기 희생층을 제거하는 희생층 제거 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, the reflector plate forming step for forming a reflector for the reflection of infrared light on a silicon substrate having a signal acquisition (Read-Out Integrated Circuit: ROIC); A sacrificial layer deposition step for depositing a sacrificial layer on the reflective plate; Forming a first support layer deposited over said sacrificial layer to provide a thermally isolated structure; An absorbing layer forming step of forming an absorbing layer on the first support layer to increase infrared absorption rate; A temperature sensitive resistor deposition step of depositing a pattern of a temperature sensitive resistor that absorbs infrared light incident on the absorber layer and changes in resistance when a temperature change occurs; A connecting bridge forming step of connecting an electrical signal between the silicon substrate and the temperature sensitive resistor and forming a pattern of a connection bridge according to a specific resistance of the temperature sensitive resistor; A metal support pillar forming step of forming at least one metal support pillar in contact with the silicon substrate on one side of the connecting leg to support the structure formed on the sacrificial layer; Forming a second support layer formed on the connection bridge to protect the resistor and the connection bridge; And a sacrificial layer removing step of removing the sacrificial layer.
이때, 상기 온도 감응형 저항체 증착 단계는, 상기 온도 감응형 저항체의 비저항을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 비저항을 이용하여 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 패턴의 조절을 통해 온도 감응형 저항체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the step of depositing the temperature sensitive resistor, measuring the specific resistance of the temperature sensitive resistor; And forming a temperature sensitive resistor by adjusting a pattern to maintain a constant resistance even when the specific resistance deposited between processes using the measured specific resistance is different.
이때, 상기 온도 감응형 저항체의 비저항이 기준보다 낮으면 상기 패턴 조절은 상기 온도 감응형 저항체의 패턴을 길이 방향으로 길게 하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, when the specific resistance of the temperature sensitive resistor is lower than the reference, the pattern control may be characterized in that the pattern of the temperature sensitive resistor is made long in the longitudinal direction.
이때, 상기 연결다리 형성 단계는, 상기 온도 감응형 저항체의 비저항을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 비저항을 이용하여 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 패턴의 조절을 통해 상기 연결다리를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the connecting bridge forming step, the step of measuring the specific resistance of the temperature sensitive resistor; And forming the connecting bridge by adjusting the pattern to maintain a constant resistance even when the specific resistance deposited between processes using the measured specific resistance is different.
상술한 바와 같이, 본 발명은 볼로미터 적외선 센서의 저항체 비저항이 공정간 편차로 인하여 동일한 저항체 저항을 얻지 못하여 발생되는 볼로미터 성능 변화를 방지하여 규격화된 성능을 갖는 볼로미터 적외선 센서를 양산 할 수 있게 하며 이로 인한 수율 향상을 기대할 수 있게 한다.As described above, the present invention prevents a change in the bolometer performance caused by the resistivity of the resistivity of the bolometer infrared sensor not being obtained due to the inter-process variation, thereby enabling the mass production of the bolometer infrared sensor having the standardized performance. It can be expected to improve yield.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 공정간 저항 균일도를 높이기 위하여 고가의 ion beam sputter를 사용하는 대신에 저가의 RF sputter 방식으로도 공정간의 높은 저항 균일도를 얻을 수 있기 때문에 제조단가 감소 효과를 기대 할 수 있다는 점을 들 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, instead of using an expensive ion beam sputter to increase the resistance uniformity between processes, a high resistance uniformity between processes can be obtained even by a low-cost RF sputter method, so that a manufacturing cost reduction effect can be expected. It can be said that.
도 1a는 종래기술로서 물체온도 T1을 바라봤을 때, 볼로미터 센서 저항 및 출력 전압을 보여주는 신호취득회로(100)의 개념도이다.
도 1b는 종래기술로서 물체온도 T2를 바라봤을 때, 볼로미터 센서 저창 및 출력 전압을 보여주는 신호취득회로(100)의 개념도이다.
도 2a는 종래기술로서 배열내 저항 불균일에 의한 출력(200)의 불균일 및 온도 동영역(210)을 보여주는 그래프이다.
도 2b는 종래기술로서 볼로미터 센서 저항이 작을 경우 저항 불균일에 의한 출력(200)의 불균일 증가 및 온도 동영역(210)의 감소 예시를 보여주는 그래프이다.
도 3은 종래기술로서 공정간 저항체의 불균일 및 웨어퍼내 저항 불균일을 보여주는 그래프이다.
도 4는 종래기술로서 저가의 RF 스퍼터 방식을 이용한 공정간 저항체의 불균일을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 볼로미터 적외선 센서(500)를 A-A'축으로 부분적으로 절개한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 제작 공정을 보여주는 흐름도이다.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 온도 감응형 저항체(540) 및 연결 다리(542) 형상을 보여주는 도면이다.
도 9b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 온도 감응형 저항체(540) 패턴을 조절한 형상을 보여주는 도면이다.
도 9c는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 연결 다리(542) 패턴을 조절한 형상을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 센서의 구간별 저항 보정 배율을 나타내는 표이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 센서의 구간별 저항 보정후 저항 분포를 나타내는 그래프이다.FIG. 1A is a conceptual diagram of a
FIG. 1B is a conceptual diagram of a
FIG. 2A is a graph showing non-uniformity and
FIG. 2B is a graph illustrating an example of an increase in the nonuniformity of the
Figure 3 is a graph showing the nonuniformity of the resistance between the process and resistance in the wafer in the prior art.
Figure 4 is a graph showing the non-uniformity of the inter-process resistor using a low-cost RF sputter method as a prior art.
5 is a perspective view of a bolometer infrared sensor 500 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the bolometer infrared sensor 500 shown in FIG. 5 partially cut along the line AA ′.
7 and 8 are flowcharts illustrating a manufacturing process of the bolometer infrared sensor 500 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a diagram illustrating a temperature
FIG. 9B is a view illustrating a shape in which a temperature
9C is a view illustrating a shape in which a
10 is a table showing a resistance correction ratio for each section of the bolometer sensor according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a resistance distribution after resistance correction for each section of the bolometer sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term “and / or” includes any combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a bolometer infrared sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 사시도이다. 도 5를 참조하면, 볼로미터 적외선 센서(500)에는, 실리콘 기판(510)과, 상기 실리콘 기판(510)의 표면에 적층되는 반사판(520)과, 상기 실리콘 기판(510)의 일측에 구성되어 적외선을 흡수하여 온도 변화를 감지하는 온도 감응형 저항체(540)를 지지하는 금속지지 기둥(530)과, 상기 기둥(530)과 온도 감응형 저항체(540)를 연결하는 연결 다리(542) 등이 구성된다. 5 is a perspective view of a bolometer infrared sensor 500 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the bolometer infrared sensor 500 includes a
도 6은 도 5에 도시된 볼로미터 적외선 센서(500)를 A-A'축으로 부분적으로 절개한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명인 공정간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서는, 신호 취득 회로(Read-Out Integrated Circuit : ROIC)를 포함하고 있는 실리콘 기판(510)과; 상기 실리콘 기판(510) 위에 구성되어 적외선의 반사를 위해 필요한 금속 박막으로 이루어진 반사판(520)과; 상기 반사판(520) 위에 형성된 구조를 지탱하기 위하여 연결다리(542)의 어느 일측에 구성된 적어도 한 개 이상의 금속 지지 기둥(530)과; 상기 금속 지지 기둥(530)에 연결되어 열적으로 고립된 구조를 제공하며, 절연 특성을 갖는 산화물로 구성된 제 1 지지층(550)과; 상기 제 1 지지층(550)위에 형성되어 적외선 흡수율을 높여주는 흡수층(551)과; 상기 흡수층(551) 위에 형성되어 입사되는 적외선을 흡수하여 온도 변화가 발생할 경우에 저항이 변화되며 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 패턴이 조절된 온도 감응형 저항체(540)와; 상기 금속 지지 기둥(530)과 온도 감응형 저항체(540) 박막 사이에 구성되어 금속 지지 기둥(530)과 온도 감응형 저항체(540) 박막을 전기적 신호로 연결하고 이때 온도 감응형 저항체(540)의 비저항에 따라 컨택 간격을 조절하여 일정한 저항을 갖도록 하며 열적 고립 구조를 제공하는 금속이나 전도성 세라믹 박막을 포함하여 구성되는 연결다리(542)와; 상기 연결다리(542) 위에 형성되어 온도 감응형 저항체(540)와 연결다리(542)를 보호해주며, 절연 특성을 갖는 산화물로 구성된 제 2지지층(560)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.FIG. 6 is a cross-sectional view of the bolometer infrared sensor 500 shown in FIG. 5 partially cut along the line AA ′. Referring to FIG. 6, a bolometer infrared sensor having improved inter-process resistance uniformity includes a
이때 상기 반사판(520)은, 알루미늄(Al), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au) 등의 금속성이나 전도성 세라믹 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In this case, the
이때 상기 지지 기둥(530)은 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au)등의 금속성이나 전도성 세라믹 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the
이때 상기 제 1 지지층(550)은, 실리콘 산화물 혹은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 한다.In this case, the
이때 상기 흡수층(551)은, 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 등의 금속성 혹은 전도성 세라믹 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In this case, the absorbing
이때 상기 온도 감응형 저항체(540)는, 비정질 실리콘(amorphous Si), 실리콘-저마늄(SiGe), 산화 바나듐(VOx), 산화 티타늄(TiOx) 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다. In this case, the temperature
또한, 상기 온도 감응형 저항체(540)는 증착시 비저항 모니터링 후 비저항이 달라도 볼로미터 센서 저항(Ract)을 일정하게 유지할 수 있도록 적절한 레이아웃 선택을 통해 패턴되는 것을 특징으로 한다. In addition, the temperature
이때 상기 연결다리(542)는, 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 등의 금속 혹은 전도성 세라믹 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. At this time, the connecting
또한 상기 연결다리(542)는 온도 감응형 저항체(540)와 맞닿는 양단의 컨택 간격 조절이 가능한 레이아웃 선택을 통해 온도 감응형 저항체(540)의 비저항이 달라도 볼로미터 센서 저항(Ract)을 일정하게 유지할 수 있도록 적절한 레이아웃 선택을 통해 패턴되는 것을 특징으로 한다. In addition, the
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 제작 공정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 신호 취득 회로(Read-Out Integrated Circuit : ROIC)를 포함하고 있는 실리콘 기판(510)과; 상기 실리콘 기판(510) 위에 구성되어 적외선의 반사를 위해 필요한 금속 박막으로 이루어진 반사판(520)을 형성하는 단계(S700)와;7 and 8 are flowcharts illustrating a manufacturing process of the bolometer infrared sensor 500 according to an embodiment of the present invention. 7, a
상기 반사판(520) 위에 희생층을 증착하기 위한 희생층을 증착하는 단계(S710)와;Depositing a sacrificial layer for depositing a sacrificial layer on the reflective plate (520) (S710);
상기 희생층 위에 증착되어 열적으로 고립된 구조를 제공하며, 절연 특성을 갖는 산화물로 구성된 제 1 지지층(550)을 형성하는 단계(S720)와;Forming a
상기 제 1 지지층(550) 위에 형성되어 적외선 흡수율을 높여주는 흡수층(520)을 형성하는 단계(S730)와;Forming an
상기 흡수층(520) 위에 형성되어 입사되는 적외선을 흡수하여 온도 변화가 발생할 경우에 저항이 변화되는 온도 감응형 저항체(540)를 증착하는 단계(S740)와;Depositing a temperature sensitive resistor (540) formed on the absorbing layer (520) to absorb incident infrared rays to change resistance when a temperature change occurs (S740);
온도 감응형 저항체(540)의 비저항을 측정하는 단계(S750)와;Measuring a specific resistance of the temperature sensitive resistor 540 (S750);
상기 측정된 비저항을 이용하여 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 패턴이 조절된 온도 감응형 저항체(540)를 형성하는 단계(S760)를 포함하여 구성된다.And forming a temperature-
온도 감응형 저항체(540)가 형성되면, 이 온도 감응형 저항체(540)를 금속지지 기둥(530)과 조립하는 과정이 진행된다. 이를 보여주는 도면이 도 8에 도시된다.When the temperature
도 8을 참조하면, 상기 실리콘 기판(510)과 온도 감응형 저항체(540) 박막 사이에 구성되어 실리콘 기판(510)과 온도 감응형 저항체(540) 박막을 전기적 신호로 연결하고 이때 온도 감응형 저항체(540)의 비저항에 따라 온도 감응형 저항체(540)와 맞닿은 양단의 컨택 간격을 조절하여 일정한 저항을 갖도록 하며 열적 고립 구조를 제공하는 금속이나 전도성 세라믹 박막을 포함하여 구성되는 연결다리(542)를 형성하는 단계(S800)와;Referring to FIG. 8, the
상기 희생층 위에 형성된 구조를 지탱하기 위하여 연결다리(542)의 어느 일측에 구성되어져 실리콘 기판(510)과 맞닿은 적어도 한 개 이상의 지지 기둥(530)을 형성하는 단계(S810)와;Forming at least one
상기 연결다리(542) 위에 형성되어 온도 감응형 저항체(540)와 연결다리(542)를 보호해주며, 절연 특성을 갖는 산화물로 구성된 제 2지지층(560)을 형성하는 단계(S820)와;Forming a
상기 희생층을 제거하기 위한 희생층 제거 단계(S830)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a sacrificial layer removing step (S830) for removing the sacrificial layer.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 온도 감응형 저항체(540) 및 연결 다리(542) 형상을 보여주는 도면이다. 도 9a를 참조하면, 온도 감응형 저항체(540) 증착 후 온도 감응형 저항체(540)의 비저항 및/또는 온도 감응형 저항체(540)와 연결다리(542)의 컨택 간격에 의해 결정된 볼로미터 센서의 저항(R)을 나타낸다.FIG. 9A is a diagram illustrating a temperature
도 9b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서(500)의 온도 감응형 저항체(540) 패턴을 조절한 형상을 보여주는 도면이다. 도 9b를 참조하면, 기준보다 온도 감응형 저항체(540)의 비저항이 낮을 경우 온도 감응형 저항체(540) 저항의 패턴을 길이 방향으로 길게 하여 도 9a와 대비하여 저항을 높이는 것을 의미한다. FIG. 9B is a view illustrating a shape in which a temperature
이를 위해 도 9b에 도시된 온도 감응형 저항체(540)의 패턴에서는 패턴 조절폭(910)이 형성되는 레이아웃을 보여준다. 물론, 이는 이해를 위한 것으로 모양, 폭, 개수는 다양할 수 있다. To this end, the pattern of the temperature
도 9c는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 연결 다리(542) 패턴을 조절한 형상을 보여주는 도면이다. 도 9c는 기준보다 온도 감응형 저항체(540)의 비저항이 높을 경우 연결다리와 맞닿은 양단의 컨택 간격을 좁혀서 도 9c와 대비하여 저항을 작게 만드는 방식이다. 9C is a view illustrating a shape in which a
부연하면, 도 9a에 도시된 연결다리(542)의 간격(d1)보다 더 넓게 큰 간격(도 9c의 d2)을 두게 함으로써 온도 감응형 저항체(540)의 일측과 연결다리(542)의 컨택 간격에 넓어지게 하여 저항을 작게 만드는 방식이다. 물론, 연결다리(542)는 도 9c에 도시된 바와 같이, 제 1 연결다리와 제 2 연결다리 등과 같이 복수의 갯수로 구성될 수 있다. In other words, the contact spacing between the one side of the temperature-
또한, 도 9b와 도 9c에 도시된 방식 중 어느 한 가지 방식을 이용하여 손쉽게 저항을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이때 온도 감응형 저항체 패턴을 위한 레이아웃과 연결다리 패턴을 위한 레이아웃은 NETD, 온도 동영역의 균일도 요구사양, 저항의 공정간 불균일도에 따라 결정하면 된다. In addition, the resistance can be easily kept constant by using any one of the methods shown in FIGS. 9B and 9C. In this case, the layout for the temperature sensitive resistor pattern and the layout for the connection leg pattern may be determined according to the NETD, the uniformity requirements of the temperature dynamic region, and the process nonuniformity of the resistance.
예컨대 증착 비저항의 편차가 ±50% 발생하는 RF(Radio Frequency) sputter를 이용할 때, 이를 ±10% 이내 수준으로 저항 균일도를 맞추고 싶다면 총 9종류의 저항 또는 컨택 패턴을 갖는 레이아웃을 준비하여, 비저항 측정을 통해 이중 하나의 레이아웃을 이용하면 고가의 이온빔 스퍼터(ion beam sputter)를 이용하지 않아도 균일도가 ±10%이내의 균일한 볼로미터 센서 제작이 가능하게 된다. For example, when using a RF (Radio Frequency) sputter with a variation of ± 50% in deposition resistivity, if you want to adjust the resistance uniformity to within ± 10%, prepare a layout with a total of 9 types of resistance or contact patterns to measure resistivity. By using one of these layouts, it is possible to manufacture a uniform bolometer sensor with uniformity within ± 10% without using an expensive ion beam sputter.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 센서의 구간별 저항 보정 배율을 나타내는 표이다. 부연하면, 저가의 RF sputter로 증착 된 도 5에 도시된 종래 볼로미터 센서의 저항 불균일을 보정하기 위하여 온도 감응형 저항체 및 연결다리 패턴을 통하여 기준저항 대비 각각 구간마다 도 10에 도시된 표에 명시된 배율로 패턴이 되었을 경우 조정된 볼로미터 센서의 저항 불균일도이다. 10 is a table showing a resistance correction ratio for each section of the bolometer sensor according to an embodiment of the present invention. In other words, in order to correct the resistance unevenness of the conventional bolometer sensor shown in FIG. 5 deposited with a low-cost RF sputter, the magnification specified in the table shown in FIG. This is the resistance unevenness of the adjusted bolometer sensor in the case of a low pattern.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 볼로미터 센서의 구간별 저항 보정후 저항 분포를 나타내는 그래프이다. 도 11을 참조하면, 온도 감응형 저항체 혹은 연결다리 패턴 조절을 통해 저가의 RF sputter로 증착하여 ±50%의 공정간 균일도를 갖던 볼로미터 제작 공정을 ±10% 이내의 공정간 균일도를 갖는 볼로미터 제작 공정으로 개선될 수 있음 보여준다.11 is a graph showing a resistance distribution after resistance correction for each section of the bolometer sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, a bolometer fabrication process having a uniformity within ± 10% of a bolometer fabrication process having a uniform interprocess uniformity of ± 50% by depositing with a low-cost RF sputter through temperature-sensitive resistor or connecting leg pattern adjustment It can be improved.
저항 보정을 위한 구간의 선정은 양품 기준 조건에 따라 단순화 할 수도 있고 더 세분화 할 수도 있다. 단순화 할 경우 공정 간 균일도는 나빠지지만 보유해야 할 레이아웃 수를 줄일 수 있고 세분화할 경우는 보유해야 할 레이아웃 수는 늘어나지만 공정 간 균일도를 더 높일 수 있다. The selection of sections for resistance compensation can be simplified or further refined according to good reference conditions. Simplification reduces the uniformity between processes, but reduces the number of layouts that need to be retained, while segmenting increases the number of layouts that need to be retained, but increases inter-process uniformity.
500: 볼로미터 적외선 센서
510: 실리콘 기판
520: 반사판
530: 금속지지 기둥
540: 온도 감응형 저항체
542: 연결 다리
550: 제 1지지층
551: 흡수층
560: 제 2지지층
910: 패턴 조절폭
d1,d2: 간격 500: bolometer infrared sensor
510: silicon substrate
520: reflector
530: metal support pillar
540: temperature sensitive resistor
542: connecting bridge
550: first support layer
551: absorbent layer
560: second support layer
910 pattern width
d1, d2: spacing
Claims (25)
상기 실리콘 기판 위에 형성되어 적외선을 반사하는 반사판;
상기 반사판 위에 형성되는 적어도 한 개 이상의 금속 지지 기둥;
상기 금속 지지 기둥에 연결되어 열적으로 고립된 구조를 제공하는 제 1 지지층;
상기 제 1지지층 위에 형성되어 입사되는 적외선의 흡수율을 향상시키는 흡수층;
상기 흡수층 위에 형성되며, 상기 흡수층에 의해 흡수된 적외선에 의하여 온도 변화가 발생하면 저항이 변화되는 온도 감응형 저항체;
상기 금속 지지 기둥과 저항체 사이에 형성되어 상기 신호취득회로와 온도 감응형 저항체를 전기적 신호로 연결하는 연결다리; 및
상기 온도 감응형 저항체와 연결다리를 보호하는 제 2지지층;을 포함하되,
상기 온도 감응형 저항체는 비저항 측정 후 비저항이 달라도 저항을 일정하게 유지할 수 있도록 미리 준비된 다수의 레이아웃 중 하나의 선택을 통해 패턴이 조절되고,
상기 연결다리는 비저항 측정후 비저항이 달라도 저항을 일정하게 유지할 수 있도록 미리 준비된 다수의 레이아웃 중 하나의 선택을 통해 패턴이 조절되고,
상기 패턴은 저가의 RF(Radio Frequency) 스퍼터 방식을 이용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
A silicon substrate having a signal read-out integrated circuit (ROIC);
A reflector formed on the silicon substrate to reflect infrared light;
At least one metal support pillar formed on the reflector;
A first support layer connected to the metal support column to provide a thermally isolated structure;
An absorption layer formed on the first support layer to improve absorption of incident infrared rays;
A temperature sensitive resistor formed on the absorbing layer, the resistance of which changes when a temperature change occurs due to infrared rays absorbed by the absorbing layer;
A connection bridge formed between the metal support pillar and the resistor to connect the signal acquisition circuit and the temperature sensitive resistor with an electrical signal; And
And a second support layer protecting the temperature sensitive resistor and the connection leg.
The temperature sensitive resistor has a pattern adjusted through selection of one of a plurality of layouts prepared in advance so as to maintain a constant resistance even after the specific resistance is different,
The connection leg is adjusted by selecting one of a plurality of layouts prepared in advance to maintain a constant resistance even if the specific resistance is different after measuring the specific resistance,
The pattern is a bolometer infrared sensor to improve the uniformity of the resistance between the process, characterized in that the deposited by using a low-frequency RF (Radio Frequency) sputter method.
상기 반사판은,
알루미늄(Al), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속성 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The reflector is,
Inter-process resistance, characterized in that the metallic or conductive ceramic material containing at least one of aluminum (Al), titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), Ti alloy, gold (Au) Ballometer infrared sensor with improved uniformity.
상기 금속 지지 기둥은,
알루미늄(Al), 텅스텐(W), 질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금, 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The metal support pillar,
It is a metal or conductive ceramic material containing at least one of aluminum (Al), tungsten (W), titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), Ti alloy, gold (Au) A bolometer infrared sensor with improved resistance uniformity between processes.
상기 흡수층은,
질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속성 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The absorption layer,
A bolometer infrared sensor with improved uniformity in resistance between processes, characterized in that it is a metallic or conductive ceramic material containing at least one of titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), and Ti alloy.
상기 제 1 지지층은,
실리콘 산화물 혹은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The first support layer,
A bolometer infrared sensor with improved uniformity of resistance between processes, characterized in that it is silicon oxide or silicon nitride.
상기 온도 감응형 저항체는,
비정질 실리콘(amorphous Si), 실리콘-저마늄(SiGe), 산화 바나듐(VOx), 산화 티타늄(TiOx) 중 적어도 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The temperature sensitive resistor is,
A bolometer infrared sensor with improved uniformity of resistance between processes, characterized in that the material is at least one of amorphous Si, silicon-germanium (SiGe), vanadium oxide (VOx), and titanium oxide (TiOx).
상기 연결다리는,
질화 티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 니켈-크롬(NiCr), Ti합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 혹은 전도성 세라믹 물질인 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The connecting leg,
A bolometer infrared sensor with improved inter-process resistance uniformity, characterized in that the metal or conductive ceramic material containing at least one of titanium nitride (TiN), titanium (Ti), nickel-chromium (NiCr), Ti alloy.
상기 온도 감응형 저항체의 증착 후 측정된 비저항이 미리 설정된 비저항의 기준값보다 낮으면 일정한 저항을 갖도록 하기 위해 상기 패턴 조절은 상기 온도 감응형 저항체의 패턴을 길이 방향으로 길게 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
When the resistivity measured after the deposition of the temperature sensitive resistor is lower than the reference value of the predetermined specific resistance, the pattern adjustment is made by lengthening the pattern of the temperature sensitive resistor in the longitudinal direction. Bolometer infrared sensor with improved resistance uniformity.
상기 연결다리와 온도 감응형 저항체의 컨택은 상기 저항체의 유효면적 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The contact between the connecting bridge and the temperature-sensitive resistor is located within the effective area of the resistor, a bolometer infrared sensor with improved resistance uniformity between processes, characterized in that.
상기 컨택의 간격은 상기 온도 감응형 저항체 증착 후 측정된 비저항에 따라 일정한 저항을 갖도록 미리 준비된 다수의 레이아웃 중 하나의 선택을 통해 패턴되는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
13. The method of claim 12,
The distance between the contacts is patterned through the selection of one of a plurality of layouts prepared in advance to have a constant resistance in accordance with the resistivity measured after the temperature-sensitive resistor is deposited.
상기 온도 감응형 저항체의 증착 후 측정된 비저항이 미리 설정된 비저항의 기준값보다 높으면 일정한 저항을 갖도록 하기 위해 상기 연결 다리와 온도 감응형 저항체가 맞닿은 양단의 컨택의 간격은 좁아지는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
13. The method of claim 12,
Inter-process resistance, characterized in that the distance between the contact between the both ends of the connection leg and the temperature-sensitive resistor in contact with each other in order to have a constant resistance if the specific resistance measured after the deposition of the temperature-sensitive resistor is higher than the reference value of the predetermined specific resistance. Ballometer infrared sensor with improved uniformity.
상기 제 1 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The first support layer has an insulation and heat insulating properties, the bolometer infrared sensor with improved resistance uniformity between processes, characterized in that.
상기 제 2 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 하는 공정 간 저항 균일도를 향상시킨 볼로미터 적외선 센서.
The method of claim 1,
The second support layer is a bolometer infrared sensor with improved resistance uniformity, characterized in that the insulating and insulating properties.
상기 반사판 위에 희생층을 증착하기 위한 희생층 증착단계;
상기 희생층 위에 증착되어 열적으로 고립된 구조를 제공하는 제 1 지지층을 형성하는 제 1 지지층 형성 단계;
상기 제 1 지지층위에 적외선 흡수율을 높여주는 흡수층을 형성하는 흡수층 형성 단계;
상기 흡수층 위에 입사되는 적외선을 흡수하여 온도 변화가 발생하면 저항이 변화되는 온도 감응형 저항체의 패턴을 증착하는 온도 감응형 저항체 증착 단계;
상기 실리콘 기판과 온도 감응형 저항체 사이에 전기적 신호로 연결하고 상기 온도 감응형 저항체의 비저항에 따라 연결다리의 패턴을 형성하는 연결다리 형성 단계;
상기 희생층 위에 형성된 구조를 지탱하기 위하여 연결다리의 어느 일측에 실리콘 기판과 맞닿은 적어도 한 개 이상의 금속 지지 기둥을 형성하는 금속지지 기둥 형성 단계;
상기 연결다리 위에 형성되어 저항체와 연결다리를 보호하는 제 2 지지층을 형성하는 제 2 지지층 형성 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 희생층 제거 단계;를 포함하되,
상기 온도 감응형 저항체 증착 단계는,
상기 온도 감응형 저항체의 비저항을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 비저항을 이용하여 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 다수의 레이아웃 중 하나의 선택을 통해 온도 감응형 저항체를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 연결다리 형성 단계는,
상기 온도 감응형 저항체의 비저항을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 비저항을 이용하여 공정간 증착된 비저항이 달라도 일정한 저항을 유지할 수 있도록 다수의 레이아웃 중 하나의 선택을 통해 상기 연결다리를 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 패턴은 저가의 RF 스퍼터 방식을 이용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법.
A reflector forming step of forming a reflector for reflecting infrared rays on a silicon substrate having a read-out integrated circuit (ROIC);
A sacrificial layer deposition step for depositing a sacrificial layer on the reflective plate;
Forming a first support layer deposited over said sacrificial layer to provide a thermally isolated structure;
An absorbing layer forming step of forming an absorbing layer on the first support layer to increase infrared absorption rate;
A temperature sensitive resistor deposition step of depositing a pattern of a temperature sensitive resistor that absorbs infrared light incident on the absorber layer and changes in resistance when a temperature change occurs;
A connecting bridge forming step of connecting an electrical signal between the silicon substrate and the temperature sensitive resistor and forming a pattern of a connection bridge according to a specific resistance of the temperature sensitive resistor;
A metal support pillar forming step of forming at least one metal support pillar in contact with the silicon substrate on one side of the connecting leg to support the structure formed on the sacrificial layer;
Forming a second support layer formed on the connection bridge to protect the resistor and the connection bridge; And
Including; sacrificial layer removing step of removing the sacrificial layer,
The temperature sensitive resistor deposition step,
Measuring a specific resistance of the temperature sensitive resistor; And
The method further includes forming a temperature sensitive resistor through selection of one of a plurality of layouts to maintain a constant resistance even when the resistivity deposited between processes using the measured resistivity is different.
The connecting bridge forming step,
Measuring a specific resistance of the temperature sensitive resistor; And
The method may further include forming the connecting bridge by selecting one of a plurality of layouts so as to maintain a constant resistance even if the resistivity deposited between processes using the measured resistivity is different.
The pattern is a method of manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that deposited using a low-cost RF sputter method.
상기 온도 감응형 저항체의 증착 후 측정된 비저항이 미리 설정된 비저항의 기준값보다 낮으면 일정한 저항을 갖도록 하기 위해 상기 패턴 조절은 상기 온도 감응형 저항체의 패턴을 길이 방향으로 길게 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법.
The method of claim 18,
When the resistivity measured after the deposition of the temperature sensitive resistor is lower than the reference value of the predetermined resistivity, the pattern control is performed by lengthening the pattern of the temperature sensitive resistor in the longitudinal direction. How to make a sensor.
상기 온도 감응형 저항체의 증착 후 측정된 비저항이 미리 설정된 비저항의 기준값보다 높으면 일정한 저항을 갖도록 하기 위해 상기 연결 다리와 온도 감응형 저항체가 맞닿은 양단의 컨택 간격은 좁아지는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법.
The method of claim 18,
When the resistivity measured after the deposition of the temperature sensitive resistor is higher than the reference value of the predetermined resistivity, in order to have a constant resistance, the contact distance between both ends of the contact between the connection leg and the temperature sensitive resistor is narrowed. How to make.
상기 제 1 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법.
The method of claim 18,
The first support layer has an insulation and a heat insulating property, characterized in that the manufacturing method of the bolometer infrared sensor.
상기 제 2 지지층은 절연 및 단열특성을 가지는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제작 방법.The method of claim 18,
The second support layer is a method of manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that the insulating and insulating properties.
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