KR101410689B1 - Thermoelectron infrared sensor and fabrication method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전형 적외선 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermoelectric infrared sensor and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 열전형 적외선 센서는 서로 다른 두 개의 금속 또는 반도체에 대해 한 쪽을 전기적으로 결합시키고 다른 한 쪽을 개방하는 구조로 형성하고, 결합측과 개방측 사이에 온도차가 발생하면 온도차에 비례하여 기전력(Electromotive force)가 발생하는 제백효과(Seebeck effect)를 이용하는 적외선 감지 소자이다.Generally, a thermoelectric infrared sensor is formed by electrically connecting one of two different metals or semiconductors to each other and opening the other, and when a temperature difference is generated between the coupling side and the open side, It is an infrared sensing device that uses a Seebeck effect that generates electromotive force.
종래 기술로 일본 2011-018689에, 기판에 열전재료층을 밀착시켜 형성한 후, 열전재료층에 완충층을 형성하고, 완충층 양단에 온접점부와 냉접점부를 형성한 적외선 센서가 개시되어 있으나, 이 적외선 센서는 구조는 간단하나 감도를 향상시키는데 한계가 있다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-018689 discloses an infrared sensor in which a thermoelectric material layer is formed in close contact with a substrate, a buffer layer is formed on the thermoelectric material layer, and a temperature contact portion and a cold contact portion are formed on both sides of the buffer layer. The infrared sensor has a simple structure but has limitations in improving the sensitivity.
본 발명은 SOI 기판을 이용하여 소자의 크기를 현격하게 감소시킬 수 있으며, SOI 기판의 단결정 실리콘 재질의 실리콘 스트립 구조를 가지는 열전쌍으로 전기저항을 낮추고, 열저항을 높여 감도를 향상시킬 수 있는 과제를 제공한다.
Disclosure of the Invention The present invention provides a thermocouple having a silicon strip structure of a single crystal silicon material of an SOI substrate, capable of remarkably reducing the size of an element using an SOI substrate, to provide.
본 발명의 일실시예는, In one embodiment of the present invention,
하부실리콘층, 제 1 절연층 및 상부 실리콘층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 상부 실리콘층이 패턴되어서 이격되어 한쌍(雙)(pair)을 이루는 실리콘 스트립들이 구비된 SOI(Silicon on insulator)기판; A silicon on insulator (SOI) substrate having a lower silicon layer, a first insulating layer and an upper silicon layer sequentially stacked, and the upper silicon layers are patterned and spaced apart to form a pair of silicon strips;
상기 실리콘 스트립들 각각에 형성되고, 상기 실리콘 스트립들 각각이 노출되는 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성된 절연층; An insulating layer formed on each of the silicon strips, the insulating layer having a first opening and a second opening, in which each of the silicon strips is exposed;
상기 제 1 개구를 통하여 상기 실리콘 스트립들에 연결된 금속 배선; 및 A metal wiring connected to the silicon strips through the first opening; And
상기 제 2 개구를 통하여 상기 실리콘 스트립들에 연결되고, 상기 제 2 개구에 충진된 금속 배선 위에 형성된 적외선 흡수층을 포함하며, And an infrared absorbing layer connected to the silicon strips through the second opening and formed on the metal wiring filled in the second opening,
상기 적외선 흡수층에 대응되는 상기 하부 실리콘층 영역이 제거된 등방성 동공이 형성되어 상기 제 1 절연층과 실리콘 스트립들의 일부 영역이 부상(浮上)되어 있는 열전형 적외선 센서가 제공된다.
There is provided a thermoelectric infrared sensor in which an isotropic pore having the lower silicon layer region corresponding to the infrared absorbing layer is formed and a part of the first insulating layer and the silicon strips are floated.
그리고, 본 발명의 일실시예에서 상기 부상되어 있는 영역은 상기 실리콘 스트립들이 마주보는 영역이다.In an embodiment of the present invention, the floating region is a region where the silicon strips face each other.
아울러, 상기 절연층은, 상기 실리콘 스트립들 각각에 형성된 제 1 절연층과; 상기 제 1 절연층 상부에 형성된 제 2 절연층으로 구성된다.In addition, the insulating layer may include a first insulating layer formed on each of the silicon strips; And a second insulating layer formed on the first insulating layer.
그리고, 상기 흡수층은 산화알루미늄(Al2O3)이다.
The absorbing layer is aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
본 발명의 일실시예는, In one embodiment of the present invention,
하부에 등방성 동공이 형성되어 있는 SOI(silicon on insulator) 기판; A silicon on insulator (SOI) substrate on which an isotropic pore is formed;
상기 SOI 기판에 형성되어 있는 다이아프레임막; A diaphragm film formed on the SOI substrate;
상기 다이아프레임막의 소정영역에 형성되어 온도를 감지하며, 상기 등방성 동공으로 마이크로 브릿지 구조를 가지는 복수의 열전쌍; 및 A plurality of thermocouples formed in a predetermined region of the diaphragm film to sense temperature and having a microbridge structure with the isotropic pores; And
상기 복수의 열전쌍 상부에 형성되어 있는 흑체를 포함하는 열전형 적외선 센서가 제공된다.
There is provided a thermoelectric infrared sensor including a black body formed on the plurality of thermocouples.
본 발명의 일실시예는, In one embodiment of the present invention,
하부 단결정 실리콘층, 제1절연층 및 상부 단결정 실리콘층이 순차적으로 적층된 SOI 기판을 준비하는 단계와;Preparing a SOI substrate on which a lower single crystal silicon layer, a first insulating layer and an upper single crystal silicon layer are sequentially stacked;
상기 제1절연층이 노출되도록 상기 상부 실리콘층을 패터닝하여 서로 절연 분리되는 복수의 실리콘 스트립들을 형성하는 단계와;Forming a plurality of silicon strips insulated from each other by patterning the upper silicon layer so that the first insulating layer is exposed;
상기 복수의 실리콘 스트립들에 대하여 이온주입하여 p형 실리콘 스트립들 및 n형 실리콘 스트립들을 형성하는 단계와;Implanting the plurality of silicon strips to form p-type silicon strips and n-type silicon strips;
상기 복수의 실리콘 스트립들과 상기 제1절연층에 제2절연층을 형성하는 단계와;Forming a plurality of silicon strips and a second insulating layer on the first insulating layer;
상기 제2절연층을 식각하여 상기 복수의 실리콘 스트립들 각각의 양단부위를 노출시키는 제1과 제2 개구를 형성하고, 상기 제1절연층을 식각하여 마이크로 브릿지 형성을 위한 제 3 개구를 형성하는 단계와;Forming a first opening and a second opening for exposing both ends of each of the plurality of silicon strips by etching the second insulating layer, and etching the first insulating layer to form a third opening for forming a microbridge ;
상기 제2절연층의 상부일부를 커버하고, 상기 제1과 제2 개구를 채우는 금속 배선을 형성하는 단계와;Forming a metal interconnection covering the upper portion of the second insulating layer and filling the first and second openings;
상기 제 2 개구를 통하여 상기 복수의 실리콘 스트립들(130)에 연결되는 금속 배선 위에 적외선 흡수층을 형성하는 단계와; Forming an infrared absorbing layer on a metal wiring connected to the plurality of silicon strips (130) through the second opening;
상기 제 3 개구에 의해 노출된 하부 실리콘층을 등방성 건식 식각하여 상기 제1절연층 하부에 등방성 동공을 형성하는 단계를 포함하는 열전형 적외선 센서의 제조 방법이 제공된다.
And isotropic dry etching the lower silicon layer exposed by the third opening to form an isotropic pore below the first insulating layer.
본 발명의 일실시예는, In one embodiment of the present invention,
SOI 기판을 이용하여 단결정 실리콘 열전쌍을 형성하는 단계; Forming a single crystal silicon thermocouple using an SOI substrate;
상기 열전쌍의 상부에 흑체를 형성하는 단계; Forming a black body on top of the thermocouple;
XeF2 가스를 이용하여 상기 전기적 절연막이 제거된 영역에 있는 SOI 기판의 하부 실리콘 기판을 건식 식각함으로써 등방성 동공을 형성하여 마이크로 브릿지 구조를 가지도록 하는 단계를 포함하는 열전형 적외선 센서의 제조 방법이 제공된다.Forming an isotropic pore by dry etching the lower silicon substrate of the SOI substrate in the region where the electrical insulating film is removed by using XeF 2 gas so as to have a microbridge structure, do.
그리고, 본 발명의 일실시예에서 상기 흑체를 형성하는 단계는, 산화알루미늄(Al2O3)을 원자층 증착법으로 증착하는 단계이다.
In one embodiment of the present invention, the step of forming the black body is a step of depositing aluminum oxide (Al 2 O 3) by atomic layer deposition.
본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서는 SOI 기판을 이용하여 소자의 제작 공정을 더욱 간단하게 해주는 효과가 있다.The thermoelectric infrared sensor of the embodiment of the present invention has the effect of further simplifying the manufacturing process of the device using the SOI substrate.
그리고, 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서는 SOI 기판의 단결정 실리콘 재질의 실리콘 스트립 구조를 가지는 열전쌍으로 전기저항을 낮추고, 열저항을 높여 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
The thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention has a thermoelectric couple having a silicon strip structure of a single crystal silicon material of an SOI substrate and has an effect of improving the sensitivity by lowering the electrical resistance and increasing the thermal resistance.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도1 is a sectional view for explaining a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention;
2 is a plan view for explaining a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용은 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms specifically defined in consideration of the structure and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view for explaining a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서(200)는 하부실리콘층(110), 제 1 절연층(120) 및 상부 실리콘층(130)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 상부 실리콘층(130)이 패턴되어서 이격되어 한쌍(雙)(pair)을 이루는 실리콘 스트립들(131)이 구비된 SOI(Silicon on insulator)기판; 상기 실리콘 스트립들(131) 각각에 형성되고, 상기 실리콘 스트립들(131) 각각이 노출되는 제 1 개구(141) 및 제 2 개구(142)가 형성된 절연층(140); 상기 제 1 개구(141)를 통하여 상기 실리콘 스트립들(131)에 연결된 금속 배선(150); 및 상기 제 2 개구(142)를 통하여 상기 실리콘 스트립들(131)에 연결되고, 상기 제 2 개구(142)에 충진된 금속 배선 위에 형성된 적외선 흡수층(160)을 포함하며, 상기 적외선 흡수층(160)에 대응되는 상기 하부 실리콘층(110) 영역이 제거된 등방성 동공(180)이 형성되어 상기 제 1 절연층(120)과 실리콘 스트립들(131)의 일부 영역이 부상(浮上)되어 있다.The
그러므로, 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서(200)는 SOI 기판을 이용하여 소자의 제작 공정을 간단하게 할 수 있는 것이다.Therefore, the thermoelectric infrared sensor 200 of the embodiment of the present invention can simplify the manufacturing process of the device using the SOI substrate.
상기 실리콘 스트립들(131)은 단결정 실리콘 재질이며, P형 실리콘 스트립과 N형 실리콘 스트립의 다수가 교대로 연결되어 있는 것으로, P형 실리콘 스트립은 단결정 실리콘인 상부 실리콘층(130)에 P형 불순물이 주입되어 구현된 것이고, N형 실리콘 스트립은 단결정 실리콘인 상부 실리콘층(130)에 N형 불순물이 주입되어 구현된 것이다.The
따라서, 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서(200)는 SOI 기판의 단결정 실리콘 재질의 실리콘 스트립 구조를 가지는 열전쌍으로 전기저항을 낮추고, 열저항을 높여 감도를 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the thermoelectric infrared sensor 200 according to an embodiment of the present invention can lower the electrical resistance and improve the sensitivity by increasing the thermal resistance with a thermocouple having a silicon strip structure of a single crystal silicon material of an SOI substrate.
도 2를 참조하여 더 상세하게 설명하면, P형 실리콘 스트립(131a)과 N형 실리콘 스트립(131b)의 다수가 교대로 연결되어 있다. 2, a plurality of P-
이때, 열전형 적외선 센서(200)는 P형 실리콘 스트립(131a)과 N형 실리콘 스트립(131b)의 다수가 교대로 각각 연결된 제 1과 제 2 스트립 그룹이 구비되어 있고, 상기 제 1과 제 2 스트립 그룹은 서로 마주보고 있다.(예컨대, 도 2의 좌측 스트립들이 제 1 스트립 그룹으로 정의되면, 우측 스트립들은 제 2 스트립 그룹으로 정의된다.)At this time, the thermoelectric infrared sensor 200 is provided with first and second strip groups, in which a plurality of P-
상기 제 1과 제 2 스트립 그룹 각각은 복수개의 열전쌍을 구비하고 있고, 상기 제 1과 제 2 스트립 그룹이 대향하는 영역에는 적외선 흡수층(161)이 존재하며, 전술된 바와 같이, 상기 적외선 흡수층(161)은 절연층에 형성된 제 2 개구에 충진된 금속 배선을 통하여 실리콘 스트립들과 연결된다.Each of the first and second strip groups has a plurality of thermocouples and an infrared absorbing
그리고, 상기 제 1과 제 2 스트립 그룹이 대향하는 영역 사이에는 제 3 개구(170)가 형성되어 있고, 상기 제 3 개구(170)와 연통되는 등방성 동공이 상기 제 1과 제 2 스트립 그룹 하부에 형성되어 있어, 상기 제 1과 제 2 스트립 그룹이 대향하는 영역 주변은 다이아프레임(Diaphragm) 막(181)이 된다.A third opening (170) is formed between the regions where the first and second strip groups face each other. An isotropic pore communicating with the third opening (170) is formed below the first and second strip groups And the periphery of the region where the first and second strip groups face each other is a
그리고, 도 2의 '150'은 금속 배선이다.In FIG. 2,
따라서, 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서(200)는 하부에 등방성 동공이 형성되어 있는 SOI(silicon on insulator) 기판; 상기 SOI 기판에 형성되어 있는 다이아프레임막(181); 상기 다이아프레임막(181)의 소정영역에 형성되어 온도를 감지하며, 상기 등방성 동공으로 마이크로 브릿지 구조를 가지는 복수의 열전쌍; 및 상기 복수의 열전쌍 상부에 형성되어 있는 흑체를 포함하여 구성된다.Accordingly, the thermoelectric infrared sensor 200 according to an embodiment of the present invention includes a silicon on insulator (SOI) substrate on which an isotropic pore is formed; A
여기서, 흑체는 적외선 흡수층이다.
Here, the black body is an infrared absorbing layer.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thermoelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 하부 단결정 실리콘층(110), 제1절연층(120) 및 상부 단결정 실리콘층(130)이 순차적으로 적층된 SOI 기판(100)을 준비한다.First, as shown in FIG. 3A, an
상기 SOI 기판(100)은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 방법들로 제조된 SOI 기판일 수 있다. 여기서 상기 상부 실리콘층(130)은 단결정 실리콘을 재질로 할 수 있다. 그리고 상기 하부 실리콘층(110)은 단결정 실리콘을 재질로 할 수 있다. 또한 상기 제1절연층(120)은 실리콘 산화막(SiO2)를 재질로 사용할 수 있다.The
한편, 일반적으로 열전쌍은 p형 실리콘 스트립과 n형 실리콘 스트립을 여러 개 연결하여 제작할 수 있다. 이때 실리콘 스트립을 제작하기 위한 재료로는 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘을 사용하게 된다. 다결정 실리콘을 사용하여 실리콘 스트립을 제작할 경우는 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 산화막 등의 절연층을 형성하고 절연층 상부에 다결정 실리콘을 증착한 후에 절연 분리된 스트립 모양으로 패터닝하여 실리콘 스트립을 제조하는 방식이 사용되었다.In general, a thermocouple can be formed by connecting a plurality of p-type silicon strips and n-type silicon strips. At this time, polycrystalline silicon and monocrystal silicon are used as materials for manufacturing the silicon strip. In the case of manufacturing a silicon strip using polycrystalline silicon, a method of forming an insulating layer such as a silicon oxide film on a silicon wafer, depositing polycrystalline silicon on the insulating layer, and then patterning the insulating strip into a strip shape is used .
그리고 단결정 실리콘을 사용하여 실리콘 스트립을 제작할 경우는 실리콘 웨이퍼 상에 스트립 모양으로 p형 또는 n형 불순물을 이온 주입하여 제작하는 방식이 사용되어 왔다. 여기서 다결정 실리콘 스트립의 제조방법과 같은 방법으로는 단결정 스트립을 제조하는 것이 불가능한 것으로 알려져 있었다.In the case of manufacturing a silicon strip using single crystal silicon, a method of ion implanting p-type or n-type impurity into a strip shape on a silicon wafer has been used. It is known that it is impossible to manufacture a single crystal strip by the same method as the method of manufacturing a polycrystalline silicon strip.
일반적으로 단결정 실리콘을 이용하는 경우는 제백계수는 높지만 구조적으로 열전달 특성이 높은 문제점이 있다. 반면에, 다결정 실리콘을 이용하는 경우는 단결정을 이용하는 경우에 비해 제백계수가 낮아서 감도가 떨어지는 문제점이 있었다. In general, when monocrystalline silicon is used, there is a problem that the whitening coefficient is high but the heat transfer characteristic is structurally high. On the other hand, in the case of using polycrystalline silicon, there is a problem that sensitivity is lowered because the white count is lower than that in the case of using a single crystal.
본 발명에서는 에스오아이(SOI) 기판을 이용하여 단결정 실리콘 재질을 가지면서도 절연 분리된 실리콘 스트립 구조를 가지는 열전쌍의 제조를 통해 열전쌍의 실리콘 스트립의 전기저항은 낮추고 열저항은 높여 감도가 향상되며 고온 분위기에서도 사용가능하도록 한 것이다.In the present invention, by manufacturing a thermocouple having a silicon strip structure having a single-crystal silicon material and a silicon-based insulating structure using an SOI substrate, the electrical resistance of the silicon strip of the thermocouple is lowered and the thermal resistance is increased, As shown in FIG.
그러므로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 건식 식각공정을 통해 상기 제1절연층(120)이 노출되도록 상기 상부 실리콘층(130)을 패터닝하여 서로 절연 분리되는 복수의 실리콘 스트립들(131)을 형성한다.3B, the
상기 건식 식각공정은 플라즈마를 이용한 반응성 이온 식각(RIE(Reactive Ion Etch)) 공정이 이용될 수 있다.The dry etching process may be a reactive ion etching (RIE) process using a plasma.
상기 복수의 실리콘 스트립들(131)은 폭방향으로 인접하여 배열될 수도 있고 기타 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 배열구조를 가질 수 있다.The plurality of silicon strips 131 may be arranged adjacent to each other in the width direction or may have a well-known arrangement structure to those skilled in the art.
다음으로, 이온주입공정을 이용하여 상기 복수의 실리콘 스트립들(131)에 대하여 이온주입(예를 들면, 붕소(B), 인(P)을 주입)을 실시하여 p형 실리콘 스트립들 및 n형 실리콘 스트립들을 형성한다.Next, ion implantation (for example, implanting boron (B) and phosphorus (P)) is performed on the plurality of silicon strips 131 using an ion implantation process to form p-type silicon strips and n-type silicon strips To form silicon strips.
상기 p형 실리콘 스트립들 및 n형 실리콘 스트립들을 서로 교대로 배치되는 구조를 가질 수 있다.The p-type silicon strips and the n-type silicon strips may be alternately arranged.
여기서 상기 이온주입공정은 상기 상부 실리콘층(130) 패터닝 공정전에 수행될 수도 있다.The ion implantation process may be performed before the
그 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 실리콘 스트립들(131)과 상기 제1절연층(120)에 제2절연층(140a)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, a second insulating
상기 제2절연층(140a)은 실리콘 산화막 또는 TEOS(Tetraethoxysilane) 산화막으로 형성될 수 있다.The second insulating
그리고, 식각공정을 이용하여 상기 제2절연층(140a)을 식각하여 상기 복수의 실리콘 스트립들(130) 각각의 양단부위를 노출시키는 제1과 제2 개구(141,142)을 형성하고, 상기 제1절연층(120)을 식각하여 마이크로 브릿지 형성을 위한 제 3 개구(170)를 형성한다.First and
여기서, 상기 제 3 개구(170)는 건식 식각 또는 습식 식각을 이용하여 상기 제2절연층(140a)을 식각하여 하부 실리콘층(110)이 노출되도록 형성한다.
Here, the
계속하여, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제2절연층(140a)의 상부일부를 커버하고, 상기 제 1과 제 2 개구(141,142)를 채우는 금속 배선(150)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, a
상기 금속 배선(150)은 알루미늄을 재질로 하며 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 금속 배선(150)은 상기 제 1과 제 2 개구(141,142)를 채우면서 복수의 실리콘 스트립들(131)의 양단이 서로 직렬연결되는 구조로 형성된다.The
그 다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 금속 배선(150)을 형성한다.
Then, as shown in FIG. 3D, the
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제 2 개구에 형성된 금속 배선(150)의 상부에 적외선 흡수층(160)을 형성한다. 이때, 상기 적외선 흡수층(160)은 원자층 증착(ALD) 방법을 이용하여 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3E, an infrared
여기서, 상기 제 2 개구(142)를 통하여 상기 복수의 실리콘 스트립들(130)에 연결되는 금속 배선(150) 위에 적외선 흡수층(160)을 형성하는 것이다.The
마지막으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 개구(170)에 의해 노출된 하부 실리콘층(110)을 등방성 건식 식각하여 상기 제1절연층(120) 하부에 동공(180)을 형성하여 마이크로 브릿지 구조의 열전형 적외선 센서를 제작한다.Finally, as shown in FIG. 3F, the
여기서, 상기 등방성 실리콘 식각을 위해 제논(XeF2) 가스를 이용한다.Here, xenon (XeF2) gas is used for the isotropic silicon etching.
전술된 제조 공정으로 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서의 제조가 완성된다. 이때, 본 발명의 일 실시예의 열전형 적외선 센서는 SOI 기판을 이용하여 열전쌍을 형성하는 단계; 상기 열전쌍의 상부에 흑체를 형성하는 단계; XeF2 가스를 이용하여 상기 전기적 절연막이 제거된 영역에 있는 SOI 기판의 하부 실리콘 기판을 건식 식각함으로써 등방성 동공을 형성하여 마이크로 브릿지 구조를 가지도록 하는 단계를 포함하는 공정을 수행하여 제조될 수 있는 것이다.
The fabrication process described above completes the fabrication of the thermoelectric infrared sensor of one embodiment of the present invention. In this case, the thermoelectric infrared sensor of the embodiment of the present invention includes the steps of: forming a thermocouple using an SOI substrate; Forming a black body on top of the thermocouple; Etching the lower silicon substrate of the SOI substrate in the region where the electrical insulating film is removed by using XeF 2 gas to form an isotropic pore so as to have a microbridge structure .
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
Claims (8)
상기 실리콘 스트립들 각각에 형성되고, 상기 실리콘 스트립들 각각이 노출되는 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성된 절연층;
상기 제 1 개구를 통하여 상기 실리콘 스트립들에 연결된 금속 배선; 및
상기 제 2 개구를 통하여 상기 실리콘 스트립들에 연결되고, 상기 제 2 개구에 충진된 금속 배선 위에 형성된 적외선 흡수층을 포함하며,
상기 적외선 흡수층에 대응되는 상기 하부 실리콘층 영역이 제거된 등방성 동공이 형성되어 상기 제 1 절연층과 실리콘 스트립들의 일부 영역이 부상(浮上)되어 있고,
상기 한쌍을 이루는 실리콘 스트립들은 서로 연결되는 P형 실리콘 스트립과 N형 실리콘 스트립으로 이루어져 열전쌍(熱電雙)을 형성하는 열전형 적외선 센서.
A silicon on insulator (SOI) substrate having a lower silicon layer, a first insulating layer and an upper silicon layer sequentially stacked, and the upper silicon layers are patterned and spaced apart to form a pair of silicon strips;
An insulating layer formed on each of the silicon strips, the insulating layer having a first opening and a second opening, in which each of the silicon strips is exposed;
A metal wiring connected to the silicon strips through the first opening; And
And an infrared absorbing layer connected to the silicon strips through the second opening and formed on the metal wiring filled in the second opening,
An isotropic pore having the lower silicon layer region corresponding to the infrared absorbing layer is formed, and a part of the first insulating layer and the silicon strips are floated,
Wherein the pair of silicon strips comprises a P-type silicon strip and an N-type silicon strip connected to each other to form a thermocouple.
상기 부상되어 있는 영역은 상기 실리콘 스트립들이 마주보는 영역인 열전형 적외선 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the floating region is a region where the silicon strips face each other.
상기 절연층은,
상기 실리콘 스트립들 각각에 형성된 제 1 절연층과;
상기 제 1 절연층 상부에 형성된 제 2 절연층으로 구성된 열전형 적외선 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
A first insulation layer formed on each of the silicon strips;
And a second insulating layer formed on the first insulating layer.
상기 흡수층은 산화알루미늄(Al2O3)인 열전형 적외선 센서.
The method according to claim 1,
The absorbing layer is aluminum oxide (Al 2 O 3) of thermal type infrared sensors.
상기 제1절연층이 노출되도록 상기 상부 실리콘층을 패터닝하여 서로 절연 분리되는 복수의 실리콘 스트립들을 형성하는 단계와;
상기 복수의 실리콘 스트립들에 대하여 이온주입하여 p형 실리콘 스트립들 및 n형 실리콘 스트립들로 이루어지는 열전쌍을 형성하는 단계와;
상기 복수의 실리콘 스트립들과 상기 제1절연층에 제2절연층을 형성하는 단계와;
상기 제2절연층을 식각하여 상기 복수의 실리콘 스트립들 각각의 양단부위를 노출시키는 제1과 제2 개구을 형성하고, 상기 제1절연층을 식각하여 마이크로 브릿지 형성을 위한 제 3 개구를 형성하는 단계와;
상기 제2절연층의 상부일부를 커버하고, 상기 제1과 제2 개구를 채우는 금속 배선을 형성하는 단계와;
상기 제 2 개구를 통하여 상기 복수의 실리콘 스트립들에 연결되는 금속 배선 위에 적외선 흡수층을 형성하는 단계와;
상기 제 3 개구에 의해 노출된 하부 실리콘층을 등방성 건식 식각하여 상기 제1절연층 하부에 등방성 동공을 형성하는 단계를 포함하는 열전형 적외선 센서의 제조 방법.
Preparing a SOI substrate on which a lower single crystal silicon layer, a first insulating layer and an upper single crystal silicon layer are sequentially stacked;
Forming a plurality of silicon strips insulated from each other by patterning the upper silicon layer so that the first insulating layer is exposed;
Implanting the plurality of silicon strips to form a thermocouple comprising p-type silicon strips and n-type silicon strips;
Forming a plurality of silicon strips and a second insulating layer on the first insulating layer;
Forming first and second openings for exposing both ends of each of the plurality of silicon strips by etching the second insulating layer and etching the first insulating layer to form a third opening for forming a microbridge Wow;
Forming a metal interconnection covering the upper portion of the second insulating layer and filling the first and second openings;
Forming an infrared absorption layer on the metal wiring connected to the plurality of silicon strips through the second opening;
And isotropically dry-etching the lower silicon layer exposed by the third opening to form an isotropic pore below the first insulating layer.
상기 열전쌍의 상부에 흑체를 형성하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 스트립 그룹이 대향하는 사이에 위치하는 전기적 절연막을 제거하여 개구를 형성하는 단계; 및
상기 개구에 의해 노출되는 SOI 기판의 하부 실리콘 기판을 XeF2 가스를 이용하여 건식 식각함으로써 상기 제 1 및 제 2 스트립 그룹 하부에 등방성 동공을 형성하여 마이크로 브릿지 구조를 가지도록 하는 단계를 포함하는 열전형 적외선 센서의 제조 방법.
Forming first and second strip groups having a plurality of thermocouples using an SOI substrate;
Forming a black body on top of the thermocouple;
Removing the electrically insulating film located between the first and second strip groups opposite to each other to form an opening; And
Etching the lower silicon substrate of the SOI substrate exposed by the opening with XeF 2 gas to form an isotropic pore below the first and second strip groups to have a microbridged structure, A method of manufacturing an infrared sensor.
상기 흑체를 형성하는 단계는,
산화알루미늄(Al2O3)을 원자층 증착법으로 증착하는 단계인 열전형 적외선 센서의 제조 방법.
The method of claim 7,
The forming of the black body may include:
A method of manufacturing a thermoelectric infrared sensor, which comprises depositing aluminum oxide (Al2O3) by atomic layer deposition.
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Citations (4)
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| JPH0763343A (en) * | 1993-08-24 | 1995-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heating cooker |
| JP2009229260A (en) | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Toshiba Corp | Infrared ray sensor element |
| JP2011027652A (en) | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Infrared sensor |
| KR20110137900A (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-26 | 지이센싱코리아(주) | Multi-functional sensor for temperature and humidity detection and manufacturing method therefor |
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2013
- 2013-03-28 KR KR1020130033977A patent/KR101410689B1/en active IP Right Grant
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