KR101815631B1 - Micro bolometers with improved fill factor and method of manufacturing micro bolometers - Google Patents
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Abstract
마이크로 볼로미터는 절연층, 전극, 반사층 및 덮개층을 포함한다. 절연층은 제1 상부면 및 제1 상부면보다 낮은 제2 상부면을 갖는다. 전극은 제1 상부면 상에 배치된다. 반사층은 제2 상부면 상에 배치된다. 덮개층은 전극 및 반사층 상에 배치되고, 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화된다.The microbolometer includes an insulating layer, an electrode, a reflective layer, and a cover layer. The insulating layer has a first upper surface and a second upper surface that is lower than the first upper surface. The electrode is disposed on the first upper surface. The reflective layer is disposed on the second upper surface. The cover layer is disposed on the electrode and the reflection layer, defines a cavity overlapping the reflection layer, and the temperature is changed by absorption infrared rays.
Description
본 발명은 적외선 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필 팩터(fill factor)가 향상된 마이크로 볼로미터 및 마이크로 볼로미터의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared ray detection apparatus, and more particularly, to a microbolometer and a method of manufacturing a microbolometer with an improved fill factor.
적외선 감지 장치는 대상체로부터 방출되는 적외선을 감지하는 장치로, 이 중에서 특히 적외선 열영상 감지 장치는 대상체로부터 방출되는 적외선을 감지한 후, 디스플레이 장치를 통해 인간의 눈이 인식할 수 있는 가시광선으로 영상화하는 장치이다.The infrared ray image sensing apparatus senses infrared rays emitted from a target object. The infrared ray image sensing apparatus senses infrared rays emitted from a target object, .
적외선을 감지하는 방법은 크게 극저온 냉각이 반드시 필요한 방식과 상온에서도 동작이 가능한 방식이 있다. 냉각이 필요한 방식은 우수한 감도에도 불구하고, 장치의 부피가 상대적으로 크고 고가일 뿐만 아니라 유지비까지 높다는 단점이 있어 일반적으로 군사용으로만 사용되고 있다. 반면에, 상온에서 동작되는 방식은 비록 감도가 상대적으로 낮지만, 작은 부피, 가격 및 유지비가 낮다는 장점이 있다.There are two methods of detecting infrared rays: a method in which cryogenic cooling is necessary and a method in which the infrared ray can be operated at room temperature. Despite its excellent sensitivity, the method requiring cooling is generally used only for military purposes because it has a disadvantage in that the volume of the device is relatively large, expensive, and high in maintenance cost. On the other hand, the method operated at room temperature has an advantage that the sensitivity is relatively low, but the volume, the cost and the maintenance cost are low.
상온에서 동작되는 방식 중 하나인 마이크로 볼로미터는 어레이(array)의 형태, 즉 마이크로 볼로미터 어레이(Micro Bolometer Array; MBA)로서 제조되어 감시카메라, 의료용장비, 고열증상 환자 탐지 등에 탑재되고 있다. 특히 최근에는 마이크로 볼로미터 어레이를 구성하는 단위 픽셀(pixel)의 크기가 축소되고 있다. 작은 픽셀로 구성된 마이크로 볼로미터 어레이는 적외선을 높은 해상도로 영상화할 수 있고, 소형화된 장비에 탑재될 수 있으며, 무엇보다도 제조단가가 낮아진다는 장점이 있다.The microbolometer, which is operated at room temperature, is manufactured in the form of an array, that is, as a micro bolometer array (MBA), and is installed in surveillance cameras, medical equipment, and detection of patients with hyperthermia. Particularly, in recent years, the size of unit pixels constituting the microbolometer array has been reduced. A microbolometer array consisting of small pixels is capable of imaging infrared rays at high resolution, can be mounted on miniaturized equipment, and has the advantage of lowering the manufacturing cost, among other things.
그러나, 일 픽셀에는 적외선을 감지할 수 없는 구성이 위치하는 비감지 부분이 존재한다. 이러한 비감지 부분의 넓이를 감소시키는 것은 상대적으로 용이하지 않으므로, 픽셀의 크기가 작아질수록 일 픽셀이 갖는 총 넓이에 대한 비감지 부분의 넓이의 비가 증가한다는 문제점이 있다. 다시 말해, 픽셀의 크기를 줄이면 필 팩터(fill factor)가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.However, there is a non-sensing part in one pixel where a configuration that can not detect infrared rays is located. Since it is relatively difficult to reduce the width of the non-sensing portion, the smaller the size of the pixel, the greater the ratio of the width of the non-sensing portion to the total width of one pixel. In other words, if the pixel size is reduced, the fill factor may decrease.
아래의 선행기술문헌은 필 팩터를 증가시키기 위해 픽셀들이 비감지 부분(앵커)을 공유하는 구성을 개시하고 있으나, 비감지 부분 자체의 넓이를 감소시키는 구성을 개시하고 있지는 않다는 문제점이 있다.The following prior art document discloses a configuration in which pixels share a non-sensing part (anchor) to increase the fill factor, but there is a problem in that it does not disclose a configuration for reducing the width of the non-sensing part itself.
본 발명의 일 목적은 비감지 부분의 넓이를 감소시킴으로써 필 팩터가 향상된 마이크로 볼로미터를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a microbolometer in which the fill factor is improved by reducing the width of the non-sensing portion.
본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로 볼로미터를 효율적으로 제조할 수 있는 마이크로 볼로미터 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microbolometer capable of efficiently manufacturing the microbolometer.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터는 제1 상부면 및 상기 제1 상부면보다 낮은 제2 상부면을 갖는 절연층, 상기 제1 상부면 상에 배치되는 전극, 상기 제2 상부면 상에 배치되는 반사층 및 상기 전극 및 상기 반사층 상에 배치되고, 상기 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 덮개층을 포함한다.In order to accomplish one object of the present invention, a microbolometer according to embodiments of the present invention includes an insulating layer having a first top surface and a second top surface lower than the first top surface, An electrode, a reflective layer disposed on the second upper surface, and a cover layer disposed on the electrode and the reflective layer, the cover layer defining a cavity overlapping the reflective layer, the temperature of which is changed by absorption infrared rays.
일 실시예에 의하면, 상기 절연층은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 실리콘 질화물(SiNx), 알루미늄 산화물(AlOx), 탄탈륨 산화물(TaOx), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 티타늄 산화물(TiOx) 또는 스핀 온 글라스(Spin On Glass; SOG) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the insulating layer is formed of a material selected from the group consisting of silicon oxide (SiOx), silicon oxynitride (SiOxNy), silicon nitride (SiNx), aluminum oxide (AlOx), tantalum oxide (TaOx), hafnium oxide (HfOx), zirconium oxide ZrOx), titanium oxide (TiOx), or spin on glass (SOG).
일 실시예에 의하면, 상기 덮개층은 적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층, 상기 적외선 흡수층과 접하고, 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층, 및 상기 전극 및 상기 센서층과 전기적으로 연결되는 앵커 금속을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cover layer includes an infrared absorbing layer including a material that absorbs infrared rays, a sensor layer that contacts the infrared absorbing layer and includes a material whose resistance changes according to the temperature, And may include anchor metal electrically connected thereto.
일 실시예에 의하면, 상기 적외선 흡수층은 티타늄 산화물(TiOx), 이규화몰리브데넘(MoSi2), 규화텅스텐(WSix) 또는 티타늄 질화물(TiN) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 센서층은 오산화바나듐(V2O5), 비결정질 규소(a-Si), 티타늄 산화물 또는 바나듐 텅스텐 산화물(VWOx) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 앵커 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 티타늄 질화물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the infrared absorbing layer may include at least one of titanium oxide (TiOx), molybdenum disilicide (MoSi2), tungsten silicide (WSix), or titanium nitride (TiN) The anchor metal may include at least one of vanadium (V2O5), amorphous silicon (a-Si), titanium oxide or vanadium tungsten oxide (VWOx), and the anchor metal may include at least one of titanium (Ti), chromium (Cr) , Aluminum (Al), or titanium nitride.
일 실시예에 의하면, 상기 앵커 금속은 상기 덮개층의 하중을 지지할 수 있다.According to one embodiment, the anchor metal can support the load of the cover layer.
일 실시예에 의하면, 상기 반사층 또는 상기 전극 중 적어도 하나 이상은 검출 회로에 포함된 금속 배선일 수 있다.According to an embodiment, at least one of the reflective layer or the electrode may be a metal wiring included in the detection circuit.
일 실시예에 의하면, 상기 절연층은 검출 회로에 포함된 절연막일 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer may be an insulating film included in the detection circuit.
일 실시예에 의하면, 상기 공동의 높이는 상기 흡수 적외선이 갖는 파장의 길이의 1/4일 수 있다.According to an embodiment, the height of the cavity may be 1/4 of the wavelength of the absorption infrared rays.
일 실시예에 의하면, 상기 마이크로 볼로미터는 상기 덮개층 상에 배치되고, 상기 덮개층을 외부로부터 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the microbolometer may further include a protective layer disposed on the cover layer and protecting the cover layer from the outside.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터의 제조 방법은 평탄한 상부면을 갖는 반사층 상에 상기 반사층을 덮는 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상에 전극을 형성하는 단계, 상기 절연층의 일부를 제거하여 상기 반사층의 상기 상부면이 노출되는 리세스 구조를 형성하는 단계, 상기 전극 상에 상기 반사층, 상기 절연층 및 상기 전극을 덮는 희생층을 형성하는 단계, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 덮개층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계 및 상기 희생층을 제거하여 상기 반사층과 상기 덮개층 사이에 공동을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a microbolometer, comprising: forming an insulating layer covering the reflective layer on a reflective layer having a flat upper surface; Forming a recess structure in which the upper surface of the reflective layer is exposed by removing a part of the insulating layer; forming a sacrificial layer covering the reflective layer, the insulating layer, and the electrode on the electrode; Forming a cover layer on the sacrificial layer, the cover layer having a temperature changed by absorption infrared rays, and removing the sacrificial layer to form a cavity between the reflective layer and the cover layer.
일 실시예에 의하면, 상기 희생층은 중합체(polymer), 폴리이미드(polyimide), 스핀 온 카본(Spin On Carbon; SOC), 스핀 온 글라스 또는 수소를 포함한 비정질 카본 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the sacrificial layer may include at least one of a polymer, a polyimide, a spin on carbon (SOC), a spin-on glass, or an amorphous carbon containing hydrogen .
일 실시예에 의하면, 상기 덮개층을 형성하는 단계는 하드 마스크를 상기 희생층 상에 형성하는 단계, 적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층을 상기 하드 마스크 상에 형성하는 단계, 및 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층을 상기 적외선 흡수층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of forming the cover layer comprises the steps of forming a hard mask on the sacrificial layer, forming an infrared absorbing layer on the hard mask comprising a material that absorbs infrared rays, And forming a sensor layer on the infrared absorbing layer, the sensor layer including a material whose resistance is changed.
일 실시예에 의하면, 상기 덮개층을 형성하는 단계는 상기 희생층 및 상기 하드 마스크의 일부를 제거하여 상기 전극이 노출되는 제1 컨택 홀을 형성하는 단계, 및 상기 전극 및 상기 센서층과 전기적으로 연결되는 앵커 금속을 상기 제1 컨택 홀 내부에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the capping layer may include removing the sacrificial layer and the hard mask to form a first contact hole through which the electrode is exposed, and electrically connecting the electrode and the sensor layer And forming an anchor metal to be connected inside the first contact hole.
일 실시예에 의하면, 상기 마이크로 볼로미터의 제조 방법은 상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 전극의 전극 상부면이 노출되는 식각 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 덮개층은 상기 전극 상부면 상에 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method may further include forming an etch structure exposing an upper surface of the electrode of the electrode by removing a part of the sacrificial layer, Plane. ≪ / RTI >
일 실시예에 의하면, 상기 덮개층을 형성하는 단계는 상기 전극 상부면이 노출되는 제2 컨택 홀을 갖는 하드 마스크를 상기 전극 상부면 및 상기 희생층 상에 형성하는 단계, 상기 제2 컨택 홀을 채우는 앵커 금속을 상기 하드 마스크 상에 형성하는 단계, 적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층을 상기 하드 마스크 상에 형성하는 단계 및 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하고 상기 앵커 금속과 전기적으로 연결되는 센서층을 상기 적외선 흡수층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the cover layer may include forming a hard mask having a second contact hole exposing the upper surface of the electrode on the electrode upper surface and the sacrifice layer, Forming an anodic fill metal on the hard mask, forming an infrared absorbing layer on the hard mask, the infrared absorbing layer including a material that absorbs infrared light, and a material whose resistance varies according to the temperature, And forming a sensor layer on the infrared absorbing layer.
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터는 제1 상부면보다 낮은 제2 상부면에 반사층이 배치되므로, 덮개층과 전극 사이의 전기적 연결을 위해 덮개층과 제1 상부면 사이에 형성되는 컨택 홀의 깊이 및 넓이가 감소될 수 있다. 그 결과, 컨택 홀에 의해 형성되는 비감지 부분의 넓이 또한 감소될 수 있고, 필 팩터가 향상될 수 있다.The microbolometer according to embodiments of the present invention has a reflective layer disposed on a second upper surface lower than the first upper surface so that the depth of the contact hole formed between the cover layer and the first upper surface for electrical connection between the cover layer and the electrode And the width can be reduced. As a result, the width of the non-sensing portion formed by the contact hole can also be reduced, and the fill factor can be improved.
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터 제조 방법은 절연층의 일부를 제거하여 반사층의 상부면이 노출되는 리세스 구조를 형성함으로써 상기 마이크로 볼로미터를 효율적으로 제조할 수 있다.The method of manufacturing a microbolometer according to embodiments of the present invention can efficiently manufacture the microbolometer by forming a recess structure in which a part of the insulating layer is removed to expose the upper surface of the reflective layer.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 1의 마이크로 볼로미터의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 15는 도 3의 마이크로 볼로미터를 제조하는 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16은 도 1의 마이크로 볼로미터의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 17 내지 도 28은 도 16의 마이크로 볼로미터를 제조하는 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a microbolometer according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a microbolometer according to embodiments of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing one embodiment of the microbolometer of FIG.
FIGS. 4 to 15 are sectional views for explaining an embodiment of a manufacturing method for manufacturing the microbolometer of FIG.
16 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microbolometer of FIG.
17 to 28 are sectional views for explaining another embodiment of the manufacturing method for manufacturing the microbolometer of FIG.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a microbolometer according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 마이크로 볼로미터(100)는 절연층(120), 전극(140), 반사층(160) 및 덮개층(180)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 마이크로 볼로미터(100)는 보호층(190)을 더 포함할 수 있다. 한편, 덮개층(180)은 적외선 흡수층(184), 센서층(186) 및 앵커 금속(188)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 덮개층(180)은 하드 마스크를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
절연층(120)은 제1 상부면(A) 및 제2 상부면(B)을 가질 수 있다. 제2 상부면은(B)은 제1 상부면(A)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 상부면(A)과 제2 상부면(B) 사이의 경계에는 단차가 형성될 수 있다. 한편, 제1 상부면(A) 및/또는 제2 상부면(B)은 실질적으로 평탄할 수 있다.The
절연층(120)은 전류를 실질적으로 차단하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연층(120)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNy), 알루미늄 산화물(AlOx), 탄탈륨 산화물(TaOx), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 티타늄 산화물(TiOx), 스핀 온 글라스(Spin On Glass; SOG) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.The
절연층(120)은 별도의 구성요소가 아닌 기존에 마이크로 볼로미터(100)를 구성하던 부재 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 절연층(120)은 흡수 적외선(L1, L3)의 세기를 판단하는 검출 회로에 포함된 절연막일 수 있다.The
전극(140)은 제1 상부면(A) 상에 배치될 수 있다. 전극(140)은 절연층(120)과 달리 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 전극(140)은 금속, 합금, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극(140)은 알루미늄(Al), 알루미늄을 함유하는 합금, 알루미늄 질화물(AlNx), 은(Ag), 은을 함유하는 합금, 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WNx), 구리(Cu), 구리를 함유하는 합금, 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 몰리브데늄을 함유하는 합금, 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiNx), 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 네오디뮴(Nd), 스칸듐(Sc), 탄탈륨 질화물(TaNx), 스트론튬 루테늄 산화물(SrRuxOy), 아연 산화물(ZnOx), 인듐 주석 산화물(ITO), 주석 산화물(SnOx), 인듐 산화물(InOx), 갈륨 산화물(GaOx), 인듐 아연 산화물(IZO) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.The
전극(140)은 덮개층(180)의 하중(W)을 지지할 수 있다. 실시예에 따라, 전극(140)은 앵커 금속(188)과 접할 수 있고, 이 때 전극(140)은 앵커 금속(188)을 지지함으로써 덮개층(180)의 하중(W)을 지지할 수 있다. 실시예에 따라, 전극(140)은 덮개층(180) 및 덮개층(180) 상에 배치되는 추가적인 부재(예를 들어, 보호층(190))의 전체 하중(W')을 지지할 수 있다.The
전극(140)은 덮개층(180)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전극(140)은 흡수 적외선(L1, L3)의 세기를 판단하는 검출 회로에 포함된 검출 회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극(140)은 별도의 부재를 통해 검출 회로에 포함된 전기 배선과 전기적으로 연결될 수 있고, 앵커 금속(188)을 통해 덮개층(180)에 포함된 센서층(186)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 센서층(186)에서 생성된 전류(I)는 앵커 금속(188) 및 전극(140)을 통해 검출 회로로 흐를 수 있다. 실시예에 따라, 반사층(160)이 검출 회로에 포함된 금속 배선일 수 있다. 이 경우, 센서층(186)에서 생성된 전류(I)는 전극(149)에서 반사층(160)으로 흐르는 전류(I')와 실질적으로 동일할 수 있다.The
반사층(160)은 제2 상부면(B) 상에 배치될 수 있다. 반사층(160)은 입사되는 다른 적외선(L2)을 반사함으로써 반사 적외선(L3)을 생성할 수 있다. 다른 적외선(L2)의 위상과 반사 적외선(L3)의 위상은 실질적으로 180도 차이를 가질 수 있다.The
전극(140) 및/또는 반사층(160)은 별도의 구성요소가 아닌 기존에 마이크로 볼로미터(100)를 구성하던 부재 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 전극(140) 또는 반사층(160) 중 적어도 하나 이상은 흡수 적외선(L1, L3)의 세기를 판단하는 검출 회로에 포함된 금속 배선일 수 있다. 별도의 부재가 아닌 검출 회로를 반사층(160)으로 활용함으로써, 마이크로 볼로미터(100)를 경제적으로 제조할 수 있다.The
덮개층(180)은 반사층(160) 및 전극(140) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 덮개층(180)은 전극(140)에 접할 수 있다. 또한, 덮개층(180)은 반사층(160)과 중첩하는 공동(CA1)을 정의할 수 있다.The
실시예에 따라, 공동(CA1)의 높이(C)는 흡수 적외선(L1, L3)의 파장의 길이의 1/4과 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서, 파장의 길이는 공동(CA1) 내부에 배치되는 적외선 투과성 물질에 따라 상이할 수 있다. 반사 적외선(L3)의 위상과 다른 적외선(L2)의 위상은 180도의 차이를 가질 수 있고, 다른 적외선(L2) 및 반사 적외선(L3)이 공동(CA1)을 왕복하는 동안 위상이 180도(파장의 길이의 1/2) 변화되므로, 덮개층(180)이 흡수하는 일 적외선(L1)의 위상과 반사 적외선(L3)의 위상은 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말해, 일 적외선(L1)과 반사 적외선(L3)은 서로 보강간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, 공동(CA1)의 높이가 흡수 적외선(L1, L3)의 파장의 길이의 1/4일 경우 흡수 덮개층(180)이 흡수 적외선(L1, L3)을 효율적으로 흡수할 수 있다.According to the embodiment, the height C of the cavity CA1 may be substantially equal to 1/4 of the wavelength of the absorption infrared rays L1 and L3. Here, the length of the wavelength may be different depending on the infrared transmitting material disposed inside the cavity CA1. The phase of the reflected infrared ray L3 and the phase of the other infrared ray L2 may have a difference of 180 degrees while the other infrared ray L2 and the reflected infrared ray L3 travel in the cavity CA1 while the phase is 180 degrees The phase of one infrared ray L1 absorbed by the
덮개층(180)은 적외선을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)는 흡수 적외선(L1, L3)을 흡수할 수 있다. 덮개층(180)은 입사되는 외부 적외선(L1, L2) 중 일 적외선(L1)을 흡수할 수 있고, 다른 적외선(L2)을 통과시킬 수 있다. 통과된 다른 적외선(L2)은 반사층(160)에서 반사될 수 있고, 덮개층(180)은 반사층(160)이 생성한 반사 적외선(L3)을 흡수할 수 있다.The
덮개층(180)은 흡수 적외선(L1, L3)에 의해 온도가 변화될 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)은 흡수 적외선(L1, L3)의 크기에 비례하는 열량을 생성할 수 있고, 적외선 흡수층(184)이 생성한 열량은 인접한 센서층(186)에 전달될 수 있다. 그 결과, 적외선 흡수층(184) 및 센서층(186)의 온도가 상승할 수 있다.The
덮개층(180)은 적외선 흡수층(184) 및 센서층(186)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 덮개층(180)은 앵커 금속(188)을 더 포함할 수 있다.The
적외선 흡수층(184)은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)은 티타늄 산화물, 이규화몰리브데넘(MoSi2), 규화텅스텐(WSix), 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.The infrared
센서층(186)은 적외선 흡수층(184)과 실질적으로 접할 수 있다. 일 실시예에서, 센서층(186)은 적외선 흡수층(184)과 직접적으로 접할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서층(186)은 열전도성 물질을 사이에 두고 적외선 흡수층(184)과 간접적으로 접할 수 있다.The
센서층(186)은 온도에 따라 저항이 실질적으로 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서층(186)은 오산화바나듐(V2O5), 비결정질 규소(a-Si), 티타늄 산화물, 바나듐 텅스텐 산화물(VWOx) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 적외선 흡수층(184)이 흡수한 흡수 적외선(L1, L3)의 세기가 증가할수록 센서층(186)의 온도가 증가하므로, 흡수 적외선(L1, L3)의 세기가 증가할수록 센서층(186)의 저항도 증가할 수 있다. 센서층(186)의 저항이 증가될 경우, 센서층(186)에서 생성된 전류(I)는 감소될 수 있다. 따라서, 검출 회로는 센서층(186)에서 생성된 전류(I)의 크기에 기초하여 흡수 적외선(L1, L3)의 세기를 판단할 수 있다.The
앵커 금속(188)은 전극(140) 및 센서층(186)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 앵커 금속(188)은 일단에서 전극(140)과 접할 수 있고, 타단에서 센서층(186)과 접할 수 있다. 그 결과, 센서층(186)에서 생성된 전류(I)는 앵커 금속(188)을 통해 전극(140)으로 흐를 수 있다. The
앵커 금속(188)은 전극(140)과 센서층(186) 사이에 배치될 수 있고, 덮개층(180)의 하중을 지지할 수 있다. 이 경우, 덮개층(180)의 하중은 앵커 금속(188)을 통해 전극(140)에 전달될 수 있다.The
앵커 금속(188)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 앵커 금속(188)은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.The
보호층(190)은 덮개층(180) 상에 배치될 수 있다. 보호층(190)은 덮개층(180)을 외부로부터 보호할 수 있다. 따라서, 보호층(190)은 덮개층(180)을 외부로부터 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층(190)은 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.The
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터(100)는 제1 상부면(A)보다 낮은 제2 상부면(B)에 반사층(160)이 배치되므로, 덮개층(180)과 전극(140) 사이의 전기적 연결을 위해 덮개층(180)과 제1 상부면(A) 사이에 형성되는 컨택 홀의 깊이 및 넓이가 감소될 수 있다. 그 결과, 컨택 홀에 의해 형성되는 비감지 부분의 넓이 또한 감소될 수 있고, 필 팩터가 향상될 수 있다.The
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a microbolometer according to embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 마이크로 볼로미터를 제조함에 있어서, 반사층 상에 절연층이 형성(S110)될 수 있고, 절연층 상에 전극이 형성(S120)될 수 있으며, 절연층의 일부를 제거하여 리세스 구조가 형성(S130)될 수 있다. 또한, 전극 상에 희생층(S140)이 형성될 수 있고, 희생층 상에 덮개층(S150)이 형성될 수 있으며, 희생층을 제거하여 공동이 형성(S160)될 수 있다. 실시예에 따라, 덮개층 상에 보호층이 형성될 수 있다.2, an insulating layer may be formed on the reflective layer (S110), an electrode may be formed on the insulating layer (S120), a portion of the insulating layer may be removed, A structure may be formed (S130). Also, a sacrificial layer (S140) may be formed on the electrode, a cover layer (S150) may be formed on the sacrificial layer, and a sac may be formed (S160) by removing the sacrificial layer. According to an embodiment, a protective layer may be formed on the cover layer.
반사층 상에 절연층이 형성(S110)됨에 있어서, 반사층은 평탄한 상부면을 가질 수 있고, 절연층으로 덮일 수 있다. 절연층은 전류를 실질적으로 차단하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.When an insulating layer is formed on the reflective layer (S110), the reflective layer may have a flat upper surface and be covered with an insulating layer. The insulating layer may be made of an insulating material that substantially blocks the current. For example, the insulating layer may include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
절연층 상에 전극이 형성(S120)됨에 있어서, 전극은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 전극은 금속, 합금, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 알루미늄, 알루미늄을 함유하는 합금, 알루미늄 질화물, 은, 은을 함유하는 합금, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 구리, 구리를 함유하는 합금, 니켈, 크롬, 몰리브데늄, 몰리브데늄을 함유하는 합금, 티타늄, 티타늄 질화물, 백금, 탄탈륨, 네오디뮴, 스칸듐, 탄탈륨 질화물, 스트론튬 루테늄 산화물, 아연 산화물, 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 아연 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.When an electrode is formed on the insulating layer (S120), the electrode may be made of a conductive material through which a current can substantially flow. In other words, the electrode may include a metal, an alloy, a metal nitride, a conductive metal oxide, a transparent conductive material, or the like. For example, the electrode may be formed of a material selected from the group consisting of aluminum, an alloy containing aluminum, aluminum nitride, silver, an alloy containing silver, an alloy containing tungsten, tungsten nitride, copper, copper, nickel, chromium, molybdenum, molybdenum Titanium, titanium nitride, platinum, tantalum, neodymium, scandium, tantalum nitride, strontium ruthenium oxide, zinc oxide, indium tin oxide, tin oxide, indium oxide, gallium oxide, indium zinc oxide and the like. These may be used alone or in combination with each other.
리세스 구조가 형성(S130)됨에 있어서, 절연층의 일부는 제거될 수 있다. 또한, 리세스 구조는 반사층의 상부면이 노출되는 구조일 수 있다. 예를 들어, 절연층 중 반사층 상에 위치하는 부분을 부분적으로 식각함으로써, 반사층의 상부면이 노출될 수 있다.When the recess structure is formed (S130), a part of the insulating layer can be removed. Further, the recess structure may be a structure in which the upper surface of the reflective layer is exposed. For example, by partially etching the portion of the insulating layer that is located on the reflective layer, the upper surface of the reflective layer can be exposed.
전극 상에 희생층이 형성(S140)됨에 있어서, 반사층, 절연층 및 전극은 희생층으로 덮일 수 있다. 희생층은 추후에 제거될 수 있다. 따라서, 희생층은 제거되기에 충분히 용이한 유기물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 희생층은 스핀 온 카본(Spin On Carbon; SOC), 스핀 온 글라스, 중합체(polymer), 폴리이미드(polyimide), 수소를 포함한 비정질 카본 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.In forming a sacrificial layer on the electrode (S140), the reflective layer, the insulating layer, and the electrode may be covered with a sacrificial layer. The sacrificial layer may be removed at a later time. Thus, the sacrificial layer can be made of an organic material that is sufficiently easy to remove. For example, the sacrificial layer may include spin on carbon (SOC), spin on glass, polymer, polyimide, amorphous carbon including hydrogen, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
희생층 상에 덮개층이 형성(S150)됨에 있어서, 덮개층은 흡수 적외선에 의해 온도가 변화될 수 있다. 덮개층이 형성(S150)되는 제1 실시예에 있어서, 덮개층은 희생층 상에 바로 형성될 수 있다. 한편 덮개층이 형성(S150)되는 제2 실시예에 있어서, 희생층의 일부를 제거하여 전극의 전극 상부면이 노출되는 식각 구조가 형성될 수 있다. 이 경우, 추후에 형성되는 덮개층은 전극 상부면 상에 형성될 수 있다.As the cover layer is formed on the sacrificial layer (S150), the cover layer can be temperature-changed by absorption infrared rays. In the first embodiment in which the cover layer is formed (S150), the cover layer may be formed directly on the sacrificial layer. On the other hand, in the second embodiment in which the cover layer is formed (S150), an etch structure may be formed in which a part of the sacrifice layer is removed to expose the electrode upper surface of the electrode. In this case, a cover layer to be formed later may be formed on the electrode upper surface.
덮개층이 형성(S150)되는 제1 실시예에 있어서, 희생층 상에 하드 마스크가 형성될 수 있고, 희생층 및 하드 마스크의 일부를 제거하여 제1 컨택 홀이 형성될 수 있으며, 앵커 금속이 제1 컨택 홀 내부에 형성될 수 있다. 또한, 하드 마스크 상에 적외선 흡수층이 형성될 수 있고, 적외선 흡수층 상에 센서층이 형성될 수 있다.In the first embodiment in which the cover layer is formed (S150), a hard mask may be formed on the sacrificial layer, a first contact hole may be formed by removing a part of the sacrificial layer and the hard mask, And may be formed inside the first contact hole. Further, an infrared absorbing layer may be formed on the hard mask, and a sensor layer may be formed on the infrared absorbing layer.
하드 마스크는 추후에 제1 컨택 홀을 형성하기 위해 하드 마스크 상에 임시적으로 형성되는 포토레지스트(PhotoResist; PR)와 희생층 사이에 형성될 수 있다. 희생층과 포토레지스트는 물리적 및/또는 화학적으로 유사한 성질을 가질 수 있다. 따라서, 하드 마스크는 유사한 성질을 갖는 희생층 및 포토레지스트를 서로 구분하기 위해 형성될 수 있다.The hard mask may be formed between the photoresist (PR) temporarily formed on the hard mask to form the first contact hole and the sacrificial layer. The sacrificial layer and the photoresist may have physical and / or chemically similar properties. Thus, a hard mask can be formed to distinguish the photoresist from the sacrificial layer having similar properties.
제1 컨택 홀 및 앵커 금속이 형성됨에 있어서, 희생층 및 하드 마스크의 일부가 제거될 수 있다. 그 결과, 형성된 제1 컨택 홀에 의해 전극이 노출될 수 있고, 제1 컨택홀 내부에 앵커 금속이 형성될 수 있다. 앵커 금속이 제1 컨택 홀 내부에 형성된 결과, 앵커 금속은 전극 및 추후에 형성될 센서층과 전기적으로 연결될 수 있다.In forming the first contact hole and the anchor metal, the sacrificial layer and a part of the hard mask may be removed. As a result, the electrode can be exposed by the formed first contact hole, and the anchor metal can be formed inside the first contact hole. As a result of the anchor metal being formed inside the first contact hole, the anchor metal can be electrically connected to the electrode and the sensor layer to be formed later.
하드 마스크 상에 적외선 흡수층이 형성됨에 있어서, 적외선 흡수층은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층은 티타늄 산화물, 이규화몰리브데넘, 규화텅스텐, 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.In forming the infrared absorbing layer on the hard mask, the infrared absorbing layer may include a material that absorbs infrared rays. For example, the infrared absorbing layer may include titanium oxide, molybdenum disilicide, tungsten silicide, titanium nitride, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
적외선 흡수층 상에 센서층이 형성됨에 있어서, 센서층은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서층은 오산화바나듐, 비결정질 규소, 티타늄 산화물, 바나듐 텅스텐 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.In the case where the sensor layer is formed on the infrared absorbing layer, the sensor layer may include a material whose resistance varies with temperature. For example, the sensor layer may include vanadium pentoxide, amorphous silicon, titanium oxide, vanadium tungsten oxide, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
한편, 덮개층이 형성(S150)되는 제2 실시예에 있어서, 전극 상부면 및 희생층 상에 제2 컨택 홀을 갖는 하드 마스크가 형성될 수 있고, 하드 마스크 상에 제2 컨택 홀을 채우는 앵커 금속이 형성될 수 있으며, 하드 마스크 상에 적외선 흡수층이 형성될 수 있고, 적외선 흡수층 상에 센서층이 형성될 수 있다.On the other hand, in the second embodiment in which the cover layer is formed (S150), a hard mask having a second contact hole on the electrode upper surface and the sacrifice layer may be formed, and an anchor A metal may be formed, an infrared absorbing layer may be formed on the hard mask, and a sensor layer may be formed on the infrared absorbing layer.
하드 마스크 및 앵커 금속이 형성됨에 있어서, 전극 상부면 및 희생층 상에 형성되는 하드 마스크는 전극 상부면이 노출되는 제2 컨택 홀을 가질 수 있다. 예를 들어, 하드 마스크를 부분적으로 제거함으로써 하드 마스크에 제2 컨택홀이 형성될 수 있다. 제2 컨택 홀 내부에 앵커 금속이 형성될 수 있다. 예를 들어, 앵커 금속은 제2 컨택 홀을 채울 수 있다. 앵커 금속이 제2 컨택 홀 내부에 형성된 결과, 앵커 금속은 전극 및 추후에 형성될 센서층과 전기적으로 연결될 수 있다.In the formation of the hard mask and the anchor metal, the hard mask formed on the electrode upper surface and the sacrificial layer may have a second contact hole through which the electrode upper surface is exposed. For example, a second contact hole may be formed in the hard mask by partially removing the hard mask. An anchor metal may be formed inside the second contact hole. For example, the anchor metal may fill the second contact hole. As the anchor metal is formed inside the second contact hole, the anchor metal can be electrically connected to the electrode and the sensor layer to be formed later.
하드 마스크 상에 적외선 흡수층이 형성됨에 있어서, 적외선 흡수층은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층은 티타늄 산화물, 이규화몰리브데넘, 규화텅스텐, 티타늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.In forming the infrared absorbing layer on the hard mask, the infrared absorbing layer may include a material that absorbs infrared rays. For example, the infrared absorbing layer may include titanium oxide, molybdenum disilicide, tungsten silicide, titanium nitride, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
적외선 흡수층 상에 센서층이 형성됨에 있어서, 센서층은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서층은 오산화바나듐, 비결정질 규소, 티타늄 산화물, 바나듐 텅스텐 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.In the case where the sensor layer is formed on the infrared absorbing layer, the sensor layer may include a material whose resistance varies with temperature. For example, the sensor layer may include vanadium pentoxide, amorphous silicon, titanium oxide, vanadium tungsten oxide, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
마지막으로, 덮개층 상에 보호층이 형성됨에 있어서, 보호층은 덮개층을 외부로부터 보호할 수 있다. 따라서, 보호층은 덮개층을 외부로부터 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층은 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.Finally, when the protective layer is formed on the cover layer, the protective layer can protect the cover layer from the outside. Thus, the protective layer may comprise a material capable of sufficiently blocking the cover layer from the outside. For example, the protective layer may include silicon oxynitride, silicon nitride, silicon oxide, and the like. These may be used alone or in combination with each other.
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터 제조 방법은 절연층의 일부를 제거하여 반사층의 상부면이 노출되는 리세스 구조를 형성(S130)함으로써 상기 마이크로 볼로미터를 효율적으로 제조할 수 있다.In the method of manufacturing a microbolometer according to embodiments of the present invention, the microbolometer can be efficiently manufactured by forming a recess structure in which a part of the insulating layer is removed to expose an upper surface of the reflective layer (S130).
도 3은 도 1의 마이크로 볼로미터의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 4 내지 도 15는 도 3의 마이크로 볼로미터를 제조하는 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.FIG. 3 is a cross-sectional view showing one embodiment of the microbolometer of FIG. 1, and FIGS. 4 to 15 are cross-sectional views illustrating an embodiment of a manufacturing method of manufacturing the microbolometer of FIG.
도 3을 참조하면, 마이크로 볼로미터(200)는 절연층(220), 전극(240), 반사층(260), 덮개층(280) 및 보호층(290)을 포함할 수 있다. 한편, 덮개층(280)은 하드 마스크(282), 적외선 흡수층(284), 센서층(286) 및 앵커 금속(288)을 포함할 수 있고, 덮개층(280)은 반사층(260)과 중첩하는 공동(CA2)을 정의할 수 있다. 실시예에 따라, 마이크로 볼로미터(200)는 배선층(262) 및 배선 부재(264)를 더 포함할 수 있다.3, the
배선층(262)은 반사층(260)과 동시에 형성될 수 있고, 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라, 배선층(262) 및 반사층(260)은 검출회로에 포함된 금속 배선일 수 있다.The
배선 부재(264)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 배선 부재(264)는 전극(240) 및 배선층(262)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 전극(240)은 배선 부재(264)를 통해 검출 회로에 포함된 전기 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.The
도 4를 참조하면, 평탄한 상부면을 갖는 반사층(260) 상에 반사층(260)을 덮는 절연층(220)이 형성될 수 있다. 절연층(220)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 반사층(260)은 흡수 적외선의 세기를 판단하는 검출 회로일 수 있고, 절연층(220)은 전류를 실질적으로 차단하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4, an insulating
도 5를 참조하면, 절연층(220) 상에 전극(240)이 형성될 수 있다. 전극(240)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 전극(240)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5, an
도 5 및 도 6을 참조하면, 절연층(220)의 일부(R1)를 제거하여 반사층(260)의 상부면이 노출되는 리세스 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(220) 중 반사층(260) 상에 위치하는 일부(R1)를 부분적으로 식각함으로써, 반사층(260)의 상부면이 노출될 수 있다.5 and 6, a recess structure may be formed in which a portion R1 of the insulating
도 7을 참조하면, 전극(240) 상에 반사층(260), 절연층(220) 및 전극(240)을 덮는 희생층(250)이 형성될 수 있다. 희생층(250)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 희생층(250)은 추후에 제거될 수 있다. 따라서, 희생층(250)은 제거되기에 충분히 용이한 유기물로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 7, a
도 8을 참조하면, 희생층(250) 상에 하드 마스크(282)가 형성될 수 있다. 하드 마스크(282)는 추후에 제1 컨택 홀을 형성하기 위해 하드 마스크(282) 상에 임시적으로 형성되는 포토레지스트와 희생층(250) 사이에 형성될 수 있다. 희생층(250)과 포토레지스트는 물리적 또는 화학적으로 유사한 성질을 가질 수 있다. 따라서, 하드 마스크(282)는 유사한 성질을 갖는 희생층(250) 및 포토레지스트를 서로 구분하기 위해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, a
도 8 및 도 9를 참조하면, 희생층(250) 및 하드 마스크(282)의 일부(R2)를 제거하여 전극(240)이 노출되는 제1 컨택 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(250) 및 하드 마스크(282)의 일부(R2)를 부분적으로 식각하여 제1 컨택 홀이 생성될 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, the
도 10을 참조하면, 전극(240) 및 추후에 생성될 센서층(286)과 전기적으로 연결되는 앵커 금속(288)이 제1 컨택 홀 내부에 형성될 수 있다. 앵커 금속(288)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 앵커 금속(288)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 10, an
도 11을 참조하면, 하드 마스크(282) 상에 적외선 흡수층(284)이 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(284)은 패턴화되어 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(284)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 적외선 흡수층(284)은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, an infrared
도 12를 참조하면, 적외선 흡수층(284) 상에 센서층(286)이 형성될 수 있다. 센서층(286)은 적외선 흡수층(284)을 덮을 수 있다. 센서층(286)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 센서층(286)은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, a
도 13을 참조하면, 덮개층(280) 상에 보호층(290)이 형성될 수 있다. 보호층(290)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 보호층(290)은 덮개층(280)을 외부로부터 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, a
도 13 및 도 14를 참조하면, 희생층(250), 덮개층(280) 및 보호층(290)의 일부(R3)가 제거될 수 있다. 예를 들어, 희생층(250), 덮개층(280) 및 보호층(290)을 부분적으로 식각함으로써, 희생층(250), 덮개층(280) 및 보호층(290)의 일부(R3)가 제거될 수 있다.13 and 14, the
도 14 및 도 15를 참조하면, 희생층(250)을 제거하여 반사층(260)과 덮개층(280) 사이에 공동(CA2)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(250), 덮개층(280) 및 보호층(290)의 일부(R3)가 제거됨으로써 형성된 경로를 통해 희생층(250)이 제거될 수 있다.14 and 15, a cavity CA2 may be formed between the
도 16은 도 1의 마이크로 볼로미터의 다른 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 17 내지 도 28은 도 16의 마이크로 볼로미터를 제조하는 제조 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도들이다.FIG. 16 is a cross-sectional view showing another embodiment of the microbolometer of FIG. 1, and FIGS. 17 to 28 are cross-sectional views illustrating another embodiment of the manufacturing method of manufacturing the microbolometer of FIG.
도 16을 참조하면, 마이크로 볼로미터(300)는 절연층(320), 전극(340), 반사층(360), 덮개층(380) 및 보호층(390)을 포함할 수 있다. 한편, 덮개층(380)은 하드 마스크(382), 적외선 흡수층(384), 센서층(386) 및 앵커 금속(388)을 포함할 수 있고, 덮개층(380)은 반사층(360)과 중첩하는 공동(CA3)을 정의할 수 있다. 실시예에 따라, 마이크로 볼로미터(300)는 배선층(362) 및 배선 부재(364)를 더 포함할 수 있다.16, the
배선층(362)은 반사층(360)과 동시에 형성될 수 있고, 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라, 배선층(362) 및 반사층(360)은 검출회로에 포함된 금속 배선일 수 있다.The
배선 부재(364)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 배선 부재(364)는 전극(340) 및 배선층(362)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 전극(340)은 배선 부재(364)를 통해 검출 회로에 포함된 전기 배선과 전기적으로 연결될 수 있다.The
도 17을 참조하면, 평탄한 상부면을 갖는 반사층(360) 상에 반사층(360)을 덮는 절연층(320)이 형성될 수 있다. 절연층(320)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 반사층(360)은 흡수 적외선의 세기를 판단하는 검출 회로일 수 있고, 절연층(320)은 전류를 실질적으로 차단하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 17, an insulating
도 18을 참조하면, 절연층(320) 상에 전극(340)이 형성될 수 있다. 전극(340)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 전극(340)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 18, an
도 18 및 도 19를 참조하면, 절연층(320)의 일부(R4)를 제거하여 반사층(360)의 상부면이 노출되는 리세스 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(320) 중 반사층(360) 상에 위치하는 일부(R4)를 부분적으로 식각함으로써, 반사층(360)의 상부면이 노출될 수 있다.Referring to FIGS. 18 and 19, a recess structure may be formed in which a portion R4 of the insulating
도 20을 참조하면, 전극(340) 상에 반사층(360), 절연층(320) 및 전극(340)을 덮는 희생층(350)이 형성될 수 있다. 희생층(350)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 희생층(350)은 추후에 제거될 수 있다. 따라서, 희생층(350)은 제거되기에 충분히 용이한 유기물로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 20, a
도 20 및 도 21을 참조하면, 희생층(350)의 일부(R5)를 제거하여 전극(340)의 전극 상부면이 노출되는 식각 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(350)의 일부(R5)를 부분적으로 식각함으로써, 반사층(360)의 상부면이 노출될 수 있다. 실시예에 따라, 희생층(350) 뿐만 아니라 전극(340)의 일부가 제거될 수 있다.Referring to FIGS. 20 and 21, an etch structure may be formed in which a portion R5 of the
도 22를 참조하면, 전극(340)의 전극 상부면 및 희생층(350) 상에 하드 마스크(382)가 형성될 수 있다. 하드 마스크는 전극 상부면이 노출되는 제2 컨택 홀을 가질 수 있다. 예를 들어, 하드 마스크(382)를 부분적으로 제거함으로써 하드 마스크(382)에 제2 컨택홀이 형성될 수 있다.22, a
도 23을 참조하면, 하드 마스크(382) 상에 제2 컨택 홀을 채우는 앵커 금속(388)이 형성될 수 있다. 앵커 금속(388)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 앵커 금속(388)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 23,
도 24를 참조하면, 하드 마스크(382) 상에 적외선 흡수층(384)이 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(384)은 패턴화되어 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(384)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 적외선 흡수층(384)은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 24, an infrared
도 25를 참조하면, 적외선 흡수층(384) 상에 센서층(386)이 형성될 수 있다. 센서층(386)은 적외선 흡수층(384)을 덮을 수 있다. 센서층(386)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 센서층(386)은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 25, a
도 26을 참조하면, 덮개층(380) 상에 보호층(390)이 형성될 수 있다. 보호층(390)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 보호층(390)은 덮개층(380)을 외부로부터 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 26, a
도 26 및 도 27을 참조하면, 희생층(350), 덮개층(380) 및 보호층(390)의 일부(R6)가 제거될 수 있다. 예를 들어, 희생층(350), 덮개층(380) 및 보호층(390)을 부분적으로 식각함으로써, 희생층(350), 덮개층(380) 및 보호층(390)의 일부(R6)가 제거될 수 있다.26 and 27, the
도 27 및 도 28을 참조하면, 희생층(350)을 제거하여 반사층(360)과 덮개층(380) 사이에 공동(CA3)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(350), 덮개층(380) 및 보호층(390)의 일부(R3)가 제거됨으로써 형성된 경로를 통해 희생층(250)이 제거될 수 있다.27 and 28, a cavity CA3 may be formed between the
다시 도 9를 참조하면, 제1 컨택 홀의 깊이(D)가 증가될 수록 제1 컨택 홀의 넓이(E)가 증가될 수 있다. 제1 컨택 홀이 차지하는 넓이(E)는 비감지 부분에 해당하므로, 필 팩터를 향상시키기 위해 최소화될 필요가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)는 반사층(260)이 형성되는 제2 상부면보다 높은 제1 상부면 상에 전극(240) 및 제1 컨택 홀이 형성되므로, 제1 컨택 홀의 깊이(D)가 감소될 수 있다. 그 결과, 제1 컨택 홀의 넓이(E) 또한 감소될 수 있다.Referring again to FIG. 9, as the depth D of the first contact hole is increased, the width E of the first contact hole can be increased. Since the width (E) occupied by the first contact hole corresponds to the non-sensing portion, it needs to be minimized to improve the fill factor. Since the
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터 및 마이크로 볼로미터의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기에서는 마이크로 볼로미터 및 이를 제조하는 방법으로 각각 두 실시예를 설명하였으나 마이크로 볼로미터 및 마이크로 볼로미터의 제조 방법은 이에 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The present invention may be modified and changed by those skilled in the art. For example, although two embodiments have been described in the foregoing for the microbolometer and the method for manufacturing the same, the manufacturing method of the microbolometer and the microbolometer is not limited thereto.
본 발명은 마이크로 볼로미터를 구비한 적외선 감지 장치에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 감시카메라, 의료용 장비, 고열증상 환자 탐지 등에 사용되는 적외선 감지 장치 등에 적용될 수 있다.The present invention can be variously applied to an infrared sensing device having a microbolometer. For example, the present invention can be applied to a surveillance camera, a medical equipment, an infrared ray detecting device used for detecting a patient with a high fever symptom, and the like.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.
100, 200, 300: 마이크로 볼로미터
120, 220, 320: 절연층
140, 240, 340: 전극
160, 260, 360: 반사층
180, 280, 380: 덮개층
190, 290, 390: 보호층
282, 382: 하드 마스크
184, 284, 384: 적외선 흡수층
186, 286, 386: 센서층
188, 288, 388: 앵커 금속100, 200, 300: microbolometer
120, 220, 320: insulation layer
140, 240, 340: electrode
160, 260, 360: Reflective layer
180, 280, 380: cover layer
190, 290, 390: protective layer
282, 382: hard mask
184, 284, 384: infrared absorbing layer
186, 286, 386: sensor layer
188, 288, 388: Anchor metal
Claims (9)
상기 제1 상부면 상에 배치되는 전극;
상기 제2 상부면 상에 배치되고, 검출 회로에 포함된 금속 배선의 일 부분인 반사층; 및
상기 전극 및 상기 반사층 상에 배치되고, 상기 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 덮개층;을 포함하되,
상기 덮개층은 적외선을 흡수하는 물질을 포함하며 패턴화되어 형성된 적외선 흡수층과, 상기 적외선 흡수층 상에 형성되어 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층과, 상기 전극 및 상기 센서층과 전기적으로 연결되는 앵커 금속을 포함하고,
상기 앵커 금속은 상기 전극의 상부면 상에 형성된 컨택 홀 내에 형성되는 마이크로 볼로미터.An insulating layer having a first upper surface and a second upper surface lower than the first upper surface to have a step relative to the first upper surface;
An electrode disposed on the first upper surface;
A reflective layer disposed on the second upper surface and being a part of a metal wiring included in the detection circuit; And
And a cover layer disposed on the electrode and the reflective layer, the cover layer defining a cavity overlapping the reflective layer, the temperature being changed by absorption infrared rays,
Wherein the cover layer comprises a patterned infrared-absorbing layer including a material that absorbs infrared light, a sensor layer formed on the infrared-absorbing layer and having a resistance that changes according to the temperature, And an electrically connected anchor metal,
Wherein the anchor metal is formed in a contact hole formed on an upper surface of the electrode.
상기 센서층은 오산화바나듐(V2O5), 비결정질 규소(a-Si), 티타늄 산화물 또는 바나듐 텅스텐 산화물(VWOx) 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 앵커 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 티타늄 질화물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 볼로미터.The infrared absorption layer according to claim 1, wherein the infrared absorbing layer comprises at least one of titanium oxide (TiOx), molybdenum disilicide (MoSi2), tungsten silicide (WSix) or titanium nitride (TiN)
Wherein the sensor layer comprises at least one of vanadium pentoxide (V2O5), amorphous silicon (a-Si), titanium oxide or vanadium tungsten oxide (VWOx)
Wherein the anchor metal comprises at least one of titanium (Ti), chrome (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), or titanium nitride.
상기 덮개층 상에 배치되고, 상기 덮개층을 외부로부터 보호하는 보호층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 볼로미터.
The method according to claim 1,
And a protective layer disposed on the cover layer and protecting the cover layer from the outside.
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