KR101827137B1 - Method of manufacturing an ultra-violet sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적외선 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 기공을 갖는 단열층을 용이하게 형성할 수 있는 적외선 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an infrared sensor, and more particularly, to a method of manufacturing an infrared sensor capable of easily forming a heat insulating layer having a plurality of pores.
적외선 영상 검출장비의 대표적인 적외선 감지 센서로서 저항형 볼로미터가 이용되고 있다. 상기 저항형 볼로미터는 적외선 입사시 센서 재료의 전기적 변화를 통해 적외선을 감지하는 원리로 구동한다. 상기 저항형 블로미터는 기존의 다른 적외선 감지 센서에 비해 우수한 감지도 및 응답도를 가지며 소형화가 용이하여 적외선 영상 검출장비에 많이 사용되고 있다.A resistive type bolometer is used as a typical infrared ray detection sensor of an infrared image detecting apparatus. The resistance type bolometer is driven by the principle of detecting infrared rays through electrical change of the sensor material when the infrared ray is incident. The resistive-type BLOMETER has a better sensitivity and response than other infrared-ray detection sensors, and is easily used for an infrared image detecting apparatus because of its small size.
적외선 센서 제작에 있어서 우수한 감지 특성을 확보하기 위해서는 감지부의 열적 손실을 최소화하는 것이 중요하다. 이에 따라 열전도도가 거의 0의 값에 가까운 진공이 가장 효과적이다. 따라서 기존의 적외선 센서의 경우, 감지부층의 하부에 진공을 형성하는 에어 캐비티(air cavity) 구조로 되어있다. 이러한 구조를 형성하기 위해서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 소자와 기판 사이에 희생층 (진공층 형성을 위한 임시 층)을 형성하고, 이후 공정에서 소자 제작을 위해 사용되었던 희생층을 제거하여, 소자 하부에 에어 캐비티 구조를 형성한다. 그 결과, 감지부를 공중에 띄운 3차원 구조를 갖게 함으로써 감지부의 열적 고립을 가능하게 하는 방식이다. 이와 같은 3차원 구조의 적외선 센서를 제작하기 위해서는 MEMS 기술을 적용하여야 하고 그로인해 공정의 복잡성이 증대되어 소자의 생산 수율 감소하는 문제가 있다. 나아가, 소자 하부에 에어 캐비티 구조로 인한 소자의 내구성 저하, 생산 단가 및 소자의 신뢰성이 크게 악화되는 단점이 있다. It is important to minimize the thermal loss of the sensing part in order to obtain excellent sensing characteristics in the production of infrared sensors. Accordingly, a vacuum having a thermal conductivity close to zero is most effective. Therefore, in the case of the conventional infrared sensor, the sensor has an air cavity structure for forming a vacuum in the lower part of the sensing layer. In order to form such a structure, a sacrificial layer (a temporary layer for forming a vacuum layer) is formed between the device and the substrate by using a micro electro mechanical system (MEMS) technique, and a sacrificial layer Thereby forming an air cavity structure at the bottom of the device. As a result, it is possible to thermally isolate the sensing unit by making the sensing unit have a three-dimensional structure floating in the air. In order to fabricate such an infrared sensor having a three-dimensional structure, the MEMS technology must be applied, thereby increasing the complexity of the process and reducing the production yield of the device. Furthermore, there is a disadvantage that the durability of the device due to the air cavity structure at the lower part of the device, the production unit cost, and the reliability of the device are greatly deteriorated.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 일 목적은 단순화된 구조를 가지면서 간단한 공정으로 제조될 수 있는 적외선 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an infrared sensor which can be manufactured by a simple process while having a simplified structure.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법에 따르면, 베이스 기판 상에 다공성 단열층을 형성하고, 상기 다공성 단열층 상에 적외선을 감지하는 적외선 감지부를 형성한다. 여기서, 상기 다공성 단열층은는 계면활성제가 포함된 산화물 용매를 이용하는 졸-겔 공정을 통하여 형성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an infrared sensor, including forming a porous insulating layer on a base substrate and forming an infrared sensor on the porous insulating layer to detect infrared rays. Here, the porous insulating layer is formed through a sol-gel process using an oxide solvent containing a surfactant.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 졸-겔 공정은 스핀 코팅 공정을 이용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sol-gel process may utilize a spin coating process.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산화물 용매는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the oxide solvent may include silicon oxide.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성 단열층은, 상기 계면활성제의 농도를 조절하여 상기 다공성 단열층의 기공율이 제어될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porosity of the porous heat insulating layer can be controlled by controlling the concentration of the surfactant.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성 단열층은 40 내지 70% 범위의 기공율을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous insulating layer may have a porosity ranging from 40 to 70%.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적외선 감지부는, 상기 다공성 단열층 상에 감지층 및 전극들을 형성하고, 상기 감지층 및 전극들을 덮도록 상기 다공성 단열층 상에 절연층을 형성한다. 이후, 상기 절연층 상에 흡수층 및 보호층을 순차적으로 형성한다.In one embodiment of the present invention, the infrared sensing unit forms a sensing layer and electrodes on the porous insulating layer, and forms an insulating layer on the porous insulating layer so as to cover the sensing layer and the electrodes. Then, an absorbing layer and a protective layer are sequentially formed on the insulating layer.
여기서, 상기 감지층 또는 상기 보호층은 다공성 구조를 갖도록 형성될 수 있다.Here, the sensing layer or the protective layer may have a porous structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감지층은 란탄스트론튬 망간산화물을 이용하여 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensing layer may be formed using lanthanum strontium manganese oxide.
본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법에 따르면, 다공성 단열층이 졸-겔 공정을 통하여 형성됨으로써, 종래의 양극산화법, PECVD를 이용한 증착 방식보다 더 단순한 공정을 통하여 형성될 수 있다. According to the manufacturing method of the infrared sensor according to the embodiments of the present invention, the porous insulating layer is formed through the sol-gel process, so that it can be formed through a simpler process than the conventional anodizing or PECVD.
또한, 종래의 진공 에어 캐비티 구조의 기존 적외선센서의 경우와 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 적외선 센서는 평면 2차원 구조를 가짐에 따라, 적외선 감지부 및 전극들 간의 거리가 감소됨으로써 적외선 센서의 응답특성 향상 및 크기의 최소화를 구현할 수 있다. 이로써 적외선 센서의 소형화가 가능하여 집적도를 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다.Further, as compared with the conventional infrared sensor having the conventional vacuum air cavity structure, the infrared sensor manufactured according to the embodiment of the present invention has a planar two-dimensional structure, and the distance between the infrared sensor and the electrodes is reduced It is possible to improve the response characteristic and minimize the size of the infrared sensor. As a result, the infrared sensor can be miniaturized and the integration degree can be improved.
본 발명의 제조 방법에 따른 제조된 적외선 센서가 2차원 평면구조를 가짐에 따라, 간단한 제작 공정을 적용하여 적외선 센서가 제작할 수 있다. 나아가, 적외선 센서는 3차원 에어 캐비티 구조보다 더 좋은 내구성을 가진다.Since the infrared sensor manufactured according to the manufacturing method of the present invention has a two-dimensional planar structure, an infrared sensor can be manufactured by applying a simple manufacturing process. Furthermore, the infrared sensor has better durability than a three-dimensional air cavity structure.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.1 to 5 are views for explaining a method of manufacturing an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. 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. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising", and the like are intended to specify that there is a feature, step, function, element, or combination of features disclosed in the specification, Quot; or " an " or < / RTI > combinations thereof.
한편, 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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. 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 Do not.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 1 to 5 are views for explaining a method of manufacturing an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서의 제조 방법에 따르면, 베이스 기판(1) 상에 절연막(2)을 형성한다. 절연막(2)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 절연막(2)은 상기 후속하여 형성되는 전극들과 감지층을 기판으로부터 전기적으로 절연시킨다.Referring to FIG. 1, an
상기 절연층(2) 상에 반사 패턴(6)을 형성할 수 있다. 상기 반사 패턴(6)을 향하여 입사된 자외선이 상부의 감지층을 향하여 반사됨으로써, 적외선 센서가 우수한 감지 효율을 확보할 수 있다. 상기 반사 패턴(6)은 금속 물질로 이루어질 수 있다.A
도 2 및 도 3은 절연층 상에 다공성 단열층, 감지층 및 전극들 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도 및 사시도이다.2 and 3 are a cross-sectional view and a perspective view for explaining a process of forming a porous insulating layer, a sensing layer, and electrodes on an insulating layer.
상기 다공성 단열층(10)은 상기 절연층(2) 상에 형성된다. 상기 다공성 단열층은 상기 반사 패턴(6)을 덮도록 형성된다.The porous insulating
상기 다공성 단열층(10)은 메조포러스 구조를 가질 수 있다. 상기 메조포러스 구조는 2 내지 10 nm 의 평균 직경을 갖는 기공을 가진다. 여기서, 메조포러스 구조는 2 내지 10 nm 의 평균 직경을 갖는 기공을 갖는 구조를 통칭한다. The porous
또한, 상기 다공성 단열층(10)은 40 내지 70% 범위의 기공율을 가질 수 있다. In addition, the porous
상기 다공성 단열층(10)에는 그 내부에 복수의 기공들이 분포함에 따라 우수한 단열 효과를 구현할 수 있다. 나아가, 상기 다공성 단열층(10)이 상기 베이스 기판(1)의 상부에 2차원적 평면 구조를 가짐에 따라, 기존의 3차원 플로팅 구조를 갖는 적외선 센서와 비교할 때, 적외선 센서가 구조적인 안정성 및 제조 공정의 단순화를 확보할 수 있다.The porosity of the porous
상기 다공성 단열층(10)은 졸-겔(sol-gel) 공정을 통하여 상기 절연막(2)상에 형성된다. 상기 졸-겔(sol-gel) 공정에 따르면, 상기 절연막(2) 상에 스핀 코팅 공정을 통하여 계면 활성제를 포함하는 산화물 용매를 공급하여 상기 절연막(2) 상에 코팅층을 형성한다. The porous insulating
이후, 상기 코팅층을 가열하는 기공 형성 공정을 수행함으로써, 상기 코팅층 내부에 잔류하는 물질을 제거하여 상기 절연막(2) 상에 다공성 단열층(10)을 형성한다. 상기 기공 형성 공정에 따르면, 상기 산화물 용매 내에 존재하는 유기물 마이셀을 분해하여 상기 다공성 단열층(10) 내에 기공이 잔류하게 된다.Thereafter, a
상기 졸-겔 공정에 있어서, 상기 산화물 용매에 포함된 계면 활성제의 농도를 조절함으로써, 후속하는 기공 형성 공정에서 형성되는 다공성 단열층(10)의 기공율을 제어할 수 있다. 즉, 계면 활성제의 농도가 증가할 수 있수록 다공성 단열층(10)의 기공율은 높아질 수 있다. 따라서, 상기 산화물 용매에 포함된 계면 활성제의 농도에 따라 상기 다공성 단열층(10)의 기공율이 변화됨으로써, 상기 다공성 단열층(10)의 기공율이 용이하게 조절될 수 있다. In the sol-gel process, the porosity of the porous
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산화물 용매는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 산화물로 이루어지고 기공율이 40%를 갖는 다공성 단열층(10)은 0.18 W/m-K의 열전도율을 가질 수 있다. 일반적으로 실리콘 산화물의 열전도도는 1.38 W/m-K이므로 상기 실리콘 산화물로 이루어지고 기공율이 40%를 갖는 다공성 단열층(10)은 매우 낮은 열전도율을 확보할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the oxide solvent may include silicon oxide. For example, the porous
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 다공성 단열층(10) 상에 감지층(11) 및 전극들(5)을 형성한다. Referring to FIGS. 2 and 3, a
상기 감지층(11)은 온도에 따라 전기 저항값이 변화하는 센싱 엘리먼트를 포함한다. 예를 들면, 상기 감지층(11)은 PZT, BST 등을 포함할 수 있다. 이와 다르게 상기 감지층(11)은 온도에 따라 유전율이 변화하는 센싱 엘리먼트, 열전대열형 센싱 엘리먼트, 초전형 센싱 엘리먼트 등을 포함할 수 있다.The
예를 들면, 상기 감지층(11)은 그 내부에 기공이 형성된 란탄스트론튬 망간산화물을 이용하여 형성될 수 있다. 이로써, 상기 감지층(11)이 열적으로 외부로터 효과적으로 단열됨으로써 개선된 감지특성을 가질 수 있다.For example, the
상기 감지층(11)은 박막 증착 공정을 통하여 형성된 박막, 상기 박막을 패터닝하는 패터닝 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 박막 증착 공정의 예로는 화학적 기상 증착 공정, 원자층 증착 공정, 스퍼티링 공정, 이온빔 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 한편, 패터닝 공정의 예로는 포토리소그래피 공정, 나노 임프린팅 공정 등을 들 수 있다.The
한편, 상기 전극들(5)은 상기 감지층(11)의 양 단부에 각각 연결된다. 상기 전극들(5)을 통하여 적외선에 의한 감지층(11)의 전기적 특성 변화가 확인될 수 있다. 이로써, 상기 감지층(11)의 특성 변화를 통하여 적외선이 감지될 수 있다.The
도 4 및 도 5는 감지층 및 전극들을 덮도록 다공성 단열층 상에 형성되는 절연층, 흡수층 및 보호층을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도 및 사시도이다. 4 and 5 are a cross-sectional view and a perspective view for explaining a process of forming an insulating layer, an absorbing layer and a protective layer, which are formed on the porous insulating layer so as to cover the sensing layer and the electrodes.
도 4 및 도 5를 참조하면, 감지층(11) 및 전극들(5)을 덮도록 다공성 단열층 상(10)에 절연층(4), 흡수층(7) 및 보호층(8)을 순차적으로 형성한다.4 and 5, an insulating
상기 절연층(4)은 실리콘 질화물 등을 이용하여 형성된다. 이로써, 상기 절연층(4)은 그 하부에 위치한 감지층(11)에 효과적으로 열을 전달할 수 있다. 상기 절연층(4)은 화학적 기상 증착 공정 등을 통하여 형성될 수 있다.The insulating
상기 절연층(4)에는 상기 전극들(5)과 전기적으로 연결되는 비아 콘택(9)을 형성한다. 이로써, 상기 바아 콘택(9)으로 통하여 상기 전극들(5) 및 외부 소자(미도시)가 상호 전기적으로 연결될 수 있다. A via
한편, 상기 흡수층(7)은 상기 절연층(4) 상에 형성된다. 상기 흡수층(7)은 자외선을 효과적으로 흡수하는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 흡수층(7)은 티타늄 질화물로 이루어질 수 있다. On the other hand, the absorbing
이어서, 상기 흡수층(7) 상에 보호층(8)을 형성한다. 이로써, 상기 보호층(8)은 흡수층(7)을 외부로부터 보호할 수 있다.Then, a
상기 보호층(8)은 실리콘 산화물로 이루어질 있다. 또한, 상기 보호층(8)은 열손실을 억제하기 위하여 다공성 단열 물질로 이루어질 수 있다. 상기 보호층(8)은 상기 다공성 단열층(11)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. The
본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법은 군수용, 야간 탐지 분야 등에 응용될 수 있다. The method of manufacturing an infrared sensor according to embodiments of the present invention can be applied to military and night detection fields.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
Claims (8)
상기 절연막 상에 반사 패턴을 형성하는 단계;
상기 반사 패턴을 덮고 상기 절연막의 상부 표면에 직접 컨택하도록, 상기 절연막 상에 다공성 단열층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 단열층 상에 적외선을 감지하는 적외선 감지부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 다공성 단열층을 형성하는 단계는 계면활성제가 포함된 산화물 용매를 이용하는 졸-겔 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.Forming an insulating film on the base substrate;
Forming a reflection pattern on the insulating film;
Forming a porous insulating layer on the insulating film so as to cover the reflection pattern and directly contact the upper surface of the insulating film; And
And forming an infrared ray sensing unit for sensing infrared rays on the porous heat insulating layer,
Wherein the step of forming the porous heat insulating layer is performed through a sol-gel process using an oxide solvent containing a surfactant.
상기 다공성 단열층 상에 감지층 및 전극들을 형성하는 단계;
상기 감지층 및 전극들을 덮도록 상기 다공성 단열층 상에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상에 흡수층 및 보호층을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the step of forming the infrared sensing unit comprises:
Forming a sensing layer and electrodes on the porous insulating layer;
Forming an insulating layer on the porous insulating layer to cover the sensing layer and the electrodes;
And sequentially forming an absorbing layer and a protective layer on the insulating layer.
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---|---|---|---|
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KR20210128552A (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-27 | 한국생산기술연구원 | Microbolometer sensor with dual resonant structure |
-
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- 2016-08-12 KR KR1020160103104A patent/KR101827137B1/en active IP Right Grant
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KR102376711B1 (en) * | 2020-04-16 | 2022-03-23 | 한국생산기술연구원 | Microbolometer sensor with dual resonant structure |
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