KR101842955B1 - 선택식각 공정을 이용한 마이크로 볼로미터 제조방법 및 이에 따라 제조된 마이크로 볼로미터 - Google Patents
선택식각 공정을 이용한 마이크로 볼로미터 제조방법 및 이에 따라 제조된 마이크로 볼로미터 Download PDFInfo
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Abstract
적외선 센서에 이용될 수 있는 마이크로 볼로미터 및 이의 제조방법이 제공된다. 실시예에 따른 마이크로 볼로미터는 기판 상에 배치되는 전극; 상기 기판 상에 배치되며 상기 전극과 이격되어 배치되는 반사층; 상기 전극 및 상기 반사층 상에 배치되고, 상기 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 볼로미터층;을 포함하고, 상기 볼로미터층은: 적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층; 및 상기 적외선 흡수층과 접하고, 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층;을 포함하며, 상기 적외선 흡수층의 적어도 일부는 상기 전극과 접촉하여 배치되며, 상기 전극 상부에서 상기 적외선 흡수층 상에 배치된 앵커금속을 더 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로 볼로미터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택식각을 이용하여 열영상 센서 파라미터의 조절이 용이한 마이크로 볼로미터 제조방법 및 이를 통해 제조되는 마이크로 볼로미터에 관한 것이다.
적외선 센서는 대상체로부터 방출되는 적외선을 감지하는 장치로, 이 중에서 특히 적외선 열영상 센서는 대상체로부터 방출되는 적외선을 감지한 후, 디스플레이 장치를 통해 인간의 눈이 인식할 수 있는 가시광 영역으로 영상화하는 장치이다.
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 유지비라는 장점이 있다.
상온에서 동작되는 방식 중 하나인 마이크로 볼로미터는 어레이(array)의 형태, 즉 마이크로 볼로미터 어레이(Micro Bolometer Array; MBA)로 제조되어 감시카메라, 의료용 장비, 고열증상 환자 탐지 등에 이용되고 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.
그러나, 일 픽셀의 크기가 점차적으로 작아짐에 따라 마이크로 볼로미터 제조시에 고도의 정밀도가 요구된다. 특히, 앵커 구조를 제조하기 위한 식각 공정시에 하부 절연층등의 식각 손실이 발생하여 열영상 센서의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 과제는, 종래 마이크로 볼로미터의 제조시에 센서층 및 적외선 흡수층 하부에서 상기 센서층 및 적외선 흡수층을 지지하는 하부절연층(본 명세서의 실시예에서 제1 절연층)의 식각손실이 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 다른 과제는 하부절연층의 식각 손실을 최소화하여 열영상센서의 주요 파라미터인 열용량 및 열컨덕턴스를 조절하기 용이한 마이크로 볼로미터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 다른 과제는 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드막을 앵커금속으로 이용하고 앵커금속 하부에 적외선 흡수층을 배치함으로써 앵커금속의 식각시에 하부절연층의 식각 손실을 방지함으로써 열영상센서의 파라미터인 열용량 및 열컨덕턴스를 조절하기 용이한 마이크로 볼로미터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기 과제들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터는, 기판 상에 배치되는 전극; 상기 기판 상에 배치되며 상기 전극과 이격되어 배치되는 반사층; 상기 전극 및 상기 반사층 상에 배치되고, 상기 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 볼로미터층;을 포함하고, 상기 볼로미터층은: 적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층; 및 상기 적외선 흡수층과 접하고, 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층;을 포함하며, 상기 적외선 흡수층의 적어도 일부는 상기 전극과 접촉하여 배치되며, 상기 전극 상부에서 상기 적외선 흡수층 상에 배치된 앵커금속을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 앵커금속은 텅스텐(W) 또는 텅스텐실리사이드(WSix) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 마이크로 볼로미터는 상기 앵커금속 상부에 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 캡핑층은 알루미늄(Al), 몰리브덴((Mo), 질화티타늄(TiN), 적층된 질화티타늄(TiN) 및 질화규소(SiNx), 및 적층된 질화티타늄(TiN) 및 산화규소(SiOx) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 볼로미터층은 상기 적외선 흡수층 하부에 위치하는 제1 절연층을 더 포함하며, 상기 전극부터 상기 볼로미터층의 높이까지, 상기 앵커금속의 외측벽은 상기 적외선 흡수층에 의해 덮일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 전극부터 상기 볼로미터층의 높이까지, 상기 앵커금속의 외측벽을 덮는 상기 적외선 흡수층의 외측벽은 상기 제1 절연층에 의해 덮일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 마이크로 볼로미터는 상기 볼로미터층 상에 배치되고, 상기 볼로미터층을 외부로부터 보호하는 제2절연층;을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 제조방법은, 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 전극과 반사층을 형성하는 단계; 상기 전극이 노출되도록 컨택홀을 포함하여 상기 기판 및 상기 반사층을 덮는 희생층 및 상기 희생층 상에 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 노출된 전극 및 상기 제1 절연층 상에 적외선 흡수층을 형성하는 단계; 상기 적외선 흡수층 상에 앵커금속층을 형성하는 단계; 및 상기 반사층과 상기 제1 절연층 사이에 공동을 형성하도록 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 방법은 적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 앵커금속층을 제거하도록 상기 앵커금속층을 식각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 앵커금속층을 식각하는 단계는 SF6가스 또는 CF4가스 기반의 건식식각을 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 방법은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층을, 상기 반사층 상부로서 상기 식각하는 단계 후 상기 앵커금속층과 소정 거리 이격되도록 상기 적외선 흡수층 상에 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 방법은 상기 앵커금속층과 상기 센서층 사이에 배치되는 상기 제1 절연층 및 상기 적외선 흡수층의 적어도 일부를 식각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 전극이 노출되도록 컨택홀을 포함하여 상기 기판 및 상기 반사층을 덮는 희생층 및 상기 희생층 상에 제1 절연층을 형성하는 단계는: 상기 전극, 상기 반사층 및 상기 기판을 덮는 상기 희생층 및 상기 희생층 상에 상기 제1절연층을 형성하는 단계; 및 상기 전극이 노출되도록 상기 희생층 및 상기 제1 절연층의 일부를 제거하여 상기 컨택홀을 형성하는 단계;를 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 전극이 노출되도록 컨택홀을 포함하여 상기 기판 및 상기 반사층을 덮는 희생층 및 상기 희생층 상에 제1 절연층을 형성하는 단계는: 상기 전극이 노출되도록 상기 컨택홀을 포함하여 상기 기판 및 상기 반사층을 덮는 희생층을 형성하는 단계; 및 상기 전극이 노출되도록 상기 컨택홀의 내부 측벽 및 상기 희생층 상에 상기 제1 절연층을 형성하는 단계;를 통해 수행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 앵커금속층은 상부에 캡핑층을 더 포함하며, 적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 앵커금속층을 제거하도록 상기 앵커금속층을 식각하는 단계는: 적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 캡핑층을 제거하도록 상기 캡핑층을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 캡핑층을 식각하는 단계는 Cl2가스, BCl3가스, SF6가스 또는 CF4가스 중 적어도 하나 이상의 가스 기반의 건식식각을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터는, 종래 마이크로 볼로미터의 제조시에 센서층 및 적외선 흡수층 하부에서 상기 센서층 및 적외선 흡수층을 지지하는 하부절연층(본 명세서의 실시예에서 제1 절연층)의 식각손실이 발생하는 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 하부절연층의 식각 손실을 최소화하여 열영상센서의 주요 파라미터인 열용량 및 열컨덕턴스를 조절하기 용이한 마이크로 볼로미터 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드막을 앵커금속으로 이용하고 앵커금속 하부에 적외선 흡수층을 배치함으로써 앵커금속의 식각시에 하부절연층의 식각 손실을 방지함으로써 열영상센서의 파라미터인 열용량 및 열컨덕턴스를 조절하기 용이한 마이크로 볼로미터 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서에 포함되는 마이크로 볼로미터의 예시적인 개념적 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 평면도이다.
도 2은 도 1b에서 A-A'선을 따른 종래의 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 3는 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 4a 내지 도4j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정을 순차적으로 나타낸다.
도 5는 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제 2실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정의 일부를 순차적으로 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 평면도이다.
도 2은 도 1b에서 A-A'선을 따른 종래의 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 3는 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 4a 내지 도4j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정을 순차적으로 나타낸다.
도 5는 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제 2실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정의 일부를 순차적으로 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
비냉각 적외선 센서 중 하나의 종류는 초미세가공 기술을 이용하여 제조된 마이크로 볼로미터를 이용한 것이다. 마이크로 볼로미터를 이용하는 적외선 센서는 모놀리식(monolithic) 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 초전효과를 이용한 경우에는 쵸퍼를 사용해야 하지만, 볼로미터의 경우에는 직류신호(DC)를 얻을 수 있기 때문에 쵸퍼를 사용하지 않아도 된다. 따라서, 마이크로 볼로미터를 이용하는 적외선 센서는 광학계를 제조하기에 용이하고, 열상장비의 크기도 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예는 열상센서의 주요 파라미터인 열컨덕턴스(Gth: thermal conductance) 및/또는 열용량(Cth: thermal capacitance)의 조절이 용이한 마이크로 볼로미터 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 앵커금속은 적외선 흡수층과의 접착력이 우수하고, 건식 식각시에 적외선 흡수층과의 식각 선택비가 높고, 건식 식각이 가능하며, 전도도가 좋고, 앵커 금속과 접촉하는 금속, 볼로미터층 및/또는 절연층과의 접착력이 우수한 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 앵커 금속은 텅스텐 및/또는 텅스텐 실리사이드막을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서에 포함되는 마이크로 볼로미터의 예시적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 볼로미터는, 볼로미터층(100), 기판(120), 제1 전극(140), 제2 전극(141), 반사층(160), 제1 앵커(188), 제2 앵커(189) 등을 포함한다.
볼로미터층(100)은 적외선 흡수층(184), 센서층(186), 보호층(190)을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 필요에 따라 변형되어 실시될 수 있다. 실시예에 따라, 볼로미터층(100)은 하드 마스크를 더 포함할 수도 있다.
기판(120)은 판독회로가 형성된 실리콘 기판일 수 있다. 이 때 전극은 판독회로와의 I/O(입력/출력) 단자 역할을 수행하기 위하여 판독회로에 형성된 금속 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극(140)은 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(140)은 기판(120)과 달리 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 전극(140)은 금속, 합금, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 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.
제2 전극(141)은 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(141)은 기판(120)과 달리 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 전극(141)은 금속, 합금, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 전극(141)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.
제1 전극(140)은 제1 앵커(188)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 앵커(188)는 예를 들어, 캐소드 앵커(cathode anchor)일 수 있다. 또한, 제1 전극(140)은 적외선 흡수층(184)에서 흡수하는 적외선의 세기를 판단하는 판독회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(140)은 판독회로와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 앵커(188)를 통해 볼로미터층(100)에 포함된 센서층(186)과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 센서층(186)을 통해 전류(I)는 제1 앵커(188) 및 제1 전극(140)으로 흐르고, 이들을 통해 전류(I)는 판독회로로 흐를 수 있다. 실시예에 따라, 반사층(160)은 전극(140, 141)과 전기적으로 절연될 수 있다. 다른 한 편에 의해서는 반사층(160)은 2 개의 전극(140 및 141) 중 하나의 전극과는 전기적으로 연결될 수 있다. 다만 이 경우에는 동시에 연결되는 것은 허용되지 않는다.
제2 전극(141)은 제2 앵커(189)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 앵커(189)는 예를 들어, 애노드 앵커(anode anchor)일 수 있다. 제2 전극(141)에서 생성된 전류(141)는 센서층(186)을 통해 제1 앵커(188) 및 제1 전극(140)으로 흐를 수 있다.
반사층(160)은 기판(120) 상에 배치될 수 있다. 반사층(160)은 입사되는 적외선을 반사하여, 반사 적외선을 생성할 수 있다. 반사층(160)에서 반사된 반사 적외선은 입사된 적외선과 위상이 실질적으로 180도 차이를 가질 수 있다.
반사층(160)은 예를 들어, 흡수된 적외선(입사 적외선 및 반사 적외선)의 세기를 판단하는 판독회로의 일 구성일 수 있다. 별도의 부재가 아닌 판독회로를 반사층(160)으로 활용함으로써, 본 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 경제적으로 제조할 수 있다.
볼로미터층(100)은 제1 전극(140), 제2 전극(141) 및 반사층(160) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 볼로미터층(100)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(141)에 전기적으로 연결될 수 있다.
볼로미터층(100)은 적외선을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)에서 적외선을 흡수할 수 있다. 볼로미터층(100)은 입사되는 외부 적외선 중 일부를 흡수하고, 일부를 통과시킬 수 있다. 통과된 적외선은 반사층(160)에서 반사될 수 있고, 볼로미터층(100)은 반사층(160)에서 반사된 반사 적외선을 흡수할 수 있다.
볼로미터층(100)은 적외선 흡수에 따라 온도가 변화될 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)은 흡수되는 적외선의 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.
적외선 흡수층(184)은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 흡수층(184)은 산화티타늄(TiOx), 이규화몰리브데넘(MoSi2), 규화텅스텐(WSix), 질화티탄(TiN) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
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.
센서층(186)은 온도에 따라 저항이 실질적으로 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서층(186)은 오산화바나듐(V2O5), 비결정질 규소(a-Si), 산화티타늄(TiOx), VWOx 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
적외선 흡수층(184)에서 흡수된 적외선의 세기가 증가할수록 센서층(186)의 온도가 증가하므로, 적외선 흡수층(184)에서 흡수된 적외선의 세기가 증가할수록 센서층(186)의 저항도 감소할 수 있다. 센서층(186)의 저항이 감소될 경우, 센서층(186)을 통해 흐르는 전류(I)는 증가될 수 있다. 따라서, 판독회로는 센서층(186)을 통해 흐르는 전류(I)의 크기에 기초하여 적외선 흡수층(184)에서 흡수된 적외선의 세기를 판단할 수 있다.
제1 앵커(188)는 제1 전극(140) 및 센서층(186)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 앵커(188)는 일단에서 제1 전극(140)과 접할 수 있고, 타단에서 센서층(186)과 접할 수 있다. 그 결과, 센서층(186)을 통해 흐르는 전류(I)는 제1 앵커(188)를 통해 제1 전극(140)으로 흐를 수 있다.
제1 앵커(188)는 제1 전극(140)과 센서층(186) 사이에 배치될 수 있고, 볼로미터층(100)의 하중을 지지할 수 있다. 이 경우, 볼로미터층(100)의 하중은 제1 앵커(188)를 통해 제1 전극(140)에 전달될 수 있다.
제1 앵커(188)는 실질적으로 전류가 흐를 수 있는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 앵커(188)는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 질화티탄(TiN), 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
제2 앵커(189)는 제2 전극(141) 및 센서층(186)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 앵커(189)는 일단에서 제2 전극(141)과 접할 수 있고, 타단에서 센서층(186)과 접할 수 있다. 그 결과, 제2 전극(141)에서 생성된 전류(I)는 제2 앵커(189) 및 센서층(186)을 통해 제1 전극(140)으로 흐를 수 있다.
제2 앵커(189)는 제2 전극(141)과 센서층(186) 사이에 배치될 수 있고, 볼로미터층(100)의 하중을 지지할 수 있다. 이 경우, 볼로미터층(100)의 하중은 제2 앵커(189)를 통해 제2 전극(141)에 전달될 수 있다.
제2 앵커(189)는 실질적으로 전류가 흐를 수 있는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 앵커(189)는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 질화티탄(TiN), 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
보호층(190)은 센서층(186) 상에 배치될 수 있다. 보호층(190)은 센서층(186)을 외부로부터 보호할 수 있다. 따라서, 보호층(190)은 센서층(186)을 외부 환경으로부터의 산화 및 박막의 표면 열화를 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층(190)은 질산화규소(SiON), 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
이하에서는 상기의 설명들이 적용될 수 있는 적외선 센서에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 특징이 포함된 볼로미터층의 형상 및 구조에 관하여 도면들을 참고하여 설명하기로 한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 평면도이다. 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)는, 광(예를 들어, 적외선) 흡수에 따른 온도의 변화로 저항값이 변하는 볼로미터층(201)을 포함한다.
그리고, 볼로미터층(201)의 제1 단부로부터 분지되어 연장된 제1 도전성 패턴(P1)과 제1 도전성 패턴(P1)에 전기적으로 연결된 제1 앵커(250)를 포함한다.
그리고, 볼로미터층(201)의 제2 단부로부터 분지되어 연장된 제2 도전성 패턴(P2)과 제2 도전성 패턴(P2)에 전기적으로 연결된 제2 앵커(260)를 포함한다.
이러한 볼로미터층(201)은 하나의 단위 픽셀을 형성하며, 인접하는 단위 픽셀들 각각에는 볼로미터층(201)과 동일한 형상을 갖는 다른 볼로미터층들이 포함될 수 있다. 이러한 구조에 따라 마이크로 볼로미터(200) 어레이 구조의 적외선 센서를 형성할 수 있다.
도 2은 도 1b에서 A-A'선을 따른 종래의 마이크로 볼로미터의 단면도이다. 도 2는 종래의 제조 방법에 따라 제조된 마이크로 볼로미터(200)에서 앵커부(C)를 자세히 나타낸다. 도 2에 예시된 바와 같이, 앵커부(C)에서 앵커금속(304)은 하부에서 전극층(302)과 접촉하고 상부에서 적외선 흡수층(306)과 접하여 형성되어 있다. 이때, 캔티레버구조를 형성할 수 있도록 앵커부(C)는 센서층(306)과 이격되어 있다. 이에 따라 센서층(306)을 지지하는 제1절연층(303)은 앵커부(C)의 제1절연층(303)과 이격된다. 이때, 앵커금속(304)으로서 예컨대 질화금속(TiN)을 이용하는 경우, 앵커금속과 연결되는 금속 전극과의 전기적인 접촉 및/또는 기계적인 접착이 우수하고 센서층(306)과의 전기적인 연결 통로의 역할과 적외선 흡수층(306)과의 전기적인 접촉 및/또는 기계적인 접착이 우수한 특징이 있다. 하지만, 앵커금속(304)으로서 예컨대 질화금속(TiN)을 이용하는 경우, 앵커부(C)의 캔티레버 구조를 형성하기 위해 건식 식각을 하는 경우에 제1절연층(303)의 식각 손실이 발생하므로, 결과물인 적외선 센서의 주요 파라미터인 열컨덕턴스 및 열용량을 조절하는데 어려움이 야기된다.
도 3은 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다. 도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)에서 앵커부(C)를 포함한 영역을 자세히 나타낸다. 도 3에 예시된 바와 같이, 앵커부(C)에서 앵커금속(404)은 하부에서 적외선 흡수층(406)을 통해 전극(403)과 전기적으로 연결되도록 형성되어 있다. 실시예에 따라, 앵커금속(404)은 상부에서 캡핑층(409)에 의해 덮일 수 있다. 이때, 전극(302)에 의해 지지되는 앵커부(C)를 통해 볼로미터층(제1절연층, 적외선 흡수층 및/또는 센서층 포함)이 지지되므로 마이크로 볼로미터(200)의 캔티레버구조가 형성될 수 있다.
여기서, 앵커부(C)는 센서층(408) 및 센서층(408) 하부의 적외선 흡수층(406)과 이격되어 있다. 이에 따라 센서층(408) 및 적외선 흡수층(406)을 지지하는 제1절연층(405)은 앵커부(C)의 제1절연층(405)과 이격된다. 본 발명의 실시예에서 제2절연층(407)이 앵커부(C) 및 센서층(408)을 덮고 있을 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)는 앵커금속(404) 하부에 적외선 흡수층(406)이 배치된다. 이에 따라 앵커부(C) 형성을 위해 앵커금속(404)을 건식 식각하는 경우 제1절연층(405)의 식각 손실이 최소화될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 앵커금속(404)으로서 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드막을 이용하는 경우, 앵커금속(404)을 식각할 때 앵커금속(404) 하부에 위치하는 적외선 흡수층(406)은 식각되지 않고 적외선 흡수층(406) 하부에 위치하는 제1절연층(405)의 식각 손실이 방지될 수 있다. 이를 통하여 적외선 센서의 주요 파라미터인 열컨덕턴스 및 열용량을 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서를 구성하는 마이크로 볼로미터(200)의 앵커금속(404)은 적외선 흡수층(406)과의 접착력이 우수하고, 건식 식각시에 적외선 흡수층(406)과의 식각 선택비가 높고, 건식 식각이 가능하며, 전도도가 좋고, 앵커금속(404)과 접촉하는 전극, 볼로미터층 및/또는 절연층과의 접착력이 우수한 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 앵커금속은 텅스텐 및/또는 텅스텐 실리사이드막을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 열상센서의 주요 파라미터인 열컨덕턴스(Gth: thermal conductance) 및/또는 열용량(Cth: thermal capacitance)의 조절이 용이한 마이크로 볼로미터 및 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도4j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정을 순차적으로 나타낸다.
도 4a에 도시된 바와 같이 기판(401)이 준비된다. 제1실시예에서 기판(401)은 판독회로를 포함하는 ROIC(ROIC:Read Out Integrated Circuit)기판일 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 금속층(402, 403)이 기판(401) 상에 형성될 수 있다. 금속층(402, 403)은 금속 반사층(402) 및 앵커금속 하부에 위치하는 전극(403)이 되도록, 기판(401) 상의 필요한 부분에 패터닝되어 형성될 수 있다. 또는 실시예에 따라 기판(401) 상에 금속층(402, 403)을 형성한 후 패터닝할 수 있다. 또는 실시예에 따라 별도의 공정으로 전극(403) 및 금속 반사층(402)이 형성될 수 있다.
금속층(402, 403)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 진공 증착 공정, 프린팅(printing) 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 전극(403)은 전류가 실질적으로 흐를 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다
도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(401) 및 금속층(402, 403) 상에 희생층(410)을 형성하고, 그 다음 희생층(410) 상에 제1절연층(405)이 형성할 수 있다. 희생층(410)은 화학 기상 증착 공정, 열산화 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 희생층(410)은 추후에 제거될 수 있다. 따라서, 희생층(410)은 제거되기에 충분히 용이한 유기물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 희생층은 스핀 온 카본(Spin On Carbon; SOC), 스핀 온 글라스(Spin On Glass; SOG), 폴리이미드(polyimide) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
제1절연층(405)은 적외선 센서층(406) 및 센서층(408)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 제1절연층(405)은 전류를 실질적으로 차단하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연층(405)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNx), 알루미늄 산화물(AlOx), 탄탈륨 산화물(TaOx), 하프늄 산화물(HfOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 티타늄 산화물(TiOx) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 희생층(410) 및 제1절연층(405)의 일부를 제거하여, 전극(403)이 노출되는 컨택홀(V: via)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(410) 및 제1절연층(405)의 일부를 부분적으로 식각하여 컨택홀(V)이 생성될 수 있다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 컨택홀(V) 내부 측벽, 노출된 전극(403) 및 제1절연층(405) 상에 적외선 흡수층(406)이 형성되고, 적외선 흡수층(406) 상에 앵커금속층(404)이 순차적으로 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(406)은 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 적외선 흡수층(406)은 적외선을 흡수하는 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 상기 적외선 흡수층(406)은 산화티타늄(TiOx), 이규화몰리브데넘(MoSi2), 규화텅스텐(WSix) 또는 질화티탄(TiN) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
앵커금속층(404)은 추후 SF6가스 또는 CF4 가스 기반의 건식식각이 가능한 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 앵커금속층(404)은 텅스텐(W) 및 텅스텐실리사이드(WSix) 중 적어도 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라, 앵커금속층(404) 상에 캡핑층(409)이 형성될 수 있다. 캡핑층(409)은 Cl2가스 또는 BCI3가스 기반의 건식식각이 가능하거나, 또는 SF6가스 또는 CH4가스 기반의 건식식각이 가능한 금속, 반도체, 또는 절연층일 수 있다. 예컨대, 캡핑층(409)은 알루미늄(Al), 몰리브덴((Mo), 질화티타늄(TiN), 질화티타늄(TiN)/질화규소(SiNx) 및 질화티타늄(TiN)/산화규소(SiOx) 중 적어도 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
도 4f에 도시된 바와 같이, 앵커금속층(404) 및 실시예에 따라 앵커금속층(404)에 형성된 캡핑층(409)의 일부가 제거될 수 있다. 캔티레버 구조를 갖는 앵커부(C)를 형성하도록 전극(403)의 상부에 위치하는 앵커금속층(404)을 제외하고 나머지 영역의 앵커금속층(404)이 제거될 수 있다. 앵커금속층(404)의 제거는 건식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 예컨대, SF6 또는 CF4 가스를 사용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 앵커금속(404)의 적외선 흡수층(406)에 대한 선택식각비가 높기 때문에 적외선 흡수층(406)의 식각이 최소화될 수 있다.
도 4g에 도시된 바와 같이, 적외선 흡수층(406)의 일부가 식각될 수 있다. 이와 같은 부분 식각을 통해 적외선 흡수층(406)이 패턴화될 수 있다.
도 4h에 도시된 바와 같이, 앵커부(C)에 포함된 앵커금속(404)과 소정거리 이격된 위치에서 센서층(408)이 형성될 수 있다. 적외선 흡수층(406) 상에 센서층(408)이 형성될 수 있다. 센서층(408)은 적외선 흡수층(406)을 덮을 수 있다. 센서층(408)은 화학 기상 증착 공정, 열산화 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 센서층(408)은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 센서층(408)은 오산화바나듐(V2O5), 비결정질 규소(a-Si), 산화티타늄(TiOx), VWOx 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
도 4i에 도시된 바와 같이, 마이크로 볼로미터(200)의 상부 표면상에 제2절연층(407)이 형성될 수 있다. 제2절연층(407)은 화학 기상 증착 공정, 열산화 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 제2절연층(407)은 마이크로 볼로미터(200)의 내부 소자를 외부로부터 충분히 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 제2절연층(407)은 마이크로 볼로미터(200) 외부로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 제2절연층(407)은 질산화규소, 질화규소, 산화규소 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
도 4j를 참조하면, 앵커부(C)와 센서층(408)이 서로 이격되어 제2절연층(407),적외선 흡수층(406) 및 제1절연층(405)이 직접 접촉하여 형성되어 있는 영역에서 제2절연층(407), 적외선 흡수층(406) 및 제1절연층(405)의 일부가 제거될 수 있다. 예를 들어, 제2절연층(407), 적외선 흡수층(406) 및 제1절연층(405)을 부분적으로 식각함으로써 제 제2절연층(407), 적외선 흡수층(406) 및 제1절연층(405)의 일부가 제거될 수 있다. 예컨대, 제2절연층(407), 적외선 흡수층(406) 및 제1절연층(405)이 제거되는 영역은 전극(403)과 금속 반사층(402) 사이의 영역이거나, 앵커금속(404)과 센서층(408)이 이격된 영역에 포함될 수 있다.
도 4j를 참조하면, 희생층(410)을 제거하여 금속 반사층(402)과 제1절연층(405) 사이에 공동(CA)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(410)은, 제1절연층(405), 적외선 흡수층(406) 및 제2절연층(407)의 일부가 제거됨으로써 형성된 경로를 통해 제거될 수 있다. 이에 따라, 앵커부(C)의 캔티레버 구조가 형성될 수 있다.
도 5는 도 1b에서 A-A'선을 따른 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 볼로미터의 단면도이다. 도 5에 예시된 본 발명의 제2 실시예에 따른마이크로 볼로미터(200)는 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)의 구조와 유사하다. 다만, 도 5에서는, 전극(403)으로부터 볼로미터층(적외선 흡수층 및 센서층 포함)의 높이까지 제1 절연층(405)이 앵커부(C)의 최외각 측벽을 형성하도록 구성되는 점이 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200)와 다르다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 적외선 흡수층(406)이 앵커부의 최외곽 측벽을 형성하도록 구성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 볼로미터(200) 구조에서 제1 절연층(405)는 전극(403) 상에 형성되지 않으며 도 3에 도시된 제1 실시예에서와 마찬가지로 전극(403) 상에는 적외선 흡수층(406)이 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 볼로미터를 제조하는 과정의 일부를 순차적으로 나타낸다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 기판(401) 및 금속층(402, 403)이 형성되는단계는 도 4a 및 도 4b와 동일 또는 유사한 공정으로 수행될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 희생층(410)이 컨택홀(V)을 포함하도록 형성된다. 희생층(410)을 기판(401) 및 금속층(402, 403) 상에 고르게 형성한 후 전극(403)이 노출되도록 희생층(410)의 일부를 제거하여 컨택홀(V)을 형성할 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 제1절연층(405)이 희생층(410) 상에 형성될 수 있다. 이때, 제1절연층(405)은 컨택홀(V)의 내부 측벽상에도 형성될 수 있다. 추후 적외선 흡수층(406)이 전극(403) 상에 형성되도록 제1절연층(405)은 전극(403)의 적어도 일부가 노출되도록 형성될 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이 제1 절연층(405)을 형성함으로써 전극(403)과 적외선 흡수층(406)이 직접 접촉하는 것을 방해하지 않으면서도, 컨택홀(V) 내부 측벽의 패시베이션(passivation)을 달성할 수 있다.컨택홀(V) 내부의 측벽을 제1 절연층(405)으로 덮음으로써 적외선 흡수층(406)과 컨택홀(V) 측벽 사이의 접착력이 개선될 수 있다.
또한, 제1 절연층(405)는 패시베이션층으로서 희생층(410)이 추후 제거될 때 적외선 흡수층(406) 등 컨택홀(V)내부에 형성되는 앵커부(C)에 대한 아웃개싱(outgassing)을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 실시예에서, 제1 절연층(405)이 패시베이션층으로 기능할 수 있도록, 제1 절연층(405)은제2 실시예에서, 제1 절연층(405)이 패시베이션층으로 기능할 수 있도록, 제1 절연층(405)은, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산질화물(SiOxNx), 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
그 다음 공정은 도 4e 내지 도 4j에서 설명한 공정과 동일 또는 유사한 공정에 따라 순차적으로 수행될 수 있다. 이에 따라 본원의 도 5에 도시된 제 2실시예에 따른 마이크로 볼로미터 구조를 제조할 수 있다. 예컨대, 도 6d에 도시된 바와 같은 구조에 대해서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 적외선 흡수층(406) 및 앵커전극층(404)이 제1절연층(405) 및 노출된 전극(403) 상에 형성될 수 있다. 이때, 적외선 흡수층(406)은 컨택홀(V) 내부 하벽(전극(403) 상부) 및 측벽(제1절연층(405)으로 형성) 상에도 형성될 수 있다. 실시예에 따라 캡핑층(409)이 앵커전극층(404) 상에 형성될 수 있다. 이후의 공정은 도 4를 참조하여 설명한 것과 마찬가지일 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로 볼로미터를 포함하는 적외선 센서에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절하게 수정 및 변형되어 사용될 수 있음은 자명하다.
본 발명은 마이크로 볼로미터를 포함하는 적외선 센서로서, 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 감시카메라, 의료용 장비, 고열증상 환자 탐지 등에 사용되는 적외선 센서에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있음은 자명하다.
100, 201:볼로미터층
200: 볼로미터
250: 제1앵커
260: 제2앵커
401: 기판
402: 반사층
403: 전극
404: 앵커금속
405: 제1절연층
406: 적외선 흡수층
407: 제2절연층
408: 센서층
409: 캡핑층
410: 희생층
200: 볼로미터
250: 제1앵커
260: 제2앵커
401: 기판
402: 반사층
403: 전극
404: 앵커금속
405: 제1절연층
406: 적외선 흡수층
407: 제2절연층
408: 센서층
409: 캡핑층
410: 희생층
Claims (16)
- 기판 상에 배치되는 전극;
상기 기판 상에 배치되며 상기 전극과 이격되어 배치되는 반사층;
상기 전극 및 상기 반사층 상에 배치되고, 상기 반사층과 중첩하는 공동을 정의하며, 흡수 적외선에 의해 온도가 변화되는 볼로미터층;을 포함하고,
상기 볼로미터층은:
적외선을 흡수하는 물질을 포함하는 적외선 흡수층; 및
상기 적외선 흡수층과 접하고, 상기 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층;을 포함하며,
상기 적외선 흡수층의 적어도 일부는 상기 전극과 접촉하여 배치되며,
상기 전극 상부에서 상기 적외선 흡수층 상에 배치된 앵커금속을 더 포함하는,
마이크로 볼로미터. - 제 1 항에 있어서,
상기 앵커금속은 텅스텐(W) 또는 텅스텐실리사이드(WSix) 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 마이크로 볼로미터. - 제 1 항에 있어서,
상기 앵커금속 상부에 캡핑층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 볼로미터. - 제 3 항에 있어서, 상기 캡핑층은 알루미늄(Al), 몰리브덴((Mo), 질화티타늄(TiN), 적층된 질화티타늄(TiN) 및 질화규소(SiNx), 및 적층된 질화티타늄(TiN) 및 산화규소(SiOx) 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 마이크로 볼로미터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 볼로미터층은 상기 적외선 흡수층 하부에 위치하는 제1 절연층을 더 포함하며,
상기 전극부터 상기 볼로미터층의 높이까지, 상기 앵커금속의 외측벽은 상기 적외선 흡수층에 의해 덮이는, 마이크로 볼로미터. - 제 5 항에 있어서, 상기 전극부터 상기 볼로미터층의 높이까지, 상기 앵커금속의 외측벽을 덮는 상기 적외선 흡수층의 외측벽은 상기 제1 절연층에 의해 덮이는, 마이크로 볼로미터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 볼로미터층 상에 배치되고, 상기 볼로미터층을 외부로부터 보호하는 제2절연층;을 더 포함하는, 마이크로 볼로미터. - 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 전극과 반사층을 형성하는 단계;
상기 전극, 상기 반사층 및 상기 기판을 덮는 희생층을 형성한 후 상기 희생층 상에 제1절연층을 형성하는 단계; 및
상기 전극이 노출되도록 상기 희생층 및 상기 제1 절연층의 일부를 제거하여 컨택홀을 형성하는 단계;
상기 노출된 전극 및 상기 제1 절연층 상에 적외선 흡수층을 형성하는 단계;
상기 적외선 흡수층 상에 앵커금속층을 형성하는 단계; 및
상기 반사층과 상기 제1 절연층 사이에 공동을 형성하도록 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법. - 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 전극과 반사층을 형성하는 단계;
상기 전극이 노출되도록 컨택홀을 포함하여 상기 기판 및 상기 반사층을 덮는 희생층을 형성하는 단계;
상기 전극이 노출되도록 상기 컨택홀의 내부 측벽 및 상기 희생층 상에 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 노출된 전극 및 상기 제1 절연층 상에 적외선 흡수층을 형성하는 단계;
상기 적외선 흡수층 상에 앵커금속층을 형성하는 단계; 및
상기 반사층과 상기 제1 절연층 사이에 공동을 형성하도록 상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 앵커금속층을 제거하도록 상기 앵커금속층을 식각하는 단계;를 더 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 앵커금속층을 식각하는 단계는 SF6가스 또는 CF4가스 기반의 건식식각을 통해 수행되는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함하는 센서층을, 상기 반사층 상부로서 상기 식각하는 단계 후 상기 앵커금속층과 소정 거리 이격되도록 상기 적외선 흡수층 상에 형성하는 단계;를 더 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 앵커금속층과 상기 센서층 사이에 배치되는 상기 제1 절연층 및 상기 적외선 흡수층의 적어도 일부를 식각하는 단계;를 더 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법. - 삭제
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 앵커금속층은 상부에 캡핑층을 더 포함하며,
적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 앵커금속층을 제거하도록 상기 앵커금속층을 식각하는 단계는:
적어도 상기 전극 상의 소정 영역을 제외하고 상기 캡핑층을 제거하도록 상기 캡핑층을 식각하는 단계를 더 포함하는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법. - 제 15 항에 있어서, 상기 캡핑층을 식각하는 단계는 Cl2가스, BCl3가스, SF6가스 또는 CF4가스 중 적어도 하나 이상의 가스 기반의 건식식각을 통해 수행되는, 마이크로 볼로미터의 제조 방법.
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