KR101897068B1 - 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 입사되는 적외선 복사 파장을 선택할 수 있도록 공진 파장을 가변할 수 있도록 제조된 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서는 검출회로를 포함하는 기판(100), 상기 기판(100)의 상면에 형성되는 고정반사판(200), 상기 기판(100)의 상면에 형성되되, 상기 고정반사판(200)의 양측에 형성되는 금속 패드(300), 상기 고정반사판(200)의 상측에 일정거리 이격되어 형성되는 흡수부(400) 및 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이에 형성되며, 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이를 상하로 이동 가능한 이동반사판(500)을 포함하며, 상기 이동반사판(500)은 입사되는 적외선의 파장에 따라 상하로 움직여 상기 공기층(A)의 간격을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법{Selectable wavelength infrared sensor and manufacturing method of thereof}
본 발명은 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 입사되는 적외선 복사 파장을 선택할 수 있도록 공진 파장을 가변할 수 있도록 제조된 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
적외선 센서의 한 종류인 볼로미터(Bolometer)는 입사되는 적외선을 흡수하여 물체의 온도가 상승하면 이로 인한 저항 변화를 이용해 적외선의 에너지 정도를 측정한다.
한국공개특허 제10-2009-0055766호("볼로미터 및 그 제조 방법", 2009.06.03., 선행기술 1)에는 종래 볼로미터에 관하여 개시되어 있다. 선행기술 1과 같은 볼로미터의 구조를 간략하게 설명하면, 적외선 검출회로가 형성된 기판의 일면에 반사판이 형성되고, 적외선을 흡수하는 흡수층이 상기 기판의 상부에 일정거리 이격되어 형성된다. 입사되는 적외선은 상기 반사판에 반사되어 상기 흡수층으로 입사되고, 흡수층은 입사되는 적외선에 의해 온도가 올라가게 된다. 상기 흡수층에 형성된 회로는 흡수층의 온도가 올라감에 따라 변화하는 저항을 측정함으로써 입사되는 적외선의 복사량을 측정할 수 있다.
상기한 볼로미터의 구조에서 흡수층과 기판을 일정거리 이격시켜 사이에 공기층(Air-gap)을 형성하는 것은 흡수층과 기판을 열적으로 차단시켜 흡수층이 흡수하는 적외선의 복사량을 보다 정밀하게 측정하기 위한 것이다. 흡수층과 기판 사이의 간격은
Figure 112016092401557-pat00001
(
Figure 112016092401557-pat00002
는 입사되는 적외선의 파장)이 되는데, 이 간격에 따라 흡수층이 흡수하는 적외선의 파장영역이 달라져 볼로미터가 측정할 수 있는 적외선의 파장영역이 결정된다.
일반적으로 볼로미터는 열화상(Thermal image)을 얻기 위해 열감지 카메라에 주로 쓰이는데, 인체가 복사하는 전자기파는
Figure 112016092401557-pat00003
정도의 적외선 영역에서 가장 많이 방출되므로 이를 측정하기 위한 볼로미터는 기판과 흡수층 사이의 간격이
Figure 112016092401557-pat00004
가 된다. 볼로미터는 최근 기상관측이나 가스검측과 같은 영역에서도 사용되고 있으며, 이 때 볼로미터가 측정하는 적외선의 파장은 관측 대상에 따라 달라지므로, 기판과 흡수층 사이의 간격이 서로 다른 볼로미터를 사용해야 한다.
이와 같이 서로 다른 파장영역의 적외선을 검출하려면, 기판과 흡수층 사이의 간격이 서로 다른 볼로미터를 사용해야 하는데, 기판과 흡수층 사이 간격은 볼로미터를 제작할 때 결정되는 설계사항으로 제작한 뒤 이를 변경할 수 없는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2009-0055766호("볼로미터 및 그 제조 방법", 2009.06.03.)
따라서 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서 및 이의 제조 방법의 목적은 측정 가능한 파장을 변경하여 선택 가능한 적외선 센서 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서는 검출회로를 포함하는 기판(100), 상기 기판(100)의 상면에 형성되는 고정반사판(200), 상기 기판(100)의 상면에 형성되되, 상기 고정반사판(200)의 양측에 형성되는 금속 패드(300), 상기 고정반사판(200)의 상측에 일정거리 이격되어 형성되는 흡수부(400) 및 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이에 형성되며, 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이를 상하로 이동 가능한 이동반사판(500)을 포함하며, 상기 이동반사판(500)은 입사되는 적외선의 파장에 따라 상하로 움직여 상기 공기층(A)의 간격을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파장 선택형 적외선 센서는 상기 금속 패드(300)와 흡수부(400)를 전기적으로 연결하면서 상기 흡수부(400)를 지지하는 지지부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수부(400)는 제1절연층(410), 금속층(420), 저항층(430) 및 제2절연층(440)이 순차적으로 적층된 구조이며, 상기 지지부(600)는 상기 흡수부(400)에서 측정한 센싱 신호를 상기 금속 패드(300)로 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부(600)는 상기 금속패드(200)의 상측으로 연장 형성된 연결부(610), 하면이 상기 연결부(610)에 결합되는 전극(620) 및 상기 전극(620)의 상측에 형성되어, 상부가 상기 흡수부(400)와 서로 결합되는 앵커(630)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판(100)은 중앙의 소정 영역이 함몰 형성되는 함몰부(110) 및 상기 함몰부(110)의 외곽에 위치하여 상기 함몰부(110)의 상면보다 높은 위치의 외곽부(120)를 포함하며, 상기 고정반사판(200)은 상기 함몰부(110)에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판(100)은 상기 외곽부(120)의 상면에 형성되고, 상기 고정반사판(200)과 전기적으로 연결되는 제1가변패드(130) 및 상기 외곽부(120)의 상면에 형성되고, 상기 이동반사판(500)과 전기적으로 연결되는 제2가변패드(140)를 포함하며, 상기 제1가변패드(130)와 제2가변패드(140)는 상기 이동반사판(500)과 물리적으로 연결되어 상기 이동반사판(500)을 지지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동반사판(500)은 상기 제1가변패드(130)와 제2가변패드(140)와 각각 탄성연결체(150)를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 파장 선택형 적외선 센서를 제조하는 제조 방법은, 기판(100)의 중앙 소정 영역을 함몰하여 함몰부(110) 및 외곽부(120)를 형성하는 기판 형성단계, 상기 함몰부(110)의 상면에 고정반사판(200) 및 금속 패드(300)를 형성하는 제1배선단계, 상기 함몰부(110)에 제1희생층(700)을 형성하는 제1희생층 형성단계, 상기 제1희생층(700)의 상면에 이동반사판(500)을 형성하는 제2배선단계, 상기 이동반사판(500)을 덮도록 상기 이동반사판(500) 및 외곽부(120)의 상측으로 소정 높이만큼 제2희생층(800)을 형성하는 제2희생층 형성단계, 상기 제2희생층(800)의 상면에 흡수부(400)를 형성하는 흡수부 형성단계 및 상기 제1희생층(700) 및 제2희생층(800)을 제거하는 희생층 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2배선단계는 상기 금속 패드(300)의 상측에 홀을 형성하고, 상기 홀에 연결부(610)를 형성한 후 상기 이동반사판(500)과 상기 연결부(610)의 상측에 전극(620)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서에 의하면, 볼로미터의 측정 가능한 적외선 영역을 변경하여, 단일의 볼로미터로 다양한 파장의 적외선을 측정 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법에 의하면, 파장 선택형 적외선 센서를 용이하게 제조 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 사시도.
도 2는 도 1의 상부 평면도.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도.
도 4는 도 3의 부분 확대도.
도 5는 도 3의 다른 상태 단면도.
도 6은 본 발명의 기판 형성단계의 개략도.
도 7은 본 발명의 제1배선단계의 개략도.
도 8은 본 발명의 제1희생층 형성단계의 개략도.
도 9는 본 발명의 제2배선단계의 개략도.
도 10 및 11은 본 발명의 제2배선단계의 순차적인 개략도.
도 12는 본 발명의 제2희생층 형성단계의 개략도.
도 13 내지 16은 본 발명의 흡수부 형성단계의 순차적인 개략도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 사시도이고, 도 2는 도 1의 상부에서 적외선 센서를 바라본 것을 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 A-A' 단면을 도시한 것이다. 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서는 기판(100), 고정반사판(200), 금속 패드(300), 흡수부(400) 및 이동반사판(500)을 포함하여 형성된다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)은 검출회로를 포함하는 구성으로, 함몰부(110) 및 외곽부(120)를 포함한다. 상기 기판(100)은 반도체 실리콘으로 형성될 수 있으며, 상기 기판(100) 내부에 포함되는 검출회로는 일반적으로 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)로 구현된다. 상기 기판(100)은 다양한 형상일 수 있으나, 적외선 센서의 집적을 고려하면 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 사각형의 판형이 가장 적합하다.
상기 기판(100)의 상측에는 별도의 절연층(101)이 형성될 수 있으며, 상기 절연층(101)의 재질은 산화알루미늄 또는 산화실리콘으로 형성될 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(110)는 상기 기판(100)의 중앙의 소정 영역이 함몰 형성되는 부분이다. 상기 함몰부(110)의 상측에는 후술할 상기 고정반사판(200), 금속 패드(300), 흡수부(400) 및 이동 반사판(500)이 형성되는 부분이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 외곽부(120)는 상기 함몰부(110)의 외곽에 위치하여 상기 함몰부(110)의 상면보다 높은 부분이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 외곽부(120)에는 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)가 형성될 수 있다.
상기 제1가변패드(130)는 상기 외곽부(120)의 네 모서리 중 한 곳에 형성되며, 상기 고정반사판(200)과 전기적으로 연결되고, 상기 이동반사판(500)과 물리적으로 연결되어 상기 이동반사판(500)을 지지한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2가변패드(140)는 상기 제1가변패드(130)와 마주보는 대각선 방향에 형성된다.
상기 제2가변패드(140) 또한 상기 제1가변패드(130)와 같이 상기 이동반사판(500)과 물리적으로 연결되어 상기 이동반사판(500)을 지지하면서, 상기 이동반사판(500)과 전기적으로 연결되어 상기 이동반사판(500)에 전압을 인가해 상기 이동반사판(500)을 움직일 수 있도록 한다. 상기 이동반사판(500)의 움직임에 관해서는 후술한다.
상기 이동반사판(500)은 상기 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)와 탄성연결체(150)로 연결된다. 상기 탄성연결체(150)는 후술할 상기 이동반사판(500)의 움직임에 지장이 없을 정도의 탄성력을 가지는 탄성체로 형성된다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정반사판(200)은 상기 기판(100)의 상면에 형성된다. 상기 고정반사판(200)은 종래의 볼로미터에도 포함되는 구성으로, 입사되는 상측에서 입사되는 적외선을 상측에 위치한 상기 흡수부(400)로 반사하는 역할을 하며, 상기 제1가변패드(130)와 전기적으로 연결된다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 금속 패드(300)는 상기 기판(100)의 상면에 형성되되, 상기 고정반사판(200)의 양측에 형성된다. 상기 금속 패드(300)가 형성되는 부분은 상기 함몰부(110)의 위치 중, 상기 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)가 형성된 대각선과 교차하는 대각선의 방향 양측으로, 후술할 상기 흡수부(400)와 전기적으로 연결된다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡수부(400)는 상기 고정반사판(200)의 상측에 일정거리 이격되어 형성되며, 따라서 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이에는 공기층(A)이 형성된다.
도 4는 도 3의 부분을 확대 도시한 것으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 흡수부(400)는 제1절연층(410), 금속층(420), 저항층(430) 및 제2절연층(440)이 순차적으로 적층된 구조이다. 상기 제1절연층(410) 및 제2절연층(440)은 상기 흡수부(400)를 전기적으로 절연시키기 위한 구성으로, 다양한 재질로 형성될 수 있으나 대표적으로는 산화알루미늄으로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(420)은 상기 저항층(430)과 면접하고, 일측이 앵커(630)에 맞닿아 있다. 상기 금속층(420)은 신호를 전달하는 구성으로, 전기적인 특성이 좋은 재질이 사용되며 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 또는 니켈크롬 합금(NiCr alloy)이 될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저항층(430)은 적외선을 흡수하여 온도가 올라감에 따라 저항이 변동되는 구성으로, 단결정 실리콘, 실리콘 게르마늄 또는 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 저항층(430)의 역할 및 구성은 후술한다.
도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 이동반사판(500)은 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이에 형성되며, 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이를 상하로 이동 가능하다. 상기 이동반사판(500)의 하측에는 별도의 절연층(501)이 형성될 수 있으며, 이는 상기 기판(100)의 상측에 형성된 절연층(101)과 동일한 목적을 가지고 형성되는 것이고, 따라서 재질도 동일하게 산화알루미늄 또는 산화실리콘일 수 있다.
상기 이동반사판(500) 또한 상기 고정반사판(200)과 동일하게 입사되는 적외선을 상측에 위치한 상기 흡수부(400)로 반사하는 구성이다. 상기 이동반사판(500)은 상술한 바와 같이, 상기 제1가변패드(130), 제2가변패드(140) 및 탄성연결체(150)로 지지되며, 전압을 걸면 상기 고정반사판(200)과 상기 이동반사판(500) 사이에 인력 또는 척력이 발생하여 상측으로 이동하거나, 하측으로 이동한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)는 외부의 전압 입력 장치와 연결되어, 상기 고정반사판(200) 및 이동반사판(500)에 전압을 인가한다. 일예로, 상기 고정반사판(200)이 그라운드, 상기 이동반사판(500)에 플러스전압을 각각 인가하면 고정반사판(200)과 이동반사판(500) 사이에 인력이 발생하여 상기 이동반사판(500)이 하측으로 이동하게 되고, 상기 고정반사판(200) 및 이동반사판(500)에 모두 그라운드 전압을 인가하면 이동반사판(500)과 연결된 탄성연결체(150)의 복원력에 의해서 이동반사판(500)이 원위치로 이동하게 된다.
상기 이동반사판(500)이 상하로 이동하는 이유는 상기 이동반사판(500)과 상기 이동반사판(500)의 상측에 위치한 상기 흡수부(400)와의 간격을 조절하기 위함이다. 선행기술에서 설명했듯이 반사판과 흡수층 사이의 간격이 적외선 파장의 1/4이 되면, 해당 파장대의 적외선을 흡수하여 측정할 수 있다. 본 발명은 상기 이동반사판(500)을 이동시킴으로써 이 간격을 조절할 수 있고, 따라서 상기 흡수부(400)는 원하는 파장대의 적외선을 흡수할 수 있다.
이를 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다. 도 3에서는 제1입사적외선이 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400)의 사이에 위치한 이동반사판(500)을 통해 반사되어 상기 흡수부(400)로 입사된다. 도 3에서의 상기 이동반사판(500)과 흡수부(400)의 간격을
Figure 112016092401557-pat00005
라고 한다면, 파장이
Figure 112016092401557-pat00006
인 적외선을 측정가능하다.
도 5는 도 3의 이동반사판(500)을 하측으로 이동시킨 것을 도시한 것으로, 도 5에서는 제2입사적외선이 상기 이동반사판(500)을 통해 반사되어 상기 흡수부(400)로 입사된다. 이때 상기 이동반사판(500)과 흡수부(400)의 간격을
Figure 112016092401557-pat00007
이라 하면, 파장이
Figure 112016092401557-pat00008
인 적외선을 측정 가능하다. 즉 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서는, 상기 이동반사판(500)의 위치를 조절함으로써, 다른 종류의 볼로미터를 사용하지 않더라도 다양한 파장대의 적외선을 측정 가능한 효과가 있다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서는 상기 금속 패드(300)와 흡수부(400)를 전기적으로 연결하면서 상기 흡수부(400)를 지지하는 지지부(600)를 더 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(600)는 상기 흡수부(400)에서 측정한 센싱 신호를 상기 금속 패드(300)로 전달하는 구성으로, 연결부(610), 전극(620) 및 앵커(630)를 포함한다.
상기 연결부(610)는 상기 금속 패드(300)의 상측으로 연장 형성되는 구성으로, 상기 금속 패드(300)와 전기적으로 연결된다.
상기 전극(620)은 하면이 상기 연결부(610)에 결합되는 구성으로, 상기 전극(620) 또한 상기 연결부(610)를 통해 상기 금속 패드(300)와 전기적으로 연결된다.
상기 앵커(630)는 상기 전극(620)의 상측에 형성되어, 상부가 상기 흡수부(400)와 서로 결합된다. 상기 앵커(630)는 상기 흡수부(400)와 결합됨으로써 상기 흡수부(400)를 지지하며, 상기 흡수부(400)의 구성 중 금속층(420)과 전기적으로 연결된다.
이하 도면을 참고하여 적외선의 방사량을 측정하는 볼로미터의 원리에 관하여 간략히 설명한다. 적외선이 입사되어 상기 이동반사판(500)을 통해 반사되어, 상기 저항층(430)에 입사된다. 상기 저항층(430)은 온도가 올라가면 이에 따라 저항값이 변하며, 상기 금속층(420)은 이를 측정하여 센싱값을 전송한다. 구체적으로, 상기 금속층(420)으로부터 측정된 센싱값은 상기 앵커(630), 전극(620), 연결부(610)를 통해 상기 금속 패드(300)로 전송되며, 기판(100)에 형성된 적외선 검출회로로 전달되어 변화된 저항값에 따른 적외선의 방사량을 측정한다. 이를 측정하는 구성은 상기 기판(100) 내부에 형성된 적외선 검출회로이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다. 이하 설명하는 구성 중, 상술한 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법과 동일한 명칭 및 도번을 가지는 구성은 서로 동일한 구성으로, 간략하게 제조 방법에 대해서만 설명하고 해당 구성의 역할에 대해서는 설명을 생략한다.
본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법은 기판 형성단계, 제1배선단계, 제1희생층 형성단계, 제2배선단계, 제2희생층 형성단계, 흡수부 형성단계, 제2희생층 형성단계를 포함한다.
도 6은 상기 기판 형성단계를 개략적으로 도시한 것으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 기판 형성단계는 기판(100)의 중앙 소정 영역을 함몰하여 함몰부(110) 및 외곽부(120)를 형성하는 단계이다. 상기 기판(100)은 상술한 상기 파장 선택형 적외선 센서와 동일한 실리콘으로 재질이다.
상기 기판 형성단계에서 상기 기판(100)의 중앙에 함몰부(110)를 형성하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 기판(100) 중 함몰을 원하지 않는 부분에 하드마스크(10)를 형성하고, 식각(Etching) 통해 상기 함몰부(110)를 형성한다. 다양한 에칭방법이 사용될 수 있겠으나, 도 6에 도시된 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법에서는 습식식각(Wet etching)을 통해 화학적 방법으로 상기 기판(100)의 중앙 소정 영역을 식각하며, 식각용액으로는 수산화칼륨(KOH)를 사용한다. 상기 습식식각을 통해 상기 함몰부(110)를 형성한 후에는 상기 하드마스크(10)를 제거함으로써, 상기 기판(100)상에 상기 함몰부(110)와 외곽부(120)를 형성한다.
상기 기판(100)은 상기 파장 선택형 적외선 센서와 동일하게, 적외선 검출회로가 내장되어 있으나, 이는 도면에 도시하지 않는다.
도 7은 상기 제1배선단계가 수행된 후를 개략적으로 도시된 것으로서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1배선단계는 상기 함몰부(110)의 상면에 고정반사판(200) 및 금속 패드(300)를 형성하는 단계이다. 상기 고정반사판(200) 및 금속패드(300)가 형성되기 전, 상기 기판(100)의 상부에는 절연층(101)이 형성되며, 이의 재질은 산화알루미늄 또는 산화실리콘이 될 수 있다. 상기 절연층(101)은 증착을 통해 형성될 수 있다.
상기 제1배선단계에서 상기 절연층(101)이 형성된 후, 상기 고정반사판(200) 및 금속 패드(300)를 형성하는데, 상기 고정반사판(200) 및 금속 패드(300)는 증착 및 식각을 통해 형성된다. 또한 상기 제1배선단계에서는 이외에도 도 7에 제1가변패드(130) 및 도 1 및 2에 도시된 제2가변패드(140)를 형성할 수 있으며, 상기 고정반사판(200), 금속패드(300), 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)의 전기적 연결을 증착을 통한 배선으로 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 고정반사판(200), 금속패드(300), 제1가변패드(130) 및 제2가변패드(140)는 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 질화물(TiN)이 될 수 있다.
상기 제1배선단계에서 증착 후 배선을 위한 식각과정에서는 별도의 포토 마스크(Photo mask)를 이용한 포토리소그래피(Photolithography)가 사용된다.
도 8은 상기 제1희생층 형성단계가 수행된 후를 도시한 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(110)에 제1희생층(700)을 형성한다. 상기 제1희생층(700)은 상기 이동반사판(500) 및 같은 높이에 형성될 전극(620)을 형성하기 위한 구성으로, 상기 제1희생층(700)은 카본 폴리머 재질로 구성되며, 폴리이미드(Polyimide)가 주로 사용된다 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 폴리이미드는 상기 함몰부(110) 내부에 스핀-코팅으로 채워진다.
도 9 및 10은 상기 제2배선단계 과정을 순차적으로 도시한 것으로써, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1희생층(700)의 상면에 이동반사판(500) 및 전극(620)을 형성하고, 상기 전극(620)과 금속 패드(300)를 연결부(610)를 통해 전기적으로 연결하는 단계이다.
도 9에서는 상기 제1희생층(700)의 상부에 절연층(501)을 형성하고, 상기 금속 패드(300)의 상측에 홀을 형성한다. 상기 절연층(501)은 상기 절연층(101)과 동일한 목적을 가지는 구성으로 상기 절연층(101)과 동일한 재질로 형성된다. 상기 홀을 형성하는 과정은, 상측에 실리콘 질화물로 얇은 두께의 막을 형성하고, 상기 실리콘 질화물의 상측에 홀을 형성할 위치를 제외한 부분에 포토 마스크를 형성한다. 그 후 홀의 상측에 노출된 실리콘 질화물만을 식각하여 상기 제1희생층(700)이 노출되도록 한 후, 다른 방식의 식각을 통해 제1희생층(700)에 홀을 형성한다. 이렇게 두 번의 과정을 거치는 이유는, 상기 제1희생층(700)과 포토 마스크가 동일하게 카본 재질이기 때문에, 식각원리가 동일하여 홀만을 형성할 수 없기 때문이다. 따라서 상기 실리콘 질화물의 식각을 통해 두 번 식각을 진행하여, 1차적으로 식각된 상기 실리콘 질화물을 일종의 마스크로 사용한다.
도 10에서는 금속의 증착을 통해 상기 이동반사판(500), 연결부(610) 및 전극(620)을 형성한다. 상기 이동반사판(500), 연결부(610) 및 전극(620) 또한 전기적 물성이 좋은 재질로 형성되며, 상술한 바와 같이 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 질화물(TiN)이 될 수 있다. 이 과정에서 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 이동반사판(500), 연결부(610) 및 전극(620)를 서로 전기적으로 연결하기 위한 배선 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 이동반사판(500)의 경우 추후에 상기 제1희생층(700)이 제거되면 공중에 떠 있어야 하므로, 이를 지지하기 위해 상기 제1가변패드(130)와 제2가변패드(140)를 상기 이동반사판(500)과 탄성연결체(150)를 통해 연결하여, 상기 제1희생층(700)이 제거되더라도 상기 이동반사판(500)이 상기 고정반사판(200)의 상부에 이격된 상태가 될 수 있도록 한다.
도 11 및 12는 상기 제2희생층 형성단계를 개략적으로 도시한 것으로써, 상기 제2희생층 형성단계에서는 상기 이동반사판(500)을 덮도록 상기 이동반사판(500) 및 외곽부(120)의 상측으로 소정 높이만큼 제2희생층(800)을 형성한다. 도 11은 상기 제2희생층(800)을 형성하기 전에 상기 절연층(501)의 일부분을 제거한 것을 도시한 것이고, 도 12는 상기 제2희생층(800)이 형성된 상태를 도시한 것이다. 상기 제2희생층(800)의 재질은 상기 제1희생층(700)과 동일하며, 상기 제2희생층(800)을 형성하는 이유는 상기 흡수부(400)를 형성하기 위해서이다.
상기 흡수부 형성단계는 상기 제2희생층(800)의 상면에 흡수부(400)를 형성하는 단계로, 상기 흡수부 형성단계의 과정은 도 13 내지 16에 도시되어 있다. 이를 차례대로 설명하면, 도 13은 상기 제2희생층(800)의 상측에 제1절연층(410)을 형성하고, 상기 전극(620)의 상측으로 홀을 형성하는 단계이다. 상기 전극(620)의 상측으로 홀을 형성하는 과정 또한 상기 제1희생층(700)에 홀을 형성하는 과정과 동일하다.
상기 제1절연층(410)은 상측에 형성될 상기 흡수부(400)를 전기적으로 절연하기 위한 구성으로, 상기 절연층(101, 501)과 동일한 재질로 형성된다. 도 13 내지 16에서 상기 흡수부(400)의 상세한 구조는 상기 흡수부(400)가 확대 도시된 도 4를 참고한다.
상기 전극(620)의 상측에 홀을 형성하는 이유는 상기 전극(620)을 상기 앵커(630)를 통해 흡수부(400)와 전기적으로 연결시키기 위함이다.
도 14는 상기 제1절연층(410)의 상측에 금속층(420)을 형성한 후 상기 전극(620)의 상측에 형성된 홀에 앵커(630)를 형성하는 단계이다. 상기 금속층(420) 및 앵커(630) 역시 전기적인 특성 때문에 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 티타늄 질화물(TiN)과 같은 재질로 형성된다.
도 15는 상기 금속층(420)의 상측에 상기 저항층(430) 및 제2절연층(440)을 형성하고, 도 16은 상기 흡수부(400) 중 필요한 부분을 제외한 나머지 부분을 제거한 상태이다. 도 16의 상태에서, 상기 희생층 제거단계를 통해 상기 제1희생층(700) 및 제2희생층(800)을 제거하면, 도 3에 도시된 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서가 제조된다.
상기한 과정 중, 도 9에서 상기 금속 패드(300)의 상측으로 홀을 형성하고, 이를 금속 증착을 통해 연결부(610) 및 전극(620)을 형성한 후, 도 13에서 상기 전극(620)의 상측에 다시 홀을 형성하고 앵커(630)를 통해 상기 흡수부(400)와 금속 패드(300)를 전기적으로 연결시킨다. 이렇게 두 번의 공정을 거치는 이유는, 홀을 형성하는 식각 및 홀 내부를 연결부(610) 또는 앵커(630)로 채우는 금속 증착 과정에서 홀 내부 깊숙한 곳까지 증착이 용이하지 않을 가능성이 있기 때문이다. 따라서 본 발명에 의한 파장 선택형 적외선 센서의 전기적 특성을 향상시키기 위해 도 9 및 13에 도시된 바와 같이 홀을 두 번 가공한 후 연결부(610), 전극(620) 및 앵커(630)를 형성하여 상기 흡수부(400)와 금속 패드(300)를 서로 전기적으로 연결한다.
본 발명은 상기한 실시예들에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
A : 공기층
10 : 하드마스크
100 : 기판 101 : 절연층
110 : 함몰부 120 : 외곽부
130 : 제1가변패드 140 : 제2가변패드
150 : 탄성연결체
200 : 고정반사판
300 : 금속 패드
400 : 흡수부
410 : 제1절연층 420 : 금속층
430 : 저항층 440 : 제2절연층
500 : 이동반사판 501 : 절연층
600 : 지지부
610 : 연결부 620 : 전극
630 : 앵커
700 : 제1희생층
800 : 제2희생층

Claims (9)

  1. 검출회로를 포함하는 기판(100);
    상기 기판(100)의 상면에 형성되는 고정반사판(200);
    상기 기판(100)의 상면에 형성되되, 상기 고정반사판(200)의 양측에 형성되는 금속 패드(300);
    상기 고정반사판(200)의 상측에 일정거리 이격되어 형성되는 흡수부(400); 및
    상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이에 형성되며, 상기 고정반사판(200)과 흡수부(400) 사이를 상하로 이동 가능한 이동반사판(500);
    을 포함하며,
    상기 이동반사판(500)은 입사되는 적외선의 파장에 따라 상하로 움직여 공기층(A)의 간격을 조절하고,
    상기 기판(100)은
    중앙의 소정 영역이 함몰 형성되고 상기 고정반사판(200)이 형성되는 함몰부(110), 상기 함몰부(110)의 외곽에 위치하여 상기 함몰부(110)의 상면보다 높은 위치의 외곽부(120), 상기 외곽부(120)의 상면에 형성되고, 상기 고정반사판(200)과 전기적으로 연결되는 제1가변패드(130) 및 상기 외곽부(120)의 상면에 형성되고, 상기 이동반사판(500)과 전기적으로 연결되는 제2가변패드(140)를 포함하며,
    상기 제1가변패드(130)와 제2가변패드(140)는 상기 이동반사판(500)과 물리적으로 연결되어 상기 이동반사판(500)을 지지하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 파장 선택형 적외선 센서는
    상기 금속 패드(300)와 흡수부(400)를 전기적으로 연결하면서 상기 흡수부(400)를 지지하는 지지부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 흡수부(400)는
    제1절연층(410), 금속층(420), 저항층(430) 및 제2절연층(440)이 순차적으로 적층된 구조이며,
    상기 지지부(600)는
    상기 흡수부(400)에서 측정한 센싱 신호를 상기 금속 패드(300)로 전달하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 지지부(600)는
    상기 금속패드(300)의 상측으로 연장 형성된 연결부(610),
    하면이 상기 연결부(610)에 결합되는 전극(620) 및
    상기 전극(620)의 상측에 형성되어, 상부가 상기 흡수부(400)와 서로 결합되는 앵커(630)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 이동반사판(500)은
    상기 제1가변패드(130)와 제2가변패드(140)와 각각 탄성연결체(150)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서.
  8. 제1항 내지 제4항 및 제7항 중 어느 한 항의 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법으로,
    기판(100)의 중앙 소정 영역을 함몰하여 함몰부(110) 및 외곽부(120)를 형성하는 기판 형성단계;
    상기 함몰부(110)의 상면에 고정반사판(200) 및 금속 패드(300)를 형성하는 제1배선단계;
    상기 함몰부(110)에 제1희생층(700)을 형성하는 제1희생층 형성단계;
    상기 제1희생층(700)의 상면에 이동반사판(500)을 형성하는 제2배선단계;
    상기 이동반사판(500)을 덮도록 상기 이동반사판(500) 및 외곽부(120)의 상측으로 소정 높이만큼 제2희생층(800)을 형성하는 제2희생층 형성단계;
    상기 제2희생층(800)의 상면에 흡수부(400)를 형성하는 흡수부 형성단계; 및
    상기 제1희생층(700) 및 제2희생층(800)을 제거하는 희생층 제거단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제2배선단계는
    상기 금속 패드(300)의 상측에 홀을 형성하고, 상기 홀에 연결부(610)를 형성한 후 상기 이동반사판(500)과 상기 연결부(610)의 상측에 전극(620)을 형성하는 것을 특징으로 하는 파장 선택형 적외선 센서의 제조 방법.
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