KR101959754B1 - Forming method of sensing film for uncooled type infrared sensor, sensing film formed by the method, manufacturing method of uncooled type infrared sensor and uncooled type infrared sensor manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 CMOS 제조공정과 호환이 가능하면서 감도와 성능이 향상된 감지막을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a sensing film for an uncooled infrared sensor, and more particularly, to a method for forming a sensing film having improved sensitivity and performance while being compatible with a CMOS manufacturing process.
일반적으로 적외선 센서는 작동 원리에 따라 크게 양자형(photon)과 열형(thermal)으로 나눌 수 있는데, 양자형은 주로 반도체 재료로서 특성은 좋으나 액체 질소 온도(-193℃)에서 작용한다는 단점이 있는 반면에, 열형 재료들은 반도체에 비해 성능은 다소 떨어지지만 상온에서 동작한다는 장점이 있다. 따라서 냉각이 필요한 양자형 재료들을 사용한 적외선 센서를 냉각형 적외선 센서로 호칭하며 주로 군수용의 목적으로 연구되고 있으며, 열형 재료들을 사용한 적외선 센서를 비냉각형 적외선 센서로 호칭하며 민수용으로 주로 사용되고 있다. 이 중 비냉각형 적외선 센서는 감지 방식에 따라서 볼로미터(Bolometer)형과 열전쌍(Thermocouple)형 및 초전기(Pyroelectric)형의 3가지 형태로 나눌 수 있다. 비냉각형 적외선 센서는 기판 위에 적외선을 검지하는 감지부가 공중에 떠서 위치하는 3차원 구조로 제작되며, 특히 볼로미터형 적외선 센서의 경우에 3차원 구조를 주로 적용하고 있다.In general, infrared sensors can be divided into two types, photon and thermal, depending on the operating principle. The quantum type is mainly a semiconductor material, but its drawback is that it operates at liquid nitrogen temperature (-193 ° C.) , Thermal materials have the advantage of operating at room temperature although the performance is somewhat lower than that of semiconductors. Therefore, an infrared sensor using a quantum type material requiring cooling is referred to as a cooling type infrared sensor. The infrared sensor using thermal materials is called an uncooled infrared sensor and is mainly used for civil purposes. Among them, the uncooled infrared sensor can be classified into three types of bolometer type, thermocouple type and pyroelectric type according to the sensing method. In the uncooled infrared sensor, the sensing part for detecting infrared rays on the substrate is formed in a three-dimensional structure located in the air, and in particular, a three-dimensional structure is mainly applied in the case of a bolometer type infrared sensor.
비냉각형 적외선 센서에서 열감지 물질로 사용되는 대표적인 물질은 바나듐 산화물 막(VOx)과 비정질 실리콘(a-Si:H, B)막이 이용되고 있다. 이 중에서 비정질 실리콘은 표준 CMOS 제조공정과 호환이 가능하여 적외선 센서 및 이를 탑재한 적외선 열 영상장치 제품의 가격 경쟁력을 월등히 높일 수 있는 장점이 있다. 하지만 비정질 실리콘은 온도저항계수(TCR)가 상대적으로 낮아 감도가 좋지 못하며, 신호 재생시 잡음의 수준에 영향을 주는 저항값이 크게 나타나서 성능도 낮은 문제가 있다.A vanadium oxide (VO x ) film and an amorphous silicon (a-Si: H, B) film are used as a typical material used as a heat sensing material in an uncooled infrared sensor. Of these, amorphous silicon is compatible with standard CMOS manufacturing processes, which has the advantage of significantly enhancing price competitiveness of infrared sensor and infrared thermal imager equipped therewith. However, since amorphous silicon has a relatively low temperature resistance coefficient (TCR), its sensitivity is poor, and the resistance value affecting the level of noise during signal reproduction is large, resulting in poor performance.
이러한 문제를 해결하기 위하여 실리콘 산화물과 바나듐 산화물을 함께 사용하는 기술 등이 개발되었으나, 공정이 복잡하고 CMOS 제조공정과 호환이 불가능한 단점이 있다.In order to solve such a problem, a technique of using silicon oxide and vanadium oxide together has been developed, but the process is complicated and incompatible with the CMOS manufacturing process.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 감도와 성능이 향상된 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor having improved sensitivity and performance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비냉각형 적외선 센서용 감지막 형성방법은, 비냉각형 적외선 센서에서 적외선을 감지하는 감지막을 형성하는 방법으로서, 비정질 실리콘막을 형성하는 비정질막 형성 단계; 및 비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도 범위에서 열처리하여 결정질화하는 결정질화 단계를 포함하며, 상기 결정질화 단계가 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록, 전이금속 촉매층을 형성하는 촉매 형성 단계를 상기 비정질막 형성 단계의 전 또는 후에 더 수행하고, 상기 결정질화 단계는 전이금속 촉매층이 접하는 비정질 실리콘막에 대하여 수행되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a sensing film for sensing an infrared ray in an uncooled infrared sensor, the method comprising: forming an amorphous silicon film; And a crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film at a temperature of 400 ° C or lower to form a transition metal catalyst layer so that the crystal nitridation step can be performed at a temperature of 400 ° C or lower The crystallization step is further performed before or after the amorphous film forming step, and the crystal nitriding step is performed on the amorphous silicon film to which the transition metal catalyst layer contacts.
종래에 비정질 실리콘막의 단점을 보완하기 위하여, 비정질 실리콘막을 결정질화하는 방법이 고려되었으나, 결정질화를 위해서는 700℃이상의 고온이 필요하기 때문에 센서 제조과정에서 적용하지 못하였다.In order to compensate for the disadvantages of the amorphous silicon film, a method of crystallizing the amorphous silicon film has been considered. However, since the crystallization nitridation requires a high temperature of 700 ° C or more, it can not be applied to the manufacturing process of the sensor.
본 발명은 비정질 실리콘막에 금속촉매층이 접하도록 준비하며, 400℃이하에서 전이금속 촉매물질과 비정질 실리콘의 반응으로 실리사이드가 형성되면서 실리콘 결정핵의 생성을 촉진함으로써, 400℃이하의 저온에서도 비정질 실리콘막을 결정질화할 수 있으며, 적외선 센서 제조과정에도 적용할 수 있다.The present invention relates to an amorphous silicon film which is prepared so that a metal catalyst layer is brought into contact with an amorphous silicon film and silicide is formed by reaction between the transition metal catalyst material and amorphous silicon at 400 ° C or lower, The film can be nitrided and applied to an infrared sensor manufacturing process.
촉매 형성 단계에서 전이금속 촉매층을 5~50nm의 두께 범위로 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the transition metal catalyst layer in a thickness range of 5 to 50 nm in the catalyst formation step.
이때, 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다. n형 불순물 입자를 주입함으로써, 열처리 과정에서 불순물입자의 가속된 운동에너지가 비정질 실리콘층에 축적되어 결정핵 생성을 촉진하고 결정화 속도를 높이는 결과를 얻을 수 있으며, n형 불순물 입자가 결정질 실리콘 재질 감지막의 저항을 더 낮추어 성능이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있다. At this time, it is preferable to further implant the n-type impurity particles into the amorphous silicon film. By injecting the n-type impurity particles, accelerated kinetic energy of the impurity particles is accumulated in the amorphous silicon layer during the heat treatment process, thereby promoting the nucleation and increasing the crystallization speed. When the n-type impurity particles are detected as crystalline silicon material The resistance of the film can be further lowered and the performance can be further improved.
또한, 비정질막 형성 단계가, 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하되, 실리콘막이 비정질 실리콘이 되도록 n형 불순물을 도핑하여 수행될 수도 있다.Also, the amorphous film forming step may be performed by forming a silicon film in which crystalline or crystalline and amorphous are mixed, doping the silicon film with n-type impurities, and doping the silicon film with n-type impurities to become amorphous silicon.
본 발명의 다른 형태에 의한 비냉각형 적외선 센서용 감지막은, 비냉각형 적외선 센서에서 적외선을 감지하는 감지막으로서, 비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도에서 결정질화 시킨 결정질 실리콘 재질이며, 결정질화 공정이 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록 비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 전이금속 촉매층을 형성한 뒤에 결정질화를 수행하여, 결정질 실리콘 재질과 전이금속 촉매층이 접하는 부분에 금속실리사이드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sensing film for sensing an infrared ray in an uncooled infrared sensor, the sensing film for an uncooled infrared sensor is a crystalline silicon material obtained by crystallizing an amorphous silicon film at a temperature of 400 DEG C or less, And a crystalline silicon material is formed on a portion of the crystalline silicon material that is in contact with the transition metal catalyst layer to form a metal silicide layer on the amorphous silicon film, .
이때, 비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 형성되는 전이금속 촉매층의 두께가 5~50nm의 범위인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the thickness of the transition metal catalyst layer formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film is in the range of 5 to 50 nm.
그리고 결정질 실리콘 재질의 감지막에는 n형 불순물이 도핑될 수 있으며, n형 불순물은 비정질 실리콘막을 결정질화하는 온도를 저온으로 낮추면서도, 결정질화가 빠르고 균일하게 진행되며, 제조된 결정질 실리콘 재질 감지막의 저항을 낮춰서 적외선 센서의 성능을 향상시킨다.In addition, the n-type impurity can be doped in the crystalline silicon material sensing film, and the n-type impurity can be crystallized quickly and uniformly while lowering the temperature at which the amorphous silicon film is crystallized to a low temperature, To improve the performance of the infrared sensor.
본 발명의 또 다른 형태에 의한 비냉각형 적외선 센서 제조방법은, 적외선 감지막을 형성하는 단계를 포함하는 비냉각형 적외선 센서의 제조방법으로서, 상기 적외선 감지막을 형성하는 단계가, 비정질 실리콘막을 형성하는 비정질막 형성 단계; 및 비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도 범위에서 열처리하여 결정질화하는 결정질화 단계를 포함하며, 상기 결정질화 단계가 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록, 전이금속 촉매층을 형성하는 촉매 형성 단계를 상기 비정질막 형성 단계의 전 또는 후에 더 수행하고, 상기 결정질화 단계는 전이금속 촉매층이 접하는 비정질 실리콘막에 대하여 수행되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an uncooled infrared sensor including a step of forming an infrared sensing film, wherein the step of forming the infrared sensing film comprises the step of forming an amorphous silicon film Forming step; And a crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film at a temperature of 400 ° C or lower to form a transition metal catalyst layer so that the crystal nitridation step can be performed at a temperature of 400 ° C or lower The crystallization step is further performed before or after the amorphous film forming step, and the crystal nitriding step is performed on the amorphous silicon film to which the transition metal catalyst layer contacts.
본 발명에서 비정질 실리콘층을 결정질화하는 단계가 400℃ 이하에서 수행되기 때문에, 종래의 비냉각형 적외선 센서를 제조하는 공정에 적용할 수 있다. 특히 기존의 CMOS 제조공정과 호환이 가능하기 때문에, 특정한 기술적 노드에 국한되지 않고 마이크로볼로미터 형의 구조체로 형성되는 거의 모든 종류 및 기술적 노드에 대한 종래의 적외선 센서 제조과정에 모두 적용할 수 있다.In the present invention, since the step of crystallizing the amorphous silicon layer is performed at 400 ° C or lower, it can be applied to a process of manufacturing a conventional uncooled infrared sensor. In particular, the present invention is applicable not only to a specific technical node but also to a manufacturing process of a conventional infrared sensor for almost all types and technical nodes formed by a microbolometer type structure because it is compatible with a conventional CMOS manufacturing process.
촉매 형성 단계에서 전이금속 촉매층을 5~50nm의 두께 범위로 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the transition metal catalyst layer in a thickness range of 5 to 50 nm in the catalyst formation step.
이때, 상기 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 단계를 더 수행하는 경우, 적외선 감지막을 형성하는 단계가 저온에서 더욱 빠르고 균일하게 진행될 수 있으며, 적외선 감지막의 저항을 낮춰 비냉각형 적외선 센서의 성능이 향상되는 효과가 있다. If the step of implanting the n-type impurity particles into the amorphous silicon film is further performed, the step of forming the infrared sensing film can proceed more quickly and uniformly at a low temperature, and the resistance of the infrared sensing film can be lowered to improve the performance of the uncooled infrared sensor Is improved.
또한, 비정질막 형성 단계가, 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하되, 실리콘막이 비정질 실리콘이 되도록 n형 불순물을 도핑하여 수행될 수도 있다.Also, the amorphous film forming step may be performed by forming a silicon film in which crystalline or crystalline and amorphous are mixed, doping the silicon film with n-type impurities, and doping the silicon film with n-type impurities to become amorphous silicon.
본 발명의 마지막 형태에 의한 비냉각형 적외선 센서는, 적외선 감지막을 포함하는 비냉각형 적외선 센서로서, 상기 적외선 감지막이, 비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도에서 결정질화 시킨 결정질 실리콘 재질이며, 결정질화 공정이 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록 비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 전이금속 촉매층을 형성한 뒤에 결정질화를 수행하여, 결정질 실리콘 재질과 전이금속 촉매층이 접하는 부분에 금속실리사이드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.An uncooled infrared sensor according to the last aspect of the present invention is an uncooled infrared sensor including an infrared sensor film, wherein the infrared sensor film is a crystalline silicon material in which an amorphous silicon film is crystallized at a temperature of 400 DEG C or less, The transition metal catalyst layer is formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film so that the metal silicide layer is formed at a portion where the crystalline silicon material contacts the transition metal catalyst layer .
비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 형성되는 전이금속 촉매층의 두께가 5~50nm의 범위인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the transition metal catalyst layer formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film is in the range of 5 to 50 nm.
본 발명의 비냉각형 적외선 센서는, 비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도에서 결정질화하여 제조된 결정질 실리콘 재질의 적외선 감지막을 포함하며, 400℃이하의 온도에서 결정질화하기 위한 전이금속 촉매층이 적외선 감지막에 접촉되어 있는 구조이다. The uncooled infrared sensor of the present invention comprises an infrared sensing film of crystalline silicon made by crystallizing an amorphous silicon film at a temperature of 400 DEG C or less and a transition metal catalyst layer for crystallizing at a temperature of 400 DEG C or less is formed on an infrared sensing film As shown in Fig.
이때, 결정질 실리콘 재질의 감지막에는 n형 불순물이 도핑될 수 있으며, n형 불순물은 비정질 실리콘막을 결정질화하는 온도를 저온으로 낮추면서도, 결정질화가 빠르고 균일하게 진행되며, 제조된 결정질 실리콘 재질 감지막의 저항을 낮춰서 적외선 센서의 성능을 향상시킨다.At this time, the sensing film of the crystalline silicon material may be doped with the n-type impurity, and the n-type impurity is crystallized rapidly and uniformly while the temperature at which the amorphous silicon film is crystallized is lowered to the low temperature. Improves the performance of the infrared sensor by lowering the resistance.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 비정질 실리콘 막을 저온에서 결정화함으로써, 비냉각형 적외선 센서용 감지막으로 감도와 성능이 향상된 결정질 실리콘막을 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention configured as described above is effective in providing a crystalline silicon film having improved sensitivity and performance as a sensing film for an uncooled infrared sensor by crystallizing the amorphous silicon film at a low temperature.
또한, 본 발명은 기존의 CMOS 제조공정과 호환이 가능한 장점이 있으며, 특정한 기술적 노드에 국한되지 않고 마이크로볼로미터 형의 구조체로 형성되는 거의 모든 종류 및 기술적 노드에 적용할 수 있는 기술인 점에서 뛰어난 효과가 있다.In addition, the present invention is advantageous in that it is compatible with the conventional CMOS manufacturing process, and it is not limited to a specific technical node but is a technology applicable to almost all types and technical nodes formed by a microbolometer type structure. have.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 네 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a third embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 먼저 비정질 실리콘막을 형성한다. In this embodiment, an amorphous silicon film is formed first.
본 실시예의 비정질 실리콘막은 비냉각형 적외선 센서용 감지막의 기초가 되는 것으로서, 일반 기판에 적용되는 것이 아닌 종래에 비냉각형 적외선 센서를 제조하기 위한 과정의 일부이다. 따라서 비정질 실리콘막을 형성하기 전까지의 과정은 일반적으로 비냉각형 적외선 센서를 제조하기 위한 과정이 적용되며, 종래에 적용되던 과정이 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들면, 비정질 실리콘막을 감지막으로서 사용하는 비냉각형 적외선 센서의 일반적인 구조에 따라서, CMOS 기술로 구현된 신호취득회로(ROIC)가 형성된 웨이퍼 상에 전극/반사층을 형성하고, 희생층과 SiN 지지층 및 IR흡수층을 순차적으로 형성한 구조위에 비정질 실리콘막을 형성할 수 있다.The amorphous silicon film of the present embodiment forms the basis of the sensing film for the uncooled infrared sensor, and is a part of a process for manufacturing a conventional uncooled infrared sensor, which is not applied to a general substrate. Therefore, a process for forming an amorphous silicon film is generally applied to a process for manufacturing an uncooled infrared sensor, and a conventional process can be applied without limitation. For example, according to a general structure of an uncooled infrared sensor using an amorphous silicon film as a sensing film, an electrode / reflective layer is formed on a wafer on which a signal acquisition circuit (ROIC) implemented by CMOS technology is formed, And an IR absorbing layer are sequentially formed on the surface of the amorphous silicon film.
그리고 종래에 비정질 실리콘 재질의 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법이 제한 없이 적용될 수 있으며, 그 밖에 본 발명의 본질을 해하지 않는 범위에서 비정질 실리콘막을 형성하는 방법들이 모두 적용될 수 있다.Conventionally, a method of forming a sensing film for an infrared sensor of an amorphous silicon material can be applied without limitation, and all the methods for forming an amorphous silicon film can be applied without detracting from the essence of the present invention.
다음으로 비정질 실리콘막의 표면에 전이금속 촉매층을 형성한다.Next, a transition metal catalyst layer is formed on the surface of the amorphous silicon film.
전이금속 촉매층은 비정질 실리콘층에 포함된 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성할 수 있는 전이금속을 증착한 것이며, 전이금속의 종류는 실리사이드를 형성할 수 있는 물질이면 제한되지 않고, 증착 방법도 특별히 제한되지 않는다.The transition metal catalyst layer is formed by depositing a transition metal capable of reacting with silicon contained in the amorphous silicon layer to form a silicide. The transition metal is not limited as long as it is a material capable of forming a silicide. Do not.
그리고 전이금속 촉매층이 접촉하고 있는 비정질 실리콘막을 열처리하여 비정질 실리콘을 결정질화한다.Then, the amorphous silicon film in contact with the transition metal catalyst layer is subjected to heat treatment to crystallize the amorphous silicon.
본 발명은 비정질 실리콘막을 결정질화하여 결정질 실리콘 재질의 감지막을 형성하는 것을 목적으로 한다. 이때, 기 적층된 센서의 구조 등에 영향을 미치지 않도록 400℃이하의 온도에서 열처리를 수행하며, 일반적으로 비정질 실리콘은 700℃ 이상의 온도에서만 결정질화되지만 본 실시예에서는 비정질 실리콘막의 위에 전이금속 촉매층을 형성함으로써 400℃이하의 온도에서 비정질 실리콘을 결정질화 할 수 있었다. 구체적으로 전이금속 촉매층과 비정질 실리콘층이 접촉하는 부분에서는 400℃이하의 온도 범위에서도 전이금속과 실리콘이 반응하여 금속실리사이드를 형성하며, 실리사이드 형성 반응 과정에서 발생한 반응열이 비정질 실리콘에 실리콘 결정핵을 생성하는 구동력으로 사용되어 결정핵의 생성을 촉진 및 촉매함으로써 400℃이하의 온도 범위에서 비정질 실리콘이 결정질화된다. 이때, 전이금속 촉매층의 두께가 너무 얇은 경우에는 실리사이드를 형성하는 반응이 빠르게 완료되어 실리콘 결정핵을 생성하는 구동력을 얻지 못하는 문제가 있다. 확산속도가 상대적으로 빠른 전이금속의 경우에는 반응속도가 빠르기 때문에, 상대적으로 더 두껍게 형성하여야 실리콘 결정핵 생성에 충분한 반응이 수행된다. 결국 전이금속의 종류에 따라서 구체적인 두께가 조절되겠지만, 적어도 5nm 이상의 두께로 전이금속 촉매층을 형성하여야 실리콘 결정핵을 생성하기에 충분한 반응이 일어난다. 전이금속 촉매층의 두께가 두꺼운 경우에는 재료비가 증가하는 것에 비하여, 공정에 미치는 영향이 크지 않으므로 50nm 이하 두께범위의 극박막으로 형성하는 것이 바람직하다.The present invention aims to crystallize an amorphous silicon film to form a sensing film of a crystalline silicon material. In this case, the annealing is performed at a temperature of 400 ° C or lower so as not to affect the structure of the stacked sensor. In general, the amorphous silicon crystallizes only at a temperature of 700 ° C or higher. However, in this embodiment, a transition metal catalyst layer is formed on the amorphous silicon film The amorphous silicon can be crystallized at a temperature of 400 DEG C or less. Specifically, in the region where the transition metal catalyst layer and the amorphous silicon layer are in contact with each other, the transition metal reacts with silicon to form a metal silicide even in a temperature range of 400 ° C or lower, and the heat generated in the silicide formation reaction forms silicon crystal nuclei The amorphous silicon is crystallized in a temperature range of 400 DEG C or less. At this time, when the thickness of the transition metal catalyst layer is too thin, there is a problem that the reaction for forming the silicide is completed quickly and the driving force for generating the silicon crystal nuclei can not be obtained. In the case of a transition metal having a relatively high diffusion rate, since the reaction rate is fast, it is necessary to form a relatively thicker one to perform sufficient reaction for silicon nucleation. As a result, although a specific thickness may be controlled depending on the kind of the transition metal, it is necessary to form a transition metal catalyst layer having a thickness of at least 5 nm or more to sufficiently generate silicon crystal nuclei. When the thickness of the transition metal catalyst layer is large, the effect on the process is not significant compared with the increase in the material cost, so it is preferable to form the transition metal catalyst layer with an extremely thin film having a thickness of 50 nm or less.
본 실시예에 따르면, 400℃이하의 저온 열처리만으로 비정질 실리콘을 결정질화하여 적외선 센서를 구성하는 다른 물질층에 영향을 미치지 않은 상태로 비정질 실리콘을 결정질화할 수 있다. 또한, 비정질 실리콘층을 결정질화하여 형성된 결정질 실리콘 재질의 감지막은, 비정질 실리콘에 비하여 저항에 대한 온도계수인 TCR(Temperature Coefficient of Resistance) 값이 높아서 센서의 감도가 높아진다. 또한 결정질 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 저항이 낮고, 전기 저항의 감소는 전기회로에서 백그라운드의 노이즈 값, 예를들면 존슨 노이즈(Johnson noise), 백그라운드 플럭추에이션 노이즈(Background fluctuation noise)를 감소 시켜 픽셀의 신호출력에서 노이즈 대 시그널 값을 크게 만들어 주기 때문에 픽셀의 성능을 높이게 된다. 따라서, 본 실시예의 감지막 형성방법을 적용하는 경우, 보다 깨끗하고 감도가 높고 화질이 좋은 고성능의 센서를 제조할 수 있다.According to the present embodiment, the amorphous silicon can be crystallized by a low-temperature heat treatment at 400 ° C or less to crystallize the amorphous silicon without affecting other material layers constituting the infrared sensor. Further, the crystalline silicon material sensing film formed by crystallizing the amorphous silicon layer has a higher temperature coefficient of resistance (TCR) as a temperature coefficient of resistance than amorphous silicon, so that the sensitivity of the sensor is increased. In addition, crystalline silicon has a lower resistance than amorphous silicon, and a reduction in electrical resistance reduces background noise in the electrical circuit, such as Johnson noise and background fluctuation noise, This increases the noise-to-signal value at the signal output, thereby increasing the pixel's performance. Therefore, when the sensing film forming method of the present embodiment is applied, a high-performance sensor having cleaner, higher sensitivity, and higher image quality can be manufactured.
본 실시예의 방법에 의해서 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성한 뒤에는 비냉각형 적외선 센서를 제조하기 위한 이후 공정을 수행할 수 있으며, 예를 들면 400℃이하에서 결정화된 실리콘 재질의 감지막의 표면에 SiN 보호막을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.After forming the sensing film for the uncooled infrared sensor by the method of this embodiment, a subsequent process for manufacturing an uncooled infrared sensor can be performed. For example, a SiN protective film may be formed on the surface of a silicon- Can be performed.
도 2는 본 발명의 두 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 1의 첫 번째 실시예와는, 전이금속 촉매층을 먼저 형성한 뒤에 그 위에 비정질 실리콘막을 형성하는 점에서 차이가 있다. 형성 순서에는 차이가 있지만, 전이금속 촉매층과 비정질 실리콘막이 서로 접하여 400℃ 이하에서 열처리하여도 비정질 실리콘이 결정질화되는 원리는 동일하다.1 differs from the first embodiment in that an amorphous silicon film is formed thereon after a transition metal catalyst layer is formed first. Although the order of formation is different, the principle that the transition metal catalyst layer and the amorphous silicon film are in contact with each other and the amorphous silicon is crystallized even after heat treatment at 400 ° C or lower is the same.
또한, 전이금속 촉매층도 일반적으로 비냉각형 적외선 센서를 제조하기 위한 구조 위에 적층되는 점도 동일하다.In addition, the transition metal catalyst layer is also generally laminated on a structure for manufacturing an uncooled infrared sensor.
상기한 차이점을 제외한 다른 부분은 첫 번째 실시예와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.Except for the above differences, the other parts are the same as those of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
상기한 첫 번째 실시예와 두 번째 실시예를 통해서 400℃ 이하의 저온 열처리를 통해서 결정질 실리콘 재질의 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 제조할 수 있었다. 하지만, 전이금속 촉매층과 비정질 실리콘층의 반응으로 실리사이드가 생성되고 실리사이드에 의해서 결정핵이 생성되는 것은 '확산'에 의해서 제어되며, 저온 열처리 과정에서의 속도가 상대적으로 느릴 수 있기 때문에, 공정 속도 향상을 위한 추가적인 공정을 더 수행할 수 있다.Through the first embodiment and the second embodiment described above, a sensing film for an uncooled infrared sensor of a crystalline silicon material can be manufactured through a low-temperature heat treatment below 400 ° C. However, since the reaction between the transition metal catalyst layer and the amorphous silicon layer generates silicide and the generation of crystal nuclei by the silicide is controlled by diffusion and the rate of the low temperature heat treatment may be relatively slow, Can be performed.
도 3은 본 발명의 세 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a third embodiment of the present invention.
세 번째 실시예는, 비정질 실리콘막을 형성한 뒤에 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 공정을 추가로 수행하며, 이후 단계는 첫 번째 실시예와 같다.The third embodiment further performs a step of implanting n-type impurity particles into the amorphous silicon film after forming the amorphous silicon film, and the subsequent steps are the same as in the first embodiment.
비정질 실리콘층에 n형 불순물 입자를 주입함으로써, 열처리 과정에서 불순물입자의 가속된 운동에너지가 축적되고, 비정질 실리콘층에 축적된 운동에너지는 비정질 실리콘과 전이금속 촉매의 반응 구동력으로 작용하여, 결정핵 생성을 촉진하고 결정화 속도를 높이는 결과를 얻을 수 있다. 나아가 n형 불순물 입자가 도핑된 결정질 실리콘 재질의 감지막은 n형 불순물 입자로 인하여 저항이 더 낮아지기 때문에, 성능이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있다.By injecting n-type impurity particles into the amorphous silicon layer, accelerated kinetic energy of the impurity particles accumulates in the heat treatment process, and the kinetic energy accumulated in the amorphous silicon layer acts as reaction driving force between the amorphous silicon and the transition metal catalyst, Thereby promoting the production and increasing the crystallization rate. Further, the sensing film of the crystalline silicon material doped with the n-type impurity particles has a lower resistance due to the n-type impurity particles, and thus the performance can be further improved.
n형 불순물의 종류와 주입 방법은 특별히 제한되지 않는다.The kind of the n-type impurity and the implantation method are not particularly limited.
한편, 결정질 실리콘에 n형 불순물을 도핑할 경우에 도즈(dose)량에 따라서 결정질 실리콘의 결정상태가 완전히 무너져서 비정질화될 수 있다. 예를들면 As의 경우 1014/cm2 이상으로 도핑하는 경우에 결정질 실리콘이 비정질화된다. 따라서, 상기한 실시예들에서 비정질 실리콘막을 형성하는 과정에서, 결정질 실리콘 또는 결정질 실리콘과 비정질 실리콘이 혼합된 형태의 실리콘막을 형성한 뒤에 n형 불순물을 도핑하여 비정질화함으로써 비정질 실리콘막을 형성하는 것도 가능하다.On the other hand, when the crystalline silicon is doped with an n-type impurity, the crystalline state of the crystalline silicon completely collapses depending on the dose amount and can be amorphized. For example, in the case of As, the crystalline silicon becomes amorphous when doping to 10 14 / cm 2 or more. Therefore, in the process of forming the amorphous silicon film in the above embodiments, it is also possible to form an amorphous silicon film by forming a silicon film in the form of crystalline silicon or a mixture of crystalline silicon and amorphous silicon, followed by doping and doping the n-type impurity into amorphous silicon Do.
도 4는 본 발명의 네 번째 실시예에 따른 비냉각형 적외선 센서용 감지막을 형성하는 방법을 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of forming a sensing film for an uncooled infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
네 번째 실시예는, 비정질 실리콘막을 형성한 뒤에 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 공정을 추가로 수행하는 것을 제외하고 두 번째 실시예와 같다.The fourth embodiment is the same as the second embodiment except that the step of implanting the n-type impurity particles into the amorphous silicon film after the formation of the amorphous silicon film is further performed.
n형 불순물 입자 주입에 따른 효과는 세 번째 실시예의 경우와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다. The effect of implanting n-type impurity particles is the same as in the case of the third embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 다른 형태인 비냉각형 적외선 센서와 그 제조방법은, 상기한 방법으로 비정질 실리콘을 400℃ 이하의 온도에서 결정질화하여 감지막을 형성하는 것에 특징이 있다.Another aspect of the present invention is an uncooled infrared sensor and a method of manufacturing the same, characterized in that the amorphous silicon is crystallized at a temperature of 400 DEG C or less by the above method to form a sensing film.
상기한 감지막 형성방법은 비정질 실리콘을 결정질화하는 온도가 400℃ 이하이기 때문에, 종래의 모든 비냉각형 적외선 센서의 제조방법 및 구조를 적용할 수 있다.Since the temperature for crystallizing the amorphous silicon is 400 DEG C or less, the conventional method and structure of the uncooled infrared sensor can be applied.
또한 종래의 비정질 실리콘막을 감지막으로 사용하는 경우와 마찬가지로 CMOS 제조공정과 호환이 가능한 공정들로만 구성되어 있기 때문에, 특정한 기술적 노드에 국한되지 않고 마이크로볼로미터 형의 구조체로 형성되는 거의 모든 종류 및 기술적 노드에 적용할 수 있다.In addition, since the conventional amorphous silicon film is composed of only processes that are compatible with the CMOS fabrication process as in the case of using the amorphous silicon film as the sensing film, it is possible to use the microvolume type structure Can be applied.
나아가 종래에 비냉각형 적외선 센서용 비정질 실리콘 감지막을 형성하기 위한 장비 및 이를 이용하여 비냉각형 적외선 센서를 제조하기위한 장비를 그대로 사용할 수 있기 때문에, 새로운 방법을 적용하기 위하여 추가 시설 및 장비 비용이 필요하지 않으며, 감도와 성능이 더 뛰어난 센서를 제조할 수 있는 점에서 경제적 효과가 매우 뛰어나다.Further, since the apparatus for forming the amorphous silicon sensing film for the uncooled infrared sensor and the apparatus for manufacturing the uncooled infrared sensor using the same can be used as it is, additional facilities and equipment costs are required to apply the new method It is very economical in that it can manufacture sensors with better sensitivity and performance.
최종적으로, 본 발명을 적용하여 만들어진 열영상 카메라 장치는 작고, 정밀하며, 감도가 높고 화질이 좋은 영상을 실현하는 적외선 열영상 장치가 된다.Finally, the thermal imaging camera device manufactured by applying the present invention becomes an infrared thermal imaging apparatus that realizes a small, precise, high-sensitivity, and high-quality image.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (14)
비정질 실리콘막을 형성하는 비정질막 형성 단계; 및
비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도 범위에서 열처리하여 결정질화하는 결정질화 단계를 포함하며,
상기 비정질막 형성 단계가, 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하되, 실리콘막에 포함된 결정질이 비정질화 되도록 n형 불순물을 도핑하여 수행되며,
상기 결정질화 단계가 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록, 전이금속 촉매층을 형성하는 촉매 형성 단계를 상기 비정질막 형성 단계의 전 또는 후에 더 수행하고,
상기 결정질화 단계는 전이금속 촉매층이 접하는 비정질 실리콘막에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막 형성방법.
A method of forming a sensing film for detecting infrared rays in an uncooled infrared sensor,
An amorphous film forming step of forming an amorphous silicon film; And
And a crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment in a temperature range of 400 DEG C or less,
Wherein the amorphous film forming step is performed by forming a silicon film in which crystalline or crystalline and amorphous are mixed and then doping an n-type impurity into the silicon film and doping the n-type impurity to amorphize the crystalline material contained in the silicon film,
The catalyst forming step for forming the transition metal catalyst layer is further performed before or after the amorphous film forming step so that the crystal nitriding step can be performed at a temperature range of 400 DEG C or lower,
Wherein the crystalline nitridation step is performed on an amorphous silicon film in contact with the transition metal catalyst layer.
상기 촉매 형성 단계에서 전이금속 촉매층을 5~50nm의 두께 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막 형성방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transition metal catalyst layer is formed in a thickness range of 5 to 50 nm in the catalyst formation step.
상기 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막 형성방법.
The method according to claim 1,
And implanting n-type impurity particles into the amorphous silicon film.
비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도에서 결정질화 시킨 결정질 실리콘 재질이며,
상기 비정질 실리콘막은 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하여 실리콘막에 포함된 결정질이 비정질화 된 것이고,
결정질화 공정이 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록 비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 전이금속 촉매층을 형성한 뒤에 결정질화를 수행하여, 결정질 실리콘 재질과 전이금속 촉매층이 접하는 부분에 금속실리사이드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막.
A sensing film for detecting infrared rays in an uncooled infrared sensor,
A crystalline silicon material obtained by crystallizing an amorphous silicon film at a temperature of 400 DEG C or less,
The amorphous silicon film is formed by forming a silicon film in which a crystalline or crystalline and amorphous silicon are mixed and then doping an n-type impurity into the silicon film to amorphous the crystalline contained in the silicon film,
The transition metal catalyst layer is formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film so that the crystal nitriding process can be performed at a temperature range of 400 DEG C or lower and then a crystal nitriding is performed to form a metal silicide layer at a portion where the crystalline silicon material contacts the transition metal catalyst layer Wherein the sensing film is formed of a thermosetting resin.
비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 형성되는 전이금속 촉매층의 두께가 5~50nm의 범위인 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막.
The method of claim 5,
Wherein the thickness of the transition metal catalyst layer formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film is in the range of 5 to 50 nm.
결정질 실리콘 재질에 n형 불순물이 도핑된 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서용 감지막.
The method of claim 5,
Wherein the crystalline silicon material is doped with an n-type impurity.
상기 적외선 감지막을 형성하는 단계가,
비정질 실리콘막을 형성하는 비정질막 형성 단계; 및
비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도 범위에서 열처리하여 결정질화하는 결정질화 단계를 포함하며,
상기 비정질막 형성 단계가, 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하되, 실리콘막에 포함된 결정질이 비정질화 되도록 n형 불순물을 도핑하여 수행되며,
상기 결정질화 단계가 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록, 전이금속 촉매층을 형성하는 촉매 형성 단계를 상기 비정질막 형성 단계의 전 또는 후에 더 수행하고,
상기 결정질화 단계는 전이금속 촉매층이 접하는 비정질 실리콘막에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 제조방법.
A method of manufacturing an uncooled infrared sensor including a step of forming an infrared sensing film,
Wherein forming the infrared sensing film comprises:
An amorphous film forming step of forming an amorphous silicon film; And
And a crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment in a temperature range of 400 DEG C or less,
Wherein the amorphous film forming step is performed by forming a silicon film in which crystalline or crystalline and amorphous are mixed and then doping an n-type impurity into the silicon film and doping the n-type impurity to amorphize the crystalline material contained in the silicon film,
The catalyst forming step for forming the transition metal catalyst layer is further performed before or after the amorphous film forming step so that the crystal nitriding step can be performed at a temperature range of 400 DEG C or lower,
Wherein the crystalline nitridation step is performed on an amorphous silicon film in contact with the transition metal catalyst layer.
상기 촉매 형성 단계에서 전이금속 촉매층을 5~50nm의 두께 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 제조방법.
The method of claim 8,
Wherein the transition metal catalyst layer is formed in a thickness range of 5 to 50 nm in the catalyst formation step.
상기 비정질 실리콘막에 n형 불순물 입자를 주입하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서 제조방법.
The method of claim 8,
Wherein the step of implanting n-type impurity particles into the amorphous silicon film is further performed.
상기 적외선 감지막이,
비정질 실리콘막을 400℃이하의 온도에서 결정질화 시킨 결정질 실리콘 재질이며,
상기 비정질 실리콘막은 결정질 또는 결정질과 비정질이 혼합된 실리콘막을 형성한 뒤에 실리콘막에 n형 불순물을 도핑하여 실리콘막에 포함된 결정질이 비정질화 된 것이고,
결정질화 공정이 400℃이하의 온도 범위에서 수행될 수 있도록 비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 전이금속 촉매층을 형성한 뒤에 결정질화를 수행하여, 결정질 실리콘 재질과 전이금속 촉매층이 접하는 부분에 금속실리사이드층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서.
An uncooled infrared sensor comprising an infrared sensing film,
Wherein the infrared sensing film
A crystalline silicon material obtained by crystallizing an amorphous silicon film at a temperature of 400 DEG C or less,
The amorphous silicon film is formed by forming a silicon film in which a crystalline or crystalline and amorphous silicon are mixed and then doping an n-type impurity into the silicon film to amorphous the crystalline contained in the silicon film,
A transition metal catalyst layer is formed on an upper portion or a lower portion of the amorphous silicon film so that the crystal nitriding process can be performed in a temperature range of 400 DEG C or less and then a crystal nitriding is performed to form a metal silicide layer at a portion where the crystalline silicon material and the transition metal catalyst layer are in contact with each other Wherein the sensor is formed in a shape of a cylinder.
비정질 실리콘막의 상부 또는 하부에 형성되는 전이금속 촉매층의 두께가 5~50nm의 범위인 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서.
The method of claim 12,
Wherein the thickness of the transition metal catalyst layer formed on the upper portion or the lower portion of the amorphous silicon film is in the range of 5 to 50 nm.
상기 감지막에 n형 불순물이 도핑된 것을 특징으로 하는 비냉각형 적외선 센서.The method of claim 12,
Wherein the sensing film is doped with an n-type impurity.
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