KR102471714B1 - Infrared sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102471714B1 KR1020200109513A KR20200109513A KR102471714B1 KR 102471714 B1 KR102471714 B1 KR 102471714B1 KR 1020200109513 A KR1020200109513 A KR 1020200109513A KR 20200109513 A KR20200109513 A KR 20200109513A KR 102471714 B1 KR102471714 B1 KR 102471714B1
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 지지기판, 상기 지지기판 상에 형성된 절연층, 및 상기 절연층 상에 형성된 하나 이상의 서모커플을 포함하고, 상기 서모커플은 상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어, 및 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 접점전극을 포함하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서 및 그 제조방법을 제공하여, 높은 제벡 계수와 높은 전기전도도를 갖는 실리콘을 나노와이어로 형성함으로써 낮은 열전도도를 달성하여 감도가 높은 서모파일형 적외선 센서를 낮은 비용으로 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a support substrate, an insulating layer formed on the support substrate, and one or more thermocouples formed on the insulating layer are included, and the thermocouple extends from a hot zone to a cold zone on the support substrate. Provided is an infrared sensor using silicon nanowires and a method for manufacturing the same, including two groups of silicon nanowires formed with different conductivity types and a contact electrode connecting the two groups of silicon nanowires with different conductivity types, A thermopile infrared sensor having low thermal conductivity and high sensitivity can be provided at low cost by forming silicon having high coefficient and high electrical conductivity into nanowires.

Description

실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서 및 그 제조방법{Infrared sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof}Infrared sensor using silicon nanowire and manufacturing method thereof}

본 발명은 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared sensor using silicon nanowires and a manufacturing method thereof.

서모커플(thermocouple)은 종류가 다른 두 금속의 일단을 접촉시키고 접촉 부분에 열을 가하면 금속의 타단과의 온도 차에 대응하는 전하의 이동이 금속을 통해 이루어지는 구조이며, 전하의 이동에 의한 금속 양단간의 전위차를 측정하여 온도를 측정할 수 있다. 서모커플을 직렬로 연결한 구조인 서모파일(thermopile)은 하나의 서모커플에서 발생한 전압이 직렬로 더해지므로 작은 온도차가 존재하더라도 큰 전압이 유도되므로 미세한 온도차를 측정할 수 있는 구조이다. A thermocouple is a structure in which one end of two different types of metal is brought into contact and when heat is applied to the contact part, the movement of electric charges corresponding to the temperature difference with the other end of the metal is made through the metal. Temperature can be measured by measuring the potential difference between A thermopile, which is a structure in which thermocouples are connected in series, is a structure in which a small temperature difference can be measured because a large voltage is induced even if a small temperature difference exists because the voltage generated from one thermocouple is added in series.

서모커플 또는 서모파일을 형성하기 좋은 재료는 전기전도도가 크고 열전도도가 낮고 최대의 제벡(seebeck) 계수를 갖는 재료이다. 종래 서모커플의 성능 향상을 위해서 다양한 재료에 관한 연구가 진행되었다. 그러나 전기전도도, 열전도도, 제벡 계수가 모두 좋은 재료는 존재하기 어려우며, 새로운 재료는 비용이 비싸거나 제조가 까다로운 문제가 있다. A good material for forming a thermocouple or thermopile is a material having high electrical conductivity, low thermal conductivity, and a maximum Seebeck coefficient. In order to improve the performance of conventional thermocouples, research on various materials has been conducted. However, materials with good electrical conductivity, thermal conductivity, and Seebeck coefficient are difficult to exist, and new materials are expensive or difficult to manufacture.

KR 10-1230021 B1KR 10-1230021 B1

본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 높은 제벡 계수와 높은 전기전도도를 갖는 실리콘을 이용하고, 실리콘을 나노와이어로 형성하여 낮은 열전도도를 갖게 형성한 적외선 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment of the present invention is to provide an infrared sensor and a method for manufacturing the same, in which silicon having a high Seebeck coefficient and high electrical conductivity is used and silicon is formed into nanowires to have low thermal conductivity.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서는, 지지기판, 상기 지지기판 상에 형성된 절연층, 및 상기 절연층 상에 형성된 하나 이상의 서모커플을 포함하고, 상기 서모커플은 상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어, 및 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 접점전극을 포함할 수 있다. An infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes a support substrate, an insulating layer formed on the support substrate, and one or more thermocouples formed on the insulating layer, wherein the thermocouple comprises the support It may include two groups of silicon nanowires of different conductivity types extending from a hot zone to a cold zone on the substrate, and contact electrodes connecting the two groups of silicon nanowires of different conductivity types.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서는, 상기 서모커플은 상기 실리콘 나노와이어와 상기 접점전극을 연결하는 실리콘 블록을 더 포함할 수 있다. In addition, in the infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention, the thermocouple may further include a silicon block connecting the silicon nanowires and the contact electrode.

또한, 상기 서모커플은 복수개가 직렬로 연결되어 서모파일을 형성할 수 있다. In addition, a plurality of the thermocouples may be connected in series to form a thermopile.

또한, 상기 지지기판은 핫존에 해당하는 영역의 두께가 콜드존에 해당하는 영역의 두께보다 얇게 형성되며, 상기 실리콘 블럭은 핫존에 형성된 실리콘 블럭의 크기가 콜드존에 형성된 실리콘 블럭의 크기보다 작게 형성될 수 있다. Further, in the support substrate, the thickness of the region corresponding to the hot zone is smaller than the thickness of the region corresponding to the cold zone, and the size of the silicon block formed in the hot zone is smaller than that of the silicon block formed in the cold zone. It can be.

또한, 상기 실리콘 블록은 상기 실리콘 나노와이어와 일체로 형성되며, 상기 실리콘 블록에서 상기 접점전극과 접하는 영역은 상기 실리콘 나노와이어보다 높은 농도로 도핑될 수 있다. In addition, the silicon block may be integrally formed with the silicon nanowires, and a region in the silicon block in contact with the contact electrode may be doped at a higher concentration than that of the silicon nanowires.

또한, 상기 서모커플은 상기 기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성된 단일 도전형을 갖는 실리콘 나노와이어, 및 상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성되며, 상기 핫존에서 상기 실리콘 나노와이어에 연결되는 접점전극을 포함하며, 상기 서모커플은 상기 접점전극의 일단이 상기 핫존에서 실리콘 나노와이어에 연결되고 타단이 상기 콜드존에서 다른 실리콘 나노와이어에 연결되는 방식으로 복수개가 직렬로 연결되어 서모파일을 형성할 수 있다. In addition, the thermocouple includes silicon nanowires having a single conductivity type extending from the hot zone to the cold zone on the substrate, and contacts extending from the hot zone to the cold zone on the support substrate and connected to the silicon nanowires in the hot zone. An electrode, wherein a plurality of thermocouples are connected in series in such a way that one end of the contact electrode is connected to a silicon nanowire in the hot zone and the other end is connected to another silicon nanowire in the cold zone to form a thermopile. can

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서는, 상기 접점전극이 노출되도록 상기 실리콘 블록에 형성되는 컨택홀, 및 상기 컨택홀을 통해 상기 접점전극과 연결되는 컨택전극을 더 포함할 수 있다. In addition, the infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention further includes a contact hole formed in the silicon block to expose the contact electrode, and a contact electrode connected to the contact electrode through the contact hole. can include

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서의 제조방법은, 실리콘 기판의 일면에 핫존에서 콜드존까지 연장되는 실리콘 나노와이어를 형성하는 나노와이어 형성단계, 상기 실리콘 나노와이어에 P형 또는 N형 도전형의 불순물을 도핑하고, 접점전극이 형성될 영역에 상기 실리콘 나노와이어보다 높은 농도로 불순물을 도핑하는 도핑단계, 상기 실리콘 나노와이어를 연결하도록 접점전극을 형성하는 접점전극 형성단계, 상기 실리콘 나노와이어와 상기 접점전극을 커버하도록 상기 실리콘 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계, 상기 절연층 상에 지지기판의 일면을 접합하고, 상기 실리콘 기판의 타면을 박형화하는 기판 가공단계, 상기 접점전극이 노출되도록 상기 실리콘 기판의 타면에 컨택홀을 형성하고, 상기 컨택홀을 통해 상기 접점전극에 연결되는 컨택전극을 상기 실리콘 기판의 타면 상에 형성하는 컨택전극 형성단계, 상기 실리콘 기판의 일부를 제거하여, 상기 실리콘 나노와이어와 접점전극을 연결하는 실리콘 블록을 형성하는 실리콘 블록 형성단계, 및 상기 핫존에 해당하는 상기 지지기판의 타면의 일부를 제거하여, 상기 지지기판의 멤브레인 영역을 형성하는 멤브레인 형성단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes a nanowire forming step of forming silicon nanowires extending from a hot zone to a cold zone on one surface of a silicon substrate, and forming a P-type silicon nanowire on one surface of a silicon substrate. Alternatively, a doping step of doping with impurities of N-type conductivity and doping impurities at a concentration higher than that of the silicon nanowires in a region where a contact electrode is to be formed, a contact electrode forming step of forming a contact electrode to connect the silicon nanowires, An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the silicon substrate to cover the silicon nanowires and the contact electrode, a substrate processing step of bonding one surface of a support substrate on the insulating layer and thinning the other surface of the silicon substrate. , a contact electrode forming step of forming a contact hole on the other surface of the silicon substrate to expose the contact electrode, and forming a contact electrode connected to the contact electrode through the contact hole on the other surface of the silicon substrate, the silicon substrate A silicon block forming step of forming a silicon block connecting the silicon nanowires and the contact electrode by removing a part of, and removing a part of the other surface of the support substrate corresponding to the hot zone to form a membrane region of the support substrate. A membrane forming step may be included.

또한, 상기 실리콘 블록 형성단계는 상기 핫존에 위치하는 실리콘 블록은 상기 콜드존에 위치하는 실리콘 블록보다 작은 크기로 형성하며, 복수의 실리콘 블록은 서로 이격되고 실리콘 나노와이어를 통해서만 연결되도록 형성할 수 있다. In the silicon block forming step, the silicon blocks located in the hot zone may be formed to have a smaller size than the silicon blocks located in the cold zone, and the plurality of silicon blocks may be spaced apart from each other and connected only through silicon nanowires. .

또한, 상기 도핑단계는 상기 실리콘 나노와이어와 상기 접점전극이 형성될 영역에 P형 불순물 또는 N형 불순물 중의 하나만을 도핑하며, 상기 접점전극 형성단계는 일단이 상기 실리콘 나노와이어와 상기 핫존에서 연결되고, 타단이 다른 실리콘 나노와이어와 상기 콜드존에서 연결되어, 하나의 도전형의 실리콘 나노와이어와 접점전극이 서모커플을 형성할 수 있다. In addition, in the doping step, only one of P-type impurity or N-type impurity is doped in a region where the silicon nanowire and the contact electrode are to be formed, and in the contact electrode forming step, one end is connected to the silicon nanowire in the hot zone, , the other end may be connected to another silicon nanowire in the cold zone, so that the silicon nanowire and the contact electrode of one conductivity type may form a thermocouple.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명의 일실시예에 따르면, 서모파일을 구성하는 재료로 실리콘을 이용하므로 높은 제벡 계수와 높은 전기전도도를 갖고, 실리콘을 나노와이어로 형성하여 낮은 열전도도를 가지므로, 서모파일형 적외선 센서의 감도를 높이는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, since silicon is used as a material constituting the thermopile, it has a high Seebeck coefficient and high electrical conductivity, and since silicon is formed into nanowires to have low thermal conductivity, the thermopile type infrared sensor It has the effect of increasing sensitivity.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 서모파일을 구성하는 재료로 실리콘을 이용하므로, 반도체 생산공정을 이용할 수 있고 제조비용이 저렴한 효과가 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, since silicon is used as a material constituting the thermopile, a semiconductor production process can be used and manufacturing cost is low.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서를 이용한 칩을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서에 열흡수체를 부가한 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서의 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서의 제조방법의 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 10 내지 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서의 제조방법의 각 단계를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along A-A' in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 1 .
4 is a cross-sectional view taken along line C-C′ of FIG. 1;
5 is a cross-sectional view taken along line D-D' in FIG. 1;
6 is a diagram showing a chip using an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a structure in which a heat absorber is added to an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a modified structure of an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating steps of a method of manufacturing an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.
10 to 22 are views showing each step of a method for manufacturing an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 일실시예의 설명들에 의해 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 동일한 구성 요소에 사용되는 "제1", "제2" 등의 용어는 도면에 참조부호를 부가함에 있어서 "-1", "-2"와 같이 표시될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결"되거나 "접속"된다고 언급되는 경우, 구성요소들이 직접 또는 제3의 구성요소를 통하여 간접으로 연결될 수 있다고 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다. Objects, advantages, and features of one embodiment of the present invention will become more apparent from the following description of one embodiment in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing in this specification, it should be noted that the same components have the same numbers as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, terms such as "one side", "other side", "first", and "second" are used to distinguish one component from another, and the components are not limited by the above terms. not. Terms such as "first" and "second" used for the same component may be indicated as "-1" and "-2" in adding reference numerals to the drawings. When an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it should be understood that the elements may be connected directly or indirectly through a third element. Hereinafter, in describing an embodiment of the present invention, a detailed description of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of an embodiment of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B'에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 C-C'에 따른 단면도이며, 도 5는 도 1의 D-D'에 따른 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 함께 참조한다. 1 is a view showing an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. ', FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line C-C' in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line D-D' in FIG. 1 to 5 are also referred to.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 지지기판(300), 지지기판(300) 상에 형성된 절연층(200), 및 절연층(200) 상에 형성된 하나 이상의 서모커플(TC)을 포함할 수 있고, 서모커플(TC)은 지지기판(300) 상의 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 연장 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어(110), 및 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어(110)를 연결하는 접점전극(120)을 포함할 수 있다. 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어는 N형 실리콘 나노와이어(110(N)) 그룹과 P형 실리콘 나노와이어(110(P)) 그룹을 포함할 수 있다. N형 실리콘 나노와이어(110(N)) 그룹은 하나 이상의 N형 실리콘 나노와이어(110(N))를 포함할 수 있고, P형 실리콘 나노와이어(110(P)) 그룹은 하나 이상의 P형 실리콘 나노와이어(110(P))를 포함할 수 있다. An infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes a support substrate 300, an insulating layer 200 formed on the support substrate 300, and one formed on the insulating layer 200. The thermocouple TC may include two groups of silicon nanowires 110 having different conductivity types extending from the hot zone HZ to the cold zone CZ on the support substrate 300. , and a contact electrode 120 connecting two groups of silicon nanowires 110 having different conductivity types. Two groups of silicon nanowires having different conductivity types may include an N-type silicon nanowire 110(N) group and a P-type silicon nanowire 110(P) group. The group of N-type silicon nanowires 110(N) may include one or more N-type silicon nanowires 110(N), and the group of P-type silicon nanowires 110(P) may include one or more P-type silicon. A nanowire 110(P) may be included.

지지기판(300)(support substrate)은 하나 이상의 서모커플(TC)을 지지할 수 있다. 도 1에는 복수의 서모커플(TC)이 도시되어 있다. 지지기판(300)은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 몸체로 기능할 수 있다. 지지기판(300)은 실리콘(silicon), 세라믹(ceramic), 그 밖의 다양한 재료로 형성될 수 있다. The support substrate 300 may support one or more thermocouples (TC). 1 shows a plurality of thermocouples TC. The support substrate 300 may function as a body of the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention. The support substrate 300 may be formed of silicon, ceramic, or other various materials.

핫존(hot zone, HZ)은 외부의 열이 적외선 센서(10)로 도달하는 영역이다. 외부의 열은 적외선에 의해 핫존(HZ)에 전달될 수 있다. 핫존(HZ)은 외부에서 입사하는 적외선에 의해 가열되어 콜드존(CZ)보다 높은 온도를 가질 수 있다. 핫존(HZ)은 적외선 센서(10)의 일부 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 지지기판(300)의 일측에 핫존(HZ)이 길게 배치될 수 있다. A hot zone (HZ) is an area where heat from the outside reaches the infrared sensor 10 . External heat may be transferred to the hot zone HZ by infrared rays. The hot zone HZ is heated by infrared rays incident from the outside and may have a higher temperature than the cold zone CZ. The hot zone HZ may be disposed in a partial area of the infrared sensor 10 . For example, as shown in FIG. 1 , a long hot zone HZ may be disposed on one side of the support substrate 300 .

콜드존(cold zone, CZ)은 핫존(HZ)보다 큰 열용량을 가져, 외부에서 입사하는 적외선이 도달하더라도 핫존(HZ)의 온도 변화에 비하여 콜드존(CZ)은 온도변화가 크지 않다. 콜드존(CZ)은 외부에서 적외선이 입사하여 가열되더라도 열용량이 크기 때문에 빨리 온도가 낮아질 수 있다. 콜드존(CZ)은 핫존(HZ)의 온도 변화를 측정하기 위한 기준이 되는 영역이다. 콜드존(CZ)은 지지기판(300)의 일부 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 지지기판(300)의 타측에 콜드존(CZ)이 길게 배치될 수 있다. The cold zone (CZ) has a larger heat capacity than the hot zone (HZ), so that the temperature change of the cold zone (CZ) is not large compared to the temperature change of the hot zone (HZ) even when infrared rays incident from the outside arrive. Even if the cold zone (CZ) is heated by incident infrared rays from the outside, its temperature can be quickly lowered because of its large heat capacity. The cold zone (CZ) is a reference area for measuring the temperature change of the hot zone (HZ). The cold zone CZ may be disposed in a partial area of the support substrate 300 . For example, as shown in FIG. 1 , a long cold zone CZ may be disposed on the other side of the support substrate 300 .

서모커플(thermocouple, TC)은 지지기판(300) 상에 배치된 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 이어지도록 형성될 수 있다. 서모커플(TC)의 온접점(hot junction)은 핫존(HZ)에 위치되고, 서모커플(TC)의 냉접점(cold junction)은 콜드존(CZ)에 위치된다. 서모커플(TC)은 실리콘 나노와이어(110)와 실리콘 나노와이어(110)를 연결하는 접점전극(120)을 포함할 수 있다. 실리콘 나노와이어(110)는 N형 불순물로 도핑된 하나 이상의 N형 실리콘 나노와이어(110(N)) 그룹 또는 P형 불순물로 도핑된 하나 이상의 P형 실리콘 나노와이어(110(P)) 그룹을 포함할 수 있다. N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))는 접점전극(120)으로 연결되어 하나의 서모커플(TC)을 형성할 수 있다. The thermocouple (TC) may be formed to extend from the hot zone (HZ) disposed on the support substrate 300 to the cold zone (CZ). A hot junction of the thermocouple TC is located in the hot zone HZ, and a cold junction of the thermocouple TC is located in the cold zone CZ. The thermocouple TC may include silicon nanowires 110 and contact electrodes 120 connecting the silicon nanowires 110 to each other. The silicon nanowire 110 includes a group of one or more N-type silicon nanowires 110(N) doped with an N-type impurity or a group of one or more P-type silicon nanowires 110(P) doped with a P-type impurity. can do. The N-type silicon nanowire 110 (N) and the P-type silicon nanowire 110 (P) may be connected through the contact electrode 120 to form one thermocouple (TC).

접점전극(120)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 등의 전기전도성을 갖는 금속 또는 그러한 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 접점전극(120)은 N형 또는 P형 실리콘 나노와이어(110)를 연결하여 핫존에서 온접점 또는 콜드존에서 냉접점을 형성할 수 있다. The contact electrode 120 may be formed of a metal having electrical conductivity, such as copper (Cu), aluminum (Al), or silver (Ag), or an alloy including such a metal. The contact electrode 120 may connect the N-type or P-type silicon nanowire 110 to form a hot junction in a hot zone or a cold junction in a cold zone.

서모커플(TC)은 복수개가 직렬로 연결되어 서모파일(thermopile, TP)을 형성할 수 있다. 서모파일(TP)은 직렬로 연결된 각각의 서모커플(TC)이 생성하는 전압을 합산하여 출력하므로 작은 온도 차이도 민감하게 측정할 수 있다. 본 발명의 일실시에에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는 복수의 서모커플(TC)이 직렬로 연결된 서모파일(TP)을 하나 이상 포함할 수 있다. A plurality of thermocouples TC may be connected in series to form a thermopile (TP). Since the thermopile (TP) sums and outputs the voltage generated by each thermocouple (TC) connected in series, even a small temperature difference can be measured sensitively. The infrared sensor 10 using silicon nanowires according to one embodiment of the present invention may include one or more thermopile (TP) to which a plurality of thermocouples (TC) are connected in series.

서모커플(TC)은 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))를 복수개 포함할 수 있다. 도 1은 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))를 예시적으로 3개씩 도시하였다. 하나 이상의 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 하나 이상의 P형 실리콘 나노와이어(110(P))가 연결되어 서모커플(TC)을 형성할 수 있다. 복수의 N형 실리콘 나노와이어(110(N))는 서로 이격되어 형성될 수 있다. 복수의 P형 실리콘 나노와이어(110(P))는 서로 이격되어 형성될 수 있다. The thermocouple TC may include a plurality of N-type silicon nanowires 110 (N) and a plurality of P-type silicon nanowires 110 (P). 1 shows an example of three N-type silicon nanowires 110 (N) and three P-type silicon nanowires 110 (P). One or more N-type silicon nanowires 110 (N) and one or more P-type silicon nanowires 110 (P) may be connected to form a thermocouple TC. A plurality of N-type silicon nanowires 110 (N) may be formed spaced apart from each other. A plurality of P-type silicon nanowires 110 (P) may be formed spaced apart from each other.

서모커플(TC)은 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 연결하는 실리콘 블록(130)을 더 포함할 수 있다. 실리콘 블록(130)은 실리콘 나노와이어(110)와 일체로 형성될 수 있고, 실리콘 블록(130)에서 접점전극(120)과 접하는 영역은 실리콘 나노와이어(110)보다 높은 농도로 도핑될 수 있다. 실리콘 블록(130)은 지지기판(300) 상의 절연층(200) 상에 형성될 수 있다. 실리콘 블록(130)은 실리콘 나노와이어(110)가 형성되는 실리콘 기판(100)을 이용하여 형성될 수 있다. The thermocouple TC may further include a silicon block 130 connecting the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 . The silicon block 130 may be integrally formed with the silicon nanowires 110, and a region of the silicon block 130 in contact with the contact electrode 120 may be doped at a higher concentration than the silicon nanowires 110. The silicon block 130 may be formed on the insulating layer 200 on the support substrate 300 . The silicon block 130 may be formed using the silicon substrate 100 on which the silicon nanowires 110 are formed.

불순물이 도핑되어 N형 또는 P형의 도전형을 가진 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)은 직접 연결될 수도 있고, 실리콘 블록(130)을 통해 연결될 수도 있다. 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)이 직접 연결되는 경우, 실리콘 나노와이어(110)의 작은 면적과 낮은 불순물 농도로 인하여 접점전극(120)과 실리콘 나노와이어(110)의 접촉면에서 전기적 특성이 나빠 전류의 흐름을 방해할 수 있다. The silicon nanowire 110 doped with impurities and having an N-type or P-type conductivity and the contact electrode 120 may be directly connected or connected through the silicon block 130 . When the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 are directly connected, electrical characteristics at the contact surface between the contact electrode 120 and the silicon nanowire 110 due to the small area and low impurity concentration of the silicon nanowire 110 This can be bad and obstruct the flow of current.

실리콘 블록(130)은 실리콘 나노와이어(110)와 일체로 형성되므로 실리콘 블록(130)과 실리콘 나노와이어(110)의 연결부분에서 전기적 특성의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 접점전극(120)과 접촉되는 실리콘 블록(130)의 일면(130a)에는 고농도의 불순물이 도핑되어 실리콘 블록(130)과 접점전극(120)의 접촉면에서 전기적 특성의 저하를 방지할 수 있다. 따라서 실리콘 나노와이어(110)가 실리콘 블록(130)을 통해 접점전극(120)과 연결되는 경우 전기적 특성의 저하를 방지하여 전류의 흐름이 원활할 수 있다. Since the silicon block 130 is integrally formed with the silicon nanowires 110, deterioration of electrical characteristics can be prevented at a connection portion between the silicon block 130 and the silicon nanowires 110. In addition, one surface 130a of the silicon block 130 in contact with the contact electrode 120 is doped with high-concentration impurities to prevent electrical characteristics from deteriorating at the contact surface between the silicon block 130 and the contact electrode 120. . Accordingly, when the silicon nanowires 110 are connected to the contact electrode 120 through the silicon block 130, electrical characteristics may be prevented from deteriorating and current may flow smoothly.

실리콘 블록(130)에서 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 접점전극(120)을 연결하는 부분에는 N형 불순물이 고농도로 도핑되는 제2 N-도핑영역(112(N))이 형성된다. 실리콘 블록(130)에서 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 접점전극(120)을 연결하는 부분에는 P형 불순물이 고농도로 도핑되는 제2 P-도핑영역(112(P))이 형성된다. 실리콘 블록(130)의 제2 N-도핑영역(112(N))과 제2 P-도핑영역(112(P))의 사이에는 불순물이 도핑되지 않고, 접점전극(120)이 실리콘 블록(130)의 제2 N-도핑영역(112(N))과 제2 P-도핑영역(112(P))을 전기적으로 연결한다. A second N-doped region 112 (N) doped with N-type impurities at a high concentration is formed in a portion of the silicon block 130 connecting the N-type silicon nanowire 110 (N) and the contact electrode 120. do. A second P-doped region 112 (P) doped with a high concentration of P-type impurities is formed in a portion of the silicon block 130 connecting the P-type silicon nanowire 110 (P) and the contact electrode 120. do. Impurities are not doped between the second N-doped region 112 (N) and the second P-doped region 112 (P) of the silicon block 130, and the contact electrode 120 is the silicon block 130 The second N-doped region 112 (N) and the second P-doped region 112 (P) of ) are electrically connected.

실리콘 블록(130)은 핫존(HZ) 또는 콜드존(CZ)에 위치할 수 있다. 핫존(HZ)에 위치하는 실리콘 블록(130)은 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))가 접점전극(120)을 통해 연결되는 온접점을 형성할 수 있다. 즉, 핫존(HZ)에 위치하는 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))는 실리콘 블록(130)을 통해 접점전극(120)과 연결되어 온접점을 형성할 수 있다. 콜드존(CZ)에 위치하는 실리콘 블록(130)은 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 N형 실리콘 나노와이어(110(N))가 접점전극(120)을 통해 연결되는 냉접점을 형성할 수 있다. 즉, 콜드존(CZ)에 위치하는 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 N형 실리콘 나노와이어(110(N))는 실리콘 블록(130)을 통해 접점전극(120)과 연결되어 냉접점을 형성할 수 있다. The silicon block 130 may be located in a hot zone (HZ) or a cold zone (CZ). The silicon block 130 located in the hot zone (HZ) forms a hot junction where the N-type silicon nanowires 110 (N) and the P-type silicon nanowires 110 (P) are connected through the contact electrode 120. can do. That is, the N-type silicon nanowires 110 (N) and the P-type silicon nanowires 110 (P) located in the hot zone (HZ) are connected to the contact electrode 120 through the silicon block 130 to form a hot junction. can form The silicon block 130 located in the cold zone CZ has a cold junction where the P-type silicon nanowire 110(P) and the N-type silicon nanowire 110(N) are connected through the contact electrode 120. can form That is, the P-type silicon nanowire 110 (P) and the N-type silicon nanowire 110 (N) located in the cold zone (CZ) are connected to the contact electrode 120 through the silicon block 130 to cool them. contact can be made.

핫존(HZ)은 외부로부터 입사한 적외선에 의한 온도 증가가 빠를수록 좋다. 따라서 핫존(HZ)에 위치한 구성요소들의 열용량(heat mass)를 최대한 작게 할수록 적외선 센서(10)의 민감도가 향상된다. 반면, 콜드존(CZ)은 온도변화가 느릴수록 핫존(HZ)과의 온도차이가 커지므로, 열용량이 최대한 클수록 적외선 센서(10)의 민감도가 향상된다. 그러므로, 실리콘 블록(130)은 핫존(HZ)에 형성된 실리콘 블록(130)의 크기가 콜드존(CZ)에 형성된 실리콘 블록(130)의 크기보다 작게 형성될 수 있다. In the hot zone HZ, the faster the temperature increase by infrared rays incident from the outside, the better. Accordingly, the sensitivity of the infrared sensor 10 is improved as the heat mass of components located in the hot zone HZ is minimized. On the other hand, since the temperature difference between the cold zone CZ and the hot zone HZ increases as the temperature change slows, the sensitivity of the infrared sensor 10 improves as the heat capacity increases. Therefore, the size of the silicon block 130 formed in the hot zone (HZ) may be smaller than that of the silicon block 130 formed in the cold zone (CZ).

핫존(HZ)의 열용량을 낮추기 위하여, 지지기판(300)은 핫존(HZ)에 해당하는 영역의 두께가 콜드존(CZ)에 해당하는 영역의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 지지기판(300)은 절연층(200)이 형성된 일면(300a)과 반대되는 타면(300b)이 존재한다. 핫존(HZ)에 해당하는 지지기판(300)의 타면(300b)의 일부를 제거하여, 핫존(HZ)에 해당하는 지지기판(300)의 일부를 멤브레인(320)(membrain)으로 형성할 수 있다. 지지기판(300)에서 콜드존(CZ)에 해당하는 영역은 핫존(HZ)에 해당하는 영역보다 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 지지기판(300)은 지지부(310)와 멤브레인(320)을 포함할 수 있다. 멤브레인(320)은 지지기판(300)의 핫존(HZ)에 해당하는 얇은 영역이며, 지지부(310)는 지지기판(300)의 콜드존(CZ)에 해당하는 두꺼운 영역이다.In order to lower the heat capacity of the hot zone HZ, the thickness of the region corresponding to the hot zone HZ of the support substrate 300 may be thinner than the thickness of the region corresponding to the cold zone CZ. The support substrate 300 has another surface 300b opposite to one surface 300a on which the insulating layer 200 is formed. A portion of the support substrate 300 corresponding to the hot zone HZ may be formed as a membrane 320 by removing a portion of the other surface 300 b of the support substrate 300 corresponding to the hot zone HZ. . A region corresponding to the cold zone CZ in the support substrate 300 may be thicker than a region corresponding to the hot zone HZ. That is, the support substrate 300 may include the support portion 310 and the membrane 320 . The membrane 320 is a thin region corresponding to the hot zone HZ of the support substrate 300 , and the support portion 310 is a thick region corresponding to the cold zone CZ of the support substrate 300 .

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 접점전극(120)이 노출되도록 실리콘 블록(130)에 형성되는 컨택홀(140), 및 컨택홀(140)을 통해 접점전극(120)과 연결되는 컨택전극(150)을 더 포함할 수 있다. 컨택전극(150)은 핫존(HZ) 또는 콜드존(CZ)에 형성된 실리콘 블록(130)에 형성될 수 있다. 컨택전극(150)은 서모파일(TP)의 양 끝에 하나씩 형성될 수 있다. 필요에 따라 컨택전극(150)은 서모파일(TP)의 중간에도 형성될 수 있다. 본 명세서는 컨택전극(150)이 콜드존(CZ)에 형성되는 것을 기준으로 설명한다. 서모커플(TC)을 형성하는 접점전극(120)은 절연층(200)과 실리콘 기판(100) 사이에 위치하여, 실리콘 블록(130)의 외부로 접점전극(120)이 노출되지 않을 수 있다. 이러한 경우 외부 회로와 서모커플(TC)을 연결하기 위하여 별도의 컨택전극(150)을 형성할 수 있다. In the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention, the contact electrode 120 is exposed through the contact hole 140 formed in the silicon block 130 and the contact hole 140. A contact electrode 150 connected to the contact electrode 120 may be further included. The contact electrode 150 may be formed on the silicon block 130 formed in the hot zone (HZ) or the cold zone (CZ). One contact electrode 150 may be formed at both ends of the thermopile TP. If necessary, the contact electrode 150 may also be formed in the middle of the thermopile TP. This specification will be described based on the fact that the contact electrode 150 is formed in the cold zone CZ. The contact electrode 120 forming the thermocouple TC is positioned between the insulating layer 200 and the silicon substrate 100, so that the contact electrode 120 may not be exposed to the outside of the silicon block 130. In this case, a separate contact electrode 150 may be formed to connect the external circuit and the thermocouple TC.

컨택홀(140)은 콜드존(CZ)에 위치하는 접점전극(120)이 노출되도록 콜드존(CZ)에 위치하는 실리콘 블록(130)의 타면(130b)에서 일면(130a) 방향으로 형성된다. 실리콘 블록(130)의 일면(130a)은 접점전극(120)과 접하는 면이고, 실리콘 블록(130)의 타면(130b)은 일면(130a)의 반대면이다. 컨택홀(140)은 하나 이상 형성될 수 있다. 컨택홀(140)은 실리콘 블록(130)의 일면(130a)과 타면(130b)을 관통한다. 컨택전극(150)은 컨택홀(140)을 통해 실리콘 블록(130)의 일면(130a)에 위치한 접점전극(120)과 연결될 수 있다. 컨택홀(140)의 내부는 금속으로 충진되어 컨택전극(150)과 접점전극(120)을 전기적으로 연결할 수 있다. The contact hole 140 is formed in a direction from the other surface 130b to one surface 130a of the silicon block 130 located in the cold zone CZ so that the contact electrode 120 located in the cold zone CZ is exposed. One surface 130a of the silicon block 130 is a surface in contact with the contact electrode 120, and the other surface 130b of the silicon block 130 is a surface opposite to the one surface 130a. One or more contact holes 140 may be formed. The contact hole 140 passes through one surface 130a and the other surface 130b of the silicon block 130 . The contact electrode 150 may be connected to the contact electrode 120 positioned on one surface 130a of the silicon block 130 through the contact hole 140 . The inside of the contact hole 140 is filled with metal so that the contact electrode 150 and the contact electrode 120 can be electrically connected.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)를 이용한 칩을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing a chip using an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 전체적으로 사각형의 칩(20)으로 형성될 수 있다. 칩(20)의 가운데에 핫존(HZ)이 위치하고, 칩(20)의 가장자리에 콜드존(CZ)이 위치할 수 있다. 칩(20)은 복수의 서모커플(TC)이 칩(20)의 가장자리를 따라 형성된 서모파일(TP) 구조로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention may be formed as a rectangular chip 20 as a whole. The hot zone HZ may be located in the center of the chip 20 and the cold zone CZ may be located at the edge of the chip 20 . The chip 20 may be formed in a thermopile (TP) structure in which a plurality of thermocouples (TC) are formed along edges of the chip 20 .

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 일측에 콜드존(CZ)이 위치하고 타측에 핫존(HZ)이 위치하는 구조로 형성될 수 있다. 이러한 경우 핫존(HZ)을 지지하기 위한 구성요소가 더 포함될 수도 있다. 도 1에 도시된 적외선 센서(10) 구조가 복수개 연결되어 도 6에 도시된 칩(20) 구조를 형성할 수도 있다. As shown in FIG. 1, the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention is formed in a structure in which a cold zone (CZ) is located on one side and a hot zone (HZ) is located on the other side. can In this case, a component for supporting the hot zone HZ may be further included. A plurality of infrared sensor 10 structures shown in FIG. 1 may be connected to form a chip 20 structure shown in FIG. 6 .

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)에 열흡수체(400)를 부가한 구조를 나타내는 도면이다. 7 is a view showing a structure in which a heat absorber 400 is added to an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 핫존(HZ)에 형성된 흡수체(400)를 더 포함할 수 있다. 흡수체(400)는 실리콘 블록(130)이나 절연층(200)이나 지지기판(300)보다 적외선을 더 잘 흡수하는 재질로 형성될 수 있다. 흡수체(400)는 적외선 흡수 계수가 높은 재료로 형성될 수 있다. 흡수체(400)는 핫존(HZ)을 전체적으로 커버하도록 형성될 수 있다. 흡수체(400)는 실리콘 블록(130), 실리콘 나노와이어(110)의 일부, 및 지지기판(300)의 멤브레인(320)의 일부를 커버하도록 절연층(200) 상에 형성될 수 있다. As shown in FIG. 7 , the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention may further include an absorber 400 formed in a hot zone HZ. The absorber 400 may be formed of a material that absorbs infrared rays better than the silicon block 130, the insulating layer 200, or the support substrate 300. The absorber 400 may be formed of a material having a high infrared absorption coefficient. The absorber 400 may be formed to entirely cover the hot zone HZ. The absorber 400 may be formed on the insulating layer 200 to cover a portion of the silicon block 130 , the silicon nanowire 110 , and a portion of the membrane 320 of the support substrate 300 .

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 변형된 구조를 나타내는 도면이다. 도 8의 확대도는 실리콘 블록(130)에 의해 가려진 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)의 연결구조를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing a modified structure of an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention. The enlarged view of FIG. 8 shows a connection structure between the silicon nanowires 110 and the contact electrode 120 covered by the silicon block 130 .

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 서모커플(TC)은 기판 상의 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 연장 형성된 단일 도전형을 갖는 하나의 실리콘 나노와이어(110), 및 지지기판(300) 상의 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 연장 형성되며, 핫존(HZ)에서 실리콘 나노와이어(110)에 연결되는 접점전극(120)을 포함할 수 있고, 서모커플(TC)은 접점전극(120)의 일단이 핫존(HZ)에서 실리콘 나노와이어(110)에 연결되고 타단이 콜드존(CZ)에서 다른 실리콘 나노와이어(110)에 연결되는 방식으로 복수개가 직렬로 연결되어 서모파일(TP)을 형성할 수 있다. As shown in FIG. 8, the thermocouple TC of the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention extends from the hot zone HZ to the cold zone CZ on the substrate and is formed with a single conduction. One silicon nanowire 110 having a mold, and a contact electrode extending from the hot zone (HZ) to the cold zone (CZ) on the support substrate 300 and connected to the silicon nanowire 110 in the hot zone (HZ) 120, and the thermocouple TC has one end of the contact electrode 120 connected to the silicon nanowire 110 in the hot zone HZ and the other end connected to the other silicon nanowire in the cold zone CZ ( 110), a plurality of them may be connected in series to form a thermopile (TP).

도 8의 서모커플(TC)은 도 1의 서모커플(TC)의 변형된 구조이다. 도 1의 서모커플(TC)과 도 8의 서모커플(TC)을 비교하여 설명하면, 도 8의 서모커플(TC)과 도 1의 서모커플(TC)은 실리콘 나노와이어(110)와 일체로 형성된 실리콘 블록(130)을 통해 접점전극(120)과 실리콘 나노와이어(110)가 전기적으로 연결된다. 핫존(HZ)에 형성된 실리콘 블록(130)과 콜드존(CZ)에 형성된 실리콘 블록(130)이 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 연결하여 서모파일(TP)을 형성한다. The thermocouple TC of FIG. 8 is a modified structure of the thermocouple TC of FIG. 1 . Referring to a comparison between the thermocouple TC of FIG. 1 and the thermocouple TC of FIG. 8, the thermocouple TC of FIG. 8 and the thermocouple TC of FIG. 1 are integrated with the silicon nanowire 110. The contact electrode 120 and the silicon nanowire 110 are electrically connected through the formed silicon block 130 . The silicon block 130 formed in the hot zone (HZ) and the silicon block 130 formed in the cold zone (CZ) connect the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 to form a thermopile (TP).

도 1은 N형 실리콘 나노와이어(110(N))와 P형 실리콘 나노와이어(110(P))가 접점전극(120)으로 연결되어 서모커플(TC)을 형성하는 구조를 도시하고, 도 8은 N형 또는 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 접점전극(120)이 연결되어 서모커플(TC)을 형성하는 구조를 도시한다. 즉, 도 1에서는 N형과 P형의 도전형을 가진 실리콘 나노와이어(110)가 모두 이용되지만, 도 8에서 실리콘 나노와이어(110)는 단일한 도전형으로 형성된다. 도 8의 서모커플(TC)은 단일한 도전형의 실리콘 나노와이어(110)를 하나 또는 복수개 포함할 수 있다. 예를 들어, N형 실리콘 나노와이어(110(N))만으로 서모파일(TP)이 형성되거나, P형 실리콘 나노와이어(110(P))만으로 서모커플(TC)이 형성될 수 있다. 도 8은 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 접점전극(120)으로 서모커플(TC)이 형성되는 경우를 도시한다. 서모커플(TC)을 형성하는 과정에서 P형 또는 N형 불순물만을 도핑하면 되므로, P형 또는 N형 중에서 어느 하나의 도전형의 불순물을 도핑하는 공정을 수행하지 않을 수 있으므로 공정이 간소화된다. 1 shows a structure in which an N-type silicon nanowire 110 (N) and a P-type silicon nanowire 110 (P) are connected to a contact electrode 120 to form a thermocouple (TC), and FIG. 2 shows a structure in which the N-type or P-type silicon nanowire 110 (P) and the contact electrode 120 are connected to form a thermocouple TC. That is, in FIG. 1, both silicon nanowires 110 having N-type and P-type conductivity are used, but in FIG. 8, the silicon nanowire 110 is formed with a single conductivity type. The thermocouple TC of FIG. 8 may include one or a plurality of silicon nanowires 110 of a single conductivity type. For example, the thermopile TP may be formed only with the N-type silicon nanowire 110 (N), or the thermocouple TC may be formed only with the P-type silicon nanowire 110 (P). 8 shows a case in which a thermocouple TC is formed by the P-type silicon nanowire 110 (P) and the contact electrode 120. In the process of forming the thermocouple TC, since only P-type or N-type impurities need to be doped, the process of doping with either P-type or N-type impurity may not be performed, which simplifies the process.

도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)이 하나의 서모커플(TC)을 형성하고, 접점전극(120)은 인접한 다른 서모파일(TP)의 실리콘 나노와이어(110)와 연결되어 서모파일(TP)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 접점전극(120)의 일단은 핫존(HZ)에 위치한 실리콘 나노와이어(110)와 실리콘 블록(130)을 통해 연결되어 온접점(HJ)을 형성하고, 접점전극(120)의 타단은 콜드존(CZ)에 위치한 다른 실리콘 나노와이어(110)와 실리콘 블록(130)을 통해 연결되어 냉접점(CJ)을 형성할 수 있다. 핫존(HZ)과 콜드존(CZ)에 위치한 실리콘 블록(130)과 접점전극(120)이 접하는 영역에는 실리콘 나노와이어(110)에 도핑된 불순물과 동일한 도전형의 불순물이 고농도로 도핑될 수 있다. 즉, 접점전극(120)과 접하는 실리콘 블록(130)의 부분에는 실리콘 나노와이어(110)와 동일한 도전형의 불순물이 고농도롤 도핑되는 제2 도핑영역이 형성될 수 있다. 이때, 제2 도핑영역은 제2 N-도핑영역(112(N)) 또는 제2 P-도핑영역(112(P))일 수 있다. 도 8의 확대도에는 P형 실리콘 나노와이어(110(P))를 이용한 서모파일을 도시하며, 제2 P-도핑영역(112(P))이 도시되어 있다.As shown in FIG. 8, the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 form one thermocouple (TC), and the contact electrode 120 is adjacent to the silicon nanowire of another thermopile (TP) ( 110) to form a thermopile (TP). Specifically, one end of the contact electrode 120 is connected through the silicon nanowire 110 located in the hot zone (HZ) and the silicon block 130 to form a hot junction (HJ), and the other end of the contact electrode 120 is A cold junction (CJ) may be formed by being connected to another silicon nanowire 110 located in the cold zone (CZ) through the silicon block 130 . Impurities of the same conductivity type as those of the silicon nanowires 110 may be doped at a high concentration in regions where the silicon blocks 130 and the contact electrodes 120 are in contact with each other in the hot zone HZ and the cold zone CZ. . That is, a second doping region in which impurities of the same conductivity type as the silicon nanowires 110 are doped at a high concentration may be formed in a portion of the silicon block 130 in contact with the contact electrode 120 . In this case, the second doped region may be the second N-doped region 112(N) or the second P-doped region 112(P). The enlarged view of FIG. 8 shows a thermopile using the P-type silicon nanowire 110 (P), and the second P-doped region 112 (P) is shown.

도 1과 도 8의 서모커플(TC)을 비교하면, 도 8의 서모커플(TC)의 폭이 도 1의 서모커플(TC)의 폭보다 작다. 도 8의 서모커플(TC)은 단일 도전형의 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 이용하므로, 도 1의 서모커플(TC)이 N형과 P형의 실리콘 나노와이어(110)를 모두 이용하는 것에 비하여 면적을 작게 형성할 수 있다. 따라서 도 8의 서모커플(TC)은 동일한 면적의 칩에 많은 서모커플(TC)을 배치할 수 있다. Comparing the thermocouples TC of FIG. 1 and FIG. 8 , the width of the thermocouple TC of FIG. 8 is smaller than that of the thermocouple TC of FIG. 1 . Since the thermocouple TC of FIG. 8 uses the single-conductivity silicon nanowire 110 and the contact electrode 120, the thermocouple TC of FIG. 1 is N-type and P-type silicon nanowire 110 Compared to using all of them, it is possible to form a smaller area. Accordingly, in the thermocouple TC of FIG. 8 , many thermocouples TC can be disposed on a chip having the same area.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 서모파일(TP)을 구성하는 재료로 실리콘을 이용하므로 높은 제벡 계수와 높은 전기전도도를 갖고, 실리콘을 나노와이어로 형성하여 낮은 열전도도를 가지므로, 서모파일(TP)형 적외선 센서(10)의 감도를 높이는 효과가 있다.As described above, the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention uses silicon as a material constituting the thermopile (TP), so it has a high Seebeck coefficient and high electrical conductivity, and silicon Since is formed of nanowires to have low thermal conductivity, there is an effect of increasing the sensitivity of the thermopile (TP) type infrared sensor 10.

고효율의 열-전 변환을 위해서는 열전(thermoelectric)재료의 선택이 중요하다. 좋은 열전재료는 전기전도도가 높아 줄열(joule heating)의 발생을 최소화해야 하고, 열전도도가 낮아 온접점에서 열을 잘 유지하고, 최대의 제벡(seebeck) 계수를 유지하여 전압을 잘 생산하는 재료이다. 그러나, 일반적으로 전기전도도가 높을수록 열의 발생이 커서 제벡 계수를 떨어뜨리는 현상이 발생한다. 따라서 전기전도도, 열전도도 등의 요소를 종합적으로 고려하여 열전재료를 평가하는 기준으로 Figure of merit 지수 ZT(단위 없음)를 정의하여 사용한다. For high-efficiency thermo-electric conversion, the selection of thermoelectric materials is important. A good thermoelectric material is a material that has high electrical conductivity to minimize the generation of Joule heating, has low thermal conductivity to keep heat well at the hot junction, and maintains the maximum Seebeck coefficient to produce voltage well. . However, in general, the higher the electrical conductivity, the greater the generation of heat, resulting in a decrease in the Seebeck coefficient. Therefore, as a criterion for evaluating thermoelectric materials by comprehensively considering factors such as electrical conductivity and thermal conductivity, the figure of merit index ZT (unitless) is defined and used.

Figure 112020091132338-pat00001
Figure 112020091132338-pat00001

(S=Seebeck coefficient, σ=Electrical conductivity, ρ=Electrical resistivity, Κ=Thermal conductivity, T=Absolute temperature)(S=Seebeck coefficient, σ=Electrical conductivity, ρ=Electrical resistivity, Κ=Thermal conductivity, T=Absolute temperature)

열전재료에 있어, 열전도도(Κ)는 낮추고, 전기전도도(σ)나 제벡 계수(S)를 높여 ZT 값을 높이기 위한 시도가 존재하나, 이러한 값들은 서로 영향을 주기 때문에 어느 한 요소를 좋게 하는 경우 다른 요소가 안좋아지는 문제가 발생한다. In thermoelectric materials, there are attempts to increase the ZT value by lowering the thermal conductivity (Κ) and increasing the electrical conductivity (σ) or the Seebeck coefficient (S), but since these values affect each other, it is difficult to improve one element. In this case, other factors may cause problems.

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)는, 열전 재료로 실리콘을 이용하므로, 실리콘의 높은 제벡 계수(440 ㎶/K)를 이용할 수 있고, 실리콘에 불순물을 도핑하여 전기전도도를 향상시킬 수 있고, 실리콘을 나노와이어 형상으로 제조하여 실리콘 나노와이어(110)의 단면적이 작아서 열전도가 어려운 구조여서 열전도도가 낮으므로, 높은 ZT값을 도출할 수 있다. 따라서 고감도의 적외선 센서(10)를 구현할 수 있다. Since the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention uses silicon as a thermoelectric material, a high Seebeck coefficient (440 ㎶/K) of silicon can be used, and silicon can be doped with impurities to Electrical conductivity can be improved, and since silicon is manufactured in a nanowire shape and the cross-sectional area of the silicon nanowire 110 is small, thermal conductivity is low, so that thermal conductivity is low, so a high ZT value can be derived. Accordingly, a highly sensitive infrared sensor 10 may be implemented.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서의 제조방법의 단계를 나타낸 흐름도이다. 도 10 내지 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 제조방법의 각 단계를 나타내는 도면이다. 도 9 내지 도 22를 참조하여, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 제조방법을 설명한다. 9 is a flowchart illustrating steps of a method of manufacturing an infrared sensor using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention. 10 to 22 are views showing each step of a method of manufacturing an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention. A manufacturing method of the infrared sensor 10 using silicon nanowires will be described with reference to FIGS. 9 to 22 .

본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10)의 제조방법은, 실리콘 기판(100)의 일면(100a)에 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 연장되는 실리콘 나노와이어(110)를 형성하는 나노와이어 형성단계(S20), 실리콘 나노와이어(110)에 P형 또는 N형 도전형의 불순물을 도핑하고, 접점전극(120)이 형성될 영역에 실리콘 나노와이어(110)보다 높은 농도로 불순물을 도핑하는 도핑단계(S30), 실리콘 나노와이어(110)를 연결하도록 접점전극(120)을 형성하는 접점전극 형성단계(S40), 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 커버하도록 실리콘 기판(100) 상에 절연층(200)을 형성하는 절연층 형성단계(S50), 절연층(200) 상에 지지기판(300)의 일면(300a)을 접합하고, 실리콘 기판(100)의 타면(100b)을 박형화하는 기판 가공단계(S60), 접점전극(120)이 노출되도록 실리콘 기판(100)의 타면(100b)에 컨택홀(140)을 형성하고, 컨택홀(140)을 통해 접점전극(120)에 연결되는 컨택전극(150)을 실리콘 기판(100)의 타면(100b) 상에 형성하는 컨택전극 형성단계(S70), 실리콘 기판(100)의 일부를 제거하여, 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 연결하는 실리콘 블록(130)을 형성하는 실리콘 블록 형성단계(S80), 및 핫존(HZ)에 해당하는 지지기판(300)의 타면(300b)의 일부를 제거하여, 지지기판(300)의 멤브레인(320) 영역을 형성하는 멤브레인 형성단계(S90)를 포함할 수 있다. A method of manufacturing an infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention includes silicon nanowires extending from a hot zone (HZ) to a cold zone (CZ) on one surface (100a) of a silicon substrate (100). In the nanowire forming step (S20) of forming (110), the silicon nanowires 110 are doped with impurities of P-type or N-type conductivity, and the silicon nanowires 110 are formed in the region where the contact electrode 120 is to be formed. A doping step of doping impurities with a higher concentration (S30), a contact electrode forming step of forming a contact electrode 120 to connect the silicon nanowires 110 (S40), and a silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 ) Forming an insulating layer 200 on the silicon substrate 100 to cover the insulating layer forming step (S50), bonding one surface (300a) of the support substrate 300 on the insulating layer 200, the silicon substrate Substrate processing step of thinning the other surface 100b of (100) (S60), forming a contact hole 140 on the other surface 100b of the silicon substrate 100 so that the contact electrode 120 is exposed, and contact hole 140 ) Forming a contact electrode 150 connected to the contact electrode 120 on the other surface 100b of the silicon substrate 100 (S70), removing a part of the silicon substrate 100, A silicon block forming step (S80) of forming a silicon block 130 connecting the silicon nanowires 110 and the contact electrode 120, and the other surface 300b of the support substrate 300 corresponding to the hot zone HZ A membrane forming step (S90) of forming the membrane 320 region of the support substrate 300 by removing a portion thereof may be included.

도 10은 실리콘 기판(100) 준비단계(S10)를 나타낸 도면이다. 실리콘 기판(100) 준비단계(S10)는 실리콘 나노와이어(110)와 실리콘 블록(130)을 형성하기 위한 실리콘 기판(silicon substrate, 100)을 준비하는 단계이다. 실리콘 기판(100)은 결정방향이 <100> 인 단결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 실리콘 기판(100)은 결정방향에 따라 식각될 수 있다. 10 is a view showing a silicon substrate 100 preparation step (S10). The silicon substrate 100 preparation step ( S10 ) is a step of preparing a silicon substrate 100 for forming the silicon nanowires 110 and the silicon block 130 . The silicon substrate 100 may be formed of a single crystal silicon material having a crystal orientation of <100>. The silicon substrate 100 may be etched along a crystal direction.

도 11a는 나노와이어 형성단계(S20)를 나타낸 도면이다. 도 11b는 실리콘 기판(100)에 실리콘 나노와이어(110)를 형성하는 구체적인 과정을 나타낸 도면이다. 도 11b는 도 11a에서 A-A'에 따른 단면을 공정순서대로 도시한다. 11A is a view showing a nanowire forming step (S20). FIG. 11B is a diagram illustrating a specific process of forming silicon nanowires 110 on a silicon substrate 100. Referring to FIG. FIG. 11B shows a cross section along A-A' in FIG. 11A in the order of processing.

도 11b를 참조하여 실리콘 나노와이어(110)를 형성하는 구체적인 과정을 설명한다. 먼저, 실리콘 기판(100)을 준비한다(도 11b의 (a) 참조). 다음으로, 실리콘 기판(100)의 일면(100a)에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하고, 실리콘 산화막(SiO2) 상에 실리콘 질화막(Si3N4)을 형성한다(도 11b의 (b) 참조). 다음으로, 실리콘 질화막(Si3N4) 상에 포토레지스트를 형성하고, 노광, 현상, 식각 공정을 이용하여 실리콘 나노와이어(110)를 형성하기 위한 마스크를 형성한다(도 11b의 (c) 참조). 마스크는 실리콘 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막(Si3N4)을 포함한다. 마스크는 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 부분의 실리콘 기판(100)을 커버하고, 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 부분의 양측면을 노출하도록 형성된다. 마스크는 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 부분의 양측면에 긴 직사각형 영역을 노출하도록 형성된다. 마스크는 서모커플(TC)에 포함되는 실리콘 나노와이어(110)의 개수, 길이, 폭, 이격되는 간격, 실리콘 기판(100)에서 실리콘 나노와이어(110)의 위치에 따라 형성된다. A specific process of forming the silicon nanowire 110 will be described with reference to FIG. 11B. First, a silicon substrate 100 is prepared (see (a) of FIG. 11B). Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on one surface (100a) of the silicon substrate 100, and a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on the silicon oxide film (SiO 2 ) (FIG. 11B (b) Reference). Next, a photoresist is formed on the silicon nitride film (Si 3 N 4 ), and a mask for forming the silicon nanowires 110 is formed using exposure, development, and etching processes (see (c) of FIG. 11B). ). The mask includes a silicon oxide layer (SiO 2 ) and a silicon nitride layer (Si 3 N 4 ). The mask is formed to cover the silicon substrate 100 where the silicon nanowires 110 are to be formed and to expose both sides of the portion where the silicon nanowires 110 are to be formed. The mask is formed to expose a long rectangular region on both sides of a portion where the silicon nanowires 110 are to be formed. The mask is formed according to the number, length, width, and spacing of the silicon nanowires 110 included in the thermocouple TC, and the position of the silicon nanowires 110 on the silicon substrate 100.

다음으로, 마스크를 이용하여 실리콘 기판(100)의 일면(100a)을 건식 식각(dry etching)한다(도 11b의 (d) 참조). 실리콘 기판(100)의 일면(100a)에서 마스크로 커버된 부분은 제거되지 않고, 마스크로 커버되지 않아 노출된 부분이 제거된다. 실리콘 기판(100)에서 제거되는 부분의 높이는 식각 시간에 따라 조절할 수 있다. 건식 식각을 수행하면 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 부분이 단면이 사각형이고, 나노와이어가 형성될 방향으로 긴 기둥 형상(101)으로 형성된다. 다음으로, 포토레지스트를 제거하고, 이방성 식각(anisotropic etching)을 수행한다(도 11b의 (e) 참조). 이방성 식각은 습식 식각(wet etching)으로 수행될 수 있다. 습식 식각을 수행하면 실리콘 기판(100)의 결정방향 <100> 에 따라, 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 부분은 단면이 모래시계 형상이고, 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 방향으로 긴 기둥(101)으로 형성된다. Next, one surface 100a of the silicon substrate 100 is dry etched using a mask (see FIG. 11B(d)). A portion of one surface 100a of the silicon substrate 100 covered by the mask is not removed, and a portion exposed by not being covered by the mask is removed. The height of the portion removed from the silicon substrate 100 can be adjusted according to the etching time. When the dry etching is performed, the portion where the silicon nanowires 110 are to be formed has a rectangular cross section and is formed in a long columnar shape 101 in the direction in which the nanowires are to be formed. Next, the photoresist is removed, and anisotropic etching is performed (see (e) of FIG. 11B). Anisotropic etching may be performed by wet etching. When the wet etching is performed, the cross section of the portion where the silicon nanowires 110 are to be formed has an hourglass shape along the crystallographic direction <100> of the silicon substrate 100, and long pillars are formed in the direction in which the silicon nanowires 110 are to be formed. (101) is formed.

다음으로, 습식 산화(wet oxidation)를 수행한다(도 11b의 (f) 참조). 습식 산화를 수행하면 마스크에 의해 커버되지 않은 실리콘이 산화되어 실리콘 산화막(SiO2)을 형성한다. 모래시계 형상의 단면(102)을 갖는 실리콘 기둥의 양측면에 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되고, 폭이 좁은 모래시계 형상의 단면(102)의 가운데에 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되어, 모래시계 형상의 단면(102)의 상부에 실리콘 나노와이어(110)가 형성될 수 있다. 다음으로, 실리콘 질화막(Si3N4)과 실리콘 산화막(SiO2)을 제거한다(도 11b의 (g) 참조). 실리콘 질화막(Si3N4)과 실리콘 산화막(SiO2)로 형성된 마스크를 제거하면, 실리콘 나노와이어(110)가 노출된다. 실리콘 나노와이어(110)는 단면이 역삼각형이고, 상면이 실리콘 기판(100)의 일면(100a)과 동일한 위치이고, 하부 측면이 실리콘 산화막(SiO2)로 커버되어 실리콘 기판(100)과 전기적으로 절연된다. 이와 같이, 도 11b를 참조하여 설명한 상기 단계를 통해 실리콘 기판(100)에 복수의 실리콘 나노와이어(110)를 동시에 형성할 수 있다. Next, wet oxidation is performed (see (f) of FIG. 11B). When wet oxidation is performed, silicon not covered by the mask is oxidized to form a silicon oxide film (SiO 2 ). A silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on both sides of a silicon pillar having an hourglass-shaped cross section 102, and a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed in the center of the narrow hourglass-shaped cross section 102, A silicon nanowire 110 may be formed on top of the watch-shaped cross section 102 . Next, the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) and the silicon oxide film (SiO 2 ) are removed (see (g) of FIG. 11B). When the mask formed of the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) and the silicon oxide film (SiO 2 ) is removed, the silicon nanowire 110 is exposed. The silicon nanowire 110 has an inverted triangular cross section, an upper surface is at the same position as one surface 100a of the silicon substrate 100, and a lower surface is covered with a silicon oxide film (SiO 2 ) so as to be electrically connected to the silicon substrate 100. Insulated. As such, a plurality of silicon nanowires 110 may be simultaneously formed on the silicon substrate 100 through the above steps described with reference to FIG. 11B.

다시 도 11a를 참조하면, 나노와이어 형성단계(S20)에서 실리콘 기판(100)의 일면(100a)에 핫존(HZ)에서 콜드존(CZ)까지 연장되는 실리콘 나노와이어(110)를 형성할 수 있다. 핫존(HZ)과 콜드존(CZ)은 적외선 센서(10)를 설계하는 과정에서 위치가 결정될 수 있다. 도 1에서와 같이 핫존(HZ)과 콜드존(CZ)이 평행하게 결정될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 칩의 가운데에 핫존(HZ)이 위치하고 칩의 가장자리에 콜드존(CZ)이 위치하도록 결정될 수 있다. 나노와이어 형성단계(S20)에서 실리콘 나노와이어(110)는 핫존(HZ)과 콜드존(CZ)의 위치에 따라 실리콘 기판(100)에서 다양한 위치와 배열로 형성될 수 있다. Referring back to FIG. 11A , in the nanowire forming step (S20), silicon nanowires 110 extending from the hot zone HZ to the cold zone CZ may be formed on one surface 100a of the silicon substrate 100. . Positions of the hot zone HZ and the cold zone CZ may be determined in the process of designing the infrared sensor 10 . As shown in FIG. 1, the hot zone (HZ) and the cold zone (CZ) may be determined in parallel, and as shown in FIG. 6, the hot zone (HZ) is located in the center of the chip and the cold zone (CZ) is located at the edge of the chip. can be decided to do. In the nanowire forming step (S20), the silicon nanowires 110 may be formed in various positions and arrangements on the silicon substrate 100 according to the positions of the hot zone (HZ) and the cold zone (CZ).

도 12는 실리콘 나노와이어(110)에 불순물을 도핑하는 단계를 나타낸 도면이다. 도 13은 접점전극(120)이 접촉할 영역에 불순물을 도핑하는 단계를 나타낸 도면이다. 도 12 및 도 13을 참조하여 도핑단계(S30)를 설명한다. 도 12에서, 복수의 실리콘 나노와이어(110)에 P형 불순물과 N형 불순물을 차례로 도핑할 수 있다. P형 불순물이 도핑될 제1 P-도핑영역(111(P))의 실리콘 나노와이어(110)에 P형 불순물을 이온 주입(ion implantation)하고, N형 불순물이 도핑될 제1 N-도핑영역(111(N))의 실리콘 나노와이어(110)에 N형 불순물을 이온 주입 하고, 열처리(rapid thermal annealing, RTA) 과정을 거친다. 제1 P-도핑영역(111(P))과 제1 N-도핑영역(111(N))에만 불순물이 도핑되기 위해 알려진 마스크 공정을 이용할 수 있다. 실리콘 나노와이어(110)에 P형 또는 N형 불순물을 주입하는 순서는 변경될 수 있다. 복수의 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 복수의 N형 실리콘 나노와이어(110(N))가 하나의 서모커플(TC)을 형성하고, 복수의 서모커플(TC)이 실리콘 기판(100)에 형성되도록, 제1 P-도핑영역(111(P))과 제1 N-도핑영역(111(N))은 번갈아가며 위치한다. 12 is a diagram illustrating a step of doping silicon nanowires 110 with impurities. 13 is a diagram illustrating a step of doping impurities in a region to be contacted by the contact electrode 120. Referring to FIG. The doping step (S30) will be described with reference to FIGS. 12 and 13. In FIG. 12 , the plurality of silicon nanowires 110 may be sequentially doped with P-type impurities and N-type impurities. P-type impurities are ion implanted into the silicon nanowire 110 of the first P-doped region 111 (P) to be doped with P-type impurities, and the first N-doped region to be doped with N-type impurities. N-type impurities are ion-implanted into the silicon nanowire 110 of (111(N)), and a rapid thermal annealing (RTA) process is performed. In order to dope impurities only in the first P-doped region 111(P) and the first N-doped region 111(N), a known mask process may be used. The order of implanting P-type or N-type impurities into the silicon nanowire 110 may be changed. The plurality of P-type silicon nanowires 110 (P) and the plurality of N-type silicon nanowires 110 (N) form one thermocouple (TC), and the plurality of thermocouples (TC) form a silicon substrate ( 100), the first P-doped region 111(P) and the first N-doped region 111(N) are alternately positioned.

도 13에서, 실리콘 나노와이어(110)의 양단에 접하는 부분에 고농도의 불순물을 도핑한다. P형 실리콘 나노와이어(110(P))의 양단에 접하는 부분에 제2 P-도핑영역(112(P))이 위치하고, N형 실리콘 나노와이어(110(N))의 양단에 접하는 부분에 제2 N-도핑영역(112(N))이 위치한다. 제2 P-도핑영역(112(P))에는 P형 실리콘 나노와이어(110(P))에 도핑된 불순물보다 높은 농도로 P형 불순물을 도핑한다. 제2 N-도핑영역(112(N))에는 N형 실리콘 나노와이어(110(N))에 도핑된 불순물보다 높은 농도로 N형 불순물을 도핑한다. 제2 N-도핑영역(112(N))과 제2 P-도핑영역(112(P))은 실리콘 블록(130)이 형성될 영역에 포함되며, 접점전극(120)이 형성될 영역에 포함될 수 있다. 제2 N-도핑영역(112(N))과 제2 P-도핑영역(112(P))은 고농도의 불순물이 도핑되어 접점전극(120)과 실리콘 블록(130)이 옴성 접촉(ohm contact)될 수 있다.In FIG. 13 , a high-concentration impurity is doped into a portion in contact with both ends of the silicon nanowire 110 . The second P-doped region 112 (P) is located in a portion in contact with both ends of the P-type silicon nanowire 110 (P), and the second P-doped region 112 (P) is located in a portion in contact with both ends of the N-type silicon nanowire 110 (N). 2 N-doped regions 112(N) are located. The second P-doped region 112(P) is doped with a P-type impurity at a concentration higher than that of the impurity doped in the P-type silicon nanowire 110(P). The second N-doped region 112 (N) is doped with an N-type impurity at a concentration higher than that of the impurity doped in the N-type silicon nanowire 110 (N). The second N-doped region 112(N) and the second P-doped region 112(P) are included in the region where the silicon block 130 is to be formed and the contact electrode 120 is to be formed in the region. can The second N-doped region 112 (N) and the second P-doped region 112 (P) are doped with a high concentration of impurities so that the contact electrode 120 and the silicon block 130 form an ohmic contact. It can be.

도 14는 접점전극 형성단계(S40)를 나타낸 도면이다. 접점전극 형성단계(S40)는 핫존(HZ)의 제2 P-도핑영역(112(P))과 제2 N-도핑영역(112(N))을 연결하도록 접점전극(120)을 형성하고, 콜드존(CZ)의 제2 P-도핑영역(112(P))과 제2 N-도핑영역(112(N))을 연결하도록 접점전극(120)을 형성한다. 핫존(HZ)에 형성되는 접점전극(120)은 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 N형 실리콘 나노와이어(110(N))를 연결하는 온접점(HJ)을 형성하고, 콜드존(CZ)에 형성되는 접점전극(120)은 P형 실리콘 나노와이어(110(P))와 N형 실리콘 나노와이어(110(N))를 연결하는 냉접점(CJ)을 형성한다. 접점전극(120)이 서모커플(TC)을 직렬로 연결하도록 형성되어, 복수의 서모커플(TC)이 직렬로 연결된 서모파일(TP)이 형성된다. 14 is a view showing the contact electrode forming step (S40). In the contact electrode forming step (S40), the contact electrode 120 is formed to connect the second P-doped region 112(P) and the second N-doped region 112(N) of the hot zone HZ, The contact electrode 120 is formed to connect the second P-doped region 112(P) and the second N-doped region 112(N) of the cold zone CZ. The contact electrode 120 formed in the hot zone (HZ) forms a hot junction (HJ) connecting the P-type silicon nanowire 110 (P) and the N-type silicon nanowire 110 (N), and The contact electrode 120 formed at (CZ) forms a cold junction (CJ) connecting the P-type silicon nanowire 110 (P) and the N-type silicon nanowire 110 (N). The contact electrode 120 is formed to connect the thermocouples TC in series to form a thermopile TP in which a plurality of thermocouples TC are connected in series.

도 15는 절연층 형성단계(S50)를 나타낸 도면이다. 절연층(200)은 전기절연성을 가진 물질로 형성될 수 있다. 절연층(200)은 실리콘 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 절연층(200)은 접점전극(120), 실리콘 나노와이어(110)를 커버하도록 형성될 수 있다. 실리콘 기판(100)의 일면(100a) 상에 절연층(200)을 형성한 다음, 절연층(200)을 표면을 평탄화한다. 절연층(200)의 표면 평탄화는 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 이용할 수 있다. 절연층(200) 상에 지지기판(300)을 결합하기 위하여 절연층(200)의 표면을 평탄화 한다. 15 is a view showing the insulating layer forming step (S50). The insulating layer 200 may be formed of a material having electrical insulating properties. The insulating layer 200 may be formed on the silicon substrate 100 . The insulating layer 200 may be formed to cover the contact electrode 120 and the silicon nanowire 110 . After forming the insulating layer 200 on one surface 100a of the silicon substrate 100, the surface of the insulating layer 200 is planarized. A chemical mechanical polishing (CMP) process may be used to planarize the surface of the insulating layer 200 . In order to bond the support substrate 300 on the insulating layer 200, the surface of the insulating layer 200 is planarized.

도 16은 기판 가공단계(S60)에서 지지기판(300)을 절연층(200) 상에 결합하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 17은 기판 가공단계(S60)에서 실리콘 기판(100)을 박형화하는 과정을 나타낸 도면이다. 기판 가공단계(S60)는 절연층(200) 상에 지지기판(300)을 결합하고(도 16 참조), 실리콘 기판(100)의 타면(100b)을 박형화(도 17 참조)하는 것이다. 지지기판(300)의 일면(300a)은 절연층(200) 상에 접착제나 접착 필름 등에 의해 결합될 수 있다. 16 is a view showing a process of combining the support substrate 300 on the insulating layer 200 in the substrate processing step (S60). 17 is a view showing a process of thinning the silicon substrate 100 in the substrate processing step (S60). In the substrate processing step (S60), the support substrate 300 is coupled to the insulating layer 200 (see FIG. 16), and the other surface 100b of the silicon substrate 100 is thinned (see FIG. 17). One surface 300a of the support substrate 300 may be bonded to the insulating layer 200 using an adhesive or an adhesive film.

지지기판(300)이 절연층(200) 상에 결합되면, 지지기판(300)과 실리콘 기판(100)의 상하를 뒤집어(flip over) 실리콘 기판(100)의 타면(100b)이 위로 오게 배치한다(도 17 참조). 실리콘 기판(100)의 타면(100b) 방향의 일부를 제거하여, 실리콘 기판(100)을 박형화 한다. 실리콘 기판(100)의 두께(100t)는 이후에 형성될 실리콘 블록(130)의 높이가 될 수 있다. 실리콘 기판(100)은 두께(100t)가 최대한 얇게 형성될 수 있다. 실리콘 기판(100)의 두께를 얇게 형성하여야 핫존(HZ)의 실리콘 블록(130)의 높이가 낮아져 열용량을 최소화할 수 있다. When the support substrate 300 is bonded to the insulating layer 200, the support substrate 300 and the silicon substrate 100 are flipped upside down so that the other surface 100b of the silicon substrate 100 faces up. (See Fig. 17). A portion of the silicon substrate 100 in the direction of the other surface 100b is removed to reduce the thickness of the silicon substrate 100 . The thickness 100t of the silicon substrate 100 may be the height of the silicon block 130 to be formed later. The silicon substrate 100 may be formed to have a thickness 100t as thin as possible. When the thickness of the silicon substrate 100 is formed thin, the height of the silicon block 130 in the hot zone (HZ) is lowered to minimize heat capacity.

도 18은 컨택전극 형성단계(S70)에서 컨택홀(140)을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 19는 컨택전극 형성단계(S70)에서 컨택전극(150)을 형성하는 과정을 나타낸 도면이다. 컨택전극 형성단계(S70)는 실리콘 기판(100)의 타면(100b)에서 일면(100a) 방향으로 실리콘 기판(100)에 컨택홀(140)을 형성하고(도 18 참조), 컨택홀(140)을 통해 접점전극(120)에 연결되는 컨택전극(150)을 형성(도 19 참조)하는 과정이다. 컨택홀(140)은 콜드존(CZ)에 형성된 접점전극(120)의 위치(도 14 참조)에 대응하는 실리콘 기판(100)에 형성된다. 컨택홀(140)은 복수개 형성될 수 있다. 컨택홀(140)은 건식 식각 등의 방법으로 형성될 수 있다. 컨택홀(140)이 형성되면 접점전극(120)이 노출된다. 컨택전극(150)은 컨택홀(140)을 통해 접점전극(120)에 연결되도록 실리콘 기판(100)의 타면(100b)에 형성된다. 컨택전극(150)은 실리콘 블록(130)이 형성될 영역에 포함될 수 있다. 컨택전극(150)을 형성하기 전에 컨택홀(140)에 전기전도성 재료를 충진하는 과정을 더 수행할 수도 있다. 컨택전극(150)은 서모파일(TP)의 양 끝에 하나씩 형성될 수 있다. 18 is a diagram illustrating a process of forming the contact hole 140 in the contact electrode forming step (S70). 19 is a diagram showing a process of forming the contact electrode 150 in the contact electrode forming step (S70). In the contact electrode forming step (S70), a contact hole 140 is formed in the silicon substrate 100 in a direction from the other surface 100b to one surface 100a of the silicon substrate 100 (see FIG. 18), and the contact hole 140 This is a process of forming the contact electrode 150 connected to the contact electrode 120 through (see FIG. 19). The contact hole 140 is formed in the silicon substrate 100 corresponding to the position of the contact electrode 120 (see FIG. 14) formed in the cold zone CZ. A plurality of contact holes 140 may be formed. The contact hole 140 may be formed by dry etching or the like. When the contact hole 140 is formed, the contact electrode 120 is exposed. The contact electrode 150 is formed on the other surface 100b of the silicon substrate 100 to be connected to the contact electrode 120 through the contact hole 140 . The contact electrode 150 may be included in a region where the silicon block 130 is to be formed. Before forming the contact electrode 150, a process of filling the contact hole 140 with an electrically conductive material may be further performed. One contact electrode 150 may be formed at both ends of the thermopile TP.

서모파일(TP)의 양 끝의 실리콘 블록(130)을 전극으로 이용하기 위해서는 전기전도성을 향상시키기 위하여 실리콘 블록(130)에 불순물 주입 및 열처리 공정을 수행하여야 한다. 그러나, 실리콘 기판(100)의 일면(100a)에는 이미 이온 주입 및 열처리 공정이 수행된 실리콘 나노와이어(110), 불순물이 고농도로 도핑된 제2 도핑영역, 접점전극(120)이 존재한다. 추가로 열처리를 수행하는 경우 기존에 형성된 서모파일이 파손 또는 변형될 수 있으므로, 추가 열처리 없이 컨택홀(140)과 컨택전극(150)을 형성하여 외부 회로와의 접점을 형성할 수 있다. In order to use the silicon blocks 130 at both ends of the thermopile TP as electrodes, impurity implantation and heat treatment processes must be performed on the silicon blocks 130 to improve electrical conductivity. However, on one surface 100a of the silicon substrate 100, there are silicon nanowires 110 on which ion implantation and heat treatment processes have already been performed, a second doped region doped with impurities at a high concentration, and a contact electrode 120. If additional heat treatment is performed, since the previously formed thermopile may be damaged or deformed, contact with an external circuit may be formed by forming the contact hole 140 and the contact electrode 150 without additional heat treatment.

도 20은 실리콘 블록 형성단계(S80)를 나타낸 도면이다. 실리콘 블록(130)은 실리콘 기판(100)의 일부를 제거하여 형성될 수 있다. 실리콘 블록(130)이 형성될 부분 이외의 실리콘 기판(100)을 식각 등의 방법으로 제거하면, 도 20에 도시된 바와 같이 실리콘 블록(130)이 형성될 수 있다. 실리콘 기판(100)의 제거는 실리콘 기판(100)의 타면에 마스크를 형성하고 건식 식각하는 방식을 이용할 수 있다. 식각은 실리콘 기판(100)의 타면(100b)에서 일면(100a) 방향으로 진행되고, 실리콘 나노와이어(110)는 실리콘 기판(100)의 타면(100b) 방향에 실리콘 산화막(SiO2)이 커버되여, 식각에 대하여 실리콘 산화막(SiO2)이 마스크로 작용하므로 실리콘 나노와이어(110)가 제거되지 않는다(도 11b의 (g) 참조). 20 is a diagram showing a silicon block forming step (S80). The silicon block 130 may be formed by removing a portion of the silicon substrate 100 . When the silicon substrate 100 other than the portion where the silicon block 130 is to be formed is removed by etching or the like, the silicon block 130 may be formed as shown in FIG. 20 . The removal of the silicon substrate 100 may use a method of forming a mask on the other surface of the silicon substrate 100 and performing dry etching. Etching is performed from the other surface 100b of the silicon substrate 100 to one surface 100a, and the silicon nanowires 110 are covered with a silicon oxide film (SiO 2 ) in the direction of the other surface 100b of the silicon substrate 100. , Since the silicon oxide film (SiO 2 ) acts as a mask for etching, the silicon nanowires 110 are not removed (see FIG. 11B(g)).

실리콘 블록 형성단계(S80)에서 핫존(HZ)에 위치하는 실리콘 블록(130)은 콜드존(CZ)에 위치하는 실리콘 블록(130)보다 작은 크기로 형성하며, 복수의 실리콘 블록(130)은 서로 이격되고 실리콘 나노와이어(110)를 통해서만 연결되도록 형성할 수 있다. 핫존(HZ)에 위치한 실리콘 블록(130)의 크기는 최대한 작게 형성하고, 콜드존(CZ)에 위치한 실리콘 블록(130)의 크기는 최대한 크게 또는 넓게 형성할 수 있다. 복수의 실리콘 블록(130)은 서로 이격되도록 형성되며, 핫존(HZ)의 실리콘 블록(130)과 콜드존(CZ)의 실리콘 블록(130)은 실리콘 나노와이어(110)를 통해서 연결되도록 형성될 수 있다. 실리콘 블록(130)은 접점전극(120)이 형성된 영역을 모두 커버하도록 형성될 수 있다. In the silicon block forming step (S80), the silicon block 130 located in the hot zone (HZ) is formed to have a smaller size than the silicon block 130 located in the cold zone (CZ), and the plurality of silicon blocks 130 are mutually It may be spaced apart and connected only through the silicon nanowires 110 . The size of the silicon block 130 located in the hot zone (HZ) may be formed as small as possible, and the size of the silicon block 130 located in the cold zone (CZ) may be formed as large or wide as possible. The plurality of silicon blocks 130 are formed to be spaced apart from each other, and the silicon blocks 130 of the hot zone (HZ) and the silicon blocks 130 of the cold zone (CZ) may be formed to be connected through the silicon nanowires 110. have. The silicon block 130 may be formed to cover the entire region where the contact electrode 120 is formed.

도 21은 멤브레인 형성단계(S90)를 나타낸 도면이다. 멤브레인 형성단계(S90)는 핫존(HZ)에 해당하는 지지기판(300)의 타면(300b)의 일부를 제거하여, 지지기판(300)의 일부를 두께가 얇은 멤브레인(320)으로 형성하는 과정이다. 멤브레인(320)은 콜드존(CZ)이 아닌 영역의 지지기판(300)에 형성될 수 있다. 멤브레인(320)은 습식 식각 등의 방법을 이용하여 실리콘 재질의 지지기판(300)의 타면(300b)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 핫존(HZ)에 해당하는 지지기판(300)이 멤브레인(320)으로 형성되므로, 핫존(HZ)에서 지지기판(300)이 갖는 열용량을 최소화할 수 있다. 21 is a diagram showing the membrane forming step (S90). The membrane forming step (S90) is a process of forming a part of the support substrate 300 as a thin membrane 320 by removing a portion of the other surface 300b of the support substrate 300 corresponding to the hot zone HZ. . The membrane 320 may be formed on the support substrate 300 in a region other than the cold zone CZ. The membrane 320 may be formed by removing a portion of the other surface 300b of the support substrate 300 made of silicon using a method such as wet etching. Since the support substrate 300 corresponding to the hot zone HZ is formed of the membrane 320, the heat capacity of the support substrate 300 in the hot zone HZ can be minimized.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서(10) 제조방법은, 서모파일(TP)을 구성하는 재료로 실리콘을 이용하므로, 반도체 생산공정을 이용할 수 있고 제조비용이 저렴한 효과가 있다. As described above, the manufacturing method of the infrared sensor 10 using silicon nanowires according to an embodiment of the present invention uses silicon as a material constituting the thermopile (TP), so that a semiconductor production process can be used and manufacturing It has a low cost effect.

도 22는 도 8에 도시된 변형된 구조의 적외선 센서(10)를 제조하기 위한 도핑단계(S30), 접점전극 형성단계(S40)를 나타내는 도면이다. 서모커플(TC)이 하나의 도전형의 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 포함하도록 형성하기 위하여, 도핑단계(S30)는 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)이 형성될 영역에 P형 불순물 또는 N형 불순물 중의 하나만을 도핑하며, 접점전극 형성단계(S40)는 일단이 실리콘 나노와이어(110)와 핫존(HZ)에서 연결되고, 타단이 다른 실리콘 나노와이어(110)와 콜드존(CZ)에서 연결되어, 하나의 도전형의 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)이 서모커플(TC)을 형성하도록 할 수 있다.FIG. 22 is a view showing a doping step (S30) and a contact electrode forming step (S40) for manufacturing the infrared sensor 10 having the modified structure shown in FIG. In order to form the thermocouple TC to include one conductive silicon nanowire 110 and the contact electrode 120, the doping step (S30) forms the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120. In the step of forming a contact electrode (S40), one end of which is connected to the silicon nanowire 110 in the hot zone (HZ) and the other end is the other silicon nanowire 110. and is connected in the cold zone CZ, so that the silicon nanowire 110 and the contact electrode 120 of one conductivity type form a thermocouple TC.

도 22에 도시된 바와 같이, 도핑단계(S30)에서 모든 실리콘 나노와이어(110)에 N형 또는 P형 중에서 어느 하나의 도전형의 불순물을 도핑하고 열처리를 수행할 수 있다. 그리고, 실리콘 나노와이어(110)의 양단에 위치하는 제2 도핑영역에 실리콘 나노와이어(110)에 주입된 불순물과 동일한 도전형의 불순물을 고농도로 도핑할 수 있다. As shown in FIG. 22 , in the doping step ( S30 ), all silicon nanowires 110 may be doped with impurities of either N-type or P-type conductivity, and heat treatment may be performed. In addition, impurities of the same conductivity type as those implanted into the silicon nanowires 110 may be doped at a high concentration in the second doping region located at both ends of the silicon nanowires 110 .

다음으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 접점전극 형성단계(S40)에서, 핫존(HZ)에 위치한 실리콘 나노와이어(110)에 접하는 제2 도핑영역과 콜드존(CZ)에 위치한 다른 실리콘 나노와이어(110)에 접하는 제2 도핑영역을 연결하도록 접점전극(120)을 형성할 수 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 하나의 도전형의 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)이 서모커플(TC)을 형성하고, 복수의 동일한 도전형의 실리콘 나노와이어(110)와 복수의 접점전극(120)이 직렬로 연결되어 서모파일(TP)을 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 22, in the contact electrode forming step (S40), the second doped region in contact with the silicon nanowire 110 located in the hot zone (HZ) and another silicon nanowire located in the cold zone (CZ) The contact electrode 120 may be formed to connect the second doped region in contact with (110). As shown in FIG. 22, the silicon nanowire 110 of one conductivity type and the contact electrode 120 form a thermocouple (TC), and a plurality of silicon nanowires 110 of the same conductivity type and a plurality of Contact electrodes 120 may be connected in series to form a thermopile (TP).

다음으로, 전술한 절연층 형성단계(S50), 기판 가공단계(S60), 컨택전극 형성단계(S70)를 동일하게 수행하고, 실리콘 블록 형성단계(S80)를 수행하여 도 8에 도시된 바와 같은 실리콘 블록(130)을 형성할 수 있다. 실리콘 블록 형성단계(S80)에서, 실리콘 블록(130)은 접점전극(120)을 모두 커버하지 않고, 핫존(HZ)에서 접점전극(120)과 제2 도핑영역이 접하는 영역을 커버하도록 형성되고, 콜드존(CZ)에서 접점전극(120)과 제2 도핑영역이 접하는 영역을 커버하도록 형성될 수 있다. 핫존(HZ)에 형성된 실리콘 블록(130)보다 콜드존(CZ)에 형성된 실리콘 블록(130)의 크기가 크게 형성하는 것은 전술한 바와 같다. Next, the above-described insulating layer forming step (S50), substrate processing step (S60), and contact electrode forming step (S70) are performed in the same manner, and the silicon block forming step (S80) is performed, as shown in FIG. A silicon block 130 may be formed. In the silicon block forming step (S80), the silicon block 130 does not cover all of the contact electrode 120, but is formed to cover a region where the contact electrode 120 and the second doped region are in contact in the hot zone (HZ), It may be formed to cover a region where the contact electrode 120 and the second doped region come into contact in the cold zone CZ. Forming the size of the silicon block 130 formed in the cold zone (CZ) larger than that of the silicon block 130 formed in the hot zone (HZ) is as described above.

상술한 바와 같이, 하나의 도전형을 갖는 실리콘 나노와이어(110)와 접점전극(120)을 포함하는 서모파일 구조를 형성하는 경우, P형 또는 N형 불순물을 도핑하는 과정을 한번만 수행하면 되기 때문에 도핑 공정을 간소화할 수 있다.As described above, in the case of forming the thermopile structure including the silicon nanowire 110 having one conductivity type and the contact electrode 120, the process of doping the P-type or N-type impurity only needs to be performed once. The doping process can be simplified.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으며, 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. The present invention has been described in detail through specific examples, and the examples are intended to specifically explain the present invention, the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art within the technical spirit of the present invention It will be clear that the modification or improvement is possible by.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.

10: 적외선 센서
20: 칩
HZ: 핫존
CZ: 콜드존
TC: 서모커플
TP: 서모파일
100: 실리콘 기판
110: 실리콘 나노와이어
110(P): P형 실리콘 나노와이어
110(N): N형 실리콘 나노와이어
111(P): 제1 P-도핑영역
111(N): 제1 N-도핑영역
112(P): 제2 P-도핑영역
112(N): 제2 N-도핑영역
120: 접점전극
130: 실리콘 블록
140: 컨택홀
150: 컨택전극
200: 절연층
300: 지지기판
310: 지지부
320: 멤브레인
400: 흡수체10: infrared sensor
20: chip
HZ: hot zone
CZ: cold zone
TC: Thermocouple
TP: Thermopile
100: silicon substrate
110: silicon nanowire
110 (P): P-type silicon nanowire
110 (N): N-type silicon nanowire
111 (P): first P-doped region
111 (N): first N-doped region
112 (P): second P-doped region
112 (N): 2nd N-doped region
120: contact electrode
130: silicon block
140: contact hole
150: contact electrode
200: insulating layer
300: support substrate
310: support
320: membrane
400: absorber

Claims (10)

지지기판;
상기 지지기판 상에 형성된 절연층; 및
상기 절연층 상에 형성된 하나 이상의 서모커플을 포함하고,
상기 서모커플은
상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어;
상기 실리콘 나노와이어가 형성되는 실리콘 기판을 이용하여 상기 실리콘 나노와이어와 일체로 형성되고, 상기 실리콘 기판과 높이가 동일하며, 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어와 연결되는 실리콘 블록; 및
상기 실리콘 블록과 상기 절연층 사이에 위치되고 상기 실리콘 블록을 통해 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 접점전극을 포함하고,
상기 실리콘 블록은
상기 핫존에 형성된 실리콘 블록의 크기가 상기 콜드존에 형성된 실리콘 블록의 크기보다 작게 형성되고, 상기 접점전극과 접하는 영역은 상기 실리콘 나노와이어보다 높은 농도로 도핑되며,
상기 핫존에 형성된 실리콘 블록은 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 온접점을 형성하고, 상기 콜드존에 형성된 실리콘 블록은 상기 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 냉접점을 형성하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서.support substrate;
an insulating layer formed on the support substrate; and
Including one or more thermocouples formed on the insulating layer,
The thermocouple is
two groups of silicon nanowires having different conductivity types extending from the hot zone to the cold zone on the support substrate;
a silicon block integrally formed with the silicon nanowires using a silicon substrate on which the silicon nanowires are formed, having the same height as the silicon substrate, and connected to two groups of silicon nanowires having different conductivity types; and
a contact electrode positioned between the silicon block and the insulating layer and connecting two groups of silicon nanowires having different conductivity types through the silicon block;
The silicon block is
The size of the silicon block formed in the hot zone is smaller than the size of the silicon block formed in the cold zone, and a region in contact with the contact electrode is doped at a higher concentration than that of the silicon nanowire,
The silicon block formed in the hot zone forms a hot junction connecting two groups of silicon nanowires of different conductivity types, and the silicon block formed in the cold zone connects two groups of silicon nanowires of different conductivity types. An infrared sensor using silicon nanowires to form contacts. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 서모커플은
복수개가 직렬로 연결되어 서모파일을 형성하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서.The method of claim 1,
The thermocouple is
An infrared sensor using silicon nanowires in which a plurality of them are connected in series to form a thermopile. 청구항 3에 있어서,
상기 지지기판은
핫존에 해당하는 영역의 두께가 콜드존에 해당하는 영역의 두께보다 얇게 형성되는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서.The method of claim 3,
The supporting substrate
An infrared sensor using silicon nanowires, in which the thickness of the region corresponding to the hot zone is thinner than the thickness of the region corresponding to the cold zone. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 서모커플은
상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성된 단일 도전형을 갖는 실리콘 나노와이어; 및
상기 지지기판 상의 핫존에서 콜드존까지 연장 형성되며, 상기 핫존에서 상기 실리콘 나노와이어에 연결되는 접점전극을 포함하며,
상기 서모커플은
상기 접점전극의 일단이 상기 핫존에서 실리콘 나노와이어에 연결되고 타단이 상기 콜드존에서 다른 실리콘 나노와이어에 연결되는 방식으로 복수개가 직렬로 연결되어 서모파일을 형성하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서.The method of claim 1,
The thermocouple is
a silicon nanowire having a single conductivity type extending from the hot zone to the cold zone on the support substrate; and
A contact electrode extending from a hot zone to a cold zone on the support substrate and connected to the silicon nanowire in the hot zone;
The thermocouple is
A plurality of contact electrodes are connected in series to form a thermopile in such a way that one end of the contact electrode is connected to a silicon nanowire in the hot zone and the other end is connected to another silicon nanowire in the cold zone. An infrared sensor using a silicon nanowire. 청구항 3에 있어서,
상기 접점전극이 노출되도록 상기 실리콘 블록에 형성되는 컨택홀; 및
상기 컨택홀을 통해 상기 접점전극과 연결되는 컨택전극을 더 포함하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서.The method of claim 3,
a contact hole formed in the silicon block to expose the contact electrode; and
An infrared sensor using a silicon nanowire, further comprising a contact electrode connected to the contact electrode through the contact hole. 실리콘 기판의 일면에 핫존에서 콜드존까지 연장되는 실리콘 나노와이어를 형성하는 나노와이어 형성단계;
상기 실리콘 나노와이어에 P형 또는 N형 도전형의 불순물을 도핑하고, 접점전극이 형성될 영역에 상기 실리콘 나노와이어보다 높은 농도로 불순물을 도핑하는 도핑단계;
상기 실리콘 나노와이어를 연결하는 실리콘 블록이 형성될 영역에 접점전극을 형성하는 접점전극 형성단계;
상기 실리콘 나노와이어와 상기 접점전극을 커버하도록 상기 실리콘 기판 상에 절연층을 형성하는 절연층 형성단계;
상기 절연층 상에 지지기판의 일면을 접합하고, 상기 실리콘 기판의 타면을 박형화하는 기판 가공단계;
상기 접점전극이 노출되도록 상기 실리콘 기판의 타면에 컨택홀을 형성하고, 상기 컨택홀을 통해 상기 접점전극에 연결되는 컨택전극을 상기 실리콘 기판의 타면 상에 형성하는 컨택전극 형성단계;
상기 실리콘 기판의 일부를 제거하여, 상기 실리콘 나노와이어와 접점전극을 연결하는 실리콘 블록을 형성하되, 상기 실리콘 블록의 높이는 상기 실리콘 기판과 높이가 동일하며, 상기 핫존에 위치하는 실리콘 블록은 상기 콜드존에 위치하는 실리콘 블록보다 작은 크기로 형성하며, 복수의 실리콘 블록은 서로 이격되고 실리콘 나노와이어를 통해서만 연결되도록 형성하는, 실리콘 블록 형성단계; 및
상기 핫존에 해당하는 상기 지지기판의 타면의 일부를 제거하여, 상기 지지기판의 멤브레인 영역을 형성하는 멤브레인 형성단계를 포함하며,
상기 핫존에 형성된 실리콘 블록은 상기 도핑단계에서 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 온접점을 형성하고, 상기 콜드존에 형성된 실리콘 블록은 상기 도핑단계에서 형성된 도전형이 다른 두 그룹의 실리콘 나노와이어를 연결하는 냉접점을 형성하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서 제조방법.forming silicon nanowires extending from a hot zone to a cold zone on one surface of a silicon substrate;
a doping step of doping the silicon nanowires with impurities of P-type or N-type conductivity and doping the impurities at a concentration higher than that of the silicon nanowires in a region where a contact electrode is to be formed;
a contact electrode forming step of forming a contact electrode in a region where a silicon block connecting the silicon nanowires is to be formed;
forming an insulating layer on the silicon substrate to cover the silicon nanowires and the contact electrode;
a substrate processing step of bonding one surface of a support substrate onto the insulating layer and thinning the other surface of the silicon substrate;
a contact electrode forming step of forming a contact hole on the other surface of the silicon substrate to expose the contact electrode, and forming a contact electrode connected to the contact electrode through the contact hole on the other surface of the silicon substrate;
A portion of the silicon substrate is removed to form a silicon block connecting the silicon nanowires and the contact electrode, the silicon block having the same height as the silicon substrate, and the silicon block located in the hot zone is the cold zone. Forming a smaller size than the silicon block located on the, forming a plurality of silicon blocks spaced apart from each other and connected only through silicon nanowires, a silicon block forming step; and
A membrane forming step of forming a membrane region of the support substrate by removing a portion of the other surface of the support substrate corresponding to the hot zone;
The silicon block formed in the hot zone forms an on-junction connecting two groups of silicon nanowires of different conductivity types formed in the doping step, and the silicon block formed in the cold zone forms two groups of different conductivity types formed in the doping step. A method for manufacturing an infrared sensor using silicon nanowires, forming a cold junction connecting the silicon nanowires. 삭제delete 청구항 8에 있어서,
상기 도핑단계는
상기 실리콘 나노와이어와 상기 접점전극이 형성될 영역에 P형 불순물 또는 N형 불순물 중의 하나만을 도핑하며,
상기 접점전극 형성단계는
일단이 상기 실리콘 나노와이어와 상기 핫존에서 연결되고, 타단이 다른 실리콘 나노와이어와 상기 콜드존에서 연결되어, 하나의 도전형의 실리콘 나노와이어와 접점전극이 서모커플을 형성하는, 실리콘 나노와이어를 이용한 적외선 센서 제조방법. The method of claim 8,
The doping step
Doping only one of P-type impurity and N-type impurity in a region where the silicon nanowire and the contact electrode are to be formed;
The step of forming the contact electrode is
One end is connected to the silicon nanowire in the hot zone, and the other end is connected to the other silicon nanowire in the cold zone, so that one conductivity type silicon nanowire and a contact electrode form a thermocouple using a silicon nanowire. Infrared sensor manufacturing method.
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