KR20000004154A - 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 흡수 볼로메터를 개시한다.
본발명은 기판과 기판 위에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자, 기판을 덮는 보호층을 갖는 구동기판레벨(210)과, 접속단자에 전기적으로 연결된 전도선을 포함하면서 캔틸레버 형상의 지지대가 적어도 한쌍 이상이 형성되는 지지레벨(220)과, 지지레벨(220)에 의해 지지되는 흡수대(295)의 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)를 갖는 흡수레벨(230)을 구비하는 적외선 흡수 볼로메터에 있어서, 상기 흡수대(295)의 형성물질이 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열전도도(thermal conductivity)가 실리콘 질화물보다 작기 때문에 흡수대(295)로 사용하기가 유리하며, 또한 증착온도가 300℃∼400℃정도로 실리콘 질화물보다 훨씬 낮으므로 볼로메터 요소인 티타늄이 티타늄 산화물로 변화되는 것을 방지하여 적외선 흡수 볼로메터의 TCR을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡수대를 저온공정으로 증착할 수 있는 실리콘 산화물로 형성하여 볼로메터의 TCR을 향상시키는 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 볼로메터는 적외선 센서의 일종으로서, 물체에서 방사되는 적외선을 흡수하여 열에너지로 바뀔 때 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변화하는 것을 측정하여 집적 접촉하지 않아도 물체 표면의 온도를 감지할 수 있는 특징을 가진다.
적외선은 파장이 가시광보다 길고 전파보다 짧은 전자파의 일종으로 자연계에 존재하는 물체는 사람을 비롯하여 모두 적외선을 방사하고 있다. 단, 물체의 온도에 따라 그 파장이 다르므로 온도검출이 가능하다.
이와 같은 볼로메터는 금속 또는 반도성 재료를 이용하여 제조된다. 금속 볼로메터 요소는 온도의 변화에 자유전자의 밀도가 지수적으로 변화하는 특성을 가지며, 반도성 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따른 저항변화의 큰 민감성을 얻을 수 있다. 그러나 반도성 재료 볼로메터는 박막형으로 제조하기가 어려워 실용화되기 어려운 문제점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 일실시예에 따른 볼로메터를 예시한 것으로, 미합중국 특허 No.5,300,915에 "열센서(THERMAL SENSOR)"라는 명칭으로 공개되어 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 볼로메터를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
종래의 볼로메터(10)는 부상된 검출레벨(11)과 하부레벨(12)로 이루어져 있다. 상기 하부레벨(12)은 단결정 실리콘 기판과 같은 상부가 평평한 반도성 기판(13)을 가지고 있다. 상기 반도성 기판(13)의 상부표면(14) 위에는 다이오드, X-버스라인, Y-버스라인, 접속단자, X-버스라인의 끝에 위치하는 접촉패드 등을 구비하는 집적회로(15)가 통상적인 실리콘 집적회로 제조기술을 이용하여 제조되어 있다. 상기 집적회로(15)는 실리콘 질화막(16)으로 만들어진 보호층으로 코팅되어 있다. 선형으로 패인 도랑(17)은 부상된 검출레벨(11)에 의해 덮여져 있지 않다.
부상된 검출레벨(11)은 실리콘 질화막층(20), 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 저항 노선(21), 실리콘 질화막층(20)과 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 저항노선(21) 위에 형성된 또다른 실리콘 질화막층(22), 실리콘 질화막층(22) 위에 형성된 적외선 흡수코팅(23) 등으로 이루어져 있다. 아래쪽으로 뻗어있는 실리콘 질화막층(20')(22')은 상기 부상된 검출레벨(11)을 지지하는 기울어진 네 개의 다리를 만드는 동안 동시에 만들어진다. 상기 다리는 네 개보다 적을수도 많을수도 있다. 두 레벨사이에는 빈공간(26)이 형성되어 서로 이격되어 있다. 제조공정동안, 상기 빈공간(26)은 실리콘 질화막층(20)(20')(22)(22')이 증착될 때까지 용해성 유리나 용해성 재료로 제거되기 쉬운 재료로 증착되어 채워져 있다가 용해성유리나 용해성재료가 제거되어 빈공간으로 남게된다.
상기 기술된 볼로메터에 있는 하나의 결점은 도 2에 도시된 바와 같이, 부상된 검출레벨(11)에 지지역활을 하는 다리가 함께 형성되어 있어서 적외선을 흡수하는 전체면적이 줄어들기 때문에 최대의 흡수면적(Fill Factor)을 얻을 수 없다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 증가된 흡수면적(Fill Factor)을 갖도록 한 볼로메터 및 그 제조방법에 대하여 대한민국 특허청에 1998년 월 일자로 특허출원번호 제 98- 호 및 제 호로 출원하였다.
도 3은 선출원된 볼로메터를 나타내는 사시도로서, 구동기판 레벨(210), 지지레벨(220), 적어도 한쌍 이상의 포스트(270), 흡수레벨(230)로 구성된다.
구동기판 레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214), 그리고 보호층(216)을 포함한다.
지지레벨(220)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(240)을 포함하는데, 지지교각(240)의 상부에는 티타늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전도선(265)이 형성되어 있다.
흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 실리콘 질화막으로 만들어진 흡수대(295)와 상기 흡수대(295)에 의해 둘러쌓여진 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(285)를 포함한다. 상기 흡수대(295)의 상부에는 일반적인 적외선 흡수코팅(297)이 형성되어 있다.
각각의 포스트(270)은 흡수레벨(230)과 지지레벨(220)의 사이에 위치한다.
그런데 이와 같은 선행출원된 적외선 볼로메터에서 흡수대(295)로 사용되는 실리콘 질화막은 850℃ 정도의 고온증착공정을 수반하게 되므로 그 과정에서 볼로메터 요소(285)의 Ti재질이 산소(O2)와 결합하여 TiO2산화물을 형성하게 된다. 주지하다시피 TiO2는 세라믹재질로서 온도가 상승됨에 따라 전기저항이 오히려 감소하는 특성을 가지므로 적외선 흡수 볼로메터에서 요구하는 TCR(Thermal Coefficient Resistance)에 역행하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서, 흡수층을 저온공정으로 증착할 수 있는 실리콘 산화물(SiO2)재질로 형성하여 제조공정중에 볼로메터 요소의 Ti재질이 산소(O2)와 결합하여 TiO2산화물을 형성하는 것을 방지함으로써 TCR을 향상시킬 수 있는 적외선 흡수 볼로메터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판과 기판 위에 형성된 접속단자 및 기판을 덮는 보호층을 갖는 구동기판레벨과, 접속단자에 전기적으로 연결된 전도선을 포함하면서 캔틸레버 형상의 지지대가 적어도 한쌍 이상이 형성되는 지지레벨과, 지지레벨에 의해 지지되는 흡수대의 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소가 내장된 흡수레벨을 구비하는 적외선 흡수 볼로메터에 있어서, 상기 흡수대의 형성물질이 실리콘 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수 볼로메터를 제공한다.
또한, 본 발명은 적외선 흡수 볼로메터 제조방법에 있어서, 기판과 한쌍의 접속단자를 구비하는 구동기판레벨을 형성하는 단계와; 상기 구동기판레벨 상부에 한쌍의 지지교각에 전도선이 형성되는 지지레벨을 형성하는 단계와; 상기 제 2 지지레벨 위에 구멍을 포함한 희생층을 형성하고 그 상부에 실리콘 산화물(SiO2)재질의 제 1 열흡수층을 형성하여 패터닝하는 단계와; 상기 제 1 열흡수층의 상부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소를 형성하는 단계와; 상기 볼로메터 요소를 포함하는 제 1 열흡수층 위에 동일한 재질(SiO2)의 제 2 열흡수층을 형성하여 흡수레벨을 형성하는 단계와; 상기 흡수레벨을 셀단위로 패터닝하는 단계를 포함하는 적외선 흡수 볼로메터 제조방법을 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 볼로메터를 설명하는 단면도,
도 2는 도 1에 나타난 볼로메터를 보여주는 사시도,
도 3은 선출원된 적외선 흡수 볼로메터를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 단면도,
도 5a 내지 5k는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 제조공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 구동기판레벨 220 : 지지레벨 230 : 흡수레벨
212 : 기판 216 : 보호층 214 : 접속단자
240 : 지지교각 252 : 비아홀 265 : 전도선
270 : 포스트 285 : 볼로메터 요소 292 :제 1 흡수층
294 : 제 2 흡수층 295 : 흡수대
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 도시한 단면도이다. 종래와 동일한 구성부재에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 적외선 흡수 볼로메터(201)의 구성은 구동기판레벨(210), 지지레벨(220), 적어도 한쌍 이상의 포스트(270), 흡수레벨(230)으로 구성된다.
상기 구동기판레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214), 그리고 보호층(216)을 포함한다. 금속으로 만들어진 상기 각각의 접속단자(214)는 기판(212)의 상부에 형성되어 있고 기판(212)의 집적회로에 전기적으로 접속되어 적외선 방사에너지 흡수작용에 의한 볼로메터(201)의 저항변화를 집적회로에 전달한다. 상기 보호층(216)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 질화막으로 만들어져 있으면서 기판(212)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판에 손상(212)이 가지않도록 한다.
상기 지지레벨(220)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(240)을 포함하는데, 상기 지지교각(240)의 상부에는 티탄늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전도선(265)이 형성되어 있다. 상기 지지교각(240)의 앵커부분에는 비어홀(252)이 형성되어 있어서 전도선(265)의 한끝이 접속단자에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 즉, 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어진 흡수대(295)와, 상기 흡수대(295)에 의해 둘러쌓여진 'ㄹ'자형의 볼로메터 요소(285)를 포함한다. 상기 흡수대(295)의 상부에는 일반적인 적외선 흡수코팅(297)이 형성된다.
상기 흡수대(295)를 실리콘 산화물(SiO2)로 증착한 경우에 열전도도(thermal conductivity)가 실리콘 질화물보다 작기 때문에 흡수대(295)로 사용하기가 유리하며, 또한 증착온도가 300℃∼400℃정도로 실리콘 질화물보다 훨씬 낮은 온도 대략 300℃에서 증착공정이 가능해 저온공정이 가능한 잇점이 있다.
이와 같은 저온공정에 의해 볼로메터 요소(285)의 Ti재질이 산소(O2)와 결합하여 TiO2산화물을 형성하는 것을 방지하므로 적외선 흡수 볼로메터에서 요구하는 TCR을 향상시키게 된다.
한편, 도5a 내지 5k는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 제조공정 단면도이다.
선행출원된 명세서에 기재된 바와 같이, 먼저 적외선 흡수 볼로메터를 제조하기 위해 기판 상에 구동기판레벨(210)과 지지레벨(220)을 형성한다.
도시된 바와 같이, 적외선 흡수 볼로메터(201)의 제조공정은 집적회로(도시되지 않음)와 한쌍의 접속단자(214)를 포함한 기판(212)의 준비로서 시작된다. 상기 각각의 접속단자(214)는 상기 기판(212)의 상부에 위치하면서 상기 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 보호층(216)은 실리콘 질화막(SiNx) 같은 잔류응력이 보상된 절연성이 우수한 재료로 만들어지며, PECVD 방법을 사용하여 증착할 수 있다. 그리하여 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 기판(212)과 접속단자(214)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(210)이 형성된다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘(poly-Si) 같은 재료로 구성되고, 평평한 상부표면을 가진 제 1 희생층(300)이 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 증착된다. 그리고나서, 상기 제 1 희생층(300)이 부분적으로 제거됨으로서 한쌍의 빈구멍(305)이 형성된다.
그 다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화물(SiNx) 같은 재료로 만들어진 지지층(250)이 상기 빈구멍(305)을 포함한 상기 제 1 희생층의 상부에 PECVD 법을 사용하여 증착되며, 상기 접속단자(214)가 노출되도록 상기 지지층(250)에 한쌍의 비아홀(via hole:252)이 형성된다.
그런 후에, 도 5d에 도시된 바와 같이, 티탄늄 같은 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 상기 비어홀(252)를 포함한 상기 지지층(250)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되는데, 여기에서 상기 비어홀(252) 내부에 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 채워지면서 상기 전도성층(260)이 상기 접속단자(214)와 전기적으로 연결하게 된다.
다음으로, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 전도성층(260)과 상기 지지층(250)은 각각 금속식각방법과 실리콘 질화막 식각방법으로 패턴되면서 상부에 전도선(265)이 형성되어 있는 한쌍의 지지교각(240)을 형성함으로서 지지레벨(220)이 형성된다.
계속적으로, 다결정 실리콘으로 만들어진 제 2 희생층(310)이 상기 지지교각(240)과 제 1 희생층(300)의 상부에 평평한 상부표면이 형성되도록 저압기상증착(LPCVD)법을 사용하여 증착된다. 그런다음, 상기 제 2 희생층(310)을 식각법을 사용하여, 도 5f에 도시된 바와 같이, 한쌍의 구멍(315)이 형성되도록 패터닝한다.
다음으로 도 5g에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물(SiO2)로 만들어진 제 1 열흡수층(292)이 상기 구멍(315)을 포함한 제 2 희생층(310)의 상부에 PECVD법을 사용하여 증착된다. 그런 후에, 상기 지지교각(240)의 전도선(265)이 노출되도록 제 1 열흡수층(292) 안에 한쌍의 노출구멍(296)이 형성된다.
계속적으로, 도 5h에 도시된 바와 같이, 상기 노출구멍을 포함한 제 1 열흡수층(292)의 상부에 티탄늄(Ti)층이 스퍼터링법으로 증착되고 금속식각법으로 패터닝되어 볼로메터 요소(285)가 형성된다. 이때 상기 노출구멍(296)의 내부는 티탄늄으로 채워지면서 한쌍의 전관(272)를 형성한다.
다음으로, 도 5i에 도시된 바와 같이, 제 1 열흡수층(292)과 동일한 재료 즉, 실리콘 산화물로 이루어진 제 2 열흡수층(294)이 상기 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)의 상부에 증착되어 상기 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)를 둘러쌓고 있는 흡수대(295)가 형성된다.
이와 같이 제조된 흡수대(295)는 앞서 언급한 바와 같이, 300℃∼400℃ 정도의 저온공정으로 형성되므로 볼로메터 요소(285)의 Ti재질이 산소(O2)와 결합하여 TiO2산화물을 형성하는 것을 방지한다.
계속해서, 상기 흡수대(295)의 상부에는 일반적인 적외선 흡수코팅(296)이 형성된다.
그런 후에, 도 5j에 도시된 바와 같이, 상기 흡수대(295)는 식각방법을 사용하여 셀단위로 나누어 흡수레벨(230)을 형성한다.
마지막으로, 도 5k에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 희생층(310)과 제 1 희생층(300)을 식각하여 제거함으로서 적외선 흡수 볼로메터(201)의 제조공정을 완료한다.
따라서, 적외선 에너지가 흡수되었을 때, 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(285)의 저항값이 바뀌고, 바뀐 저항값에 의하여 전압, 또는 전류가 변화한다. 변화된 전류나 전압은 집적회로에 입력시켜 증폭되어 출력되고, 증폭된 전류나 전압은 검출회로(도시되지 않음)에 의해 읽혀져 적외선 센싱이 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 흡수대를 실리콘 산화물(SiO2)로 증착하므로써 열전도도(thermal conductivity)가 실리콘 질화물보다 작기 때문에 흡수대로 사용하기가 유리하며, 또한 증착온도가 300℃∼400℃정도로 실리콘 질화물보다 훨씬 낮으므로 볼로메터 요소인 티타늄이 티타늄 산화물로 변화되는 것을 방지하여 적외선 흡수 볼로메터의 TCR을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
Claims (2)
- 기판과 기판 위에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자, 기판을 덮는 보호층을 갖는 구동기판레벨(210)과, 접속단자에 전기적으로 연결된 전도선을 포함하면서 캔틸레버 형상의 지지대가 적어도 한쌍 이상이 형성되는 지지레벨(220)과, 지지레벨(220)에 의해 지지되는 흡수대(295)의 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)를 갖는 흡수레벨(230)을 구비하는 적외선 흡수 볼로메터에 있어서,상기 흡수대(295)의 형성물질이 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 흡수 볼로메터.
- 적외선 흡수 볼로메터 제조방법에 있어서,기판과 한쌍의 접속단자를 구비하는 구동기판레벨(210)을 형성하는 단계와;상기 구동기판레벨 상부에 한쌍의 지지교각에 전도선이 형성되는 지지레벨(220)을 형성하는 단계와;상기 제 2 지지레벨(220) 위에 구멍을 포함한 희생층을 형성하고 그 상부에 실리콘 산화물(SiO2)재질의 제 1 열흡수층(292)을 형성하여 패터닝하는 단계와;상기 제 1 열흡수층(292)의 상부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(285)를 형성하는 단계와;상기 볼로메터 요소(285)를 포함하는 제 1 열흡수층(292) 위에 동일한 재질(SiO2)의 제 2 열흡수층(294)을 형성하여 흡수대(295)를 형성하는 단계와;상기 흡수대(295)를 셀단위로 패터닝하여 흡수레벨(230)을 형성하는 단계를 포함하는 적외선 흡수 볼로메터 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019980025555A KR20000004154A (ko) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019980025555A KR20000004154A (ko) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000004154A true KR20000004154A (ko) | 2000-01-25 |
Family
ID=19541969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019980025555A KR20000004154A (ko) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 적외선 흡수 볼로메터 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20000004154A (ko) |
-
1998
- 1998-06-30 KR KR1019980025555A patent/KR20000004154A/ko not_active Application Discontinuation
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