KR20000004155A - 적외선 흡수 볼로메터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 향상된 흡수면적(Fill Factor)를 갖는 적외선 흡수 볼로메터의 제조방법을 게시한다.
본 발명은 기판과 한쌍의 접속단자를 구비하는 구동기판레벨을 형성하는 단계와; 상기 구동기판레벨의 상부에 PR(Photo-Resist) 재질의 희생재료를 패터닝하고 그 위에 전도선이 형성된 한쌍의 지지교각을 구비하는 지지레벨을 형성하는 단계와; 상기 지지레벨 상부에 희생재료를 패터닝하고 그 위에 실리콘 질화물(SixNy)재질의 흡수대와 흡수대 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소를 갖는 흡수레벨을 형성하는 단계와; 상기 희생재료를 제거하여 형성되는 제 1, 2 에어갭을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 제 1, 2 희생층으로 PR 재료를 사용함으로써 상당히 두껍게 형성된 제 1, 2 희생층의 패터닝공정을 원활하게 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 패터닝된 제 1, 2 희생층 위에 형성되는 지지레벨 또는 흡수레벨의 전도선층 또는 볼로메터 요소의 단락을 방지하여 소자의 불량율을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

적외선 흡수 볼로메터의 제조방법
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1, 2 희생층으로 PR재료를 사용하여 패터닝공정을 원활하게 수행할 수 있으며, 그 위에 지지레벨 또는 흡수레벨의 단락(short)을 방지할 수 있는 적외선 흡수 볼로메터의 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 "THERMAL SENSOR"라는 명칭으로 공개되어 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 볼로메터를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1 의 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) 금속으로 만들어진 전도선(265)이 형성되어 있다.
흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 실리콘 질화물(SiNx)로 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.
상기 각각의 포스트(270)은 절연물질로 둘러쌓인 전관을 구비하고 있으면서 상기 흡수레벨(230)과 상기 지지레벨(220)의 사이에 위치한다.
특히, 지지레벨(220) 및 흡수레벨(230)의 하부에 에어갭(air-gap)을 형성하기 위해서는 그 두께만큼의 희생재료를 형성한 후 소정형상으로 패터닝하고 난 다음 그 위에 지지레벨(220) 및 흡수레벨(230)을 증착한다. 이와 같은 상태에서 희생재료를 제거하는 공정을 통해 소망하는 형상의 에어갭이 형성된다.
현재 희생재료로서는 폴리 실리콘(poly-silicon)을 주로 사용하고 있으며, 그 두께는 대략 2∼3㎛에 이른다.
그런데 이와 같은 종래의 적외선 흡수 볼로메터의 구조에 있어서, 희생재료의 형성두께가 통상적인 반도체 패터닝공정에 비해 상당히 두꺼운 정도에 이르는 관계로 패터닝공정시 희생재료에 형성되는 패턴이 마스크 또는 PR의 패턴과 동일하게 나타나지 않고 패턴의 경계부근 상,하부에서 (-)각을 갖는 패턴이 나타나는 문제검이 있었다.
이와 같은 (-)패턴은 구동기판레벨(210) 상에 지지레벨(220)을 지지하기 위해 형성되는 부분 및 지지레벨(220)의 끝단위에 흡수레벨(230)을 지지하기 위해 패터닝되는 부분에서 심각하게 나타난다. 특히, 이와 같이 (-)패턴 부분 위에 스퍼터링법으로 증착되는 티타늄(Ti)재질의 전도선층(265) 또는 볼로메터 요소(285)는 (-)패턴형상에 의해 치명적인 단락현상이 발생될 소지가 있다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상당히 두껍게 형성된 희생재료를 패터닝할 때 (-)각을 갖는 패턴이 형성되지 않는 적외선 흡수 볼로메터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판과 한쌍의 접속단자를 구비하는 구동기판레벨을 형성하는 단계와; 상기 구동기판레벨의 상부에 PR(Photo-Resist) 재질의 희생재료를 패터닝하고 그 위에 전도선이 형성된 한쌍의 지지교각을 구비하는 지지레벨을 형성하는 단계와; 상기 지지레벨 상부에 희생재료를 패터닝하고 그 위에 실리콘 질화물(SixNy)재질의 흡수대와 흡수대 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소를 갖는 흡수레벨을 형성하는 단계와; 상기 희생재료를 제거하여 형성되는 제 1, 2 에어갭을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 적외선 흡수 볼로메터를 설명하는 단면도,
도 2는 도 1에 나타난볼로메터를 보여주는 사시도,
도 3은 선출원된 적외선 흡수 볼로메터를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 도 3의 I-I'선 단면도,
도 5a 내지 5k는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210 : 구동기판레벨 220 : 지지레벨 230 : 흡수레벨
212 : 기판 214 : 접속단자 216 : 보호층
240 : 지지교각 265 : 전도선 270 : 포스트
285 : 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소 290 : 흡수대
300 : 제 1 희생층 310 : 제 2 희생층 610 : 거울
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 도 5k는 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 제조하는 공정단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터는 집적회로(도시되지 않음)와 한쌍의 접속단자(214)를 포함한 기판(212)이 구비되며, 각각의 접속단자(214)는 상기 기판(212)의 상부에 위치하면서 상기 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 실리콘 질화막(SiNx) 같은 잔류응력이 보상된 절연성이 우수한 재료로 만들어진 보호층(216)이 PECVD 방법을 사용하여 증착되어 기판(212)과 접속단자(214)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(210)이 형성된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판레벨(210) 위에 PR(photo resist)재질로 이루어진 제 1 희생재료를 대략 2∼3㎛의 두께로 형성하고, 제 1 희생재료를 패터닝공정을 통해 부분적으로 제거하여 한쌍의 빈구멍(305)을 포함한 제 1 희생층(300)을 형성한다.
상기 PR재질로 이루어진 제 1 희생층(300)은 빈구멍(305)를 패터닝할 때 마스크를 이용해 집적 노광공정 및 빛에 노출된 부분을 제거하는 현상공정에 의해 PR이 제거되므로 제 1 희생층(300)의 형성두께가 통상적인 반도체 패터닝공정에 비해 상당히 두꺼워 제 1 희생층(300)의 상면과 빈구멍(305) 패턴 사이에는 상당한 단차가 있음에도 불구하고 종래의 경우처럼 빈구멍(305) 패턴의 경계부근 상,하부에서 (-)각을 갖는 패턴이 발생되지 않고 마스크의 패턴이 그대로 제 1 희생층(300)에 완만한 경사면(slope)을 이루면서 형성될 수 있게 된다.
도 5c를 참조하면, 상기 빈구멍(305)을 포함한 상기 제 1 희생층(300)의 상부에 실리콘 질화물(SiNx) 같은 재료로 만들어진 지지층(250)이 PECVD 법을 사용하여 증착된다. 한편, 상기 접속단자(214)가 노출되도록 상기 지지층(250)에 한쌍의 비아홀(via hole : 252)이 형성된다.
도 5d를 참조하면, 티탄늄 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 상기 비어홀(252)를 포함한 상기 지지층(250)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착된다. 여기서 상기 비어홀(252) 내부에 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 채워지면서 상기 전도성층(260)이 상기 접속단자(214)와 전기적으로 연결하게 된다.
한편, 상기 빈구멍(305) 패턴과 상기 제 1 희생층(300) 상부 사이에 존재하는 단차부에 적층되는 지지층(250) 및 전도성층(260)은 그 단차부가 완만한 경사면을 이루고 있으므로 특히, 전도성층(260)이 단락됨이 없이 안정적으로 증착될 수 있다.
도 5e를 참조하면, 상기 전도성층(260)과 상기 지지층(250)은 각각 금속식각방법과 실리콘 질화막 식각방법을 이용하여 패턴되면서 상부에 전도선(265)이 형성되어 있는 한쌍의 지지교각(240)을 형성함으로서 지지레벨(220)이 형성된다.
도 5f를 참조하면, PR재질로 이루어진 제 2 희생재료가 상기 지지교각(240)과 제 1 희생층(300)의 상부에 평평한 상부표면이 형성되도록 저압기상증착(LPCVD)법을 사용하여 증착된다. 그런다음, 상기 제 2 희생재료를 식각법을 사용하여, 한쌍의 구멍(315)을 포함한 제 2 희생층(310)이 형성되도록 선택적으로 제거한다.
앞서 언급한 제1 희생층(300)에서와 마찬가지로 PR재질로 이루어진 제 2 희생층(310)은 빈구멍(305)를 패터닝할 때 마스크를 이용해 집적 노광공정 및 빛에 노출된 부분을 제거하는 현상공정에 의해 PR이 제거되므로 제 1 희생층(300)의 형성두께가 통상적인 반도체 패터닝공정에 비해 상당히 두꺼워 제 1 희생층(300)의 상면과 한쌍의 구멍(315) 패턴 사이에는 상당한 단차가 있음에도 불구하고 마스크의 패턴이 그대로 제 2 희생층(310)에 완만한 경사면(slope)을 이루면서 형성될 수 있게 된다.
도 5g를 참조하면, 상기 구멍(315)을 포함한 제 2 희생층(310)의 상부에 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 실리콘 질화막(SiNx)로 만들어진 제 1 열흡수물질(292)가 PECVD법을 사용하여 증착된다.
그런 후에, 상기 지지교각(240)의 전도선(265)이 노출되도록 제 1 열흡수물질(292)안에 한쌍의 노출구멍(296)이 형성된다.
계속적으로, 티탄늄(Ti)이 상기 노출구멍을 포함한 제 1 열흡수물질(292)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되며, 상기 노출구멍(296)의 내부는 티탄늄으로 채워지면서 한쌍의 전관(272)를 형성한다.
도 5h를 참조하면, 상기 티탄늄층은 금속식각법을 사용하여 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)가 되도록 패턴된다.
여기서, 상기 구멍(315) 패턴과 상기 제 2 희생층(310) 상부 사이에 존재하는 단차부에 적층되는 제 1 열흡수물질(292) 및 전관(272)은 그 단차부가 완만한 경사면을 이루고 있으므로 특히, 전관(272)이 단락됨이 없이 안정적으로 증착될 수 있다.
도 5i를 참조하면, 제 1 열흡수물질(292)와 동일한 재료로 만들어진 제 2 열흡수물질(294)이 상기 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)의 상부에 증착되어 상기 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터요소(285)를 둘러쌓고 있는 흡수층(290)이 형성된다. 계속해서, 상기 흡수층(290)의 상부에 일반적인 적외선 흡수코팅(296)이 형성된다.
도 5j를 참조하면, 상기 흡수층(290)은 질화물식각방법을 사용하여 셀단위로 나뉘어진 흡수대(295)로 형성됨으로서, 흡수레벨(230)이 형성된다.
도 5k를 참조하면, 상기 제 2 희생층(310)과 제 1 희생층(300)이 식각방법을 사용하여 제거됨으로서 적외선 흡수 볼로메터(201)의 제조공정이 완료된다.
이와 같이 제조된 적외선 흡수 볼로메터(201)은 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.
본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 제 1, 2 희생층으로 PR 재료를 사용함으로써 상당히 두껍게 형성된 제 1, 2 희생층의 패터닝공정을 원활하게 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 패터닝된 제 1, 2 희생층 위에 형성되는 지지레벨 또는 흡수레벨의 전도선층 또는 볼로메터 요소의 단락을 방지하여 소자의 불량율을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 기판과 한쌍의 접속단자를 구비하는 구동기판레벨을 형성하는 단계와; 상기 구동기판레벨의 상부에 PR(Photo-Resist) 재질의 희생재료를 패터닝하고 그 위에 전도선이 형성된 한쌍의 지지교각을 구비하는 지지레벨을 형성하는 단계와; 상기 지지레벨 상부에 희생재료를 패터닝하고 그 위에 실리콘 질화물(SixNy)재질의 흡수대와 흡수대 내부에 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소를 갖는 흡수레벨을 형성하는 단계와; 상기 희생재료를 제거하여 형성되는 제 1, 2 에어갭을 형성하는 단계를 포함하는 적외선 흡수 볼로메터의 제조방법.
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