KR20000032556A - 적외선 볼로메터의 제조방법 - Google Patents
적외선 볼로메터의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상온에서 증착이 가능하고 에칭작업도 용이한 희생층을 갖는 적외선 볼로메터의 제조방법에 관한 것으로, 기판(212)과 상기 기판(212) 상에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자(214)를 갖는 구동기판레벨(210)을 포함하는 3층 구조의 적외선 볼로메타의 제조방법에 있어서, 구동기판레벨(210)의 상부에 비정질 실리콘으로 이루어지는 제 1 희생층(301)을 증착시키는 단계, 제 1 희생층(301)의 상부에 지지레벨(220)을 형성하는 단계, 지지레벨(220)의 상부에 상온하에서 비정질 실리콘으로 이루어지는 제 2 희생층(311)을 증착시키는 단계, 제 2 희생층(311)의 상부에 볼로메터 요소(285)를 포함하는 흡수층(295)을 형성하는 단계 및 제 1 및 제 2 희생층(301, 311)을 제거하는 단계를 포함하는 것에 의해, 지지레벨의 전도선의 재료인 티타늄 등의 금속을 산화시키거나 그의 성질을 변화시키지 않으며, 희생층의 에칭 작업도 용이하게 된다.
Description
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 적외선 볼로메터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상온에서 증착이 가능하고 에칭작업도 용이한 희생층을 갖는 적외선 볼로메터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 볼로메터는 적외선 센서의 일종으로서, 물체에서 방사되는 적외선을 흡수하여 열에너지로 바뀔 때 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변화하는 것을 측정하여 직접 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 적외선을 감지하기 위한 것으로, 본 출원인은 대한민국 특허청에 1998년 6월 30일자, 특허출원번호 제 98-25555 호로 적외선 볼로메터 및 그 제조방법에 대하여 출원하였다.
도 1 및 도 2는 각각 선출원된 종래의 적외선 볼로메터를 나타내는 사시도 및 도 1의 볼로메터 제조공정중에서 제 1 및 제 2 희생층의 형성 및 에칭공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 적외선 볼로메터(201)는 구동기판레벨(210), 지지교각(240) 및 티타늄(Ti)으로 이루어지는 전도선(265)을 갖는 지지레벨(220) 및 흡수층(295)과 흡수층(295)에 의해 둘러싸여진 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(285)로 구성되는 흡수레벨(230)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상술한 볼로메터(201)의 제조공정중 제 1 및 제 2 희생층의 형성 및 에칭공정에 대해서 도 2를 참조하여 개략적으로 설명한다.
즉, 다결정 실리콘(poly-Si)으로 이루어진 제 1 희생층(300) 및 제 2 희생층(310)은 각각 구동기판레벨(210)의 상부 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 전도선(265)을 포함하는 지지레벨(220)의 상부에 600℃ 이상에서 증착된다. 이들 제 1 희생층(300) 및 제 2 희생층(310)은 제 1 열흡수층(292), 볼로메터 요소(285), 제 2 열흡수층(294)으로 이루어지는 흡수층(295) 및 적외선 흡수를 위한 흡수코팅막(297)이 형성된 후, 동시에 제거된다.
이러한 종래의 적외선 볼로메터의 제조방법에 있어서는 제 1 및 제 2 희생층이 증착온도가 600℃ 이상인 다결정 실리콘으로 이루어지므로, 전도선을 이루는 티타늄을 산화시키거나 그의 성질을 변화시키는 문제점이 있다. 또한, 구동기판레벨 내의 금속선의 열 스파이크(thermal spiking) 문제점도 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상온에서 증착이 가능하고 에칭작업도 용이한 희생층을 갖는 적외선 볼로메터의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터 제조방법은 기판과 상기 기판 상에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자를 갖는 구동기판레벨을 포함하는 3층 구조의 적외선 볼로메타의 제조방법에 있어서, 구동기판레벨의 상부에 비정질 실리콘으로 이루어지는 제 1 희생층을 증착시키는 단계, 제 1 희생층의 상부에 지지레벨을 형성하는 단계, 지지레벨의 상부에 상온하에서 비정질 실리콘으로 이루어지는 제 2 희생층을 증착시키는 단계, 제 2 희생층의 상부에 볼로메터 요소를 포함하는 흡수층을 형성하는 단계 및 제 1 및 제 2 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 적외선 볼로메터의 사시도,
도 2는 도 1의 적외선 볼로메터의 제조공정중에서 제 1 및 제 2 희생층의 형성 및 에칭공정을 설명하기 위한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 사시도,
도 4a∼도 4k는 본 발명에 따른 볼로메터의 제조공정을 설명하기 위한 도 3의 I-I선을 따른 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
210 : 구동기판레벨 220 : 지지레벨 230 : 흡수레벨
212 : 기판 214 : 접속단자 216 : 보호층
240 : 지지교각 252 : 비아홀 265 : 전도선
270 : 포스트 285 : 볼로메터 요소
292 : 제 1 열흡수층 294 : 제 2 열흡수층 295 :흡수층
301 : 제 1 희생층 311 : 제 2 희생층
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 기술에 있어서, 종래와 동일한 구성부재에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터(201)의 구성은 구동기판레벨(210), 지지레벨(220), 적어도 한쌍 이상의 포스트(270), 흡수레벨(230)로 구성된다.
구동기판레벨(210)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(212)과 한쌍의 접속단자(214), 및 보호층(216)을 포함한다. 금속으로 만들어진 각각의 접속단자(214)는 기판(212)의 상부에 형성되어, 기판(212)의 집적회로에 전기적으로 접속되어 적외선 방사에너지 흡수작용에 의한 볼로메터(201)의 저항변화를 집적회로에 전달하는 역할을 한다. 보호층(216)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 예를들면, 실리콘 질화막으로 이루어져 있으면서 기판(212)을 덮고 있도록 형성되어 공정중에 기판(212)에 손상이 가지 않도록 한다.
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. 지지교각(240)의 앵커부분에는 비아홀(252)이 형성되어 있어서, 이 비아홀(252)을 통해 전도선(265)의 한끝이 접속단자(214)에 전기적으로 연결될 수 있다.
흡수레벨(230)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료 예를들면, 실리콘 산화물중 이산화규소(SiO2)로 이루어진 제 1 열흡수층(292)과 예를들면, 실리콘 산화물중 이산화규소(SiO2)로 이루어진 제 2 열흡수층(294)으로 구성되는 흡수층(295)과, 흡수층(295)에 의해 둘러싸여진 볼로메터 요소(285)를 포함한다.
한편, 각각의 포스트(270)는 흡수레벨(230)과 지지레벨(220)의 사이에 위치한다. 각각의 포스트(270)는 실리콘 질화막 같은 절연물질(274)에 의해서 둘러싸여져 있고 티타늄(Ti) 같은 금속으로 만들어진 전관(272)을 포함하는데, 전관(272)의 상부 끝은 볼로메터 요소(285)의 한쪽 끝에 전기적으로 연결되어 있고, 하부 끝은 지지교각(240)의 전도선(265)에 전기적으로 연결되어 있음으로서 흡수레벨(230)의 볼로메터 요소(285)의 양끝은 전관(272), 전도선(265), 접속단자(214)를 통하여 구동기판레벨(210)의 집적회로에 전기적으로 연결된다. 이러한 구성에 의해, 적외선 에너지가 흡수되었을 때, 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.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 4a 내지 도 4k는 도 3의 I-I선에 따른 적외선 볼로메터의 단면도로서, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 제조공정을 설명하기 위한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 집적회로(도시되지 않음)와 한쌍의 접속단자(214)를 포함한 기판(212)의 준비로서 시작된다. 이 각각의 접속단자(214)는 기판(212) 상부에 위치하면서 집적회로에 전기적으로 접속되어 있다.
계속적으로, 실리콘 질화막(SiNx) 같은 잔류응력이 보상된 절연성이 우수한 재료로 만들어진 보호층(216)이 PECVD 방법을 사용하여 증착됨으로서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(212)과 접속단자(214)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(210)이 형성된다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 같은 재료로 구성되고, 평평한 상부 표면을 가진 제 1 희생층(301)이 스퍼터링 또는 PECVD방법을 사용하여 증착된다. 그후, 제 1 희생층(301)이 부분적으로 제거됨으로서 한쌍의 빈구멍(305)이 형성된다.
그 다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화물(SiNx) 같은 재료로 만들어진 지지층(250)이 빈구멍(305)을 포함한 제 1 희생층(301)의 상부에 PECVD 법을 사용하여 증착된다. 이어서, 접속단자(214)가 노출되도록 지지층(250)에 한쌍의 비아홀(via hole:252)이 형성된다.
그런 후에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 티타늄 같은 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 비어홀(252)을 포함한 지지층(250)의 상부에 스퍼터링으로 증착되는데, 여기에서 비어홀(252) 내부에 금속으로 만들어진 전도성층(260)이 채워지면서 전도성층(260)이 접속단자(214)와 전기적으로 연결된다.
다음으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 전도성층(260)과 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.
계속적으로, 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 희생층(311)이 지지교각(240)과 제 1 희생층(301)의 상부에 평평한 상부표면이 형성되도록 스퍼터링 또는 PECVD방법을 사용하여 증착된다. 그런 다음, 제 2 희생층(311)을 식각법을 사용하여, 도 4f에 도시된 바와 같이, 한쌍의 구멍(315)이 형성되도록 한다.
다음으로, 도 4g에 도시된 바와 같이, 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료, 예를들면 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 제 1 열흡수층(292)이 제 2 희생층(311)의 상부에 PECVD법을 사용하여 증착된 후, 지지교각(240)의 전도선(265)이 노출되도록 제 1 열흡수층(292)에 한쌍의 노출구멍(296)이 형성된다.
계속적으로, 티타늄(Ti)층이 노출구멍(296)을 포함한 제 1 열흡수층(292)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되는데, 이때 노출구멍(296)의 내부는 티타늄 층으로 채워지면서 한쌍의 전관(272)을 형성한다. 그런 다음, 티타늄 층은 도 4h에 도시된 바와 같이 금속식각법을 사용하여 볼로메터 요소(285)가 형성되도록 패턴된다.
다음으로, 도 4i에 도시된 바와 같이, 제 1 열흡수층(292)과 동일한 재료 즉, 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어진 제 2 열흡수층(294)을 제 1 열흡수층(292)의 상부에 볼로메터 요소(285)를 둘러싸도록 증착하여 볼로메터 요소(285)를 포함하는 흡수층(295)을 형성한 후, 이 흡수층(295)의 상부에 일반적인 적외선 흡수코팅막(297)을 형성한다.
그후, 도 4j 및 도 4k에 도시된 바와 같이, 흡수층(295)이 패턴된 후, 제 2 희생층(311) 및 제 1 희생층(301)은 XeF2기체에 의해 에칭되어 제거된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 증착온도가 낮은, 예를들면 상온하에서 비정질 실리콘을 제 1 및 제 2 희생층으로 사용하므로, 전도선의 재료인 티타늄 등의 금속을 산화시키거나 그의 성질을 변화시키지 않으며, 구동기판레벨 내의 금속선의 열 스파이크 문제도 발생하지 않는다. 또한 제 1 희생층 및 제 2 희생층은 XeF2기체에 쉽게 에칭되므로 희생층의 제거 작업도 용이하다.
Claims (3)
- 기판과 상기 기판 상에 형성된 적어도 한쌍 이상의 접속단자를 갖는 구동기판레벨을 포함하는 3층 구조의 적외선 볼로메타의 제조방법에 있어서,상기 구동기판레벨의 상부에 상온하에서 제 1 희생층을 증착시키는 단계;상기 제 1 희생층의 상부에 지지레벨을 형성하는 단계;상기 지지레벨의 상부에 상온하에서 제 2 희생층을 증착시키는 단계;상기 제 2 희생층의 상부에 볼로메터 요소를 포함하는 흡수층을 형성하는 단계 및상기 제 1 및 제 2 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 3층 구조의 적외선 볼로메터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 희생층은 비정질 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3층 구조의 적외선 볼로메터의 제조방법
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 희생층은 XeF2에 의해 에칭되는 것을 특징으로 하는 3층 구조의 적외선 볼로메터의 제조방법.
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