KR20000046516A - 적외선 볼로메터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 및 제 2 희생층(300, 310)을 갖는 적외선 볼로메터의 제조방법에 관한 것으로, 제 2 희생층(310)의 상부에 제 1 열흡수층(292)을 증착시키는 단계, 제 1 열흡수층(292)의 상부에 티탄늄층을 형성한 후 패터닝하여 볼로메터 요소(285)를 형성하는 단계, 제 1 열흡수층(292)의 상부에 볼로메터 요소(285)를 둘러싸도록 제 2 열흡수층을 증착시키는 단계, 제 2 열흡수층(294)의 상부에 제 3 희생층(320)을 증착시키는 단계 및 제 1, 제 2 및 제 3 희생층(300, 310, 320)을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 것에 의해, 희생층(300, 310, 320)을 제거할 때 제 2 희생층(310)과 제 1 열흡수층(292) 및 제 3 희생층(320)과 제 2 열흡수층(294)간의 원자의 분리가 제 1 열흡수층(292) 및 제 2 열흡수층(294)에서 동시에 같은 양만큼 발생하여 응력도 대칭적으로 발생하므로, 구조물의 휨현상을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선(온도)을 검출하는 적외선 볼로메터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 응력분포를 나타내는 흡수층을 포함하는 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 볼로메터는 금속 또는 반도성 재료를 이용하여 제조된다. 금속 볼로메터 요소는 온도의 변화에 자유전자의 밀도가 지수적으로 변화하는 특성을 가지며, 반도성 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따른 저항변화에 있어서 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. 하부레벨(12)은 단결정 실리콘 기판과 같은 상부가 평평한 반도성 기판(13)을 가지고 있다. 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. 집적회로(15)는 실리콘 질화막(16)으로 이루어진 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 금속저항층(21), 실리콘 질화막층(20)과 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 금속저항층(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 부상된 검출레벨(11)을 지지하는 기울어진 네 개의 다리를 만드는 동안 동시에 만들어진다. 다리의 개수는 네 개보다 적을수도 많을수도 있다. 두 레벨사이에는 빈공간(26)이 형성되어 서로 이격되어 있다. 제조공정동안, 빈공간(26)은 실리콘 질화막층(20)(20')(22)(22')이 증착될 때까지 용해성유리나 용해성 재료로 제거되기 쉬운 재료로 증착되어 채워져 있다가 용해성유리나 용해성재료가 제거되어 빈공간(26)으로 남게된다.
상술한 볼로메터에 있어서의 하나의 결점은 도 2에 도시된 바와 같이, 부상된 검출레벨(11)에 지지역할을 하는 다리가 함께 형성되어 있기 때문에 적외선을 흡수하는 전체면적이 줄어들기 때문에 최대의 흡수면적(Fill Factor)을 얻을 수 없다는 것이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 증가된 흡수면적을 갖도록 한 볼로메터 및 그 제조방법에 대하여 대한민국 특허청에 1998년 6월 30일자로 특허출원번호 제 98-25555 호로 출원하였다.
도 3 및 도 4는 선출원된 볼로메터를 나타내는 사시도 및 도 3의 볼로메터 제조공정중에서 제 1 열흡수층 및 제 2 열흡수층간의 응력관계를 설명하기 위한 단면도로서, 적외선 볼로메터(201)는 구동기판레벨(210), 지지교각(240)을 갖는 지지레벨(220) 및 흡수층(295)와 흡수층(295)에 의해 둘러싸여진 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 볼로메터 요소(285)로 구성되는 흡수레벨(230)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 지지교각(240)은 흡수레벨(230)의 아래에 형성된다. 즉, 지지교각(240)이 흡수레벨(230)과 동일상에 형성되어 있지 않으므로, 흡수레벨(230) 전체가 적외선 흡수 작용을 할 수 있다. 따라서, 적외선 볼로메터(201)의 전체적인 흡수면적이 증가되는 것이다.
한편, 상술한 볼로메터(201)의 제조공정중 흡수층(295)를 구성하는 제 1 열흡수층(292) 및 제 2 열흡수층(294)의 제조공정을 도 4를 참조하면서 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
즉, 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 제 1 열흡수층(292)은 다결정 실리콘(poly-Si)으로 이루어진 희생층(310)의 상부에 PECVD법을 사용하여 증착된 후, 그 위에 티탄늄(Ti)층이 스퍼터링법으로 증착되고 금속식각법으로 패터닝되어 볼로메터 요소(285)가 형성된다.
그 다음으로, 제 1 열흡수층(292)과 동일한 재료로 이루어지는 제 2 열흡수층(294)이 볼로메터 요소(285)를 둘러싸도록 제 1 열흡수층(292)의 상부에 증착되어 흡수층(295)이 형성된다.
그후, 제 2 열흡수층(294)의 상부에는 일반적인 적외선 흡수코팅(297)이 형성된다.
이러한 종래의 적외선 볼로메터의 제조방법에 있어서, 제 1 열흡수층 아래에만 희생층이 존재하므로, 희생층 제거시 제 1 열흡수층과 희생층간에 원자간의 분리가 일어나 응력이 발생한다. 그러므로, 제 1 열흡수층과 제 2 열흡수층간의 응력의 비대칭성이 발생하여 구조물의 휨현상이 발생하게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제 1 열흡수층과 제 2 열흡수층간에 대칭적인 응력분포를 나타내는 적외선 볼로메터의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 적외선 볼로메터 제조방법은 희생층의 상부에 제 1 열흡수층을 증착시키는 단계, 제 1 열흡수층의 상부에 티탄늄층을 형성한 후 패터닝하여 볼로메터 요소를 형성하는 단계, 제 1 열흡수층의 상부에 볼로메터 요소를 둘러싸도록 제 2 열흡수층을 증착시키는 단계, 제 2 열흡수층의 상부에 또 하나의 희생층을 증착시키는 단계 및 희생층을 동시에 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 볼로메터의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 볼로메터의 사시도,
도 3은 선출원된 볼로메터의 사시도,
도 4는 도 3의 볼로메터 제조공정중에서 제 1 열흡수층 및 제 2 열흡수층간의 응력관계를 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 볼로메터의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 볼로메터의 제조공정을 설명하기 위한 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
300 : 제 1 희생층 310 : 제 2 희생층 320 : 제 3 희생층
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 도 5 및 도 6을 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 가지않도록 한다.
지지레벨(220)은 실리콘 질화막으로 만들어진 한쌍의 지지교각(240)을 포함하는데, 지지교각(240)의 상부에는 티탄늄(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 티탄늄(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 6을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 볼로메터의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 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 6a에 도시된 바와 같이, 기판(212)과 접속단자(214)를 완전하게 덮고 있는 구동기판레벨(210)이 형성된다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘(poly-Si) 같은 재료로 구성되고, 평평한 상부표면을 가진 제 1 희생층(300)이 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 증착된다. 그후, 제 1 희생층(300)이 부분적으로 제거됨으로서 한쌍의 빈구멍(305)이 형성된다.
그 다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화물(SiNx) 같은 재료로 만들어진 지지층(250)이 빈구멍(305)을 포함한 제 1 희생층의 상부에 PECVD 법을 사용하여 증착된다. 이어서, 접속단자(214)가 노출되도록 지지층(250)에 한쌍의 비아홀(via hole:252)이 형성된다.
그런 후에, 도 6d에 도시된 바와 같이, 티탄늄 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 6e에 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, 다결정 실리콘으로 만들어진 제 2 희생층(310)이 지지교각(240)과 제 1 희생층(300)의 상부에 평평한 상부표면이 형성되도록 저압기상증착(LPCVD)법을 사용하여 증착된다. 그런 다음, 제 2 희생층(310)을 식각법을 사용하여, 도 6f에 도시된 바와 같이, 한쌍의 구멍(315)이 형성되도록 한다.
다음으로, 도 6g에 도시된 바와 같이, 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 재료, 예를들면 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어지는 제 1 열흡수층(292)이 제 2 희생층(310)의 상부에 PECVD법을 사용하여 증착된 후, 지지교각(240)의 전도선(265)이 노출되도록 제 1 열흡수층(292)에 한쌍의 노출구멍(296)이 형성된다.
계속적으로, 티탄늄(Ti)층이 노출구멍(296)을 포함한 제 1 열흡수층(292)의 상부에 스퍼터링법을 사용하여 증착되는데, 이때 노출구멍(296)의 내부는 티탄늄 층으로 채워지면서 한쌍의 전관(272)을 형성한다. 그런 다음, 티탄늄 층은 도 6h에 도시된 바와 같이 금속식각법을 사용하여 볼로메터 요소(285)가 형성되도록 패턴된다.
다음으로, 도 6i에 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 형성한다.
이어서, 도 6j에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특징적인 제조공정에 따라 제 2 희생층(310)과 동일한 재료인 다결정 실리콘으로 이루어지는 제 3 희생층(320)이 제 2 열흡수층(294)의 상부에 형성되도록 저압기상증착(LPCVD)법을 사용하여 증착된다.
그후, 제 3 희생층(320), 제 2 희생층(310) 및 제 1 희생층(300)이 식각방법을 사용하여 동시에 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, 제 2 열흡수층 상부에도 제 1 열흡수층 하부에 마련된 희생층과 동일한 재료의 희생층이 형성된 후 동시에 제거되므로, 희생층 제거에 따른 희생층과 제 1 열흡수층 및 제 2 열흡수층간의 원자의 분리가 제 1 열흡수층 및 제 2 열흡수층에서 동시에 같은 양만큼 발생하여 응력도 대칭적으로 발생한다. 따라서, 희생층 제거후 구조물의 휨현상을 방지할 수 있다.
Claims (4)
- 제 1 및 제 2 희생층을 갖는 적외선 볼로메터의 제조방법에 있어서,상기 제 2 희생층의 상부에 제 1 열흡수층을 증착시키는 단계;상기 제 1 열흡수층의 상부에 티탄늄층을 형성한 후 패터닝하여 볼로메터 요소를 형성하는 단계;상기 제 1 열흡수층의 상부에 상기 볼로메터 요소를 둘러싸도록 제 2 열흡수층을 증착시키는 단계;상기 제 2 열흡수층의 상부에 제 2 희생층을 증착시키는 단계 및상기 제 1, 제 2 및 제 3 희생층을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 적외선 볼로메터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 및 상기 제 3 희생층은 서로 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열흡수층의 하부에 형성된 희생층은 다결정 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 희생층은 제 2 열 흡수층 상부에 저압기상증착법을 사용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 적외선 볼로메터의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR100501296B1 (ko) * | 2001-08-22 | 2005-07-18 | 주식회사 대우일렉트로닉스 | 적외선 흡수 볼로메터 제조 방법 |
-
1998
- 1998-12-31 KR KR1019980063203A patent/KR100529132B1/ko not_active IP Right Cessation
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