KR20110117872A - 초소형 열전 소자의 구조 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 열전 소자의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 초소형 열전 소자의 제작 방법의 전체 순서도,
도 4는 도 3의 P형 및 N형 물질 영역 패터닝 단계의 순서도,
도 5는 도 3의 절연체 형성단계의 순서도,
도 6은 도 3의 전기전도판 패터닝 단계의 순서도,
도 7은 도 3의 전기전도판 및 절연체 증착 단계의 순서도,
도 8 내지 도 12는 도 3의 순서도에 따른 제작 과정 단면도.
30 : 방열판 40 : 전기전도판
50 : 절연체
Claims (15)
- 전기전도도가 높고 열전도도가 낮으며, 양단의 고온단 부위에서 저온단 부위로 열 이동시 각각 전자와 홀이 고온단에서 저온단으로 이동하도록 수평 수직으로 서로 교차되도록 적층되어 있는 P형 물질 및 N형 물질과;
전기 전도도와 열전도도가 모두 높으며, 적층 상태의 상기 P형 물질 및 N형 물질 각각의 사이에 형성된 전기전도판과;
전기전도도가 낮고 열전도도가 높으며, 상기 전기전도판의 일 측면 혹은 그 사이에 위치하여 고온단과 저온단을 형성하는 방열판과;
전기전도도와 열전도도가 모두 낮으며, 동일 수평 상에 인접하게 위치하는 상기 P형 물질 및 N형 물질의 열전도를 차단시키도록 이들 사이에 형성된 절연체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 P형 물질 및 N형 물질은 B, As, P 등이 도핑되어 있는 실리콘 나노 와이어 재질이거나 Bi, Te, Se, Sb 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 제 2항에 있어서,
상기 실리콘 나노 와이어는 MEMS(Microelectromechanical Systems) 기술을 통해 제작된 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 전기전도판은 Cu, Au와 같은 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 방열판은 Alumina, Beryllia, Sapphire, AIN, SIC 중 어느 하나의 세라믹 재질이거나 실리콘 상의 Parylene, Oxide 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연체는 Parylene, Photoresist 등의 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 구조.
- 실리콘과 실리콘 사이에 유전제(SiO2) 층을 만드는 SOI 웨이퍼 단계(S10)와;
상면 실리콘에 P형 물질 및 N형 물질이 주입될 영역을 패터닝하는 P형 및 N형 물질 영역 패터닝 단계(S20)와;
상기 P형 및 N형 물질 영역 패터닝 단계(S20)를 통해 형성된 식각 부위에 절연체를 증착한 후 상면을 평탄화시키는 절연체 형성단계(S30)와;
평탄화된 상기 P형 물질 및 N형 물질과 절연체 상면에 방열판이 적층되도록 본딩한 후 폴리싱하는 방열판 본딩 및 폴리싱 단계(S40)와;
폴리싱된 상기 방열판 상에 전기전도판 영역을 패터닝하는 전기전도판 패터닝 단계(S50)와;
상기 전기전도판 패터닝 단계(S50)에 의해 적층된 상기 전기전도판과 방열판 상에 상기 절연체 형성단계(S30)를 통해 생성된 또 다른 웨이퍼를 본딩하는 웨이퍼 본딩 단계(S60)와;
상기 또 다른 웨이퍼의 상부에 형성되어 있는 실리콘과 산화막을 제거하는 상부 실리콘 및 산화막 제거단계(S70)와;
상기 상부 실리콘 및 산화막 제거단계(S70)에 의해 노출된 P형 물질 및 N형 물질과 절연체 상에 전기전도판을 패터닝하고 절연체를 증착시키는 전기전도판 및 절연체 증착 단계(S80)와;
상기 전기전도판 및 절연체 증착 단계(S80)에 의해 형성된 전기전도판과 절연체 상에 방열판을 증착 또는 본딩하는 방열판 증착 단계(90)와;
하부의 실리콘과 산화막을 제거하기 위한 하부 실리콘 및 산화막 제거 단계(S100)와;
상기 하부의 실리콘 및 산화막 제거단계(S100)에 의해 노출된 하부의 P형 물질 및 N형 물질과 절연체 하부에 전기전도판을 패터닝하고 절연체를 증착시키는 전기전도판 및 절연체 증착 단계(S110); 및
상기 하부의 전기전도판 및 절연체 하부에 방열판을 증착하는 방열판 증착 단계(S120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 P형 및 N형 물질 영역 패터닝 단계(S20)는,
B, As, P 중 어느 하나 이상을 Polished wafer에 이온 주입 혹은 확산시킴으로써 P형 물질 및 N형 물질을 도핑하는 P형 및 N형 물질 도핑 단계(S21)와;
NIL(Nano Imprint Lithography), NSL(Nano Sphere Lithography), E-Beam Lithography 중 어느 한 가지 방식의 Nano Lithography를 통해 식각 마스크를 형성하는 식각마스크 형성 단계(S22); 및
상기 식각 마스크를 형성한 후 실리콘 나노와이어 번들 어레이를 형성하도록 건식 또는 습식의 식각을 수행하는 식각 단계(S23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 절연체 형성단계(S30)는,
절연체인 Parylene을 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 통해 식각 부위에 증착시키는 파릴렌 증착단계(S31)와;
Reflow 공정을 통해 절연체 상면을 평탄화시키는 1차 평탄화 단계(S32); 및
O2 gas를 이용한 건식 식각을 통해 p & n leg가 open 되도록 절연체 상면을 평탄화시키는 2차 평탄화 단계(S33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 방열판 본딩 및 폴리싱 단계(S40)는,
세라믹판 또는 Insulator on Si 기판 중 어느 하나로 구성되는 방열판을 Solder 본딩 또는 Polymer adhesive 웨이퍼 본딩 등을 통해 본딩한 후 CMP(Chemical Mechanical Planarization)를 통해 폴리싱함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 전기전도판 패터닝 단계(S50)는,
방열판에 광식각(Photolithography) 공정을 행하는 광식각 단계(S51)와;
건식 또는 습식 식각을 통해 전기전도판이 증착될 영역을 패터닝하는 전기전도판 영역 패터닝 단계(S52)와;
Evaporation 또는 Sputtering 공정을 통해 Seed metal layer를 형성하는 씨드메탈 레이어 형성 단계(S53); 및
Electroplating 공정을 통해 전기전도판을 패터닝하여 식각 부위 전기전도판을 증착하게 되는 메탈 패터닝 단계(S54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 웨이퍼 본딩 단계(S60)는 상기 전기전도판과 방열판 상에 절연체가 맞닿도록 Solder 본딩 또는 polymer adhesive 웨이퍼 본딩 등을 통해 본딩시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 상부 실리콘 및 산화막 제거단계(S70) 및 하부 실리콘 및 산화막 제거 단계(S100)는 건식 또는 습식 식각을 통해 실리콘을 제거하고 상기 실리콘 제거에 의해 노출되는 산화막을 건식 또는 습식 식각을 통해 제거함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 전기전도판 및 절연체 증착 단계(S80, S110)는,
Evaporation 또는 Sputtering 공정을 통해 P형 물질 및 N형 물질과 절연체 상에 전기전도판을 증착시키는 전기전도판 증착 단계(S81)와;
Lift-off 또는 건식(습식) 식각을 통해 전기전도판을 패터닝하는 전기전도판 패터닝 단계(S82)와;
전기전도판을 패터닝한 후 패터닝되어 절연체가 노출된 음각 부위에 절연체인 파릴렌을 CVD(Chemical Vapor Deposition)을 통해 증착시키는 절연체 증착 단계(S83)와;
Reflow 공정을 통해 1차 평탄화를 하는 1차 평탄화 단계(S84); 및
O2 gas를 이용한 건식 식각을 통해 전기전도판이 open 되도록 2차 평탄화를 하는 2차 평탄화 단계(S85)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 방열판 증착 단계(S90, S120)는 방열판인 세라믹 판 또는 Insulator on Si 기판을 Solder 본딩 또는 Polymer adhesive 웨이퍼 본딩함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 초소형 열전 소자의 제작 방법.
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