KR20190096260A - 적외선 센서 - Google Patents
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Abstract
기판, 상기 기판 상에 상기 기판과 이격되어 배치되는 지지막, 상기 지지막 상에서 상기 기판의 상면과 평행한 방향으로 상호 이격되는 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자, 상기 지지막 상에서 상기 제 1 열전 소자의 일단과 제 2 열전 소자의 일단을 연결하는 연결 전극, 및 상기 제 1 및 제 2 열전 소자들 상에 배치되는 적외선 필터를 포함하는 적외선 센서를 제공하되, 상기 제 1 및 제 2 열전 소자들은 서로 다른 도전형의 반도체 물질을 포함하고, 상기 적외선 필터는 상기 적외선 필터로 입사되는 적외선 대역의 전자기파의 파장보다 작은 간격을 갖고 주기적으로 형성된 금속 패턴들을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 적외선 센서에 관한 것으로, 상세하게는 멤스(MEMS) 기술을 이용한 적외선 센서에 관한 것이다.
일반적으로 열전 변환 소자를 포함하는 열전 소자는 p형 열전 물질과 n형 열전 물질이 접합된 p-n 접합 쌍 구조이다. 이와 같은 p-n 접합 쌍의 양단에 금속 전선을 연결하여 열전 물질의 한쪽을 가열하고, 다른 한쪽을 냉각 상태로 유지하면, 양단 간의 온도차에 의한 전압, 즉 열기전력(thermo electromotive force)이 발생하여 폐회로 내에서 전류가 흐를 수 있다. 이를 제벡 효과(Seebeck effect)라 하며, 열전 소자에 의한 열전 발전 또는 적외선 센서의 원리가 된다.
최근에는 반도체 기술을 이용하여 제조된 멤스(Micro Electro Mechanical System; MEMS, 미세전자기계시스템) 센서가 소형화, 저렴한 가격 및 높은 성능 등으로 인하여 각광받고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조적 안정성이 향상된 적외선 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 민감도가 향상된 적외선 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제조 공정이 간소화된 적외선 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서는 기판, 상기 기판 상에 상기 기판과 이격되어 배치되는 지지막, 상기 지지막 상에서 상기 기판의 상면과 평행한 방향으로 상호 이격되는 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자, 상기 지지막 상에서 상기 제 1 열전 소자의 일단과 제 2 열전 소자의 일단을 연결하는 연결 전극, 및 상기 제 1 및 제 2 열전 소자들 상에 배치되는 적외선 필터를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 열전 소자들은 서로 다른 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 적외선 필터는 상기 적외선 필터로 입사되는 적외선 대역의 전자기파의 파장보다 작은 간격을 갖고 주기적으로 형성된 금속 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서는 외부로부터 입사되는 적외선이 높은 효율로 제 1 및 제 2 열전 소자들에 전달될 수 있으며, 적외선 센서의 민감도가 향상될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 열전 소자들과 기판 사이에 빈 공간이 제공될 수 있다. 이에 따라, 적외선 센서로 입사되는 열이 기판을 통하여 누설되는 것을 방지할 수 있으며, 적외선 센서의 감도가 향상될 수 있다.
더하여, 기판으로부터 이격된 지지막의 중심부를 제 2 지지부를 통해 지지함으로써 적외선 센서의 구조적 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 적외선 필터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따를 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 적외선 필터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따를 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 적외선 센서를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도로, 제 1 및 제 2 열전 소자들을 상세히 설명하기 위하여, 일부 구성이 생략되어 있다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도로, 도 1 및 도 2의 A-A'선에 따른 단면이다.
도 1, 도 2 및 도 3를 참조하여, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si) 또는 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 갈륨 질소(GaN), 갈륨 비소(GaAs) 또는 인듐 인(InP)과 같은 3족-5족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 기판(100)은 석영(quartz)을 포함할 수 있다.
기판(100) 상에 기판 절연층(110)이 배치될 수 있다. 기판 절연층(110)은 기판(100)의 상면을 덮을 수 있다. 기판(100)이 실리콘(Si)으로 형성되는 경우, 기판 절연층(110)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 또는, 기판 절연층(110)은 유기물을 포함할 수 있다.
기판 절연층(110) 상에 지지막(200)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 지지막(200)은 기판 절연층(110)의 상방으로 이격될 수 있다. 일 예로, 지지막(200)이 기판 절연층(110)의 상면으로부터 이격되는 거리는 1um 내지 20um일 수 있다. 결과적으로, 기판 절연층(110)과 지지막(200) 사이에 빈 공간(AS)이 정의될 수 있다. 평면적 관점에서, 지지막(200)은 대체로 원 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 바와는 다르게, 지지막(200)은 사각형 형상 또는 다각형 형상과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수도 있다. 지지막(200)은 열 저항 및 전기 저항이 높은 물질을 포함할 수 있다. 지지막(200)은 고분자 절연 물질, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다.
지지막(200)은 제 1 지지부들(210)에 의해 기판(100) 상에 지지 및 고정될 수 있다. 예컨대, 제 1 지지부들(210)은 지지막(200)의 외측면으로부터 기판(100)을 향하여 연장되는 제 1 부분(212), 및 기판 절연층(110)과 접촉하는 제 1 부분(212)의 일단으로부터 기판 절연층(110)의 상면 상으로 연장되는 제 2 부분(214)을 포함할 수 있다. 제 1 지지부들(210)은 지지막(200)의 양단에 각각 연결될 수 있다. 제 1 지지부들(210)은 지지막(200)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
기판 절연층(110)과 지지막(200) 사이의 빈 공간(AS)에 제 2 지지부(220)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 지지부(220)는 기판 절연층(110)의 상면 상에 배치되되, 지지막(200)의 하면을 향하여 연장되어 지지막(200)과 접할 수 있다. 즉, 제 2 지지부(220)는 기판 절연층(110) 상에 제공되어 지지막(200)의 중심부를 지지할 수 있다. 제 2 지지부(220)는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 도 3에서는 하나의 제 2 지지부(220)가 제공된 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제 2 지지부(220)는 복수로 제공될 수 있다. 제 2 지지부(220)는 지지막(200)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
지지막(200) 상에 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)가 배치될 수 있다. 제 1 열전 소자(310)의 일측 및 제 2 열전 소자(320)의 일측은 지지막의 중심부를 향하고, 제 1 및 제 2 열전 소자들(310, 320)의 타측들은 지지막의 외각부를 향하도록 배치될 수 있다. 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 지지막(200)의 상면과 평행한 방향으로 상호 이격될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 기판(100)과 지지막(200) 사이의 빈 공간(AS)의 상방에 위치할 수 있다. 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 열전쌍(thermocouple)을 이룰 수 있다. 일 예로, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 직렬로 연결될 수 있으며, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)가 연결된 일단들은 열 접점(hot junction)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320) 간의 열 접점은 지지막(200)의 중심부 상에 위치할 수 있다. 제 1 열전 소자(310)와 제 2 열전 소자(320)는 서로 다른 도전형의 반도체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 열전 소자(310)는 n형 반도체를 포함하고, 제 2 열전 소자(320)는 p형 반도체를 포함할 수 있다.
제 1 열전 소자(310)와 제 2 열전 소자(320)는 제 1 연결 전극(330)을 통해 연결될 수 있다. 일 예로, 제 1 연결 전극(330)은 지지막(200) 상에 제공되어, 제 1 열전 소자(310)의 일단 및 제 2 열전 소자(320)의 일단과 접할 수 있다. 제 1 연결 전극(330)은 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 금(Au)과 같은 금속 또는 전도성 금속 산화물을 포함할 수 있다.
제 1 열전 소자(310)는 제 1 지지부들(210)의 어느 하나의 제 2 부분(214) 상에 제공되는 제 1 패드(312)와 연결되고, 제 2 열전 소자(320)는 제 1 지지부들(210)의 다른 하나의 제 2 부분(214) 상에 제공되는 제 2 패드(322)와 연결될 수 있다. 도 2에서는 제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)가 지지막(200)을 중심으로 대향하는 양측에 배치되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
지지막(200) 상에 제 1 절연층(400)이 배치될 수 있다. 제 1 절연층(400)은 제 1 열전 소자(310), 제 2 열전 소자(320) 및 제 1 연결 전극(330)을 덮을 수 있다. 이때, 제 1 열전 소자(310)의 일부 또는 제 2 열전 소자(320)의 일부는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 절연층(400) 외측으로 노출될 수도 있다.
제 1 절연층(400) 상에 적외선 필터(500)가 제공될 수 있다. 적외선 필터(500)는 적외선 센서에 입사되는 광 중 적외선을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 적외선 필터(500)는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR) 현상 또는 메타물질 공명(metamaterial resonance) 현상을 이용한 필터일 수 있다. 적외선 필터(500)는 금속 패턴들(510) 및 제 2 절연층(520)을 포함할 수 있다. 도 4는 적외선 필터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여, 금속 패턴들(510)은 제 1 절연층(400) 상에 배치될 수 있다. 금속 패턴들(510)은 제 1 절연층(400)의 상면 상에 상호 일정한 간격을 갖고 배열될 수 있다. 이때, 금속 패턴들(510)이 주기적으로 배열되는 간격은 적외선 대역의 전자기파의 파장보다 작을 수 있다. 금속 패턴들(510)의 배열에 의해, 적외선 필터(500)는 적외선 대역의 전자기파에 대해 음의 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 적외선 필터(500)는 적외선 센서에 입사되는 광 중 적외선을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 적외선 필터(500)는 광학적 흡수 단면적이 넓을 수 있으며, 작은 크기의 적외선 필터(500) 사용하여도 높은 적외선 흡수율을 얻을 수 있다.
금속 패턴들(510) 상에 제 2 절연층(520)이 배치될 수 있다. 제 2 절연층(520)은 금속 패턴들(510)을 덮을 수 있다. 제 2 절연층(520)은 금속 패턴들(510)을 보호하고, 금속 패턴들(510)을 절연시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 적외선을 감지하는 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320) 상에 적외선 필터(500)가 제공될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 입사되는 적외선이 높은 효율로 제 1 및 제 2 열전 소자들(310, 320)에 전달될 수 있으며, 적외선 센서의 민감도가 향상될 수 있다.
또한, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)가 배치되는 지지막(200)을 기판(100)으로부터 이격시켜, 제 1 및 제 2 열전 소자들(310, 320)과 기판(100) 사이에 빈 공간(AS)이 제공될 수 있다. 이에 따라, 적외선 센서로 입사되는 열이 기판(100)을 통하여 누설되는 것을 방지할 수 있으며, 적외선 센서의 감도가 향상될 수 있다.
더하여, 기판(100)으로부터 이격된 지지막(200)의 중심부를 제 2 지지부(220)를 통해 지지함으로써 적외선 센서의 구조적 안정성이 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따를 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 6 및 7은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도들로, 도 5의 B-B'선에 따른 단면에 해당한다. 이하의 실시예들에서, 도 1 내지 도 4의 실시예에서 설명된 구성 요소들은 동일한 참조부호들을 사용하며, 설명의 편의를 위하여 이에 대한 설명들은 생략되거나 간략히 설명한다. 즉, 도 1 내지 도 4의 실시예와 아래의 실시예들 간의 차이점들을 중심으로 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 기판 절연층(110) 상에 지지막(200)이 배치될 수 있다. 지지막(200)은 기판 절연층(110)의 상방으로 이격될 수 있다. 기판 절연층(110)과 지지막(200) 사이에 빈 공간(AS)이 정의될 수 있다. 평면적 관점에서, 지지막(200)은 사각형 형상을 가질 수 있다.
제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 복수로 제공될 수 있다. 제 1 열전 소자들(310)의 일측은 지지막(200)의 중심부를 향하고, 타측은 지지막(200)의 외각부를 향하도록 배치될 수 있다. 제 2 열전 소자들(320)의 일측은 지지막(200)의 중심부를 향하고, 타측은 지지막(200)의 외각부를 향하도록 배치될 수 있다. 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)은 서로 교번하여 직렬로 연결되도록 제공될 수 있다. 이때, 제 1 열전 소자들(310)의 하나와 제 2 열전 소자들(320)의 하나가 형성하는 열전쌍(thermocouple)의 열접점(hot junction)은 지지막(200)의 중심부를 향하고, 상기 열전쌍의 냉접점(cold junction)은 지지막(200)의 외각부를 향할 수 있다. 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)의 열전쌍들이 복수로 제공되는 경우, 외부 적외선에 대응하여 열전 쌍들로부터 생성되는 출력 전압의 총합은 하나의 열절쌍이 제공되는 경우보다 클 수 있다.
제 1 열전 소자들(310)과 제 2 열전 소자들(320)은 복수로 제공되는 제 1 연결 전극들(330) 및 제 2 연결 전극들(340)을 통해 직렬로 연결될 수 있다. 일 예로, 제 1 열전 소자들(310)의 하나와 제 2 열전 소자들(320)의 하나가 형성하는 열전쌍의 열접점은 제 1 연결 전극들(330)을 통해 연결되고, 상기 열전쌍의 냉접점은 제 2 연결 전극들(340)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 연결 전극들(330)은 지지막(200)의 중심부 상에 배치되고, 제 2 연결 전극들(340)은 지지막(200)의 외각부 상에 배치될 수 있다.
도 6에서는, 제 1 연결 전극들(330)이 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)과 동일한 레벨에 위치하는 것으로 도시하였으나, 제 1 연결 전극들(330)은 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320) 상에 배치되어, 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)을 전기적으로 연결할 수도 있다.
제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)는 지지막(200)을 중심으로 대향하는 양측에 배치될 수 있다. 도 5에서는 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)의 전기적 연결이 제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)를 연결하는 축을 중심으로 지지막(200)의 양측에 2개의 직렬 회로가 병렬로 형성되는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)의 전기적 연결은 하나의 직렬 회로만 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 평면도이다. 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서를 설명하기 위한 단면도로, 도 8의 C-C'선에 따른 단면에 해당한다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 제 1 열전 소자(310) 및 제 2 열전 소자(320)는 복수로 제공될 수 있다. 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)은 서로 교번하여 직렬로 연결되도록 제공될 수 있다. 제 1 열전 소자들(310)과 제 2 열전 소자들(320)이 형성하는 열전쌍(thermocouple)들의 열접점(hot junction)은 지지막(200)의 중심부를 향하고, 열전쌍의 냉접점(cold junction)은 지지막(200)의 외각부를 향할 수 있다.
제 1 열전 소자들(310)과 제 2 열전 소자들(320)은 복수로 제공되는 제 1 연결 전극들(330) 및 제 2 연결 전극들(340)을 통해 직렬로 연결될 수 있다. 일 예로, 제 1 열전 소자들(310)의 하나와 제 2 열전 소자들(320)의 하나가 형성하는 열전쌍의 열접점은 제 1 연결 전극들(330)을 통해 연결되고, 상기 열전쌍의 냉접점은 제 2 연결 전극들(340)을 통해 연결될 수 있다.
제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)는 지지막(200)의 일측에 함께 배치될 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 적외선 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이하, 도 5 및 도 6의 적외선 센서를 기준으로 적외선 센서의 제조 방법을 설명한다.
도 5 및 도 10을 참조하여, 기판(100) 상에 기판 절연층(110)이 형성될 수 있다. 기판(100)은 실리콘(Si) 또는 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 기판 절연층(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 유기물을 기판(100)의 상면 상에 증착하여 형성될 수 있다.
도 5 및 도 11을 참조하여, 기판 절연층(110) 상에 희생층(600)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생층(600)은 산화물 또는 유기물을 증착하고, 상기 증착된 산화물층 또는 유기물층을 패터닝하여 형성될 수 있다. 희생층(600)은 그의 내부를 관통하여 기판 절연층(110)의 상면을 노출하는 관통 홀(610)을 가질 수 있다.
희생층(600) 상에 지지막(200)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판 절연층(110) 및 희생층(600) 상에 절연성 물질이 증착되고, 상기 증착된 절연성 물질이 패터닝될 수 있다. 지지막(200)은 희생층(600)에 의해 기판 절연층(110)과 이격될 수 있다.
지지막(200)의 형성 공정 시, 제 1 지지부들(210) 및 제 2 지지부(220)가 함께 형성될 수 있다. 제 1 지지부들(210) 및 제 2 지지부(220)는 기판 절연층(110) 및 지지막(200) 사이에 형성될 수 있다. 제 1 지지부들(210)은 희생층(600)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 제 2 지지부(220)는 희생층(600)의 관통 홀(610) 내에 형성될 수 있다. 상기 절연 물질의 증착 시, 상기 절연 물질은 희생층(600)의 상면 및 측면을 덮고, 희생층(600)의 관통 홀(610) 내를 채울 수 있다. 상기 절연 물질의 패터닝 공정 시, 기판 절연층(110)의 상면 및 희생층(600)의 측면 상의 상기 절연 물질이 함께 식각되어 제 1 지지부들(210)이 형성되고, 희생층(600)의 관통 홀(610) 내의 상기 절연 물질이 제 2 지지부(220)를 형성할 수 있다. 제 1 지지부들(210) 및 제 2 지지부(220)는 지지막(200)과 실질적으로 일체로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 12를 참조하여, 희생층(600) 상에 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지막(200) 상에 반도체 물질이 증착되고, 상기 증착된 반도체 물질이 패터닝될 수 있다. 이후, 패터닝된 상기 반도체 물질 상에 n형 불순물 또는 p형 불순물을 도핑하여 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)이 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 열전 소자들(310, 320)의 형성 공정 시, 제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)가 함께 형성될 수 있다. 제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)는 각각 제 1 지지부들(210) 중 어느 하나 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 물질의 증착 시, 상기 반도체 물질은 제 1 지지부들(210)을 덮을 수 있다. 상기 반도체 물질의 패터닝 공정 시 상기 제 1 지지부들(210) 상의 상기 반도체 물질이 함께 식각되어 제 1 패드(312) 및 제 2 패드(322)를 형성할 수 있다. 제 1 패드(312)는 실질적으로 제 1 열전 소자(310)의 어느 하나와 일체로 형성될 수 있고, 제 2 패드(322)는 실질적으로 제 2 열전 소자(320)의 어느 하나와 일체로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 13을 참조하여, 지지막(200) 상에 제 1 연결 전극들(330) 및 제 2 연결 전극들(340)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지막(200) 상에 도전 물질이 증착되고, 상기 증착된 도전 물질이 패터닝될 수 있다. 도전 물질은 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 금(Au)과 같은 금속 또는 전도성 금속 산화물을 포함할 수 있다.
지지막(200) 상에 제 1 절연층(400)이 형성될 수 있다. 제 1 절연층(400)은 지지막(200) 상에 제 1 열전 소자들(310), 제 2 열전 소자들(320), 제 1 연결 전극들(330) 및 제 2 연결 전극들(340)을 덮는 절연 물질을 증착하여 형성될 수 있다. 제 1 절연층(400)은 제 1 열전 소자들(310) 및 제 2 열전 소자들(320)이 형성하는 열전쌍들의 열접점을 덮도록 형성될 수 있다.
도 5 및 도 14를 참조하여, 제 1 절연층(400) 상에 적외선 필터(500)가 형성될 수 있다. 상세하게는, 제 1 절연층(400) 상에 금속 패턴들(510)을 형성한 후, 금속 패턴들(510)을 덮는 제 2 절연층(520)을 형성하여 적외선 필터(500)가 형성될 수 있다. 금속 패턴들(510)은 제 1 절연층(400) 상에 도전 물질을 형성한 후, 상기 도전 물질을 패터닝하여 형성될 수 있다. 제 2 절연층(520)은 금속 패턴들(510)을 덮도록 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6을 다시 참조하여, 희생층(600)이 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 식각 용액 또는 식각 가스는 희생층(600)의 일측으로 유입되어, 희생층(600)과 반응할 수 있다. 식각 가스와 반응한 희생층(600)은 외부로 제거될 수 있다. 희생층(600)의 제거에 의해, 기판 절연층(110)과 지지막(200) 사이에 빈 공간(AS)이 형성될 수 있다.
상기와 같은 공정을 통해 도 5 및 도 6의 적외선 센서가 형성될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판
110: 기판 절연층
200: 지지막 310: 제 1 열전 소자
320: 제 2 열전 소자 330: 제 1 연결 전극
340: 제 2 연결 전극 400: 제 1 절연층
500: 적외선 필터 510: 금속 패턴
520: 제 2 절연층 600: 희생층
200: 지지막 310: 제 1 열전 소자
320: 제 2 열전 소자 330: 제 1 연결 전극
340: 제 2 연결 전극 400: 제 1 절연층
500: 적외선 필터 510: 금속 패턴
520: 제 2 절연층 600: 희생층
Claims (1)
- 기판;
상기 기판 상에 상기 기판과 이격되어 배치되는 지지막;
상기 지지막 상에서 상기 기판의 상면과 평행한 방향으로 상호 이격되는 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자, 상기 제 1 및 제 2 열전 소자들은 서로 다른 도전형의 반도체 물질을 포함하고;
상기 지지막 상에서 상기 제 1 열전 소자의 일단과 제 2 열전 소자의 일단을 연결하는 연결 전극; 및
상기 제 1 및 제 2 열전 소자들 상에 배치되는 적외선 필터를 포함하되,
상기 적외선 필터는 상기 적외선 필터로 입사되는 적외선 대역의 전자기파의 파장보다 작은 간격을 갖고 주기적으로 형성된 금속 패턴들을 포함하는 적외선 센서.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180015733 | 2018-02-08 | ||
| KR20180015733 | 2018-02-08 |
Publications (2)
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05126643A (ja) * | 1991-10-30 | 1993-05-21 | Nec Corp | 赤外線センサ |
| KR20140090909A (ko) * | 2013-01-10 | 2014-07-18 | 삼성전자주식회사 | 적외선 검출기 및 적외선 이미지 센서 |
| KR101661677B1 (ko) * | 2015-06-24 | 2016-09-30 | 한국기계연구원 | 메타표면 흡수체를 포함한 볼로미터형 적외선 센서 |
-
2018
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101661677B1 (ko) * | 2015-06-24 | 2016-09-30 | 한국기계연구원 | 메타표면 흡수체를 포함한 볼로미터형 적외선 센서 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102640117B1 (ko) | 2024-02-26 |
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