KR20230000318A - Method for Manufacturing Bolometer Infrared Sensors to Minimize Output Change Due to High Temperature of Targets - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고온에 노출된 타겟에 의해 발생되는 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a manufacturing method of a bolometer infrared sensor for minimizing an output change caused by a target exposed to high temperature.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section simply provide background information on the embodiments of the present invention and do not constitute prior art.
볼로미터 적외선 센서는 목표물체에서 입사하는 적외선 에너지를 흡수하는데 따른 온도의 변화를 전기 저항의 변화로 바꾸고, 이 전기 저항의 변화에 따른 전류의 변화를 신호취득회로를 통해 읽어내는 데에 그 핵심이 있다. The core of the bolometer infrared sensor is to convert the change in temperature due to absorbing infrared energy incident from the target object into a change in electrical resistance, and to read the change in current due to this change in electrical resistance through a signal acquisition circuit. .
참조 셀은 반응체 셀에 흐르는 기본 전류를 제거하여 적외선 에너지에 의해 변조된 전류 성분만이 검출될 수 있도록 적외선 에너지에 반응하지 않고 일정한 오프셋 전류를 생성해야 한다. 이 때문에 열이 잘 빠져나갈 수 있도록 열전도도가 크게 설계되어야 하기 때문에 주로 연결다리부가 없고 저항체가 곧바로 지지기둥부로 연결되어진 형태로 구성되거나 혹은 높은 열전도도를 갖는 추가적인 열전도부가 구성되거나 혹은 센서기판 상에 이격없이 곧바로 구성되어진다. The reference cell must generate a constant offset current without reacting to the infrared energy so that only the current component modulated by the infrared energy can be detected by removing the basic current flowing in the reactant cell. For this reason, since the thermal conductivity must be designed to be large so that heat can escape well, it is mainly composed of a form in which the resistor is directly connected to the support column without a connecting bridge, or an additional thermal conductivity having high thermal conductivity is composed, or on the sensor substrate It is composed directly without any gaps.
높은 열전도도를 갖는 구조의 경우 일반적인 경우에는 활용상 문제가 없으나 고온의 타겟으로부터 적외선이 입사될 경우 영상의 불균일이 초래된다. 즉, 태양과 같은 고온의 타겟으로부터 높은 적외선 에너지가 입사될 경우 흡수된 적외선 에너지를 배출하지 못하고 영상의 패턴 노이즈를 생성하게 된다. 이를 해소하기 위해서 적외선 흡수를 최소화 할 수 있도록 참조 셀 표면에 반사판을 형성하는데 업체마다 높은 열전도도를 갖는 구조를 활용하거나 혹은 반사층을 블라인드 셀에 직접 형성하거나 혹은 반사층 상부에 반사구조물을 이격시켜 형성하는 방식을 취한다. 차단막을 참조셀 상부에 컨택시켜 형성시 열용량 증가에 따라 동작전류의 잔열이 빠지지 않고 참조셀의 온도를 상승시켜 고온에서의 열적 안정성이 저해되는 기술은 한국 등록 특허 제10-1442811호에 기재되어 있다. In the case of a structure having high thermal conductivity, there is no problem in use in general cases, but non-uniformity of the image is caused when infrared rays are incident from a high-temperature target. That is, when high infrared energy is incident from a high-temperature target such as the sun, the absorbed infrared energy is not emitted and pattern noise is generated in an image. In order to solve this problem, a reflector is formed on the surface of the reference cell to minimize infrared absorption. Each company utilizes a structure with high thermal conductivity, or forms a reflective layer directly on the blind cell, or forms a reflective structure on top of the reflective layer by spacing it apart. take the way When forming a barrier film in contact with the top of a reference cell, the residual heat of the operating current does not escape as the thermal capacity increases, and the temperature of the reference cell is raised to impair thermal stability at high temperatures. Korean Patent Registration No. 10-1442811 describes it. .
하지만, 추가의 반사층(차단막)을 형성하는 경우 볼로미터 적외선 센서의 제조 공정의 스텝이 증가하며, 반도체 공정 특성상 단가 상승 및 수율 저하의 요인이 된다.However, in the case of forming an additional reflective layer (blocking film), the number of steps in the manufacturing process of the bolometer infrared sensor is increased, and it becomes a factor in cost increase and yield decrease due to semiconductor process characteristics.
본 발명은 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 볼로미터형 적외선 센서에 관한 것으로서, 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.The present invention relates to a bolometer-type infrared sensor that absorbs infrared rays and modulates them into electrical signals, and minimizes output change caused by a high-temperature target to improve output signal uniformity deterioration due to unwanted temperature change of a reference cell caused by the high-temperature target. The main object is to provide a method for manufacturing a bolometer infrared sensor for
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법은, 신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층을 포함하는 센서 기판 상에 컨텍 패드를 형성하는 단계; 상기 컨텍 패드 상에 열 전도층 및 저항체 층을 형성하는 단계; 상기 열 전도층 및 상기 저항체 층의 양단에 동공을 형성하는 단계; 상기 동공에 지지 기둥을 형성하고, 상기 저항체 층 상에 차단막 층을 형성하는 단계; 및 상기 지지 기둥과 일측이 연결되고, 타측이 저항체 층과 연결되도록 연결 다리층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a bolometer infrared sensor for achieving the above object includes forming a contact pad on a sensor substrate including a signal layer for transmitting an electrical signal of a signal acquisition circuit; forming a thermal conduction layer and a resistor layer on the contact pad; forming a cavity at both ends of the thermal conduction layer and the resistor layer; forming a support pillar in the cavity and forming a blocking film layer on the resistor layer; and forming a connection bridge layer such that one side is connected to the support pillar and the other side is connected to the resistor layer.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 참조셀에 차단막 층을 추가하여 고온 환경에서 출력 변화를 최소화할 수 있는 볼로미터 적외선 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of providing a bolometer infrared sensor capable of minimizing output change in a high-temperature environment by adding a barrier layer to the reference cell.
또한, 본 발명은 볼로미터 적외선 센서를 제조하는 공정 단계를 추가하지 않으면서 참조셀에 차단막 층을 추가하여, 제조 단가를 낮추고 수율 향상을 높힐 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of reducing the manufacturing cost and increasing the yield by adding a barrier layer to the reference cell without adding a process step of manufacturing the bolometer infrared sensor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 포함하는 적외선 검출기를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀과 참조 셀이 신호 취득 회로와 연결된 검출 회로를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 이용한 적외선 영상의 출력을 나타낸 예시도이다.1 is a diagram showing an infrared detector including a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a manufacturing process of a reference cell according to a first embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a manufacturing process of a reference cell according to a second embodiment of the present invention.
6A and 6B are diagrams showing a reactive cell of a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a manufacturing process of a reactant cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a circuit diagram illustrating a detection circuit in which a reactant cell and a reference cell are connected to a signal acquisition circuit according to an embodiment of the present invention.
9 is an exemplary diagram illustrating the output of an infrared image using a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 고온 타겟에 의한 출력 변화를 최소화하기 위한 볼로미터 적외선 센서에 대해 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, although preferred embodiments of the present invention will be described below, the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art. Hereinafter, a bolometer infrared sensor for minimizing an output change by a high-temperature target proposed in the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 포함하는 적외선 검출기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an infrared detector including a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (a)는 적외선 검출기(10)를 나타내며, 도 1의 (b)는 적외선 검출기(10)의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 적외선 검출기(10)는 적외선 윈도우(100), 적외선 센서(200) 및 피드쓰루부(300)를 포함한다. 도 1의 적외선 검출기(10)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 적외선 검출기(10)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 1(a) shows the
적외선 검출기(10)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 트랜스듀서를 의미한다. 적외선 검출기(10)는 흡수된 적외선 에너지를 보존하기 위하여 내부를 진공 상태로 유지한다. The
적외선 윈도우(100)는 적외선 파장만 선택적으로 투과한다. The
적외선 센서(200)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 반도체 센서를 의미한다. The
적외선 센서(200)는 적외선을 흡수하여 전기신호로 변조하는 볼로미터형 적외선 센서를 의미한다. The
적외선 센서(200)는 반응체 셀(210), 참조 셀(220) 등 중 적어도 하나의 셀을 포함하는 형태로 구현될 수 있다. The
반응체 셀(210)은 적외선 에너지를 흡수하여 온도 변화에 따른 저항변화로 전기신호를 발생시키는 동작을 수행한다. 반응체 셀(210)에 대한 구성은 도 6 내지 도 7에서 자세히 설명하도록 한다. The
참조 셀(220)은 반응체 셀(210)과 이 반응체 셀(210)의 변조되지 않는 기본전류를 제거하여 변조된 전류의 크기만 증폭시켜 주기 위해 적외선을 흡수하지 않는 동작을 수행한다. 참조 셀(220)에 대한 구성은 도 2 내지 도 5에서 자세히 설명하도록 한다. The
피드쓰루부(300)는 적외선 센서(200)의 동작을 위한 입력 및 적외선에 의해 생성된 전기 출력을 외부로 전달하는 동작을 수행한다. The
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 2a는 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 평면도를 나타내고, 도 2b는 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 단면도를 나타낸다. 2A is a plan view of the
일반적으로 참조 셀은 반응체 셀에 흐르는 기본 전류를 제거하여 적외선 에너지에 의해 변조된 전류 성분만이 검출될 수 있도록 적외선 에너지에 반응하지 않고 일정한 오프셋 전류를 생성한다. 이 때문에 참조 셀은 열이 잘 빠져나갈 수 있도록 열전도도가 크게 설계되어야 하기 때문에 주로 연결 다리부가 없고 저항체가 지지기둥부와 직접 연결되어진 형태로 구성되거나 혹은 높은 열전도도를 갖는 추가적인 열전도부가 구성되거나 혹은 센서 기판 상에 이격없이 접하는 형태로 구성될 수 있다. In general, a reference cell generates a constant offset current without reacting to infrared energy so that only a current component modulated by infrared energy can be detected by removing a basic current flowing in a reactant cell. For this reason, since the reference cell must be designed with high thermal conductivity so that heat can escape well, it is mainly composed of a form in which a resistor is directly connected to the support column without a connecting leg, or an additional heat conductor having high thermal conductivity is composed, or It may be configured in a form in contact with the sensor substrate without spacing.
그러나 높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀에서 흡수한 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 영상의 왜곡이 발생하게 된다. However, when high infrared energy is incident, all of the infrared energy absorbed by the reference cell cannot be discharged, resulting in image distortion.
제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)은 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 구조를 가진다. The
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 흡수한 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 발생되는 영상 왜곡을 원천적으로 차단하기 위해서는 적외선을 흡수하지 못하는 차단막을 형성한다. The
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 구조를 지지하고 전기적 신호를 전달하기 위하여 형성되는 지지 기둥(224)을 생성 시 동시에 차단막 층(20)을 생성하여 별도의 추가적인 제조 공정 없이 적외선 에너지를 전부 배출하지 못하여 발생되는 영상 왜곡을 방지할 수 있다. 제1 실시예에 따른 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등의 금속 물질로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)의 두께는 100 nm 이상으로 형성되는 것이 바람직하며, 8 ~ 14 μm 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장대역의 적외선을 반사할 수 있는 두께인 것이 바람직하다. In the
한편, 제1 실시예에서, 참조 셀은 열 전도층(228)을 잔존시켜 흡수된 적외선 에너지가 신호취득회로기판(227)로 빠져나가도록 설계된 것으로 가정한다. On the other hand, in the first embodiment, it is assumed that the reference cell is designed so that the
이하, 제1 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)의 구성에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration of the
제1 실시예에 따른 참조 셀(220)은 센서 기판(227), 컨텍 패드(225), 지지 기둥(224), 연결 다리층(22), 저항체 층(21), 차단막 층(20) 및 열 전도층(228)을 포함한다. The
센서 기판(227)은 신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층(226)을 포함한다. The
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 지지 기둥(224) 사이에 형성되며, 전기적 연결을 위하여 형성된다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 일반적으로 반응체 셀(210)의 반사 패드(215)와 동일 평면상에 형성되며, 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속을 주로 사용하여 형성된다.The
지지 기둥(224)은 저항체 층(21)과 연결된 연결 다리층(22)과 컨텍 패드(225) 사이에 형성된다. The
지지 기둥(224)은 컨텍 패드(225)와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층(22)과 연결된다. 지지 기둥(224)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성된다. The
지지 기둥(224)은 기둥 중앙에 요홈부(U)를 포함한다. 지지 기둥(224)의 요홈부는 지지 기둥(224)의 두께가 0.1 μm 내지 1 μm이 되도록 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 지지 기둥(224)의 두께가 0.1 μm 미만인 경우 지지 역할을 수행하기 어렵게 되며, 지지 기둥(224)의 두께가 1 μm를 초과하는 경우 전기적 연결의 효율성이 저하된다.The
연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)을 포함한다. The
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함한다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)은 전도성이 높고 열전도도가 낮은 티타늄, 크롬, 니켈-크롬, 티타늄 합금 등의 금속이나 전도성 세라믹 물질이 사용된다. The
저항체 층(21)은 연결 다리층(22)과 연결된다. 저항체 층(21)은 저항층(223a) 및 보호층(223b)을 포함한다. The
저항층(223a)의 일부 영역은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)와 접하는 형태로 연결된다. A partial area of the
보호층(223b)은 저항층(223a)의 상면 및 하면을 덮는 형태로 형성되며, 절연 물질로 형성된다. The
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성된다. 여기서, 차단막 층(20)은 차단막(229a) 및 차단막 보호층(229b)를 포함할 수 있다. The
차단막(229a)은 연결 다리층(22)과 소정의 이격 간격을 가지는 형태로 형성된다. 여기서, 소정의 이격 간격은 0.1 μm 내지 2 μm 사이의 간격인 것이 바람직하다. The blocking
또한, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성될 수 있다. In addition, the blocking
차단막(229a)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다. 차단막 보호층(229b)은 절연체로 형성될 수 있다. The
제1 실시예에 따른 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 사각 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 사각 형상으로 형성된 경우 100 nm 이상의 두께로 형성되며, 적어도 8 내지 14 μm의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. The blocking
한편, 차단막 층(20)의 사각 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성되거나, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)이 절연층(222)의 상층면보다 높게 형성되는 경우 적외선 차단률을 더욱 증가시킬 수 있다.On the other hand, the upper surface of the rectangular shape of the blocking
열 전도층(228)은 저항체 층(21) 및 센서 기판(227) 사이에 위치한다. 열 전도층(228)의 일부 영역은 센서 기판(227)과 연결된다. 열 전도층(228)은 흡수된 적외선 에너지가 센서 기판(227)으로 빠져나가도록 한다. A
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a manufacturing process of a reference cell according to a first embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 센서 기판(227) 상에 컨텍 패드(225)를 형성하는 S310 단계를 나타낸다. (a) of FIG. 3 shows step S310 of forming the
S310 단계는 센서 기판(227) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 컨텍 패드(225)를 형성한다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. In step S310 , a reflective material is deposited on the
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. The
도 3의 (b)는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228) 및 저항체 층(21)을 형성하는 S320 단계를 나타낸다. (b) of FIG. 3 shows step S320 of forming the
S320 단계는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(228) 상에 저항체 층(21)을 증착한다. 구체적으로, S320 단계는 열 전도층(228) 상에 제1 보호층(223b), 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b)의 양단을 식각 처리한다. In step S320 , the thermal
S320 단계에서 형성된 열 전도층(228)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(223a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The
도 3의 (c)는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S330 단계를 나타낸다. (c) of FIG. 3 shows a step S330 of forming a cavity for forming the
S330 단계는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. Step S330 forms a cavity for electrically connecting the
S330 단계에서 동공은 제2 보호층(223b) 및 열 전도층(228)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. In step S330 , holes are formed at both ends of the
도 3의 (d)는 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)을 형성하고, 연결 다리층(22)을 형성하는 S340 단계를 나타낸다. (d) of FIG. 3 shows a step S340 of forming the
S340 단계는 기 형성된 동공에 지지 기둥(224)을 증착하면서 동시에 저항체 층(21) 상에 차단막 층(20)를 형성한다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성된다. In step S340 , the blocking
높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀(220)에서 흡수한 적외선 에너지를 배출하지 못해 영상의 왜곡이 발생하는데 이를 차단하기 위해 지지 기둥(224) 형성시 차단막 층(20)을 같이 형성한다. When high infrared energy is incident, the infrared energy absorbed by the
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성되며, 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. The blocking
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)이 형성된 이후, S340 단계에서는 연결 다리층(22)을 형성한다.After the
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함하여 형성된다. The
S340 단계에서, 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 사각 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 사각 형상으로 형성된 경우 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 또한, 차단막 층(20)은 적어도 8 μm 내지 14 μm의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. In step S340, the blocking
한편, S340 단계에서, 차단막 층(20)의 사각 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성될 수 있다.Meanwhile, in step S340, the blocking
도 3에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIG. 3, it is described that each step is sequentially executed, but is not necessarily limited thereto. In other words, since it will be applicable to changing and executing the steps described in FIG. 3 or executing one or more steps in parallel, FIG. 3 is not limited to a time-series sequence.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀을 나타낸 도면이다.4A and 4B are diagrams showing a reference cell of a bolometer infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 4a는 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 평면도를 나타내고, 도 4b는 제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀(220)에 대한 단면도를 나타낸다. 4A is a plan view of the
제2 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서는 고온 타겟에 의한 참조 셀의 원치 않는 온도변화에 따른 출력 신호 균일성 저하를 개선하기 위한 구조를 가진다. The bolometer infrared sensor according to the second embodiment has a structure for improving output signal uniformity deterioration due to an unwanted temperature change of a reference cell caused by a high-temperature target.
제2 실시예에 따른 참조 셀(220)은 도 2a 및 도 2b에 기재된 제1 실시예에 따른 참조 셀(220)과 그 구조가 동일하며, 차단막 층(20)의 구조만 상이함에 따라 중복되는 설명은 생략하고, 차단막 층(20)에 대한 차이점을 위주로 설명하도록 한다. The
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성된다. 여기서, 차단막 층(20)은 차단막(229a) 및 차단막 보호층(229b)를 포함할 수 있다. The
또한, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. 즉, 차단막(229a)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성될 수 있다. In addition, the blocking
차단막(229a)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다. 차단막 보호층(229b)은 절연체로 형성될 수 있다.The
제2 실시예에 따른 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. 차단막 층(20)은 메쉬 형상으로 형성된 경우 메쉬 형상의 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 벌크 형상 차단막 대비 낮은 열용량을 가지며, 보다 빠른 적외선 에너지 배출 가능하다. The blocking
메쉬 형상의 차단막 층(20)은 복수개의 격자들이 배열된 구조를 포함하며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 일 수 있고, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 일 수 있다. 여기서, 메쉬 형상의 차단막 층(20)의 격자 패턴의 폭이 0.18 μm 미만이거나 스페이스의 폭이 4 μm를 초과하는 경우 차단막 구현이 어렵고, 적외선 차단성이 저하될 수 있다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)의 격자 패턴의 폭이 4 μm를 초과하거나 스페이스의 폭이 0.18 μm 미만인 경우 차단막 층(20)의 개구율이 기 설정된 임계치 미만이 되어 열용량이 증가하게 된다.The mesh-shaped
한편, 차단막 층(20)의 메쉬 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성되거나, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이로 형성될 수 있다. On the other hand, the upper surface of the mesh shape of the blocking
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 참조 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining a manufacturing process of a reference cell according to a second embodiment of the present invention.
도 5의 (a)는 센서 기판(227) 상에 컨텍 패드(225)를 형성하는 S510 단계를 나타낸다. (a) of FIG. 5 shows step S510 of forming the
S510 단계는 센서 기판(227) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 컨텍 패드(225)를 형성한다. 여기서, 컨텍 패드(225)는 일반적으로 반응체 셀(210)의 반사 패드(215)와 동일 평면상에 형성되며, 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 사용하여 형성될 수 있다. In step S510 , a reflective material is deposited on the
컨텍 패드(225)는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. The
도 5의 (b)는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228) 및 저항체 층(21)을 형성하는 S520 단계를 나타낸다. (b) of FIG. 5 shows step S520 of forming the
S520 단계는 센서 기판(227) 및 컨텍 패드(225) 상에 열 전도층(228)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(228) 상에 저항체 층(21)을 증착한다. 구체적으로, S520 단계는 열 전도층(228) 상에 제1 보호층(223b), 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(223a) 및 제2 보호층(223b)의 양단을 식각 처리한다. In step S520 , the thermal
S520 단계에서 형성된 열 전도층(228)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(223a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The
도 5의 (c)는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S530 단계를 나타낸다. (c) of FIG. 5 shows a step S530 of forming a cavity for forming the
S530 단계는 센서 기판(227)의 신호층(226)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(224)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. Step S530 forms a cavity for electrically connecting the
S530 단계에서 동공은 제2 보호층(223b) 및 열 전도층(228)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. 여기서, 식각은 Cl 및 F-기 이용한 식각일 수 있다. In step S530 , holes are formed at both ends of the
도 5의 (d)는 지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)을 형성하고, 연결 다리층(22)을 형성하는 S540 단계를 나타낸다. (d) of FIG. 5 shows step S540 of forming the
S540 단계는 기 형성된 동공에 지지 기둥(224)을 증착하면서 동시에 저항체 층(21) 상에 차단막 층(20)를 형성한다. 즉, 차단막 층(20)은 지지 기둥(224)을 형성하는 공정 단계에서 동시에 형성된다. In step S540 , the blocking
높은 적외선 에너지가 입사될 경우 참조 셀(220)에서 흡수한 적외선 에너지를 배출하지 못해 영상의 왜곡이 발생하는데 이를 차단하기 위해 지지 기둥(224) 형성시 차단막 층(20)을 같이 형성한다. When high infrared energy is incident, the infrared energy absorbed by the
차단막 층(20)은 적외선을 차단하기 위하여 저항체 층(21)과 접하는 형태로 형성되며, 지지 기둥(224)의 재질과 동일한 재질로 형성된다. The blocking
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(224) 및 차단막 층(20)이 형성된 이후, S540 단계에서는 연결 다리층(22)을 형성한다.After the
연결 다리층(22)은 신호층(226)과 저항체(223a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(221a), 연결 다리부(221a)와 연결된 연결 다리 금속층(221b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(22)은 연결 다리부(221a) 및 연결 다리 금속층(221b)를 보호하기 위한 절연체(222)를 포함하여 형성된다. The
S540 단계에서, 차단막 층(20)은 저항체 층(21)의 상측면에 형성되며, 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. In step S540, the blocking
차단막 층(20)은 메쉬 형상으로 형성된 경우 메쉬 형상의 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성된다. 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 벌크 형상 차단막 대비 낮은 열용량을 가지며, 보다 빠른 적외선 에너지 배출 가능하다. When the blocking
S540 단계에서, 메쉬 형상의 차단막 층(20)은 복수개의 격자들이 배열된 구조로 형성되며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성될 수 있고, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성될 수 있다. In step S540, the mesh-shaped
한편, S540 단계에서, 차단막 층(20)의 메쉬 형상의 상측면은, 지지 기둥(224)의 일측단을 감싸고 있는 절연층(222)의 상층면과 동일한 높이가 되도록 차단막 층(20)이 형성될 수 있다.Meanwhile, in step S540, the blocking
도 5에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 5에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIG. 5, each step is described as sequentially executed, but is not necessarily limited thereto. In other words, since it will be applicable to changing and executing the steps described in FIG. 5 or executing one or more steps in parallel, FIG. 5 is not limited to a time-series sequence.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀을 나타낸 도면이다.6A and 6B are diagrams showing a reactive cell of a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)에 대한 평면도를 나타내고, 도 6b는 본 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)에 대한 단면도를 나타낸다. 6A is a plan view of the
볼로미터 적외선 센서의 반응체 셀(210)은 적외선을 흡수하여 저항이 변화되어 변조된 전류신호를 발생시킨다. The
반응체 셀(210)은 적외선을 흡수하는 흡수체 층(30), 흡수체 층(30)에서 흡수한 열을 신호취득회로가 포함된 센서 기판(217)에 빼앗기지 않기 위해 열전도도가 작게 설계되어져 열적 고립을 이뤄주는 연결다리층(32), 흡수체 층(30) 및 저창체 층(31)을 센서 기판(217)으로부터 λ/4 가량 이격시켜서 최대의 흡수율을 갖도록 해주는 지지 기둥(214)을 포함하는 형태로 구성된다. 여기서, λ는 8 μm 내지 14 μm의 파장을 의미한다. 광 흡수 메커니즘상 최대 흡수 효율을 가지려면 반사판(215)에서 흡수층 사이 간격이 λ/4 구조(예: 2 내지 3.5 μm)로 구현되는 것이 바람직하다. The
저항체 층(31)은 연결 다리층(32)과 연결된다. 저항체 층(31)은 저항층(213a) 및 보호층(213b)을 포함한다. The
저항층(213a)의 일부 영역은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)와 접하는 형태로 연결된다. A partial area of the
보호층(213b)은 저항층(213a)의 상면 및 하면을 덮는 형태로 형성되며, 절연 물질로 형성된다. The
흡수체 층(30)은 적외선을 흡수하는 흡수층(219a), 흡수층(219a)을 전기적으로 절연 혹은 외부로부터 보호해주는 역할을 하는 흡수 보호층(219b)을 포함한다. 흡수층(219a)은 저항체 층(31)의 상면에 접하는 형태로 구현되며, 흡수 보호층(219b)은 흡수층(219a)의 상면을 보호하는 형태로 형성된다. 흡수 보호층(219b)은 절연 물질로 형성된다. The
연결 다리층(32)은 저항층(213a)과 지지 기둥(214)을 전기적으로 연결해주는 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)을 포함한다. 또한, 연결 다리층(32)은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)를 보호하기 위한 절연체(212)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)은 전도성이 높고 열전도도가 낮은 티타늄, 크롬, 니켈-크롬, 티타늄 합금 등의 금속이나 전도성 세라믹 물질이 사용된다. The
지지 기둥(214)은 저항층(213a)과 연결된 연결 다리층(32)과 반사 패드(215) 사이에 형성된다. The
지지 기둥(214)은 반사 패드(215)와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층(32)과 연결된다. 지지 기둥(214)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성된다. The
도 6의 반응체 셀(210)에서는 열 전도층(218)인 희생층을 제거하여 열적 고립을 이루는 구조를 형성한다.In the
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a manufacturing process of a reactant cell according to an embodiment of the present invention.
도 7의 (a)는 센서 기판(217) 상에 반사 패드(215)를 형성하는 S710 단계를 나타낸다. (a) of FIG. 7 shows step S710 of forming the
S710 단계는 센서 기판(217) 상에 반사 물질을 증착하고, 일부 영역을 식각 처리하여 반사 패드(215)를 형성한다. 여기서, 반사 패드(215)는 적외선 반사율이 높은 알루미늄, 티타늄, 금 등의 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. In step S710 , a reflective material is deposited on the
반사 패드(215)는 센서 기판(217)의 신호층(216)과 전기적으로 연결되도록 형성되며, 투과된 적외선의 재흡수를 위하여 형성될 수 있다. The
도 7의 (b)는 센서 기판(217) 및 반사 패드(215) 상에 열 전도층(218) 및 저항체 층을 형성하는 S720 단계를 나타낸다. (b) of FIG. 7 shows step S720 of forming the thermal conduction layer 218 and the resistor layer on the
S720 단계는 센서 기판(217) 및 반사 패드(215) 상에 열 전도층(218)을 우선적으로 증착하고, 열 전도층(218) 상에 저항체 층을 증착한다. 구체적으로, S720 단계는 열 전도층(218) 상에 제1 보호층(213b), 저항층(213a) 및 제2 보호층(213b) 순으로 증착을 수행하고, 저항층(213a) 및 제2 보호층(213b)의 양단을 식각 처리한다. In step S720 , a thermal conductive layer 218 is preferentially deposited on the
S720 단계에서 형성된 열 전도층(218)은 광 최대 흡수효율을 갖는 λ/4 이격 구조를 위하여 형성된다. 또한, 저항층(213a)은 온도 변화에 따라 저항이 변화되는 동작을 위하여 형성된다. The heat conduction layer 218 formed in step S720 is formed for a λ/4 spacing structure having a maximum light absorption efficiency. In addition, the
도 7의 (c)는 지지 기둥(214)을 형성하기 위한 동공을 형성하는 S730 단계를 나타낸다. (c) of FIG. 7 shows a step S730 of forming a cavity for forming the
S730 단계는 센서 기판(217)의 신호층(216)과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(214)을 형성하기 위한 동공을 형성한다. Step S730 forms a cavity for electrically connecting the
S730 단계에서 동공은 제2 보호층(213b) 및 열 전도층(218)의 양단에 홀(Hole) 패터닝 및 식각을 통해 형성된다. 여기서, 식각은 Cl 및 F-기 이용한 식각일 수 있다. In step S730 , holes are formed at both ends of the
도 7의 (d)는 지지 기둥(214) 및 연결 다리층(32)을 형성하는 S740 단계를 나타낸다. (d) of FIG. 7 shows step S740 of forming the
S740 단계는 기 형성된 동공에 신호회로기판과 전기적 연결 및 구조체를 지지하는 지지 기둥(214)을 증착한다. In step S740, the signal circuit board and the electrical connection and the
지지 기둥(214)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성될 수 있다.The
지지 기둥(214)이 형성된 이후, S740 단계에서는 구조체의 열적 고립을 위한 연결 다리층(32)을 형성한다. 여기서, 연결 다리층(32)은 열전도도가 낮은 물질 사용하여 형성된다. After the
연결 다리층(32)은 신호층(216)과 저항체(213a)를 연결하여 전기신호를 전달하기 위한 연결 다리부(211a), 연결 다리부(211a)와 연결된 연결 다리 금속층(211b)을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 연결 다리층(32)은 연결 다리부(211a) 및 연결 다리 금속층(211b)를 보호하기 위한 절연체(212)를 포함하여 형성된다. The
도 7의 (e)는 흡수층(219)을 형성하는 S750 단계를 나타낸다. (e) of FIG. 7 shows step S750 of forming the absorption layer 219 .
S750 단계는 저항체 층(31) 상에 흡수체 층(30)을 형성한다. Step S750 forms the
흡수체 층(30)은 적외선을 흡수하는 흡수층(219a), 흡수층(219a)을 전기적으로 절연 혹은 외부로부터 보호해주는 역할을 하는 흡수 보호층(219b)을 포함한다. 흡수층(219a)은 저항체 층(31)의 상면에 접하는 형태로 구현되며, 흡수 보호층(219b)은 흡수층(219a)의 상면을 보호하는 형태로 형성된다. 흡수 보호층(219b)은 절연 물질로 형성된다. The
도 7의 (f)는 열적 고립을 위한 구조체 형성을 위하여 열 전도층(218)을 제거하는 S760 단계를 나타낸다. 7(f) shows step S760 of removing the thermal conductive layer 218 to form a structure for thermal isolation.
S760 단계는 열 전도층(218)인 희생층(폴리이미드)을 제거하여 열적 고립을 위한 구조를 형성한다. S760 단계는 열 전도층(218) 제거를 통해 연결다리층(32) 및 흡수체 층(30)를 센서 기판(217)으로부터 λ/4 가량 이격시켜서 최대의 흡수율을 갖도록 해주는 지지 기둥(214)을 포함하는 형태로 열적 고립을 위한 구조체를 형성한다.In step S760, a structure for thermal isolation is formed by removing the sacrificial layer (polyimide), which is the thermal conductive layer 218. Step S760 includes a
도 7에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIG. 7, it is described that each step is sequentially executed, but is not necessarily limited thereto. In other words, since it will be applicable to changing and executing the steps described in FIG. 7 or executing one or more steps in parallel, FIG. 7 is not limited to a time-series sequence.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반응체 셀과 참조 셀이 신호 취득 회로와 연결된 검출 회로를 나타낸 회로도이다. 8 is a circuit diagram illustrating a detection circuit in which a reactant cell and a reference cell are connected to a signal acquisition circuit according to an embodiment of the present invention.
반응체 셀(210)은 바이어스 전압(Va)을 결정하는 트랜지스터(240)와 접지에 연결되어지고 참조 셀(220)은 바이어스 전압(Vb)을 결정하는 또다른 트랜지스터(250)와 전원선과 연결된다. The
두 트랜지스터(240, 250)는 연산증폭기의 음의 단자에 연결되고 이 단자는 캐패시터에 연결되어져 연산증폭기의 출력부와 연결된다. The two
연산 증폭기의 양의 단자는 기준전압에 연결된다. 반응체 셀(210)에서 생성된 기본 전류(Ia)는 참조 셀에서 생성된 오프셋 전류(Ib)에 의해 상쇄된다. The positive terminal of the operational amplifier is connected to the reference voltage. The basic current (Ia) generated in the
만약 입사된 적외선에 의해 반응체 셀(210)의 저항이 변하게 되면 반응체 셀(210)에 흐르는 전류성분이 변하게 되고 이 변조된 전류(ΔI)만이 캐패시터(260)에 적분되어져 신호성분으로 나타나게 된다. If the resistance of the
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 적외선 센서를 이용한 적외선 영상의 출력을 나타낸 예시도이다.9 is an exemplary diagram illustrating the output of an infrared image using a bolometer infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (a)는 일반적인 볼로미터 적외선 센서에 의해 출력되는 적외선 영상을 나타낸다. 9(a) shows an infrared image output by a general bolometer infrared sensor.
도 9의 (b)는 일반적인 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀에 태양광이 입사되었을 시 발생되는 영상 노이즈(900)를 나타낸다. 9(b) shows
본 발명의 실시예와 같이 볼로미터 적외선 센서의 참조 셀에 차단막 층을 형성한 경우, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 영상 노이즈가 발생하지 않는 적외선 영상을 출력할 수 있다. When the blocking layer is formed on the reference cell of the bolometer infrared sensor as in the embodiment of the present invention, an infrared image without image noise can be output as shown in FIG. 9(c).
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is only illustrative of the technical idea of the embodiment of the present invention, and those skilled in the art to which the embodiment of the present invention pertains may make various modifications and modifications within the scope not departing from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. transformation will be possible. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the technical idea of the embodiment of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the embodiment of the present invention is not limited by these examples. The protection scope of the embodiments of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the embodiments of the present invention.
10: 적외선 검출기
100: 적외선 윈도우
200: 적외선 센서
300: 피드쓰루부
210: 반응체 셀
31: 흡수체 층
32: 연결 다리층
214: 지지 기둥
215: 반사 패드
217: 센서 기판
220: 참조 셀
21: 저항체 층
22: 연결 다리층
224: 지지 기둥
225: 컨텍 패드
227: 센서 기판
228: 열 전도층
229: 차단막 층10: infrared detector 100: infrared window
200: infrared sensor 300: feed through
210: reactant cell
31: absorber layer 32: connection bridge layer
214: support pillar 215: reflective pad
217: sensor board
220: reference cell
21: resistor layer 22: connection bridge layer
224: support pillar 225: contact pad
227: sensor substrate 228: thermal conduction layer
229: barrier layer
Claims (10)
신호취득회로의 전기신호 전달을 위한 신호층을 포함하는 센서 기판 상에 컨텍 패드를 형성하는 단계;
상기 컨텍 패드 상에 열 전도층 및 저항체 층을 형성하는 단계;
상기 열 전도층 및 상기 저항체 층의 양단에 동공을 형성하는 단계;
상기 동공에 지지 기둥을 형성하고, 상기 저항체 층 상에 차단막 층을 형성하는 단계; 및
상기 지지 기둥과 일측이 연결되고, 타측이 저항체 층과 연결되도록 연결 다리층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.A method for manufacturing a bolometer infrared sensor for minimizing output change by a high-temperature target,
forming a contact pad on a sensor substrate including a signal layer for transmitting electrical signals of a signal acquisition circuit;
forming a thermal conduction layer and a resistor layer on the contact pad;
forming a cavity at both ends of the thermal conduction layer and the resistor layer;
forming a support pillar in the cavity and forming a blocking film layer on the resistor layer; and
Forming a connection bridge layer such that one side is connected to the support pillar and the other side is connected to the resistor layer.
Method for manufacturing a bolometer infrared sensor comprising a.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
상기 컨텍 패드와 일측이 연결되고, 타측이 연결 다리층과 연결되도록 상기 지지 기둥을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
A method of manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that the support pillar is formed such that one side is connected to the contact pad and the other side is connected to the connection bridge layer.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
상기 지지 기둥의 재질과 동일한 재질로 상기 차단막 층을 형성하며, 상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층은 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
The manufacturing method of the bolometer infrared sensor, characterized in that the blocking film layer is formed of the same material as the material of the support pillar, and the support pillar and the blocking film layer are formed at the same time.
상기 차단막 층은,
티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 적어도 하나의 금속을 혼합한 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 3,
The barrier layer is
A method of manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that it is formed of one metal of titanium (Ti), nickel (Ni), copper (Cu) and aluminum (Al) or an alloy of a mixture of at least one metal.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
상기 저항체 층의 상측면에 사각 형상 또는 매쉬 형상의 상기 차단막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
A method for manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that the blocking film layer having a square or mesh shape is formed on the upper side of the resistor layer.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
사각 형상의 차단막 층을 형성하는 경우, 상기 사각 형상의 차단막 층은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성되며, 적어도 8 내지 14 um의 원적외선(LWIR: Long Wavelength InfraRed) 파장 대역의 적외선을 반사 가능한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 5,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
In the case of forming a rectangular blocking film layer, the rectangular blocking film layer is formed to a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and a thickness capable of reflecting infrared rays in the long wavelength infrared (LWIR) wavelength band of at least 8 to 14 um Method for manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized in that formed by.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
메쉬 형상의 차단막 층을 형성하는 경우, 메쉬 형상의 격자 모양 각각은 0.1 μm 내지 1 μm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 5,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
In the case of forming a mesh-shaped blocking film layer, each mesh-shaped lattice shape is formed to a thickness of 0.1 μm to 1 μm.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
메쉬 형상의 차단막 층을 복수개의 격자들이 배열된 구조로 형성하며, 격자 패턴의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성되며, 격자들 사이에 형성되는 스페이스의 폭은 0.18 μm 내지 4 μm 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 7,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
The mesh-shaped blocking film layer is formed in a structure in which a plurality of lattices are arranged, the width of the lattice pattern is formed to be 0.18 μm to 4 μm, and the width of the space formed between the lattice is formed to be 0.18 μm to 4 μm. Method for manufacturing a characterized bolometer infrared sensor.
상기 지지 기둥 및 상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
상기 차단막 층의 상측면이 상기 지지 기둥의 일측단을 감싸고 있는 절연층의 상층면과 동일한 높이 또는 상기 지지 기둥의 일측단을 감싸고 있는 절연층의 상층면보다 0.1 μm 내지 1 μm 높은 높이가 되도록 상기 차단막 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.According to claim 1,
Forming the support pillar and the blocking film layer,
The blocking film such that the upper surface of the blocking film layer is at the same height as the upper surface of the insulating layer surrounding one end of the support pillar or 0.1 μm to 1 μm higher than the upper surface of the insulating layer surrounding one end of the supporting pillar. A method for manufacturing a bolometer infrared sensor, characterized by forming a layer.
상기 차단막 층을 형성하는 단계는,
기둥 중앙에 요홈부를 포함하는 형태로 상기 지지 기둥을 형성하며,
상기 요홈부는 상기 지지 기둥의 두께가 0.1 μm 내지 1 μm이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼로미터 적외선 센서의 제조 방법.
According to claim 1,
Forming the blocking film layer,
Forming the support pillar in a form including a groove in the center of the pillar,
The manufacturing method of the bolometer infrared sensor, characterized in that the concave portion is formed such that the thickness of the support pillar is 0.1 μm to 1 μm.
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KR20000071693A (en) * | 1999-04-14 | 2000-11-25 | 가네꼬 히사시 | Thermal functional device capable of high-speed response and a method of driving the device |
KR101442811B1 (en) * | 2013-08-09 | 2014-09-23 | 아이쓰리시스템 주식회사 | Bolometric infrared sensor for cushioning of Changes in temperature output |
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- 2021-06-24 KR KR1020210082606A patent/KR102620735B1/en active IP Right Grant
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KR20000071693A (en) * | 1999-04-14 | 2000-11-25 | 가네꼬 히사시 | Thermal functional device capable of high-speed response and a method of driving the device |
KR101442811B1 (en) * | 2013-08-09 | 2014-09-23 | 아이쓰리시스템 주식회사 | Bolometric infrared sensor for cushioning of Changes in temperature output |
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