KR101836560B1 - 적외선 센서 박막의 에칭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공동(3)을 갖는 기판(2)을 포함하며, 공동 저부 벽이 연속된 기판 표면에 의해 형성되는 것이다. 센서는 입사하는 적외선 방사선으로부터 열을 수용하도록 적용된 박막(4)을 포함하며, 비임(8)이 박막(4) 그리고 열전대(9)를 서스펜드한다. 이 같은 박막은 제조 중에 상기 공동(3)을 에칭하기 위한 이방성 식각액를 통과시키기 위한 박막을 통하여 연장되는 오프닝(5, 6)을 포함한다. 오프닝 각각은 4 이상의 종횡비를 갖는 단면을 가진다. 제1 및 제2 세트 오프닝 각각의 너비 방향은 제1 및 제2 결정 방위(Y;Z) 각각에 따라 방위가 정해지며, 이들 방위(Y;Z)는 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면에 놓인 각기 다른 방향에 해당한다.

Description

적외선 센서 박막의 에칭{Etching of infrared sensor membrane}

본 발명은 적외선 열 센서 분야에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 적외선 열 센서를 위한 에칭 기술에 대한 것이다.

약 0K 이상의 온도를 갖는 어떠한 물체도 어는 정도 적외선 방사선을 방출한다. 물체의 온도에 따라, 적외선 방사선은 다양하다. 만약 물체의 온도가 높으면 더욱 많은 적외선 방사선을 방출한다. 따라서, 적외선 센서는 방출된 적외선 방사선의 양을 측정함에 의해 물체의 온도를 원격적으로 결정할 수 있다.

집적 반도체 적외선 열 센서는 벌크 실리콘으로부터 고립된 박막에서 물체에 의해 방출된 적외선 방사선을 흡수하는 분야에서 알려져 있다. 따라서 이 같은 박막은 수신된 적외선 방사선의 흡수로 인해 가열될 것이다. 이 같은 적외선 방사선은 구멍 층에 의해 둘러싸는 벌크 실리콘으로부터 더욱 차단될 것이며, 상기 벌크 실리콘만이 박막과 관련하여 무시할 수 있을 정도로 가열되도록 한다. 상기 벌크 실리콘은 또한 박막보다 일반적으로 실질적으로 더 부피가 크며, 외부로의 열 저항이 매우 낮아서 벌크가 주위 온도로 유지되기 때문에, 비록 적외선 방사선이 차단된다 하여도 벌크 실리콘에서의 온도 변화는 정상적인 상황에서 여전히 무시할 정도이다. 상기 벌크 실리콘은 일정한 온도로 열 싱크로서 생각될 수 있다. 상기 벌크의 온도가 일정하며 상온과 같은 기준 온도와 동일하므로, 상기 벌크와 박막 사이 온도 차이는 박막이 물체로부터 적외선 방사선을 수용하는 때 증가한다. 따라서 이 같은 온도 차이는 물체의 온도에 대한 조치(measure)이다. 박막과 상기 벌크 사이 온도 차이를 측정함에 의해, 물체의 온도는 차감될 수 있다.

박막과 실리콘 벌크 사이 온도 차이는 박막과 상기 벌크 사이에 열전대(thermocouples)를 위치시킴에 의해 측정될 수 있다. 열전대는 열전대의 두 노드 사이에 온도 차이 그리고 물체 타입에 의존하는 전압 차이를 발생시킨다. 열전대는 가령 n-타입과 p-타입 폴리-실리콘으로 구성된다. 더욱 큰 전압 차이를 발생시키기 위해 직렬로 다수 열전대를 함께 위치시키는 것 또한 가능하다.

열전대는 박막을 당업자에게 알려진 장치 내 벌크 실리콘으로 연결하는 비임 상에 위치할 수 있다. 모든 열전대는 직렬 회로로 연결되어서 더욱 큰 출력 전압을 얻도록 할 수 있다. 그러나, 상기 열전대는 또한 도핑에 따라 일정한 전기 저항을 가질 수 있으며, 모든 열전대들을 직렬로 연결시킴은 저항을 직렬로 연결시키는 것일 수 있다. 따라서 총 전기 저항은 열전대 각각의 전기 저항 합이 될 수 있다.

박막과 실리콘 벌크 사이의 온도 차이는 물체의 온도를 정하기 위한 조치이다. 따라서 큰 온도 차이를 얻는 것이 바람직하다. 그러므로, 박막과 상기 벌크 사이 열 고립은 매우 큰 것이 바람직하다.

박막으로부터의 열이 공기를 통하여 그리고 박막 아래에서 분산될 수 있다. 이 같은 열 손실 경로를 통한 열 손실은 에칭 깊이를 증가시킴에 의해 줄어들 수 있으며, 전도 경로가 더욱 커지도록 하고 따라서 더욱 높은 열 고립이 달성되도록 할 것이다. 또한, 박막 주위 공동 내 낮은 압력이 사용되어, 전도 및 대류를 통한 열 손실이 감소되도록 한다.

박막으로부터의 열은 또한 비임을 통해 실리콘 벌크로 분산기도 한다. 더욱 긴 비임이 사용되어 열 고립을 증가시키도록 할 수 있다. 또한, 비임의 너비를 감소시키는 것은 상기 고립을 증가시킬 수 있다.

상기 비임의 전도도는 공기 전도도 보다 훨씬 높다. 그러나 상기 박막은 비임 보다 훨씬 큰 면적이 공기에 노출되며, 두 공기와 비임 모두의 열 저항은 적외선 열 센서 디자인에 중요하다.

당업자에게 알려진 바와 같이, 상기 열 센서 공동은 높은 진공 공동일 수 있다. 이는 박막 표면을 통한 열 손실을 상당히 줄이는 장점을 제공한다. 가령, 전도 및 대류 열 손실이 무시할 정도가 되며, 상기 박막은 단지 표면을 통한 그리고 비임을 통한 방사 열 분사을 통하여 열을 잃을 뿐이다. 이 같은 장치에서, 좁고 긴 비임을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 공동이 낮은 압력 가스로 채워진 다른 장치의 경우 표면 열 손실 경로의 열 저항이 비임의 열 저항과 거의 동일한 때 양호한 밸런스가 도달될 수 있다.

이는 모든 열이 공기를 통하여 분산되는, 공기의 열 전도가 우세한 경우를 염두에 두는 때 가능할 수 있다. 이 같은 경우, 열전대가 박막과 상기 벌크 사이 온도 차이를 변경시키기 않고 디자인에 추가될 수 있다. 모든 열이 공기를 통해 전도되므로, 열전대를 추가하거나 제거하는 것은 박막에서의 온도를 변경하지 않을 것이다. 그러나, 공기를 통한 열전도가 더 이상 우세하지 않다면, 박막에서의 온도는 열전대가 추가되는 때 변경될 것인데, 이는 박막으로부터 상기 벌크로의 열 저항이 변경되기 때문이다. 그러나, 열전대를 추가하는 것은 또한 전기 저항을 증가시키며 따라서 잡음을 또한 증가시킨다.

가령 모든 열이 비임을 통하여 상실되는, 비임의 열 전도가 우세한 다른 극단으로부터 시작하는 때, 열전대는 출력 전압을 증가시키도록 디자인으로부터 제거되어야 한다. 모든 열이 비임을 통해 전도되기 때문에, 박막과 상기 벌크 사이 열 저항은 비임을 제거하는 때 증가한다. 열전대가 제거되는 때, 남은 열전대의 너비가 동일한 전체 전기 저항을 유지하도록 감소될 수 있다. 그러나, 상기 열 전도가 비임에 의해 더 이상 우세하지 않은 때, 비임을 제거하는 것은 열 저항을 빠르게 증가시키지 않을 것이며, 이는 동일한 열이 공기를 통하여 상실되지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 공기의 열 저항이 비임의 열 저항과 거의 동일한 때 최적에 도달할 수 있다.

박막의 양호한 열 고립을 얻기 위해, 비임은 적절히 언더-에칭된다. 이 같은 목적으로, 테트라 메틸 암모늄 수산화물 (TMAH)과 같은 이방성 식각액이 사용될 수 있다. 그러나, 이 같은 이방성 식각액은 에칭되는 물체가 수직인 결정 격자 평면에서 밀집 구성을 갖는 방향으로 잘 에칭하지 못하며, 예를 들면, TMAH는 <111> 방향에 직각으로 실리콘을 에칭할 수 없다. 윈도우 사이드가 <100> 방향으로 실리콘 표면 커트의 <110> 가장자리를 따라 개방되는 때, 상기 에칭된 측면은 상기 <110> 가장자리와 교차하는 <111> 평면에 의해 형성될 것이다. 또한 TMAH와 같은 이방성 식각액은 비록 예각으로는 휼륭하게 에칭할 것이나 둔각으로는 에칭하지 않을 것이다.

이방성 식각액의 통과를 허용하기 위하여 박막에 제공된 원형 구멍과 같은 다수 구멍을 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 US 2010/0289108 는 식각액 구멍 배치를 갖는 박막을 포함하는 열 센서 장치를 공개한다.

그러나, 입사하는 방사선에 노출된 표면의 큰 부분이 식각액 구멍에 의해 제거되는 것은 유사 장치의 단점이며, 따라서 열 저장 용량 및 장치의 민감도가 줄어든다. 또한 이 같은 식각액 구멍의 구성은 박막의 구조적 완결성을 줄일 수 있으며, 박막이 회전력과 같은 외부 작용하에서 찢기기 쉽다.

본 발명의 목적은 견고하고 민감한 적외선 열 센서를 제공하는 것이며 이 같은 센서를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시의 장점은 빠른 에칭이 수행될 수 있으며, 박막이 양호하게 릴리이스되도록 한다는 것이다.

본 발명 실시 예의 장점은 박막의 양호한 릴리이스가 제조 중 그리고 제조 이후에도 박막의 양호한 기계적 무결성과 결합될 수 있다는 것이다.

본 발명 실시 예의 장점은 전형적인 반도체 재가 적외선 열 센서를 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 즉 실리콘 기판이 제조를 위해 사용될 수 있다는 것이다.

본 발명 실시 예의 장점은 박막의 기계적 무결성을 최적으로 유지할 수 있으면서 박막의 양호한 릴리이스가 얻어질 수 있다는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다.

본 발명은 공동 저부 벽이 반도체 기판 연속 표면에 의해 형성되는 공동을 갖는 반도체 기판을 포함하는 적외선 열 센서에 대한 것이다. 상기 적외선 열 센서는 상기 공동 내에 배치되며, 박막으로 입사하는 적외선 방사선에 의해 전달된 열을 수용하도록 적용된 박막을 더욱 포함한다. 상기 박막이 박막을 통해 연장되는 다수의 오프닝을 포함한다. 적외선 열 센서는 또한 반도체 기판 위에서 상기 박막을 서스펜드하기 위한 하나 이상의 비임, 그리고 상기 하나 이상의 비임 내에 배치된 하나 이상의 열전대를 포함한다. 상기 다수의 오프닝은 적외선 열 센서의 제조 중에 상기 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적옹된다. 박막 상부 표면에서, 다수의 오프닝이 4 이상의 종횡비 단면을 가지며, 상기 다수 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1 세트 너비 방향이 반도체 기판의 제1 결정 방향(Y)에 따라 방향이 결정되며, 상기 제1 결정 방향이 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면에 놓인 한 방향에 해당한다. 상기 다수 오프닝 중 제2 세트 너비 방향이 반도체 기판의 제2 결정학적 방향(Z)에 따라 방향이 결정되며, 상기 제1 결정학적 방향(Y) 및 제2 결정학적 방향(Z)이 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면에 놓인 다른 방향에 해당한다.

제1 결정학적 방향(Y) 그리고 제2 결정학적 방향(Z)은 직교할 수 있다.

상기 반도체 기판이 체심 입방 격자구조를 갖는 반도체 재를 포함하며, 상기 제1 결정 방향(Y) 그리고 상기 제2 결정 방향(Z)이 밀러 인덱스 <100>를 갖는 결정 학적 방향에 해당한다.

상기 제1 세트의 오프닝의 오프닝 각각이 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 제2 세트의 오프닝의 하나 이상의 오프닝을 갖는다.

하나 이상의 비임이 박막의 중앙 영역 내 박막에 연결되며, 하나 이상의 비임이 적외선 열 센서 제조 중에 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적용된 다수의 다른 오프닝에 의해 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있다.

박막의 상부 표면에서, 다수의 오프닝 중 오프닝 각각에 대하여, 반도체 기판의 밀집하여 채워진(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝 또는 다수의 또 다른 오프닝의 또 다른 오프닝의 최소 면적 표면 세그먼트를 터치하거나 이들과 겹쳐진다.

박막의 상부 표면에서, 다수의 오프닝 중 오프닝 각각은 4㎛ 이상의 너비를 갖는다.

상기 공동을 밀폐하도록 상기 반도체 기판을 접촉하는 캡을 더욱 포함한다.

센서는 10 mbar 이상의 정해진 압력하에서 상기 공동을 채우는 가스를 포함한다.

상기 박막이 6개 이상의 코너를 갖는 볼록 다각형 또는 둥근 모양을 갖는다.

본 발명은 또한 적외선 열 센서를 제조하는 방법에 대한 것이다. 이 같은 방법은 에칭 정지 층을 포함하는 박막 더미를 반도체 기판 상에 제공한다. 상기 방법은 반도체 기판 위에서 박막을 만들고 서스펜드하기 위한 하나 이상의 비임을 만들도록 박막 더미 패턴닝을 더욱 포함한다.

상기 방법은 또한 에칭 정지 층을 통해 연장되는 상기 박막 더미 내 다수의 오프닝을 형성하여, 박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝의 오프닝 각각이 4이상의 종횡비를 갖는 단면을 갖도록 한다. 이 같은 방법은 또한 상기 박막 아래에서 공동을 에칭하고 하나 이상의 비임이 이방성 식각액을 사용한다. 상기 방법은 상기 하나 이상의 비임에서 하나 이상의 열전대를 제공함을 포함한다. 상기 박막 아래 공동을 에칭하는 것은 반도체 기판의 연속 표면에 의해 정해진 공동의 저부 벽을 형성함을 포함한다. 다수의 오프닝을 형성하는 것은 상기 다수의 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1 세트 오프닝을 제공함을 포함한다. 상기 제1 세트의 너비 방향이 반도체 기판의 제1 결정 방향에 따라 정해지고, 상기 제1 결정 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 방향에 해당한다. 다수의 오프닝을 형성하는 것은 상기 다수의 오프닝 중 제2 세트 오프닝을 제공함을 또한 포함한다. 상기 제1 세트의 너비 방향은 반도체 기판의 제2 결정 방향에 따라 정해지고, 상기 제1 결정학적 방향 그리고 제2 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 방향에 해당한다.

다수의 오프닝을 형성하는 것은 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 제2 세트의 오프닝의 하나 이상의 오프닝을 갖도록 상기 제1 세트의 오프닝의 오프닝 각각을 배치함을 포함한다.

상기 방법은 하나 이상의 비임을 박막의 중앙 영역 내 박막에 연결하도록, 하나 이상의 비임을 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있도록 하기 위해 다수의 또 다른 오프닝을 형성함을 더욱 포함한다.

다수의 오프닝을 형성하는 것은 반도체 기판의 밀집하여 채워된(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝 또는 다수의 또 다른 오프닝의 또 다른 오프닝의 상응하는 최소 면적 표면 세그먼트를 터치하거나 이들과 겹쳐지도록 다수의 오프닝의 오프닝 각각을 배치함을 포함한다.

상기 방법은 상기 공동을 밀폐하도록 상기 반도체 기판을 접촉하는 캡을 제공함을 더욱 포함한다.

상기 방법은 상기 공동을 50mbar 이하의 정해진 압력의 가스로 채움을 더욱 포함한다.

공동을 에칭하는 것이 상기 이방성 식각액으로서 테라메틸 암모늄 수산화물 또는 KOH를 사용함을 포함한다.

본 발명의 특정 및 바람직한 특징은 독립 청구항 및 종속 청구항에서 청구된다. 종속 청구항의 특징은 독립 청구항 특징들과 결합될 수 있으며 다른 종속 청구항의 특징들과도 필요에 따라 결합될 수 있다.

하기에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열 센서를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열 센서를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 열 센서 내 박막을 위한 예시적인 빔 서포트 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서 내 또 다른 예시적인 빔 서포트 장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서 내 제3의 예시적인 빔 서포트 장치를 도시한 도면.
도 6은 도 5에서 도시된 본 발명의 제3 예시적인 실시 예에 따른 열 센서를 위한 중첩된 에칭 영역을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 중첩 에칭 영역을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서의 개략적 측면도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 도시한 도면.
도 10은 슬릿 길이 약 절반의 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제3 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 11은 슬릿 길이의 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제3 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 12는 슬릿 길이 약 1.5 배의 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제3 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 13은 공동 직경의 약 10% 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제2 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 14는 공동 직경의 약 30% 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제2 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 15는 공동 직경의 약 50% 에칭 깊이를 갖는 본 발명의 제2 예시적 실시 예에 따른 열 센서를 위한 에칭 처리 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서 내 작은 수의 오프닝 장치를 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서 내 중간 크기 수의 오프닝 장치를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 열 센서 내 많은 수의 오프닝 장치를 도시한 도면.
도면은 개략적이며 비 제한적인 것이다. 도면에서, 엘리먼트 크기는 확대된 것이며 설명의목적으로 도시된 것이다.
청구항 도면 부호는 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주하지 않아야 한다.
각기 다른 도면에서, 같은 부호는 같거나 유사 엘리먼트를 나타낸다.

본 발명은 일정 도면과 관련하여 그리고 특정 실시와 관련하여 설명되지만, 그 같은 내용에 의해 제한되는 것이 아니며 청구범위에 의해서만 제한되는 것이다. 도면은 개략적이고 비 제한적이다. 도면에서, 엘리먼트 크기는 확대된 것이며 설명의 목적으로 도시된 것이다. 크기와 상대적인 크기는 본 발명의 설명 목적을 위한 것이며 실제 크기에 해당하지 않는다.

또한, 상세한 설명 및 청구범위에서 제1 및 제2 등은 유사한 엘리먼트를 구분하기 위해 사용되며, 일시적이든, 공간적이든, 등급이든 또는 어떤 다른 형식으로든 필요적으로 순서를 나타내기 위한 것은 아니다. 이와 같이 사용된 용어들은 적절한 상황하에서 상호 교환가능하며 본 발명의 실시 예는 설명된 또는 도시된 순서와는 다른 순서로 동작할 수 있기도 하다.

또한, 상세한 설명 및 청구범위에서, 상부, 아래 등은 설명의 목적으로 사용되며, 필요적으로 상대적인 위치를 설명하기 위함이 아니다. 이와 같이 사용된 용어들은 적절한 상황하에서 상호 교환가능하며 본 발명의 실시 예는 설명된 또는 도시된 방향과는 다른 순서로 동작할 수 있기도 하다.

청구범위에서 사용된 용어 "포함하는"은 목록된 수단으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다; 다른 엘리먼트 또는 단계를 배제하지 않는다. 따라서 명시된 특징, 정수, 단계 또는 컴포넌트 또는 이들의 그룹 존재를 명시하는 것으로 해석되며, 그러나 하나 또는 둘 이상의 다른 특징의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A 와 B를 포함하는 장치"는 컴포넌트 A와 B만으로 구성되는 장치로 한정되지 않는다. 본 발명과 관련하여 장치의 관련된 컴포넌트가 A와 B라는 것일 뿐이다.

명세서 전체에서, "실시 예" 또는 "한 실시 예"는 실시 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 한 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 여러 곳에서 "한 실시 예" 또는 "실시 예"는 동일한 실시 예를 언급하는 것이 아니다. 특정한 특징, 구조 또는 특징은 당업자에게 명백한 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 실시 예에서 적절한 방법으로 결합될 수 있다.

이와 유사하게, 본 발명의 예시적 실시 예에서, 본 발명의 다양한 특징이 때때로 단일 실시 예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹으로 되며, 이는 공개를 간소화하고, 하나 또는 둘 이상의 다양한 발명 특징의 이해에 도움이 되도록 하는 것이다. 그러나, 이 같은 공개 방법은 청구된 발명이 청구항 각각에서 명시적으로 인용한 것보다 더욱 많은 특징을 필요로 하는 발명인 것으로 해석하여서는 안 된다. 청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 특징은 단일 실시 예 모든 특징보다 적다. 따라서, 상세한 설명에 뒤이은 청구항들은 이 같은 상세한 설명에 명시적으로 포함되며, 청구항 각각은 스스로 본 발명의 분리 실시 예로서 의미를 갖는다.

또한, 본원 명세서에서 설명된 일정 실시는 일정 특징을 포함하지만, 다른 실시에서 포함된 다른 특징을 포함하지 않으며, 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 다른 실시의 특징 조합은 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 예를 들면, 다음 청구항에서, 청구된 실시 예는 어떠한 조합으로도 사용될 수 있다.

본원 명세서에서 제공된 설명에서, 많은 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 특정 세부 사항과는 무관하게 실시될 수 있다. 그 밖에 주지의 방법, 구조 및 기술은 설명의 명확을 위해 세부적으로 도시되지 않는다.

제1 특징에서, 본 발명은 적외선 열 센서, 가령, 내부에 만들어진 공동을 갖는 반도체 기판을 포함하며, 공동의 저부 벽이 반도체 기판의 연속 표면에 의해 형성되는, 반도체 소자 내에 직접(통합) 하기 위한 적외선 열 픽셀 엘리먼트에 대한 것이다. 또한, 센서는 공동 내에 배치된 박막을 포함하며, 그 속에서 박막이 박막으로 입사되는 적외선 방사선에 의해 전달된 열을 수용하도록 적용된다. 적외선 열 센서는 또한 반도체 기판 위로 박막을 서스펜딩(suspending)하기 위한 하나 이상의 비임을 포함하며, 하나 이상의 열전대가 하나 이상의 비임 내에 배치된다.

상기 박막은 박막을 통해 연장되는 다수의 오프닝을 포함한다. 이 같은 다수의 오프닝은 적외선 열 센서의 제조 중에 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적용된다. 박막의 상부 표면에서, 다수의 오프닝 중 오프닝 각각은 종횡비가 4 이상인 단면을 가지며, 즉 슬릿과 같은 오프닝이다. 또한 이 같이 다수의 오프닝을 갖는 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1 세트의 너비 방향은 반도체 기판의 제1 결정학적 방향에 따라 방향이 정해지며, 상기 제 1 결정학적 방향(crystallographic orientation)은 반도체 기판의 헐겁게 채워진 결정 격자 면에 놓인 방향에 해당한다. 제2 세트의 너비 방향은 반도체 기판의 제2 결정학적 방향에 따라 방향이 정해지며, 상기 제 1 결정학적 방향(crystallographic orientation) 그리고 제2 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진 결정 격자 면에 놓인 각기 다른 방향에 해당한다. 본 발명 실시 예의 장점은 센서가 박막의 양호한 릴리이스를 허용하는 빠른 에칭 처리를 사용하여 제조될 수 있다는 것이다.

도 1에서, 본 발명에 따른 제1 예시적 적외선 열 센서가 도시된다. 이 같은 센서(1)는 공동(3)이 속에 만들어진 반도체 기판(2)을 포함한다. 예를 들면, 반도체 기판은 실리콘, 산화 알루미늄, 석영, 사파이어, 게르마늄, 갈륨 비소 (GaAs), 실리콘과 게르마늄 합금, 또는 인듐 포스 파이드 (InP)와 같은 재료의 얇은 조각을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판은 가령 트랜지스터, 다이오드, 및 열전대와 같은 전자 소자가 집적회로를 형성하도록 배치될 수 있는 기초에 적절할 수 있다. 상기 반도체 기판은 본 발명의 경우 서스펜드된 박막과 같은 마이크로 기계식 구조물을 지지하기 위해 적절할 수 있다. 상기 공동은 20 내지 200㎛, 예를 들면 50 내지 100㎛.범위의, 기판의 상부 표면 평면에 수직인 방향으로 측정되는 깊이를 갖는다.

상기 공동(3)의 저부 벽은 반도체 기판(2)의 연속 표면에 의해 형성된다. 예를 들면, 저부 벽은 공동(3)을 형성하기 위해 기판(2) 내에 만들어진 오목부를 가르킨다. 상기 연속 표면은 구멍이 없는 표면을 가리키며, 가령 공동이 하나 이상의 관통 구멍을 통하여 기판의 두 대향된 주요 표면을 연결시키지 않도록 하고, 가령 후면 에칭 처리에 의해 형성되거나 부분적으로 형성될 수 있다. 상기 연속 표면은 단일 편으로 구성된 단일-연결, 또는 I-연결되며, 통과 구멍을 갖지 않는다. 상기 연속 표면은 단일-연결, 또는 I-연결되며, 가령 상기 표면에서 두 포인트 사이 모든 경로는, 상기 표면 내에 머무는 동안, 두 엔드 포인트를 보존하는 다른 경로로 연속적으로 변형될 수 있는 경로-연결 표면이다. 본 발명 실시 예의 장점은 장치의 처리, 가령 장치의 제조가 쉽게 그리고 효과적으로 수행될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 후면 에칭으로 인해, 공동 내 후면까지 기판을 통과하여 돌출하는 구멍이 만들어지면, 칩에 대한 또 다른 처리가 복잡해질 수 있다. 또한, 후면 에칭 동안, 정면 특징과 배면 특징이 주의하여 정렬될 필요가 있다. 이 같은 정렬은 작은 크기의 센서의 경우 센서의 크기가 감소하는 때 엄청나게 어려울 수 있으며, 예를 들면 센서의 크기가 감소하는 때, 정면과 배면 정렬이 더욱 어려워지게 된다. 후면 에칭 단계는 후면 구멍이 너무 작거나 너무 크지 않도록 주의하여 조정되어야 한다. 또한, 센서 칩이 캐리어에 접착되는 때, 만약 그 같은 구멍이 존재한다면 접착제가 후면 구멍을 통과할 수 있다. 따라서 접착제가 선택적으로 적용되고, 이는 접착제가 균일하게 적용되는 것보다 상황을 곤란하게 한다. 또한, 접착제가 일정 장소에만 적용되는 것은 열이 균일하게 적용되는 것을 줄이며, 따라서 잠정적으로 측정 에러를 일으킨다.

적외선 열 센서(1)는 또한 공동(3) 내에 배치된 박막(4)을 포함한다. 예를 들면, 제조 중에, 상기 박막은 기판 상부 표면에 제공될 수 있으며, 상기 공동은 다음에 이방성 식각액을 사용하여 박막을 언더에칭함에 의해 제공되며, 최종 제품에서 박막이 공동(3) 위에 배치되도록 한다. 그러나, 제조 중에, 기판은 먼저 에칭되어서 공동 제1 부분을 제공할 수 있으며, 이 같은 공동 제1 부분 저부 표면상에 박막이 제공될 수 있고, 공동 제2 부분이 박막을 언더에칭함에 의해 제공되어서, 최종 제품에서 박막이 공동 내에 배치되도록 한다. 공동 제1 부분은 제조가 용이해지는 장점이 있고, 공동 제2 부분은 공동 밀폐의 용이를 제공하는 이점이 있다, 즉, 공동이 플랫 커버링 표면에 의해 밀폐될 수 있다.

상기 박막은 박막(4)으로 입사되는 적외선 방사선에 의해 전달된 열을 수용하도록 적용된다. 예를 들면, 상기 박막은 규소 Si, 가령 가령 질화 규소 Si₃N₄,와 같은 반도체 질소, 및/또는 이산화 규소 SiO₂ 와 같은 반도체 산화물과 같은 증착된 또는 증착되지 않은 반도체 재료를 포함하는 적어도 한 층을 포함한다. 이 같은 반도체 재료는 양호한 열 특성을 포함하는 장점을 가지며 화학적 증기 증착과 같은 표준 마이크로 제조 방법을 사용하여 용이하게 증착될 수 있다. 또한 제조 중에 사용된 식각액 특성에 따라, 적어도 한 층의 박막이 가령 이산화 규소 층, 질화 규소 층 또는 p-도핑 규소 층과 같은 에칭 정지 층이 되어, 이방성 식각액이 박막 재료를 제거하지 못하도록 한다. 특별히 간단한 실시 예에서, 실리콘 기판의 정면 표면은 에칭 정지 층으로서 작용하도록 p-도핑될 수 있으며, 박막은 이 같이 도핑된 표면 영역을 패턴닝하고 에칭함에 의해 형성될 수 있다.

상기 박막은 1 ㎛ 내지 10 ㎛,, 예를 들면 2 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위, 가령 3㎛의 수 마이크로미터 두께를 갖는다. 상기 박막은 100 ㎛ 내지 1 mm, 예를 들면 300 ㎛ 내지 600 ㎛,, 가령 450 ㎛의 직경을 갖는다. 상기 박막은 직사각형과 같은 적절한 형상을 하며, 또는 상기 박막은 둥근 형상 또는 6 개 이상의 모서리를 갖는 볼록한 다각형 형상을 갖는다. 예를 들면, 도 1은 원형 박막을 도시한다. 도 1은 또한 설명의 목적으로, 예를 들면 아래에서 설명되는 오프닝을 염두에 두지 않고, 제조중이 이방성 에칭만이 박막의 원주위 포인트들로부터 시작해서 발생된다면 베이스에서 식각된 공동의 예시적인 형상(11)을 도시한다.

적외선 열 센서(1)는 또한 반도체 기판(2)으로 박막(4)을 서스펜드하기 위해 하나 이상의 비임(8)을 더욱 포함하며, 하나 이상의 열전대(9)가 하나 이상의 비임(8)에서 배치된다. 상기 하나 이상의 비임(8)은 박막(4)의 가장자리 영역에서 연결되며, 도 1에서 도시된 바와 같이 박막의 가장자리에 연결될 수 있다. 비임의 수와 비임의 배치는 당업자가 알 수 있는 바와 같이 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 1이 대략 90°각도로 배치된 4개 비임을 도시하지만, 도 5는 4개 그룹의 비임이 서로 대략 90°의 각도로 배치되며, 각 그룹은 가령 4개인 다수의 비임을 포함한다. 또한, 비임 각각은 반도체 기판의 헐겁게 채워진 수정 격자 면에 놓인 방향을 따라 또는 이에 인접하여 배치되며, 가령 그와 같이 바람직한 에칭 방향으로부터 10°범위 내에 있을 수 있다.

공동의 풋 프린트 영역을 변경시키지 않고 비임의 길이를 증가시키는 것은 바람직하다. 이는 도 8에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 공동이 높은 진공 공동, 예를 들면 박막과 공동위로 제공된 캡(15) 아래 밀봉된 진공인 것이 특히 바람직하다. 이 같은 실시 예에서, 박막의 표면을 통한 열 손실은 가스 대류와 전도를 통해 발생되지 않으며, 우세한 열 손실 경로가 비임의 열 전도를 통해 있게된다. 도 3은 상기 비임이 일직선이 아니며 박막 주위에서 구부려진, 예를 들면 공동 영역을 증가시키지 않고 비임 길이을 증가시키기 위해 박막 주위에서 구부려진, 가령 직각으로 구부려진 예시적인 실시 예를 도시한다.

그러나, 다른 실시 예에서, 하나 이상의 비임(8)은 박막(4)의 바깥 측 가장자리로부터 떨어져 위치한 연결 영역에서 박막(4)에 연결될 수 있으며, 가령 하나 이상의 비임이 박막에 의해 둘러싸이며, 하나 이상의 비임이 박막의 중앙 영역에서 박막에 연결된다. 본 발명의 실시 예에 따라 비임을 중앙으로 연장하는 것은 열 저항이 증가하는 장점을 갖는다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 하나 이상의 비임(8)이 적외선 열 센서 제조 중에 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적용된 하나 이상의 오프닝에 의해 박막(4)으로부터 측면방향으로 떨어져 있다. 따라서, 비임의 길이는 박막의 양호한 구조적 지지를 유지하는 동안 간단한 방법으로 증가될 수 있다. 또한 박막은 상기 공동에 의해 커버된 영역과 관련하여 큰 영역을 커버하는 장점을 더욱 가지며, 가령 박막으로 입사하는 적외선 방사선에 대한 양호한 민감도가 달성되도록 한다.

하나 이상의 비임(8)이 적외선 열 센서(1) 제조 중에 공동(3)을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적용된 다수의 다른 오프닝에 의해 박막(4)으로부터 측면방향으로 떨어져 있다. 예를 들면, 도 2에서 도시된 바와 같이, 비임 각각은 두 개의 측면 방향 오프닝을 가지며 비임을 박막으로부터 멀리 떨어지게 한다. 도 2는 도 4에서 도시된 실시 예에서 약 90도의 오프셋 각도로 균일하게 분산된 4개의 와이드 비임을 도시하며, 상기 비임은 두 비임의 그룹으로 배치되고, 상기 그룹들은 서로 90도 각도로 배치된다.

하나 이상의 열전대(9)는 단일의 전압 차를 발생시키도록 적용되며, 이는 고온 접합과 냉각 접합 사이 온도 차에 해당하고, 가령 반도체 기판의 온도인, 벌크 기준(bulk reference)과 관련하여 입사되는 적외선 방사선으로 인해 박막의 온도 증가를 나타낸다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따라, 박막(4)이 박막(4)을 통해 연장되는 다수의 오프닝(5, 6)을 포함한다. 이 같이 다수의 오프닝(5, 6)은 에틸렌 디아민 파이로카테콜(pyrochatechol)(EDP) 및 물, 테트라 메틸 암모늄 하이드 록 사이드 (TMAH) 또는 수산화 칼륨 (KOH)과 같은 이방성 식각액이 통과하도록 적용되며, 적외선 열 센서(1)의 제조 중에 공동(3)을 에칭하도록 한다. 특히, 공동(3)이 예를 들면 오프닝(5, 6)에 의해 용이 해진 정면 에칭과 같은 언더에칭 처리에 의해 제조 중에 에칭된다. 박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝의 오프닝 각각이 4 이상의 종횡비를 갖는 단면을 가지며, 오프닝이 선형 슬릿과 같은 긴 오프닝일 수 있다. 예를 들면, 이 같은 긴 오프닝은 4 ㎛ 또는 그 이하의 너비와 40 ㎛ 이상의 길이를 가지며, 예를 들면 5 ㎛ 의 너비와 50 ㎛의 길이 또는 10 ㎛의 너비와 100 ㎛의 길이를 갖는다. 상기 오프닝은 10 ㎛, 가령 15 ㎛ 또는 30 ㎛의 거리 떨어져 있다. 따라서, 박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝(5, 6)의 오프닝 각각은 4 ㎛ 또는 그 이하의 너비를 갖는다.

다수의 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝으로 이루어진 제1 세트(5)의 너비 방향, 가령 단면의 가장 작은 크기를 따라 정해진 방향은 반도체 기판의 제1 결정학적 방향(Y)에 따라 방향이 정해진다. 이 같은 제1 결정학적 방향(Y)은 반도체 기판의 헐겁게 채워진 결정 격자 면에 놓인 방향에 해당한다. 따라서, 제1 결정학적 방향은 바람직한 에칭 방향에 해당하며, 격자 구조에 대한 가장 바람직한 에칭 방향에 해당하고, 이와 같은 격자 구조에서 이방성 식각액에 의한 에칭 속도는 이방성 식각액이 최소 에칭 속도로 진행되는 방향으로 에칭 속도 보다 5 배 이상 빠른 높은 속도로 진행된다. 이 같은 높은 속도는 예를 들면 최대 속도, 예를 들면 다른 방향 에칭 속도에 대한 최대 에칭 속도이다. 예를 들면, 이 같은 제1 결정학적 방향(Y)은 실리콘 액정 구조와 같은 반도체 구조의 입방 격자 구조 방향에 해당한다.

또한, 도 1에서 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 실시 예에서, 다수 오프닝의 제2 세트 너비 방향은 반도체 기판의 제2 결정학적 방향의 방향일 수 있다. 상기 제1 결정학적 방향(Y) 그리고 제2 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진 결정 격자 면으로 놓인 다른 방향에 해당한다. 따라서, 제2 결정학적 방향은 상기 격자 구조에 대한 바람직한 에칭 방향에 해당하며, 이 같은 구조에서 이방성 식각액에 의한 에칭은 높은 속도로 진행되지만, 제1 결정학적 방향과 제2 결정학적 방향은 상당히 다를 수 있으며, 적어도 50°의 각도만큼 분리될 수 있다. 본 발명 실시 예의 장점은 제조 중에 그리고 제조 후에 박막의 양호한 릴리이스가 박막의 양호한 기계적 무결성과 결합될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 실시 예에서, 제1 결정학적 방향과 제2 결정학적 방향이 대략 직교이거나, 직교일 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 결정학적 방향은 실리콘의 결정 구조와 같은 반도체 기판의 중심 본체 입방 격자 구조(body centred cubic lattice structure) 에서, 가령 [010] 및 [001] 방향과 같은 밀러 인덱스 <100>을 갖는 다른 결정학적 방향에 해당한다. 따라서, 본 발명 실시 예 장점은 적외선 열 센서를 제조하기 위해 통상의 반도체 재료가 사용될 수 있으며, 가령 실리콘 기판이 제조를 위해 사용될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 실시 예에서, 제1 세트의 오프닝(5)의 오프닝 각각은 가장 가까운 이웃하는 오프닝으로서 제2 세트의 오프닝(6)의 하나 이상의 오프닝을 갖는다는 것이다. 따라서, 박막의 양호한 릴리이스가 박막의 기계적 완결성을 유지하면서 제조 중에 언더에칭에 의해 얻어질 수 있다. 또한, 높은 에칭 속도가 큰 표면적을 통해 열을 수용하고 저장하는 동안 얻어질 수 있다.

박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝(5, 6)의 오프닝 각각 및/또는 만약 존재한다면 또 다른 오프닝(7) 각각에 대하여, 예를 들면 실리콘 기판 내 {111} 평면으로 놓인 <011> 방향을 따라, 반도체 기판의 밀집하여 채워진(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝 또는, 청구항 6항에서 청구하는바, 다수의 또 다른 오프닝의 최소 면적 표면 세그먼트를 터치하거나 이들과 겹쳐진다. 이는 도 5에서 또한 도시된 예시적 실시 예에 대하여 도 6에서 설명되며, 도 2의 제2 실시 예에 대하여 도 7에서 설명된다. 이 같이 밀집하여 채워진 결정 격자 평면에 놓인 라인들에 의해 둘러싸인 오프닝을 둘러싸는 최소 표면 세그먼트는 작은 마진만큼 이웃하는 최소 면적 표면 세그먼트와 겹쳐져서 도 6과 도7에서 도시된다. 이웃하는 표면 세그먼트를 터치하고 겹치게 함에 의해, 이웃하는 공동을 결합함에 의해 에칭이 효과적으로 진행되며, 최소 면적 표면 세그먼트에 의해 둘러싸인 에칭되지 않은 재료의 볼록한 영역(13)이 제조 중에 이방성 식각액에 의해 에칭되도록 한다.

도 8에서, 실시 예에 따른 적외선 열 센서(1)가 종래 기술에서 적외선 센서를 밀봉하기 위한 종래 기술로서 알려진 바와 같이, 공동(3)을 밀봉하기 위해 반도체 기판을 접촉하는 캡(15)을 포함한다. 상기 적외선 열 센서는 예를 들면 약 10mbar의 정해진 압력하에서 가령 밀봉된 공동과 같은 공동을 채우는 가스를 포함한다. 그러나, 다른 실시 예에서, 상기 캡(15)은 가령 10 mbar 내지 10^-2 mbar 범위의 높은 진공과 같은 높은 품질 진공을 공동 내에 유지시킬 수 있다.

적외선 열 센서(1)는 또한 가령 하나 이상의 열전대에 의해 제공된 신호 전달, 증폭, 및/또는 처리를 위한 전자장치와 같은, 당해 분야에서 알려진 다른 컴포넌트를 포함한다. 당업자에게 알려진 바와 같은 열전대를 위한 선택적 컴포넌트의 또 다른 예는 적외선 방사선이 박막에 도달하도록 하는 동안, 가령 적외선 방사선으로부터 벌크 기판을 어둡게 하기 위하여, 적외선 방사선을 시준 하기 위한 구멍 층(16)이다.

두 번째 특징으로, 본 발명은 또한 적외선 열 센서를 제조하기 위한 방법에 대한 것이다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그와 같은 방법(20)을 설명한다. 상기 방법(20)은 가령 실리콘 웨이퍼 기판과 같은 반도체 기판 위에 박막 더미를 제공함(21)에 대한 것이며, 상기 박막 더미는 에칭 정지 층, 실리콘 이산화물 층 또는 질소층을 포함하며, 예를 들면, 앞서 본 발명의 첫 번째 특징의 박막에 대한 설명에서 설명한 바와 같은 것이다. 박막 더미에 대하여, 이 같은 더미는 예를 들어 에칭 정지 재로서 적절한 단일 층만으로 구성되고 열 센서를 제조하는 것으로서 알려진 적절한 열적, 기계적, 그리고 화학적 특성을 갖는 다수 층으로 구성된 한 층 이상의 재료를 포함하는 것으로 당업자에게 알려져 있다.

상기 방법(20)은 반도체 기판 위에서 박막을 만들고 서스펜드하기 위한 하나 이상의 비임을 만들도록 박막 더미 패턴을 만듦(22)을 포함한다. 예를 들면, 상기 패터닝은 포토 석판인쇄 방법을 적용함을 포함한다. 이 같은 패터닝은 다음에 설명하는 바와 같이, 박막 더미 내에 다수 오프닝을 형성하는 단계를 포함하며, 예를 들면, 단일 마스크가 박막 더미로 적용되어서 오프닝, 박막 윤곽 그리고 비임 윤곽을 만들도록 하고, 전자 컴포넌트, 전도성 경로 또는 다른 마이크로 기계 구성의 일부와 같은 장치의 또 다른 특징을 만들도록 한다.

상기 방법(20)은 또한 에칭 정지 층을 통해 연장되는 상기 박막 더미 내 다수의 오프닝을 형성하여, 박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝의 오프닝 각각이 4이상의 종횡비를 갖는 단면을 갖도록 함(23)을 포함한다. 다수의 오프닝을 형성하는 것은 상기 다수의 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1 세트 오프닝을 제공함(24)을 포함하며, 상기 제1 세트의 너비 방향이 반도체 기판의 제1 결정학적 방향에 따라 정해진다. 상기 제1 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 방향에 해당한다. 예를 들면, 오프닝을 제공하기 위한 석판인쇄 단계는 예를 들면 웨이퍼 플랫과 같은 결정학적 방향 인디케이터와 정렬되어, 이 같은 제1 결정학적 방향에 따라 오프닝 방향을 정하도록 한다.

다수의 오프닝을 형성하는 것은 또한 상기 다수의 오프닝 중 제2 세트 오프닝을 제공함(25)을 포함하며, 상기 제2 세트의 너비 방향이 반도체 기판의 제2 결정학적 방향에 따라 정해지고, 상기 제1 결정학적 방향 그리고 제2 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 각기 다른 방향에 해당한다.

다수의 오프닝을 형성하는 것은 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 제2 세트의 오프닝의 하나 이상의 오프닝을 갖도록 상기 제1 세트의 오프닝의 오프닝 각각을 배치함을 포함하다. 예들 들면, 상기 오프닝은 박막의 타일링(tiling)에 따라 제공되며, 이 같은 타일링이 제1 방향과 제2 방향 사이에서 교대하고, 상기 타일링은 제1 방향의 타일(tile), 오프닝이 없는 타일, 제2 방향의 타일 그리고 오프닝이 없는 타일 사이에서 교대한다. 이 같은 타일링 순서는 두 방향, 즉 두 직교 방향으로 적용될 수 있다.

상기 방법은 또한 하나 이상의 비임을 박막의 중앙 영역 내, 즉 박막의 가장자리로부터 멀리 떨어진 영역 내 박막에 연결하도록, 하나 이상의 비임을 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있도록 하기 위해 다수의 또 다른 오프닝을 형성함(26)을 포함하기도 한다.

상기 방법(20)은 예를 들어 박막과 하나 이상의 비임을 언더에칭하는 것과 같이, 박막 아래 공동 그리고 하나 이상의 비임을 이방성 식각액을 사용하여 에칭함(27)을 포함한다. 이 같은 에칭은 정면 에칭을 포함하며, 예를 들면, 식각액이 예를 들어 상부로부터 오프닝을 관통하여 작용하는 것과 같이, 박막의 상부에서 초기 애플리케이션 체적으로부터 작용할 수 있다. 공동을 에칭함은 이방성 식각액으로서 테트라메틸 암모늄 수산화물(TMAH)을 포함할 수 있다. 이 같은 식각액은 알칼리 이온을 포함하지 않으며, 이 같은 식각액이 CMOS 소자 제조와 호환성이 있도록 한다. 비록 박막의 식각액이 CMOS 호환성을 직접 요구하지는 않으나, TMAH 또한 뒤이어 같은 장치 또는 같은 제조 환경에서 수행되는 CMOS 제조 단계와 같은 다른 제조 공정에 오염을 주는 위험을 가하지 않는 장점을 준다. 가령 10:1 내지 35:1 범위로 TMAH 실리콘 평면 선택도가 사용되어 제1 또는 제2 결정학적 방향을 만들도록 사용될 수 있다. 상기 박막 더미는 가령 이와 같은 실시 예를 위한 에칭 정지 층으로서 실리콘 이산화물 SiO₂ 포함한다.

선택적으로, 상기 공동을 에칭하는 것은 수산화 칼륨(KOH)를 사용함을 포함하며, 가령, 이방성 실리콘 평면 선택성 <110> : <100> : <111> = 600 : 400 : 1이 사용되어 제1 및 제2 결정학적 방향을 만들도록 하고, 그리고 상기 박막 더미는 에칭 정지 층으로서 Si₃N₄ 또는 바람직하게 SiO₂ 를 포함한다.

또 다른 예시적 식각액으로서, 에틸렌 디아민 파이로카테콜(pyrochatechol) (EDP) 및 물이 사용될 수 있고, 예를 들면 실리콘 내 평면 선택도 <100>:<111> = 35:1를 가지며, 그리고 이산화 규소가 적절한 에칭 정지 층으로서 사용될 수 있다.

다수의 오프닝을 형성하는 것이, 박막의 상부 표면에서, 다수의 오프닝 중 오프닝 각각에 대하여, 반도체 기판의 밀집하여 채워진(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝 또는 다수의 또 다른 오프닝의 최소 면적 표면 세그먼트를 터치하거나 이들과 겹쳐지도록, 다수의 오프닝 중 오프닝 각각을 배치함을 포함하며, 또는 그와 같은 다수의 또 다른 오프닝의 다른 오프닝이 제공된다. ,

상기 방법(20)은 적어도 한 비임 내 하나 이상의 열전대를 제공함(28)을 더욱 포함한다.

상기 방법(20)은 또한 상기 공동을 밀폐하도록 상기 반도체 기판을 접촉하는 캡(15)을 제공함(29)을 포함한다. 상기 방법(20)은 또한 공동을 50mbar 이하의 정해진 압력으로 채움을 더욱 포함한다. 선택적으로, 상기 방법(20)은 공동 내 진공을 제공함을 포함한다.

도 10 내지 12는 도 5 및 6에서 도시된 장치에 대한 언더-에칭 처리 시뮬레이션을 설명한다. 도 10은 TMAH 식각액을 적용한 뒤 10분 후 에칭된 체적을 도시하며, 결국 슬릿 길이 약 절반 깊이를 만든다. 도 11 및 12는 각각 30분 및 50분 후 에칭된 체적을 도시하며, 대략 슬릿 길이 그리고 슬릿 길이 1.5 배의 깊이를 만듦을 도시한다. 또 다른 예로서, 도 13 내지 도 15는 도 2 및 도 7에서 도시된 장치에 대한 언더-에칭 처리 시뮬레이션을 설명한다. 도 13은 TMAH 식각액을 적용한 후 10분 뒤 에칭 체적을 도시하며, 결국 픽셀 길이 약 10% 깊이를 만든다. 도 14 및 도 15는 각각 30분 및 50분 후 에칭 체적을 도시하며 픽셀 길이의 약 30 및 50% 깊이를 만든다. 따라서, 박막과 비임의 빠르고 양호한 분리가 본 발명의 실시 예에 따라 달성될 수 있음을 알 수 있다.

도 16 내지 18은 박막에서 제공된 오프닝의 수와 길이를 변화시키는 영향을 설명한다. 이 같은 오프닝은 주어진 제약 조건에 비추어 가능한 한 긴 것이 바람직하다. 상대적으로 짧은 오프닝은 도 16 내지 18에서 도시된 사각 면적과 같은 상기 설명된 최소 면적 표면 세그먼트의 더욱 큰 중첩 요구로 인해 덜 효율적이다. 이 같은 중첩은 추가 면적을 제공하며, 이를 통해 식각액을 제거하기 위해 기판 재에 효과적으로 작용할 수 있다. 비록 최소 면적 표면 세그먼트가 서로 터치하여서 세그먼트들 사이의 에칭 처리의 적당한 오버플로우가 오프닝이 존재하지 않는 폐쇄된 볼록한 영역 내로 흐르도록 허용할 지라도 중첩이 꼭 필요한 것은 아니다. 그러나, 상기 중첩은 작은 오프닝에 더욱 중요할 수 있는 얼마간의 중복을 제공할 수 있다. 오프닝의 너비가 예를 들면 처리 제약 조건에 의해 정해져서 일정하게 유지된다고 가정하면, 이 같은 오프닝을 통해 작용하는 식각액에 의해 에칭되어질 최소 면적 표면 세그먼트와 비교하여 이 같은 오프닝의 면적은 더욱 짧은 슬릿에 더욱 클 것이다. 그러나, 상기 오프닝은 너무 길지 않아야 하는 데, 너무 길면 최소 표면 세그먼트가 에칭 처리에 따라서는 충분히 식각되지 않을 것이기 때문이다.

도 16 내지 도 18은 354 ㎛ 의 직경, 그리고 98422.96 μ㎡의 오프닝이 디스카운트된 박막을 도시한다. 이 같은 오프닝은 8㎛ 너비의 슬릿이다. 도 16은 174㎛ 길이의 4개 슬릿을 도시한다. 도 17은 103㎛ 길이의 9개 슬릿을 도시하며, 도 18은 50㎛ 길이의 37개 슬릿을 도시한다. 이들 도면은 5568 μ㎡, 7416 μ㎡, 그리고 14800 μ㎡의 오프닝 면적에 각각 해당한다. 가장 긴 슬릿을 갖는 디자인이 면적에 있어 가장 효율적이지만 사각형은 그 같은 처리로 인해 완전히 에칭되지 않을 것이며, 중간 범위 슬릿 길이가 전체적으로 더욱 효과적인 디자인이 되도록 할 것이다.

Claims (15)

1. - 공동(3) 저부 벽이 반도체 기판(2)의 연속 표면에 의해 형성되는 공동(3)을 갖는 반도체 기판(2);
   - 상기 공동(3) 내에 배치되며, 입사하는 적외선 방사선에 의해 박막(4)으로 전달된 열을 수용하도록 적용된 박막으로서, 상기 박막이 박막을 통해 연장되는 다수의 오프닝(5, 6)을 포함하는 박막(4);
   - 반도체 기판(2) 위에서 상기 박막(4)을 서스펜드하기 위한 하나 이상의 비임(8), 그리고
   - 상기 하나 이상의 비임(8) 내에 배치된 하나 이상의 열전대(9)를 포함하며,
   - 상기 다수의 오프닝이 적외선 열 센서(1)의 제조 중에 상기 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 되고,
   박막 상부 표면에서, 다수의 오프닝이 4 이상의 종횡비 단면을 가지며,
   상기 다수 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1 세트 너비 방향이 반도체 기판(2)의 제1 결정학적 방향(Y)에 따라 방향이 결정되며, 상기 제1 결정학적 방향이 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면에 놓인 한 방향에 해당하고, 그리고
   상기 다수 오프닝 중 제2 세트 너비 방향이 반도체 기판의 제2 결정학적 방향(Z)에 따라 방향이 결정되며, 상기 제1 결정학적 방향(Y) 및 제2 결정학적 방향(Z)이 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면에 놓인 각기 다른 방향에 해당하며,
   상기 오프닝이 10㎛ 이상의 거리씩 떨어져 있으며, 상기 다수의 오프닝의 오프닝 각각이 5㎛ 이하의 폭을 가짐을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
2. 제1항에 있어서, 제1 결정학적 방향 그리고 제2 결정학적 방향이 직교함을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
3. 제2 항에 있어서, 상기 반도체 기판(2)이 체심 입방 격자구조를 갖는 반도체 재를 포함하며, 상기 제1 결정학적 방향(Y) 그리고 상기 제2 결정학적 방향(Z)이 밀러 인덱스(Miller index)<100>를 갖는 결정학적 방향에 해당함을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 세트의 오프닝의 오프닝 각각이 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 제2 세트의 오프닝의 하나 이상의 오프닝을 가짐을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 비임이 박막의 중앙 영역 내 박막에 연결되며, 하나 이상의 비임이 적외선 열 센서 제조 중에 공동을 에칭하기 위해 이방성 식각액을 통과시키도록 적용된 다수의 다른 오프닝에 의해 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
6. 제1 항에 있어서, 박막의 상부 표면 내, 다수의 오프닝 각 각에서, 반도체 기판의 밀집하여 채워진(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝을 터치하거나 이들과 겹쳐지고, 또는 상기 제1 세트 오프닝 중 오프닝 각각이 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 하나 이상의 제2 세트의 오프닝을 가짐을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
7. 제1 항에 있어서, 상기 공동을 밀폐하도록 상기 반도체 기판을 접촉하는 캡을 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
8. 제1 항에 있어서, 상기 박막이 6개 이상의 코너를 갖는 볼록 다각형 또는 둥근 모양을 가짐을 특징으로 하는 적외선 열 센서.
9. - 에칭 정지 층을 포함하는 박막 더미를 반도체 기판상에 제공하고(21);
   - 반도체 기판 위에서 박막을 만들고 서스펜드하기 위한 하나 이상의 비임을 만들도록 박막 더미 패턴을 만들고(22),
   - 에칭 정지 층을 통해 연장되는 상기 박막 더미 내 다수의 오프닝을 형성하여(23), 박막의 상부 표면에서, 다수 오프닝의 오프닝 각각이 4이상의 종횡비를 갖는 단면을 갖도록 하며,
   - 상기 박막과 하나 이상의 비임 아래에서 이방성 식각액을 사용하여 공동을 에칭하고(27), 그리고
   - 상기 하나 이상의 비임에서 하나 이상의 열전대를 제공하고(28),
   상기 박막 아래 공동을 에칭하는 것(27)이 반도체 기판(2)의 연속 표면에 의해 정해진 공동(3)의 저부벽을 형성함을 포함하며,
   - 다수의 오프닝을 형성하는 것(23)이 상기 다수의 오프닝 중 두 개 이상의 오프닝을 포함하는 제1세트 오프닝을 제공함을 포함하며, 상기 제1세트의 너비 방향이 반도체 기판의 제1 결정학적 방향(Y)에 따라 정해지고, 상기 제1 결정학적 방향은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 방향에 해당하고, 그리고
   - 다수의 오프닝을 형성하는 것이 상기 다수의 오프닝 중 제2세트 오프닝을 제공함을 포함하며, 상기 제2세트의 너비 방향이 반도체 기판의 제2 결정학적 방향(Z)에 따라 정해지고, 상기 제1 결정학적 방향(Y) 그리고 제2 결정학적 방향(Z)은 반도체 기판의 헐겁게 채워진(loosely packed) 결정 격자 면 내에 놓인 각기 다른 방향에 해당하며,
   상기 오프닝이 10㎛ 이상의 거리씩 떨어져 있으며, 상기 다수의 오프닝의 오프닝 각각이 5㎛ 이하의 폭을 가짐을 특징으로하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 다수의 오프닝을 형성하는 것이 가장 가까운 이웃 오프닝으로서 제2세트의 오프닝의 하나 이상의 오프닝을 갖도록 상기 제1세트의 오프닝의 오프닝 각각을 배치함을 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
11. 제 9항에 있어서, 하나 이상의 비임을 박막의 중앙 영역 내 박막에 연결하도록, 하나 이상의 비임을 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있도록 하기 위해 다수의 또 다른 오프닝을 형성함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
12. 제 9항에 있어서, 다수의 오프닝을 형성하는 것이 다수의 오프닝 각각을 배치함을 포함하고, 반도체 기판의 밀집하여 채워진(packed) 결정 격자 평면 내에 놓인 라인에 의해 둘러싸이는 최소 면적 표면 세그먼트가 다수의 오프닝 중 또 다른 오프닝의 상응하는 최소 면적 표면 세그먼트를 터치하거나 이들과 겹쳐지도록 하며, 또는 하나 이상의 비임을 박막으로부터 측면방향으로 떨어져 있도록 하기 위해 다수의 또 다른 오프닝을 형성함을 더욱 포함하며, 하나 이상의 비임을 박막의 중앙 영역 내 박막에 연결하도록 함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
13. 제 9항에 있어서, 상기 공동을 밀폐하도록 상기 반도체 기판을 접촉하는 캡을 제공함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 공동을 50mbar 이하의 정해진 압력으로 채움을 더욱 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.
15. 제 9항에 있어서, 공동을 에칭하는 것이 상기 이방성 식각액으로서 테라메틸 암모늄 수산화물 또는 KOH를 사용함을 포함함을 특징으로 하는 적외선 열 센서를 제조하는 방법.

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