KR102654906B1 - 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 실시 예는 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈은 기판; 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 볼로미터 픽셀을 포함하는 볼로미터 어레이; 상기 볼로미터 픽셀 사이를 이격하는 격벽; 상기 볼로미터 어레이 및 상기 격벽 상에 배치되는 적외선 투과층;을 포함하고, 상기 격벽은 적외선 흡수물질을 포함한다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈은 기판; 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 볼로미터 픽셀을 포함하는 볼로미터 어레이; 상기 볼로미터 픽셀 사이를 이격하는 격벽; 상기 볼로미터 어레이 및 상기 격벽 상에 배치되는 적외선 투과층;을 포함하고, 상기 격벽은 적외선 흡수물질을 포함한다.
Description
본 실시 예는 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열화상 감지 모듈은 일반적으로 대상체로부터 방출되는 적외선을 감지하는 것으로, 감시 카메라, 의료용 장비. 고열증상 환자 탐지 등에 이용된다. 특히 이러한 열화상 감지 모듈은 마이크로 볼로미터 어레이(Micro Bolometer Array: MBA)를 포함한다. 이러한 마이크로 볼로미터 어레이는 적외선을 높은 해상도로 영상화 할 수 있고 소형화된 장비에 탑재될 수 있어 그 쓰임새가 다양하다.
그러나, 마이크로 볼로미터 어레이를 구성하는 픽셀의 크기가 소형화됨에 따라 센서 간 입사광에 의한 간섭도가 높아지며 그에 따른 감지도가 저감되는 현상이 나타나게 된다. 즉, 센서의 소형화에 따라 이격 간격이 줄어들면서. 광의 입사가 이웃하는 센서에도 영향을 미치게 되며, 그에 따른 일부 광이 노이즈로 감지된다.
이러한 경우 센서는 입사되는 광은 감소하게 되고, 노이즈로 분류되는 광에 따른 감지 성능은 현저하게 감소되어 상기 모듈을 포함하는 카메라 장치의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 실시 예는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로 본 실시 예의 목적은 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 실시 예는 열화상 감지 모듈을 구성하는 센서들의 감지 성능 및 효율을 증대시키기 위한 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한 본 실시 예는 센서간 간섭을 최소화할 수 있는 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한 본 실시 예는 열화상 모듈 제조 시 희생층 제거를 위한 구성을 최소화 함으로써, 감지층의 손상을 저감할 수 있는 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한 본 실시 예는 열화상 모듈 제조에 따른 공정을 간소화하면서도, 감지 효과를 증가시킬 수 있는 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈은 기판; 상기 기판 상에 소정 간격 이격되어 배치되는 볼로미터 픽셀을 포함하는 볼로미터 어레이; 상기 볼로미터 픽셀 사이를 이격하는 격벽; 상기 볼로미터 어레이 및 상기 격벽 상에 배치되는 적외선 투과층;을 포함하고, 상기 격벽은 적외선 흡수물질을 포함한다.
상기 격벽은 상기 볼로미터 픽셀로부터 이격된 일측과 타측에 배치될 수 있다.
상기 격벽과 상기 적외선 투과층 사이에 캡핑층을 포함할 수 있다.
상기 캡핑층 하부에 배치되는 희생층; 을 포함하고, 상기 캡핑층은 상기 희생층을 제거하기 위한 관통홀;을 포함할 수 있다.
상기 관통홀은 상기 볼로미터 픽셀과 상기 격벽 사이에 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 격벽에 대응하는 위치에 상기 캡핑층의 두께로 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 격벽 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
상기 격벽 물질은 이산화규소(SiO2), 탄소(Carbon) 계열 물질을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈의 제조 방법은 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층에 소정 간격 이격되어 배치되는 볼로미터 픽셀을 포함하는 볼로미터 어레이를 배치하는 단계; 상기 볼로미터 픽셀 사이에 상기 희생층을 관통하는 제1 관통홀을 형성하는 단계; 상기 제1 관통홀에 적외선 흡수 물질을 충전하는 단계;
상기 희생층 상면에 캡핑층을 형성하는 단계; 상기 캡핑층 상면에 적외선 투과층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제1 관통홀은 상기 볼로미터 픽셀과 이격되어 상기 볼로미터 픽셀의 일측 및 타측에 배치될 수 있다.
상기 희생층은 상기 볼로미터 어레이가 배치되는 제1 희생층; 상기 볼로미터 어레이와 상기 캡핑층 사이에 배치되는 제2 희생층;을 포함할 수 있다.
상기 캡핑층에 제2 관통홀을 형성하는 단계; 상기 제2 관통홀을 통해 상기 희생층을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 관통홀은 상기 볼로미터 픽셀과 상기 제1 관통홀 사이에 형성될 수 있다.
상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
상기 제1 관통홀에 적외선 흡수 물질을 충전하는 단계는 상기 희생층 상면에 적외선 흡수 물질을 도포하는 단계; 상기 제1 관통홀에 상기 적외선 흡수 물질을 충전하고, 상기 희생층 상면의 적외선 흡수 물질을 식각하는 단계;를 포함하고, 상기 캡핑층은 상기 적외선 흡수 물질이 식각된 상기 희생층의 상면에 형성될 수 있다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, 센서들을 분리하고 구획하기 위한 격벽을 구성하고, 상기 격벽의 물질을 특성화하여 센서들간의 간섭을 최소화하면서 감지 성능을 향상 시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법에 따르면, 모듈 제조 시 형성된 희생층의 제거를 위한 공정 효율을 증가시키며, 센서의 손상을 최소화 할 수 있다.
본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시 예들의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 볼로미터 평면도이다.
도 2는 도 1의 볼로미터로 구성되는 볼로미터 어레이의 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈에 포함되는 마이크로 볼로미터의 단면 예시도이다.
도 4 내지 도 12는 일 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 13 내지 도 21은 다른 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 1은 실시 예에 따른 볼로미터 평면도이다.
도 2는 도 1의 볼로미터로 구성되는 볼로미터 어레이의 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈에 포함되는 마이크로 볼로미터의 단면 예시도이다.
도 4 내지 도 12는 일 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
도 13 내지 도 21은 다른 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시 예를 상세하게 설명한다.
또한, 본 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 볼로미터 평면도이고, 도 2는 도 1의 볼로미터로 구성되는 볼로미터 어레이의 예시도이고, 도 3은 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈에 포함되는 마이크로 볼로미터의 단면 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 볼로미터는 볼로미터층(101), 기판(10), 전극(102, 103), 반사층(104), 제1 앵커(A1) 및 제2 앵커(A2)를 포함한다.
기판(ROIC: Read Out IC)(10)은 판독회로가 형성된 실리콘 기판일 수 있다. 이때 전극은 판독회로와의 입출력(IO)단자 역할을 수행하기 위하여 판독회로에 형성된 금속 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
반사층(104)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 반사층(104)은 입사되는 적외선을 반사하여, 반사 적외선을 생성할 수 있다. 반사층(104)은 흡수된 적외선(입사 적외선, 반사 적외선)의 세기를 판단하는 판독회로의 일 구성으로 형성될 수 있다.
전극(102, 103)은 전류가 흐를 수 있는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 즉, 전극(102, 103)은 알루미늄(Al), 알루미늄을 포함하는 합금, 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 투명 도전성 물질 등을 포함할 수 있다.
전극(102, 103)은 제1 앵커(A1)와 연결되는 제1 전극(102)과 제2 앵커(A2)와 연결되는 제2 전극(103)을 포함한다. 이때 제1 앵커(A1)는 캐소드 앵커(cathode anchor)일 수 있고, 제2 앵커(A2)는 애노드 앵커(anode anchor)일 수 있다.
제1 전극(102)은 적외선 흡수층(111)에서 흡수하는 적외선의 세기를 판단하는 판독회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어 제1 전극(102)은 제1 앵커(A1)를 통해 볼로미터층(101)에 포함된 감지층(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(103)에서 생성된 전류는 감지층(112)을 통해 제1 앵커(A1) 및 제1 전극(102)으로 흐를 수 있다.
볼로미터층(101)은 전극(102, 103) 및 반사층(104) 상에 배치될 수 있다. 볼로미터층(101)은 전극(102, 103)과 전기적으로 연결될 수 있다.
볼로미터층(101)은 광 흡수층(111), 감지층(112) 및 보호층(113)을 포함할 수 있다.
볼로미터층(101)은 광 흡수층(111)에서 광 흡수층(111)에서 흡수하는 광은 적외선으로 볼로미터층(101)은 입사되는 외부 적외선 중 일부를 흡수하고, 일부를 통과시킬 수 있다. 통과된 적외선은 반사층(104)에서 반사될 수 있다. 볼로미터층(101)은 반사층(104)에서 반사된 반사 적외선을 흡수할 수 있다.
볼로미터층(101)은 광(적외선) 흡수에 따라 온도가 변화될 수 있다. 광 흡수층(111)은 흡수되는 적외선의 크기에 비례하는 열량을 생성하고, 상기 생성된 열량은 감지층(112)에 전달될 수 있다. 그 결과 광 흡수층(111) 및 감지층(112)의 온도가 상승할 수 있다.
감지층(112)은 광 흡수층(111)과 인접하여 배치될 수 있다. 감지층(112)은 온도에 따라 저항이 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 광 흡수층(111)에서 흡수된 적외선의 세기가 증가할수록 감지층(112)의 온도가 증가하므로 광 흡수층(111)에서 흡수된 적외선의 세기가 증가할수록 감지층(112)의 저항도 감소할 수 있다. 감지층(112)의 저항이 감소되면 감지층(111)을 통해 흐르는 전류는 증가하게 되고, 이에 따라 판독회로는 감지층(112)을 통해 흐르는 전류의 크기에 기초하여 광 흡수층(111)에서 흡수된 적외선의 세기를 판단할 수 있다.
보호층(113)은 감지층(112) 상에 배치될 수 있다. 보호층(113)은 감지층(112)을 외부로부터 보호할 수 있다. 보호층(113)은 감지층(112)을 외부환경으로부터 산화 및 표면의 열화를 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
이러한 볼로미터 층(101)은 하나의 단위 픽셀(100)을 형성하며, 인접하는 단위 픽셀(100)들 각각에는 볼로미터층(101)과 동일한 형상을 갖는 다른 볼로미터층이 형성될 수 있다. 이러한 구조에 다라 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 볼로미터 픽셀(100)로 구성되는 볼로미터 어레이(1)를 형성할 수 있다. 특히 본 실시 예에 따른 볼로미터 어레이(1)는 볼로미터 픽셀(100)들 간을 격벽(200)으로 구획 및 구분하여 배치되도록 할 수 있다.
구체적으로 본 실시 예에 따른 볼로미터 어레이(1)는 볼로미터 어레이(1)를 구성하는 볼로미터 픽셀(100)은 서로 격벽(200)에 의해 이격되어 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 격벽(200)은 픽셀(100)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 격벽(200)은 임계값의 두께(h1, h2)를 가질 수 있다. 상기 임계값의 두께(h1, h2)는 동일한 값이거나 다른 값을 가질 수 있다. 특히 본 실시 예에 따른 격벽(200)은 적외선 흡수 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 격벽(200)은 적외선 흡수 물질로 충전되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 격벽(200)은 입사되는 적외선의 일부를 흡수하여 격벽(200)을 적외선이 투과되는 것을 방지할 수 있다. 상기 격벽(200)은 적외선을 흡수하여 격벽(200)을 투과하지 않음으로써, 이웃하는 볼로미터 픽셀로의 적외선 투과를 방지할 수 있다.
즉, 본 실시 예에 따른 격벽(200)은 볼로미터 픽셀(100)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 격벽(200)은 볼로미터 픽셀(100)로 입사되는 적외선 중 굴절되는 일부 적외선을 흡수하도록 함으로써, 격벽(200)에 의해 상기 볼로미터 픽셀(100)과 이웃하는 픽셀들로 입사되는 적외선을 차단할 수 있다. 따라서 이웃하는 픽셀들에서 노이즈로 감지되는 적외선의 입사를 차단함으로써, 감지층의 감지 성능을 향상 시킬 수 있다.
도 4 내지 도 12는 일 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
이하 도 4 내지 도 13을 참조하여 일 실시 예에 따른 볼로미터 어레이 및 이의 제조 공정을 상세하게 설명한다.
도 4를 참조하면, 열화상 감지 모듈은 기판(401) 상에 제1 희생층(402)을 적층하고, 상기 제1 희생층(402)에 서로 이격되게 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c)를 배치한다. 이때 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c)는 각각 제1 희생층(402)의 일부를 식각하여 형성된 앵커(404)에 의해 지지되는 볼로미터 층(403)으로 구성될 수 있다.
기판(401)은 실리콘으로 형성될 수 있다. 구체적으로 기판(401)은 판독회로가 형성된 실리콘 기판일 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 희생층(402)과 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c) 상에 제2 희생층(405)을 형성한다. 구체적으로 제2 희생층(405)은 제1 희생층(402)과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 제2 희생층(405)은 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c)을 이격하기 위한 격벽을 형성하기 위한 것으로 상기 제2 희생층(405)의 일부를 식각하여 격벽을 형성할 수 있다. 상기 제2 희생층(405)은 건식 식각(dry etching)에 의해 제거되는 물질로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 희생층(405)에 제1 관통홀(406)을 형성할 수 있다. 구체적으로 제2 희생층(405)에는 상기 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c) 사이를 구획하고, 격벽을 형성하기 위한 제1 관통홀(406)을 형성할 수 있다. 즉, 제1 희생층(402)과 제2 희생층(405)은 제1 관통홀(406)을 포함하며, 상기 제1 관통홀(406)에 의해 상기 제1 희생층(402) 및 상기 제2 희생층(405)의 양 측면이 노출될 수 있다. 상기 제1 관통홀(406)은 기계적인(mechanical) 방법으로 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제2 희생층(405)상에 적외선 흡수층(407)을 형성할 수 있다. 또한 상기 적외선 흡수층(407)은 상기 제1 관통홀(406)에 갭필되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 희생층(405)에 형성된 제1 관통홀(406)에 적외선 흡수 물질을 갭필하기 위해 상기 제2 희생층(405) 상에 적외선 흡수물질을 도포하여 적외선 흡수층(407)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제1 관통홀(406)에는 적외선 흡수 물질이 갭필됨으로써, 상기 제1 관통홀(406)에 의해 형성되는 격벽은 적외선 흡수 물질로 형성될 수 있다. 상기 적외선 흡수층(407)은 스퍼터링(Sputtering) 방식 또는 진공 증착(Evaporator) 방식으로 제조될 수 있다. 상기 적외선 흡수층(407)에 포함되는 적외선 흡수 물질은 탄소(Carbon) 계열, 이산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiN) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제2 희생층(405) 상에 형성된 적외선 흡수층(407)의 일부를 제거할 수 있다. 구체적으로, 제2 희생층(405)의 상면 및 상기 제1 관통홀(406)에 갭필된 적외선 흡수물질을 포함하는 적외선 흡수층(407)은 상기 제1 관통홀(406)에 갭필된 적외선 흡수층(407)을 제외하고, 상기 제2 희생층(405)의 상면에 형성된 적외선 흡수층(407)은 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 이때 상기 적외선 흡수층(407)은 습식 식각(wet etching)에 의해 제거될 수 있다. 따라서 습식 식각에 의해 제2 희생층(405)의 상면에 형성된 적외선 흡수층(407)은 제거되고, 상기 제1 관통홀(406)에 갭필된 적외선 흡수층(407)은 유지시킴으로써, 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c)를 구획하기 위한 격벽은 적외선 흡수층(407)으로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면 상기 적외선 흡수층(407)으로 갭필된 제1 관통홀(406)의 상면 및 상기 적외선 흡수층(407)이 제거된 제2 희생층(405)의 상면에는 캡핑층(408)을 형성한다. 구체적으로 상기 캡핑층(408)은 플라즈마 화학 증착법(PECVD)에 의해 생성될 수 있다. 상기 캡핍층(408)은 일 예로 비정질 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있다. 그러나 상기 캡핑층(408)에 포함되는 물질은 한정되지 않으며, 상기 적외선 흡수층(407)이 제거된 제2 희생층(405)의 상면 및 상기 적외선 흡수 물질이 갭필된 제1 관통홀(406)의 상면을 커버할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 캡핑층(408)을 관통하는 제2 관통홀(409)이 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(409)은 기계적인(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(409)은 볼로미터 픽셀(100a, 100b, 100c)과 적외선 흡수층(407) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(409)은 상기 캡핑층(408)의 측면을 노출하고, 상기 적외선 흡수층(407)에 접촉되지 않는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(409)의 폭은 상기 제1 관통홀(407)의 폭에 대응할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 제2 관통홀(409)은 상기 제1 관통홀(407)의 폭 보다 크거나 작을 수 있다.
도 11을 참조하면 상기 제2 관통홀(409)을 통하여 상기 제1 희생층(402)과 상기 제2 희생층(405)을 제거할 수 있다. 구체적으로 도 10에서와 같이 상기 제2 관통홀(409)은 상기 캡핑층(408) 하부에 형성된 제1 희생층(402)과 제2 희생층(405)을 제거하기 위하여 상기 캡핑층(408)을 관통하게 형성된다. 따라서, 상기 제2 관통홀(409)을 통하여 상기 제1 희생층(402)과 상기 제2 희생층(405)을 제거할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 희생층(402)과 상기 제2 희생층(405)은 건식 식각(dry etching)에 의하여 제거될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(409)을 통해 주입되는 반응성 기체, 이온이나 분해된 가스를 이용하여 상기 제1 희생층(402) 및 상기 제2 희생층(405)이 제거될 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 제2 관통홀(409)이 형성된 캡핑층(408) 상에 적외선 투과층(410)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 캡핑층(408)은 제2 관통홀(409)에 의해 측면이 노출됨에 따라 상기 제2 관통홀(409)을 폐쇄하기 위한 적외선 투과층(410)을 형성할 수 있다. 상기 적외선 투과층(410)은 스퍼터링(Sputtering) 방식 또는 진공 증착(Evaporator) 방식으로 제조될 수 있다. 상기 적외선 투과층(410)에 포함되는 물질은 황화 아연(ZnS), 게르마늄(Ge) 또는 비정질 실리콘 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 일 실시 예에 따른 볼로미터 어레이는 볼로미터 어레이를 구성하는 볼로미터 픽셀들이 적외선 흡수물질을 포함하는 격벽으로 구획됨에 따라 입사광이 상기 격벽을 사이에 두고 이웃하는 볼로미터 픽셀로 입사되는 것을 차단할 수 있다. 따라서 노이즈 시그널로 분류되는 입사광의 입사를 최소화하여, 볼로미터 픽셀의 감지 성능을 향상 시킬 수 있다. 또한 일 실시 예에서는 희생층 제거를 위한 관통홀을 격벽과 볼로미터 픽셀 사이에 형성함으로써, 격벽의 성능을 유지하면서도 공정의 효율성을 높일 수 있도록 하는 효과를 가질 수 있다.
도 13 내지 도 21은 다른 실시 예에 따른 열화상 감지 모듈을 제조하기 위한 공정을 도시한 단면도들이다.
이하 도 13 내지 도 21을 참조하여 다른 실시 예에 따른 볼로미터 어레이 및 이의 제조 공정을 상세하게 설명한다.
도 13을 참조하면, 열화상 감지 모듈 기판(1001) 상에 제1 희생층(1002)을 적층하고, 상기 제1 희생층(1002)에 서로 이격되어 배치되는 볼로미터 픽셀(1000a, 1000b, 1000c)를 배치한다. 이때 볼로미터 픽셀(1000a, 1000b, 1000c)은 각각 제1 희생층(1002)의 일부를 식각하여 형성된 앵커(1004)에 의해 지지되는 볼로미터 층(1003)으로 구성될 수 있다.
기판(1001)은 실리콘으로 형성될 수 있다. 구체적으로 기판(1001)은 판독회로가 형성된 실리콘 기판일 수 있다.
도 14를 참조하면 제1 희생층(1002)과 볼로미터 픽셀(1000a, 1000b, 1000c) 상에 제2 희생층(1005)를 형성한다. 구체적으로 제2 희생층(1005)은 제1 희생층(1002)과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 제2 희생층(1005)는 볼로미터 픽셀 (1000a, 1000b, 1000c)을 이격하기 위한 격벽을 형성하기 위한 것으로 상기 제2 희생층(1005)의 일부를 식각하여 격벽을 형성할 수 있다. 상기 제2 희생층(1005)은 건식 식각(dry etching)에 의해 제거되는 물질로 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 희생층(1005)에 제1 관통홀(1006)을 형성할 수 있다. 구체적으로 제2 희생층(1005)에는 상기 볼로미터 픽셀(1000a, 1000b, 1000c) 사이를 구획하고 격벽을 형성하기 위한 제1 관통홀(1006)을 형성할 수 있다. 즉, 제1 희생층(1002)과 제2 희생층(1005)은 제1 관통홀(1006)을 포함하며, 상기 제1 관통홀(1006)에 의해 상기 제1 희생층(1002) 및 상기 제2 희생층(1005)의 양 측면이 노출될 수 있다. 상기 제1 관통홀(1006)은 기계적인(mechanical)방법으로 형성할 수 있다.
도 16을 참조하면, 상기 제2 희생층(1005) 상에 적외선 흡수층(1007)을 형성할 수 있다. 또한 상기 적외선 흡수층(1007)은 상기 제1 관통홀(1006)에 갭필되어 형성될 수 있다. 구체적으로 제2 희생층(1005)에 형성된 제1 관통홀(1006)에 적외선 흡수 물질을 갭필하기 위해 상기 제2 희생층(1005) 상에 적외선 흡수물질을 도포하여 적외선 흡수층(1007)을 형성할 수 있다. 따라서 상기 제1 관통홀(1006)에는 적외선 흡수 물질이 갭필됨으로써, 상기 제1 관통홀(1006)에 의해 형성되는 격벽은 적외선 흡수 물질로 형성될 수 있다. 상기 적외선 흡수층(1007)은 스퍼터링(Sputtering) 방식 또는 진공 증착(Evaporator) 방식으로 제조될 수 있다. 상기 적외선 흡수층(1007)에 포함되는 적외선 흡수 물질은 탄소(Carbon) 계열, 이산화규소(SiO2)또는 질화규소(SiN)중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 제2 희생층(1005) 상에 형성된 적외선 흡수층(1007)의 일부를 제거할 수 있다. 구체적으로 제2 희생층(1005)의 상면 및 상기 제1 관통홀(1006)에 갭필된 적외선 흡수물질을 포함하는 적외선 흡수층(1007)은 상기 제1 관통홀(1006)에 갭필된 적외선 흡수층(1007)을 제외하고, 상기 제2 희생층(1005)의 상면에 형성된 적외선 흡수층(1007)은 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 이때 상기 적외선 흡수층(1007)은 습식 식각(wet etching)에 의해 제거될 수 있다. 따라서 습식 식각에 의해 제2 희생층(1005)의 상면에 형성된 적외선 흡수층(1007)은 제거되고 상기 제1 관통홀(1006)에 갭필된 적외선 흡수층(1007)은 유지시킴으로써, 볼로미터 픽셀(1000a, 1000b, 1000c)을 구획하기 위한 격벽은 적외선 흡수층(1007)으로 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 상기 적외선 흡수층(1007)으로 갭필된 제1 관통홀(1006)의 상면 및 상기 적외선 흡수층(1007)이 제거된 제2 희생층(1006)의 상면에는 캡핑층(1008)을 형성한다. 구체적으로 상기 캡핑층(1008)은 플라즈마 화학 증착법(PECVD)에 의해 생성될 수 있다. 상기 캡핑층(1008)은 일 예로 비정질 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있다. 그러나 상기 캡핑층(1008)에 포함되는 물질은 한정되지 않으며, 상기 적외선 흡수층(1007)이 제거된 제2 희생층(1005)의 상면 및 상기 적외선 흡수 물질이 갭필된 제1 관통홀(1006)의 상면을 커버할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
도 19를 참조하면 상기 캡핑층(1008)을 관통하는 제2 관통홀(1009)이 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(1009)은 기계적인(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(1009)은 적외선 흡수층(1007)의 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(1009)은 상기 적외선 흡수층(1007)에 대응하는 위치에 상기 캡핑층(1008)의 두께에 대응하는 깊이를 가지고 상기 캡핑층(1008)의 측면을 노출하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 관통홀(1009)의 폭은 상기 제1 관통홀(1007)의 폭에 대응할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 제2 관통홀(1009)은 제1 관통홀(1007)의 폭보다 크거나 작을 수 있다. 또한 상기 제2 관통홀(1009)은 적외선 흡수층(1007)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(1009)은 상기 캡핑층(1008)의 하부에 존재하는 제1 희생층(1002) 및 상기 제2 희생층(1005)을 제거하기 위한 수단으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 적외선 흡수층(1007)의 대응하는 위치에 형성되는 제2 관통홀(1009)은 상기 적외선 흡수층(1007)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 제2 관통홀(1009)을 통하여 상기 제1 희생층(1002)과 상기 제2 희생층(1005)을 제거할 수 있다. 구체적으로 도 19에서와 같이 상기 제 2관통홀(1009)은 상기 캡핑층(1008) 하부에 형성된 제1 희생층(1002) 및 제2 희생층(1005)을 제거하기 위하여 상기 캡핑층(1008)을 관통하게 형성된다. 따라서 상기 제2 관통홀(1009)을 통하여 상기 제1 희생층(1002)과 상기 제2 희생층(1005)을 제거할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 희생층(1002)과 상기 제2 희생층(1005)은 건식 식각(dry etching)에 의하여 제거될 수 있다. 즉, 상기 제2 관통홀(1009)을 통해 주입되는 반응성 기체, 이온이나 분해된 가수를 이용하여 상기 제1 희생층(1002) 및 상기 제2 희생층(1005)이 제거될 수 있다.
도 21을 참조하여 상기 제2 관통홀(1009)이 형성된 캡핑층(1008) 상에 적외선 투과층(1010)을 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 캡핑층(1008)은 제2 관통홀(1009)에 의해 측면이 노출됨에 따라 상기 제2 관통홀(1009)을 폐쇄하기 위한 적외선 투과층(1010)을 형성할 수 있다. 상기 적외선 투과층(1010)은 스퍼터링(Sputtering) 방식 또는 진공 증착(Evaporator) 방식으로 제조될 수 있다. 상기 적외선 투과층(410)에 포함되는 물질은 황화 아연(ZnS), 게르마늄(Ge) 또는 비정질 실리콘 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 다른 실시 예에 따른 볼로미터 어레이는 볼로미터 어레이를 구성하는 볼로미터 픽셀들이 적외선 흡수 물질을 포함하는 격벽으로 구획됨에 따라 입사광이 상기 격벽을 사이에 두고 이웃하는 볼로미터 픽셀로 입사되는 것을 차단할 수 있다. 따라서 노이즈 시그널로 분류되는 입사광의 입사를 최소화하여 볼로미터 픽셀의 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 다른 실시 예에서는 희생층 제거를 위한 관통홀을 격벽에 대응하는 위치에 형성되도록 함으로써, 공간 활용성을 증대시키고, 격벽의 성능을 유지하면서도 격벽이 교차되는 지점에 관통홀을 형성하여 공정의 효율성을 높일 수 있도록 하는 효과를 가질 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
상술한 실시 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상에 상호 이격된 복수의 볼로미터 픽셀들을 포함하는 볼로미터 어레이;
상기 볼로미터 픽셀들 사이를 이격하는 격벽;
상기 볼로미터 어레이 및 상기 격벽 상에 배치되는 적외선 투과층; 및
상기 격벽과 상기 적외선 투과층 사이에 배치된 캡핑층을 포함하고,
상기 격벽은 적외선 흡수물질을 포함하고,
상기 캡핑층은 상기 볼로미터 픽셀과 상기 격벽 사이에 형성되는 적어도 하나의 관통 홀을 포함하는 열화상 감지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 격벽은
상기 볼로미터 픽셀로부터 이격된 일측과 타측에 배치되는 열화상 감지 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캡핑층 하부에 배치되는 희생층을 포함하고,
상기 관통홀은 상기 희생층을 제거하기 위해 형성되는 열화상 감지 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 관통홀은
상기 격벽에 대응하는 위치에 상기 캡핑층에 대응하는 두께 및 상기 격벽의 폭보다 큰 폭을 가지며 형성되는 열화상 감지 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 격벽 물질은 이산화규소(SiO2), 탄소(Carbon) 계열 물질을 포함하는 열화상 감지 모듈. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190011623A KR102654906B1 (ko) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 열화상 감지 모듈 및 그 제조 방법 |
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