KR20030022734A - 비접촉 온도측정용 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리세스 상부에 배치된 멤브레인의 상부 및/또는 하부에 형성된 열감지 영역을 이용하여 온도를 측정하는 센서에 관한 것이다. 상기 리세스는 반응성 이온 식각방법에 의해 식각되어 그 측면이 상기 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도로 배치된 측벽들에 의해 완전히 규정된다. 인접하는 측벽들은 서로에 대해 약 40°의 각도로 배치된다.

Description

비접촉 온도측정용 센서{Sensor for contact-free temperature measurement}
본 발명은 리세스(recess) 상부에 위치하는 멤브레인의 상부 및/또는 하부의 열감지 영역을 이용하여 온도를 측정하는 센서에 관한 것이다.
이러한 센서를 도1에 나타내었다. 도1에 의한 센서는 센서의 바닥면에 대해 α의 각도로 배열된 측벽, 즉, 멤브레인에 대향하는 측면을 가진다. 도1에 의한 공지의 센서의 각도α는 약 54.7도이다.
이러한 센서는 특히 써모파일(thermopile) 센서로서 개발된 열적외선 센서로 알려져 있으며, 마이크로 공학에 의해 제조된다. 이 경우, 유전체막, 예컨대, SiO2, Si3N4또는 이들의 조합으로 제조되는 얇은 멤브레인이 센서가 만들어지는 실리콘기판의 표면 위에 위치한다. 이 멤브레인은 이방성 식각, 예컨대, KOH 또는 EDP를 이용하여 형성하는데, 실리콘 칩의 결정방향이 <100>일 경우에는 사각형의 멤브레인이 실리콘에 형성될 수 있다. 실리콘 식각시 111면을 따라 약 54.7도 기울어진 전형적인 벽이 형성된다. 온도 측정을 위한 센서들은 예컨대, EP 1 039 280 A2와 EP 1 045 232 A2, EP 0 599 364 B1, U.S. 3,801,949, U.S. 5,693,942, DE 42 21 037 A1 및 DE 197 10 946 A1에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 온도 측정을 위한 개선된 센서 및 이를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다. 이를 위해서 가능하면 종래의 센서에 비해 감소된 크기를가지면서 감도(sensitivity)는 동일한 센서를 설계하거나 크기는 동일하지만 감도는 증가된 센서를 설계하는 것이 바람직하다.
상기 목적은 반응성 이온 식각방법에 의해 식각된 리세스(recess)위에 위치하는 멤브레인의 상부 및/또는 하부의 열감지 영역을 이용하여 온도를 측정하는 센서에 의해 달성된다. 이를 위해, 특히 깊은 반응성 이온 식각(deep reactive ion etching;DRIE)이 반응성 이온 식각방법으로 사용된다. 센서는 그 크기에 비해 높은 감도를 나타낸다. 종래의 센서와 동일한 감도를 갖는 센서는 매우 작다. 여기서, 측벽들, 특히, 적어도 40°의 각도로 배치된 인접하는 측벽들에 의해 리세스가 측면으로 정확하게 형성되도록 반응성 이온 식각방법을 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용한다. 인접하는 측벽들 중 적어도 한쪽 측벽(바람직하게는 양 측벽 모두)은 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도로 위치한다. 높은 감도를 갖는 센서는 매우 작은 크기를 가진다. 이러한 센서는 특히 좁은 외부 실리콘 엣지를 가지며, 그 정면은 본딩패드에 적합하고, 그 배면은 에폭사이드 수지(epoxide resin) 엣지(일반적으로 0.1 내지 0.2mm)를 가진 하우징 베이스 상에 기계적으로 탑재하는데 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 인접하는 측벽들은 서로에 대해 적어도 45°, 바람직하게는, 적어도 80°의 각도로 배치된다.
비활성화층(passivation layer), 예컨대, Si3N4로 만들어진 층을 열감지 영역에 적용할 수 있다.
인접한 측벽들이 서로에 대해 90°, 예컨대, 80°~ 100°의 각도로 배치된 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 특히 작은 센서가 얻어진다. 높은 감도를 가진 이러한 센서는 동일한 감도를 가진 종래의 센서보다 0.5 내지 0.7mm 작으므로 특히 작은 크기를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 한 측벽은 멤브레인에 대해 70°~ 90°, 특히 85°~ 90°의 각도로 배치됨으로써 리세스를 규정하는 멤브레인 영역이 멤브레인에 대향하는 열린(또는 닫힌) 영역보다 크게 된다. 이 경우, 리세스를 규정하는 멤브레인 영역이 멤브레인에 대향하는 열린(또는 닫힌) 영역보다 크게 되도록 모든 측벽들이 멤브레인에 대해 70°~ 90°, 특히 85°~ 90°의 각도로 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 센서는 감도의 손실이 없는 특별한 기계적 안정성을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 모든 측벽들은 실리콘으로 형성된다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 센서는 써모파일(thermopile)로서 설계되는데, 열감지 영역은 직렬 결합된 적어도 두 개의 열전기 물질들, 특히, p형 실리콘과 알루미늄 또는 n-형 실리콘과 알루미늄 또는 p형 실리콘과 n형 실리콘을 포함한다. 열전기 물질은 단결정 또는 다결정실리콘, 폴리실리콘 게르마늄 또는 비정질실리콘이다. 직렬 결합은 금속 빔(beam), 특히 알루미늄(바람직하게는 두 개의 콘택창을 가진)에 의해 접합된 p형 실리콘과 n형 실리콘이 인접한 영역을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 p형 실리콘과 n형 실리콘이 인접한 영역은 n형 폴리실리콘과 알루미늄을 포함하는 실시예에 비해 센서의 신호전압을 30% 내지80% 증가시킨다.
써모파일로서의 센서의 바람직한 실시예에 있어서, 직렬 결합은 서로의 상부에 배치되며 절연층, 특히 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막에 의해 분리되는 적어도 하나의 p형 실리콘층과 적어도 하나의 n형 실리콘층으로 이루어진다. 이와 같이 함으로써 센서의 신호전압을 10% 내지 15% 더 증가시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 센서는 열감지 영역이 두 개의 전극층들과 이 두 개의 전극층들 사이에 위치하는 초전기층, 특히 얇은 초전기층, 예컨대, 스퍼터링, 스피닝 또는 CVD공정에 의해 하부 전극층 상에 증착된 초전기 세라믹 또는 폴리머층이 적층된 구조를 갖는 초전기(pyroelectric) 센서로서 설계된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 센서는 열감지 영역이 금속산화막 또는 반도체, 특히, 매우 높은 저항의 온도계수, 예컨대, 적어도 2·10-3K-1, 바람직하게는 2·10-2K-1의 온도계수를 갖는 굴곡층(meander layer)을 포함하는 볼로미터(bolometer)로서 설계된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 멤브레인은 사각형, 바람직하게는 정사각형이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 멤브레인의 모서리들이 십자형태의 베이스를 형성하기 위해 리세스를 형성한다. 이 리세스내에 본딩패드들을 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 센서는 반도체칩, 특히, 실리콘칩에 통합된다.
본 발명에 따라 온도측정 센서를 형성하는 방법에 의하면, 멤브레인이 지지부, 바람직하게는 실리콘 지지부에 부착되며, 리세스는 반응성 이온 식각방법에 의해 멤브레인 아래의 지지부에 식각된다. 이때, 반응성 이온 식각방법으로 깊은 반응성 이온 식각(DRIE)을 사용하는 것이 매우 바람직하다.
거의 수직인 실리콘의 식각 피트(Pits)의 측벽을 형성하기 위해서는 RIE(반응성 이온 식각) 리액터와는 달리 유도성 커플링(inductive coupling)을 통해 플라즈마에 에너지가 부가적으로 공급되는 ICP 리액터(유도적으로 커플링된 플라즈마)라고 하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 매우 밀도높은 이온화가 이루어지며 분당 수 마이크로미터의 높은 실리콘 식각률이 얻어진다.
(등방성) 식각은 플루오르기(예컨대, 식각가스로서 SF6)를 사용하여 행하는데, 폴리머층이 증착된 (식각 피트의) 측벽의 표면에서의 식각 단계는 비활성화(passivation) 단계과 교대로 나타난다. 이에 따라 측면 식각이 방지된다. 피트의 바닥에서는 바이어스전압의 인가에 의해 폴리머의 형성이 방지된다. 이 공정은 미국특허 제5,501,893호에 상세히 기술되어 있다.
상술한 공정은 다음과 같은 응용분야에 사용할 수 있음이 밝혀졌다.
- "쓰루 더 웨이퍼 에칭(through the wafer etching)":
식각 깊이가 수십 마이크로미터인 일반적인 공정과 반대되는 공정으로, 식각이 웨이퍼를 통과하면서 행해지는(식각 깊이는 약 200-800마이크로미터) 식각이다.
- 식각단계에서 플라즈마에 노출되는 영역이 전체 웨이퍼의 약 20%-50%이다. (종래의 공정에서 식각되는 영역은 전체 표면의 몇% 정도이다). 전체 웨이퍼를 통해 식각 깊이의 충분한 균질성(homogeneity)을 확보하기 위해 식각 공정을 마스크 물질에 대해 작은 선택도(selectivity)로 조절해야 한다. 이를 위해서는 매우 저항성이 있는 마스크 물질을 사용해야 한다.
또한, 적절한 공정 제어에 의해 센서의 특정한 특성들에 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌다.
- 비활성화(passivation) 주기의 감소로 인해 식각공정이 덜 이방성이 되고 모델 수직 측벽들이 얻어지지 않으면서 식각 피트는 아래쪽으로 넓어진다. 이러한 식각 프로파일을 "재진입(re-entrant)"이라고 한다. 이것은 수 마이크로미터의 얇은 격벽이 인접한 식각 피트들을 분리하는 구조로 된 멀티유닛 센서에 특히 유리하다. 웨이퍼의 배면상의 벽들은 멤브레인 측상의 벽들보다 얇은데 이는 안정성을 증가시킨다.
- 유전체 멤브레인에 충격이 가해졌을 때 손상을 입지 않도록 하고 우수한 구조적 이동 및 깨끗한 멤브레인 표면을 보장하기 위해 전체 식각공정은 공정 파라미터들의 선택에 따라 달라지는 여러 단계들을 포함해야 한다. 우수한 균질성 및 (바람직하게는) 높은 식각률을 갖는 제1단계 이후에 멤브레인에 도달하자마자 멤브레인 물질에 대해 매우 높은 선택성을 갖는, 즉, 실리콘에 대해 작은 식각률을 갖는 단계가 이어진다. 이어지는 순수하게 등방성인 단계(즉, 패시베이션 주기를 가지지 않는)가 최종적으로 멤브레인 상의 실리콘 잔류물을 제거한다.
- 멤브레인을 깨끗하게 하기 위해 TMAHW(tetraammonium hydroxide in water)에서의 짧은 습식 화학식각을 사용하는 것도 가능하다. 이때, 웨이퍼의 앞면은 적절한 방법, 예컨대, 포토레지스트에 의한 마스킹에 의해 보호한다.
본 발명에 의한 공정의 바람직한 실시예에 있어서, 반응성 이온 식각방법에 대해 낮은 식각률을 갖는 층을 리세스가 식각되기 전에 멤브레인을 향하고 있지 않은 지지부 측에 형성한다. 이 층은 포토리소그래피에 의해 패터닝된 층, 예컨대, 두꺼운 포토레지스트로 형성된 층, 실리콘 산화막 또는 금속층인 것이 바람직하다.
- 본 발명의 공정의 바람직한 실시예에 있어서, 열감지 영역은 멤브레인에 형성된다.
도1은 공지의 온도측정용 센서를 나타낸 도면,
도2는 본 발명에 의한 온도센서의 일실시예를 나타낸 도면,
도3은 본 발명에 의한 온도센서의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도4는 본 발명에 의한 온도센서를 온도 측정시스템에 사용한 것을 나타낸 도면,
도5는 본 발명에 의한 온도센서를 온도 측정시스템에 사용한 것을 나타낸 도면,
도6은 칩의 바디(body)를 나타낸 도면,
도7은 칩 바디의 특히 바람직한 형태를 나타낸 도면,
도8은 써모파일로 설계된 온도센서의 상면도,
도9는 써모파일로 설계된 다른 온도센서의 측면도,
도10은 써모파일로 설계된 온도센서의 특히 바람직한 형태를 나타낸 도면,
도11은 초전기 센서로 설계된 온도센서의 측면도,
도12는 다수 개의 센서들을 가진 칩을 나타낸 도면,
도13은 센서의 제조공정을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2, 12 : 바디 3, 13: 멤브레인 4, 14 : 열감지 영역
5, 15 : 측벽6, 16 : 바닥면 8, 18 : 리세스
10, 20, 30 : 센서 17 : 영역 31 : 베이스 플레이트
32, 33, 34 : 접촉부 36 : 온도센서 37, 38 : 접속부
39 : 도전체 40 : 적외선 필터 41 : 케이스
45, 46, 55, 56, 57 : 본딩패드 50,51,52,53 : 모서리부
80,81,82,83,84,85,86 : 빔
90,91,92,93 : p형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 스트립들
100,101,102,103 : n형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 스트립들
110, 112 : 절연층(도전층) 111 : 절연층
120,124,132,136 : n형 실리콘, n형 폴리실리콘 또는 n형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 층들 또는 스트립
122,126,130,134 : p형 실리콘, p형 폴리실리콘 또는 p형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 층들 또는 스트립
121,123,125,131,135 : 절연층 139 : 알루미늄 빔
140 : 하부전극 142 : 상부전극 200 : 칩
도1은 공지의 온도측정용 센서를 나타낸 것이다. 이 센서는 리세스(8)를 포함하는 실리콘 바디(2)를 가진다. 멤브레인(3)은 리세스 위에 위치하고 있다. 열감지 영역(4)은 멤브라인상에 위치한다. 리세스(8)는 칩 바디(2)의 바닥 면(6)에 대해 약 54.7°의 각도α로 배치된 측벽들(5), 즉, 리세스(8)에 대해 멤브레인(3)에 대향하는 측면에 의해 정의된다.
도2는 본 발명에 의한 온도측정용 센서(10)의 일실시예를 나타낸 것이다. 이 센서는 리세스(18)를 갖춘 칩 바디(12)를 포함한다. 리세스(18)는 측벽들(15)에 의해 측면이 정의된다. 멤브레인(13)은 리세스(18) 상부에 위치한다. 열감지 영역(14)은 멤브레인(13) 위에 배치된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이 열감지 영역은 적외선을 감지한다. 리세스(18)의 측벽들(15)은 칩 바디(12)의 바닥 면(16)에 대해 α의 각도로 정렬된다. 각도 α는 바람직하게는 80°~ 100°이다.멤브레인(13)에 대해서 측벽들(15)은 100°~ 80°의 각도β로 배치된다.
도3은 도2의 온도센서(10)에 비해 유리한 온도측정용 센서(30)를 나타낸 것이다. 이 경우, 도2의 센서와 동일한 부분은 동일한 참조부호로 나타내었다. 리세스(18)의 측벽들(15)은 멤브레인(13)에 대해 80°~ 89°의 각도β로 배치된다. 이에 따라 칩 바디(12)의 바닥면(16)에 있어서 멤브레인(13)에 대향하는 영역(17)은 리세스(18)를 정의하는 멤브레인(13)의 영역보다 작게 된다. 이와 같이 함으로써 무시할 수 있을 정도의 감도를 손실하는 대신 작은 외부 치수를 갖는 특히 안정된 칩 바디(12)가 얻어진다.
도2와 도3의 센서들(10), (20)의 멤브레인(13)은 유전체층들, 예컨대, SiO2또는 Si3N4, SiC 또는 이들의 조합으로 구성된다. 멤브레인은 반응성 건식 식각(DRIE)에 의해 형성된다.
센서들(10), (20)을 써모파일(thermopiles)로서 개발할 경우, 열감지 영역(14)은 적어도 두 개의 열전기 물질들, 예컨대 n형 폴리실리콘과 알루미늄, p형 폴리실리콘과 알루미늄 또는 n형 및 p형 실리콘으로 이루어진 직렬조합을 포함한다. 센서(10) 및/또는 센서(20)가 초전기 센서로 개발된 경우, 열감지 영역(14)은 금속으로 된 배면 전극과 루프전극(roof electrode) 사이에 얇은 열전기층을 포함한다. 센서(10) 및/또는 센서(20)가 볼로미터(bolometer)로 개발될 경우, 열감지 영역(14)은 금속 산화막 또는 반도체 굴곡층(meander layer)을 가진다.
도4와 도5는 온도 측정시스템에 센서(20)를 이용한 것을 보여준다. 센서(20)대신 센서(10)를 사용하는 것도 가능하다. 도4의 실시예에 의하면, 센서(20)는 베이스 플레이트(31) 위에, 특히 그 중심에 위치한다. 베이스 플레이트(31)는 트랜지스터 베이스 플레이트 TO-5 또는 TO-18이다. 우수한 열전도성을 갖는 에폭사이드수지(epoxide resin) 접착제를 이용하여 칩(20)을 베이스 플레이트(31)에 접착하는 것이 바람직하다.
접촉부들(32), (33), (34)이 베이스 플레이트(31)를 관통하여 형성된다. 접촉부들(32), (33)은 도전성 접속부(38), (37)를 통해 센서(20)상의 본딩패드들(45), (46)과 연결된다.
온도 측정 시스템(30)의 온도를 측정하기 위해서는 부가적인 온도센서(36)를 베이스 플레이트(31)상에 설치하는 것이 좋다. 이 센서는 도전체(39)를 통해 접촉부(34)와 연결된다.
도5에 도시한 바와 같이 센서(20)를 둘러싸는 케이스(41)가 베이스 플레이트상에 설치된다. 케이스(41)는 적외선 필터(40)를 가진다. 케이스(41)는 트랜지스터 캡으로 설계되는 것이 바람직하다.
도6은 칩 바디(12)의 설계를 나타낸 것이다. 참조부호18은 리세스를 나타내며, 참조부호15는 측벽들을 나타낸다. 측벽들은 대략 서로 직각을 이루며 배치된다. 즉, 참조부호 γ는 대략 90°를 나타낸다.
도7은 칩 바디(12)의 바람직한 실시예를 나타낸 것이다. 여기서, 리세스(18)는 십자형 베이스영역을 가짐으로써 칩 바디(12)가 모서리부(50), (51), (52), (53)에 의해 리세스(18)를 정의하게 된다. 본딩패드들(55), (56), (57)은모서리들(51), (52), (53)에 마련된다.
도8은 써모파일로 설계된 온도센서의 상면도이다. p형 실리콘, p형 폴리실리콘 또는 p형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 스트립들(90), (91), (92), (93)과 n형 실리콘, n형 폴리실리콘 또는 n형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 스트립들(100), (101), (102), (103)이 멤브레인(13)상에 배열된다. 각각의 스트립들(90), (91), (92), (93), (100), (101), (102), (103)은 빔들(beams)(80), (81), (82), (83), (84), (85), (86)을 통해 서로 연결되어 전기적인 직렬 접속을 형성한다. 도8은 8개의 빔을 가진 구성을 나타낸다. 20 내지 200개의 빔, 바람직하게는 60 내지 120개의 빔이 멤브레인(13)상에 배열되는 것이 좋다. 스트립들(90),(91), (92), (93), (100), (101), (102), (103)의 직렬 접속을 얻기 위한 빔들(80), (81), (82), (83), (84), (85), (86)의 다른 실시예들도 물론 가능하다.
도9는 써모파일로서 설계된 다른 온도센서의 측면도이다. 여기서, 멤브레인(13)상에 설치된 열감지 영역은 절연층(111), 예를 들어, 실리콘질화막 또는 실리콘산화막에 의해 분리된 열전기 물질로 이루어진 두 개의 층들(110), (112)을 포함한다. 층(110)은 n형 또는 p형 실리콘, n형 또는 p형 폴리실리콘, 또는 n형 또는 p형 폴리실리콘-게르마늄으로 이루어진다. 층(112)은 p형 또는 n형 실리콘, p형 또는 n형 폴리실리콘, 또는 p형 또는 n형 폴리실리콘-게르마늄으로 이루어진다. 이 두 층은 접촉창(도시하지 않음)을 통해 직렬로 연결된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 층들(110), (111), (112)의 배열에 따라 절연층들에 의해 서로 분리된 두 개 또는 세 개의 배열이 제공된다.
n형 및 p형 도전층들은 서로의 상부에 나란히 배열되고 각각의 층들은 직렬로 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 층의 간단한 예를 도10에 도시하였다. 여기서, 참조부호 120, 124, 132, 136은 n형 실리콘, n형 폴리실리콘 또는 n형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 층들 또는 스트립들을 나타낸다. 참조부호 122, 126, 130, 134는 p형 실리콘, p형 폴리실리콘 또는 p형 폴리실리콘-게르마늄으로 된 층들 또는 스트립들을 나타낸다. 참조부호 121, 123, 125, 131, 133, 135는 절연층을 나타낸다. 층들(120)과 (122), (122)와 (124), (124)와 (126), (130)과 (132), (132)와 (134), (134)와 (136)은 접촉창을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 층들(126)과 (136)이 알루미늄 빔(139)을 통해 서로 전기적으로 연결됨으로써 층들(120), (122), (124), (126), (136), (134), (132), (130)이 직렬 접속된다. 이러한 구성에 있어서, 도8에 따라 층들(120)-(126) 및 (130)-(136)로 이루어진 두 개 이상의 적층구조를 제공하는 것이 바람직하다.
도11은 열전기 센서로서 설계된 온도센서에 대한 일실시예를 나타낸 측면도이다. 여기서, 멤브레인(13)상에 설치된 열감지 영역은 하부전극(140)과 상부전극(142) 및 하부전극(140)과 상부전극(142) 사이에 위치하는 열전기층을 포함한다.
본 발명에 의한 센서들은 칩 상에서 분리되어 배치되거나 센서들 중의 몇 개는 칩 상에서 연결되어 배치될 수 있다. 두 번째 경우를 도12에 도시하였다. 도12는 여러개의 도3에 의한 센서들을 포함하는 칩(200)을 나타낸다.
도13은 센서(10), (20)를 제조하는 방법을 나타낸 것이다. 제1단계(70)에서멤브레인(13)을 지지부에 형성하는데, 이 지지부는 센서의 최종상태에서 실리콘 바디(12)를 형성한다.
다음 단계(71)에서 반응성 이온 식각방법에 대해 작은 식각률을 갖는 층을 멤브레인을 향하고 있지 않은 지지부의 측면(16), 예컨대 실리콘 바디(12)의 상술한 실시예의 측면(16)에 형성한다. 이 층은 바람직하게는 포토리소그래피에 의해 패터닝할 수 있는 층이다.
다음 단계(72)에서 열감지 영역(14)을 멤브레인(13)상에 형성한다.
다음 단계(73)에서 상술한 반응성 이온 식각방법에 의해 멤브레인 하부의 지지부로 리세스를 식각한다.
단계(73)는 단계(72) 이전에 실행할 수도 있다.
상기 센서들의 모든 실시예에 있어서, 열감지 영역을 포토리소그래피에 의해 패터닝할 수 있는 적외선 흡수층(도시하지 않음)으로 덮을 수 있다(특허청구범위 제24항 참조). 이 층은 DE 4221037 A1 "Thermal sensor having an absorber layer"에 개시된 바와 같이 흡수층들을 가진 포토레지스트이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 센서에 비해 감소된 크기를 가지면서 감도는 동일하다. 따라서 크기는 동일하지만 감도는 증가된 센서를 설계하는 것이 바람직하다.

Claims (31)

  1. 측벽들(15)에 의해 측면이 완전히 규정된 리세스(18) 상부에 배치된 멤브레인(13)의 상부 및/또는 하부에 형성된 열감지 영역(14)을 이용하여 온도를 측정하는 센서(10,20)에 있어서,
    적어도 하나의 측벽(15)이 상기 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도β로 배치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  2. 리세스 상부에 배치된 멤브레인의 상부 및/또는 하부에 형성된 열감지 영역을 이용하여 온도를 측정하는 센서(10,20)에 있어서,
    상기 리세스가 반응성 이온 식각방법에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    서로에 대해 적어도 40°의 각도α로 배치된 인접한 측벽들에 의해 상기 리세스의 측면이 완전히 정의되는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 측벽(15)이 상기 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도β로 배치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 리세스가 제한을 위해서 측면에 적어도 하나의 측벽을 가지며, 이 적어도 하나의 측벽이 상기 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도β로 배치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  6. 상기 청구항들 중 한 항에 있어서,
    인접하는 측벽들이 서로에 대해 적어도 80°의 각도α로 배치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    인접하는 측벽들이 서로에 대해 90°의 각도α로 배치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  8. 상기 청구항들 중 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 측벽이 상기 멤브레인에 대해 80°~ 100°의 각도β로 설치된 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  9. 상기 청구항들 중 한 항에 있어서,
    모든 측벽들이 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  10. 상기 청구항들 중 한 항에 있어서,
    상기 열감지 영역(14)이 적어도 두 가지의 열전기 물질들을 포함하는 직렬 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 두 가지의 열전기 물질들이 p형 실리콘과 알루미늄 또는 n형 실리콘과 알루미늄 또는 p형 실리콘과 n형 실리콘인 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  12. 제10항 Ehh는 제11항에 에 있어서,
    상기 직렬 연결부가 나란히 배열된 p형 실리콘과 n형 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 직렬 연결부가, 중첩되고 절연층에 의해 분리된 적어도 하나의 p형 실리콘층과 적어도 하나의 n형 실리콘층을 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  14. 제1항 내지 제9항 중의 한 항에 있어서,
    상기 열감지 영역이 두 개의 전극층들과 이 두 전극층들 사이에 배치된 초전기층의 적층구조를 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  15. 제1항 내지 제9항 중의 한 항에 있어서,
    상기 열감지 영역이 금속산화물 또는 반도체로 이루어진 굴곡층인 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  16. 상기 청구항들 중의 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인은 사각형인 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 리세스(18)가 십자형태의 베이스를 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  18. 상기 청구항들 중의 한 항에 의한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩, 특히 실리콘 칩.
  19. 청구항 11-13, 16, 17항 중의 한 항에 의하여, 멤브레인(13)의 상부 및/또는 하부에 형성되고 적어도 두 가지 열전기 물질들로 이루어진 직렬 연결부를 포함하는 열감지 영역(14)을 이용하여 온도를 측정하는 센서(10,20)에 있어서,
    상기 두 가지 열전기 물질들이 각각 p형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄과 n형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄인 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 직렬 연결부가 나란히 배열된 p형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄과 n형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 직렬 연결부가 20 내지 200, 바람직하게는 60 내지 120개의 나란히 배열된 층들, 특히 p형 실리콘, 폴리실리콘층 또는 폴리실리콘-게르마늄과 n형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄의 쌍들로 이루어진 층들을 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 직렬 연결부가, 중첩되고 절연층에 의해 분리되는 적어도 하나의 p형 실리콘층, 폴리실리콘층 또는 폴리실리콘-게르마늄층과 적어도 하나의 n형 실리콘층, 폴리실리콘층 또는 폴리실리콘-게르마늄층을 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 직렬 연결부가, 중첩되고 절연층에 의해 분리되는 p형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄과 n형 실리콘, 폴리실리콘 또는 폴리실리콘-게르마늄으로 이루어진 두 개 또는 세 개의 층 쌍들을 갖는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서.
  24. 제1항 내지 제17항 및 제19항 내지 제23항 중의 한 항에 의한 센서(10,20)와 제18항에 의한 반도체 칩에 있어서,
    포토리소그래피에 의해 패터닝할 수 있는 적외선 흡수층이 온도 감지영역(14)상에 형성된 것을 특징으로 하는 센서 및 반도체 칩.
  25. 온도 측정을 위한 센서, 특히 상기 청구항들 중의 한 항에 의한 센서를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    멤브레인을 지지부 상에 형성하고, 반응성 이온 식각 방법에 의해 상기 멤브레인 하부의 지지부내로 리세스를 식각하는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 리세스를 식각하기 전에 반응성 이온 식각 방법에 대해 작은 식각률을 가진 층을 상기 멤브레인을 향하고 있지 않은 지지부 측면에 형성하는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 센서제조방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    열감지 영역을 상기 멤브레인상에 형성하는 것을 특징으로 하는 온도측정용 센서 제조방법.
  28. 온도측정용 센서, 특히 제1항 내지 제17항 및 제24항 중의 한 항에 의한 센서를 제조하며, 활성화 단계에서 측벽들을 가진 리세스를 반응성 이온 식각방법에 의해 지지부내로 식각하고, 비활성화 단계에서 보호층, 특히 폴리머층을 상기 측벽들상에 증착하여 측벽들로부터 물질이 제거되는 것을 방지하거나 감소시키며, 상기 센서를 제조하기 위한 공정이 다수의 번갈아 일어나는 활성화 단계들과 비활성화 단계들을 포함하는 센서 제조방법에 있어서, 상기 비활성화 단계들이 완화되고/되거나 감소되고/되거나 상기 활성화 단계들이 강화되고/되거나 확장되는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 센서 제조방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 비활성화 단계들이 완화되고/되거나 감소되고/되거나 상기 활성화 단계들이 강화되고/되거나 확장됨으로써 상기 측벽들이 상기 지지부의 표면에 대해 80°~ 90°의 각도(β)를 이루는 것을 특징으로 하는.온도 측정용 센서 제조방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 비활성화 단계들이 완화되고/되거나 감소되고/되거나 상기 활성화 단계들이 강화되고/되거나 확장됨으로써 상기 측벽들이 상기 지지부의 표면에 대해 85°~ 90°의 각도(β)를 이루는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 센서 제조방법.
  31. 제25항 내지 제30항 중의 한 항에 있어서,
    상기 지지부가 실리콘 바디인 것을 특징으로 하는 온도 측정용 센서 제조방법.
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