(57)【要約】【課題】分光学的な設計によって赤外線吸収率を高めるとともに、熱による応力によるセンサの変形を防止できる２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のボロメータ型赤外線センサは、前記検出回路基板上部の反射金属層を含む下部層と、前記下部層上に存在し赤外線を共鳴吸収する空胴と、前記空胴上に存在し前記ピクセルの中央部を横切る切断部が形成された吸収透過層と前記吸収透過層の上、下部面を覆うボロメータ層が存在するサンドウィッチ構造の上部層と、前記ピクセルのエッジに位置し前記上部層を支持するとともに電極としての機能を果たすアンカーを含むことを特徴とする。【選択図】図２
2007509315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出回路基板と複数のピクセルを含む赤外線センサにおいて、
前記検出回路基板上の第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上の反射金属層を含む下部層と、
前記下部層上に存在し、赤外線を共鳴吸収する空胴と、
前記空胴上の第１絶縁膜層、前記第１絶縁膜層上の第２バッファ層、前記第２バッファ層上のボロメータ層、前記ボロメータ層上の第２絶縁膜層及び前記第２絶縁膜層上の吸収透過層を含む上部層と、
前記上部層を支持し、前記基板上に存在する１対以上のアンカーと、
を含んで構成される単位ピクセルからなることを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項２】
検出回路基板と複数のピクセルを含む赤外線センサにおいて、
前記検出回路基板の上部の反射金属層を含む下部層と、
前記下部層上に存在し、赤外線を共鳴吸収する空胴と、
前記空胴上に存在し、前記ピクセルの中央部を横切る切断部が形成された吸収透過層と前記吸収透過層の上、下部面を覆うボロメータ層が存在するサンドウィッチ構造の上部層と、
前記ピクセルのエッジに位置し、前記上部層を支持するとともに電極としての機能を果たすアンカーと、
を含むことを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項３】
前記上部層は前記ピクセルの対角線に対して対称的な構造を有し、
前記アンカーは前記ピクセルの対向する２つのエッジに位置する第１アンカーと、
前記基板の接続端子と接続される電極としての役割をし前記第１アンカー間の距離よりも短くなるように前記ピクセルの対向する２つのエッジに位置する第２アンカーと、
からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項４】
前記ボロメータ層と吸収透過層との間の距離はλ／４であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項５】
前記反射金属層の下に第１バッファ層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項６】
前記第１バッファ層と第２バッファ層は、シリコン窒化膜を含む物質であることを特徴とする請求項１に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項７】
前記第１絶縁膜層と第２絶縁膜層は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項８】
前記反射金属層は、チタニウムまたはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項９】
前記ボロメータ層は、ドーピングされた非晶質シリコン、酸化バナジウム、チタニウム及び酸化チタニウムのうちのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項１０】
前記吸収透過層はチタニウム、チタニウムナイトライド及びクロムのうちのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項１１】
前記チタニウムまたはチタニウムナイトライドからなる吸収透過層の厚みは２０Å〜１００Åであり、前記クロムからなる吸収透過層の厚みは２０Å〜２００Åであることを特徴とする請求項１０に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサ。
【請求項１２】
赤外線センサの製造方法において、
検出回路基板上に反射金属層を形成する段階と、
前記反射金属層上にＳＯＰコーティングにより犠牲層を形成し、前記犠牲層の上層部をプラズマにより除去する段階と、
前記犠牲層上にボロメータ層及び吸収透過層を形成し、アンカーが形成される領域にビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールに電極を埋め込んだ後、前記犠牲層を除去して空胴を形成する段階と、
を含むことを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１３】
前記犠牲層の除去は、Ｏ２プラズマエッチングにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１４】
前記犠牲層上層部の除去は、Ａｒ／Ｏ２ガスを用いたプラズマにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１５】
前記除去される犠牲層の厚みは、１００Å〜２０００Åであることを特徴とする請求項１４に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１６】
前記ボロメータ層は、ドーピングされた非晶質シリコン、酸化バナジウム、チタニウム及び酸化チタニウムのうちのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１７】
前記吸収透過層は、チタニウム、チタニウムナイトライド及びクロムのうちのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１８】
前記チタニウムまたはチタニウムナイトライドからなる吸収透過層の厚みは２０Å〜１００Åであり、前記クロムからなる吸収透過層の厚みは２０Å〜２００Åであることを特徴とする請求項１７に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【請求項１９】
前記ビアホールの形成は、ＣＦ４、ＣＨＦ４またはＡｒガスを用いたプラズマエッチングにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法に関し、λ／４エアートンネルで赤外線を共鳴吸収する分光学的な設計によって赤外線吸収率を高めるとともに、ピクセルの形状をその対角線に対して対称的にしたり、切断部を有するサンドウィッチ構造の吸収透過層を形成したり、シリコン窒化膜を含むバッファ層を設けたりすることで、熱による応力によるセンサの変形を防止できる２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサは、大きく冷却型と非冷却型とに分けられる。冷却型赤外線センサは、赤外線の光量子と物質内の電子の相互作用により生じる電気的信号を感知する。非冷却型赤外線センサは、物質に吸収されて生成される温度変化を感知する。冷却型赤外線センサは、主に半導体材料を用いて製作され、ノイズが少ない上、応答速度が速い。だが、冷却型赤外線センサにはいくつかの短所がある。例えば、液体窒素温度（-１９３℃）で作動するという点である。非冷却型赤外線センサは、性能はやや落ちるものの、常温で動作する。したがって、冷却工程が必要な冷却型赤外線センサは主に軍需用に用いられる。一方、非冷却型赤外線センサは主に民需用として製造される。
【０００３】
非冷却型赤外線センサは、大きくボロメータ型、熱電対型、焦電型の３種類に分けられる。招電型赤外線センサは、検出力は良いものの、生産性が低い。これに対し、ボロメータ型赤外線センサと熱電対型赤外線センサは、招電型赤外線センサよりは検出力は低いが、検出回路とともにシリコンウェハ上にモノリシックに製造されるので、生産性が高い。そのため、ボロメータ型赤外線センサと熱電対型赤外線センサは、民需用として用いられている。そのうち、ボロメータ型赤外線センサは物体から放射される赤外線が吸収されて熱エネルギーに変換される時、それによる温度の上昇で電気抵抗が変化することを利用して赤外線を検出する。
【０００４】
特許文献１は、「ＴＨＥＲＭＡＬ  ＳＥＮＳＯＲ」という名称で、図１に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサを開示している。
図１に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサ１０は、浮上している上部層１１と下部層１２とからなっている。前記下部層１２は、シリコン基板のような半導体基板を有しており、前記半導体基板にはダイオード、Ｘ−バスライン、Ｙ−バスライン、接続端子、Ｘ−バスラインの端に位置する接触パッドなどの集積回路の構成要素がシリコン集積回路の製造技術を用いて製造されている。
【０００５】
浮上している上部層１１は、第１シリコン窒化膜、ボロメータ層、第１シリコン窒化膜とボロメータ層上に形成された第２シリコン窒化膜及び第２シリコン窒化膜上に形成された赤外線吸収層などからなっている。前記上部層１１と下部層１２との間には、空胴(cavity)が形成されて互いに離隔されている。
【０００６】
前記のような従来の赤外線センサには多くの問題点がある。例えば、複数の支持部が浮上している上部層に置かれ、それによって、赤外線を吸収する全体面積が減少する。そのため、赤外線を吸収するための最大面積を得ることが殆どできなかった。
【０００７】
そのため、特許文献２〜５は、それぞれ３層構造のボロメータ型赤外線センサ、３層構造の赤外線ボロメータ型赤外線センサの製造方法、赤外線反射層を有する３層構造のボロメータ型赤外線センサ及び熱分離構造を有する吸収率の高い赤外線センサを開示するなど、赤外線センサの感度及び吸収面積を高めるための方法を示している。
【０００８】
しかしながら、前記のような従来の赤外線センサは、電気的及び構造的性質に基づく吸収率上昇を図るものであって、分光学的なアプローチを通じて、吸収率を有する赤外線センサの設計には及んでいない。
【０００９】
また、前記のような赤外線吸収ボロメータは、空胴が形成されることで、上部層が浮上するようになるが、前記上部層は赤外線を吸収し、それにより時間が経過するにつれて、上部層に変形が生じ、赤外線センサの性能が低下してしまう。
【００１０】
このような問題を解決するために、特許文献６、７は、それぞれ３層構造の赤外線センサにおいてボロメータ層を覆うシリコン酸化膜の上、下面にシリコン酸化窒化膜を形成して前記シリコン酸化膜が空気中の水蒸気と反応して撓む現象を防止する方法と、駆動基板層、支持層及び吸収層から構成される３層構造のボーロメタ型赤外線センサにおいて駆動基板層と支持層との間にバック層(ｂａｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ)を形成する方法を開示している。
【００１１】
しかしながら、前者の方法はさらにシリコン酸化窒化膜を蒸着しなければならないだけでなく、水蒸気ではない熱による上部層の変形を除去できないという根本的な問題を有しており、後者の方法は下地層をさらに形成しなければならないだけでなく、バック層(ｂａｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ)により赤外線の吸収面積が減少するという問題がある。
【特許文献１】米国特許第５、３００、９１５号明細書
【特許文献２】大韓民国登録特許第１０−２９９６４２号明細書
【特許文献３】大韓民国登録特許第１０−２９９６４３号明細書
【特許文献４】米国特許第６、４４８、５５７号明細書
【特許文献５】米国特許第６、４４１、３７４号明細書
【特許文献６】大韓民国公開特許第２０００−４６５１５号
【特許文献７】大韓民国公開特許第２０００−４１５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、赤外線を共鳴吸収する分光学的な設計によって赤外線吸収率を高めるともに、バッファ層の形成及びピクセル構造を最適化して熱による応力によるセンサの変形を防止できる２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の前記目的は、検出回路基板と複数のピクセルを含む赤外線センサにおいて、前記検出回路基板上の第１バッファ層と、前記第１バッファ層上の反射金属層を含む下部層と、前記下部層上に存在し赤外線を共鳴吸収する空胴と、前記空胴上の第１絶縁膜層と、前記第１絶縁膜層上の第２バッファ層と、前記第２バッファ層上のボロメータ層と、前記ボロメータ層上の第２絶縁膜層と、前記反射金属層からλ／４となる距離に位置し前記第２絶縁膜層上に存在する吸収透過層を含む上部層と、前記上部層を支持し前記基板上に存在する１対以上のアンカーを含んで構成される単位ピクセルからなることを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサにより達成される。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、検出回路基板と複数のピクセルを含む赤外線センサにおいて、前記検出回路基板上の反射金属層を含む下部層と、前記下部層上に存在し赤外線を共鳴吸収する空胴と、前記空胴上のボロメータ層と吸収透過層を含んで前記ピクセルの対角線に対して対称的な構造を有する上部層と、前記上部層を支持し前記ピクセルの対向する２つのエッジに位置する第１アンカーと、前記上部層を支持し、前記検出回路基板の接続端子と接続される電極としての役割を果たし、前記第１アンカー間の距離よりも短くなるように前記ピクセルの対向する２つのエッジに位置する第２アンカーとを含むことを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサにより達成される。
【００１５】
また、本発明のさらに他の目的は、検出回路基板と複数のピクセルを含む赤外線センサにおいて、前記検出回路基板上部の反射金属層を含む下部層と、前記下部層上に存在し赤外線を共鳴吸収する空胴と、前記空胴上に存在し前記ピクセルの中央部を横切る切断部が形成された吸収透過層と前記吸収透過層の上、下部面を覆うボロメータ層が存在するサンドウィッチ構造の上部層と、前記ピクセルのエッジに位置し前記上部層を前記上部層を支持するとともに電極としての機能を果たすアンカーを含むことを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサにより達成される。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、赤外線センサの製造方法において、検出回路基板上に反射金属層を形成する段階と、前記反射金属層上にＳＯＰコーティングにより犠牲層を形成し前記犠牲層上層部をプラズマにより除去する段階と、前記犠牲層上にボロメータ層及び吸収透過層を形成してアンカーが形成される領域にビアホールを形成する段階と、前記ビアホールに電極を埋め込んだ後、前記犠牲層を除去して空胴を形成する段階とを含むことを特徴とする２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法により達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の上記目的と技術的構成及びそれによる作用効果に関する詳細は、本発明の好適な実施例を示している図面を参照した以下の詳細な説明により更に明らかになるであろう。
【００１８】
図２乃至図１１は、本発明に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの単位ピクセル（ただし、図８は４つの単位ピクセル平面図）の斜視図、平面図または断面図である。
本発明に係る赤外線センサは２層構造で、単位ピクセルの大きさは５０μｍ×５０μｍであり、構造的には大きく下部層１００、上部層２００及び前記下部層１００と上部層２００との間の空胴３００及び前記上部層２００を支持するアンカー４０１、４０２、４０３、４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄ、４０５から構成されている。
【００１９】
前記下部層１００は、検出回路（ＲＯＩＣ:Ｒｅａｄ  Ｏｕｔ  ＩＣ）基板（１０１、１１１、１２１、１３１、１４１；以下、「１Ｘ１」と称する）とその上に形成される反射金属層（１０２、１１２、１２２、１３２、１４２；以下、「１Ｘ２」と称する）を含んでなる。前記反射金属層（１Ｘ２）はチタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウムを含む合金からなり、その厚みはチタニウムの場合は２０００Å〜５０００Å、アルミニウムの場合には５００Å〜１００００Åとなるようにする。また、前記反射金属層（１Ｘ２）と検出回路基板（１Ｘ１）との間にはシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）を含む物質からなる第１バッファ層（図４乃至図７の１１３、１２３、図２、図３及び図８乃至図１１は図示しない）が形成でき、前記第１バッファ層は前記検出回路基板の下部面にも存在し得る。前記第１バッファ層を形成する理由は、赤外線センサの熱による応力を最小化するためである。
【００２０】
前記アンカーは、単位ピクセルのエッジに形成され、１対以上存在し、電極としての機能を果たすこともできる。前記下部層１００と上部層２００との間に位置する空胴３００は、１〜３μｍの高さを有し、真空状態を維持している。
【００２１】
前記空胴３００上には、ボロメータ層（２０２、２１２、２２２、２３２、２４２；以下、「２Ｘ２」と称する）と吸収透過層（２０４、２１４、２２４、２３４、２４４；以下、「２Ｘ４」と称する）が位置する。前記ボロメータ層（２Ｘ２）はチタニウム（Ｔｉ）、チタニウム酸化物（ＴｉＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）またはドーピングされた非晶質シリコンからなり、上部層の全面に位置することもでき、特定のパターンを有して存在することもできる。
【００２２】
例えば、前記ボロメータ層（２Ｘ２）がチタニウムからなっている場合は、赤外線が透過する有効吸収面積が５０％以上となるように面積比が構成され、厚みは３００Å〜１５００Å、チタニウム酸化物の場合は５００Å〜５０００Åの厚みに形成され、非晶質シリコンからなる場合は全体面積比が８０％以上にし、厚みは５００Å〜３０００Åにする。
【００２３】
前記上部層の最上部には、吸収透過層（２Ｘ４）が存在する。本発明に係る赤外線センサは、吸収面積が広く、上部層の吸収透過層（２Ｘ４）を透過した赤外線と下部層１００の反射金属層（１Ｘ２）から反射された赤外線とが相殺的干渉(ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ)を起こし、吸収透過層（２Ｘ４）で再吸収が行われるようにして赤外線の吸収率を高める構造となっている。このため、赤外線吸収透過層（２Ｘ４）から反射金属層（１Ｘ２）までの距離をλ／４（λ：検出しようとする赤外線の中心波長）となるようにエアートンネル（空胴）を設計して赤外線が空胴３００内で共鳴吸収されるようにする。
【００２４】
前記吸収透過層（２Ｘ４）としては、チタニウム（Ｔｉ）、チタニウムナイトライド（ＴｉＮ）またはクロム（Ｃｒ）が好ましく、その厚みはチタニウムまたはチタニウムナイトライドの場合は２０Å〜１００Å、クロムの場合には２０Å〜２００Åが好ましい。
【００２５】
また、前記ボロメータ層（２Ｘ２）の下に第１絶縁膜層、前記ボロメータ層（２Ｘ２）と吸収透過層（２Ｘ４）との間に第２絶縁膜層と第２バッファ層を含むことができる。この場合、第１絶縁膜層と第２絶縁膜層はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で、第２バッファ層はシリコン窒化膜を含む物質で形成することが好ましい。
【００２６】
さらに、前記上部層２００には熱絶縁のための絶縁カットが存在し、空胴の形成時に必要とされ、応力緩和作用もするエッチングホールを含むこともできる。
【００２７】
そして、本発明の赤外線センサの単位ピクセルを構成する各層の熱時定数は３３ｍｓｅｃ以内にする。ここで、熱時定数とは、センサが一定の温度で増加した後、また後の温度と初期温度の差である３７％（１／ｅ＝０.３７）まで到達するのにかかる時間のことをいい、「熱時定数＝熱容量／熱伝導度」に表すことができる。人の目である画面を見た後に他の画面を目にした時、２つの画面間の時間差が３３ｍｓｅｃ以上となれば、残像が残るようになるため、熱時定数はこれよりも小さい値でなければならず、本発明の熱時定数は２ｍｓｅｃ〜５ｍｓｅｃである。
【００２８】
以下、各実施例に係る具体的な特徴を説明する。
【００２９】
図２及び図３に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサは、前述したように、下部層１００と上部層２００及びその間の空胴３００から構成されている。
【００３０】
前記上部層には、電気的な保護膜としての役割を果たす第１絶縁膜層２０１とその上に所定形態のボロメータ層２０２、前記ボロメータ層２０２を含む第１絶縁膜層２０２上に形成された第２絶縁膜層２０３及び前記第２絶縁膜層２０３上に形成された吸収透過層２０４が存在する。また、上部層２００には製造工程上、エッチング時間を短縮させ、単位ピクセルの物理的な応力を解消させるための５μｍ以内の直径を有するエッチングホール２０５と、熱絶縁のための幅５μｍ以内の絶縁カット２０６とが存在する。ここで、前記第１絶縁膜層２０１と第２絶縁膜層２０３の厚みは３００Å〜１５００Åの範囲を有し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなっている。
【００３１】
前記ボロメータ層２０２は、「己」状にパターン化されており、パターンの幅は３μｍ〜９μｍとなるようにする。また、ボロメータ層２０２がアンカー４０１と接続される部分である四角状の面積の大きさは、５μｍ×５μｍ〜１０×１０μｍとなるようにする。そして、最上部に蒸着される吸収透過層２０４はチタニウム（Ｔｉ）からなり、その厚みは４０Å〜７０Åとなるようにする。
【００３２】
図４及び図５に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサの上部層２００は、ボロメータ層２１２及びその上に形成された吸収透過層２１４からなるが、下部層１００と上部層２００とを接続する電極４０２はアンカーとしての役割も果たしており、熱絶縁のための絶縁カット２１６が形成されている。前記ボロメータ層２１２と吸収透過層２１４は上部層の全面に形成されるようにし、前記ボロメータ層２１２はドーピングされた非晶質シリコンが好ましい。
【００３３】
図６及び図７に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサの上部層は、第１絶縁膜層２２０と第１絶縁膜層の上部に第２バッファ層２２１が存在する。この時の第１絶縁膜層はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が好ましく、第２バッファ層２２１はシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）を含む物質が好ましく、その厚みはそれぞれ０．６５±０．１μｍ、０．２±０．０５μｍが好ましい。
【００３４】
前記バッファ層の上部にはチタニウム（Ｔｉ）またはチタニウム酸化物であるＴｉＯｘ（ｘ＝１乃至３）を含む材質からなるボロメータ層２２２が存在し、チタニウムの場合は３００Å〜１５００Å、チタニウム酸化物の場合には５００Å〜５０００Åの厚みに形成される。
【００３５】
前記ボロメータ層２２２は第１絶縁膜層２２０と第２バッファ層２２１の上部に形成されるが、ボロメータ層２２２が形成される前に応力緩和のために、上記のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を交互に繰返し形成できる。
【００３６】
次に、前記ボロメータ層上にはシリコン酸化膜からなる第２絶縁膜層２２３が形成され、前記第２絶縁膜層２２３上に吸収透過層２２４が存在する。
図には示さないが、前記上部層２００には絶縁カットが含まれている。
【００３７】
図８及び図９（図８のＡ−Ａ’線に沿う断面図）に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサの上部層２００は、ピクセルの対角線に対称的な蝶状の構造で形成されて、せん断応力(ｓｔｅａｒ  ｓｔｒｅｓｓ)による変形を最小化する構造となっており、前記上部層２００を支持するための第１アンカー間の距離（４０４ａと４０４ｂとの間の距離）よりも第２アンカー間の距離（４０４ｃと４０４ｄとの間の距離）を短く形成することによって、両端間の抵抗を低くし、効率よく赤外線を検出できる構造を有している。さらに、犠牲層を除去するためのエッチングホール２３５と熱絶縁のための絶縁カット２３６が存在する。
【００３８】
前記上部層２００を支えるために、第２アンカー４０４ｃ、４０４ｄが存在し、第２アンカーは検出回路基板の接続端子と接続する電極としての機能も同時に果たしている。図８のＢ−Ｂ’線に沿う断面図（図示せず）は、第１アンカーが接続端子と接触しないことを除いては、前記第２アンカー４０４ｃ、４０４ｄと同様である。また、図には示さないが、前記上部層２００はボロメータ層２３２の上部、下部または上／下部に絶縁膜層またはバッファ層をさらに含むこともできる。
【００３９】
前記ボロメータ層２３２はドーピングされた非晶質シリコンからなり、前記ドーピングされた非晶質シリコン層はＮ型またはＰ型非晶質シリコからなり、その厚みは５００Å〜３０００Å程度が好ましい。
【００４０】
図１０及び図１１（図１１は図１０のＣ−Ｃ’線に沿う断面図）に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサの上部層２００は、ボロメータ層２４２と吸収透過層２４４を含んでなり、前記吸収透過層２４４の中間部は切断部２４７が存在し、アンカー４０５の周辺に熱絶縁のための絶縁カット２４６が位置する。
【００４１】
赤外線センサの製作工程中の熱工程により前記吸収透過層２４４の熱膨張または製作後の使用による熱応力により、前記吸収透過層２４４を含む上部層２００に応力が生じて上部層２００が撓んだり、センサの信頼性が低下したりする問題が発生しており、本発明は前記吸収透過層２４４の中間部に切断部２４７を形成し、その上／下部面にボロメータ層２４２を形成したサンドウィッチ構造を採用することによって、このような応力問題を解決した。
【００４２】
すなわち、前記吸収透過層２４４とボロメータ層２４２のいずれかの層に相対的に圧縮応力または引張応力が加えられる場合、サンドウィッチ構造を採用することで、応力を互いに相殺させて、カンチレバー状の上部層が変形されるのを防止する。また、空胴を埋め込んでいた物質を除去して最終的に空胴３００を形成する工程中に、プラズマ、ホットプレート、チャンバ温度など、工程温度により検出回路基板１４１の温度が高くなり、吸収透過層２４４の熱膨張が生じて応力が発生するが、前記切断部２４７とサンドウィッチ構造を採用することで、このような応力を解消できる。
【００４３】
前記サンドウィッチ構造は、熱損失問題を解決する効果も有する。すなわち、吸収透過層２４４において相殺干渉が起こり、赤外線の吸収が発生し、その後ボロメータ層２４２を介して熱伝逹がなされる。したがって、サンドウィッチ構造を採用することで、吸収透過層２４４によって起こる熱損失を防止できる。
【００４４】
また、吸収透過層２４４の中間部分に位置する前記切断部２４７は、従来の技術において発生する応力を解消するためのエッチングホールの機能に代えて、有効吸収面積を増加させ、抵抗を減少させる。
【００４５】
抵抗減少の効果を説明すれば、前記ボロメータ層２４２の抵抗は吸収透過層２４４のない切断部２４７により決定されるので、ボロメータ層２４２の抵抗（Ｒ）はＲ=ＲＳ×（Ｌ／Ｗ）（ここで、Ｌは切断部の幅、Ｗはピクセル長、ＲＳは面抵抗）で表すことができる。厚みが２０００Åである非晶質シリコンの面抵抗は、約１０Ｍｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅとなるので、切断部の幅（Ｌ）が２μｍ、ピクセル長（Ｗ）が５０μｍである場合、抵抗値は約４００ｋｏｈｍとなり、この値は従来技術の抵抗値である３０Ｍｏｈｍ、５００ｋｏｈｍよりも小さい。したがって、Ｌ／Ｗ値を調節することで、所望の抵抗の薄膜を形成できる。
【００４６】
前記絶縁カット２４６により形成されるブリッジ２４９は、幅（ｔ）が小さく、長さが大きいほど、熱短絡効果が増加するが、カンチレバー状の上部層２００の支持に影響を及ぼさない程度にその幅と長さを決定する。例えば、ピクセル長（Ｗ）が５０μｍの場合、幅（ｔ）を１.５μｍ〜５μｍ、長さを４μｍ〜３５μｍに設定することが好ましい。
【００４７】
また、図１０及び図１１に示す２層構造のボロメータ型赤外線センサの上部層は、図８に示す蝶状の対称的な構造を有することができる。すなわち、ピクセルの対角線に沿って切断部が存在するサンドウィッチ構造を採用し、上部層の平面形状はピクセルの対角線に対して対称的な構造を有する蝶状にすることができる。この時、アンカーはピクセルの対向する２つのエッジに位置する第１アンカーと、基板の接続端子と接続される電極としての役割をし、前記第１アンカー間の距離よりも短くなるようにピクセルの対向する２つのエッジに位置する第２アンカーとからなる。
【００４８】
以下、図８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である図１２乃至図１５を参照して、本発明に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法を説明する。
【００４９】
まず、図１２に示すように、検出回路基板１３１上に真空蒸着、スパッタリングなどの方法を用いて前記検出回路基板の接続端子１３４と接触する電極パッド１３５及び反射金属層１３２を蒸着し、パターニングする。前記電極パッド２０６と反射金属層１３２をパターニングする前にピクセルを絶縁させて分離させるために、シリコン窒化膜を含む第１バッファ層を形成することができる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、前記パターングされた電極パッド１３５及び反射金属層１３２の上部に犠牲層３５０を形成し、その上層部３５０ｂをプラズマによりエッチングして除去する。前記犠牲層３５０は、ＳＯＰ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）工程により有機薄膜（例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社のＡＣＣＵＦＬＯ  １５１３ＥＬ）を０．５μｍ〜３．５μｍとなるようにコーティングする。ＳＯＰ工程を通じたスピンコーティングにより前記犠牲層３５０の表面は、スピンコーティングの跡が残るが、これは後続するボロメータ層の形成及び犠牲層の除去時にボロメータ層の下部表面にその跡が残り、ボロメータ層の変形をもたらすこともできる。したがって、このような問題を解決するために、前記犠牲層の上層部３５０ｂをＡｒ／Ｏ２プラズマを用いて１００Å〜２０００Å除去して応力を緩和させる。
【００５１】
次に、図１４に示すように、前記犠牲層３５０ａ上にボロメータ層２３２と吸収透過層２３４を形成し、前記電極パッド１３５まで貫通するビアホール４５０と絶縁カット（図８の２３６）を形成する。前記ボロメータ層２３２はドーピングされたＮ型またはＰ型非晶質シリコンが好ましく、５００Å〜３０００Å程度の厚みに形成する。
【００５２】
図１６は、本発明に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの赤外線吸収率をシミュレーションした結果である。赤外線波長７μｍ〜１４μｍの中心波長で９５％以上の吸収率を示すことが分かる。
【００５３】
前記ビアホール４５０と絶縁カット（図８の２３６）の形成は、ＣＦ４、ＣＨＦ４またはＡｒガスを用いたプラズマエッチングにより行うことが好ましい。
【００５４】
図には示さないが、前記ボロメータ層２３２の上部、下部または上／下部に絶縁層を形成することもできる。例えば、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ
Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程により前記ボロメータ層２３２の下部面にシリコン酸化膜から構成される第１絶縁膜層及び前記ボロメータ層２３２と吸収透過層２３４との間にシリコン酸化膜から構成される第２絶縁膜層を形成することが可能である。
【００５５】
次に、図１５に示すように、前記ビアホール４５０にコンタクト形成のための金属物質を蒸着し、パターニングしてコンタクト電極としての役割も果たすアンカー４０４ｃ、４０４ｄを形成した後、前記犠牲層３５０ａを除去して空胴３００を形成する。前記犠牲層３５０ａはＯ２プラズマエッチングなどの工程により除去する。
【００５６】
前述した本発明は、検出回路基板上にコンタクトパッド及び反射金属層を形成する段階と、前記反射金属層上にＳＯＰコーティングにより犠牲層を形成し前記犠牲層上層部をプラズマにより除去する段階と、前記犠牲層上にボロメータ層及び吸収透過層を形成し前記犠牲層をエッチングしてアンカー部を露出させる段階及び前記アンカー部に電極を形成した後に前記犠牲層を除去して空胴を形成する段階とからなる一連の工程を通じた２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法を例示したものであるが、吸収透過層を最後に蒸着する方法も可能である。
【００５７】
すなわち、検出回路基板上にコンタクトパッド及び反射金属層を形成する段階と、前記反射金属層上にＳＯＰコーティングにより犠牲層を形成し前記犠牲層上層部をプラズマにより除去する段階と、前記犠牲層上にボロメータ層を形成する段階と、前記犠牲層をエッチングしてアンカー部を露出させる段階と、前記アンカー部に電極を形成した後に前記犠牲層を除去して空胴を形成する段階及び吸収透過層を形成する段階とからなる一連の工程を通じた２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法もまた可能である。
【００５８】
前述した本発明に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法は、図８及び図９に示した実施例を通して説明したが、図２乃至図１１に例示した他の実施例にも適用されるので、その他の実施例の製造方法についての説明は省略した。
【００５９】
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の実施形態に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
したがって、本発明の２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法は分光学的解析により赤外線吸収率が優れ、且つ、簡単な工程で赤外線センサを製作することで、消防ヘルメット、トンネル及びマンホール作業用ヘルメット、車のナイトビジョン、保安用監視カメラ、印刷回路基板（ＰＣＢ）、ウェハ、電熱器などの発熱状態を確認できる非接触型発熱診断器、体熱映像診断器、個人火器の夜間照準、海岸線監視及び哨所監視などのための軍事用装置にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、従来技術に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図３】図３は、図２の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図５】図５は、図４の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの断面図である。
【図６】図６は、本発明のさらに他の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図７】図７は、図６の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図８】図８は、本発明のさらに他の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサのピクセル平面図である。
【図９】図９は、図８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１０】図１０は、本発明のさらに他の実施例に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０のＣ−Ｃ’に沿う断面図である。
【図１２】図１２は、図８のＡ−Ａ’に沿う２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法の断面図である。
【図１３】図１３は、図８のＡ−Ａ’に沿う２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法の断面図である。
【図１４】図１４は、図８のＡ−Ａ’に沿う２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法の断面図である。
【図１５】図１５は、図８のＡ−Ａ’に沿う２層構造のボロメータ型赤外線センサの製造方法の断面図である。
【図１６】図１６は、本発明に係る２層構造のボロメータ型赤外線センサの赤外線吸収率を表すグラフである。
【図１】
2007509315.tif 000003
【図２】
2007509315.tif 000004
【図３】
2007509315.tif 000005
【図４】
2007509315.tif 000006
【図５】
2007509315.tif 000007
【図６】
2007509315.tif 000008
【図７】
2007509315.tif 000009
【図８】
2007509315.tif 000010
【図９】
2007509315.tif 000011
【図１０】
2007509315.tif 000012
【図１１】
2007509315.tif 000013
【図１２】
2007509315.tif 000014
【図１３】
2007509315.tif 000015
【図１４】
2007509315.tif 000016
【図１５】
2007509315.tif 000017
【図１６】
2007509315.tif 000018
【国際調査報告】
2007509315.tif 000019
2007509315.tif 000020