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KR102186653B1 - A MEMS Device And The Manufacturing Method of the MEMS Device - Google Patents

A MEMS Device And The Manufacturing Method of the MEMS Device Download PDF

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Publication number
KR102186653B1
KR102186653B1 KR1020200029598A KR20200029598A KR102186653B1 KR 102186653 B1 KR102186653 B1 KR 102186653B1 KR 1020200029598 A KR1020200029598 A KR 1020200029598A KR 20200029598 A KR20200029598 A KR 20200029598A KR 102186653 B1 KR102186653 B1 KR 102186653B1
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KR
South Korea
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pattern
substrate
disposed
layer
moth
Prior art date
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오재섭
이종권
박종철
김태현
김광희
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명의 일 실시에에 따른 멤스 소자는, 적외선 센서를 구비한 센서 기판; 및 상기 하부 기판과 접합되어 케비티를 구성하는 캡 기판을 포함한다. 상기 캡 기판은, 상부 기판; 상기 상부 기판의 상부면에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴; 상기 상부 패턴을 마주보도록 배치되고 상기 상부 기판의 하부면에서 함몰된 케비티 영역에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴; 상기 하부 패턴의 주위에 배치되고 상기 케비티 영역 내에 배치된 게터; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역보다 돌출되고 상기 상부 기판과 동일한 구조와 재질을 가지고 상기 케비티 영역을 감싸도록 배치된 격벽; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역의 배치평면보다 더 함몰되고 상기 격벽을 감싸도록 배치된 절단 부위; 및 상기 격벽의 하부면에 배치된 상부 본딩 패드;를 포함한다.MEMS device according to an embodiment of the present invention, a sensor substrate having an infrared sensor; And a cap substrate bonded to the lower substrate to form a cavity. The cap substrate may include an upper substrate; An upper pattern having a Moth-eye structure formed on an upper surface of the upper substrate; A lower pattern having a moth-eye structure disposed to face the upper pattern and formed in a cavity region recessed from a lower surface of the upper substrate; A getter disposed around the lower pattern and disposed within the cavity area; A partition wall protruding from the lower surface of the upper substrate than the cavity region and having the same structure and material as that of the upper substrate and disposed to surround the cavity region; A cut portion recessed from a lower surface of the upper substrate than an arrangement plane of the cavity region and disposed to surround the partition wall; And an upper bonding pad disposed on a lower surface of the partition wall.

Description

멤스 소자 및 멤스 디바이스의 제조 방법{A MEMS Device And The Manufacturing Method of the MEMS Device}MEMS Device And The Manufacturing Method of the MEMS Device

본 발명은 MEMS 소자에 관한 것으로, 더 구체적으로 적외선 대역에서 높은 투과도를 가진 적외선 창문을 가지며 높은 적외선 대역 흡수도를 가진 적외선 센서 멤스 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS device, and more particularly, to an infrared sensor MEMS device having an infrared window having a high transmittance in the infrared band and having a high absorbance in the infrared band.

볼로미터는 적외서 센서의 한 종류이다. 상기 볼로미터는 반사판과 신호처리부를 포함하는 하부 기판에 형성된다. 상기 볼로미터는 입사되는 적외선을 흡수한다. 상기 볼로미터의 흡수판의 온도가 상승하면, 온도 상승으로 인한 저항층의 저항 변화가 검출되고, 저항 변화로부터 적외선의 에너지가 측정된다.The bolometer is a kind of infrared sensor. The bolometer is formed on a lower substrate including a reflector and a signal processing unit. The bolometer absorbs incident infrared rays. When the temperature of the absorption plate of the bolometer increases, a change in resistance of the resistive layer due to the increase in temperature is detected, and energy of infrared rays is measured from the change in resistance.

캡 기판은 하부 기판과 별도의 상부 기판을 포함하고, 상기 캡 기판은 상기 하부 기판과 웨이퍼 본딩되어 케비티를 형성하면서 패키징된다.The cap substrate includes a lower substrate and a separate upper substrate, and the cap substrate is packaged while forming a cavity by wafer bonding with the lower substrate.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 적외선의 특정 대역(7μm -20 μm)에 높은 투과율을 가지는 적외선 센서용 멤스 소자를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide a MEMS device for an infrared sensor having a high transmittance in a specific band of infrared rays (7 μm -20 μm).

본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자의 제조 방법은, 상부 기판의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴을 형성하는 단계; 상기 상부 패턴과 정렬되고 나방눈(Moth-eye) 구조를 가지고 상기 상부 기판의 하부면에 배치되는 예비 하부 패턴을 형성하는 단계; 상기 예비 하부 패턴을 감싸는 격벽 영역에 형성된 식각 마스크를 이용하여 식각하여 상기 예비 하부 패턴이 전사된 하부 패턴을 포함하는 케비티 영역 및 상기 격벽 영역을 감싸는 예비 리세스 영역을 동시에 형성하는 단계; 상기 예비 리세스 영역을 추가적으로 식각하는 리세스 영역을 형성하는 단계; 상기 격벽 영역에 상부 본딩 패드와 상기 케비티 영역에 상기 하부 패턴과 중첩되지 않도록 게터를 형성하는 단계; 진공 상태에서 적외선 센서를 구비한 하부 기판의 하부 본딩 패드와 상기 상부 기판의 상기 상부 본딩 패드를 접합하는 단계; 및 상기 상부 기판의 상기 리세스 영역을 절단하여 상기 하부 기판의 외부 연결 패드를 노출하는 단계를 포함한다. 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 실리콘 기판이다.A method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention includes forming an upper pattern having a Moth-eye structure on an upper surface of an upper substrate; Forming a preliminary lower pattern that is aligned with the upper pattern and has a Moth-eye structure and is disposed on a lower surface of the upper substrate; Simultaneously forming a cavity region including a lower pattern to which the preliminary lower pattern is transferred and a preliminary recess region surrounding the partition wall region by etching using an etching mask formed in the partition wall region surrounding the preliminary lower pattern; Forming a recess area for additionally etching the preliminary recess area; Forming an upper bonding pad in the partition area and a getter in the cavity area so as not to overlap with the lower pattern; Bonding a lower bonding pad of a lower substrate with an infrared sensor and the upper bonding pad of the upper substrate in a vacuum state; And cutting the recessed region of the upper substrate to expose an external connection pad of the lower substrate. The upper substrate and the lower substrate are silicon substrates.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상부 기판의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴을 형성하는 단계는, 상기 상부 기판의 상부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 상부 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 예비 상부 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 상부 기판을 열리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 상부 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 상부 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the forming of the upper pattern having a Moth-eye structure on the upper surface of the upper substrate is arranged in a matrix form using a photo-lithography process on the upper surface of the upper substrate. Forming a preliminary upper photoresist pattern spaced apart from each other; Performing a thermal reflow process on the upper substrate on which the preliminary upper photoresist pattern is formed to form an upper photoresist pattern having a Moth-eye structure; Dry etching the upper photoresist pattern with an etching mask to form an upper pattern having a Moth-eye structure on the upper surface of the upper substrate; And removing the upper photoresist pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 패턴과 정렬되고 나방눈(Moth-eye) 구조를 가지고 상기 상부 기판의 하부면에 배치되는 예비 하부 패턴을 형성하는 단계는, 상기 상부 기판의 하부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 하부 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 예비 하부 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 상부 기판을 열 리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 하부 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판의 하부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 예비 하부 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 하부 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the forming of the preliminary lower pattern aligned with the upper pattern and having a Moth-eye structure and disposed on the lower surface of the upper substrate may be performed on the lower surface of the upper substrate. Forming a preliminary lower photoresist pattern arranged in a matrix form and spaced apart from each other by using a photo-lithography process; Forming a lower photoresist pattern having a Moth-eye structure by performing a thermal reflow process on the upper substrate on which the preliminary lower photoresist pattern is formed; Forming a preliminary lower pattern having a Moth-eye structure on a lower surface of the upper substrate by dry etching the lower photoresist pattern with an etching mask; And removing the lower photoresist pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Moth-eye structure of the lower pattern may include a plurality of hemispheres disposed in contact with each other.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 절단된 타원체들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Moth-eye structure of the lower pattern may include a plurality of cut ellipsoids disposed in contact with each other.

본 발명의 일 실시에에 따른 멤스 소자는, 상부 기판; 상기 상부 기판의 상부면에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴; 상기 상부 패턴을 마주보도록 배치되고 상기 상부 기판의 하부면에서 함몰된 케비티 영역에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴; 상기 하부 패턴의 주위에 배치되고 상기 케비티 영역 내에 배치된 게터; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역보다 돌출되고 상기 상부 기판과 동일한 구조와 재질을 가지고 상기 케비티 영역을 감싸도록 배치된 격벽; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역의 배치평면보다 더 함몰되고 상기 격벽을 감싸도록 배치된 절단 부위; 및 상기 격벽의 하부면에 배치된 상부 본딩 패드; 하부 기판; 상기 상부 기판의 상기 케비티 영역을 마주보록 배치된 적외선 센서; 및 상기 상부 본딩 패드와 정렬되고 상기 적외선 센서를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드;를 포함한다. 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 실리콘 기판이다.MEMS device according to an embodiment of the present invention, the upper substrate; An upper pattern having a Moth-eye structure formed on an upper surface of the upper substrate; A lower pattern having a moth-eye structure disposed to face the upper pattern and formed in a cavity region recessed from a lower surface of the upper substrate; A getter disposed around the lower pattern and disposed within the cavity area; A partition wall protruding from the lower surface of the upper substrate than the cavity region and having the same structure and material as that of the upper substrate and disposed to surround the cavity region; A cut portion recessed from a lower surface of the upper substrate than an arrangement plane of the cavity region and disposed to surround the partition wall; And an upper bonding pad disposed on a lower surface of the partition wall. A lower substrate; An infrared sensor disposed to face the cavity area of the upper substrate; And a lower bonding pad aligned with the upper bonding pad and disposed to surround the infrared sensor. The upper substrate and the lower substrate are silicon substrates.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구 형상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Moth-eye structure of the lower pattern may have a plurality of hemispherical shapes disposed in contact with each other.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 반구 형상의 곡률 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크미터 이고, 상기 하부 패턴의 반구들은 상기 상부 패턴의 반구들과 서로 정렬될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the radius of curvature of the hemispherical shape of the lower pattern is sub-micrometer to several micrometres, and the hemispheres of the lower pattern may be aligned with the hemispheres of the upper pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 절단된 타원체형상일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the Moth-eye structure of the lower pattern may be in the shape of a plurality of cut ellipsoids disposed in contact with each other.

본 발명의 일 실시에에 따른 멤스 소자는, 적외선 센서를 구비한 센서 기판; 및 상기 하부 기판과 접합되어 케비티를 구성하는 캡 기판을 포함한다. 상기 캡 기판은, 상부 기판; 상기 상부 기판의 상부면에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴; 상기 상부 패턴을 마주보도록 배치되고 상기 상부 기판의 하부면에서 함몰된 케비티 영역에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴; 상기 하부 패턴의 주위에 배치되고 상기 케비티 영역 내에 배치된 게터; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역보다 돌출되고 상기 상부 기판과 동일한 구조와 재질을 가지고 상기 케비티 영역을 감싸도록 배치된 격벽; 상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역의 배치평면보다 더 함몰되고 상기 격벽을 감싸도록 배치된 절단 부위; 및 상기 격벽의 하부면에 배치된 상부 본딩 패드;를 포함한다. 상기 센서 기판은, 하부 기판; 상기 하부 기판에 형성되고 상기 상부 기판의 상기 케비티 영역을 마주보록 배치된 적외선 센서; 및 상기 상부 본딩 패드와 정렬되고 상기 적외선 센서를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드;를 포함한다. 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 실리콘 기판이다.MEMS device according to an embodiment of the present invention, a sensor substrate having an infrared sensor; And a cap substrate bonded to the lower substrate to form a cavity. The cap substrate may include an upper substrate; An upper pattern having a Moth-eye structure formed on an upper surface of the upper substrate; A lower pattern having a moth-eye structure disposed to face the upper pattern and formed in a cavity region recessed from a lower surface of the upper substrate; A getter disposed around the lower pattern and disposed within the cavity area; A partition wall protruding from the lower surface of the upper substrate than the cavity region and having the same structure and material as that of the upper substrate and disposed to surround the cavity region; A cut portion recessed from a lower surface of the upper substrate than an arrangement plane of the cavity region and disposed to surround the partition wall; And an upper bonding pad disposed on a lower surface of the partition wall. The sensor substrate may include a lower substrate; An infrared sensor formed on the lower substrate and disposed to face the cavity region of the upper substrate; And a lower bonding pad aligned with the upper bonding pad and disposed to surround the infrared sensor. The upper substrate and the lower substrate are silicon substrates.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적외선 센서는, 상기 하부 기판의 상부면에 형성되어 검출회로와 전기적으로 연결되는 금속 패드; 상기 하부 기판의 상부면에 형성되고 적외선 대역을 반사하는 반사층; 상기 반사층의 상부에 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하여 저항을 변화시키는 흡수판; 및 상기 금속 패드의 상부에 형성되어 상기 흡수판을 지지하고 상기 금속 패드와 상기 흡수판을 전기적으로 연결하는 앵커를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the infrared sensor includes: a metal pad formed on an upper surface of the lower substrate and electrically connected to a detection circuit; A reflective layer formed on the upper surface of the lower substrate and reflecting an infrared band; An absorption plate that is formed to be spaced apart from the top of the reflective layer and absorbs infrared rays to change resistance; And an anchor formed on the metal pad to support the absorber plate and electrically connect the metal pad to the absorber plate.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흡수판은 차례로 적층된 제1 절연층, 흡수층, 저항층, 제2 절연층, 및 무반사 패턴을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the absorber plate may include a first insulating layer, an absorbing layer, a resistance layer, a second insulating layer, and an anti-reflection pattern that are sequentially stacked.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무반사 패턴은 나방눈 구조일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the anti-reflection pattern may be a mothed structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구이고, 상기 하부 패턴의 상기 반구의 곡률 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크로미터이고, 상기 하부 패턴의 반구들은 상기 상부 패턴의 반구들과 서로 정렬될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Moth-eye structure of the lower pattern is a plurality of hemispheres disposed in contact with each other, and the radius of curvature of the hemispheres of the lower pattern is sub-micrometer to several microns. And hemispheres of the lower pattern may be aligned with hemispheres of the upper pattern.

본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자는 캡 기판과 멤스 소자 기판의 진공 패키징 공정을 통하여 제작된다. 상기 캡 기판은 나방눈 구조의 패턴이 형성된 적외선 창문을 가진다. 상기 나방눈 구조의 상부 패턴은 상기 캡 기판의 상부면에 형성되어 무반사 기능을 수행하고, 나방눈 구조의 하부 패턴은 상기 캡 기판의 하부면에 함몰된 영역에 형성되어 대역 통과 필터 기능을 수행한다. 상기 상부 패턴과 상기 하부 패턴은 나방눈 구조를 가지고, 우수한 적외선 투과 특성을 제공한다. 또한, 상기 상부 패턴과 상기 하부 패턴은 다층 박막 공정에 의한 무반사 코팅에 비하여 비용 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있다.The MEMS device according to an embodiment of the present invention is manufactured through a vacuum packaging process of the cap substrate and the MEMS device substrate. The cap substrate has an infrared window on which a pattern of a moth structure is formed. The upper pattern of the moth structure is formed on the upper surface of the cap substrate to perform an anti-reflective function, and the lower pattern of the moth structure is formed in a region recessed in the lower surface of the cap substrate to perform a band pass filter function. . The upper pattern and the lower pattern have a moth structure and provide excellent infrared transmission characteristics. In addition, the upper pattern and the lower pattern can reduce cost and improve productivity compared to non-reflective coating by a multilayer thin film process.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자를 설명하는 개념도이다.
도 1b는 도 1a의 멤스 소자의 캡 기판에 현성된 나방눈 구조의 패턴을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 멤스 소자의 캡 기판에 현성된 나방눈 구조의 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과율을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서를 구비한 센서 기판을 설명하는 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 A-A’ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기판의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다.
1A is a conceptual diagram illustrating a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
1B is a plan view and a cross-sectional view showing a pattern of a moth-eye structure displayed on a cap substrate of the MEMS device of FIG. 1A.
FIG. 1C is a cross-sectional view illustrating a pattern of a moth-eye structure displayed on a cap substrate of the MEMS device of FIG. 1A.
2A and 2B show transmittance according to an embodiment of the present invention.
3A to 3L are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.
4A is a perspective view illustrating a sensor substrate including an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
4B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 4A.
5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 MEMS(Microelectromechanical systems) 소자 제조 방법으로, 웨이퍼 레벨 진공 패키징에 관한 것이다. 웨이퍼 레벨 진공 패키징은 MEMS 소자 기판과 캡 기판(cap wafer)을 접합한다. 상기 MEMS 소자 기판은 볼로미터와 같은 적외선 센서 구조물과 판독집적회로(Readout integrated circuits; ROIC)를 포함할 수 있다. 상기 캡 기판(cap wafer)은 MEMS 소자 기판과 접합되어 진공 케비티를 생성하고, 외부 적외선 광이 투과할 수 있는 창문을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a microelectromechanical systems (MEMS) device, and to a wafer level vacuum packaging. Wafer-level vacuum packaging bonds the MEMS device substrate and the cap wafer. The MEMS device substrate may include an infrared sensor structure such as a bolometer and readout integrated circuits (ROIC). The cap substrate is bonded to the MEMS device substrate to create a vacuum cavity, and provides a window through which external infrared light can be transmitted.

볼로미터는 외부로부터 입사되는 적외선을 적외선 흡수층에 전달하고, 적외선 흡수층의 온도가 상승하면, 적외선 흡수층의 온도 상승은 저항층의 저항 변화를 유발한다. 상기 저항층의 저항 변화는 판독 집적회로를 통하여 적외선의 에너지로 변환된다. 따라서, 외부 적외선 광을 효율적으로 적외선 흡수층에 전달하기 위하여, 볼로미터의 표면 반사를 방지하는 반사 방지막이 요구된다. 캡 기판(cap wafer)의 적외선 창문은 통상적으로 다층박막 구조의 무반사 코팅을 사용한다.The bolometer transmits infrared rays incident from the outside to the infrared absorbing layer, and when the temperature of the infrared absorbing layer increases, the increase in temperature of the infrared absorbing layer causes a change in resistance of the resistive layer. The change in resistance of the resistive layer is converted into infrared energy through a read integrated circuit. Accordingly, in order to efficiently transmit external infrared light to the infrared absorbing layer, an antireflection film for preventing surface reflection of the bolometer is required. The infrared window of the cap wafer typically uses an anti-reflective coating with a multilayer thin film structure.

표면반사를 방지하기 위해 다층 박막 구조의 무반사(Anti-Reflection; AR) 코팅이 사용된다. 다층 박막 구조의 무반사 코팅은 간섭효과를 이용하여 표면에서의 반사율을 낮춘다. 상기 간섭 효과는 굴절율과 두께에 따른 빛의 파장 및 강도의 변화를 사용한다. 이러한 다층 박막 구조의 무반사 코팅은 굴절률이 서로 다른 여러 층의 적층구조 (예컨대, 2층~27층)를 갖는다. 다층 박막의 적층 과정에서 불량 손실이 크고, 적층 단계가 많아서 양산성이 떨어지며, 가격이 비싼 문제점이 있다. 적층된 복수의 층들의 열 팽창계수가 서로 달라, 스트레스에 의해 특성 및 수명이 저하된다.In order to prevent surface reflection, anti-reflection (AR) coating with a multilayer thin film structure is used. The anti-reflective coating of a multilayered thin film structure lowers the reflectance at the surface by using the interference effect. The interference effect uses changes in the wavelength and intensity of light according to the refractive index and thickness. The anti-reflective coating of such a multilayer thin film structure has a stacked structure of several layers having different refractive indices (eg, 2 to 27 layers). In the process of laminating a multilayer thin film, there is a problem of high defect loss, poor mass production due to many lamination steps, and high cost. Since the thermal expansion coefficients of the plurality of stacked layers are different from each other, characteristics and lifespan are deteriorated by stress.

표면반사를 방지하기 위해, 나노 구조의 격자 패턴이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 격자 패턴은 케비티를 형성하기 위한 캡 기판(cap wafer)에는 적용하기 어렵다. 구체적으로, 캡 기판(cap wafer)에 케비티를 구성하기 위하여 수십 마이크로미터 이상의 깊은 트렌치(deep trench)가 요구된다. 상기 깊은 트렌치 내에 나노 구조의 패턴을 형성하는 것은 매우 어렵다. 상기 캡 기판은 적외선 센서를 수용하기 위한 케비티를 요구한다. 상기 케비티의 깊이는 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로비터이다. 나방눈 구조의 패턴은 포토 리소그리파 공정을 통하여 함몰된 케비티 내에 형성하기 어렵다.In order to prevent surface reflection, a nanostructured lattice pattern may be used. However, such a lattice pattern is difficult to apply to a cap substrate for forming a cavity. Specifically, a deep trench of tens of micrometers or more is required to construct a cavity in a cap wafer. It is very difficult to form a pattern of nanostructures in the deep trench. The cap substrate requires a cavity to accommodate the infrared sensor. The depth of the cavity is from tens of micrometers to hundreds of microbits. It is difficult to form a pattern of a moth-shaped structure in a hollow cavity through a photolithography process.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부광의 표면 반사를 방지하기 위해 MEMS 소자의 표면 및/또는 웨이퍼 레벨 패키징의 캡 기판(cap wafer)의 양면 혹은 하부면에 미세구조의 나방눈 패턴(Moth-eye pattern)이 형성된다. 이에 따라, 적외선 광은 나방눈 구조의 패턴을 점진적으로 굴절률 변화를 가진 표면으로 인식한다. 나방눈 구조의 패턴은 공기와 캡 기판에 경계면에서 적외선이 공기 중에서 입사하는 경우 원적외선(Far Infrared; FIR)의 7 μm ~ 14 μm 파장 영역의 반사를 최소화시키고, 원적외선(Far Infrared; FIR)의 7 μm ~ 14μm 파장 영역의 파장의 투과를 최대화될 수 있다. 나방눈 구조의 패턴은 공기와 캡 기판에 경계면에서 캡 기판에서 입사하는 경우 7um~14um 파장 영역에서 높은 투과율을 가지는 대역 통과 필터로 동작할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in order to prevent surface reflection of external light, a moth-eye pattern of a microstructure is formed on both sides or lower surfaces of the surface of the MEMS device and/or the cap wafer of wafer level packaging. pattern) is formed. Accordingly, infrared light gradually recognizes the pattern of the moth structure as a surface having a refractive index change. In the case of infrared rays incident in the air at the interface between the air and the cap substrate, the moth-eye pattern minimizes reflection in the 7 μm to 14 μm wavelength range of Far Infrared (FIR), and 7 of Far Infrared (FIR). Transmission of wavelengths in the μm to 14 μm wavelength range can be maximized. The pattern of the spheroid structure can operate as a band pass filter having a high transmittance in the 7um to 14um wavelength region when incident from the cap substrate at the interface between the air and the cap substrate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 나방눈(Moth-eye) 구조의 패턴은 캡 기판 양면 혹은 함몰된 일면에 형성된다. 상기 나방눈(Moth-eye) 구조의 패턴은 적외선 투과를 향상시키고, 다층박막대비 수명연장이 가능하다고, MEMS 소자의 패키징 수명의 열화를 최소화시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a pattern having a Moth-eye structure is formed on both sides of the cap substrate or on one side of the cap substrate. The pattern of the Moth-eye structure improves infrared transmission and can extend the lifespan compared to the multilayer thin film, thereby minimizing deterioration of the packaging life of the MEMS device.

또한, 나방눈(Moth-eye) 구조는 제조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하게 함몰된 케비티의 일면에 형성하여, MEMS 소자의 양산성을 확보할 수 있다.In addition, the Moth-eye structure is formed on one side of the recessed cavity in a simple manufacturing process and inexpensive manufacturing cost, so that mass production of the MEMS device can be secured.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실험 조건, 물질 종류 등에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되지는 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the present invention is not limited or limited by experimental conditions, material types, and the like. The present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, components are exaggerated for clarity. Parts indicated by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자를 설명하는 개념도이다.1A is a conceptual diagram illustrating a MEMS device according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 도 1a의 멤스 소자의 캡 기판에 현성된 나방눈 구조의 패턴을 나타내는 평면도 및 단면도이다.1B is a plan view and a cross-sectional view showing a pattern of a moth-eye structure displayed on a cap substrate of the MEMS device of FIG. 1A.

도 1c는 도 1a의 멤스 소자의 캡 기판에 현성된 나방눈 구조의 패턴을 나타내는 단면도이다.FIG. 1C is a cross-sectional view illustrating a pattern of a moth-eye structure displayed on a cap substrate of the MEMS device of FIG. 1A.

도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 멤스 소자(100)는, 적외선 센서(103)를 구비한 센서 기판(102); 및 상기 센서 기판(102)과 접합되어 케비티(104)를 구성하는 캡 기판(101)을 포함한다.1A, 1B, and 1C, the MEMS device 100 includes: a sensor substrate 102 having an infrared sensor 103; And a cap substrate 101 that is bonded to the sensor substrate 102 to constitute the cavity 104.

상기 캡 기판(101)은, 상부 기판(120); 상기 상부 기판(120)의 상부면에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130); 상기 상부 패턴(130)과 정렬되고 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 함몰된 케비티 영역(150)에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴(140); 상기 하부 패턴(140)의 주위에 배치되고 상기 케비티 영역(150) 내에 배치된 게터(170); 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 상기 케비티 영역(150)보다 돌출되고 상기 상부 기판(120)과 동일한 구조와 재질을 가지고 상기 케비티 영역(150)을 감싸도록 배치된 격벽(180); 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 상기 케비티 영역의 배치평면보다 더 함몰되고 상기 격벽(180)을 감싸도록 배치된 절단 부위(184); 및 상기 격벽(180)의 하부면에 배치된 상부 본딩 패드(182);를 포함한다.The cap substrate 101 may include an upper substrate 120; An upper pattern 130 having a Moth-eye structure formed on an upper surface of the upper substrate 120; Is aligned with the upper pattern 130 A lower pattern 140 having a Moth-eye structure formed in the cavity region 150 recessed from the lower surface of the upper substrate 120; A getter 170 disposed around the lower pattern 140 and disposed within the cavity region 150; A partition wall 180 protruding from the lower surface of the upper substrate 120 than the cavity region 150 and having the same structure and material as the upper substrate 120 and disposed to surround the cavity region 150; A cutting portion 184 that is disposed on the lower surface of the upper substrate 120 to be more depressed than the layout plane of the cavity area and disposed to surround the partition wall 180; And an upper bonding pad 182 disposed on a lower surface of the partition wall 180.

상기 센서 기판(102)은, 하부 기판(110); 상기 하부 기판(110)에 형성되고 상기 상부 기판(120)의 상기 케비티 영역(150)을 마주보록 배치된 적외선 센서(103); 및 상기 상부 본딩 패드(182)와 정렬되고 상기 적외선 센서(103)를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드(116);를 포함한다. 상기 상부 기판(120) 및 상기 하부 기판(110)은 실리콘 기판이다.The sensor substrate 102 may include a lower substrate 110; An infrared sensor 103 formed on the lower substrate 110 and disposed to face the cavity region 150 of the upper substrate 120; And a lower bonding pad 116 arranged to surround the infrared sensor 103 and aligned with the upper bonding pad 182. The upper substrate 120 and the lower substrate 110 are silicon substrates.

상기 캡 기판(101)은 상기 상부 기판(120) 및 상기 상부 기판의 상부면에 형성된 상부 패턴(130), 상기 상부 기판의 하부면의 함몰된 케비티 영역(150)에 형성된 하부 패턴(140), 상기 상부 기판의 하부면에서 돌출된 격벽(180) 및 상기 케비티 영역에 형성된 게터(170)를 포함할 수 있다. 상기 캡 기판(101)은 상기 센서 기판(102)과 접합되어 케비티(104)를 형성한다. 상기 케비티(104)는 진공 상태로 유지될 수 있다.The cap substrate 101 includes the upper substrate 120 and the upper pattern 130 formed on the upper surface of the upper substrate, and the lower pattern 140 formed in the recessed cavity region 150 of the lower surface of the upper substrate. , A partition wall 180 protruding from a lower surface of the upper substrate and a getter 170 formed in the cavity region. The cap substrate 101 is bonded to the sensor substrate 102 to form a cavity 104. The cavity 104 may be maintained in a vacuum state.

상기 상부 기판(120)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 상부 기판(120)은 상기 상부 패턴(130), 하부 패턴(140), 케비티 영역, 격벽(180), 리세스 영역(160), 절단 부위(184)를 형성하기 위한 기판으로 동작한다. 상기 상부 기판(120)은 상기 케비티(104)에 진공이 형성된 경우에도 충분히 견딜 수 있도록 수백 마이크로미터 이상의 두께를 가질 수 있다.The upper substrate 120 may be a silicon substrate. The upper substrate 120 operates as a substrate for forming the upper pattern 130, the lower pattern 140, the cavity region, the partition wall 180, the recess region 160, and the cut portion 184. The upper substrate 120 may have a thickness of several hundred micrometers or more to sufficiently withstand even when a vacuum is formed in the cavity 104.

상기 상부 패턴(130)은 상기 상부 기판(120)의 상부면에 형성되고, 상기 상부 패턴(130)은 상기 하부 패턴(140)과 동일면에 투영된 경우, 상기 하부 패턴(140)이 배치된 영역을 포함하거나 동일하도록 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 상부 패턴(130)은 나방눈(Moth-eye) 구조를 가질 수 있다. 상기 상부 패턴(130)의 나방눈 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구들(132)을 포함할 수 있다. 상기 반구들(132)은 상기 상부 기판(120)과 동일한 재질일 수 있다. 상기 반구들(132)은 매트릭스 형태로 배열되거나, 벌집의 육각형(hexagonal) 형태로 배열될 수 있다. 상기 반구들은 서로 접촉하여 배치될 수 있고, 상기 반구(132)의 반경 또는 곡률반경은 적외선 파장 보다 충분히 작을 수 있다. 구체적으로, 7 μm ~ 14 μm 영역의 원적외선(Far Infrared; FIR)에서 상기 반구(132)의 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크미터일 수 있다. 공기 중에서 입사한 적외선이 상기 상부 기판의 상부 패턴(130)을 투과하는 투과율은 상기 반구의 반경에 거의 의존하지 않고, 2 μm 내지 20 μm 범위에서 일정할 수 있다. 상기 상부 패턴(130)은 무반사 기능을 수행할 수 있다. 상기 상부 패턴(130)은 적외선 센서의 단위 셀마다 대응하여 형성되거나 상기 적외선 센서의 전 영역에 대응하여 형성될 수 있다.The upper pattern 130 is of the upper substrate 120 When the upper pattern 130 is formed on the upper surface and is projected on the same surface as the lower pattern 140, the lower pattern 140 may include or be aligned to be the same. The upper pattern 130 may have a Moth-eye structure. The moth structure of the upper pattern 130 may include a plurality of hemispheres 132 disposed in contact with each other. The hemispheres 132 may be made of the same material as the upper substrate 120. The hemispheres 132 may be arranged in a matrix form, or may be arranged in a honeycomb hexagonal form. The hemispheres may be disposed in contact with each other, and a radius or a radius of curvature of the hemisphere 132 may be sufficiently smaller than an infrared wavelength. Specifically, a radius of the hemisphere 132 in a far infrared (FIR) range of 7 μm to 14 μm may range from sub micrometers to several micrometers. The transmittance of infrared rays incident in the air to transmit through the upper pattern 130 of the upper substrate is almost independent of the radius of the hemisphere and may be constant in the range of 2 μm to 20 μm. The upper pattern 130 may perform an anti-reflection function. The upper pattern 130 may be formed to correspond to each unit cell of the infrared sensor or may be formed to correspond to the entire area of the infrared sensor.

하부 패턴(140)은 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 함몰된 케비티 영역(150)에서 상기 상부 패턴(120)과 정렬되어 배치되고, 나방눈(Moth-eye) 구조를 가질 수 있다. 상기 케비티 영역(150)은 상기 센서 기판의 적외선 센서(103)를 마주볼 수 있다. 상기 하부 패턴(140)은 매트릭스 형태 또는 육형 형태로 배열된 복수의 반구들을 포함할 수 있다. 상기 반구들은 서로 접촉하여 배치될 수 있다. 상기 반구의 곡률 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크로미터일 수 있다. 상기 하부 패턴(140)의 반구들은 상기 상부 패턴(130)의 반구들과 서로 정렬될 수 있다. 가령, 상기 하부 패턴의 반구의 반경이 0.3 μm 인 경우, 3 μm 파장영역에서 최대 투과율을 보이면서 3 μm 이상 장파장 영역으로 감에 따라 투과율이 점차적으로 감소하는 양상을 보인다. 하지만, 나방눈 구조가 없는 경우와 비교해 보면, 3 μm ~ 20 μm 파장영역에서 나방문 구조가 적용된 경우가 그 투과율이 높게 나타난다.The lower pattern 140 is arranged in alignment with the upper pattern 120 in the cavity region 150 recessed from the lower surface of the upper substrate 120, and may have a Moth-eye structure. The cavity area 150 may face the infrared sensor 103 of the sensor substrate. The lower pattern 140 may include a plurality of hemispheres arranged in a matrix form or a hexagonal form. The hemispheres may be disposed in contact with each other. The radius of curvature of the hemisphere may be a sub micrometer to several micrometers. The hemispheres of the lower pattern 140 may be aligned with the hemispheres of the upper pattern 130. For example, when the radius of the hemisphere of the lower pattern is 0.3 μm, the transmittance gradually decreases as it goes to the long wavelength region of 3 μm or more while showing the maximum transmittance in the 3 μm wavelength region. However, compared with the case without the moth-eye structure, the transmittance is high when the moth-moon structure is applied in the 3 μm to 20 μm wavelength range.

또한, 상기 하부 패턴140)의 반구의 반경이 0.6 μm인 경우, 투과도는 약 7 μm의 파장에서 최대값을 가질 수 있다. 7 μm의 파장 까지는 급격히 투과도가 증가하고, 7 μm 이상의 파장에서는 투과도는 점진적으로 감소할 수 있다. 즉, 반경이 증가함에 따라 장파장영역에서 더욱 높은 투과율을 보이며, 나방눈 구조가 없는 경우와 비교시 6 μm~ 20 μm 영역에서 더욱 높은 투과율을 보임을 알 수 있다, 이를 통해, 상기 하부 패턴140)의 나방눈(Moth-eye) 구조는 특정한 파장 이하의 빛을 차단하고 특정한 파장 이상의 빛을 투과시키는 대역 통과 광필터로 동작할 수 있다.In addition, when the radius of the hemisphere of the lower pattern 140 is 0.6 μm, the transmittance may have a maximum value at a wavelength of about 7 μm. The transmittance increases rapidly up to a wavelength of 7 μm, and the transmittance may gradually decrease at a wavelength of 7 μm or more. That is, as the radius increases, higher transmittance is shown in the long wavelength region, and it can be seen that higher transmittance is exhibited in the 6 μm to 20 μm region as compared to the case without the moth structure, through which the lower pattern 140) The Moth-eye structure of can operate as a band-pass optical filter that blocks light below a specific wavelength and transmits light above a specific wavelength.

도 1c를 참조하면, 상기 상부 패턴(130) 및 상기 하부 패턴(140) 의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 절단된 타원체들을 포함할 수 있다. 나방눈 구조의 타원체들은 곡면을 나타내는 표면기본체 (surface primitive) 식으로 표현된다. Referring to FIG. 1C, the Moth-eye structure of the upper pattern 130 and the lower pattern 140 may include a plurality of cut ellipsoids disposed in contact with each other. The ellipsoids of the moth-eye structure are expressed by a surface primitive formula representing a curved surface.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112020025300815-pat00001
Figure 112020025300815-pat00001

여기서 r은 반경이고, c는 r=0 에서 곡률반경 (radius of curvature)의 역수이고, κ는 conic 상수로, κ =0 (구형), κ>-1 (타원형), κ=-1 (포물선), κ <-1 (쌍곡선) 형상이 된다. 이러한 변수를 변경하면서 관심영역의 파장대역에 투과율을 최대로 하는 구조가 선정될 수 있다. 타원체의 경우, 코닉 상수는 -1<κ<0 이므로, 이 범위에서 곡률반경(radius of curvature)과 연동해서 적절히 그 값을 변조시키면, 가시광선 및 적외선 영역에서 입사 파장별로 무반사(ant-reflection) 효과를 극대화 할 수 있다.Where r is the radius, c is the reciprocal of the radius of curvature at r=0, κ is the conic constant, κ = 0 (spherical), κ>-1 (elliptical), κ=-1 (parabolic ), κ <-1 (hyperbolic) shape. A structure that maximizes transmittance in the wavelength band of the region of interest can be selected while changing these variables. In the case of an ellipsoid, the conic constant is -1<κ<0, so if the value is appropriately modulated in conjunction with the radius of curvature in this range, anti-reflection for each incident wavelength in the visible and infrared regions. You can maximize the effect.

상기 하부 패턴(130)은 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 함몰된 케비티 영역(150)에 배치될 수 있다. 상기 케비티 영역(150)은 적외선 센서를 수용하는 상기 케비티(104)를 제공할 수 있다. 상기 케비티 영역(150)의 함몰된 깊이(h1)는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 일 수 있다. 상기 케비티 영역의 함몰된 깊이(h1)는 상기 적외선 센서(103)의 높이에 의존할 수 있다. 통상적으로, 8 μm의 적외선 파장을 검출하는 경우에는, 상기 적외선 센서(103)에서 흡수층(115)과 반사판 (112) 사이의 거리는 적외선 파장의 1/4 배(2 μm)일 수 있다. 따라서, 상기 케비티 영역의 함몰된 깊이(h1)는 상기 적외선 센서(103)의 높이보다 클 수 있다.The lower pattern 130 may be disposed in the cavity region 150 recessed from the lower surface of the upper substrate 120. The cavity area 150 may provide the cavity 104 accommodating an infrared sensor. The depression depth h1 of the cavity region 150 may be several micrometers to several hundred micrometers. The depression depth h1 of the cavity area may depend on the height of the infrared sensor 103. Typically, when detecting an infrared wavelength of 8 μm, the distance between the absorption layer 115 and the reflector 112 in the infrared sensor 103 may be 1/4 times (2 μm) of the infrared wavelength. Accordingly, the depression depth h1 of the cavity area may be greater than the height of the infrared sensor 103.

상기 격벽(180)은 함몰된 케비티 영역(150)과 함몰된 리세스 영역(160)을 구분하며, 상기 상부 기판(120)의 하부면에서 돌출될 수 있다. 상기 격벽(180)은 함몰된 케비티 영역(150)을 감싸도록 배치되어 밀봉된 케비티(104)를 제공할 수 있다. 상기 격벽(180)의 높이는 상기 케비티 영역(150)의 함몰된 깊이(h1)를 가지고, 상기 리세스 영역(160)의 함몰된 깊이(h2)를 가질 수 있다. The partition wall 180 separates the recessed cavity area 150 and the recessed recess area 160, and may protrude from the lower surface of the upper substrate 120. The partition wall 180 may be disposed to surround the recessed cavity region 150 to provide a sealed cavity 104. The height of the partition wall 180 may have a depressed depth h1 of the cavity region 150 and a depressed depth h2 of the recess region 160.

상기 리세스 영역(160)의 함몰된 깊이(h2)는 상기 케비티 영역(150)의 함몰된 깊이(h1)보다 크고, 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 일 수 있다. 상기 리세스 영역(160)의 함몰된 깊이(h2)가 증가함에 따라, 절단될 상부 기판의 두께가 감소한다. 깊이 차이(h2-h1)는 수백 마이크로미터일 수 있다. 이에 따라, 외부 연결 패드(117)는 상기 리세스 영역(160)의 절단에 의하여 노출될 수 있다. The depression depth h2 of the recess region 160 is greater than the depression depth h1 of the cavity region 150 and may be several micrometers to several hundreds micrometers. As the recessed depth h2 of the recessed region 160 increases, the thickness of the upper substrate to be cut decreases. The depth difference h2-h1 may be several hundred micrometers. Accordingly, the external connection pad 117 may be exposed by cutting the recess region 160.

상부 본딩 패드(182)는 상기 격벽(180)에 배치될 수 있다. 상기 상부 본딩 패드(182)는 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)을 수행할 수 있다. 상기 상부 본딩 패드(182)는 Au, In, Cu, Sn, 또는 이들의 합금일 수 있다.The upper bonding pad 182 may be disposed on the partition wall 180. The upper bonding pad 182 may perform eutectic bonding. The upper bonding pad 182 may be Au, In, Cu, Sn, or an alloy thereof.

게터(170)는 함몰된 케비티 영역(150)에 배치되고, 상기 하부 패턴(140)의 주위에 배치될 수 있다. 상기 게터(170)는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 상기 게터(170)는 Ti, Zr, Fe, Co, Al, V 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게터(170)는 수분 또는 불순물 흡착하여 진공 상태를 유지할 수 있다.The getter 170 may be disposed in the recessed cavity region 150 and may be disposed around the lower pattern 140. The getter 170 may be a metal or a metal alloy. The getter 170 may include at least one of Ti, Zr, Fe, Co, Al, and V. The getter 170 may maintain a vacuum state by adsorbing moisture or impurities.

절단 부위(184)는 상기 상부 기판(120)이 절단된 부위이다. 상기 절단 부위(184)는 리세스 영역(160)에 배치되고 하부 기판(110)에 배치된 외부 연결 패드(117)를 노출시킬 수 있다. 기판 절단은 소잉(sawing) 또는 레이저 다이싱(laser dicing) 방법을 사용할 수 있다.The cut part 184 is a part where the upper substrate 120 is cut. The cut portion 184 may be disposed in the recess region 160 and may expose the external connection pad 117 disposed on the lower substrate 110. The substrate cutting may be performed using a sawing or laser dicing method.

상기 센서 기판(102)은, 하부 기판(110); 상기 하부 기판에 형성되고 상기 상부 기판의 상기 케비티 영역(150)을 마주보록 배치된 적외선 센서(103); 및 상기 상부 본딩 패드(182)와 정렬되고 상기 적외선 센서(103)를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드(116);를 포함한다. 상기 상부 기판(120) 및 상기 하부 기판(110)은 실리콘 기판이다.The sensor substrate 102 may include a lower substrate 110; An infrared sensor 103 formed on the lower substrate and disposed to face the cavity region 150 of the upper substrate; And a lower bonding pad 116 arranged to surround the infrared sensor 103 and aligned with the upper bonding pad 182. The upper substrate 120 and the lower substrate 110 are silicon substrates.

상기 하부 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 하부 기판(110)은 적외선 센서를 구동하는 판독 집적 회로(readout integrated circuit ; ROIC)를 포함할 수 있다. 상기 판독 집적 회로는 CMOS일 수 있다. 상기 판독 집적 회로가 형성된 상기 하부 기판(110) 상에 절연층(111)이 배치된다.The lower substrate 110 may be a silicon substrate. The lower substrate 110 may include a readout integrated circuit (ROIC) for driving an infrared sensor. The read integrated circuit may be a CMOS. An insulating layer 111 is disposed on the lower substrate 110 on which the read integrated circuit is formed.

상기 절연층(111)은 상기 하부 기판(110)에 형성된 판독 집적 회로와 적외선 센서(103)를 서로 절연시킬 수 있다. 상기 절연층(111)은 실리콘 산화막일 수 있다. The insulating layer 111 may insulate the read integrated circuit and the infrared sensor 103 formed on the lower substrate 110 from each other. The insulating layer 111 may be a silicon oxide layer.

상기 하부 본딩 패드(116)는 상기 적외선 센서(103)를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 상기 상부 본딩 패드(182)와 마주보는 위치에 배치되고 상기 상부 본딩 패드(182)와 결합되어 상기 케비티(104)를 실링할 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)을 수행할 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 Au, In, Cu, Sn, 또는 이들의 합금일 수 있다.The lower bonding pad 116 may be disposed to surround the infrared sensor 103. The lower bonding pad 116 may be disposed at a position facing the upper bonding pad 182 and combined with the upper bonding pad 182 to seal the cavity 104. The lower bonding pad 116 may perform eutectic bonding. The lower bonding pad 116 may be Au, In, Cu, Sn, or an alloy thereof.

외부 연결 패드(117)는 상기 하부 본딩 패드(116)의 외측에 배치되고 외부 회로와 전기적 연결을 수행할 수 있다. 상기 외부 연결 패드(117)는 Al, Cu, 또는 이들의 합금일 수 있다. 상기 외부 연결 패드(117)는 그 표면에 보호층을 포함할 수 있다. 상기 보호층은 Ti, TiN일 수 있다. 상기 보호층은 외부 연결 패드의 산화 방지 및 확산 방지 기능을 수행할 수 있다.The external connection pad 117 is disposed outside the lower bonding pad 116 and may perform electrical connection with an external circuit. The external connection pad 117 may be Al, Cu, or an alloy thereof. The external connection pad 117 may include a protective layer on its surface. The protective layer may be Ti or TiN. The protective layer may function to prevent oxidation and diffusion of the external connection pad.

상기 적외선 센서(103)는, 상기 하부 기판(110)의 상부면에 형성되어 판독 집적 회로와 전기적으로 연결되는 금속 패드(113); 상기 하부 기판의 상부면에 형성되고 적외선 대역을 반사하는 반사층(112); 상기 반사층(112)의 상부에 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하여 저항을 변화시키는 흡수판(115); 및 상기 금속 패드(113)의 상부에 형성되어 상기 흡수판(115)을 지지하고 상기 금속 패드(113)와 상기 흡수판(115)을 전기적으로 연결하는 앵커(118)를 포함할 수 있다. 상기 적외선 센서(103)는 마이크로 볼로미터(Microbolometer)일 수 있다. 상기 적외선 센서(103)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 각 단위 셀은 하나의 픽셀로 동작할 수 있다. 각각의 단위 셀은 사각형 구조일 수 있다. 상기 흡수판(115)은 공중에 떠 있고 켄티레버(cantilever,119)에 의하여 상기 앵커(118)에 지지될 수 있다.The infrared sensor 103 may include a metal pad 113 formed on an upper surface of the lower substrate 110 and electrically connected to a read integrated circuit; A reflective layer 112 formed on the upper surface of the lower substrate and reflecting an infrared band; An absorption plate 115 formed to be spaced apart from the reflective layer 112 and absorbing infrared rays to change resistance; And an anchor 118 formed on the metal pad 113 to support the absorber plate 115 and electrically connect the metal pad 113 and the absorber plate 115 to each other. The infrared sensor 103 may be a microbolometer. The infrared sensor 103 may include a plurality of unit cells arranged in a matrix form. Each unit cell can operate as one pixel. Each unit cell may have a rectangular structure. The absorber plate 115 is floating in the air and may be supported by the anchor 118 by a cantilever 119.

금속 패드(113)는 상기 하부 기판(110)의 내부에 형성된 판독 집적회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 금속 패드(113)는 차례로 적층된 Al과 같은 금속으로된 금속층과 보호층으로 TiN을 포함할 수 있다.The metal pad 113 may be electrically connected to a read integrated circuit formed in the lower substrate 110. The metal pad 113 may include a metal layer made of a metal such as Al that is sequentially stacked and TiN as a protective layer.

상기 금속 패드(113)는 상기 앵커(118)를 통하여 상기 흡수판(115)의 저항 변화를 검출할 수 있는 전기적 연결을 제공할 수 있다.The metal pad 113 may provide an electrical connection capable of detecting a change in resistance of the absorber plate 115 through the anchor 118.

반사층(112)은 상기 흡수판(115)과 이격되어 배치되고, 상기 흡수판(115)을 투과한 적외선을 반사하여 다시 흡수판(115)에 제공할 수 있다. 상기 반사층(112)은 표피 깊이(skin depth) 이상의 두께를 가지는 알루미늄으로 형성될 수 있다. The reflective layer 112 may be disposed to be spaced apart from the absorber plate 115, and reflect infrared rays transmitted through the absorber plate 115 to be provided to the absorber plate 115 again. The reflective layer 112 may be formed of aluminum having a thickness greater than or equal to a skin depth.

보호막(112a)은 상기 반사층(112) 상에 상기 반사층(112)과 정렬되어 배치되고, 상기 반사층(112)의 산화를 방지할 수 있다. 상기 보호막(112a)은 도전성 물질로 TiN일 수 있다. 보호막(112a)의 두께는 상기 반사층(112)의 두께보다 충분히 작을 수 있다.The protective layer 112a is disposed on the reflective layer 112 in alignment with the reflective layer 112, and oxidation of the reflective layer 112 may be prevented. The protective layer 112a may be a conductive material and may be made of TiN. The thickness of the protective layer 112a may be sufficiently smaller than the thickness of the reflective layer 112.

흡수판(115)은 상기 반사층(112) 및 상기 보호막(112a)으로부터 일정 거리(d) 이상으로 부양되어 이격될 수 있다. 상기 흡수판(115)은 외부에서 입사하는 적외선을 흡수하거나, 상기 반사층(112)에서 반사된 적외선을 흡수할 수 있다. 상기 흡수판(115)과 상기 반사층(112) 사이의 거리(d)는 반사하고자 하는 적외선 파장의 1/4 일 수 있다. The absorption plate 115 may be lifted and spaced apart from the reflective layer 112 and the protective film 112a by a predetermined distance d or more. The absorption plate 115 may absorb infrared rays incident from the outside or absorb infrared rays reflected from the reflective layer 112. The distance d between the absorption plate 115 and the reflective layer 112 may be 1/4 of the wavelength of infrared rays to be reflected.

상기 흡수판(115)은 사각판 형태로 차례로 적층된 제1 절연층(115a), 흡수층(115b), 저항층(115c), 제2 절연층(115d), 및 무반사 패턴(115e)을 포함할 수 있다. The absorption plate 115 may include a first insulating layer 115a, an absorbing layer 115b, a resistance layer 115c, a second insulating layer 115d, and an anti-reflective pattern 115e sequentially stacked in a square plate shape. I can.

상기 제1 절연층(115a)은 적외선 대역을 투과시키며, 절연체이고, 실리콘 질화막일 수 있다.The first insulating layer 115a transmits an infrared band, is an insulator, and may be a silicon nitride film.

상기 흡수층(115b)은 적외선을 흡수함에 따라 온도가 증가한다. 상기 흡수층(115b)은 적외선을 잘 흡수하고, 금속 재질로 열전도도가 높은 물질일 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 Ti, TiN, NiCr 합금일 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 단위 셀 내에서 반으로 분리될 수 있다. 따라서, 서로 분리된 흡수층 사이에 매립된 저항층(115c)은 온도에 따라 저항이 변경될 수 있다.The temperature of the absorption layer 115b increases as it absorbs infrared rays. The absorbing layer 115b absorbs infrared rays well, and may be a metal material having high thermal conductivity. The absorption layer 115b may be a Ti, TiN, or NiCr alloy. The absorption layer 115b may be divided in half within the unit cell. Accordingly, the resistance layer 115c buried between the absorbing layers separated from each other may have a resistance change depending on the temperature.

상기 저항층(115c)은 온도에 따라 저항이 변하는 층으로, 상기 저항층(115c)은 비정질 실리콘, 단결정 실리콘, 바나늄 산화물, 또는 실리콘-게르마늄일 수 있다.The resistive layer 115c is a layer whose resistance changes according to temperature, and the resistive layer 115c may be amorphous silicon, single crystal silicon, vananium oxide, or silicon-germanium.

상기 제2 절연층(115d)은 상기 흡수층(115c)을 보호하고 절연시키며, 적외선을 투과시킬 수 있다. 상기 제2 절연층(115d)은 실리콘 질화막일 수 있다.The second insulating layer 115d may protect and insulate the absorbing layer 115c and transmit infrared rays. The second insulating layer 115d may be a silicon nitride layer.

무반사 패턴(115e)은 상기 제2 절연층(115d) 상에 형성되고, 나방눈 구조를 가질 수 있다. 무반사 패턴(115e)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 상기 나방눈 구조는 진공에서 상기 무반사 패턴으로 적외선이 입사하는 경우, 반사율을 감소시키어 무반사 기능을 제공할 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)은 매트릭스 형태로 배열되고 서로 접촉하는 복수의 반구들을 포함할 수 있다. 상기 반구의 반경은 상기 적외선 파장보다 충분히 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 반구의 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크미터 (예를 들어, 0.1 μm ~ 2 μm) 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)은 7 μm ~ 14 μm 파장 대역에서 일정한 투과율을 제공할 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)은 단위 셀의 흡수판(115) 상에 배치될 수 있다. 상기 흡수판(115)과 상기 반사층(112) 사이는 빈 공간은 진공 패키징 공정에서 진공 상태로 유지될 수 있다. The non-reflective pattern 115e is formed on the second insulating layer 115d and may have a divided structure. The anti-reflective pattern 115e may be formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film. When infrared rays are incident on the non-reflective pattern in a vacuum, the moth-eye structure may reduce a reflectance to provide an anti-reflection function. The anti-reflective pattern 115e may include a plurality of hemispheres arranged in a matrix form and in contact with each other. The radius of the hemisphere may be sufficiently smaller than the infrared wavelength. Preferably, the radius of the hemisphere may be sub micrometers to several micrometers (eg, 0.1 μm to 2 μm). The anti-reflective pattern 115e may provide a constant transmittance in a wavelength band of 7 μm to 14 μm. The antireflection pattern 115e may be disposed on the absorber plate 115 of the unit cell. An empty space between the absorbing plate 115 and the reflective layer 112 may be maintained in a vacuum state in a vacuum packaging process.

앵커(118)는 상기 금속 패드(113)의 상부에 기둥 형상으로 형성되어, 상기 흡수판(115)을 상기 반사층(112)으로부터 일정 거리를 가지고 부양한 상태에서 이격시키고, 상기 흡수판(115)을 지지할 수 있다. 앵커(118)의 하단부는 제2 보조 절연층(111b)에 매립될 수 있다. 또한, 상기 앵커(118)는 상기 금속 패드(113)와 흡수판(115)을 전기적으로 연결시킨다. 상기 흡수층(115b)은 적외선을 흡수함에 따라 온도가 증가하고, 저항층(115c)은 상기 흡수층(115b)으로부터 에너지를 전달받아 저항이 변한다. 상기 분리된 흡수층 사이에 직렬 연결된 저항층(115c)은 저항 변화를 제공한다. 상기 저항층(115c)의 저항 변화는 상기 흡수층(115b), 앵커(118a), 및 금속 패드(113)를 통하여 판독 구동회로에서 판독된다.The anchor 118 is formed in a columnar shape on the upper portion of the metal pad 113 to separate the absorber plate 115 from the reflective layer 112 in a suspended state, and the absorber plate 115 Can support. The lower end of the anchor 118 may be buried in the second auxiliary insulating layer 111b. In addition, the anchor 118 electrically connects the metal pad 113 and the absorber plate 115. As the absorption layer 115b absorbs infrared rays, the temperature increases, and the resistance layer 115c receives energy from the absorption layer 115b and changes its resistance. The resistance layer 115c connected in series between the separated absorbing layers provides a resistance change. The change in resistance of the resistive layer 115c is read in a read driver circuit through the absorbing layer 115b, the anchor 118a, and the metal pad 113.

앵커(118)는 콘택 홀을 형성한 후 상기 콘택 홀을 금속 또는 금속 합금으로 채워서 형성할 수 있다. 상기 앵커(118)는 TiN으로 형성될 수 있다. 상기 콘택 홀이 앵커 형성 물질(예를 들어, TiN)로 완전히 채워지지 않은 경우, 상기 흡수층, 저항층, 및 제2 절연층을 형성하는 공정에서, 상기 흡수층(115b), 저항층(115c), 및 제2 절연층(115d)을 구성하는 물질이 상기 콘택 홀의 나머지를 채울 수 있다.The anchor 118 may be formed by forming a contact hole and then filling the contact hole with a metal or a metal alloy. The anchor 118 may be formed of TiN. When the contact hole is not completely filled with an anchor forming material (eg, TiN), in the process of forming the absorbing layer, the resistive layer, and the second insulating layer, the absorbing layer 115b, the resistive layer 115c, And a material constituting the second insulating layer 115d may fill the rest of the contact hole.

캔티레버(119)는 상기 흡수판(115)을 상기 앵커(118)에 각각 연결할 수 있다. 상기 캔티레버(119)는 상기 흡수판(115)과 동일한 적층 구조를 가진다. 단위 셀 내에서 상기 앵커(118)는 2 개이고, 사각형의 한 쌍의 꼭지점에 배치된 경우, 상기 켄티리버(119)는 하나의 앵커와 흡수판의 이격된 꼭지점을 연결하도록 상기 흡수판의 모서리를 따라 상기 앵커(118)가 배치되지 않은 꼭지점 방향으로 연장될 수 있다.The cantilever 119 may connect the absorber plate 115 to the anchor 118, respectively. The cantilever 119 has the same lamination structure as the absorber plate 115. In a unit cell, the number of anchors 118 is two, and when disposed at a pair of vertices of a square, the cantilever 119 connects one anchor and the separated vertices of the absorber to the corners of the absorber plate. Accordingly, the anchor 118 may extend in the direction of a vertex where the anchor 118 is not disposed.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과율을 나타낸다.2A and 2B show transmittance according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 공기 중에서 상부 기판의 패턴없는 상부면으로 적외선이 입사하는 경우와 공기 중에서 상부 기판의 상부 패턴으로 적외선이 입사하는 경우의 투과율이 표시된다. 공기 중에서 상부 기판의 패턴없는 상부면으로 적외선이 입사하는 경우(A), 투과율은 2 μm ~ 3 μm 파장에서 약 0.7 이상으로 증가하나. 투과율은 3 μm 파장 초과에서 0.7 수준으로 일정하다.Referring to FIG. 2A, transmittances are displayed when infrared rays are incident on an upper surface of the upper substrate without a pattern in air and when infrared rays are incident on the upper pattern of the upper substrate in air. When infrared rays are incident on the unpatterned upper surface of the upper substrate in air (A), the transmittance increases to about 0.7 or more at a wavelength of 2 μm to 3 μm. Transmittance is constant at 0.7 level above 3 μm wavelength.

한편, 상부 기판의 상부면에 상부 패턴(130)이 형성된 경우, 공기 중에서 부 기판의 상부 패턴(130)으로 적외선이 입사하는 경우(α), 투과율은 2 μm ~ 20 μm에서 약 0.9 이상이고 거의 일정하다.On the other hand, when the upper pattern 130 is formed on the upper surface of the upper substrate, when infrared rays are incident on the upper pattern 130 of the secondary substrate in the air (α), the transmittance is about 0.9 or more at 2 μm to 20 μm and is almost It is constant.

도 2b를 참조하면, 상부 기판 내에서 공기(또는 진공)으로 적외선이 입사하는 경우(B), 투과율은 2 μm ~ 3 μm 파장 에서 약 0.7 이상으로 증가하나. 투과율은 3 μm 초과에서 0.7 수준으로 일정하다.Referring to FIG. 2B, when infrared rays are incident into air (or vacuum) in the upper substrate (B), the transmittance increases to about 0.7 or more at a wavelength of 2 μm to 3 μm. The transmittance is constant at the level of 0.7 above 3 μm.

한편, 상부 기판의 하부면에 하부 패턴(140)이 형성된 경우, 상부 기판의 하부 패턴(140)에서 공기로 적외선이 입사하는 경우(β), 투과율은 특정한 문턱 파장 이하에서는 투과율이 급격히 감소하고, 문턱 파장 이상의 경우, 투과율이 점진적으로 감소한다. 예를 들어, 상기 하부 패턴(140)은 나방분 구조의 반구를 포함하고, 상기 반구의 반경이 0.3 μm 인 경우, 문턱 파장은 약 3.5 μm이다. 상기 반구의 반경이 0.6 μm 인 경우, 문턱 파장은 약 7 μm이다. 이러한 투과율을 나방눈 구조가 없는 경우와 비교해 보면 3 μm ~ 20 μm 파장영역에서 나방눈 구조가 적용된 경우가 그 투과율이 항상 높게 나타난다. 또한, 하부 패턴(140)은 적외선 대역 통과 필터로 동작할 수 있다.On the other hand, when the lower pattern 140 is formed on the lower surface of the upper substrate, when infrared rays enter the air from the lower pattern 140 of the upper substrate (β), the transmittance rapidly decreases below a specific threshold wavelength, Above the threshold wavelength, the transmittance gradually decreases. For example, when the lower pattern 140 includes a hemisphere having a moth structure, and the radius of the hemisphere is 0.3 μm, the threshold wavelength is about 3.5 μm. When the radius of the hemisphere is 0.6 μm, the threshold wavelength is about 7 μm. Compared with the case where there is no mothed structure, the transmittance is always high when the mothed structure is applied in the 3 μm to 20 μm wavelength range. In addition, the lower pattern 140 may operate as an infrared band pass filter.

상부 기판(120)이 상부 패턴(130) 및 하부 패턴(140)을 모두 가지는 경우, 총 투과율은 α X β로 표현될 수 있다. When the upper substrate 120 has both the upper pattern 130 and the lower pattern 140, the total transmittance may be expressed as α X β.

도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.3A to 3L are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MEMS device according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3l를 참조하면, 멤스 소자의 제조 방법은, 상부 기판(120)의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130)을 형성하는 단계; 상기 상부 패턴(130)과 정렬되고 나방눈(Moth-eye) 구조를 가지고 상기 상부 기판(120)의 하부면에 배치되는 예비 하부 패턴(140a)을 형성하는 단계; 상기 예비 하부 패턴(140a)을 감싸는 격벽 영역에 형성된 식각 마스크(151,152)를 이용하여 식각하여 상기 예비 하부 패턴(140a)이 전사된 하부 패턴(140)을 포함하는 케비티 영역(150) 및 상기 격벽 영역을 감싸는 예비 리세스 영역(160a)을 동시에 형성하는 단계; 상기 예비 리세스 영역(160a)을 추가적으로 식각하는 리세스 영역(160)을 형성하는 단계; 상기 격벽 영역에 상부 본딩 패드(182)와 상기 케비티 영역(150)에 상기 하부 패턴(140)과 중첩되지 않도록 게터(170)를 형성하는 단계; 진공 상태에서 적외선 센서(103)를 구비한 하부 기판(120)의 하부 본딩 패드(116)와 상기 상부 기판의 상기 상부 본딩 패드(182)를 접합하는 단계; 및 상기 상부 기판의 상기 리세스 영역(160)을 절단하여 상기 하부 기판의 외부 연결 패드(117)를 노출하는 단계를 포함한다. 상기 상부 기판(120) 및 상기 하부 기판(110)은 실리콘 기판이다.3A to 3L, a method of manufacturing a MEMS device includes forming an upper pattern 130 having a Moth-eye structure on an upper surface of the upper substrate 120; Forming a preliminary lower pattern 140a aligned with the upper pattern 130 and having a Moth-eye structure and disposed on the lower surface of the upper substrate 120; The cavity region 150 including the lower pattern 140 to which the preliminary lower pattern 140a is transferred by etching using the etching masks 151 and 152 formed in the partition wall region surrounding the preliminary lower pattern 140a and the partition wall Simultaneously forming a preliminary recess region 160a surrounding the region; Forming a recess area 160 for additionally etching the preliminary recess area 160a; Forming an upper bonding pad 182 in the partition wall region and a getter 170 in the cavity region 150 so as not to overlap with the lower pattern 140; Bonding the lower bonding pad 116 of the lower substrate 120 with the infrared sensor 103 and the upper bonding pad 182 of the upper substrate in a vacuum state; And cutting the recessed region 160 of the upper substrate to expose the external connection pads 117 of the lower substrate. The upper substrate 120 and the lower substrate 110 are silicon substrates.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상부 기판(120)의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130)을 형성한다. 상부 기판(120)의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130)을 형성하는 단계는, 상기 상부 기판의 상부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 상부 포토레지스트 패턴(131a)을 형성하는 단계; 상기 예비 상부 포토레지스트 패턴(131a)이 형성된 상기 상부 기판(120)을 열 리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 형성하는 단계; 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판(120)의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130)을 형성하는 단계; 및 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 제거하는 단계를 포함한다.3A to 3C, an upper pattern 130 having a Moth-eye structure is formed on the upper surface of the upper substrate 120. Forming the upper pattern 130 having a Moth-eye structure on the upper surface of the upper substrate 120 is arranged in a matrix form using a photo-lithography process on the upper surface of the upper substrate and separated from each other. Forming a preliminary upper photoresist pattern 131a; Forming an upper photoresist pattern 131b having a moth-eye structure by performing a thermal reflow process on the upper substrate 120 on which the preliminary upper photoresist pattern 131a is formed; Forming an upper pattern 130 having a moth-eye structure on the upper surface of the upper substrate 120 by dry etching the upper photoresist pattern 131b with an etching mask; And removing the upper photoresist pattern 131b.

다시, 도 3a를 참조하면, 상기 상부 기판(120)의 상부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 상부 포토레지스트 패턴(131a)을 형성한다. 상기 예비 상부 포토레지스트 패턴(131a)은 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 원기둥 형태의 마스크들일 수 있다.Again, referring to FIG. 3A, preliminary upper photoresist patterns 131a arranged in a matrix form and spaced apart from each other are formed on the upper surface of the upper substrate 120 using a photo-lithography process. The preliminary upper photoresist pattern 131a may be cylindrical masks arranged in a matrix form and spaced apart from each other.

다시, 도 3b를 참조하면, 이어서, 상기 예비 상부 포토레지스트 패턴(131a)이 형성된 상기 상부 기판을 열 리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 형성한다. 열 리플로(thermal reflow) 공정은 열처리 공정을 통하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 형성한다. 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)은 서로 접촉하여 배치된 반구들일 수 있다.Again, referring to FIG. 3B, the upper substrate on which the preliminary upper photoresist pattern 131a is formed is subjected to a thermal reflow process to form an upper photoresist pattern having a Moth-eye structure ( 131b) is formed. In the thermal reflow process, the upper photoresist pattern 131b having a Moth-eye structure is formed through a heat treatment process. The upper photoresist pattern 131b may be hemispheres disposed in contact with each other.

다시, 도 3c를 참조하면, 이어서, 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판(120)의 상부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴(130)을 형성한다. 이에 따라, 상기 상부 패턴(130)은 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)의 형상을 가질 수 있다. 상기 건식 식각은 상기 상부 기판과 상기 상부 포토레지스트 패턴을 동시에 낮은 선택비로 식각할 수 있다. 이에 따라, 상기 건식 식각은 반구 형상의 나방눈 구조를 형성할 수 있다.Referring again to FIG. 3C, the upper photoresist pattern 131b is then dry-etched with an etching mask to form an upper pattern 130 having a Moth-eye structure on the upper surface of the upper substrate 120. To form. Accordingly, the upper pattern 130 may have a shape of the upper photoresist pattern 131b. The dry etching may simultaneously etch the upper substrate and the upper photoresist pattern at a low selectivity. Accordingly, the dry etching may form a hemispherical moth structure.

이어서, 상기 상부 포토레지스트 패턴(131b)을 제거한다.Subsequently, the upper photoresist pattern 131b is removed.

도 3d 내지 도 3f를 참조하면, 상기 상부 패턴(130)과 정렬되고 나방눈(Moth-eye) 구조를 가지고 상기 상부 기판(130)의 하부면에 배치되는 예비 하부 패턴(140a)을 형성하는 단계는, 상기 상부 기판(120)의 하부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 하부 포토레지스트 패턴(141a)을 형성하는 단계; 상기 예비 하부 포토레지스트 패턴(141a)이 형성된 상기 상부 기판을 열 리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 형성하는 단계; 상기 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판의 하부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 예비 하부 패턴(140a)을 형성하는 단계; 및 상기 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 제거하는 단계를 포함한다.3D to 3F, forming a preliminary lower pattern 140a aligned with the upper pattern 130 and disposed on the lower surface of the upper substrate 130 with a Moth-eye structure The steps of forming a preliminary lower photoresist pattern 141a arranged in a matrix form and spaced apart from each other by using a photo-lithography process on a lower surface of the upper substrate 120; Forming a lower photoresist pattern 141b having a Moth-eye structure by performing a thermal reflow process on the upper substrate on which the preliminary lower photoresist pattern 141a is formed; Forming a preliminary lower pattern 140a having a Moth-eye structure on the lower surface of the upper substrate by dry etching the lower photoresist pattern 141b with an etching mask; And removing the lower photoresist pattern 141b.

다시, 도 3d를 참조하면, 상기 상부 기판(120)의 하부면에 포토-리소그라피 공정을 이용하여 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 예비 하부 포토레지스트 패턴(141a)을 형성한다. 상기 예비 하부 포토레지스트 패턴(141a)은 매트릭스 형태로 배열되고 서로 이격된 복수의 원기둥 형태일 수 있다.Again, referring to FIG. 3D, a preliminary lower photoresist pattern 141a arranged in a matrix form and spaced apart from each other is formed on the lower surface of the upper substrate 120 using a photo-lithography process. The preliminary lower photoresist pattern 141a may be arranged in a matrix form and may have a plurality of cylindrical shapes spaced apart from each other.

다시, 도 3e를 참조하면, 상기 예비 하부 포토레지스트 패턴(141a)이 형성된 상기 상부 기판을 열 리플로(thermal reflow) 공정을 수행하여 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 형성할 수 있다.Referring again to FIG. 3E, the lower photoresist pattern 141b having a Moth-eye structure by performing a thermal reflow process on the upper substrate on which the preliminary lower photoresist pattern 141a is formed. Can be formed.

다시, 도 3f를 참조하면, 상기 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 식각 마스크로 건식 식각하여 상기 상부 기판의 하부면에 나방눈(Moth-eye) 구조의 예비 하부 패턴(140a)을 형성할 수 있다. 상기 예비 하부 패턴(140a)은 나방눈 구조이고, 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구 또는 타원체를 포함할 수 있다. 이어서, 상기 하부 포토레지스트 패턴(141b)을 제거할 수 있다. 상기 예비 하부 패턴(140a)은 추후에 전체적으로 리세스되어 하부 패턴(140)을 형성할 수 있다.Again, referring to FIG. 3F, a preliminary lower pattern 140a having a Moth-eye structure may be formed on the lower surface of the upper substrate by dry etching the lower photoresist pattern 141b with an etching mask. . The preliminary lower pattern 140a has a moth structure, and may include a plurality of hemispheres or ellipsoids disposed in contact with each other. Subsequently, the lower photoresist pattern 141b may be removed. The preliminary lower pattern 140a may be entirely recessed later to form the lower pattern 140.

도 3g 및 도 3h를 참조하면, 상기 예비 하부 패턴(140a)을 감싸는 격벽 영역에 형성된 식각 마스크(151,152)를 이용하여 식각하여 상기 예비 하부 패턴(140a)이 전사된 하부 패턴(140)을 포함하는 케비티 영역(150) 및 상기 격벽 영역을 감싸는 예비 리세스 영역(160a)을 동시에 형성할 수 있다. 상기 상부 기판(120)의 하부면은 케비티 영역(150), 상기 케비티 영역(150)을 감싸는 격벽 영역, 및 상기 격벽 영역을 감싸는 예비 리세스 영역(160a)으로 구분될 수 있다.3G and 3H, including a lower pattern 140 to which the preliminary lower pattern 140a is transferred by etching using the etching masks 151 and 152 formed in the partition area surrounding the preliminary lower pattern 140a. The cavity region 150 and the preliminary recess region 160a surrounding the partition wall region may be simultaneously formed. The lower surface of the upper substrate 120 may be divided into a cavity region 150, a partition wall region surrounding the cavity region 150, and a preliminary recess region 160a surrounding the partition wall region.

도 3g를 참조하면, 상기 격벽 영역 상에는 하드 마스크 패턴(151)과 상기 하드 마스트 패턴에 정렬된 포토레지스트 패턴(152)이 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴(151)은 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 건식 식각을 수행하기 위한 식각 마스크일 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴(151)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.Referring to FIG. 3G, a hard mask pattern 151 and a photoresist pattern 152 aligned with the hard mast pattern may be formed on the partition area. The hard mask pattern 151 may be an etching mask for performing dry etching of several tens of micrometers to several hundreds of micrometers. The hard mask pattern 151 may be a silicon oxide film or a silicon nitride film.

도 3h를 참조하면, 건식 식각을 수행하면, 상기 격벽 영역은 식각되지 않고, 상기 예비 리세스 영역(160a) 및 상기 케비티 영역(150)은 약 100 마이크로미터 수준으로 식각될 수 있다. 또한, 상기 예비 하부 패턴(140a)은 상기 건식 식각을 통하여 형상을 유지하면서 하부 패턴(140)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3H, when dry etching is performed, the partition wall region is not etched, and the preliminary recess region 160a and the cavity region 150 may be etched to a level of about 100 micrometers. In addition, the preliminary lower pattern 140a may form the lower pattern 140 while maintaining its shape through the dry etching.

상기 건식 식각을 수행한 후, 상기 포토레지스트 패턴(152) 및 상기 하드 마스크(151)는 제거될 수 있다. After performing the dry etching, the photoresist pattern 152 and the hard mask 151 may be removed.

도 3i를 참조하면, 상기 예비 리세스 영역(160a)을 추가적으로 식각하는 리세스 영역(160)을 형성할 수 있다. 상기 리세스 영역(160)을 형성하기 위하여, 상기 격벽 영역 및 상기 케비티 영역을 덮는 식각 마스크(161)가 형성될 수 있다. 상기 식각 마스크(161)를 이용하여 상기 예비 리세스 영역(160a)을 약 100 마이크로미터 수준으로 식각할 수 있다.Referring to FIG. 3I, a recess region 160 for additionally etching the preliminary recess region 160a may be formed. In order to form the recess region 160, an etching mask 161 may be formed to cover the partition wall region and the cavity region. The preliminary recess region 160a may be etched to a level of about 100 micrometers using the etching mask 161.

도 3j 내지 도 3l를 참조하면, 상기 격벽 영역의 격벽(180)에 상부 본딩 패드(182)와 상기 케비티 영역(150)에 상기 하부 패턴(140)과 중첩되지 않도록 게터(170)를 형성한다.3J to 3L, a getter 170 is formed on the partition wall 180 of the partition wall region so as not to overlap with the lower pattern 140 in the upper bonding pad 182 and the cavity region 150. .

다시, 도 3j를 참조하면, 상기 격벽 영역을 노출시키는 증착 마스크(181)를 형성한 후, 상부 본딩 패드(182)를 증착하여 형성할 수 있다. 이어서, 증착 마스크(181)는 리프트 오프 공정을 통하여 제거될 수 있다.Again, referring to FIG. 3J, after forming a deposition mask 181 exposing the barrier rib region, an upper bonding pad 182 may be deposited to form the formation. Subsequently, the deposition mask 181 may be removed through a lift-off process.

다시, 도 3k 및 도 3l을 참조하면, 상기 케비티 영역(150)의 일부를 노출시키는 증착 필름 (171)을 상기 상부 기판(120)의 하부면에 부착한다. 상기 증착 필름 (171)은 Dry Film Photoresist(DFR) 또는 새도우 마스크(shadow mask)일 수 있다. 상기 증착 필름(171)은 상기 하부 패턴(140)과 접촉하지 않고 떠 있을 수 있다. 이어서, 게터(170)는 증발 증착 방식 또는 스퍼터링 증착 방식으로 증착될 수 있다. 이어서, 상기 증착 필름(171)은 제거될 수 있다.Again, referring to FIGS. 3K and 3L, a deposition film 171 exposing a portion of the cavity region 150 is attached to the lower surface of the upper substrate 120. The deposition film 171 may be a dry film photoresist (DFR) or a shadow mask. The deposition film 171 may be floating without contacting the lower pattern 140. Subsequently, the getter 170 may be deposited by an evaporation deposition method or a sputtering deposition method. Subsequently, the deposition film 171 may be removed.

다시, 도 1a를 참조하면, 진공 상태에서 적외선 센서(103)를 구비한 하부 기판(110)의 하부 본딩 패드(116)와 상기 상부 기판(120)의 상기 상부 본딩 패드(182)를 접합한다. 하부 기판(110)의 하부 본딩 패드(116)와 상기 상부 기판(120)의 상기 상부 본딩 패드(182)의 접합은 유테틱 본딩일 수 있다.Referring again to FIG. 1A, the lower bonding pad 116 of the lower substrate 110 including the infrared sensor 103 and the upper bonding pad 182 of the upper substrate 120 are bonded in a vacuum state. Bonding of the lower bonding pad 116 of the lower substrate 110 and the upper bonding pad 182 of the upper substrate 120 may be Utetic bonding.

이어서, 상기 상부 기판(120)의 상기 리세스 영역(160)을 절단하여 상기 하부 기판의 외부 연결 패드(117)를 노출한다. 이에 따라, 상기 리세스 영역(160을 절단하면, 절단 부위(184)가 형성된다. 상기 상부 기판의 상기 리세스 영역(160)의 절단은 다이아몬드 소잉 공정에 의하여 수행될 수 있다.Subsequently, the recess region 160 of the upper substrate 120 is cut to expose the external connection pad 117 of the lower substrate. Accordingly, when the recess region 160 is cut, the cut portion 184 is formed. The cut of the recess region 160 of the upper substrate may be performed by a diamond sawing process.

이어서, 접합된 상기 상부 기판(120)과 상기 하부 기판(110)은 다시 다이아몬드 소잉 공정에 의하여 개별 MEMS 소자로 동시에 절단된다.Subsequently, the bonded upper substrate 120 and the lower substrate 110 are cut into individual MEMS devices by a diamond sawing process again.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서를 구비한 센서 기판을 설명하는 사시도이다.4A is a perspective view illustrating a sensor substrate including an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4b는 도 4a의 A-A’ 선을 따라 자른 단면도이다.4B is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 센서 기판(102)은, 하부 기판(110); 상기 하부 기판(110)에 형성되고 상기 상부 기판(120)의 상기 케비티 영역(150)을 마주보록 배치된 적외선 센서(103); 및 상기 상부 본딩 패드(182)와 정렬되고 상기 적외선 센서(103)를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드(116);를 포함한다.4A and 4B, the sensor substrate 102 includes a lower substrate 110; An infrared sensor 103 formed on the lower substrate 110 and disposed to face the cavity region 150 of the upper substrate 120; And a lower bonding pad 116 arranged to surround the infrared sensor 103 and aligned with the upper bonding pad 182.

상기 하부 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 하부 기판(110)은 적외선 센서를 구동하는 판독 집적 회로(readout integrated circuit ; ROIC)를 포함할 수 있다. 상기 판독 집적 회로는 CMOS일 수 있다. 상기 판독 집적 회로가 형성된 상기 하부 기판(110) 상에 절연층(111)이 배치된다.The lower substrate 110 may be a silicon substrate. The lower substrate 110 may include a readout integrated circuit (ROIC) for driving an infrared sensor. The read integrated circuit may be a CMOS. An insulating layer 111 is disposed on the lower substrate 110 on which the read integrated circuit is formed.

상기 절연층(111)은 상기 하부 기판에 형성된 판독 집적 회로와 적외선 센서(103)를 서로 절연시킬 수 있다. 상기 절연층(111)은 층간 절연막으로 실리콘 산화막일 수 있다. The insulating layer 111 may insulate the read integrated circuit and the infrared sensor 103 formed on the lower substrate from each other. The insulating layer 111 may be a silicon oxide layer as an interlayer insulating layer.

상기 하부 본딩 패드(116)는 상기 적외선 센서(103)를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 상기 상부 본딩 패드(182)와 마주보는 위치에 배치되고 상기 상부 본딩 패드(182)와 결합되어 상기 케비티(104)를 실링할 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)을 수행할 수 있다. 상기 하부 본딩 패드(116)는 Au, In, Cu, Sn, 또는 이들의 합금일 수 있다.The lower bonding pad 116 may be disposed to surround the infrared sensor 103. The lower bonding pad 116 may be disposed at a position facing the upper bonding pad 182 and combined with the upper bonding pad 182 to seal the cavity 104. The lower bonding pad 116 may perform eutectic bonding. The lower bonding pad 116 may be Au, In, Cu, Sn, or an alloy thereof.

외부 연결 패드(117)는 상기 하부 본딩 패드(116)의 외측에 배치되고 외부 회로와 전기적 연결을 수행할 수 있다. 상기 외부 연결 패드(117)는 Al, Cu, 또는 이들의 합금일 수 있다. 상기 외부 연결 패드(117)는 그 표면에 보호층을 포함할 수 있다. 상기 보호층은 TiN일 수 있다. 상기 보호층은 외부 연결 패드의 산화 방지 및 확산 방지 기능을 수행할 수 있다.The external connection pad 117 is disposed outside the lower bonding pad 116 and may perform electrical connection with an external circuit. The external connection pad 117 may be Al, Cu, or an alloy thereof. The external connection pad 117 may include a protective layer on its surface. The protective layer may be TiN. The protective layer may function to prevent oxidation and diffusion of the external connection pad.

상기 적외선 센서(103)는, 상기 하부 기판(110)의 상부면에 형성되어 판독 집적 회로와 전기적으로 연결되는 금속 패드(113); 상기 하부 기판의 상부면에 형성되고 적외선 대역을 반사하는 반사층(112); 상기 반사층(112의 상부에 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하여 저항을 변화시키는 흡수판(115); 및 상기 금속 패드(113)의 상부에 형성되어 상기 흡수판(115)을 지지하고 상기 금속 패드(113)와 상기 흡수판(115)을 전기적으로 연결하는 앵커(118)를 포함할 수 있다. 상기 적외선 센서(103)는 마이크로 볼로미터(Microbolometer)일 수 있다. 상기 적외선 센서(103)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 각 단위 셀은 하나의 픽셀로 동작할 수 있다. 각각의 단위 셀은 사각형 구조일 수 있다. 상기 흡수판(115)은 공중에 떠 있고 켄티레버(cantilever,119)에 의하여 상기 앵커(118)에 지지될 수 있다.The infrared sensor 103 may include a metal pad 113 formed on an upper surface of the lower substrate 110 and electrically connected to a read integrated circuit; A reflective layer 112 formed on the upper surface of the lower substrate and reflecting an infrared band; An absorption plate 115 formed to be spaced apart from the top of the reflective layer 112 and to change resistance by absorbing infrared rays; And formed on the metal pad 113 to support the absorption plate 115 and to the metal pad ( 113) and an anchor 118 electrically connecting the absorption plate 115. The infrared sensor 103 may be a microbolometer, and the infrared sensor 103 is in a matrix form. Each unit cell may operate as a single pixel Each unit cell may have a rectangular structure The absorber plate 115 is floating in the air and a cantilever. It may be supported on the anchor 118 by a cantilever, 119.

금속 패드(113)는 상기 하부 기판(110)의 내부에 형성된 판독 집적회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 금속 패드(113)는 차례로 적층된 Al과 같은 금속으로된 금속층과 보호층으로 TiN을 포함할 수 있다.The metal pad 113 may be electrically connected to a read integrated circuit formed in the lower substrate 110. The metal pad 113 may include a metal layer made of a metal such as Al that is sequentially stacked and TiN as a protective layer.

상기 금속 패드(113)는 상기 앵커(118)를 통하여 상기 흡수판(115)의 저항 변화를 검출할 수 있는 전기적 연결을 제공할 수 있다.The metal pad 113 may provide an electrical connection capable of detecting a change in resistance of the absorber plate 115 through the anchor 118.

반사층(112)은 상기 흡수판(115)을 투과한 적외선을 반사할 수 있다. 상기 반사층(112)은 표피 깊이(skin depth) 이상의 두께를 가지는 알루미늄으로 형성될 수 있다.The reflective layer 112 may reflect infrared rays transmitted through the absorbing plate 115. The reflective layer 112 may be formed of aluminum having a thickness greater than or equal to a skin depth.

보호막(112a)은 상기 반사층(112) 상에 상기 반사층과 정렬되어 배치되고, 상기 반사층(112)의 산화를 방지할 수 있다. 상기 보호막(112a)은 도전성 물질로 TiN일 수 있다.The protective layer 112a is disposed on the reflective layer 112 in alignment with the reflective layer, and oxidation of the reflective layer 112 may be prevented. The protective layer 112a may be a conductive material and may be made of TiN.

흡수판(115)은 상기 반사층(112) 및 상기 보호막(112a)으로부터 일정 거리(d) 이상으로 이격될 수 있다. 흡수판(115)은 외부에서 입사하는 적외선을 흡수하거나, 상기 반사층(112)에서 반사된 적외선을 흡수할 수 있다. 상기 흡수판(115)과 상기 반사층(112) 사이의 거리는 반사하고자 하는 적외선 파장의 1/4 일 수 있다. The absorbing plate 115 may be spaced apart from the reflective layer 112 and the protective layer 112a by a predetermined distance d or more. The absorbing plate 115 may absorb infrared rays incident from the outside or absorb infrared rays reflected from the reflective layer 112. The distance between the absorbing plate 115 and the reflective layer 112 may be 1/4 of an infrared wavelength to be reflected.

흡수판(115)은 사각판 형태로 차례로 적층된 제1 절연층(115a), 흡수층(115b), 저항층(115c), 제2 절연층(115d), 및 무반사 패턴(115e)을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연층(115a)은 적외선 대역을 투과시키며, 절연체이고, 실리콘 질화막일 수 있다.The absorber 115 may include a first insulating layer 115a, an absorbing layer 115b, a resistance layer 115c, a second insulating layer 115d, and an anti-reflective pattern 115e sequentially stacked in a square plate shape. have. The first insulating layer 115a transmits an infrared band, is an insulator, and may be a silicon nitride film.

상기 흡수층(115b)은 적외선을 흡수함에 따라 온도가 증가한다. 상기 흡수층(115b)은 적외선을 잘 흡수하고, 금속 재질로 열전도도가 높은 물질일 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 Ti, TiN, NiCr 합금일 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 단위 셀 내에서 반으로 분리될 수 있다. 따라서, 서로 분리된 흡수층 사이에 매립된 저항층(115c)은 온도에 따라 저항이 변경될 수 있다.The temperature of the absorption layer 115b increases as it absorbs infrared rays. The absorbing layer 115b absorbs infrared rays well, and may be a metal material having high thermal conductivity. The absorption layer 115b may be a Ti, TiN, or NiCr alloy. The absorption layer 115b may be divided in half within the unit cell. Accordingly, the resistance layer 115c buried between the absorbing layers separated from each other may have a resistance change depending on the temperature.

상기 저항층(115c)은 온도에 따라 저항이 변하는 층으로, 상기 저항층(115c)은 비정질 실리콘, 단결정 실리콘, 또는 실리콘-게르마늄일 수 있다.The resistive layer 115c is a layer whose resistance changes according to temperature, and the resistive layer 115c may be amorphous silicon, single crystal silicon, or silicon-germanium.

상기 제2 절연층(115d)은 상기 흡수층(115c)을 보호하고 절연시키며, 적외선을 투과시킬 수 있다. 상기 제2 절연층(115d)은 실리콘 질화막일 수 있다.The second insulating layer 115d may protect and insulate the absorbing layer 115c and transmit infrared rays. The second insulating layer 115d may be a silicon nitride layer.

무반사 패턴(115e)은 상기 제2 절연층(115d) 상에 형성되고, 나방눈 구조를 가질 수 있다. 무반사 패턴(115e)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 상기 나방눈 구조는 진공에서 상기 무반사 패턴으로 적외선이 입사하는 경우, 반사율을 감소시키어 무반사 기능을 제공할 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)은 매트릭스 형태로 배열되고 서로 접촉하는 복수의 반구들을 포함할 수 있다. 상기 반구의 반경은 상기 적외선 파장보다 충분히 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 반구의 반경은 서브 마이크로 미터 파장부터 수 마이크로 크기 이다. 상기 무반사 패턴은 7 μm ~ 14 μm 파장 대역에서 일정한 투과율을 제공할 수 있다. 무반사 패턴(115e)은 단위 셀의 흡수판(115) 상에 배치될 수 있다. 상기 흡수판(115)과 상기 반사층(112) 사이는 빈 공간은 진공 패키징 공정에서 진공 상태로 유지될 수 있다. The non-reflective pattern 115e is formed on the second insulating layer 115d and may have a divided structure. The anti-reflective pattern 115e may be formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film. When infrared rays are incident on the non-reflective pattern in a vacuum, the moth-eye structure may reduce a reflectance to provide an anti-reflection function. The anti-reflective pattern 115e may include a plurality of hemispheres arranged in a matrix form and in contact with each other. The radius of the hemisphere may be sufficiently smaller than the infrared wavelength. Preferably, the radius of the hemisphere is several microns from a submicrometer wavelength. The anti-reflection pattern may provide a constant transmittance in a wavelength band of 7 μm to 14 μm. The non-reflective pattern 115e may be disposed on the absorber plate 115 of the unit cell. An empty space between the absorbing plate 115 and the reflective layer 112 may be maintained in a vacuum state in a vacuum packaging process.

앵커(118)는 금속 패드(113)의 상부에 기둥 형상으로 형성되어, 상기 흡수판(115)을 상기 반사층(112)으로부터 일정 거리를 가지고 이격시키고, 상기 흡수판(115)을 지지할 수 있다. 또한, 상기 앵커(118)는 상기 금속 패드(113)와 흡수판(115)을 전기적으로 연결시킨다. 상기 흡수층(115b)은 적외선을 흡수함에 따라 온도가 증가하고, 저항층(115c)은 상기 흡수층으로부터 에너지를 전달받아 저항이 변한다. 상기 분리된 흡수층 사이에 직렬 연결된 저항층(115c)은 저항 변화를 제공한다. 상기 저항층의 저항 변화는 상기 흡수층, 앵커, 및 금속 패드를 통하여 판독 구동회로에서 판독된다.The anchor 118 is formed in a columnar shape on the upper portion of the metal pad 113, and the absorber plate 115 is spaced apart from the reflective layer 112 at a predetermined distance, and may support the absorber plate 115. . In addition, the anchor 118 electrically connects the metal pad 113 and the absorber plate 115. The temperature of the absorbing layer 115b increases as it absorbs infrared rays, and the resistance layer 115c receives energy from the absorbing layer and changes its resistance. The resistance layer 115c connected in series between the separated absorbing layers provides a resistance change. The change in resistance of the resistive layer is read in a read driver circuit through the absorbing layer, anchor, and metal pad.

앵커(118)는 콘택 홀을 형성한 후 상기 콘택 홀을 금속 또는 금속 합금으로 채워서 형성할 수 있다. 상기 앵커(118)는 TiN으로 형성될 수 있다. 상기 콘택 홀이 앵커 형성 물질(예를 들어, TiN)로 완전히 채워지지 않은 경우, 상기 흡수층, 저항층, 및 제2 절연층을 형성하는 공정에서, 상기 흡수층(118b), 저항층(118c), 및 제2 절연층(118d)을 구성하는 물질이 상기 콘택 홀의 나머지를 채울 수 있다.The anchor 118 may be formed by forming a contact hole and then filling the contact hole with a metal or a metal alloy. The anchor 118 may be formed of TiN. When the contact hole is not completely filled with an anchor forming material (eg, TiN), in the process of forming the absorbing layer, the resistive layer, and the second insulating layer, the absorbing layer 118b, the resistive layer 118c, And a material constituting the second insulating layer 118d may fill the rest of the contact hole.

캔티레버(119)는 상기 흡수판(115)을 상기 앵커에 각각 연결할 수 있다. 상기 캔티레버는 상기 흡수판과 동일한 적층 구조를 가진다. 단위 셀 내에서 상기 앵커는 2 개이고, 사각형의 한 쌍의 꼭지점에 배치된 경우, 상기 켄티리버(119)는 하나의 앵커(118)와 흡수판(115)의 꼭지점을 연결하도록 상기 흡수판(115)의 일변을 따라 상기 앵커가 배치되지 않은 꼭지점 방향으로 연장될 수 있다.The cantilever 119 may connect the absorber plate 115 to the anchor, respectively. The cantilever has the same lamination structure as the absorption plate. In a unit cell, when there are two anchors and are arranged at a pair of vertices of a square, the cantilever 119 is the absorber plate 115 to connect the vertices of the one anchor 118 and the absorber plate 115. ) May extend in the direction of a vertex in which the anchor is not disposed.

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기판의 제조 방법을 설명하는 단면도들이다.5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a sensor substrate according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 하부 기판(110) 상에 판독 집적회로가 형성된다. 상기 판독 집적 회로가 형성된 상기 하부 기판 상에 절연층(111)이 층간 절연막으로 형성된다. 상기 절연층(111)은 실리콘 산화막일 수 있다.Referring to FIG. 5A, a read integrated circuit is formed on the lower substrate 110. An insulating layer 111 is formed as an interlayer insulating film on the lower substrate on which the read integrated circuit is formed. The insulating layer 111 may be a silicon oxide layer.

상기 절연막 상에 반사층(112) 및 금속 패드(113)가 동시에 형성될 수 있다. 상기 반사층 및 금속 패드는 차례로 적층된 접착층, 도전층, 및 보호층을 포함할 수 있다. 상기 접착층은 Ti일 수 있다. 상기 도전층은 알루미늄, 구리, 또는 이들의 합금일 수 있다. 상기 보호층(112a)은 Ti/TiN 일 수 있다. 상기 반사층(112) 및 금속 패드(113)는 포토리소그라피 공정을 통하여 패터닝될 수 있다.The reflective layer 112 and the metal pad 113 may be simultaneously formed on the insulating layer. The reflective layer and the metal pad may include an adhesive layer, a conductive layer, and a protective layer sequentially stacked. The adhesive layer may be Ti. The conductive layer may be aluminum, copper, or an alloy thereof. The protective layer 112a may be Ti/TiN. The reflective layer 112 and the metal pad 113 may be patterned through a photolithography process.

도 5b를 참조하면, 상기 반사층(112) 및 상기 금속 패드(113)가 패터닝된 후, 상기 하부 기판(111) 상에 제1 보조 절연막(111a)을 증착하여 상기 반사층(112) 및 상기 금속 패드(113)를 덮을 수 있다. 상기 제1 보조 절연막(111a)은 평탄화 공정을 통하여 평탄화된 후, 마스크 없이 식각 공정을 통하여 상기 보호층(112a)을 노출시킬 수 있다.5B, after the reflective layer 112 and the metal pad 113 are patterned, a first auxiliary insulating layer 111a is deposited on the lower substrate 111 to form the reflective layer 112 and the metal pad. (113) can be covered. After the first auxiliary insulating layer 111a is planarized through a planarization process, the protective layer 112a may be exposed through an etching process without a mask.

도 5c를 참조하면, 제2 보조 절연막(11b)은 상기 반사층(112) 및 상기 금속 패드(113)를 덮도록 형성될 수 있다. 이어서, 포토리스그라피 공정을 통하여 상기 반사층(112) 및 상기 금속 패드(113)를 노출하도록 패터닝될 수 있다.Referring to FIG. 5C, a second auxiliary insulating layer 11b may be formed to cover the reflective layer 112 and the metal pad 113. Subsequently, patterning may be performed to expose the reflective layer 112 and the metal pad 113 through a photolithography process.

도 5d를 참조하면, 노출된 반사층(112) 및 보호층(112a) 상에 희생층(219)이 증착될 수 있다. 상기 희생층(219)은 추후에 제거된다. 상기 희생층(219)은 비정질 탄소막(amorphous carbon layer) 또는 폴리이미드(polyimide)일 수 있다. 상기 희생층(219)의 두께는 수 마이크로터 내지 수십 마이크로미터일 수 있다. 상기 희생층(219) 상에 제1 절연층(115a)이 증착될 수 있다. 상기 제1 절연층(115a)은 실리콘 질화막일 수 있다.Referring to FIG. 5D, a sacrificial layer 219 may be deposited on the exposed reflective layer 112 and protective layer 112a. The sacrificial layer 219 is removed later. The sacrificial layer 219 may be an amorphous carbon layer or polyimide. The thickness of the sacrificial layer 219 may be several micrometers to tens of micrometers. A first insulating layer 115a may be deposited on the sacrificial layer 219. The first insulating layer 115a may be a silicon nitride layer.

상기 제1 절연층(115a)을 패터닝하여 상기 금속 패드(113) 상에 앵커(118)를 형성하기 위한 콘택 홀(218)을 형성할 수 있다. 상기 콘택 홀(218)은 상기 제1 절연층(115a), 및 상기 희생층(219)을 관통하여 상기 금속 패드(113)를 노출할 수 있다.A contact hole 218 for forming an anchor 118 may be formed on the metal pad 113 by patterning the first insulating layer 115a. The contact hole 218 may penetrate the first insulating layer 115a and the sacrificial layer 219 to expose the metal pad 113.

도 5e를 참조하면, 상기 앵커(118)를 구성하는 도전성 물질이 증착될 수 있다. 상기 앵커(118)는 TiN 또는 Ti/TiN/W 일 수 있다. 상기 도전성 물질이 증착된 후, 상기 도전성 물질은 상기 콘택 홀(218)을 채운 콘택 플러그를 남긴 상태로 패터닝되어 상기 앵커(118)를 형성할 수 있다.5E, a conductive material constituting the anchor 118 may be deposited. The anchor 118 may be TiN or Ti/TiN/W. After the conductive material is deposited, the conductive material may be patterned while leaving the contact plug filling the contact hole 218 to form the anchor 118.

도 5f를 참조하면, 흡수층(115b)은 상기 앵커(118) 및 상기 제1 절연층(115a)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 단위 셀 내에서 2 개의 분리되도록 패터닝될 수 있다. 상기 흡수층(115b)은 TiN 일 수 있다.Referring to FIG. 5F, the absorbing layer 115b may be formed to cover the anchor 118 and the first insulating layer 115a. The absorption layer 115b may be patterned to be separated into two in a unit cell. The absorption layer 115b may be TiN.

도 5g를 참조하면, 흡수층(115b) 상에 차례로 저항층(115c), 제2 절연층(115d), 및 무반사 패턴층이 형성된다. 무반사 패턴층은 패턴닝되어 무반사 패턴(115e)을 형성할 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)은 나방 눈 구조를 포함할 수 있다. 상기 무반사 패턴(115e)의 형성 방법은 상부 패턴 또는 하부 패턴의 형성방법과 동일할 수 있다. 상기 앵커(118)의 내부는 흡수층(115b), 저항층(115c), 및 제2 절연층(115d)으로 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 앵커(118)는 흡수층(115b), 저항층(115c), 및 제2 절연층(115d)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5G, a resistive layer 115c, a second insulating layer 115d, and an anti-reflective pattern layer are sequentially formed on the absorbing layer 115b. The non-reflective pattern layer may be patterned to form the non-reflective pattern 115e. The anti-reflection pattern 115e may include a moth eye structure. The method of forming the non-reflective pattern 115e may be the same as that of the upper pattern or the lower pattern. The inside of the anchor 118 may be filled with an absorbing layer 115b, a resistive layer 115c, and a second insulating layer 115d. Accordingly, the anchor 118 may include an absorbing layer 115b, a resistive layer 115c, and a second insulating layer 115d.

상기 제1 절연층(115a), 상기 흡수층(115b), 상기 저항층(115c), 상기 제2 절연층(115d), 및 상기 무반사 패턴(115e)은 포토리소그라피 공정을 통하여 식각되어 상기 희생층(219)을 노출하고, 흡수판(115)을 형성한다.The first insulating layer 115a, the absorbing layer 115b, the resistive layer 115c, the second insulating layer 115d, and the anti-reflective pattern 115e are etched through a photolithography process to form the sacrificial layer ( The 219 is exposed, and the absorber plate 115 is formed.

도 5h를 참조하면, 상기 희생층(219)은 건식 식각 또는 습식 식각을 통하여 제거된다. 5H, the sacrificial layer 219 is removed through dry etching or wet etching.

* 이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.* In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and the present invention claimed in the claims by a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It includes all of the various types of embodiments that can be implemented within the scope of the technical concept of.

100: 멤스 소자
101: 캡 기판
102: 센서 기판
110: 하부 기판
120: 상부 기판
130: 상부 패턴
140: 하부 패턴
150: 케비티
160: 레세스 영역
180: 격벽
100: MEMS device
101: cap substrate
102: sensor board
110: lower substrate
120: upper substrate
130: upper pattern
140: lower pattern
150: cavity
160: recess area
180: bulkhead

Claims (6)

상부 기판;
상기 상부 기판의 상부면에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴;
상기 상부 패턴을 마주보도록 배치되고 상기 상부 기판의 하부면에서 함몰된 케비티 영역에 형성된 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴;
상기 하부 패턴의 주위에 배치되고 상기 케비티 영역 내에 배치된 게터;
상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역보다 돌출되고 상기 상부 기판과 동일한 구조와 재질을 가지고 상기 케비티 영역을 감싸도록 배치된 격벽;
상기 상부 기판의 하부면에서 상기 케비티 영역의 배치평면보다 더 함몰되고 상기 격벽을 감싸도록 배치된 절단 부위;
상기 격벽의 하부면에 배치된 상부 본딩 패드;
하부 기판;
상기 상부 기판의 상기 케비티 영역을 마주보도록 배치된 적외선 센서; 및
상기 상부 본딩 패드와 정렬되고 상기 적외선 센서를 감싸도록 배치된 하부 본딩 패드;를 포함하고,
상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 실리콘 기판이고,
상기 적외선 센서는:
상기 하부 기판의 상부면에 형성되어 검출회로와 전기적으로 연결되는 금속 패드;
상기 하부 기판의 상부면에 형성되고 적외선 대역을 반사하는 반사층;
상기 반사층의 상부에 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하여 저항을 변화시키는 흡수판; 및
상기 금속 패드의 상부에 형성되어 상기 흡수판을 지지하고 상기 금속 패드와 상기 흡수판을 전기적으로 연결하는 앵커를 포함하고,
상기 흡수판은 차례로 적층된 제1 절연층, 흡수층, 저항층, 및 제2 절연층을 포함하고,
상기 흡수층은 Ti, TiN, 또는 NiCr 이고,
상기 흡수층은 단위 셀 내에서 반으로 분리되고,
상기 나방눈(Moth-eye) 구조의 하부 패턴 및 상기 나방눈(Moth-eye) 구조의 상부 패턴은 원적외선의 파장 영역에서 대역 통과 필터로 동작하는 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
An upper substrate;
An upper pattern having a Moth-eye structure formed on an upper surface of the upper substrate;
A lower pattern having a moth-eye structure disposed to face the upper pattern and formed in a cavity region recessed from a lower surface of the upper substrate;
A getter disposed around the lower pattern and disposed within the cavity area;
A partition wall protruding from the lower surface of the upper substrate than the cavity region and having the same structure and material as that of the upper substrate and disposed to surround the cavity region;
A cut portion recessed from a lower surface of the upper substrate than an arrangement plane of the cavity region and disposed to surround the partition wall;
An upper bonding pad disposed on a lower surface of the partition wall;
A lower substrate;
An infrared sensor disposed to face the cavity area of the upper substrate; And
Including; a lower bonding pad arranged to surround the infrared sensor and aligned with the upper bonding pad,
The upper substrate and the lower substrate are silicon substrates,
The infrared sensor is:
A metal pad formed on an upper surface of the lower substrate and electrically connected to a detection circuit;
A reflective layer formed on the upper surface of the lower substrate and reflecting an infrared band;
An absorption plate that is formed to be spaced apart from the top of the reflective layer and absorbs infrared rays to change resistance; And
An anchor formed on the metal pad to support the absorber plate and electrically connect the metal pad to the absorber plate,
The absorber plate includes a first insulating layer, an absorbing layer, a resistance layer, and a second insulating layer sequentially stacked,
The absorption layer is Ti, TiN, or NiCr,
The absorbing layer is divided in half within the unit cell,
The lower pattern of the Moth-eye structure and the upper pattern of the Moth-eye structure operate as a band pass filter in a wavelength region of far infrared rays.
제1 항에 있어서,
상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 반구인 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
The method of claim 1,
The MEMS device, wherein the Moth-eye structure of the lower pattern is a plurality of hemispheres disposed in contact with each other.
제2 항에 있어서,
상기 하부 패턴의 상기 반구의 곡률 반경은 서브 마이크로미터 내지 수 마이크로미터이고, 상기 하부 패턴의 반구들은 상기 상부 패턴의 반구들과 서로 정렬되는 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
The method of claim 2,
The MEMS device, characterized in that the radius of curvature of the hemisphere of the lower pattern is sub-micrometer to several micrometers, and the hemispheres of the lower pattern are aligned with the hemispheres of the upper pattern.
제1 항에 있어서,
상기 하부 패턴의 상기 나방눈(Moth-eye) 구조는 서로 접촉하여 배치된 복수의 절단된 타원체형상인 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
The method of claim 1,
The MEMS device, characterized in that the Moth-eye structure of the lower pattern has the shape of a plurality of cut ellipsoids arranged in contact with each other.
제1 항에 있어서,
상기 원적외선의 파장 영역은 7um ~ 14um 인 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
The method of claim 1,
MEMS device, characterized in that the wavelength range of the far infrared rays is 7um ~ 14um.
제1 항에 있어서,
상기 제2 절연층 상에 적층된 나방눈 구조의 무반사 패턴을 더 포함하고,
상기 무반사 패턴은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 멤스 소자.
The method of claim 1,
Further comprising a non-reflective pattern of a mothed structure stacked on the second insulating layer,
The MEMS device, wherein the anti-reflection pattern is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
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