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KR100988477B1 - Micro heater and its manufacturing method - Google Patents

Micro heater and its manufacturing method Download PDF

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KR100988477B1
KR100988477B1 KR1020080042432A KR20080042432A KR100988477B1 KR 100988477 B1 KR100988477 B1 KR 100988477B1 KR 1020080042432 A KR1020080042432 A KR 1020080042432A KR 20080042432 A KR20080042432 A KR 20080042432A KR 100988477 B1 KR100988477 B1 KR 100988477B1
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wiring
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micro
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이경일
홍성민
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전자부품연구원
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    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
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Abstract

본 발명은 MEMS 공정을 이용하여 형성한 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 히터배선의 하부 구조를 식각하여 히터배선 부분만 기판으로부터 격리되어 떠있도록 제작된 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro heater formed by using a MEMS process and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a micro heater manufactured by etching a lower structure of the heater wiring so that only the heater wiring portion is separated from the substrate and floating therein. It is about.

또한, 민더 타입의 배선을 그리드 타입으로 제조함으로써, 제작공정과 열방사 효율을 향상시키고, 히터배선을 지지하는 하부의 지지기둥을 완전히 열산화시켜 열고립구조를 개선한 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.In addition, the micro heater and its manufacturing method which improve the manufacturing structure and thermal radiation efficiency, and fully thermally oxidize the support column of the lower part supporting the heater wiring by manufacturing the meander type wiring in the grid type and the manufacturing method thereof. It is about.

본 발명의 마이크로 히터 및 그 제조 방법은 기판상에 절연막을 증착한 후, 사진식각 공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계; 패터닝된 상기 기판의 전면을 식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계; 상기 컬럼구조물을 식각하여 지지기둥과 전극패드를 제외한 부분이 상기 기판으로부터 릴리즈된 구조물을 형성하는 제3단계; 및 릴리즈된 상기 구조물을 포함한 상기 실리콘 기판 전면에 금속층 또는 열저항체층을 증착해 히터배선 및 전극패드를 형성하는 제4단계를 포함하는 마이크로 히터의 제조방법에 그 기술적 특징이 있다.The micro heater and a method of manufacturing the same of the present invention include a first step of depositing an insulating film on a substrate and patterning the heater wiring and the electrode pad using a photolithography process; Etching the entire surface of the patterned substrate to form a column structure; Etching the column structure to form a structure in which portions other than the support pillar and the electrode pad are released from the substrate; And a fourth step of forming a heater wiring and an electrode pad by depositing a metal layer or a heat resistant layer on the entire surface of the silicon substrate including the released structure.

MEMS, 마이크로 히터, 반사막, 민더(Meander)타입, 그리드(Grid)타입, 열고립 MEMS, Micro Heater, Reflective Film, Meander Type, Grid Type, Open Granule

Description

마이크로 히터 및 그 제조방법{A micro heater and manufacturing method of the same}A micro heater and manufacturing method of the same

본 발명은 MEMS 공정을 이용하여 형성한 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 히터배선의 하부 구조를 식각하여 히터배선 부분만 기판으로부터 격리되어 떠있도록 제작된 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro heater formed by using a MEMS process and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a micro heater manufactured by etching a lower structure of the heater wiring so that only the heater wiring portion is separated from the substrate and floating therein. It is about.

또한, 민더 타입의 배선을 그리드 타입으로 제조함으로써, 제작공정과 열방사 효율을 향상시키고, 히터배선을 지지하는 하부의 지지기둥을 완전히 열산화시켜 열고립구조를 개선한 마이크로 히터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.In addition, the micro heater and its manufacturing method which improve the manufacturing structure and thermal radiation efficiency, and fully thermally oxidize the support column of the lower part supporting the heater wiring by manufacturing the meander type wiring in the grid type and the manufacturing method thereof. It is about.

MEMS를 이용한 마이크로 히터는 열저항 물질을 평면 실리콘 기판에 증착하여 히터배선을 만들고 여기에 전류를 흘러줌으로써 열을 발생시키는 원리를 사용한다. The micro heater using MEMS uses the principle of generating heat by depositing a heat resistant material on a planar silicon substrate to create a heater wiring and supplying current thereto.

일반적으로 히터배선의 재료로는 Pt, NiCr, SnO2:Sb, 폴리 실리콘 등을 사용 하고 있으며, 절연막은 저응력의 SiN 박막을 두껍게 증착하여 이용하고 있다. 열선이 박막 부분 위에 놓여져야 하므로 공정 순서는 실리콘 기판에 박막을 미리 형성시키고 그 위에 배선으로 사용될 물질을 증착한 후 패턴을 제작함으로써, 배선을 형성시킨다. Generally, Pt, NiCr, SnO 2 : Sb, polysilicon, and the like are used as heater wiring materials, and an insulating film is used by thickly depositing a low stress SiN thin film. Since the hot wire must be placed on the thin film portion, the process sequence forms the wiring by forming a thin film on a silicon substrate in advance, depositing a material to be used as a wiring thereon, and then fabricating a pattern.

그 후 열적 고립구조를 얻기 위해 배선이 형성된 박막 하부 부분을 기판의 뒷면에서 기판 몸통 미세 가공을 통해 제거하여 히터를 완성시킨다. 열저항체인 배선을 타고 흐르는 전류에 의해 열이 발생하게 되고 박막 전체가 가열되는 원리로 마이크로 히터로 동작하게 된다. 박막의 열전도로 인한 손실과 박막의 상하부 양쪽으로 열이 방사된다. 히터부로 동작하는 배선과 박막의 열팽창률 차이 및 점착력 차이로 인해 고온 동작시 박막이 파괴되어 소자가 손상을 입는 문제점이 많기 때문에 배선의 재질, 모양 및 배치를 적절히 개선함으로써 이를 개선하는 방법들이 보고되었다.Then, to obtain a thermal isolation structure, the lower portion of the thin film on which the wiring is formed is removed from the back side of the substrate through the substrate body microfabrication to complete the heater. Heat is generated by the current flowing through the wire, which is a thermal resistor, and operates as a micro heater on the principle that the entire thin film is heated. Loss due to the heat conduction of the thin film and heat is radiated to both the upper and lower parts of the thin film. Due to the problem that the thin film is damaged due to the difference in thermal expansion rate and adhesive force between the wire and the thin film that acts as a heater, the device is damaged due to high temperature operation. .

도 1은 종래의 방법으로 형성한 마이크로 히터를 나타낸 구조도이다.1 is a structural diagram showing a micro heater formed by a conventional method.

열전도에 의한 손실을 줄이기 위해 주로 기판(10)의 뒷면을 MEMS 가공하여 공동(cavity;30)을 형성한다. 그리고 상기 기판(10) 전면에는 절연막(20)을 형성한 후, 그 위에 도전성 박막을 증착한다. 증착된 도전성 박막은 사진식각공정에 의하여 복수의 열선(40)으로 형성되고, 이로써 열고립 구조의 마이크로 히터가 완성된다. 열선(40)의 양단은 전압을 인가할 수 있는 전극패드(50)가 형성되어 있다.In order to reduce the loss due to heat conduction, the back surface of the substrate 10 is mainly MEMS processed to form a cavity 30. After the insulating film 20 is formed on the entire surface of the substrate 10, a conductive thin film is deposited thereon. The deposited conductive thin film is formed of a plurality of hot wires 40 by a photolithography process, thereby completing a micro heater having an open granular structure. Both ends of the heating wire 40 is formed with an electrode pad 50 to apply a voltage.

이와 같은 마이크로 히터는 외부에서 인가된 전압에 의하여 열저항체인 상기 히터배선(40)에 전류가 흐르면, 열이 발생하게 되고 박막 전체가 가열된다. When the current flows to the heater wiring 40 which is a heat resistor by the voltage applied from the outside, the micro heater generates heat and heats the entire thin film.

상기와 같은 종래의 마이크로 히터는 상기 절연막(20)과 상기 히터배선(40)의 열팽창계수 및 점착력 차이로 인해 고온 동작시 절연막이 휘게 되며 이로 인해 상기 히터배선(40)이 파괴되어 소자가 손상되는 문제점이 있다. In the conventional micro heater as described above, the insulation film is bent during the high temperature operation due to the difference in thermal expansion coefficient and adhesive force of the insulation film 20 and the heater wiring 40, which causes the heater wiring 40 to be destroyed and the device is damaged. There is a problem.

또한, 상기 히터배선(40)이 형성되는 부분의 열 고립 구조를 얻기 위해 상기 기판(10)의 후면에 상기 공동(30)을 형성해야함으로, 이를 위해 기판의 하부를 가공하는 공정이 추가로 수반되어 히터의 제조 공정이 번거로워진다. 그리고 상기 공동(30)을 형성시키기 위해 주로 KOH 등을 이용한 습식식각을 이용하는데, 이 때문에 절연막의 재질로 후막의 SiN 만을 사용해야 한다는 단점이 있다. In addition, since the cavity 30 must be formed on the rear surface of the substrate 10 in order to obtain a thermal isolation structure of the portion where the heater wiring 40 is formed, a process of processing a lower portion of the substrate is additionally involved. This makes the manufacturing process of the heater cumbersome. In addition, wet etching using KOH or the like is mainly used to form the cavity 30. This is a disadvantage in that only SiN of a thick film is used as a material of the insulating film.

그리고 상기 절연막(20)의 기계적 안정성을 획득해야 하므로 일정 두께 이상의 두꺼운 박막으로 형성하는데, 이는 열전도 손실을 크게 하는 단점으로 작용한다. In addition, since the mechanical stability of the insulating film 20 must be obtained, a thick thin film having a predetermined thickness or more is formed, which acts as a disadvantage of increasing heat conduction loss.

따라서, 상기와 같은 종래의 마이크로 히터는 지지기둥에서 일정 간격 떨어진 곳에 고온이 발생할 수 있는 구조적인 개선이 필요하고, 발열부에서 균일한 열을 방사하는 열선 구조가 필요하다.Therefore, the conventional micro heater as described above requires a structural improvement capable of generating a high temperature at a predetermined distance away from the support pillar, and a heat wire structure for radiating uniform heat from the heat generating unit.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 MEMS 가공 기술로 마이크로 히터를 제조하여 마이크로 히터를 이용한 적외선 광원의 성능을 개선하는 효과가 있는 마이크로 히터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above is to provide a micro heater and a method of manufacturing the same, which has the effect of improving the performance of the infrared light source using a micro heater by manufacturing a micro heater by MEMS processing technology. There is this.

또한, 본 발명은 한 장의 포토마스크를 사용하여 히터배선부분만 기판으로부터 떠있도록 제작함으로써, 제작공정의 효율을 향상시키고 열적 고립 효과를 극대화시킨다. 이로 인해 소모전력을 낮추면서도 고온의 발열을 발생시켜 성능이 우수한 적외선광원으로 이용되는 마이크로 히터 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, the present invention by using only one photomask to manufacture only the heater wiring portion floating from the substrate, thereby improving the efficiency of the manufacturing process and maximize the thermal isolation effect. Accordingly, there is another object to provide a micro heater and a method of manufacturing the same, which are used as an infrared light source having excellent performance by generating high temperature heat while lowering power consumption.

또한, 본 발명은 상기 히터배선의 하부에 형성된 지지기둥을 완전히 열산화시킴으로써 지지기둥의 열전도에 의한 손실을 낮추고 열적 고립 효과를 극대화하는 마이크로 히터 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a micro heater and a method for manufacturing the same, which lower the loss due to thermal conduction of the support pillar and maximize the thermal isolation effect by completely thermally oxidizing the support pillar formed under the heater wiring.

또한, 본 발명은 민더 타입의 배선을 그리드 타입으로 제조하고, 히터배선 하부에 증착된 오목한 어레이 금속층을 열반사막으로 사용함으로써, 상기 히터배선에서 균일한 열을 방사하여 열방사 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 히터 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention by manufacturing a meander-type wiring in a grid type, by using a concave array metal layer deposited under the heater wiring as a heat reflection film, it is possible to radiate uniform heat in the heater wiring to improve the thermal radiation efficiency Another object is to provide a micro heater and a method of manufacturing the same.

본 발명의 상기 목적은 기판으로부터 이격되어 형성된 히터배선; 상기 히터배선의 양 끝단에 전압을 인가하는 전극패드; 및 상기 히터배선을 지지하기 위해 형성된 지지기둥을 포함하는 마이크로 히터에 의해 달성된다.The object of the present invention is a heater wiring formed spaced apart from the substrate; Electrode pads applying voltage to both ends of the heater wiring; And a support pillar formed to support the heater wiring.

또한, 본 발명의 상기 히터배선은 상기 기판과 전기적으로 절연시키기 위한 절연막; 및 상기 절연막상에 증착되고, 전류를 흐르게 하기 위한 금속층으로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the heater wiring of the present invention includes an insulating film for electrically insulating the substrate; And a metal layer deposited on the insulating film to allow current to flow therethrough.

또한, 본 발명의 상기 금속층은 열저항체층이고, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 중 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the metal layer of the present invention is a heat resistant layer, it is preferably made of one or more materials selected from nickel chromium, platinum, tin antimony oxide and polysilicon.

또한, 본 발명의 상기 금속층 상에는 튜브 또는 파티클 형태의 탄소 소재층, 금속층 및 절연제층 중 선택되는 어느 하나의 물질이 더 포함되어 구성됨이 바람직하다.In addition, the metal layer of the present invention is preferably configured to further include any one material selected from the carbon material layer, metal layer and insulation layer in the form of a tube or particle.

또한, 본 발명의 상기 히터배선은 민더 타입 또는 그리드 타입으로 형성됨이 바람직하다.In addition, the heater wiring of the present invention is preferably formed of a meander type or a grid type.

또한, 본 발명의 상기 히터배선의 패턴 굵기는 일정하지 않게 형성됨이 바람직하다.In addition, the thickness of the pattern of the heater wiring of the present invention is preferably formed not constant.

또한, 본 발명의 상기 지지기둥은 히터배선이 넓은 부분에 형성되고, 개수는 0 또는 한 개 이상으로 구성됨이 바람직하다. In addition, the support pillar of the present invention is formed in a wide portion of the heater wiring, the number is preferably composed of zero or more than one.

본 발명의 다른 목적은 기판상에 절연막을 증착한 후, 사진식각 공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계; 패터닝된 상기 기판의 전면을 식 각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계; 상기 컬럼구조물을 식각하여 지지기둥과 전극패드를 제외한 부분이 상기 기판으로부터 릴리즈된 구조물을 형성하는 제3단계; 및 릴리즈된 상기 구조물을 포함한 상기 실리콘 기판 전면에 금속층 또는 열저항체층을 증착해 히터배선 및 전극패드를 형성하는 제4단계를 포함하는 마이크로 히터의 제조방법에 의해 달성된다.Another object of the present invention is a first step of depositing an insulating film on a substrate, patterning the heater wiring and the electrode pad using a photolithography process; Etching a front surface of the patterned substrate to form a column structure; Etching the column structure to form a structure in which portions other than the support pillar and the electrode pad are released from the substrate; And depositing a metal layer or a heat resistant layer on the entire surface of the silicon substrate including the released structure to form a heater wiring and an electrode pad.

또한, 상기 제4단계 이전에, 상기 지지기둥에 열산화공정으로 열산화막을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, before the fourth step, it is preferable to further comprise a step of forming a thermal oxide film on the support pillar by a thermal oxidation process.

또한, 상기 금속층은 기판 전면에 증착되어 히터배선에서 방출되는 열을 반사시키기 위한 반사층으로 작용하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the metal layer is preferably formed by acting as a reflective layer for reflecting heat emitted from the heater wiring is deposited on the front surface of the substrate.

본 발명의 또 다른 목적은 기판상에 절연막과 금속층을 순차적으로 증착한 후, 사진식각공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계; 패터닝된 상기 기판을 식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계; 및 상기 컬럼구조물을 식각하여 지지기둥과 전극패드를 제외한 부분이 상기 실리콘 기판으로부터 릴리즈된 히터배선 및 전극패드를 형성하는 제3단계를 포함하는 마이크로 히터의 제조방법에 의해 달성된다. Still another object of the present invention is a first step of sequentially depositing an insulating film and a metal layer on a substrate, patterning the heater wiring and the electrode pad using a photolithography process; Etching the patterned substrate to form a column structure; And etching the column structure to form a heater wiring and an electrode pad released from the silicon substrate, except for the support pillar and the electrode pad.

또한, 본 발명의 상기 제2단계의 식각은 깊은반응성 이온식각(DRIE)을 포함하는 건식 비등방식각을 이용함이 바람직하다.In addition, the etching of the second step of the present invention preferably uses a dry boiling corrosion method including a deep reactive ion etching (DRIE).

또한, 본발명의 상기 제3단계의 식각은 KOH 또는 TMAH를 이용하는 습식 비등방식각을 이용함이 바람직하다.In addition, the etching of the third step of the present invention preferably uses a wet boiling corrosion angle using KOH or TMAH.

또한, 상기 히터배선은 민더 타입 또는 그리드 타입으로 형성됨이 바람직하 다.In addition, the heater wiring is preferably formed of a meander type or a grid type.

또한, 상기 히터배선의 하부에 남아 있는 실리콘을 XeF2 또는 XeF2 + Ar을 이용한 등방성 식각으로 제거하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the silicon remaining in the lower portion of the heater wiring is preferably configured by removing isotropic etching using XeF2 or XeF2 + Ar.

또한, 본 발명의 상기 지지기둥은 히터배선이 넓은 부분에 형성되고, 개수는 0 또는 한 개 이상으로 구성됨이 바람직하다.In addition, the support pillar of the present invention is formed in a wide portion of the heater wiring, the number is preferably composed of zero or more than one.

또한, 본 발명의 상기 전극패드는 외부 배선을 위한 와이어링을 위해 별도로 Au를 증착하는 단계를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the electrode pad of the present invention is preferably configured to further comprise the step of depositing Au separately for wiring for the external wiring.

또한, 본 발명의 상기 전극패드와 히터배선은 상부에 Au를 증착하는 단계; 및 상기 히터배선의 발열을 통해 히터배선 상부의 Au만 제거하여 저항구조를 형성시키는 단계를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the electrode pad and the heater wiring of the present invention comprises the steps of depositing Au on the top; And removing only Au on the heater wiring through heat generation of the heater wiring to form a resistance structure.

또한, 본 발명의 상기 금속층은 열저항체층이고, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 중 어느 하나의 물질로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the metal layer of the present invention is a heat resistant layer, it is preferably made of any one material of nickel chromium, platinum, tin antimony oxide and polysilicon.

또한, 본 발명의 상기 금속층 상에는 튜브 또는 파티클 형태의 탄소 소재층, 금속층 및 절연제층 중 어느 하나를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, the metal layer of the present invention is preferably configured to further comprise any one of a carbon material layer, a metal layer and an insulation layer in the form of a tube or particle.

또한, 본 발명의 상기 히터배선의 열저항체의 발열로 인한 적외선 방사는 상기 기판 상부 또는 하부에 오목 반사경을 패키징해 설치하여 상부 또는 하부 중 일방으로만 이루어짐이 바람직하다.In addition, the infrared radiation due to the heat generation of the heat resistance of the heater wiring of the present invention is preferably made of one of the upper or lower by packaging the concave reflector on the upper or lower portion of the substrate.

따라서, 본 발명은 히터배선의 하부 구조를 식각하여 히터배선부분만 기판으 로부터 떠있도록 제작함으로써, 열적 고립 효과를 극대화시켜 소모전력을 낮추면서도 고온의 발열을 발생시켜 성능이 우수한 적외선광원으로 이용되는 현저하고도 유리한 효과가 있다. Therefore, the present invention is manufactured by etching the lower structure of the heater wiring so that only the heater wiring is floating from the substrate, thereby maximizing the thermal isolation effect and generating high temperature heat while lowering power consumption, which is used as an excellent infrared light source. There is a remarkable and advantageous effect.

또한, 본 발명은 한 장의 포토마스크를 사용하여 MEMS 가공 기술로 마이크로 히터를 제조함으로써 제조공정이 간단하고, 히터배선 하부에 지지기둥을 형성함으로써 기계적 안정성이 향상되는 현저하고도 유리한 효과가 있다. In addition, the present invention has a remarkable and advantageous effect in that the manufacturing process is simple by manufacturing a micro heater using a single photomask using a MEMS processing technique, and the mechanical stability is improved by forming a support column under the heater wiring.

또한, 본 발명은 상기 히터배선의 하부에 형성된 지지기둥을 완전히 열산화시킴으로써 지지기둥의 열전도에 의한 손실을 낮춰 열고립 구조를 개선하여 열적 고립 효과를 극대화하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the present invention has a remarkable and advantageous effect of maximizing the thermal isolation effect by lowering the loss due to the heat conduction of the support pillar by completely thermally oxidizing the support pillar formed under the heater wiring.

또한, 본 발명은 민더 타입의 배선을 그리드 타입으로 제조하고, 히터배선 하부에 증착된 오목한 어레이 금속층을 열반사막으로 사용함으로써, 상기 히터배선에서 균일한 열을 방사하여 열방사 효율을 향상시키는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the present invention is remarkable to improve the heat radiation efficiency by radiating uniform heat in the heater wiring by manufacturing a meander-type wiring in a grid type and using a concave array metal layer deposited under the heater wiring as a heat reflection film. There is also an advantageous effect.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 기판으로부터 이격되어 있는 히터배선 구조를 갖는 마이크로 히터를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 히터배선 구조의 상면도이다. 상기 마이크로 히터의 기판(110) 상부면에는 적외선 광원을 반사하는 반사막 역할을 하는 금속층 또는 열저항체층(120)이 형성되어 있고, 히터배선(130), 전극패드(140) 및 지지기둥(150)을 포함한다. 2 is a view showing a micro heater having a heater wiring structure spaced apart from the substrate according to the present invention, Figure 3 is a top view of the heater wiring structure according to the present invention. On the upper surface of the substrate 110 of the micro heater, a metal layer or a heat resistant layer 120 serving as a reflective film reflecting an infrared light source is formed, and the heater wiring 130, the electrode pad 140, and the support pillar 150 are provided. It includes.

상기 기판(110)은 실리콘 기판인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 단결정 실리콘 기판 중 비등방성 식각 특성이 나타나는 기판을 사용한다. 또한, (111)방향의 실리콘 기판처럼 비등방 식각 특성을 이용하여 제조하는 것도 가능하다.The substrate 110 is preferably a silicon substrate, and more preferably, a substrate exhibiting anisotropic etching characteristics among single crystal silicon substrates is used. In addition, it is also possible to manufacture using anisotropic etching characteristics, such as the silicon substrate in the (111) direction.

상기 히터배선(130)의 하부에는 상기 히터배선(130)의 기계적 변형 내지는 파괴를 억제하는 지지대 역할을 하는 상기 지지기둥(150)이 형성된다. 상기 지지기둥(150)은 상기 히터배선(130)의 넓이에 따라 의도한 곳에 필요한 만큼 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 지지기둥(150)이 없이 상기 전극패드(140)에 의해서만 히터배선(130)이 지지되어 떠 있도록 구성할 수도 있다.The support pillar 150 that serves as a support for suppressing mechanical deformation or destruction of the heater wiring 130 is formed under the heater wiring 130. The support pillar 150 may be formed as necessary in the intended place according to the width of the heater wiring 130. In addition, the heater wiring 130 may be supported and floated only by the electrode pad 140 without the support pillar 150.

상기 금속층(120)은 열저항체층이 될 수 있고, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 등 고온발열체로 내구력있는 저항재료를 증착하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 기판(310)의 상부 전면에 증착된 상기 금속층(330)은 오목한 어레이 반사막으로써, 적외선 광원을 반사시켜 열방사 효율을 좋게 하는 역할을 한다. The metal layer 120 may be a heat resistant layer, and it is preferable to deposit a durable resistive material with a high temperature heating element such as nickel chromium, platinum, antimony tin oxide alloy, and polysilicon. The metal layer 330 deposited on the entire upper surface of the silicon substrate 310 is a concave array reflective film, and reflects an infrared light source to improve thermal radiation efficiency.

본 발명의 마이크로 히터는 고온으로 인하여 히터배선(130)의 열팽창이 발생하더라도 종래의 절연체박막 상부에 형성된 히터 구조에 비해 히터 배선의 두께가 현저히 두꺼운 실리콘으로 이루어져있고, 자유도가 높은 떠있는 구조이기 때문에 기존의 공동(cavity)이 형성된 기판 위에 놓인 배선구조에 비해 기계적 안정성이 뛰어나다.Since the micro heater of the present invention is made of silicon having a significantly thicker thickness of the heater wiring compared to the heater structure formed on the conventional insulator thin film, even though thermal expansion of the heater wiring 130 occurs due to a high temperature, it is a floating structure having high degree of freedom. The mechanical stability is excellent compared to the wiring structure on the substrate in which the cavity is formed.

도 4는 상기 도 2 및 도 3의 A-A´절단면의 단면도로서, 히터배선(130)은 실리콘 기판(131)에 SiNx 또는 SiOx 절연막(132)과 금속층(133)을 순차적으로 증착한 후, 식각해 실리콘 기판(131)으로부터 떠 있는 구조를 갖게 된다. 증착된 금속층(133)은 미리 형성되어 있는 절연막(132)에 의해 기판(131)과 절연된다.4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIGS. 2 and 3, and the heater wiring 130 is sequentially etched after the SiNx or SiOx insulating film 132 and the metal layer 133 are sequentially deposited on the silicon substrate 131. It has a structure floating from the silicon substrate 131. The deposited metal layer 133 is insulated from the substrate 131 by a pre-formed insulating layer 132.

증착과정에서 상기 금속층(133)은 히터배선(130) 상부뿐만 아니라 배선 사이를 통과하여 식각되고 남은 실리콘 기판(131') 사이에도 증착된다. 증착된 상기 금속층(133)은 히터배선(130)에서 발산되는 열을 반사시키는 반사막 역할을 하게 되므로 히터배선(130)의 상부 방향으로 방출되는 열의 열방사 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 금속층(133)은 도 2의 금속층(120)과 동일한 것이다.In the deposition process, the metal layer 133 is deposited not only on the heater wiring 130 but also between the silicon substrate 131 ′ which is etched through the wirings and remains. Since the deposited metal layer 133 serves as a reflecting film reflecting heat emitted from the heater wiring 130, the heat radiation efficiency of heat emitted in the upper direction of the heater wiring 130 may be improved. The metal layer 133 is the same as the metal layer 120 of FIG. 2.

상기 히터배선(130) 하부에 남아 있는 실리콘 기판(131)은 필요에 따라 XeF2 또는 XeF2 + Ar을 이용한 등방성 식각으로 제거할 수도 있다. 히터의 열질량을 높이거나 기계적 안정성 확보를 위해 열선에 실리콘을 남겨둘 필요가 있을 경우, 공 정의 안정성을 위한 방법으로 습식식각을 이용하여 히터배선(130) 부분을 기판(110)으로부터 격리시키는 방법을 사용할 수 있다.The silicon substrate 131 remaining under the heater wiring 130 may be removed by isotropic etching using XeF2 or XeF2 + Ar as necessary. When it is necessary to leave silicon in the heating wire to increase the thermal mass of the heater or to ensure mechanical stability, a method of isolating the heater wiring 130 portion from the substrate 110 using wet etching as a method for process stability. Can be used.

기존의 방법과는 달리 히터배선(130)의 하부 부분만을 기판(110)으로부터 격리시킴으로써, 상기 히터배선(130)이 상기 기판(110)과 접한 영역에서 축적된 열을 최소화할 수 있어서 동일한 소비전력으로 보다 높은 온도의 방출효과를 얻을 수 있다.Unlike the conventional method, only the lower portion of the heater wiring 130 is isolated from the substrate 110, so that the heat accumulated in the heater wiring 130 in contact with the substrate 110 can be minimized, thereby achieving the same power consumption. The higher temperature release effect can be obtained.

그리고 히터배선(130)의 패턴을 형성시키기 위해 마스크 한 장을 이용한 단일 사진식각공정을 이용하여 기판(110)으로부터 열적 격리구조를 갖는 마이크로 히터를 제조할 수 있어서 공정이 간단하다.In addition, a micro heater having a thermal isolation structure from the substrate 110 may be manufactured by using a single photolithography process using a single mask to form a pattern of the heater wiring 130, thereby simplifying the process.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 바닥면에 반사막이 형성된 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도이다. 5 to 9 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater having a reflective film formed on a bottom surface according to the first and second embodiments of the present invention.

도 5는 절연막(320)이 증착된 기판(410)을 나타낸다.5 shows a substrate 410 on which an insulating film 320 is deposited.

도 6은 절연막(320)이 증착된 실리콘 기판(310)을 사진식각 공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계와, 상기 패터닝된 기판을 건식식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계를 나타낸다. 상기 건식식각은 깊은반응성 이온식각(DRIE) 등을 포함하는 비등방성 건식식각을 사용함이 바람직하다.6 illustrates a first step of patterning a heater wiring and an electrode pad using a photolithography process on a silicon substrate 310 on which an insulating layer 320 is deposited, and a second structure of dry etching the patterned substrate to form a column structure. Represents a step. The dry etching is preferably an anisotropic dry etching including deep reactive ion etching (DRIE) and the like.

도 7 및 도 8은 상기 컬럼구조물을 습식식각하여 전극패드와 지지기둥을 제외한 부분이 상기 실리콘 기판(310)으로부터 릴리즈된 히터배선을 형성하는 제3단계를 나타낸다. 습식식각을 할 경우 실리콘의 결정방향에 따른 식각률 차이가 있어, 지지기둥의 일정 부분, 일예로서 가운데 부분이 우선적으로 식각되어 도 7에 나타난 것과 같이 잘록한 형상이 된다. 식각이 더 진행되면 지지기둥의 가운데 부분이 도 8과 같이 완전히 제거되어 기판(310)으로부터 릴리즈된 히터배선을 형성하게 되는 것이다. 7 and 8 illustrate a third step of wet etching the column structure to form a heater wiring in which portions except the electrode pad and the support pillar are released from the silicon substrate 310. When wet etching, there is a difference in the etching rate according to the crystal direction of the silicon, a certain portion of the support pillar, for example, the middle portion is preferentially etched to have a narrow shape as shown in FIG. If the etching proceeds further, the center portion of the support pillar is completely removed as shown in FIG. 8 to form the heater wiring released from the substrate 310.

여기서, 상기 습식식각은 KOH 또는 TMAH 등의 식각용액을 사용해 상기 지지기둥을 포함한 기판(310)을 이방성 식각을 하는 것이 바람직하다. 이 때, 모두 식각을 하지 않고 히터배선을 지지하기 위한 몇 개의 지지기둥을 남겨둔다. Here, the wet etching may be anisotropically etched the substrate 310 including the support pillar using an etching solution such as KOH or TMAH. At this time, some supporting pillars for supporting the heater wiring are left without etching.

지지기둥을 형성하기 위한 소정의 영역은 제1단계에서 패턴을 형성할 때 다른 영역보다 패턴의 폭을 더욱 넓게 형성하여 2차례에 걸친 식각 후에도 상기 지지기둥이 남아 있을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The predetermined region for forming the support pillar is preferably formed to have a wider width of the pattern than other regions when forming the pattern in the first step so that the support pillar remains even after two etchings.

도 9는 릴리즈된 상기 히터배선(340)을 포함한 상기 실리콘 기판(310) 상부 전면에 금속층 또는 열저항체층(330)을 증착하여 히터배선(340)과 전극패드를 형성하는 제4단계를 나타낸다. 증착과정에서 금속층 또는 열저항체층(330)은 히터배선(340) 상부뿐만 아니라 배선 사이를 통과하여 식각되고 하부에 남은 지지기둥 사이와 기판에도 증착된다. FIG. 9 illustrates a fourth step of forming a heater wiring 340 and an electrode pad by depositing a metal layer or a heat resistant layer 330 on an upper surface of the silicon substrate 310 including the released heater wiring 340. In the deposition process, the metal layer or the heat resistant layer 330 is etched through not only the heater wiring 340 but also between the wiring lines and is deposited between the support pillars remaining on the bottom and the substrate.

상기 실리콘 기판(310)의 상부 전면에 증착된 상기 금속층(330)은 오목한 어레이 반사막으로써, 상기 히터배선(340)에서 발산되는 열을 반사시켜 열방사 효율을 좋게 하는 역할을 한다. 상기 금속층(330)은 열저항체이며, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 중 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어짐이 바람직하다.The metal layer 330 deposited on the entire upper surface of the silicon substrate 310 is a concave array reflective film, and serves to improve heat radiation efficiency by reflecting heat emitted from the heater wiring 340. The metal layer 330 is a heat resistance, it is preferably made of at least one material selected from nickel chromium, platinum, tin oxide antimony alloy and polysilicon.

도 10은 상기 도 5 내지 도 9의 제조 공정을 통해 형성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도이고, 기판(310)으로부터 이격되어 있는 히터배선(340)을 구조를 갖는다. 상기 히터배선(340) 하부의 일부에는 상기 히터배선(350)이 늘어지는 것을 방지하는 몇 개의 지지기둥(360)이 형성되어 있다.10 is a structural diagram illustrating a micro heater according to the first embodiment of the present invention formed through the manufacturing process of FIGS. 5 to 9 and has a heater wiring 340 spaced apart from the substrate 310. A portion of the lower portion of the heater wiring 340 has a plurality of support pillars 360 to prevent the heater wiring 350 from sagging.

또한, 외부 배선을 위한 와이어링을 위해 세도우 마스크를 이용하여 상기 전극패드(350) 부분에만 선택적으로 Au(370)를 추가로 증착한다.In addition, the Au 370 is selectively deposited only on the electrode pad 350 using a shadow mask for wiring for external wiring.

상기와 같은 제조방법에 의해 만들어진 본 발명의 마이크로 히터는 외부에서 상기 전극패드(350)에 인가된 전압에 의하여 열저항체인 상기 히터배선(340)에 전류가 흐르면, 열이 발생하게 되고 박막 전체가 가열되어 히터로 작동하게 된다. In the micro heater of the present invention made by the manufacturing method as described above, when a current flows in the heater wiring 340 which is a heat resistor by a voltage applied to the electrode pad 350 from the outside, heat is generated and the entire thin film is It is heated to act as a heater.

본 발명에 따르면 금속층(330)을 증착하여 히터배선(340)을 형성한 후, 히터배선(340) 상부에 추가로 열의 방출에 따른 적외선의 방사효율을 높일 수 있는 튜브 또는 파티클 형태의 탄소 소재층, 금속층 또는 절연체층 등을 형성할 수 있다.According to the present invention, after depositing the metal layer 330 to form the heater wiring 340, the carbon material layer in the form of a tube or particle can further increase the radiation efficiency of the infrared rays according to the emission of heat in addition to the heater wiring 340. , A metal layer or an insulator layer can be formed.

도 11은 상기 도 5 내지 도 9의 제조 공정을 통해 형성된 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도이다. 외부배선을 위해 세도우 마스크 없이 상기 히터배선(340)과 전극패드(350)에 모두 Au(370)를 증착한다. 그 후, 히터를 동작시켜 상기 히터배선(340)의 고온발열을 이용하여 상기 히터배선(340)의 상부에 증착된 Au만 선택적으로 제거하여 상기 전극패드(350)에만 Au를 형성시킨다.11 is a structural diagram illustrating a micro heater according to a second embodiment of the present invention formed through the manufacturing process of FIGS. 5 to 9. For external wiring, Au 370 is deposited on both the heater wiring 340 and the electrode pad 350 without a shadow mask. Thereafter, the heater is operated to selectively remove only Au deposited on the heater wiring 340 using high temperature heat of the heater wiring 340 to form Au only in the electrode pad 350.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 바닥면에 반사막이 없는 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도이다.12 to 14 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater without a reflecting film on the bottom surface according to the third embodiment of the present invention.

도 12는 실리콘 기판(410) 상에 절연막(420)과 금속층(430)을 순차적으로 증착한 후, 사진식각공정을 이용하여 상기 실리콘 기판(410)에 히터배선(440)과 전극 패드(450)를 패터닝하는 제1단계와 상기 실리콘 기판(410)을 건식식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계를 나타낸다. 도 13 내지 도 14는 컬럼구조물이 형성된 상기 실리콘 기판(410)을 습식식각하여 상기 전극패드(450) 부분을 제외한 부분이 상기 실리콘 기판으로부터 릴리즈된 상기 히터배선(440)을 형성하는 제3단계를 나타낸다.FIG. 12 sequentially deposits the insulating film 420 and the metal layer 430 on the silicon substrate 410, and then uses the photolithography process to form the heater wiring 440 and the electrode pad 450 on the silicon substrate 410. A first step of patterning and a second step of forming a column structure by dry etching the silicon substrate 410. 13 to 14 illustrate a third step of wet etching the silicon substrate 410 having the columnar structure to form the heater wiring 440 in which portions except the electrode pads 450 are released from the silicon substrate. Indicates.

도 15는 상기 도 12 내지 도 14의 제조 공정을 통해 형성된 제3실시예에 따른 바닥면에 반사막이 없는 적외선 광원 마이크로 히터를 나타낸 구조도이다. 실리콘 기판(410), 히터배선(440), 전극패드(450) 및 지지기둥(460)을 포함하고, 상기 실리콘 기판(410) 상부에 반사막이 형성되지 않은 구조이다. 상기 히터배선(450) 하부에는 상기 히터배선(450)이 늘어지는 것을 방지하는 지지기둥(460)이 형성된다.15 is a structural diagram illustrating an infrared light source micro-heater without a reflecting film on the bottom surface according to the third embodiment formed through the manufacturing process of FIGS. 12 to 14. A silicon substrate 410, a heater wiring 440, an electrode pad 450, and a support pillar 460 are formed, and a reflective film is not formed on the silicon substrate 410. A support pillar 460 is formed below the heater wiring 450 to prevent the heater wiring 450 from sagging.

도 16 내지 도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 열산화막 지지기둥을 갖는 열고립 성능이 향상된 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도이다.16 to 19 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater having improved heat setting performance having a thermal oxide support pillar according to a fourth embodiment of the present invention.

도 16은 절연막(520)이 증착된 실리콘 기판(510)을 사진식각 공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계와, 상기 패터닝된 기판을 건식식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계를 나타낸다. 도 17은 상기 컬럼구조물을 습식식각하여 전극패드와 지지기둥을 제외한 부분이 상기 실리콘 기판(510)으로부터 릴리즈된 히터배선(540)을 형성하는 제3단계를 나타낸다. 이후, 도 18은 릴리즈된 상기 히터배선(550)의 하부에 형성된 지지기둥을 완전히 열산화시켜 바깥면에 열산화막(570)을 형성시킨다. 이에 의해 지지기둥의 열전도에 의한 손실을 낮춰 열고립 구조를 개선하여 열적 고립 효과를 극대화할 수 있다. 상기 열산화막의 열전도율은 실리콘에 비해 100배 가량 낮다. 16 illustrates a first step of patterning a heater wiring and an electrode pad using a photolithography process on a silicon substrate 510 on which an insulating film 520 is deposited, and a second structure of dry etching the patterned substrate to form a column structure. Represents a step. FIG. 17 illustrates a third step of wet etching the column structure to form a heater wiring 540 in which portions except the electrode pad and the support pillar are released from the silicon substrate 510. Thereafter, FIG. 18 completely thermally oxidizes the support pillar formed on the lower portion of the heated heater wiring 550 to form a thermal oxide film 570 on the outer surface. As a result, it is possible to maximize the thermal isolation effect by reducing the loss due to the heat conduction of the support column to improve the open granular structure. The thermal conductivity of the thermal oxide film is about 100 times lower than that of silicon.

도 19는 릴리즈된 히터배선(540)을 포함한 상기 실리콘 기판(510) 상부 전면에 금속층(530)을 증착하여 히터배선(540)과 전극패드(550)를 형성하는 제4단계를 나타낸다. 실리콘 기판(510)의 바닥면에 증착된 상기 금속층(530)은 적외선 광원을 반사시켜 열방사 효율을 좋게 하는 역할을 한다. 19 illustrates a fourth step of forming a heater wiring 540 and an electrode pad 550 by depositing a metal layer 530 on the upper surface of the silicon substrate 510 including the released heater wiring 540. The metal layer 530 deposited on the bottom surface of the silicon substrate 510 reflects an infrared light source to improve thermal radiation efficiency.

도 20은 도 16 내지 도 19의 제조 공정을 통해 형성된 본 발명의 제4실시예에 따른 열산화막 지지기둥을 갖는 열고립 성능이 향상된 적외선 광원 마이크로 히터를 나타낸 구조도이다.20 is a structural diagram illustrating an infrared light source microheater having improved heat setting performance having a thermal oxide support pillar according to a fourth embodiment of the present invention formed through the manufacturing process of FIGS. 16 to 19.

열산화공정으로 상기 열산화막(570)이 형성된 지지기둥(560)을 갖는 마이크로 히터의 구조도로서, 히터 배선(540), 전극패드(550) 및 바깥면에 열산화막(530)이 형성된 지지기둥(560)을 포함한다. A structure diagram of a micro heater having a support column 560 in which the thermal oxide film 570 is formed by a thermal oxidation process, and includes a heater pillar 540, an electrode pad 550, and a support column having a thermal oxide film 530 formed on an outer surface thereof. 560).

도 21은 본 발명에 따른 지지기둥에 의해 떠있는 민더(meander) 타입의 마이크로 히터의 배선을 나타낸 구조도이다. 민터타입으로 형성된 히터배선(620)과 상기 히터배선(620)을 지지하는 지지기둥을 포함한다.21 is a structural diagram showing wiring of a meander type micro heater floating by a support column according to the present invention. It includes a heater wiring 620 and a support pillar for supporting the heater wiring 620 formed in a minter type.

도 22는 본 발명에 따라 만들어진 마이크로 히터가 형성된 실리콘 기판 상부에 적외선 오목 반사경을 설치한 것으로, 상기 실리콘 기판의 하부 방향으로만 적외선을 방사하게 된다. 또한, 상기 실리콘 기판은 특정 파장에 대해서 투과율이 높으므로 필터 역할을 한다.FIG. 22 is an infrared concave reflector installed on a silicon substrate on which a micro-heater is formed according to the present invention, and emits infrared rays only in a downward direction of the silicon substrate. In addition, since the silicon substrate has a high transmittance for a specific wavelength, it serves as a filter.

도 23은 본 발명에 따른 그리드(grid) 타입으로 형성된 마이크로 히터의 배 선 구조도로, 그리드 타입의 히터배선(820), 지지기둥(830) 및 전극패드(810)을 포함한다. 그리드(Grid) 타입의 배선구조는 민더(meander) 타입의 배선에 비해 저항선의 유효길이를 짧게 할 수 있고, 히터배선 면적을 키울 수 있어서 저항값을 낮출 수 있으므로 구동 전압을 낮출 수 있다. 또한, 유효 발열 면적을 극대화할 수 있고, 열전도에 의한 손실을 막을 수 있어서 히터의 효율을 극대화할 수 있다.FIG. 23 is a wiring structure diagram of a micro heater formed in a grid type according to the present invention, and includes a grid type heater wiring 820, a support pillar 830, and an electrode pad 810. The grid type wiring structure can shorten the effective length of the resistance wire compared to the meander type wiring, can increase the heater wiring area, and can lower the resistance value, thereby lowering the driving voltage. In addition, the effective heat generating area can be maximized, and loss due to heat conduction can be prevented, thereby maximizing the efficiency of the heater.

그리드(grid) 타입의 히터배선(820) 하부의 지지기둥(830)은 상기 히터배선(820)의 구조적 안정성을 해치지 않는 범위안에서 최소한으로 줄일 수 있고, 상기 지지기둥(830)이 없이 상기 전극패드(810)에 의해서만 히터배선(820)이 지지되어 떠 있도록 구성할 수도 있다. 그리드 타입의 히터 배선(820) 하부에 지지기둥이 없을 경우 열전도에 의한 손실은 전극패드를 통해서만 발생하므로, 히터 내부에 고른 열분포를 기대할 수 있고, 이에 따라 열고립 효과를 극대화할 수 있다. The support pillar 830 below the grid type heater wiring 820 can be reduced to a minimum within a range that does not impair the structural stability of the heater wiring 820, and the electrode pad without the support pillar 830 is provided. The heater wiring 820 may be supported and floated only by the 810. If there is no support pillar under the grid type heater wiring 820, the loss due to heat conduction is generated only through the electrode pad, and thus even heat distribution can be expected inside the heater, thereby maximizing the opening effect.

상기 히터배선(820)에서 양 옆의 삐죽 튀어나온 패턴은 습식 비등방 식각시 코너 보상 패턴을 나타낸다. 즉, 가운데 겹치는 부분과 동일하게 식각 특성이 나타나도록 최외각 부분에도 히터 배선에 기여하지 않는 dummy 패턴이 삽입된 것이다. The jagged patterns protruding from both sides of the heater wiring 820 represent a corner compensation pattern during wet anisotropic etching. That is, a dummy pattern that does not contribute to the heater wiring is inserted in the outermost part so that the etching characteristic is the same as the overlapped part.

한편, 도 21과 같은 민더 타입일 경우에는 습식 비등방 식각시 코너 보상 패턴이 유익할 경우가 많다. 즉, 'ㄱ'자로 꺽여있는 부분의 습식 식각이 빨라 이 부분의 패턴형태를 더 넓게 잡아주어야 라인 중간의 하부가 습식되어 떠있는 구조에 이를 때까지 코너의 실리콘이 견뎌준다. 더 크게 할 경우에는 지지기둥의 형태로 남아있게 되는 것이다.Meanwhile, in the case of the meander type as shown in FIG. 21, the corner compensation pattern may be advantageous in the case of wet anisotropic etching. In other words, the wet etching of the part bent by 'a' is faster, so the pattern shape of this part should be held wider so that the silicon in the corner can withstand the wet structure until the lower part of the middle line reaches the floating structure. If it is made larger, it will remain in the form of a support pillar.

도 24는 본 발명에 따른 마이크로 히터의 사진 결과물이다. 지지기둥으로부 터 떠있는 마이크로 히터의 구조를 나타낸 도면으로서, 히터 배선 하부에 릴리즈된 지지기둥을 나타낸다.24 is a photographic result of the micro heater according to the present invention. The structure of the micro heater floating from the support column shows the support column released below the heater wiring.

도 25는 본 발명에 따른 마이크로 히터의 동작 모습을 나타내는 사진이다. 지지기둥이 존재하는 부분은 열전도에 의한 손실 때문에 발열부에 비해 온도가 낮아 어둡게 보이는 부분이다. 보다 균일한 발열부를 얻기 위해서는 지지기둥의 열전도율을 낮추고 지지기둥을 기계적 안정성을 해치지 않는 범위에서 최소화하는 구조가 요구된다. 25 is a photograph showing an operation of the micro heater according to the present invention. The part where the support column exists is darker because the temperature is lower than the heating part because of the loss due to heat conduction. In order to obtain a more uniform heating portion, a structure that lowers the thermal conductivity of the support pillar and minimizes the support pillar in a range that does not impair mechanical stability.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 히터1 is a micro heater according to the prior art

도 2는 본 발명에 따른 기판으로부터 이격되어 있는 히터배선 구조를 갖는 마이크로 히터2 is a micro heater having a heater wiring structure spaced apart from a substrate according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 히터배선 구조의 상면도3 is a top view of the heater wiring structure according to the present invention.

도 4는 상기 도 2의 A-A´절단면의 단면도4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 바닥면에 반사막이 형성된 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도5 to 9 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater having a reflective film formed on the bottom surface according to the first and second embodiments of the present invention.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도10 is a structural diagram showing a micro heater according to a first embodiment of the present invention

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도11 is a structural diagram showing a micro heater according to a second embodiment of the present invention;

도 12 내지 도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 바닥면에 반사막이 없는 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도12 to 14 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater without a reflecting film on the bottom surface according to the third embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도15 is a structural diagram showing a micro heater according to a third embodiment of the present invention;

도 16 내지 도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 열산화막 지지기둥을 갖는 열고립 성능이 향상된 적외선 광원 마이크로 히터의 제조 공정도16 to 19 are manufacturing process diagrams of an infrared light source micro heater having improved heat setting performance having a thermal oxide support pillar according to a fourth embodiment of the present invention.

도 20은 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 히터를 나타낸 구조도20 is a structural diagram showing a micro heater according to a fourth embodiment of the present invention;

도 21은 본 발명에 따른 지지기둥에 의해 떠있는 민더(meander) 타입의 마이크로 히터의 히터배선을 나타낸 구조도21 is a structural diagram showing a heater wiring of a meander type micro heater floating by a support column according to the present invention.

도 22는 본 발명에 따른 마이크로 히터가 형성된 기판이 적외선 오목 반사경과 패키징된 패키지 구조도22 is a package structure diagram in which a substrate with a micro heater according to the present invention is packaged with an infrared concave reflector.

도 23은 본 발명에 따른 그리드(grid) 타입으로 형성된 마이크로 히터의 배선 구조도23 is a wiring structure diagram of a micro heater formed in a grid type according to the present invention.

도 24는 본 발명에 따른 마이크로 히터의 사진 결과물24 is a photographic result of the micro heater according to the present invention.

도 25는 본 발명에 따른 마이크로 히터의 동작 모습을 나타내는 사진25 is a photograph showing the operation of the micro heater according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110 : 실리콘 기판 120, 133 : 금속층110: silicon substrate 120, 133: metal layer

130 : 히터배선 131 : 식각되고 남은 실리콘기판130: heater wiring 131: silicon substrate remaining after etching

132 : 절연층 140 : 전극패드132: insulating layer 140: electrode pad

150 : 지지기둥150: support pillar

Claims (21)

기판으로부터 이격되어 형성된 히터배선;Heater wiring spaced apart from the substrate; 상기 히터배선의 양 끝단에 전압을 인가하는 전극패드; Electrode pads applying voltage to both ends of the heater wiring; 상기 히터배선을 지지하기 위해 형성된 지지기둥; 및A support pillar formed to support the heater wiring; And 상기 히터배선 및 전극패드를 포함한 상기 기판 전면에 형성된 금속층A metal layer formed on a front surface of the substrate including the heater wiring and an electrode pad 을 포함하는 마이크로 히터.Micro heater comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터배선은 The heater wiring is 상기 기판과 전기적으로 절연시키기 위한 절연막; 및An insulating film for electrically insulating the substrate; And 상기 절연막상에 증착되고, 전류를 흐르게 하기 위한 금속층A metal layer deposited on the insulating film and for flowing a current 을 포함하는 마이크로 히터.Micro heater comprising a. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 금속층은 열저항체층이고, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 중 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는 마이크로 히터.The metal layer is a heat resistant layer, and a micro heater made of at least one material selected from nickel chromium, platinum, tin antimony oxide and polysilicon. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속층 상에는 튜브 또는 파티클 형태의 탄소 소재층, 금속층 및 절연제층 중 선택되는 어느 하나의 물질이 더 포함되는 마이크로 히터.The micro heater further comprises any one material selected from a carbon material layer, a metal layer and an insulation layer in the form of a tube or particle on the metal layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터배선은 민더 타입 또는 그리드 타입으로 형성하는 마이크로 히터.The heater wiring is a micro heater formed in a meander type or a grid type. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터배선의 패턴 굵기는 일정하지 않은 마이크로 히터.The pattern thickness of the heater wiring is not constant micro heater. 삭제delete 기판상에 절연막을 증착한 후, 사진식각 공정을 이용하여 히터배선과 전극패드를 패터닝하는 제1단계;Depositing an insulating film on the substrate and then patterning the heater wiring and the electrode pad using a photolithography process; 패터닝된 상기 기판의 전면을 식각하여 컬럼구조물을 형성하는 제2단계;Etching the entire surface of the patterned substrate to form a column structure; 상기 컬럼구조물을 식각하여 지지기둥과 전극패드를 제외한 부분이 상기 기판으로부터 릴리즈된 구조물을 형성하는 제3단계; 및Etching the column structure to form a structure in which portions other than the support pillar and the electrode pad are released from the substrate; And 릴리즈된 상기 구조물을 포함한 상기 기판의 전면에 금속층을 증착해 히터배선 및 전극패드를 형성하는 제4단계A fourth step of forming a heater wiring and an electrode pad by depositing a metal layer on the front surface of the substrate including the released structure 를 포함하는 마이크로 히터의 제조방법.Micro heater manufacturing method comprising a. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제4단계 이전에, 상기 지지기둥에 열산화공정으로 열산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 마이크로 히터의 제조방법.Before the fourth step, the method of manufacturing a micro heater further comprising the step of forming a thermal oxide film on the support column by a thermal oxidation process. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속층은 기판 전면에 증착되어 히터배선에서 방출되는 열을 반사시키기 위한 반사층으로 작용하는 마이크로 히터의 제조방법.The metal layer is deposited on the entire surface of the substrate and a method of manufacturing a micro heater to act as a reflective layer for reflecting heat emitted from the heater wiring. 삭제delete 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2단계의 식각은 깊은반응성 이온식각(DRIE)을 포함하는 건식 비등방식각을 이용하는 마이크로 히터의 제조방법. The etching of the second step is a method of manufacturing a micro heater using a dry boiling corrosion method including deep reactive ion etching (DRIE). 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제3단계의 식각은 KOH 또는 TMAH를 이용하는 습식 비등방식각인 마이크로 히터의 제조방법. The etching of the third step is a method of manufacturing a micro-heater using a wet boiling corrosion method using KOH or TMAH. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 히터배선은 민더 타입 또는 그리드 타입으로 형성하는 마이크로 히터의 제조방법.The heater wiring is a manufacturing method of a micro heater to be formed in a meander type or a grid type. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 히터배선의 하부에 남아 있는 실리콘을 XeF2 또는 XeF2 + Ar을 이용한 등방성 식각으로 제거하는 마이크로 히터의 제조방법.Method of manufacturing a micro heater to remove the silicon remaining in the lower portion of the heater wiring by isotropic etching using XeF2 or XeF2 + Ar. 삭제delete 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 전극패드는 외부 배선을 위한 와이어링을 위해 별도로 Au를 증착하는 단계를 더 포함하여 형성되는 마이크로 히터의 제조방법.The electrode pad is a method of manufacturing a micro heater further comprising the step of depositing Au separately for wiring for external wiring. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 전극패드와 히터배선은 상부에 Au를 증착하는 단계; 및Depositing Au on the electrode pad and the heater wiring; And 상기 히터배선의 발열을 통해 히터배선 상부의 Au만 제거하여 저항구조를 형성시키는 단계를 더 포함하는 마이크로 히터의 제조방법.And removing only Au from the upper portion of the heater wiring through the heat generation of the heater wiring to form a resistance structure. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속층은 열저항체층이고, 니켈크롬, 백금, 산화주석안티몬 합금 및 폴리실리콘 중 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는 마이크로 히터의 제조방법.The metal layer is a heat resistant layer, and a method of manufacturing a micro heater made of at least one material selected from nickel chromium, platinum, tin antimony oxide alloy and polysilicon. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 릴리즈된 상기 구조물에 증착된 상기 금속층 상에는 튜브 또는 파티클 형태의 탄소 소재층, 금속층 및 절연제층 중 어느 하나를 더 포함하는 마이크로 히터의 제조방법.The method of manufacturing a micro heater further comprising any one of a carbon material layer, a metal layer and an insulation layer in the form of a tube or particle on the metal layer deposited on the released structure. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 히터배선의 열저항체의 발열로 인한 적외선 방사는 상기 기판 상부 또는 하부에 오목 반사경을 패키징해 설치하여 상부 또는 하부 중 일방으로만 이루어지는 마이크로 히터의 제조방법.Infrared radiation due to the heat generated by the heat resistance of the heater wiring is a method of manufacturing a micro heater made of only one of the upper or lower by packaging a concave reflector installed on the upper or lower portion of the substrate.
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