IR 센서의 CMOS 호환화 시도

최근 IR 센서 시장이 빠르게 성장하고 있습니다. 자동차, 보안, 산업 자동화, 헬스케어 등 다양한 분야에서 비접촉식 감지와 열 이미지 기술이 각광받고 있기 때문입니다. 하지만 아직까지도 IR 센서는 대중화가 어렵다는 평가를 받고 있는데요, 그 이유 중 하나는 바로 CMOS 공정과의 비호환성입니다.

오늘은 이와 관련해 산업계에서 어떤 CMOS 호환화 시도가 이루어지고 있는지, 왜 이 기술이 중요한지 자세히 정리해보겠습니다.

---

IR 센서와 CMOS 공정이 충돌하는 이유

기존의 IR 센서 공정은 VOx(바나듐 옥사이드), a-Si(비정질 실리콘), MCT(수은 카드뮴 텔루라이드) 같은 특수 재료를 사용합니다. 이들 재료는 대부분 일반 CMOS 반도체 팹(Fab)에서는 오염 소스로 분류되며, 공정 호환성이 낮습니다.

또한, IR 센서는 고온의 열처리, 특수 증착, MEMS 구조 형성 등 전통적인 CMOS 공정과는 상이한 공정 흐름을 요구하기 때문에, 동일 라인에서의 공정 통합이 매우 어렵습니다.

---

CMOS 호환 IR 센서란 무엇인가?

CMOS 호환 IR 센서란, IR 센서의 핵심 소자(마이크로볼로미터 등)를 표준 CMOS 공정 흐름 내에서 처리하거나, 최소한 CMOS 백엔드 공정과 완벽히 호환되도록 설계된 센서를 말합니다.

이 기술이 성공적으로 구현되면 다음과 같은 이점을 갖게 됩니다:

• ✅ 대량 생산 가능 → 제조 단가 감소
• ✅ 소형화 및 저전력 설계 용이 → 모바일, IoT 기기 확장
• ✅ SoC(System-on-Chip) 통합 가능성 → 기능 복합화 및 반응속도 향상
• ✅ 팹 라인 통합으로 운영 효율성 향상

---

실제 산업계의 시도들

1. CMOS 호환형 마이크로볼로미터 개발

최근 몇 년간 a-Si(비정질 실리콘) 기반 마이크로볼로미터는 VOx 대비 CMOS 친화도가 높다는 평가를 받으며 연구가 활발히 진행 중입니다. a-Si는 비금속성 재료이며, 비교적 낮은 온도에서 처리 가능해 CMOS의 BEOL 공정과 충돌하지 않습니다.

2. 백엔드(Back-End) 공정 분리 방식

Teledyne FLIR, Lynred 등 주요 IR 센서 기업은 CMOS 공정에서 신호 처리 회로를 먼저 제작한 후, IR 센서 소자를 Wafer-Level Packaging(WLP) 방식으로 위에 결합하는 구조를 취하고 있습니다. 이를 통해 오염 위험을 줄이면서도, 하이브리드 통합을 실현하고 있습니다.

3. TSV 기반의 하이브리드 적층

Through-Silicon Via(TSV) 기술을 활용해, 센서와 CMOS 칩을 수직으로 연결하는 방식도 시도되고 있습니다. 이 구조는 고속 데이터 전송과 센서 반응 속도 개선이라는 장점이 있어, 고성능 산업용 IR 시스템에 적용이 증가하고 있습니다.

---

아직 남은 기술적 과제

물론 CMOS 호환화를 위한 시도는 활발하지만, 아직 완벽한 수준은 아닙니다.

• VOx의 고감도 특성을 a-Si가 완벽히 대체하지는 못함
• CMOS 공정 라인의 재설계가 필요한 경우가 많음
• 온도 안정성, 장기 내구성 확보가 필요한 구조적 문제가 존재

이 때문에, 완전한 **"CMOS 기반 IR 센서"**가 상용화되기까지는 시간이 더 필요하다는 것이 전문가들의 공통된 의견입니다.

---

마무리하며 – IR 센서의 CMOS화, 미래 기술의 핵심 열쇠

제가 IR 센서 기술을 공부하면서 가장 흥미롭게 느낀 지점은, 이 기술이 단순한 센서 기술을 넘어서 미래 반도체 공정 구조 자체를 바꿀 수도 있다는 가능성이었습니다.

CMOS와 IR 센서의 경계를 넘는 이 시도는, 스마트폰의 적외선 온도 측정, 자동차 야간 보행자 감지, 헬스케어용 생체 측정기기 등 우리가 일상에서 만날 제품의 중심 기술이 될 수 있습니다.

앞으로 이 분야의 발전이 기대되는 만큼, 관련 기업들의 동향과 기술 발표도 꾸준히 살펴보면 좋겠습니다.