CN113167654A - 具有优化的吸收的电磁辐射检测结构及用于形成这种结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁辐射检测结构(10)，该电磁辐射检测结构包括限定吸收平面的至少一个吸收元件和MOSFET晶体管(100)。该晶体管包括：具有第一导电类型的至少一个第一区域和至少一个第二区域(111，112)；至少一个将第一区域和第二区域(111，112)彼此分隔开的第三区域(113)；和栅电极。第一区域(111)、第三区域(113)和第二区域(112)分别由第一层、第三层和第二层形成，第一层、第三层和第二层在吸收平面中彼此平行地延伸并沿着垂直于吸收平面的方向接连布置。栅电极沿着所述第三区域(113)的至少一个侧壁覆盖第三区域(113)。
Description
本发明源于法国国防部授予的合同，法国国防部对本发明拥有一定的权利。
技术领域
本发明涉及用于检测电磁辐射的结构，特别是用于检测红外范围内的电磁辐射的结构。
更确切地，本发明涉及一种用于检测电磁辐射的结构和用于制造这种结构的方法。
背景技术
为了检测电磁辐射，特别是红外波长范围内的电磁辐射，已知使用辐射热测量计型的电磁辐射检测结构。
这种结构包括：
-吸收元件，配置为吸收电磁辐射，通常以悬浮膜的形式提供，
-传感器，具有随温度变化的特性，该传感器与吸收元件相关联，用于在吸收电磁辐射时检测所述吸收元件的温升。
为了允许减小这些结构的尺寸，近来提议使用MOS-FET晶体管作为传感器。
根据文献WO2018055276 A1，具有根据这种可能性的结构的晶体管包括：
ο第一导电类型的至少一个第一区域和至少一个第二区域，
ο至少一个将第一区域和第二区域彼此分隔开的第三区域，第三区域具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三区域具有比第一区域和第二区域的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
ο至少一个第一栅电极，布置成使第三区域受到偏压。
这种晶体管的至少一种金属化，特别是栅电极的金属化，形成检测结构的吸收元件。
在这种构造中，根据WO2018055276 A1的图1B，第一区域、第三区域和第四区域沿着吸收平面彼此接连，以分别形成CMOS晶体管的漏极、沟道和源极。
如果根据文献WO2018055276 A1中所描述的这种可能性的检测结构，对待检测的电磁辐射提供良好的吸收，特别是通过优化吸收元件而对待检测的电磁辐射提供良好的吸收，则这种吸收仍然不是最佳的。
实际上，如果根据该文献的教导，有可能提供其阻抗接近于真空下的阻抗即大约为376.9Ω的吸收元件，则待吸收的电磁波所感知的该结构的总阻抗实际上更低，因此不能够获得最佳吸收。实际上，除了吸收元件之外，该阻抗还涉及晶体管的所有元件，特别是第一区域和第二区域，第一区域和第二区域被高度掺杂以能够具有良好的电接触并具有硅化作用，在该文献WO2018055276 A1中未说明这一点，在这些区域处可以大幅降低阻抗。因此，电磁辐射所感知的等效阻抗通常在1至100Ω/□之间，与通过吸收元件优化电磁辐射吸收所必需的376.9Ω/□相差较远。
发明内容
本发明旨在克服这个缺点，因此本发明的目的在于提供一种检测结构，该检测结构包括作为传感器的MOS-FET晶体管，且可能具有比现有技术的结构更高的吸收率。
为此，本发明涉及一种用于检测电磁辐射的辐射热测量计型的检测结构，该检测结构包括：
-至少一个吸收元件，配置为吸收电磁辐射并基本上沿着吸收平面延伸，
-与第一吸收元件相关联的MOS-FET类型的晶体管，用于在吸收元件吸收电磁辐射时检测所述吸收元件的温升，晶体管包括：
ο具有第一导电类型的至少一个第一区域和至少一个第二区域，
ο至少一个将第一区域和第二区域彼此分隔开的第三区域，第三区域具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三区域具有比第一区域和第二区域的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
ο栅电极。
第一区域、第三区域和第二区域分别由第一层、第三层和第二层形成，第一层、第三层和第二层沿着吸收平面彼此平行地延伸，第一层、第三层和第二层沿着垂直于所述吸收平面的方向彼此接连，所述第一区域、第二区域和第三区域中的每一个相对于相应层的厚度具有至少一个侧壁。
需要注意，在本发明的常规构造中，第三区域具有明显比第一区域和第二区与的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，即低于第一区域和第二区域的多数载流子的浓度的10倍，或甚至低于所述第一区域和第二区域的多数载流子的浓度的50倍或100倍。
栅电极沿着所述第三区域的至少一个侧壁覆盖第三区域。
发明人已经注意到，在诸如WO2018055276 A1中描述的结构中，掺杂区域，即第一区域和第二区域，在降低由辐射感知的等效阻抗方面起主要作用。然而，本发明的构造能够很好地控制第一区域和第二区域的尺寸，因为第一区域和第二区域以层的形式提供。因此，本发明通过减小辐射所接触的第一区域和第二区域的厚度的可能性，允许提供相对于现有技术的结构具有显著减小的体积的第一区域和第二区域，并因此减小了第一区域和第二区域对待吸收的电磁波所感知的等效阻抗的影响。
此外，根据本发明的这种构造能够优化结构的信噪比。实际上，L.吉特曼和他的合著者在2009年在科学期刊“IEEE transaction on electronic devices(半导体器件学报)”第56卷第9期第1935-1942页中发表的作品表明，噪声等效功率在该作品的上下文中记为NEP，表示这种晶体管的信噪比的倒数，与漏极-源极电流和吸收功率成反比。
然而，如果这种结构允许通过第一区域和第二区域的构造来优化吸收功率，则这种结构还允许优化直接取决于晶体管的几何形状的漏极-源极电流。实际上，漏极-源极电流与比值W/L成正比，其中W是沟道宽度，L是沟道长度。但是在本发明的构造中，每个区域由相应的层形成，沟道长度L等于第三区域的厚度。因此，借助于晶体管的适配几何形状，例如环形的第一区域，第二区域和第三区域，能够优化沟道宽度W，可以通过具有由本发明的构造提供的最小沟道长度L来优化漏极-源极电流。
以这种方式，相对于包括MOS-FET晶体管作为传感器的现有技术的结构而言，根据本发明的结构，通过优化其允许的吸收元件的等效阻抗可以获得电磁辐射的吸收的优化，以及通过优化其允许的沟道长度可以获得漏极-源极电流的优化。
根据MOS-FET的一般工作原理，栅电极布置成使第三区域受到偏压。
第三区域可以具有至少两个侧壁，栅电极沿着所述第三区域的至少两个彼此相对的侧壁覆盖第三区域。
以这种方式，在每个侧壁处形成通道。因此，通道宽度W乘以2，因为通道宽度存在于每个侧壁上，且比值W/L本身乘以2。因此漏极-源极电流被优化。
吸收元件可包括吸收部分，吸收部分延伸超过由第一区域、第三区域和第二区域形成的堆叠。
由第一区域、第三区域和第二区域形成的堆叠可至少部分地包围所谓的吸收结构区域，吸收部分至少部分地平行于吸收区域延伸。
以这种方式，在所述吸收区域，由第一区域、第三区域和第二区域形成的堆叠对待吸收的电磁辐射所感知的吸收元件的等效阻抗几乎没有或没有影响。因此，容易提供其等效阻抗接近于真空下的等效阻抗的这种吸收部分。
栅电极可以包括吸收元件。
栅电极可以包括由至少用于第三区域的“中间间隙”金属制成的至少一个层。
这种“中间间隙”金属降低栅极的偏置电压，并因此降低晶体管在运行期间释放的热量。由于晶体管的这种余热减少，因此这种余热对由吸收元件吸收辐射引起的温升的测量几乎没有影响。这使得优化根据本发明的结构的灵敏度。
由“中间间隙”金属制成的层可以由介电层支撑，选择“中间间隙”金属层的金属以及所述层和支撑该层的介电层的厚度，以满足以下不等式：
其中ρ为所述层的等效电阻率，Ep为所述层的厚度之和。
晶体管可进一步包括用于第二区域的金属接触。
第二区域的金属接触可以包括吸收元件。
需要注意，晶体管可以包括用于第三区域的金属接触。可选地，第三区域可保留在浮动电势。
栅电极还可覆盖第一区域并形成与第一区域的金属接触。
吸收元件可以包括由绝缘层支撑的导电层，选择金属层的金属以及所述金属层和支撑金属层的绝缘层的厚度，以满足以下不等式：
其中ρ为所述层的等效电阻率，Ep为所述层的厚度之和。
以这种方式，优化了吸收元件对电磁辐射的吸收。
本发明进一步涉及一种用于检测电磁辐射的辐射热测量计型的检测结构的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
-提供具有第一导电类型的第二区域，所述第二区域沿着吸收平面延伸，
-形成与第二区域接触的第三区域，所述第二区域具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三区域具有比第二区域的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
-形成与第三层接触的第一区域，第一区域具有第一导电类型，第一区域具有比第三区域的多数载流子的浓度更高的多数载流子的浓度，使得第一区域、第二区域和第三区域中的每一个平行于吸收平面延伸，第一区域、第三区域和第二区域沿着垂直于所述吸收平面的方向彼此接连，所述第一区域、第二区域和第三区域中的每一个相对于相应层的厚度具有至少一个侧壁，
-形成沿着所述第三区域的至少一个侧壁覆盖第三区域的栅电极，以形成包括第一区域、第二区域和第三区域以及栅电极的MOS-FET型晶体管，
制造方法进一步包括：形成与晶体管相关联的吸收元件，使得晶体管能够检测在吸收电磁辐射时所述吸收元件的温升，所述吸收元件限定吸收平面。
这种方法使得能够形成根据本发明的结构，因此该结构具有与之相关的优点。
提供和形成第一区域、第二区域和第三区域的步骤可以并行进行，所述提供和形成的步骤通过蚀刻包括第二层、第三层和第一层的堆叠来实现。
以这种方式，由第一区域、第二区域和第三区域形成的堆叠具有特别适用于促进栅电极形成的蚀刻侧面。
可在形成第三区域和第一区域之前提供第二区域，第三区域通过在第二区域的至少一部分上选择性沉积而形成，且第一区域通过在第三区域的至少一部分上选择性沉积而形成。
因此，利用这种方法，第一区域、第二区域和第三区域的宽度不必相同。
附图说明
通过参考附图阅读示例性实施例的描述，将更好地理解本发明，这些示例性实施例仅作为指示给出而绝不是出于限制性的目的，在附图中：
-图1以剖视图示出了根据本发明的检测结构，
-图2A至图2B分别以剖视图和俯视图示出了如图1所示的检测结构的MOS-FET晶体管在形成其栅极和其金属化之前的图，
-图3A至图3M借助于剖视图示出了形成用于形成如图1所示的检测结构的MOS-FET晶体管的中间衬底的初步步骤，
-图4A至图4T借助于剖视图示出了形成控制衬底、将所述控制衬底与图3M所示的中间衬底组装以及完成图1所示的检测结构的步骤，
-图5A至图5G借助于剖视图示出了形成用于形成根据本发明的替代方案的检测结构的MOS-FET晶体管的中间衬底的初步步骤。
不同附图中的相同、相似或等同的部分具有相同的附图标记，以便于从一个附图切换到另一个附图。
为了使附图更加清晰，附图中所示的不同部分不一定具有统一的比例。
各种可能性(替代方案和实施例)应当被理解为不是互斥的，且可以彼此组合。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的辐射热测量计型的检测结构10，这种检测结构10适于检测电磁辐射。
这种检测结构10特别适用于检测红外波长范围内的电磁辐射。因此，下文描述的实施例中指示的不同值与该实际应用相关，其中目标波长范围是远红外，即在8至12μm之间。当然，这些值仅作为非限制性示例给出，从本公开出发，本领域技术人员完全能够调整这些值，以使得能够使用这种检测结构10优化地检测在红外范围之外的波长范围内的电磁辐射。
这种检测结构10包括：
-与第一吸收元件相关联的MOS-FET类型的晶体管100，用于在吸收元件吸收电磁辐射时检测所述吸收元件的温升，该晶体管包括：
ο具有第一导电类型的至少一个第一区域111和至少一个第二区域112，
ο至少一个将第一区域111和第二区域112彼此分隔开的第三区域113，第三区域113具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三区域113具有比第一区域和第二区域的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
ο栅极氧化层130，
ο栅电极120，该栅电极包括第一吸收元件121，栅电极120进一步形成第一区域111的欧姆接触，
ο第二区域112的欧姆接触125，形成第二吸收元件，
-第一绝热臂310和第二绝热臂320，分别包括第一导电轨311和第二导电轨321，以使得晶体管100能够受到偏压，第一轨311与第二区域112连接，第二轨321通过使第一区域111和栅电极120短路而与第一区域111和栅电极120连接，
-可选的反射表面330，其布置成与第二吸收元件形成四分之一波腔350，
-读出电路340，图中仅示出了其衬底341，读出电路340分别经由第一接触区315和第二接触区325电连接到第一导电轨311和第二导电轨321。
在这种检测结构10中，第二区域112的欧姆接触125至少对于其相应形成第一吸收元件的那部分，沿着限定吸收平面的平面延伸。特别需要注意，在图1中，吸收平面由第二区域112的欧姆接触125的一部分即第二吸收元件限定，该部分沿着由第一层111P、第二层112P和第三层113P形成的堆叠所包围的结构的区域延伸，所述区域被称为吸收区域。
需要注意，根据本发明的实际应用，结构10的侧面即沿着吸收平面中的方向具有的尺寸在4至10μm之间。
根据本发明的原理，如图1和图2A所示。第一区域111、第三区域113和第二区域112分别由第一层111P、第三层113P和第二层112P形成，第一层111P、第三层113P和第二层112P沿着吸收平面彼此平行地延伸，且相对于垂直于所述吸收平面的方向彼此接连。所述第一区域111、第二区域112和第三区域113中的每一个相对于相应层的厚度具有至少一个侧壁。
另外，第一层111P、第二层112P和第三层113P中的每一层平行于吸收平面延伸，且第一层111P、第三层113P和第二层112P沿着垂直于所述吸收平面的方向彼此接连。
第一层111P、第二层112P和第三层113P中的每一层是半导体层，所述第一层111P、第二层112P和第三层113P优选地由单晶硅Si制成。
根据本发明的第一种可能性，第一层111P和第二层112P具有第一导电类型，对于该第一导电类型，多数载流子是电子，或者换句话说，第一层111P和第二层112P是N掺杂的。可选地，根据本发明的第二种可能性，第一层111P和第二层112P可以具有第一导电类型，对于该第一导电类型，多数载流子是空穴，或者换句话说，第一层111P和第二层112P是P掺杂的。
需要注意，根据本发明的实际应用，第一层111P和第二层112P具有N掺杂，其多数载流子的浓度在1.1019cm-3至1.1021cm-3之间。根据本发明的该相同实际应用，所述第一层111P和第二层112P的厚度在10至200nm之间，或者甚至在20至70nm之间。
根据本发明的第一种可能性，第三层113P可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型，即载流子是空穴的导电类型，或者换句话说，第三层113P是P掺杂的。同样，根据本发明的第二种可能性，第三层可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型，即多数载流子是电子的导电类型，或者换句话说，第三层是N掺杂的。
根据实际应用，第三层113P具有P掺杂，其多数载流子的浓度在1.1014cm-3和1.1017cm-3之间，或者甚至在5.1014cm-3和5.1015cm-3之间，然而，所述浓度低于第一层111P和第二层112P的浓度。根据相同的实际应用，第三层113P的厚度在10至500nm之间，或者甚至在50至250nm之间或在75至150nm之间。
如图2A和图2B所示，由第一层111P、第二层112P和第三层113P形成的堆叠沿着闭合线延伸，根据图2B所示的可能性，该闭合线为矩形。当然，这种形状仅作为一个示例提供，且所述堆叠当然可以以另一种形状延伸，其可以对应于开放线或闭合线。
然而，需要注意，优选地，由第一层111P、第二层112P和第三层113P形成的堆叠布置成至少部分地包围检测结构的被称为检测区域的区域。形成第一吸收元件121的栅电极120的部分和形成第二吸收元件的第二区域112的欧姆接触125的部分至少部分地沿着所述检测区域延伸。需要注意，在该第一实施例中，只有第二吸收元件完全沿着检测区域延伸，第一吸收元件121仅有少数部分沿着检测区域延伸。
根据这种可能性，由第一区域111、第二区域112和第三区域113形成的堆叠可以具有例如：
-梳状构造，被包围的吸收区域是设置在梳子的臂之间的区域，或
蛇形构造，被包围的吸收区域是在蛇形的弯曲部之间限定的区域。
由第一区域111、第二区域112和第三区域113形成的堆叠在所述区域的侧壁和该堆叠的包括第一区域111的一个面上，由至少一个绝缘体131、132所覆盖，绝缘体131、132为第三区域的侧壁形成栅极氧化物130。
在本实施例中，至少一个绝缘体131、132包括由二氧化硅制成的第一绝缘层131和由电介质制成的第二绝缘层132，该电介质具有的介电系数高于二氧化硅的介电系数，这种类型的电介质通常被称为高K电介质。因此，第二绝缘层132可以是例如二氧化铪HfO2或诸如氧化铝Al2O3的铝氧化物。
覆盖由第一区域111、第二区域112和第三区域113形成的堆叠的至少一个绝缘体层131、132在其覆盖的堆叠的面上具有至少一个开口，以允许与第一区域111进行接触。至少一个绝缘体131、132由栅电极120覆盖，所述栅电极120还形成用于第一区域111的欧姆接触。
需要注意，如图2B所示，该堆叠在开口处可能更宽。因此，例如，根据本发明的实际应用，堆叠可以在所述接触-形成开口之外的部分上具有0.3μm至0.6μm的宽度，且在对应于所述开口的部分上具有0.5μm至0.8μm的宽度。
根据本发明的该实施例，栅电极120包括由氮化钛TiN制成的第一导电层121和由多晶硅pSi制成的第二导电层122，第一导电层121覆盖第二绝缘层132且第二导电层122覆盖第一导电层121。可变地：
根据文献WO2018055276 A1的教导，并考虑到第一吸收元件121的构造，为了提高第一吸收元件的吸收能力，选择第一导电层121、支撑第一导电层121的第二绝缘体层132和第三绝缘体层133，以满足以下不等式：
其中ρ是第一导电层121、第二绝缘体层132和第三绝缘体层133的等效电阻率，Ep是第一导电层121、第二绝缘体层132和第三绝缘体层133.1a的厚度之和。需要注意，甚至更优选地，ρ/Ep选择为接近或甚至等于376.9Ω。
同样，第一导电层121的材料优选为用于第三区域113的“中间间隙”类型的金属。因此，在第三区域113由硅制成的情况下，如在本发明的该实施例的情况下，第一导电层的材料优选为选自包括氮化钛TiN、氮化钽TaN和硅化钼MoSi2的组中的金属。
通过“中间间隙类型金属”，在本文档的上文和剩余部分中，意图是选择该金属以使得在没有结构受到偏压时，其费米能在第三区域113的带隙区域中，更确切地说在第三区域113的中间间隙区域附近，典型地在带隙的-25％至+25％之间的范围内远离中间间隙的能级处。这种栅极构造通常被本领域技术人员称为“中间间隙”。因此，在第三区域由硅制成的情况下，“中间间隙类型金属”特别包括氮化钛TiN、氮化钽TaN和硅化钼MoSi2。
因此，在本发明的该实施例中，第一导电层121优选地由氮化钛TiN制成，且优选地包括5nm至15nm之间或者甚至等于10nm的厚度。
在本发明的该实施例中，第二导电层122由多晶硅pSi制成，其厚度在10至100nm之间、优选地等于50nm。
为了使第一区域111和栅电极120短路，第一导电层121通过在至少一个绝缘体131、132中形成的至少一个开口与第一区域111接触。
堆叠在其包括第二区域112并与第一区域111相对的一个面上至少部分地覆盖有形成第二区域112的欧姆接触的第三导电层125。
根据WO2018055276 A1的教导，与第一吸收元件121类似，为了提高由第三导电层125形成的第二吸收元件的吸收能力，选择第三导电层125和支撑第三导电层125的第三绝缘体层133，以满足以下不等式：
其中ρ是第一导电层121、第二绝缘体层132和第三绝缘体层133的等效电阻率，Ep是第一导电层121、第二绝缘体层132和第三绝缘体层133.1a的厚度之和。需要注意，甚至更优选地，ρ/Ep选择为接近或甚至等于376.9Ω。
因此，根据本发明的该实施例，第三导电层125由氮化钛TiN制成，并具有在5至15nm之间、优选地等于10nm的厚度。
需要注意，由于本发明的优选制造方法，在该第一实施例中，第二导电层122和第三导电层125中的每一层在与堆叠相对的表面上分别涂覆有第一保护层143和第二保护层141，例如氮化铝AlN，二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，第一保护层143和第二保护层141在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护所述导电层122、125。第一保护层143和第二保护层141中的每一层具有在10nm至50nm之间且优选地等于25nm的厚度。
出于相同的原因，且如图1所示，第三绝缘体层133特别用于将第一导电轨311与第二导电轨321绝缘，通过将第二区域112与第三导电层125分隔开而使第三绝缘体层133与第二区域112接触(除了与第一导电轨311和第二导电轨321接触的部分)，第三绝缘体层133涂覆有第三保护层142。因此，如图1所示，第三导电层被第二保护层141和第三保护层142包围。与第一保护层143和第二保护层141类似，第三层可以是氮化铝AlN、二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，第三层在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护第三绝缘体层133。第三保护层142可以具有在10nm至50nm之间且优选地等于25nm的厚度。
该结构包括在堆叠的两侧上的第一绝热臂310和第二绝热臂320，第一绝热臂310和第二绝热臂320分别包括第一导电轨311和第二导电轨321，以使得晶体管100能够受到偏压。根据所示的可能性，第一绝热臂310和第二绝热臂320中的每一个沿着垂直于吸收平面的方向延伸。
第一绝热臂310和第二绝热臂320配置为保持晶体管100及其中的吸收元件121、125，使之远离包括读出电路340的衬底410，同时通过第一导电轨311和第二导电轨321提供晶体管100和读出电路340之间的电连接。以这种方式，晶体管100和读出电路410之间的热接触被减小到最小。因此，检测结构10相对于其吸收元件具有相对较低的热惯性，且保留了其灵敏度。
需要注意，根据图中未示出的本发明的优选的可能性，包括绝缘带的第一绝缘臂和第二绝缘臂中的每一个具有平行于吸收平面延伸的蛇形形状。
第一绝热臂310和第二绝热臂320中的每一个包括分别与栅电极120和欧姆接触125接触的第一部分。第一部分包括第一阻挡层312，例如氮化钛TiN层或钛/氮化钛Ti/TiN双层，其适用于限制在第一区域111和第二区域112以及由所述第一阻挡层312覆盖的铜体中铜扩散的风险。
第一绝热臂310和第二绝热臂320中的每一个进一步包括第二部分310A、320A，第二部分310A、320A使所述绝热臂310、320的第一部分朝向衬底延伸。在该第一实施例中，第二部分310A、320B由铜制成。
当然，作为本发明的替代方案并根据文献WO2018055276 A1的教导，第一绝热臂310和第二绝热臂320可以具有与例如在所述文献中描述的构造不同的构造。
因此，根据本发明的未示出的优选的可能性，第一绝缘臂和第二绝缘臂中的每一个可以包括相应的绝缘带。根据这种可能性，每个绝缘带配置为具有最佳长度，使得不与四分之一波腔350重叠，所述绝缘带的第一端与所述绝缘臂的连接晶体管100的一部分接触，所述绝缘带的第二端连接控制电路200。每个绝缘带沿着平行于吸收平面的绝缘平面延伸，并具有能够提供最佳长度的形状，以优化晶体管100相对于衬底201的绝热。例如，每个绝缘带可以是锯齿状或螺旋状。每个绝缘带包括：例如由氮化钛TiN制成的金属芯轨；和例如由非晶硅Sia层、二氧化铪HfO2层和氧化铝Al2O3层的堆叠形成的钝化停止涂层。绝缘平面优选地布置在晶体管100和控制电路之间。可选地，绝缘平面可以与吸收平面相同。
衬底341包括读出电路340，并具有读出电路的第一触点和第二触点315、316、325、326以及反射表面330，反射表面330布置成与第二吸收元件125形成适用于由检测结构10检测的辐射的波长范围的四分之一波腔350。反射表面330优选地由选自包括铝Al、铜Cu、金Au、钛Ti、铂Pt、镍Ni及其合金(特别是铜铝合金)的组的材料形成。反射表面330具有在100nm至1μm之间、优选地等于300nm的厚度。需要注意，衬底410还具有第四绝缘层345，第四绝缘层345覆盖衬底的第一面并介于衬底和第三绝缘层之间。
以与第二导电层122和第三导电层125相同的方式，由于本发明的优选制造方法，在该第一实施例中，反射表面330在其与衬底相对的侧面上涂覆有第四保护层，例如氮化铝AlN、二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，该第四保护层在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护反射表面330。第四保护层351具有在10nm至50nm之间且优选地等于25nm的厚度。
这种检测结构10可以借助于具有三个不同阶段的制造方法来制造：
-制造晶体管100的主要部分的第一阶段，对应于该第一阶段的步骤在图3A至图3L中示出，
-制造包括读出电路340的衬底的第二阶段，对应于该第二阶段的步骤在图4A到图4F中示出，
-组装包括读出电路的衬底341和晶体管100并完成检测结构10的第三阶段，对应于该第三阶段的步骤在图4G至图4S中示出。
因此，如图3A至图3L所示，制造方法的第一阶段包括以下步骤：
-提供包括绝缘体层上的半导体的第一衬底410，所述层形成根据本发明的第二层112P，绝缘体由第三绝缘层133P形成，例如绝缘体上硅(以首字母缩写SOI更为人所知)衬底133，如图3A所示；
-部分地氧化第二层112P以形成氧化物层411，并通过所述氧化物层411注入与第二层112P的第一导电类型相对应的掺杂元素，以提供检测结构10的第二层112P；在第一导电类型对应于P掺杂的情况下，掺杂元素是磷P，而在第一导电类型对应于N掺杂的情况下，掺杂元素是硼B，如图3B所示；
-取出在氧化第二层112P时形成的氧化物层411；
-外延沉积与第二层112P接触的半导体材料的第三层113P，第三层113P具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三层113P具有比第二层112P的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，以提供检测结构10的第三层113P，如图3C所示；
-沉积与第三层113P接触的半导体材料的第一层111P，如图3D所示，在沉积期间通过在原地掺杂或者通过沉积后的注入，第一层111P具有第一导电类型，以提供检测结构10的第一层111P，如图3D所示；
-热退火以激活第一层111P、第二层112P的掺杂元素，以及在适用情况下激活第三层113P的掺杂元素，如图3E所示；需要注意，在图3E中，根据通过沉积后的注入提供第一层111P的掺杂的可能性，第一层113P涂覆有注入的氧化物层412；
-局部地蚀刻由第一层111P、第三层113P和第二层112P形成的堆叠，以根据本发明的本实施例提供沿着闭合线延伸的堆叠，从而形成第一区域111、第二区域112和第三区域113，如图3F和根据图2B所示；
-形成与包括第一区域111、第二区域112和第三区域113的堆叠的第一区域的面和侧壁接触的热氧化物，以形成第一绝缘层131P，如图3G所示；
-沉积具有比与第一绝缘层131P接触的二氧化硅SiO2的介电系数更高的介电系数的介电材料，以形成第二绝缘层132P，所述第一绝缘层131P和第二绝缘层132P具体地形成栅极氧化物130，如图3H所示；
-在第一绝缘层131P和第二绝缘层132P中装配至少一个开口451，以从第一区域111释放一个区域并使该区域能够电接触到，如图3I所示；
-可选地，通过开口451在第一区域111中注入具有第一导电类型的掺杂元素，以促进在所述第一区域111上产生接触；
-在第一区域是硅的情况下，可选地在开口451处进行硅化操作，以形成选自硅化镍NiSi、硅化钛TiSi、硅化钴CoSi和硅化铂PtSi的硅化物层；
-在装配在第一绝缘层131A和第二绝缘层131B中的至少一个开口451处沉积与第二绝缘层132P和第一区域111接触的第一导电材料，以形成第一导电层121P，对于本实施例，所述第一导电材料是其厚度在5至15nm之间、优选地等于10nm的氮化钛TiN，如图3J所示；
-沉积与第一导电层接触的第二导电材料，以形成第二导电层122P，对于本实施例，所述第二导电材料是通过化学气相沉积法沉积的具有第一导电类型的多晶硅pSi，其厚度在10nm至100nm之间、优选地等于50nm，如图3K所示；
-沉积第一保护层143P，例如氮化铝AlN、二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，第一保护层143P在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护所述导电层，所述保护层具有在10nm至50nm之间且优选地等于25nm的厚度，如图3L所示；
-沉积与保护层接触的第一牺牲材料例如二氧化硅SiO2，并平面化所述牺牲材料以去除多余的牺牲材料，从而封装第一区域、第二区域和第三区域/第一绝缘层和第二绝缘层/第一导电层和第二导电层/保护层组件，由此形成晶体管100的主要部分，并形成包括第一衬底的待组装的第一组件，如图3M所示。
根据本发明的制造方法的第二阶段可以在上述第一阶段之前、与上述第一阶段并行或在上述第一阶段之后实施。第二阶段包括以下步骤：
-提供第二衬底341，第二衬底341包括读出电路340，在第二衬底341的第一表面上具有用于分别连接栅电极/第一区域111和第二区域112的、读出电路的第一接触点321和第二接触点325，以及具有第四绝缘层345，优选地二氧化硅SiO2绝缘层，第四绝缘层345涂覆第二衬底340的第一表面的、除了读出电路341的第一接触点315和第二接触点325之外的部分，所述第四绝缘层还覆盖读出电路341的第一接触点315和第二接触点325的边缘，如图4A所示；
-局部地沉积与第一接触点315和第二接触点325接触且在第四绝缘层345的一部分上的反射导电材料，以形成第一接触垫316、第二接触垫326和反射表面330，在本发明的该实施例中，反射导电材料选自包括铝Al、铜Cu、金Au、钛Ti、铂Pt、镍Ni及其合金(特别是包括铜铝合金)的组，其厚度在100nm至1μm之间、优选地等于300nm，如图4B所示；
在第一衬底340上沉积第四保护层351，第四保护层351与反射表面330、第一接触垫316、第二接触垫326以及第四绝缘层345的不含反射导电材料的那部分接触，第四保护层351优选地选自氮化铝AlN、二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，第四保护层351在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护所述导电层，所述第四保护层345具有在10至50nm之间、优选地等于25nm的厚度，如图4C所示；
-沉积与第四保护层351接触的第二牺牲材料432，例如二氧化硅SiO2，并平面化所述牺牲材料以去除多余的第二牺牲材料并提供在1.3μm至2.5μm之间的第二牺牲材料层，如图4D所示；
通过局部地蚀刻第二牺牲材料层432和第四保护层451来形成第一穿孔452A和第二穿孔452B，以从读出电路341释放第一接触垫316和第二接触垫326，如图4E所示；
-用金属材料填充第一穿孔452A和第二穿孔452B，以分别形成第一绝缘臂310的第一部分310P和第二绝缘臂320的第一部分320P，由此形成待组装的第二组件，第二组件包括第二衬底340、反射导电材料、第二牺牲材料432以及第一绝缘臂310的第一部分310P和第二绝缘臂320的第一部分320P，如图4F所示；
-通过第一组件和第二组件的分别包含第一牺牲材料431和第二牺牲材料432的面来结合第一组件和第二组件，如图4G所示；
-去除第一衬底410，如图4H所示；
-局部地蚀刻当去除第一衬底410时露出的第三绝缘体层133P以及第一绝缘体层131和第二绝缘体层132，在所述蚀刻期间去除的第一绝缘体层131P、第二绝缘体层132P和第三绝缘体层133P的部分是面对第二绝热臂320的第一部分的部分，如图4I所示；
-一方面局部地蚀刻第一导电层121P和第二导电层122P的一部分以及面对第二绝热臂320的第一部分的第一保护层143，另一方面局部地蚀刻第三绝缘体层133的一部分和面对第一绝缘臂310的第一部分的第一保护层143，如图4J所示；
-通过选择性蚀刻使在前一步骤中局部地蚀刻的所述部分延伸，以到达第一绝缘臂和第二绝缘臂并形成第三穿孔453A和第四穿孔453B，如图4K所示；
-在第三穿孔453A和第四穿孔453B中以及在绝缘体层的表面上沉积第一阻挡层312P，例如氮化钛TiN层或钛/氮化钛Ti/TiN双层，所述阻挡层具有在5至50nm之间且优选地等于25nm的厚度，如图4L所示；
-用第二金属材料填充第三穿孔453A和第四穿孔453B，以分别形成第一绝缘臂310的第二部分和第二绝缘臂320的第二部分，并使之分别与第一绝缘臂310的第一部分和第二绝缘臂320的第一部分接触，从而形成第一绝缘臂310和第二绝缘臂320以及第一导电轨311和第二导电轨321，如图4M所示；
-抛光以去除多余的第二金属材料和第一阻挡层312P的与第三绝缘体层133P的表面接触的那部分，如图4N所示；
-沉积与第三绝缘体层133P接触的第二保护层142P以及第一绝缘臂310的第二部分和第二绝缘臂320的第二部分的与所述第三绝缘体层133P齐平的那些部分，第二保护层142P优选地选自氮化铝AlN、二氧化铪HfO2或蓝宝石Al2O3层，第二保护层142P在酸侵蚀例如氢氟酸HF侵蚀期间能够保护所述第三绝缘体层133P和所述第一绝缘臂310的第二部分和第二绝缘臂320的第二部分的所述部分，所述第二保护层142P具有在10至50nm之间且优选地等于25nm的厚度，如图4O所示；
-局部地蚀刻面对第一绝缘臂310和第二绝缘臂320的第二保护层142P，如图4P所示；
-局部地蚀刻面对第二区域112的第二保护层142P和第三绝缘体层133P，从而形成第三保护层142和第三绝缘体层133，如图4Q所示；
-沉积与第三保护层142以及第二区域112、第二保护层的第一自由臂和第二自由臂的部分接触的第三导电材料125P，以形成第三导电层125P，第三导电层125P与第二区域112接触以及与第一导电轨311和第二导电轨321中的每一个接触，如图4R所示；
-局部地蚀刻第三导电层125P，以将第一导电轨320与第二导电轨311电绝缘，从而释放第三保护层142的一部分并形成第三导电层125；
-沉积与第三导电层125接触的第一保护层141以及第三保护层的不含第三导电材料层的那部分，如图4S所示；
-选择性地攻击第一牺牲材料431和第二牺牲材料432，以释放第一绝缘臂310和第二绝缘臂320，从而形成检测结构10，如图4T所示。
根据本发明的另一种可能性，第一区域111、第二区域112和第三区域113可以具有不同的侧面尺寸，例如第二区域112可以具有例如比第一区域111和第三区域113更大的宽度，如图5G所示。
如果根据本发明的另一种可能性的检测结构，仅在所述第二区域112的侧面尺寸上不同，则在根据该另一种可能性的用于制造检测结构113的方法中，区别在于：在制造晶体管100的主要部分的第一阶段期间，在图3B中形成氧化物层411的氧化步骤和注入与图3F中局部地蚀刻所形成的堆叠的步骤之间的步骤由以下图5A至图5G中所示的步骤代替，其中：
-氧化以形成氧化物层411，并通过所述氧化物层411注入与第二层112P的第一导电类型相对应的掺杂元素，以提供检测结构10的第二层112P；在第一导电类型对应于P掺杂的情况下，掺杂元素是磷P，而在第一导电类型对应于N掺杂的情况下，掺杂元素是硼B，与图3B中的步骤相同且如图5A所示；
-局部地蚀刻第二层112P以形成第二区域112，如图5B所示；
-沉积选自氧化物例如二氧化硅或氮化物例如氮化硅SiN的材料的层435，层435与第二层112P和第三绝缘体层133P接触，所述层435具有在10nm至100nm之间的厚度，如图5C所示；
-局部地蚀刻层435，以释放第二层112P的对应于第三区域113的那部分，如图5D所示；
-选择性地沉积与第二层112P的不含层435的那部分接触的第三层113P，以形成第三区域113，第三层113P具有与第一导电类型相反的第二导电类型，第三层113P具有比第二层112P的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，以提供检测结构10的第三层113P，如图5E所示；
-选择性地沉积与第三层113P接触的半导体材料的第一层111P，在沉积期间通过在原地掺杂或者通过沉积后的注入，第一层111P具有第一导电类型，以提供检测结构10的第一层111P，如图5F所示；
-去除层435，如图5G所示。
根据本发明的未示出的第三实施例，第一导电层121可沿着检测区域延伸，并对第一导电层121的沿着检测区域延伸的那部分限定吸收平面。需要注意，“沿着检测区域延伸”意味着第一导电层121的该部分平行于检测区域并靠近检测区域延伸。
因此，该第三实施例中的检测结构1与第一实施例中的检测结构1的区别在于：
-第一导电层121至少对其沿着检测区域的那部分限定吸收平面，由此在第一半导体层121和反射表面330之间形成四分之一波腔350，
-第三导电层125不沿着检测区域延伸。
根据该第三实施例的用于制造检测结构1的方法与用于制造检测结构的方法的区别仅在于，在局部地蚀刻第三导电层125P和第一导电层121P的步骤期间，对于第一导电层121P保持沿着检测区域延伸的部分，而对于第三导电层125P则蚀刻沿着检测区域延伸的部分。
在该第三实施例的替代方案中，第三导电层125还可以沿着检测区域延伸。根据该替代方案，第一导电区域和第二导电区域之一限定吸收平面，另一个导电区域根据第一实施例中所描述的相同原理向检测结构提供附加吸收，其中栅电极的第二导电层121提供与由第三导电层125形成的吸收元件互补的吸收元件。
当然，上述第一实施例、第二实施例和第三实施例仅通过示例的方式提供，并示出了本发明的对应于其特定应用的配置。因此，例如，如果在两个实施例中，第一导电层121由“中间间隙”金属制成，则在不脱离本发明的范围的情况下，可以预计第一导电层121可以由除了“中间间隙”金属之外的导电材料形成。
Claims (13)
1.一种用于检测电磁辐射的辐射热测量计型的检测结构(10)，所述检测结构(10)包括：
-至少一个吸收元件(121，125)，配置为吸收电磁辐射，所述吸收元件(121，125)限定吸收平面，
-与所述吸收元件相关联的MOS-FET类型的晶体管(100)，用于在所述吸收元件吸收电磁辐射时检测所述吸收元件的温升，所述晶体管包括：
·具有第一导电类型的至少一个第一区域和至少一个第二区域(111，112)，
·至少一个将所述第一区域和所述第二区域(111，112)彼此分隔开的第三区域(113)，所述第三区域(113)具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，所述第三区域(113)具有比所述第一区域和所述第二区域(111，112)的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
·栅电极(120)，
所述检测结构(10)的特征在于，所述第一区域(111)、所述第三区域(113)和所述第二区域(112)分别由第一层、第三层和第二层形成，所述第一层、所述第二层和所述第三层中的每一层平行于所述吸收平面延伸，所述第一层、所述第三层和所述第二层沿着垂直于所述吸收平面的方向彼此接连，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每一个相对于相应层的厚度具有至少一个侧壁，
并且所述栅电极沿着所述第三区域的至少一个侧壁覆盖所述第三区域。
2.根据权利要求1所述的检测结构(1)，其中，所述第三区域(113)具有至少两个侧壁，所述栅电极沿着所述第三区域的至少两个彼此相对的侧壁覆盖所述第三区域。
3.根据权利要求1或2所述的检测结构(1)，其中，所述吸收构件包括吸收部分，所述吸收部分延伸超过由所述第一区域、所述第三区域和所述第二区域(111，113，112)形成的堆叠。
4.根据权利要求3所述的检测结构(1)，其中，由所述第一区域、所述第三区域和所述第二区域(111，113，112)形成的所述堆叠至少部分地包围所述检测结构(1)的被称为检测区域的区域，所述吸收部分至少部分地沿着所述检测区域延伸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测结构(1)，其中，所述栅电极(120)包括所述吸收元件(121)。
6.根据权利要求5与权利要求3或4相结合所述的检测结构(1)，其中，所述至少一个吸收元件中的所述吸收元件(121)包括由用于所述第三区域(113)的“中间间隙”金属制成的至少一个层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测结构(1)，其中，所述晶体管(100)进一步包括用于所述第二区域(112)的金属接触。
8.根据单独的权利要求7或权利要求7与权利要求2至6中任一项相结合所述的检测结构(1)，其中，所述第二区域(112)的金属接触包括所述吸收元件(125)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的检测结构(1)，其中，所述吸收元件(121，125)包括由至少一个绝缘层(133，132)支撑的导电层，选择所述金属层的金属以及所述金属层和支撑所述金属层的所述至少一个绝缘层(133，132)的厚度，以满足以下不等式：
其中ρ为所述层的等效电阻率，Ep为所述层的厚度之和。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的检测结构(1)，其中，所述栅电极(120)还覆盖所述第一区域并形成与所述第一区域(111)的金属接触。
11.一种用于检测电磁辐射的辐射热测量计型的检测结构(10)的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
-提供具有第一导电类型的第二区域(112)，所述第二区域(112)沿着吸收平面延伸，
-形成与所述第二区域(112)接触的第三区域(113)，所述第二区域(113)具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，所述第三区域(113)具有比所述第二区域(112)的多数载流子的浓度更低的多数载流子的浓度，
-形成与所述第三层(113A)接触的第一区域(111)，所述第一区域(111)具有所述第一导电类型，所述第一区域(111)具有比所述第三区域(113)的多数载流子的浓度更高的多数载流子的浓度，使得所述第一层(111)、所述第二层(112)和所述第三层(113)中的每一层平行于吸收平面延伸，所述第一层、所述第三层和所述第二层(111，112，113)沿着垂直于所述吸收平面的方向彼此接连，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域(111，112，113)中的每一个相对于相应层的厚度具有至少一个侧壁，
-形成沿着所述第三区域的至少一个侧壁覆盖所述第三区域的栅电极(120)，使得形成包括所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域(111，112，113)以及所述栅电极(120)的MOS-FET晶体管(100)，
所述制造方法进一步包括：形成与所述晶体管(100)相关联的吸收元件(121，125)，使得所述晶体管(100)能够检测在吸收电磁辐射时所述吸收元件的温升，所述吸收元件(121，125)限定所述吸收平面。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，提供和形成所述第一区域、第二区域和第三区域(111，112，113)的步骤并行进行，所述提供和形成的步骤通过蚀刻包括第二层、第三层和第一层(111P，112P，113P)的堆叠来执行。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其中，在形成所述第三区域和第一区域(113，111)之前提供所述第二区域(112)，所述第三区域通过在所述第二区域(112)的至少一部分上选择性沉积而形成，且所述第一区域(111)通过在所述第三区域(113)的至少一部分上选择性沉积而形成。
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