CN114981969A - 制造具有改进的吸气剂保护的检测装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造检测装置的方法，包括以下步骤：·基于位于覆盖热检测器(20)的矿物牺牲层(62)上的无定形碳来产生吸气剂垫(50)；·产生位于矿物牺牲层(62)上并覆盖吸气剂垫(50)的上表面和侧壁的薄封装层；·通过第一化学蚀刻去除矿物牺牲层；·通过第二化学蚀刻去除吸气剂垫(50)的保护段(51)。

Description

制造具有改进的吸气剂保护的检测装置的方法
技术领域
本发明的领域是用于检测电磁辐射，特别是红外或太赫兹辐射的装置的领域，该装置包括封装在密封腔中的至少一个热检测器，吸气剂材料也位于该密封腔中。本发明特别适用于红外成像和热成像领域。
背景技术
用于检测电磁辐射(例如红外或太赫兹辐射)的装置可以包括热检测器的矩阵，每个热检测器包括能够吸收待检测的电磁辐射的吸收段。
为了确保热检测器的热绝缘，吸收段通常采用膜的形式，该膜通过锚定柱悬挂在衬底上方，并通过保持臂和热绝缘臂与衬底热绝缘。这些锚定柱和支撑臂通过将悬挂的膜电连接到通常位于衬底中的读出电路还具有电气功能。
读出电路通常采用CMOS电路的形式。它允许控制信号被施加到热检测器，并且由该热检测器响应于待检测的电磁辐射的吸收而产生的检测信号被读取。读出电路包括由金属线形成的各种电互连层，所述金属线被介电层(称为金属间层)彼此分开。读出电路的至少一个电连接垫被放置在衬底上，使得可以从检测装置的外部与它接触。
文献EP3239670A1描述了一种用于制造检测装置的方法，该检测装置的热检测器被布置在密封腔中。该方法使用矿物牺牲层以用于产生热检测器和限定腔的封装结构，这些层随后通过湿法化学蚀刻被去除。该腔由在一个或更多个热检测器上方和周围延伸的薄封装层界定。该腔通过在上表面上和延伸穿过矿物牺牲层的沟槽中沉积上矿物牺牲层产生。因此，薄封装层由位于上矿物牺牲层上的上壁和位于衬底上并在平行于衬底的平面中包围一个或更多个热检测器的周壁形成。这种配置显著地允许封装结构的衬底上的占用空间减少。
此外，在该文献中描述的制造方法提供了在密封腔中形成吸气剂材料的段，例如钛。然后，该吸气剂段位于每个吸收膜下方，并且通过薄的含碳牺牲层保护其免受湿法化学蚀刻，该含碳牺牲层例如由无定形碳制成，并且随后通过特定的干法化学蚀刻被去除。
然而，在保持封装结构的衬底上的占用空间小的同时，需要在通过湿法化学蚀刻去除矿物牺牲层的过程中加强对吸气剂材料的保护。
发明内容
本发明的目的是至少部分地弥补现有技术的缺点。为此，本发明的一个主题是一种用于制造检测电磁辐射的装置的方法，包括以下步骤：
·产生用于检测电磁辐射的至少一个热检测器，所述至少一个热检测器位于衬底上并被由矿物材料制成的矿物牺牲层覆盖，所述矿物牺牲层能够由第一化学蚀刻去除；
·产生被称为吸气剂垫的至少一个垫，所述吸气剂垫：
o在矿物牺牲层上部分地延伸，并且在平行于衬底的平面中远离热检测器设置，
o由彼此平行的薄平面层的段的堆叠形成，包括由无定形碳制成的保护段以及由吸气剂材料制成的至少一个吸气剂段，所述保护段能够通过第二化学蚀刻被去除并且与矿物牺牲层接触，所述至少一个吸气剂段与保护段接触；
·产生在所述热检测器上方延伸的薄封装层，该薄封装层包括位于矿物牺牲层上并覆盖吸气剂垫的上表面和侧壁的上部；
·产生穿过薄封装层的至少一个第一通风口，所述至少一个第一通风口在平行于衬底的平面中远离吸气剂垫定位，并通向矿物牺牲层；
·通过第一化学蚀刻去除矿物牺牲层，从而释放保护段的表面；
·通过第二化学蚀刻去除保护段，从而释放吸气剂段的表面；
·在薄封装层上沉积薄密封层，以便至少阻挡第一通风口。
通过经由第一化学蚀刻去除矿物牺牲层，意味着至少部分地去除该层，以便释放保护段的表面。
以下是该制造方法的某些优选但非限制性的方面。
制造方法可以包括制造不接收待检测的电磁辐射的至少一个补偿检测器的步骤，吸气剂垫面向补偿检测器设置。
可以产生多个热检测器和补偿检测器，至少一个吸气剂垫面向补偿检测器设置。
热检测器和补偿检测器中的每个可以包括通过锚定柱悬挂在衬底上方的膜，薄封装层包括至少一个支撑柱，所述至少一个支撑柱与上部一体形成，并且从上部延伸以位于锚定柱上。
制造方法可以包括产生由电绝缘材料制成的层的步骤，所述层放置在支撑柱与锚定柱之间，并与所述支撑柱与锚定柱接触。
在产生薄封装层的步骤之后，该薄封装层可以在热检测器上方和周围连续延伸，并且由一体形成的上部和周围部分形成，薄封装层的周围部分延伸到穿过矿物牺牲层产生的沟槽中，并与其侧壁接触，所述周围部分位于衬底上。
吸气剂垫可以包括沿着垂直于衬底的轴线叠置的多个吸气剂段，所述多个吸气剂段中的每个设置在两个保护段之间。
吸气剂段可以完全覆盖保护段的与衬底相对的面。
在产生第一通风口的步骤期间，可以穿过薄封装层产生至少一个第二通风口，以便通向覆盖所述吸气剂段的上保护段，然后，在去除矿物牺牲层的步骤之后，可以从第二通风口产生孔，以便通向下保护段，所述吸气剂段位于该下保护段上。
可以沉积第二薄密封层以阻挡第二通风口，该第二薄密封层不同于阻挡第一通风口的薄密封层。
吸气剂垫可以包括多个吸气剂段和多个保护段，所述多个吸气剂段和所述多个保护段沿垂直于衬底的轴线叠置。保护段的横向过蚀刻可以相对于吸气剂段选择性地进行。
矿物牺牲层可以由从原硅酸四乙酯获得的氧化硅制成。
此外，在产生至少一个热检测器期间中，所述至少一个热检测器可以位于第一矿物牺牲层上，热检测器和第一矿物牺牲层被第二矿物牺牲层覆盖，第一和第二矿物牺牲层由能够通过第一化学蚀刻去除的矿物材料制成。第一通风口可以面向热检测器放置，或者在适当的情况下面向热检测器的矩阵放置。在第一化学蚀刻期间，所述第一化学蚀刻可能是在酸性介质中的湿法蚀刻，第一和第二矿物牺牲层可以通过第一通气口被部分地去除，第一和第二矿物牺牲层的未蚀刻段在平行于衬底的平面中形成包围热检测器(或热检测器的矩阵，在适当的情况下)的周壁。封装层的上部位于周壁上并与所述周壁接触。
在第一化学蚀刻之后，周壁可以包括横向凹槽，该横向凹槽使得腔在读出衬底与上部之间平行于读出衬底垂直变宽，该横向凹槽限定读出衬底的表面的中间区域，该中间区域包围热检测器或者在适当的情况下包围热检测器的矩阵。
该方法可以包括产生用于加固薄封装层的加固柱的步骤，所述加固柱被布置在热检测器周围的中间区域中，或者在适当的情况下彼此分离地设置在热检测器的矩阵中，并且从上部延伸以位于读出衬底上。加固柱可以直接位于衬底上，并因此与所述衬底接触，或者间接位于衬底上，例如与锚定柱接触。
附图说明
本发明的其他方面、目的、优点和特征将从以下对其优选实施例的详细描述中变得更加清楚，该描述是通过非限制性示例并参考附图给出的，在附图中：
图1A至图1I是用于制造根据第一实施例的检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图；
图2A至图2D是根据一个变体实施例的制造检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图，其中，在形成吸气剂垫的层的某些部分上进行横向过蚀刻；
图3是根据一个实施例的检测装置的俯视图，其示出了热检测器和补偿检测器，以及吸气剂段的一种布置；
图4A到图4C是根据另一变体实施例的制造检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图，其中，特定的密封层覆盖吸气剂垫；
图5A至图5C是根据另一变体实施例的制造检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图；
图6A至图6C是根据另一变体实施例的制造检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图，其中，封装结构包括由矿物材料制成的周壁；
图7A至图7C是根据另一变体实施例的制造检测装置的方法的各个步骤的示意性和部分截面图，其中，封装结构包括由矿物材料制成的周壁，并且其中，矿物牺牲材料通过第一和第二通风口去除。
具体实施方式
在附图和说明书的剩余部分中，相同的附图标记用于表示相同或相似的元件。此外，为了附图的清晰起见，各种元件没有按比例示出。此外，各种实施例和变体并不相互排斥，并且可以彼此组合。除非另有说明，否则术语“基本上”、“大约”和“……的数量级”意指在10％以内，优选在5％以内。此外，除非另有说明，否则术语“包括在……与……之间”及等同物意味着包括界限。
本发明总体上涉及一种制造用于检测电磁辐射的装置的方法，该装置适于检测红外或太赫兹辐射。该检测装置包括位于密封腔中的一个或更多个热检测器和至少一种具有吸气剂效应的材料。密封腔由封装结构界定，该封装结构包括多个薄层，所述多个薄层对于待检测的电磁辐射是透明的，并且特别包括在一个或更多个热检测器上方连续延伸以及可选地在热检测器上方和周围连续延伸的薄封装层。薄层是指使用微电子学中使用的材料沉积技术形成的层，并且其厚度优选小于或等于10μm。此外，当薄层在待检测的电磁辐射的光谱范围的中心波长处的透射率高于或等于50％，优选高于或等于75％，或者甚至高于或等于90％的情况下，该薄层被称为是透明的。
通常，具有吸气剂效应的材料是旨在暴露于密封腔的大气中并且能够通过吸收和/或吸附来泵送气体的材料。它是可以从钛、锆、钒、铬、钴、铁、锰、钯、钡和/或铝中选择的金属，或者甚至是这些金属的合金，例如TiZrV。
制造方法还包括通过至少一个称为矿物牺牲层的牺牲层形成一个或更多个热检测器的步骤，所述至少一个矿物牺牲层由矿物或无机材料制成。硅基电介质材料也能够用于形成读出电路的金属间介电层，即例如具有低于或等于3.9的介电常数或相对介电常数的电绝缘材料，从而限制了互连之间的寄生电容。这种矿物材料没有碳链，并且可以是氧化硅SiOx或氮化硅SixNy，或有机硅材料(例如SiOC、SiOCH)，或氟化物玻璃类型的材料(例如SiOF)。矿物牺牲层可以通过湿法化学蚀刻去除，湿法化学蚀刻例如在酸性介质中的化学蚀刻，酸性介质例如为气相氢氟酸(HF蒸汽)。湿法蚀刻通常是指蚀刻剂处于液相或气相，这里优选是气相。
此外，只要在产生薄封装层之后去除一个或更多个矿物牺牲层，吸气剂段就受由无定形碳制成的保护段保护。无定形碳可以可选地是DLC类型(英文为Diamond likeCarbon)，即表现出碳的高sp3杂化比例的无定形碳。因此，保护段相对于为去除矿物牺牲层而进行的湿法化学蚀刻是基本上惰性的。基本上惰性是指无定形碳基本上不与在去除矿物牺牲层的步骤中使用的蚀刻剂反应，或者甚至很少反应，因此在该去除步骤结束时，保护段仍然保护吸气剂材料。薄保护层适于通过化学蚀刻(例如干法化学蚀刻)来去除，该化学蚀刻的蚀刻剂例如是包含在等离子体中的氧气。
图1A至图1I示出了用于制造根据一个实施例的检测装置1的方法的各个步骤。为了清楚起见，图中仅示出了检测装置1的一部分。在该示例中，薄封装层在热检测器上方和周围连续延伸。然而，薄封装层的其他配置也是可能的。
举例来说，热检测器20在这里适合于检测其波长为大约8μm至14μm的LWIR(英文为Long Wavelength Infrared)范围中的红外辐射。每个检测装置1包括一个或更多个热检测器20，并且在这里为相同的热检测器的矩阵，它们连接到位于衬底10(因此称为读出衬底)中的读出电路，并且位于同一密封腔2中。因此，热检测器20形成周期性排列的敏感像素，并且其在读出衬底10的平面中可以具有约几十微米量级的横向尺寸，例如等于大约10μm或更小。作为变体，检测装置1可以包括多个密封腔2，所述多个密封腔中的每个包含单个热检测器20。
这里，定义了三维直接坐标系XYZ，其中XY平面基本上平行于读出衬底10的平面，Z轴在基本上垂直于读出衬底10的平面的方向上朝向热检测器20定向。术语“垂直”和“垂直地”应理解为与基本平行于Z轴的方向相关，术语“水平”和“水平地”应理解为与基本平行于平面(X，Y)的方向相关。此外，术语“下”和“上”将被理解为在+Z方向上与读出衬底10的距离增加的位置有关。
参照图1A，在读出衬底10上产生至少一个热检测器20，这里是多个热检测器20，这些热检测器20被至少一个矿物牺牲层62覆盖。在这个示例中，还产生了多个补偿检测器3。
读出衬底10是硅基的，并且由包含适于控制和读取热检测器20的读出电路(未示出)的载体衬底11形成。这里的读出电路采用CMOS集成电路的形式。它尤其包括被由介电材料制成的金属间绝缘层彼此分开的导线段，所述介电材料例如是硅基矿物材料，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)等。导电段12与载体衬底11的表面齐平，并确保热检测器20的锚定柱21与读出电路的电连接。此外，一个或更多个连接段(未示出)与载体衬底的表面齐平，并且允许读出电路连接到外部电子装置。
读出衬底10可以包括面向每个热检测器20定位的反射器13。反射器13可以由最后互连级的导线段形成，该导线由适于反射待检测的电磁辐射的材料制成。它面向热检测器20的吸收膜23，并且旨在与该吸收膜形成用于待检测的电磁辐射的四分之一波长干涉腔。
最后，这里的读出衬底10包括保护层14，以便显著地覆盖上金属间绝缘层。该保护层14在这里对应于由对化学蚀刻剂基本上呈惰性的材料制成的蚀刻停止层，化学蚀刻剂随后用于例如在气相HF介质中去除各种矿物牺牲层61、62。该保护层14因此形成电绝缘的化学惰性密封层，以防止锚定柱21之间的任何短路。因此，可以防止下面的金属间绝缘层在去除矿物牺牲层的步骤期间被蚀刻。它可以由氧化铝或氮化铝形成，或者甚至由三氟化铝形成，或者甚至由无意掺杂的非晶硅形成。
然后在读出衬底10上产生热检测器20。这些产生步骤与文献EP3239670A1中描述的那些明显相同或相似。热检测器20在这里是微测辐射热计，微测辐射热计中的每个包括吸收膜23，即能够吸收待检测的电磁辐射的膜，其通过锚定柱21悬挂在读出衬底10上方，并且通过保持和热绝缘臂(未示出)与衬底热绝缘。吸收膜23通常使用表面微加工技术获得，该表面微加工技术包括穿过第一矿物牺牲层61产生锚定柱21，以及在矿物牺牲层61的上表面上产生热绝缘臂和吸收膜23。每个吸收膜23还包括通过设置在热绝缘臂和锚定柱21中的电连接连接到读出电路的测温传感器，例如热敏电阻材料。在该示例中，检测装置1包括光学活性热检测器20，即旨在检测感兴趣的电磁辐射的检测器。它还包括一个或更多个被称为补偿检测器3的检测器，即不旨在接收感兴趣的电磁辐射的检测器。补偿检测器3旨在测量共模电信号，该电信号将从由光学活性热检测器20测量的电信号中减去。
接下来，沉积优选具有与第一矿物牺牲层61相同性质的第二矿物牺牲层62。第二矿物牺牲层62覆盖矿物牺牲层61、热检测器20和补偿检测器3。它具有沿着Z轴与读出衬底10相对的基本平坦的上表面。通常，各种矿物牺牲层61、62可以是使用正硅酸四乙酯(TEOS)化合物获得并通过PECVD沉积的氧化硅。
参照图1B，然后沉积被称为吸气剂堆叠的堆叠40，该堆叠用于制造被称为吸气剂垫的一个或更多个垫50，下面将对其进行详细描述。该堆叠40被称为吸气剂堆叠，只要它包括至少一个薄吸气剂层42和由无定形碳制成的至少一个薄保护层41。它被制造成覆盖矿物牺牲层62的上表面，并且在这里面向光学活性热检测器20和补偿检测器3。吸气剂堆叠40由沿着Z轴的彼此平行的多个薄平面层41、42的堆叠形成，这些层至少包括位于矿物牺牲层62上并与所述矿物牺牲层接触的下保护层41.1，以及位于下保护层41.1上并与所述下保护层接触的吸气剂层42.1。吸气剂堆叠40的薄层41、42被认为是平面的，只要它们在XY平面中以平面的方式在其整个面积范围上延伸。
在这个示例中，吸气剂堆叠40包括多个吸气剂层42.1、42.2，这里是两层，每个吸气剂层42位于两个保护层41之间并与所述两个保护层接触。吸气剂层42的数量根据密封腔2中吸气剂材料的所需有效表面积来选择。当通风口33穿过薄封装层31存在并通向吸气剂垫50时，保护层41.3覆盖上吸气层42.2的事实是有用的(参见图1E)。然后保护下面的吸气剂段52.2免受在去除矿物牺牲层61、62的步骤期间使用的湿蚀刻剂的影响。保护层41由无定形碳制成，并且可以具有50nm至500nm的厚度。吸气剂层42可以例如由钛制成，并且可以具有大约100nm至1μm、通常为300nm的厚度。
参照图1C，通过光刻和吸气堆叠40的局部蚀刻产生多个称为吸气剂垫的垫50。进行蚀刻，以便局部蚀刻吸气剂堆叠40直到其厚度，从而通向矿物牺牲层62。当产生多个吸气剂垫50时，它们在XY平面上分离并彼此远离。因此，一个或更多个吸气剂垫50部分覆盖矿物牺牲层62。此外，它们由所述薄平面层41、42的段51、52的堆叠形成，因此每个都包括由位于矿物牺牲层62上并与所述矿物牺牲层接触的无定形碳制成的下保护段51.1，以及位于下保护段51.1上并与所述下保护段接触的吸气剂段52.1。
吸气剂垫50在XY平面中远离光学活性热检测器20设置，以便不干扰待检测的电磁辐射的传输。因此，它们在XY平面上位于距这些热检测器20的吸收膜23的非零距离处，并且有利地位于距热绝缘臂和热绝缘臂的锚定柱21的非零距离处。在这个示例中，它们面向补偿检测器3、即沿Z轴垂直地放置，以便屏蔽入射的电磁辐射。
在该图中，尽管可以存在多个补偿检测器3和多个吸气剂垫50，但是已经示出了单个补偿检测器3和单个吸气剂垫50。一个或更多个吸气剂垫50在XY平面上可以具有约几微米到几十微米的尺寸，优选小于或等于50μm，以确保良好的机械保持。一个或更多个吸气剂垫50在XY平面上可以具有可变的数量和排列。因此，举例来说，相同的吸气剂垫50可以面向多个补偿检测器3延伸。在这种情况下，在该吸气剂垫50中可以局部制造孔(这里未示出)，以便允许制造用于支承薄封装层31的支撑柱。它可以包括多个孔(如下所述)，以便在适当的情况下允许接近中间保护段51。作为变体，可以产生多个吸气剂垫50，所述多个吸气剂垫被布置成使得每个补偿检测器3有一个吸气剂垫50。其他布置当然也是可能的。
有利地，然后制造一个或更多个凹槽63以便允许形成支撑柱31.3。当密封腔2包括大量热检测器20时，这些凹槽特别有用。这些凹槽63从矿物牺牲层62的上表面沿着Z轴延伸，以便通向热检测器20和/或补偿检测器3的锚定柱21的至少一部分。然后，由电绝缘材料制成的薄绝缘层64沉积在凹槽63内的锚定柱21的被释放的表面上。该薄绝缘层64使得可以通过薄封装层31及其支撑柱31.3避免检测器3、20之间的电短路。薄绝缘层64优选面向热检测器20局部蚀刻，以便不降低待检测的电磁辐射的透射。它的厚度可以为大约10nm至100nm。它由对用于去除矿物牺牲层61、62的湿法化学蚀刻呈惰性的材料制成，该材料可选自AlN、Al2O3和HfO2。
参照图1D，然后，对于每个热检测器20的矩阵，封装结构30的薄封装层31以与文献EP3239670A1中描述的方式相似的方式产生。首先，使用传统的光刻技术，矿物牺牲层61、62被局部蚀刻以形成通向读出衬底10的沟槽。沟槽(或连续沟槽)一起形成在XY平面中包围热检测器20和补偿检测器3的连续且封闭的周界。
接下来，例如通过化学气相沉积(CVD)对薄封装层31进行保形沉积，该薄封装层在这里由厚度约为800nm的非晶硅制成(但是也可以使用其他材料，例如Ge或SiGe)，该薄封装层在矿物牺牲层62上方延伸并进入沟槽中，在这里是凹槽63。因此，薄封装层31包括上部31.1(也称为上壁)，该上部在热检测器20上方沿Z轴延伸一段距离，并覆盖矿物牺牲层62和吸气剂垫50。它还包括周围部分31.2(也称为周壁)，该周围部分在XY平面中连续包围热检测器20，并且与矿物牺牲层61、62的侧壁接触。这里它还包括沿着Z轴从上壁31.1延伸到锚定柱21的支撑柱31.3。上壁31.1、周壁31.2和支撑柱31.3一体形成。因此，薄封装层31的上壁31.1在矿物牺牲层62的上表面上、一个或更多个吸气剂垫50的侧壁上和上表面上延伸。侧壁是层或层段的表面，该表面沿着基本上垂直于衬底的轴线延伸，并在XY平面中限定层或层段的边界。
参照图1E，第一通风口32穿过薄封装层31产生，以便通向矿物牺牲层62，并且旨在允许各种矿物牺牲层61、62从腔2中去除。它们远离吸气剂垫50放置。在该示例中，通风口32与热检测器20的吸收膜23垂直地定位，但是它们可以设置在其他地方。优选地，同时，穿过薄封装层31和这里的薄绝缘层产生第二通风口33，并且这里通向吸气剂垫50的上保护段51.3。
参照图1F，执行适于去除矿物牺牲层61、62的第一化学蚀刻，这里是通过气相氢氟酸蚀刻的湿法化学蚀刻。化学反应的产物通过第一通风口32排出。因为该湿法化学蚀刻是各向同性的，所以实现吸收膜23的悬挂，并且释放锚定柱21、热绝缘臂和支撑柱31.3。第一化学蚀刻是选择性的，以使得吸气剂垫50的下保护段51.1没有被去除，吸气剂段52因此被完全保护免受HF蒸汽蚀刻。因此，保护段51.1的下表面被释放，即其最初与矿物牺牲层62接触的表面现在被释放。因此，薄封装层31的上壁31.1通过周壁31.2并且这里通过支撑柱31.3位于读出衬底10上，所述支撑柱抵靠在锚定柱21上。
参照图1G，第二通风口33的深度被延伸以形成至少一个孔53，该孔在第二通风口33上自对准，并且在读出衬底10的方向上延伸穿过吸气剂垫50，以便允许第二化学蚀刻的蚀刻剂到达所有的保护段51，这里特别是中间保护段51.2。在这个示例中，孔53是通孔，只要它穿过各个保护段51和各个吸气剂段52。然而，它可以不是通孔，并且仅部分延伸穿过下保护段51.1(参见图4A)。该步骤可以使用传统的干蚀刻剂来执行，该干蚀刻剂相对于薄封装层31的材料(这里是非晶Si)提供良好的选择性，该干蚀刻剂例如含氯蚀刻剂(Cl2、BCl3等)。
参照图1H，执行第二化学蚀刻，该第二化学蚀刻适合于去除由无定形碳制成的保护段51，并因此用于释放吸剂气部分52的表面。这里的化学蚀刻是干法化学蚀刻，其蚀刻剂是例如等离子体中存在的氧气。由于这种干法化学蚀刻是各向同性的，因此保留了自由结构的完整性，同时便于蚀刻剂通过第一通风口32和第二通风口33进入腔2。因此，吸气剂段52被释放，即它们具有被释放的(未涂覆的)表面，并因此暴露于腔2的大气中。它们通过薄封装层31保持悬挂在外侧处的读出衬底10上方。这里，吸气剂段52中的每个都具有被释放的下表面和上表面，因此增加了腔2内吸气剂材料的总有效表面积。
参照图1I，在薄封装层31上以足够的厚度沉积密封层34，以确保各个通风口32、33被密封，即被阻挡。密封层34对于待检测的电磁辐射是透明的，并且可以由厚度约为1.7μm的锗制成。还可以沉积抗反射层(未示出)，其允许优化电磁辐射通过封装结构的透射。该抗反射层可以由厚度约为1.2μm的硫化锌制成。得到真空或低压下的密封腔2，密封腔中容纳有热检测器20和吸气剂段52，所述吸气剂段悬挂在读出衬底10上方并由薄封装层31保持。
因此，根据本发明的制造方法允许改善在去除矿物牺牲层61、62的步骤期间实施的对吸气剂段52相对于湿法蚀刻的保护。具体地，在前述文献EP3239670A1的矿物牺牲层61是沉积在保护层上的氧化硅的配置中，发明人已经观察到当保护层由无定形碳制成并且氧化硅特别是使用正硅酸四乙酯(TEOS)化合物获得时的该保护层的潜在退化，这种退化可能导致吸气剂段52的退化。相比之下，这里，由无定形碳制成的保护段51在产生矿物牺牲层61、62之后沉积，使得该保护段免于与产生这些矿物牺牲层61、62的步骤相关的任何退化。
此外，还改进了对吸气剂段52相对于湿法蚀刻的保护，只要避免保护段51覆盖吸气剂段52的潜在缺陷。具体地，在文献EP3239670A1的保护层沉积在吸气剂段52上的配置中，发明人已经观察到当保护层由无定形碳制成时，在吸气剂段52的侧面的覆盖中可能存在缺陷。相反，在这里，保护段51是平面的，并且仅覆盖吸气剂段52的下表面和/或上表面，而不覆盖其侧面，因此降低或者甚至避免了覆盖缺陷的风险。
此外，文献EP2141117A1描述了热检测器封装在密封腔中的配置。吸气剂段在牺牲层上产生，并由中间保护层保护。与使用由无定形碳和矿物牺牲材料制成的保护材料相关的问题没有提到。此外，该文献描述了覆盖牺牲层的上表面以及牺牲层的侧面的保护层，并且该保护层延伸到牺牲层边界上的衬底上。这种配置导致获得具有较大占用空间的封装结构，而根据所述的制造方法允许保留文献EP3239670A1中描述的小占用空间。在任何情况下，文献EP3239670A1中的吸气剂段被构造成使得仅部分覆盖保护层。相反，在根据本发明的方法中，保护层41和吸气剂层42被构造在一起以形成吸气剂垫50。因此，吸气剂段52完全覆盖保护段51的上表面。
此外，在文献EP2141117A1中描述的保护层在其整个面积范围上不是连续平坦的，因此如果它由无定形碳制成，则可能出现覆盖缺陷，从而导致吸气剂段的可能退化，特别是当它位于保护层的垂直部分附近时。这种情况在根据本发明的制造方法中被避免。
图2A至图2D示出了用于制造根据一个不同实施例的检测装置1的方法的各个步骤。该变体与上述方法的不同之处主要在于执行一个或更多个吸气剂垫50的保护段51的横向过蚀刻。这里仅详细描述某些步骤，其他步骤与上述步骤相同或相似。
参照图2A，在矿物牺牲层62上产生一个或更多个吸气剂垫50，这些吸气剂垫在XY平面上远离光学活性热检测器20定位，并且在这里面向补偿检测器3设置。掩模65仅覆盖吸气剂垫50的上表面，而不覆盖吸气剂垫的侧面。保护段51和吸气剂段52在XY平面上的尺寸基本相同，使得吸气剂垫50具有基本垂直的侧面(在制造公差范围内)。
参照图2B，各向同性干法蚀刻例如在氧等离子体中执行，以便造成保护段51的侧面的轻微横向过蚀刻，而不是吸气剂段52的侧面的轻微横向过蚀刻。因此，保护段51在XY平面上的尺寸小于吸气剂段52的尺寸。将利用吸气剂垫50的侧面的这种二维拓扑(沿着Z轴)来改进在干法化学蚀刻步骤之后吸气剂段52被悬挂时的吸气剂段的机械保持。
参照图2C，产生薄封装层31。在这个示例中，为了清楚起见，薄绝缘层在吸气剂垫50的侧面上没有示出。它可以存在并且不在吸气剂垫50上方延伸。因此，薄封装层31的上壁31.1延伸以覆盖吸气剂垫50的二维拓扑的侧面，使得机械保持的面积大于图1A至图1I的示例。
参照图2D，在已经制造了各种通风口32、33和孔53，并且已经通过湿法蚀刻去除了矿物牺牲层61、62，并且已经通过干法蚀刻去除了保护段51之后，沉积薄密封层34。由此获得的封装结构30在这里与参照图1I描述的封装结构基本不同在于薄封装层31在这里覆盖吸气剂段52的下表面和上表面的外部边界，因为吸气剂垫50的侧面的初始二维拓扑。因此，改进了如此悬挂的吸气剂段52的机械保持。
图3是热检测器20、补偿检测器3和吸气剂段52的布置示例的示意性俯视局部图。
热检测器20中的每个包括吸收膜23，该吸收膜通过锚定柱21以及保持和热绝缘臂22悬挂在读出衬底10上方。支撑柱31.3在这里被布置成位于锚定柱21的一部分上。这里，一个锚定柱21沿着X轴和Y轴分成两部分，容纳支撑柱31.3。第一通风口32在这里面向其他锚定柱31.3设置。第一通风口32的其他布置当然是可能的。
补偿检测器3中的每个包括膜3.3，膜3.3与吸收膜23基本上相同，但是不旨在接收待检测的电磁辐射。这些膜3.3通过锚定柱3.1悬挂在读出衬底10上方。在这种配置中，膜3.3没有通过保持臂与读出衬底10热绝缘。支撑柱31.3在这里被布置成位于锚定柱3.1上。吸气剂段52在这里面向膜3.3，并且具有被选择以屏蔽膜免受电磁辐射的尺寸。通风口33在这里位于吸气剂段52的中心处。
因此，一个或更多个吸气剂段52的有效表面积可以大，同时限制封装结构的占用空间和大小。将多个吸气剂段52叠置在彼此的顶部允许在不必增加密封腔2的大小的情况下使吸气剂材料的有效表面积增加。
图4A至图4C示出了用于制造根据另一变体实施例的检测装置1的方法的各个步骤。该变体与上面参照图1A至图1I描述的方法的不同之处主要在于，第二薄密封层54用于阻挡第二通风口33。这里仅详细描述某些步骤，其他步骤与上述步骤相同或相似。
参照图4A，产生了整体上类似于参照图1E描述的结构的结构。然而，不是继续去除矿物牺牲层61、62，而是从第二通风口33产生延伸穿过吸气剂垫50的自对准孔53。在该示例中，孔53不是通孔，而是通向下保护段51.1。
参照图4B，薄密封层54沉积在薄封装层31上，以便阻挡第二通风口33。该密封层54优选被局部蚀刻，以便仅保留覆盖吸气剂垫50的一部分，并且特别是当它由对于待检测的电磁辐射不透明的材料制成时，面向热检测器20定位的部分被去除。因此，通风口32不会被薄密封层54阻挡。
参照图4C，在矿物牺牲层61、62已经通过湿法蚀刻被去除并且保护段51已经通过干法蚀刻被去除之后，沉积薄密封层34以便阻挡通风口32。如此获得的封装结构30在这里与参照图1I描述的封装结构基本上不同，因为它包括覆盖初始吸气剂垫50的第二薄密封层54，所述第二薄密封层不同于薄密封层34，并且优选地不面向热检测器20。
图5A至图5C示出了用于制造根据另一变体实施例的检测装置1的方法的各个步骤。该变体与上面参照图1A至图1I描述的方法的不同之处主要在于，检测装置1不包括补偿检测器3(尽管它可以包括一些)，并且在于吸气剂垫50包括由无定形碳制成的单个保护段51和单个吸气剂段52。这里仅详细描述某些步骤，其他步骤与上述步骤相同或相似。
参照图5A，吸气剂垫50由吸气剂堆叠40产生，使得它在XY平面上远离光学活性热检测器20定位，并且仅位于矿物牺牲层62的上表面上。它由无定形碳制成的保护段51形成，该保护段51位于矿物牺牲层62的平坦上表面上并与其接触。吸气剂段52仅覆盖保护段51的上表面，因此不与其侧面接触或与矿物牺牲层62接触。
参照图5B，产生薄封装层31以使得上壁31.1覆盖矿物牺牲层62和吸气剂垫50的上表面，并且周壁31.2延伸到沟槽中并与矿物牺牲层61、62接触。通风口32穿过薄封装层31产生，使得其通向矿物牺牲层62。它远离吸气剂垫50。
参照图5C，矿物牺牲层61、62通过湿法蚀刻去除，这里是在HF蒸汽中。保护段51具有被释放的下表面，但是吸气剂段52在该步骤中保持受保护。接下来，由无定形碳制成的保护段51通过干法蚀刻(这里是在氧等离子体中)被去除，以便释放吸气剂段52的下表面。然后沉积薄密封层34和抗反射层。
图6A至图6C示出了用于制造根据另一实施例变体的检测装置1的方法的各个步骤。该变体与上述变体的不同之处主要在于封装结构包括由矿物材料制成的周壁。该变体实施例在2020年5月16日提交的法国专利申请FR2003858中被特别描述，该申请通过引用结合于此。
更准确地说，如图6C所示，连续包围热检测器20和这里的补偿检测器3并因此横向地界定腔2的周壁35不再与封装层31的上壁31.1一体形成并由同一材料制成。换句话说，它不是封装层31的一部分。它由不同的材料制成，这里是矿物材料，只要它由矿物牺牲层61和62的未蚀刻段组成。
图6A示出了类似于参照图4A描述的步骤。不同之处在于，封装层31不包括延伸穿过牺牲层61和62以便与衬底10接触的周壁。相反，它仅包括上壁31.1和支撑柱31.3。产生仅位于中心区域Zd中的通风口32和形成孔53的通风口33。孔53不是通孔，而是通向下保护段51.1。
具体地，衬底10的表面被分成多个区域：
-被称为检测区域的中心区域Zd，(灵敏的)热检测器20的矩阵(即检测像素)位于其中。检测区域Zd中的读出衬底10的表面旨在完全释放矿物牺牲层61、62，以便不被周壁35覆盖；
-被称为加强区域的中间区域Zr，其在XY平面中连续包围检测区域Zd，并且在其中，可以发现虚拟检测器3。其旨在被周壁35覆盖；
-周围区域Zp，其在XY平面中连续包围增强区域Zr，并且其中薄封装层31的上壁31.1旨在延伸到周壁35上方并与其接触。
参照图6B，执行适于通过通风口32部分地去除矿物牺牲层61、62的化学蚀刻。化学蚀刻是在酸性介质(例如气相氢氟酸)中的湿法蚀刻。化学反应的产物通过通风口32排出。
因为通风口32仅面向检测区域Zd放置，所以蚀刻剂完全去除位于检测区域Zd中的矿物牺牲层61、62，但是执行化学蚀刻使得蚀刻剂不蚀刻在检测区域Zd周围延伸的矿物牺牲层61、62的周围段。薄封装层31的上段31.1位于其上的矿物牺牲层61、62的未蚀刻段限定周围区域Zp。它形成周壁35。
周壁35包括横向凹槽，使得腔2垂直变宽，即它具有在+Z方向上张开的形状。腔2在XY平面中的尺寸在靠近上段31.1处比靠近读出衬底10的被释放的表面处更大。当牺牲层由矿物材料制成并且蚀刻是在受限介质中的酸性介质中的化学蚀刻时，获得矿物牺牲层61、62的该蚀刻轮廓。
接下来，如上所述，位于吸气剂段52侧面的保护段51通过干法蚀刻去除。
参照图6C，然后沉积将阻挡通风口32和33的密封层34。因此，加固柱31.3可以存在于中间区域Zr中，并且位于衬底10上。在这个示例中，它们间接地、这里是通过虚拟检测器3的柱21位于衬底10上。作为变体，它们可以通过垂直穿过周壁35与衬底10接触而直接位于衬底10上。在任何情况下，加固柱31.3在中间区域Zr中的存在允许封装结构30的机械强度得到改善，只要它们可以与周壁35接触并且至少部分地穿过周壁35，这确保了封装结构30和衬底10之间机械应力的较好传递。
在该变体实施例中，提高了衬底10上的封装结构30的机械强度，只要通过横向尺寸大于周壁31.2的周壁35确保与衬底10的接触。因此，封装结构30与衬底10结合的风险受到限制。
图7A至图7C示出了用于制造根据另一个变体实施例的检测装置1的方法的各个步骤。该变体与参照图6A至图6C描述的变体的不同之处主要在于，孔53是通孔，从而允许层61和层62的矿物牺牲材料除了通过通风口32之外还通过通风口33被去除。
因此，图7A示出了如下步骤，其中，通风口32面向敏感检测器20产生，并且通风口33在吸气剂垫50上方产生。孔53被制成通孔，并通向牺牲层62。它可以部分延伸到该层62中。在这个示例中，检测装置不包括吸气剂垫50下面的任何虚拟检测器3，但是作为一种变体，它可以包括一些(如图6A所示)。
图7B示出了如下步骤，其中，牺牲层61和62通过在酸性介质中的湿法蚀刻被部分地去除，从而形成周壁35。矿物牺牲材料在这里通过通风口32和通风口33被去除。
图7C示出了密封层34沉积在上壁31.1上以阻挡通风口32和33的步骤。
在该变体中，周壁35被设置成横向远离敏感检测器20和吸气剂垫50，只要通风口33参与去除层61和62的矿物牺牲材料。
刚刚描述了特定的实施例。对于本领域技术人员来说，各种修改和变体将是显而易见的。上述各种变体可以组合在一起，特别是关于补偿检测器的存在或不存在、每个吸气剂垫50中的保护段51和吸气剂段52的数量、吸气剂垫50的数量和布置等。

Claims (15)

1.一种制造用于检测电磁辐射的装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
o产生用于检测电磁辐射的至少一个热检测器(20)，所述至少一个热检测器位于衬底(10)上并被由矿物材料制成的至少一个矿物牺牲层(62)覆盖，所述至少一个矿物牺牲层能够由第一化学蚀刻去除；
o产生被称为吸气剂垫(50)的至少一个垫，所述吸气剂垫：
·在矿物牺牲层(62)上部分地延伸，并且在平行于所述衬底(10)的平面中远离热检测器(20)设置，
·由彼此平行的薄平面层的段(51，52)的堆叠形成，包括由无定形碳制成的保护段(51.1)以及由吸气剂材料制成的至少一个吸气剂段(52.1)，所述保护段能够通过第二化学蚀刻被去除并且与所述矿物牺牲层(62)接触，所述至少一个吸气剂段与保护段(51.1)接触；
o产生在热检测器上方延伸的薄封装层(31)，所述薄封装层包括位于矿物牺牲层(62)上并覆盖吸气剂垫(50)的上表面和侧壁的上部(31.1)；
o产生穿过所述薄封装层(31)的至少一个第一通风口(32)，所述至少一个第一通风口在平行于衬底(10)的平面中远离吸气剂垫(50)定位，并且通向所述矿物牺牲层(62)；
o通过第一化学蚀刻去除矿物牺牲层(62)，从而释放保护段(51)的表面；
o通过第二化学蚀刻去除保护段(51)，从而释放吸气剂段(52)的表面；
o在所述薄封装层(31)上沉积薄密封层(34)，以便至少阻挡第一通风口(32)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，包括产生不用于接收待检测的电磁辐射的至少一个补偿检测器(3)的步骤，所述吸气剂垫(50)面向补偿检测器(3)设置。
3.根据权利要求2所述的制造方法，产生多个热检测器(20)和补偿检测器(3)，至少一个吸气剂垫(50)面向补偿检测器(3)设置。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的制造方法，所述热检测器(20)和所述补偿检测器(3)中的每个包括通过锚定柱(21，3.1)悬挂在所述衬底上方的膜(23，3.3)，所述薄封装层(31)包括至少一个支撑柱(31.3)，所述至少一个支撑柱与所述上部(31.1)一体形成，并且从所述上部(31.1)延伸以位于锚定柱(21，31.1)上。
5.根据权利要求4所述的制造方法，包括产生由电绝缘材料制成的层(64)的步骤，所述层设置在支撑柱(31.3)与锚定柱(21，3.1)之间并与所述支撑柱(31.3)与锚定柱(21，3.1)接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其中，在产生所述薄封装层(31)的步骤之后，所述薄封装层(31)在热检测器(20)上方和周围连续延伸，并且由一体形成的所述上部(31.1)和周围部分(31.2)形成，所述薄封装层(31)的周围部分(31.2)延伸到穿过所述矿物牺牲层(62)产生的沟槽中，并且与其侧壁接触，所述周围部分(31.2)位于衬底上。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法，其中：
o在产生所述热检测器(20)期间，所述热检测器位于第一矿物牺牲层(61)上，所述热检测器(20)和所述第一矿物牺牲层(61)被第二矿物牺牲层(62)覆盖，所述第一矿物牺牲层和第二矿物牺牲层(61，62)由能够通过第一化学蚀刻去除的矿物材料制成；
o所述第一通风口(32)面向所述热检测器(20)设置，或者在适当的情况下面向热检测器(20)的矩阵设置；
o在所述第一化学蚀刻期间，所述第一化学蚀刻是在酸性介质中的湿法蚀刻，所述第一矿物牺牲层和第二矿物牺牲层(61，62)通过第一通气口(32)被部分地去除，所述第一矿物牺牲层和第二矿物牺牲层(61，62)的未蚀刻段在平行于衬底(10)的平面中形成包围热检测器(20)的周壁(35)，并且所述上部(31.1)位于所述周壁上。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，在所述第一化学蚀刻之后，所述周壁(35)包括横向凹槽，所述横向凹槽使得腔(2)在读出衬底(10)和上部(31.1)之间平行于所述读出衬底(10)垂直变宽，所述横向凹槽限定所述读出衬底(10)的表面的包围热检测器的中间区域(Zr)。
9.根据权利要求8所述的制造方法，包括产生用于加固薄封装层(31)的加固柱(31.3)的步骤，所述加固柱彼此分离地被设置在热检测器(20)周围的中间区域(Zr)中，并且从所述上部(31.1)延伸以位于读出衬底(10)上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造方法，其中，所述吸气剂垫(50)包括沿垂直于所述衬底(10)的轴线叠置的多个吸气剂段(52)，所述多个吸气剂段中的每个被设置在两个保护段(51)之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的制造方法，其中，所述吸气剂段(52)完全覆盖保护段(51)的与衬底(10)相对的面。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，在产生所述第一通风口(32)的步骤期间，穿过薄封装层(31)产生至少一个第二通风口(33)，以便通向覆盖所述吸气剂段(52)的上保护段(51.3)，然后，在去除矿物牺牲层(62)的步骤之后，从第二通风口(33)产生孔(53)，以便通向下保护段(51.1)，所述吸气剂段(52)位于所述下保护段上。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，沉积第二薄密封层(54)以阻挡所述第二通风口(33)，所述第二薄密封层(54)不同于阻挡所述第一通风口(32)的薄密封层(34)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的制造方法，其中，所述吸气剂垫(50)包括多个吸气剂段(52)和多个保护段(51)，所述多个吸气剂段和所述多个保护段沿垂直于所述衬底(10)的轴线叠置，并且其中，所述保护段(51)的横向过蚀刻相对于吸气剂段(52)选择性地执行。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的制造方法，其中，所述矿物牺牲层(62)由从原硅酸四乙酯获得的氧化硅制成。
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