CN115667864A - 用于制造包括由矿物材料制成的外围壁的检测装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造检测装置(1)的方法，包括以下步骤：使用矿物牺牲层(61、62)制造热检测器(20)和封装结构(30)；使用酸性介质中的湿化学酸蚀部分地去除矿物牺牲层(61、62)，以释放热检测器(20)并获得外围壁(32)，以及释放封装薄层(31)的上部(31.1)；外围壁(32)随后具有横向凹陷，所述横向凹陷引起读出衬底(10)和上部(31.1)之间的空腔(2)的垂直扩大，该横向凹陷限定了中间区域(Zr)；制造加强柱(31.2)，其设置在热检测器(20)的矩阵阵列周围的中间区域(Zr)中。
Description
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，包括封装在密封腔中的至少一个热检测器。本发明特别适用于红外成像和热成像领域。
背景技术
一种用于检测电磁辐射(例如红外或太赫兹辐射)的装置可以包括热检测器的矩阵阵列，每个热检测器包括能够吸收待检测电磁辐射的吸收部分。
为了确保热检测器的隔热性，吸收部分通常以膜的形式通过锚定柱悬浮在衬底上方，并通过保持臂和隔热臂与衬底隔热。这些锚定柱和保持臂还具有电气功能，将悬浮膜电连接到通常设置在衬底中的读出电路。
所述读出电路通常采用CMOS电路的形式。这允许将控制信号施加到热检测器，并读取检测信号，该检测信号为响应待检测电磁辐射的吸收而产生。读出电路包括由金属线形成的各种电互连层，所述金属线通过所谓的金属间化合物电介质层彼此分离。读出电路的至少一个电气连接焊盘设置在衬底上，使得其能够从检测装置外部接触。
为了确保热检测器的最佳运行，可能需要低压力水平。为此，热检测器的矩阵阵列通常在真空或减压下被限制或封装在密封腔中，该腔与读出衬底由封装结构限定。
文献EP3067674A2描述了用于制造图1A所示的检测装置1的方法的一个示例，其中的热检测器20设置在空腔2中。该方法使用矿物牺牲层61、62(它们被去除之前如图所示)来制造热检测器20和限定空腔2的封装结构30，然后通过湿法化学蚀刻去除。封装结构30由一个相同的薄层A31(称为封装薄层)形成，该薄层在热检测器上方和周围连续延伸，从而垂直和横向限定空腔2。封装薄层A31通过在矿物牺牲层62的上表面上以及在延伸穿过矿物牺牲层61、62直到读出衬底10的外围沟槽中的保形沉积而形成。因此，封装薄层A31由最初位于矿物牺牲层62上的上部A31.1，以及位于读出衬底10上并横向包围热检测器20的外围部分A31.2形成。这种配置可以特别地减少封装结构30的读出衬底10上的体积。
文献WO2014/100648A1描述了制造图1B所示检测装置1的方法的另一个示例，其中热检测器20设置在空腔2中。封装结构30由在热检测器20上方延伸的封装薄层A31形成，以及由连续地围绕热检测器20并且封装薄层A31放置在其上的外围壁A32形成。外围壁A32由牺牲层61、62的未蚀刻部分形成。外围壁A32具有沿轴线Z垂直延伸的侧面A32a。换句话说，侧面A32a具有与封装薄层A31接触的上端Lsup，该封装薄层A32垂直于与读出衬底10接触的下端Linf。
然而，需要具有一种制造方法，其中封装结构的机械强度得到提高。
发明内容
本发明旨在提出一种用于制造检测装置的方法，该方法可提高封装结构的机械强度，特别是限制封装结构在空腔边缘分离的风险。
为此，本发明的一个主题是一种用于制造用于检测电磁辐射的装置的方法，包括以下步骤：
-通过第一矿物牺牲层在读出衬底上制造能够检测电磁辐射的热检测器的矩阵阵列，所述热检测器和第一矿物牺牲层被第二矿物牺牲层覆盖；
-制造封装结构,其限定所述热检测器的矩阵阵列所在的空腔,所述封装结构由外围壁和封装薄层通过以下形成：
·沉积覆盖第二矿物牺牲层的封装薄层；
·在封装薄层中制造面向热检测器的矩阵阵列的通口；
·通过酸性介质中的湿化学蚀刻，通过通口部分地去除矿物牺牲层，以释放热检测器的矩阵阵列，并获得由矿物牺牲层的未蚀刻部分形成的外围壁,并且释放在热检测器的矩阵阵列上方延伸的封装薄层的上部。
根据本发明，由于牺牲层是矿物的，并且部分地去除是通过在酸性介质中通过湿化学蚀刻进行的，在化学蚀刻步骤之后，外围壁具有横向凹陷，横向凹陷引起在与读出衬底的平面平行的平面中空腔的垂直扩大，该横向凹陷限定了围绕热检测器的矩阵阵列的读出衬底的表面的中间区域。
然后，制造方法包括为封装薄层制造加强柱的步骤，这些加强柱设置在热检测器的矩阵阵列周围的中间区域中，相互分离，从上部延伸直到位于读出衬底上。
该制造方法的一些优选但非限制性方面如下。
外围壁可以具有横向限定空腔的侧面，该侧面在与读出衬底接触的下端和与上部接触的上端之间垂直延伸，上端与下端在平行于读出衬底平面的平面内并且在与热检测器的矩阵阵列相反的方向上间隔开，间隔距离大于或等于10μm。
封装薄层的上部可以具有小于或等于800nm的厚度。
所述加强柱可以平行排列成多排，围绕热检测器的矩阵阵列延伸。
所述热检测器可包括通过锚定柱悬浮在读出衬底上方的吸收膜。加强柱可以间接地位于读出衬底上，与从读出衬底延伸的下部柱接触，下部柱具有与锚定柱相同的高度。
所述下部柱可以是锚定柱，用于所谓的无法检测电磁辐射的模拟检测器，对于每个模拟检测器的锚定柱都支持悬浮膜。
所述模拟检测器可以具有与矩阵阵列的热检测器相同的结构和尺寸。
所述封装薄层可包括支撑柱，这些支撑柱面向热检测器的矩阵阵列设置，彼此分离并且从上部延伸直到位于用于热检测器的锚定柱上，每个热检测器的锚固柱都支持悬浮膜。
由电绝缘材料制成的绝缘部分可设置在热检测器的支撑柱和锚定柱之间并与其接触。
所述加强柱可直接位于读出衬底上，与读出衬底接触。
所述封装薄层可包括支撑柱，支撑柱彼此分离，从上部延伸直到位于读出衬底上并与读出衬底接触，每个支撑柱设置在两个相邻的热检测器之间。
所述加强柱和支撑柱可以具有相同的结构和相同的尺寸。
所述封装薄层可包括外围部分，该外围部分在热检测器的矩阵阵列周围连续延伸，并在与读出衬底平行的平面内且在与热检测器的矩阵阵列相反的方向上设置在加强柱之外，并且从上部朝着读出衬底的方向延伸到空腔的部分高度。
所述湿化学蚀刻可以在气相氢氟酸中进行，并且矿物牺牲层可以由硅基材料制成。
本发明还涉及一种用于检测电磁辐射的装置，包括：
-读出衬底；
-位于读出衬底上的热检测器的矩阵阵列；
-封装结构，其限定热检测器的矩阵阵列所在的空腔，并且包括：
·由矿物材料制成并横向限定空腔的外围壁；
·封装薄层，其包括在热检测器的矩阵阵列上方延伸并位于外围壁上的上部；
·所述外围壁具有横向凹陷，横向凹陷引起在与所述读出衬底平行的平面内、在所述读出衬底和所述上部之间的空腔的垂直扩大，所述横向凹陷限定了围绕所述热检测器的矩阵阵列的读出衬底的表面的中间区域；
·所述封装薄层包括加强柱，所述加强柱设置在热检测器的矩阵阵列周围的中间区域中，彼此分离并从上部延伸直到位于所述读出衬底上。
附图说明
本发明的其他方面、目的、优点和特征将在阅读以下通过非限制性示例和参考附图给出的优选实施例的详细描述后变得更加明显，其中：
图1A和图1B是根据现有技术的示例的两个检测装置的横截面示意局部视图，示出了限定空腔的封装结构的各种配置；
图2A至图2F是根据第一实施例的用于制造检测装置的方法的各个步骤的横截面示意局部视图，其中所述封装薄层包括用于模拟检测器的位于锚定柱上的加强柱；
图3A是根据第一实施例的一种变体的检测装置的平面示意局部视图；
图3B是根据第一实施例的另一变体的检测装置的横截面示意局部视图，其中封装薄层包括外围部分；
图3C是根据第一实施例的另一变体的检测装置的横截面示意局部视图，其中用于封装薄层的加强柱位于下部柱上；
图4A是根据第二实施例的检测装置的横截面示意局部视图，其中用于封装薄层的加强柱是与读出衬底接触的空心柱；
图4B是根据第二实施例的一种变体的检测装置的横截面示意局部视图，其中用于封装薄层的加强柱是实心柱；
图4C是根据第二实施例的另一变体的检测装置的平面示意局部视图。
具体实施方式
在附图和说明书的其余部分中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。此外，各种元件未按比例示出，以使图形更清晰。此外，各种实施例和变体不是相互排斥的，并且可以相互结合。除非另有说明，术语“基本上”、“近似地”和“量级”的意思是在10％以内，并且最好在5％以内。此外，除非另有说明，否则术语“在……和……之间”及类似术语意味着包括边界。
本发明总体上涉及一种用于制造能够检测红外或太赫兹辐射的电磁辐射检测装置的方法。
该检测装置包括位于密封腔中的热检测器的矩阵阵列。热检测器的矩阵阵列形成优选的周期性阵列。每个热检测器都是光敏检测器，并且形成能够检测感兴趣的电磁辐射的检测像素。
所述制造方法包括通过矿物或无机材料制成的所谓矿物牺牲层来制造热检测器的矩阵阵列的步骤，这些牺牲层旨在形成上述外围壁。这是一种基于硅的介电材料，它还可以制造读出电路的金属间化合物介电层(即电绝缘材料，例如介电常数或相对介电常数)小于或等于3.9，从而限制互连之间的寄生电容。该矿物材料不含任何碳链，且可以是氧化硅SiOx或氮化硅SixNy，甚至可以是有机硅材料，例如SiOC、SiOCH或氟化物玻璃型材料，例如SiOF。其优选为氧化硅SiOx。
该制造方法还包括通过在酸性介质(例如用气相氢氟酸(HF气))中的湿化学蚀刻部分地去除矿物牺牲层的步骤。湿蚀刻通常被理解为指蚀刻剂处于液相或气相，在此优选处于气相。
所述密封腔由封装结构限定，该封装结构包括：
-对待检测的电磁辐射透明的多个薄层，尤其包括上部在热检测器的矩阵阵列上方延伸并垂直限定空腔的封装薄层，以及用于密封通口33的薄层；
-围绕热检测器的矩阵阵列连续延伸并横向限定空腔的外围壁。如下文进一步解释，外围壁由矿物牺牲层的未蚀刻部分形成。
薄层被理解为通过微电子材料沉积技术形成的层，其厚度优选小于或等于10μm。此外，对于待检测的电磁辐射光谱范围的中心波长，当薄层的透射系数大于或等于50％、优选75％或甚至90％时，称其为透明的。
如下文进一步所述，在湿化学蚀刻步骤之后，所述外围壁具有横向空腔，横向凹陷引起在与读出衬底的平面平行的平面内且在读出衬底和上部之间的空腔的垂直扩大。然后，空腔在与读出衬底相反的垂直方向+Z上具有扩口形状。换句话说，空腔在上部比在读出衬底处宽。因此，外围壁在上部比在读出衬底处更加远离热检测器的矩阵阵列。
所述外围壁中的横向凹陷在平行于读出衬底的平面XY中围绕热检测器的矩阵阵列延伸，从而限定了中间区域Zr，称为加强区域，用于加强读出衬底的表面。在该凹陷区域中，所述封装薄层包括加强柱，这些加强柱彼此分离并位于读出衬底上，并围绕热检测器的矩阵阵列设置。这些加强柱可以增加封装结构的机械强度，尤其是可以防止上部从外围壁脱离。这些加强柱可以具有各种配置：
-根据第一实施例，它们间接位于读出衬底上，例如位于模拟检测器的锚定柱上或下部柱上；
-根据第二实施例，它们直接位于读出衬底上，然后与读出衬底接触。
图2A至图2G示出了根据第一实施例的用于制造检测装置1的方法的各个步骤，其中，此处通过在加强区域Zr中制造的用于模拟检测器40的锚定柱41，封装薄层31的加强柱31.2间接位于读出衬底10上。为了清楚起见，图中仅示出了检测装置1的部分。
所述检测装置1包括位于由封装结构30限定的密封腔2中的所谓灵敏热检测器20的矩阵阵列，封装结构30包括封装薄层31，其上部31.1在热检测器20的矩阵阵列上方延伸，并位于由矿物牺牲层61、62的未蚀刻部分形成的外围壁32上。封装薄层31包括位于热检测器20的矩阵阵列周围的中间区域Zr(称为加强区域)中的加强柱31.2，其位于读出衬底10上，此处通过用于模拟检测器40的锚定柱41。
举例来说，所述灵敏热检测器20(即矩阵阵列的检测器)在此能够检测LWIR(长波红外)范围内的红外辐射，其波长大约为8μm至14μm。这里它们在结构上彼此相同，并且连接到位于衬底中的读出电路15(衬底然后被称为读出衬底10)。因此，灵敏热检测器20形成优选周期性设置的灵敏像素，并且在读出衬底10的平面中可以具有几十微米量级的横向尺寸，例如大约等于10μm或甚至更小。
此处和下文中限定了直接三维参考系XYZ，其中平面XY基本上平行于读出衬底10的平面，在热检测器20的方向上，轴Z在与读出衬底10平面基本正交的方向上取向。术语“垂直”和“垂直地”被理解为与基本上平行于轴线Z的方向相关，术语“水平”和“水平地”被理解为与基本上平行于平面(X，Y)的方向相关。此外，术语“下部”和“上部”被理解为与沿+Z方向远离读出衬底10的位置相关。
参考图2A，热检测器20的矩阵阵列通过第一矿物牺牲层61在读出衬底10上被制造，这些热检测器20由第二矿物牺牲层62覆盖。在该示例中，还制造了多个所谓的模拟检测器40。如下文所解释，矩阵阵列的热检测器20是灵敏(光学活性)检测器，旨在为响应感兴趣的电磁辐射的检测而提供电信号。另一方面，模拟检测器40不是灵敏检测器，因为它们不向读出电路提供表示待检测的电磁辐射的电信号。
读出衬底10由硅制成，由包含读出电路15的支撑衬底11形成，读出电路15能够控制和读取灵敏热检测器20。它可能无法控制和读取模拟检测器40。这里的读出电路15是CMOS集成电路的形式。除其他外，它包括由介电材料(例如硅基矿物材料，如氧化硅SiOx、氮化硅SiNx等)制成的金属间化合物绝缘层彼此分离的导线部分。导电部分与支撑衬底11的表面齐平并确保用于灵敏热检测器20的锚定柱21到读出电路的电连接。此外，一个或更多个连接部分12(未示出)与支撑衬底11的表面齐平，并且可以将读出电路15连接到外部电子设备。作为一种变体，读出电路15可以读取由模拟检测器40发射的电信号，特别是当模拟检测器40能够提供代表读出衬底10的温度的电信号时。
读出衬底10可包括设置在面向每个灵敏检测器20的反射器13。该反射器13可由最后互连层的导线的部分形成，所述导线由能够反射待检测电磁辐射的材料制成。它面向灵敏检测器20的吸收膜23延伸并且旨在与之形成相对于待检测电磁辐射的四分之一波长干涉腔。
最后，此处的读出衬底10包括保护层14，以便特别覆盖上部金属间化合物绝缘层。该保护层14在此对应于蚀刻停止层，其由对随后用于去除各种矿物牺牲层61、62的化学蚀刻剂(例如气相HF介质)基本惰性的材料制成。因此，该保护层14形成气密且化学惰性的层，该层是电绝缘的，以防止锚定柱21之间的任何短路。因此，在去除矿物牺牲层的这一步骤中，可以防止下面的金属间化合物绝缘层被蚀刻。它可以由氧化铝或氮化物形成，或者甚至由三氟化铝形成，或者由非有意掺杂的非晶硅形成。
然后，在读出衬底10上制造灵敏热检测器20，在本例中，还包括一起制造模拟检测器40。这些生产步骤与文献EP3239670A1中特别描述的步骤相同或相似。此处，灵敏热检测器和模拟检测器40有利地具有相同的结构。在这种情况下，它们是微测辐射热计，每个微测辐射计分别包括吸收膜23、43，也就是说，能够吸收待检测的电磁辐射，通过锚定柱21、41悬浮在读出衬底10上方，并通过保持臂和隔热臂(未示出)与读出衬底10隔热。吸收膜23、43通常通过表面微加工技术获得，包括通过第一矿物牺牲层61和隔热臂以及矿物牺牲层的上表面上的吸收膜23、43制造锚定柱21、41，每个吸收膜23、膜43还包括测温传感器，例如热敏电阻材料，通过设置在隔热臂和锚定柱中的电连接连接到读出电路。作为变体，吸收膜43可以不包括测温传感器。此外，用于吸收膜43的保持臂可以不包括将测温传感器连接到读出电路15的电连接器。
矩阵阵列的热检测器20是灵敏(光学活性)检测器，也就是说，它们能够检测感兴趣的电磁辐射，并与读出衬底10中存在的读出电路电连接。它们各自形成检测像素。另一方面，模拟检测器40不旨在提供表示接收到的电磁辐射的电信号。然后，它们可能没有电连接到读出电路15(但也可能电连接到读出电路15)。如下文进一步所述，模拟检测器40，并且特别是其锚定柱41，旨在有助于封装结构30的机械加固。
所述灵敏热检测器20位于读出衬底10的表面10a的中心区域，称为检测区域Zd，且模拟检测器40位于该表面10a中的中间区域，称为加强区域Zr，该中间区域在平面XY中连续地包围检测区域Zb。更准确地说，在读出衬底10的表面10a内限定了多个区域：
-中央区域Zd，称为检测区域，(灵敏)热检测器20的矩阵阵列(即检测像素)位于该区域中。检测区域Zd中的读出衬底10的表面10a旨在完全没有矿物牺牲层61、62；
-中间加强区域Zr，其在平面XY中连续地包围检测区域Zd，并且封装薄层31的加强柱31.2以及在本实施例中的模拟检测器40将位于该中间加强区域中。它将至少部分地被部分蚀刻的矿物牺牲层61、62覆盖；
-外围区域Zp，其在平面XY中连续地包围加强区域Zr，并且其中封装薄层31的上部31.1旨在与外围壁32接触(后者由矿物牺牲层61、62的未蚀刻部分形成)。
然后沉积第二矿物牺牲层62，优选为与矿物牺牲层61相同类型的矿物牺牲层。因此，矿物牺牲层62覆盖矿物牺牲层61以及灵敏检测器20和模拟检测器40。其具有与沿Z轴的读出衬底10相对的基本平坦的上表面。通常，各种矿物牺牲层61、62可以是从通过PECVD沉积的TEOS(正硅酸四乙酯)化合物获得的氧化硅。
参考图2B，制造多个凹口63(通孔)，以便能够制造封装结构30的封装薄层31的加强柱31.2。这些凹口63从矿物牺牲层62的上表面沿轴线Z延伸，以便在模拟检测器40的至少一些锚定柱41上开口。在该示例中，还制造了用于制造封装薄层31的支撑柱31.3的凹口，这些凹口通向用于灵敏检测器20的锚定柱21。在此应注意，在该实施例中，封装薄层31将包括位于用于模拟检测器40的锚定柱41上的加强柱31.2以及位于用于灵敏检测器20的锚定柱21上的支撑柱31.3。支撑柱31.3和加强柱31.2有利地具有相同的结构和相同的尺寸，并且彼此不同之处在于前者设置在检测区域Zd中而后者设置在加强区域Zr中。
接下来，有利地，在灵敏检测器20的锚定柱21上开口的凹口中制造多个绝缘部分64，并且为了在所有柱上获得相同的抓握，最好也在用于模拟检测器40的锚定柱41上开口的凹口中制造绝缘部分64。这些绝缘部分64是由电绝缘材料制成的薄层的部分。它们可以防止灵敏检测器20和封装薄层31之间通过其支撑柱31.3短路，必要时通过加强柱31.2短路。为此，在凹口内的锚定柱21、41的释放表面上沉积绝缘薄层。此处的绝缘薄层有利地面向灵敏检测器20被局部蚀刻，以便不减少待检测的电磁辐射的传输，但它可能不会被蚀刻。它可以具有大约为10nm至100nm的厚度。它由对去除矿物牺牲层时实施的湿化学蚀刻惰性的材料制成，该材料可选自AlN、Al2O3、HfO2。
参考图2C，制造封装结构30的封装薄层31，该封装薄层31具有彼此分离且位于加强区域Zr中的加强柱31.2，通过用于模拟检测器40的锚定柱41位于读出衬底10上。在该示例中，封装薄层31还包括支撑柱31.3，其经由用于灵敏检测器20的锚定柱21位于读出衬底10上。
为此，对封装薄层31进行保形沉积，该薄层由对感兴趣的电磁辐射透明且对随后实施的湿化学蚀刻惰性的材料(例如非晶硅、非晶锗、非晶硅锗合金等)制成，厚度例如为200nm至2μm(例如约等于800nm甚至更小)。封装薄层31例如使用化学气相沉积(CVD)技术沉积在矿物牺牲层62上以及凹口63中。
因此，封装薄层31包括一体形成的以下部分：
-上部31.1，在平面XY中基本上是平面的，其沿轴线Z延伸到灵敏检测器20和模拟检测器40的上方和一定距离处，并覆盖矿物牺牲层62；
-与上部31.1一体形成的多个加强柱31.2，其沿轴线Z从凹口63中的上部31.1延伸到用于模拟检测器40的锚定柱41。加强柱31.1位于加强区域Zr中。
-有利地，与上部31.1一体形成多个支撑柱31.3，其沿轴线Z从凹口中的上部31.1延伸到用于灵敏检测器20的锚定柱。支撑柱31.2位于检测区域Zd中。
支撑柱31.3和加强柱31.2在平面XY中具有的尺寸为锚定柱21、41的量级，因此锚定柱21、41可各自包括垂直部分，其在平面XY中具有的尺寸为0.5μm至1μm量级，其顶部是上部31.1，相对于垂直部分向横向突出0.2μm至0.5μm量级。此处的支撑柱31.3和加强柱31.2在平面XY中的尺寸可以具有约为0.5μm至2μm量级。
与文献EP3239670A1不同，封装薄层31不包括横向限定空腔2的外围壁，也就是说封装薄层31的外围壁将延伸到读出衬底10并在平面XY中连续地包围热检测器20的矩阵阵列。在本发明的背景下，外围壁32由矿物牺牲层61、62的未蚀刻部分制成，而不是由封装薄层31的材料制成。
参考图2D，通口33通过封装薄层31制造。这些通口33通向矿物牺牲层62，并且旨在允许将各种矿物牺牲层61、62从空腔2排出。它们仅面向检测区域Zd设置，因此不面向加强区域Zr或外围区域Zp。因此，它们可以在检测区域Zd中完全释放读出衬底10的表面10a，并形成外围壁32。在该示例中，通口33垂直于所有或部分灵敏热检测器20的吸收膜23，但它们可以不同地设置，特别是垂直于他们的锚定柱21。通口33在平面XY中可以具有各种形状，例如直径为0.4μm或甚至更小的圆形。
参考图2E，进行化学蚀刻，该化学蚀刻能从通口33部分地去除矿物牺牲层61、62。化学蚀刻是在酸性介质中的湿蚀刻，例如在气相氢氟酸。化学反应的产物通过通口33排出。
由于仅面向检测区域Zd的通口33的设置，蚀刻剂完全去除了位于检测区域Zd中的矿物牺牲层61、62，但化学蚀刻的进行使得蚀刻剂不会蚀刻矿物牺牲层61、62的围绕检测区域Zd延伸的外围部分。矿物牺牲层61、62的未蚀刻部分(封装薄层31的上部31.1位于其上)限定了外围区域Zp。
然而，发明人观察到，在酸性介质中化学蚀刻矿物牺牲层61、62引起外围壁32具有横向凹陷，使得空腔2在平面XY上具有垂直扩大，也就是说它在+Z方向上具有扩口形状。平面XY中空腔2的尺寸在上部31.1处大于在读出衬底10的释放表面上的尺寸。因此，矿物牺牲层61、62的这种蚀刻轮廓与文献WO2014/100648A1的图1中示意性示出的不同。它是在牺牲层由矿物材料制成并且蚀刻是在密闭环境中的酸性介质中进行化学蚀刻时获得的。
因此，外围壁32具有沿轴线Z以倾斜方式垂直延伸的侧面32a(其在平面XY中限定空腔2)。换句话说，侧面32a具有位于与封装薄层31的上部31.1接触的上端Lsup，其比位于与热检测器20相反的方向上与读出衬底10接触的下端Linf更远离检测区域。因此，上端Lsup不垂直于下端Linf。在穿过轴线Z的垂直平面中，上端Lsup的两个相反点之间的距离大于下端Linf的两个相反点之间的间距。在图中，外围壁32中的该上部横向凹陷在+Z方向上可以是单调的，或者可以不是完全单调的。因此，侧面32a可以在检测区域Zd的方向上，特别是在上部31.1处具有轻微的返回。
外围壁32中的该上部横向凹陷可能是由于以下事实：在密闭环境中(此处由于封装薄层31的存在)，酸性介质对矿物牺牲层61、62的化学侵蚀具有大于垂直蚀刻速率(沿Z轴)的横向蚀刻速率(在XY平面上)。因此，在高度约为4μm的空腔2中，去除检测区域Zd中的矿物牺牲层61、62所需的时间引起了数十微米(例如约为40μm、60μm甚至70μm)的上部横向凹陷。
根据本发明，外围壁32中的该上部横向凹陷的存在用于提高封装结构30的机械强度，这里，通过在中间加强区域Zr中围绕热检测器20的矩阵阵列局部设置，加强柱31.2与封装薄层31的上部31.1一体形成。因此，加强柱31.1设置在空腔2的外围。因此，在封装薄层31和读出衬底10之间存在机械应力的传递，这有助于提高封装结构30的机械强度。这尤其降低了封装结构30从读出衬底10分离的风险(并且更具体地说，上部31.1从外围壁32分离的风险)。当后者由于腔体2中的压力可能低于外部环境的压力而在-Z方向上受到压力时，封装结构30的机械强度也得到提高。
上部横向凹陷的值(加强区域Zr的宽度)可以限定为下端Linf和上端Lsup之间的距离，该距离在与热检测器20的矩阵阵列相反的方向上，优选在穿过轴线Z并与侧面32a正交的平面上。该上部横向凹陷可以至少等于几微米或甚至几十微米。因此，其可以大于或等于10μm，例如大于或等于25μm，并且例如约为40μm量级。如果矩阵阵列的灵敏检测器20以大约10μm的间距周期性地设置，则可以在加强区域Zr中制造多排平行的模拟检测器40，多排平行的模拟检测器40围绕检测区域Zd延伸。然后，模拟检测器40可以具有与敏感检测器20相同或类似的结构，封装薄层31包括位于用于模拟检测器40的锚定柱41上的加强柱31.2。
此外，侧面32a可形成小于或等于25°、甚至小于或等于15°，或者甚至小于或等于10°的倾角α，该倾角α在下端Linf相对于平面XY在上端Lsup的方向上测量。如果上部横向凹陷约为40μm，且空腔2的高度(沿轴线Z封装薄层31的上部31.1与读出衬底10之间的距离)约为4μm时，该倾角α等于约6°。
此外，由于封装薄层31在加强区域Zr中包括加强柱31.2，并且有利地在检测区域Zd中包含支撑柱31.3，因此封装结构30的机械强度进一步增加。然后可以减小封装薄层31的厚度。这通常在上部31.1处具有例如为200nm至2μm的厚度，例如大约等于800nm。然后可以考虑将其厚度进一步减小到小于800nm，或者甚至小于500nm，例如减小到约200nm。
参考图2F，密封层34沉积在封装薄层31上，其厚度足以确保通口33的密封，即封堵。由于通口33位于检测区域Zd，因此密封层34至少面向检测区域Zc延伸。它优选地完全覆盖封装薄层31，并因此面向加强区域Zr和外围区域Zp延伸。密封层34对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。还可以沉积防反射层(未示出)，以优化电磁辐射通过封装结构30的传输。该防反射层可由厚度约为1.2μm的硫化锌制成。
因此可以获得气密腔2(优选在真空或减压下)，其中容纳了灵敏热检测器20(在检测区域Zd中)。因此，封装结构30包括封装薄层31和外围壁32，外围壁32由牺牲薄层61、牺牲薄层62的未蚀刻部分形成。由于外围壁32(因此空腔2)具有扩口形状，因此，封装薄层31可包括加强区域Zr中的加固柱31.2，它们位于读出衬底10上(这里通过用于模拟检测器40的锚定柱41)。因此，封装结构30具有增加的机械强度。
图3A是根据第一实施例的一个变体的检测装置1的平面示意局部视图，其类似于参考图2A至图2F所述的检测装置，与它们的区别基本上仅在于径向设置在加强区域Zr中的模拟检测器40的数量。如前所述，为了清晰起见，仅示出了检测装置1的边界。封装薄层31的上部31.1和密封薄层未示出。
此处的通口33仅设置在检测区域Zd中，此处位于灵敏检测器20的每个吸收膜23上方，并且使得能够完全去除检测区域Zd中的矿物牺牲层61、62。不过，它们可位于吸收膜23上方以外的其他位置，例如，至少一些锚定柱21上方。在该示例中，封装薄层31(未示出)包括位于用于灵敏检测器20的锚定柱21上的支撑柱31.3。
加强区域Zr中不存在通口。因此，化学侵蚀已将矿物牺牲层61、62从通口33和检测区域Zd去除，使得矿物牺牲层61、62的未蚀刻部分(即外围壁32)在加强区域Zr中具有倾斜侧面32a。通过在位于读出衬底10上的加强区域Zr中设置加强部分来利用该上部横向凹陷。在该示例中，模拟检测器40具有与灵敏检测器20相同的结构和尺寸。此处，单排模拟检测器40与检测区域Zd的外围相邻，但取决于上部横向凹陷的值，多排是可能的。
在该示例中，外围壁32在空腔2的外部延伸，以完全覆盖读出衬底10。电连接焊盘3(为清晰起见，未按比例示出)可以将读出电路连接到外部电子设备(未示出)。该电连接焊盘3最初由矿物牺牲层61、62覆盖，并可能由封装薄层31和密封薄层34覆盖。然后通过干法蚀刻局部去除这些层以打开电连接焊盘3并允许访问它。
图3B是根据第一实施例的另一变体的检测装置1的横截面示意局部视图，其与参考图2A至图2F描述的检测装置的不同之处在于，封装薄层31包括外围部分31.4，该外围部分可限制外围壁32的上部横向凹陷。
在封装薄层31的沉积期间，该外围部分31.4与上部31.1一体形成。它朝着读出衬底10的方向延伸，但其下端是自由的：它不直接或间接地位于读出衬底10上。它可能具有基本上等于加强柱31.2的高度(沿轴线Z)。该外围部分31.4围绕检测区域Zd连续延伸，并且在平面XY中位于加强柱31.2之外。只要外围部分31.4阻止蚀刻剂在封装薄层31的上部31.1处的传播，该外围部分31.4的存在可以减少上部横向凹陷。因此，侧面32a从读出衬底10上的侧面32a的下端Linf延伸到外围部分31.4。
图3C是根据第一实施例的另一变体的检测装置1的横截面示意局部视图，其与参考图2A至图2F描述的检测装置的不同之处在于，加强柱31.2没有位于用于模拟检测器40的锚定柱41上，而是位于下部柱50上，这可能与锚定柱21相同或相似。令人惊讶的是，在这种配置中，所述横向凹陷比图2A至图2F的情况下更小。作为示例，它可以为40μm，而非为60μm至70μm。
图4A和图4B是根据第二实施例的检测装置1的横截面示意局部视图，其中，封装薄层31的加强柱31.2与读出衬底10接触，也就是说，它们直接位于读出衬底10上，并且不位于用于模拟检测器40的锚定柱41上或下部柱50上。因此检测装置1不包括位于加强区域Zr中的任何模拟检测器40或下部柱50。在这些示例中，加强柱31.2有利地与支撑柱31.3相同，这与文献EP3067674A2中描述的相同或相似。
参考图4A，加强柱31.2和支撑柱31.3是空心的，因为柱31.2、31.3中的每个由侧壁形成，该侧壁在平面XY中限定未被封装薄层31的材料填充的内部空间。该内部空间至少部分为空。这些柱31.2、31.3通过将封装薄层31保形沉积到在矿物牺牲层61、62中形成的凹口中而产生，这些凹口在读出衬底10上开口。平面XY中凹口的尺寸和封装薄层31的厚度被限定为使得沉积在凹口中的层部分不填充它们，从而形成限定该空心空间的侧壁。
参考图4B，加强柱31.2和支撑柱31.3是实心的，而不是空心的，也就是说，柱31.2、31.3中的每个由同一垂直壁形成，该垂直壁的表面在平面XY中限定了充满封装薄层31的材料的完整空间。
在这些变体实施例中，单排加强柱31.2在加强区域Zr中围绕检测区域Zd延伸。然而，多排平行的加强柱31.2是可能的，一方面取决于在外围壁32中的横向凹陷的程度，以及加强柱31.2的径向设置间距。
图4C是图4B中横截面所示的检测装置1的平面示意局部视图。封装薄层31的上部31.1和密封薄层未示出。检测区域Zd延伸至外围壁32的侧面32a的下端Linf。因此，它不受外围壁32任何部分的影响，并且包括灵敏检测器20的矩阵阵列。在该示例中，支撑柱31.3位于两个相邻的灵敏检测器20之间。在加强区域Zr中提供单排加强柱31.2并且在平面XY中围绕检测区域延伸，但是可以提供多个平行排。外围区域Zp包括外围壁32，封装薄层31的上部31.1与外围壁32接触。
前文已述及一些特定实施例。对于本领域技术人员来说，各种变体和修改将是显而易见的。
Claims (15)
1.一种用于制造用于检测电磁辐射的装置(1)的方法，包括以下步骤：
o通过第一矿物牺牲层(61)在读出衬底(10)上制造能够检测电磁辐射的热检测器(20)的矩阵阵列，所述热检测器(20)和第一矿物牺牲层(61)被第二矿物牺牲层(62)覆盖；
o制造封装结构(30)，其限定空腔(2)，所述热检测器(20)的矩阵阵列位于所述空腔(2)中，所述封装结构(30)由外围壁(32)和封装薄层(31)通过以下形成：
·沉积覆盖所述第二矿物牺牲层(62)的封装薄层(31)；
·在所述封装薄层(31)中制造面向热检测器(20)的矩阵阵列的通口(33)；
·通过酸性介质中的湿化学蚀刻，通过所述通口(33)部分地去除矿物牺牲层(61、62)，以释放所述热检测器(20)的矩阵阵列，并获得由矿物牺牲层(61、62)的未蚀刻部分形成的外围壁(32)，并且释放在所述热检测器(20)的矩阵阵列上方延伸的封装薄层(31)的上部(31.1)；
o其中，在所述化学蚀刻步骤之后，所述外围壁(32)具有横向凹陷，所述横向凹陷引起在与所述读出衬底的平面平行的平面内、在所述读出衬底(10)和上部(31.1)之间的所述空腔(2)的垂直扩大，所述横向凹陷限定了围绕热检测器(20)的矩阵阵列的读出衬底(10)的表面(10a)的中间区域(Zr)；
o所述方法包括制造封装薄层(31)的加强柱(31.2)的步骤，所述加强柱(31.2)设置在热检测器(20)的矩阵阵列周围的中间区域(Zr)中，彼此分离并从所述上部(31.1)延伸，直到位于所述读出衬底(10)上。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述外围壁(32)具有横向限定空腔(2)的侧面(32a)，所述侧面(32a)在与所述读出衬底(10)接触的下端(Linf)和与所述上部(31.1)接触的上端(Lsup)之间垂直延伸，所述上端(Lsup)与所述下端(Linf)在与读出衬底的平面平行的平面上且在与热检测器(20)的矩阵阵列相反的方向上被间隔开，间隔距离大于或等于10μm。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述封装薄层(31)的上部(31.1)具有小于或等于800nm的厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，所述加强柱(31.2)被设置成在热检测器(20)的矩阵阵列周围延伸的彼此平行的多排。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，所述热检测器(20)包括通过锚定柱(21)悬浮在读出衬底上方的吸收膜(23)，并且其中所述加强柱(31.2)间接地位于读出衬底(10)上，与从读出衬底(10)延伸的下部柱(41、50)接触，所述下部柱具有与锚定柱(21)相同的高度。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，所述下部柱为用于不能检测电磁辐射的所谓模拟检测器(40)的锚定柱(41)，用于每个模拟检测器(40)的锚定柱(41)支持悬浮膜(43)。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述模拟检测器(40)具有与所述矩阵阵列的热检测器(20)相同的结构和尺寸。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的制造方法，其中，所述封装薄层(31)包括支撑柱(31.3)，所述支撑柱(31.3)面向热检测器(20)的矩阵阵列设置，彼此分离并从上部(31.1)延伸，直到位于用于热检测器(20)的锚定柱(21)上，用于每个热检测器(20)的锚定柱(21)支持悬浮膜(23)。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，由电绝缘材料制成的绝缘部分(64)被设置在支撑柱(31.3)和用于热检测器(20)的锚定柱(21)之间并与支撑柱(31.3)和用于热检测器(20)的锚定柱(21)接触。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，所述加强柱(31.2)直接位于所述读出衬底(10)上，与所述读出衬底(10)接触。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，所述封装薄层(31)包括支撑柱(31.3)，所述支撑柱(31.3)彼此分离并从所述上部(31.1)延伸，直到位于所述读出衬底(10)上并与所述读出衬底(10)接触，每个支撑柱设置在两个相邻的热检测器(20)之间。
12.根据权利要求8或11所述的制造方法，其中，所述加强柱(31.2)和所述支撑柱(31.3)具有相同的结构和相同的尺寸。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的制造方法，其中，所述封装薄层(31)包括外围部分(31.4)，所述外围部分(31.4)在所述热检测器(20)的矩阵阵列周围连续延伸，并在与所述读出衬底平行的平面内且与所述热检测器(20)的矩阵阵列相反的方向上设置在所述加强柱(31.2)之外，并且从上部(31.1)朝着读出衬底(10)的方向延伸到空腔(2)的部分高度。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的制造方法，其中，所述湿化学蚀刻在气相氢氟酸中进行，并且所述矿物牺牲层(61、62)由硅基材料制成。
15.一种用于检测电磁辐射的装置(1)，包括：
o读出衬底(10)；
o热检测器(20)的矩阵阵列，其位于读出衬底(10)上；
o封装结构(30)，其限定热检测器(20)的矩阵阵列所在的空腔，并且包括：
·外围壁(32)，其由矿物材料制成并横向限定空腔(2)；
·封装薄层(31)，其包括在热检测器(20)的矩阵阵列上方延伸并位于外围壁(32)上的上部(31.1)；
o其中：
·所述外围壁(32)具有横向凹陷，所述横向凹陷引起在与读出衬底平行的平面内、在读出衬底(10)和上部(31.1)之间的空腔(2)的垂直扩大，该横向凹陷限定了围绕热检测器(20)的矩阵阵列的读出衬底(10)的表面(10a)的中间区域(Zr)；
·所述封装薄层(31)包括加强柱(31.2)，所述加强柱(31.2)设置在热检测器(20)的矩阵阵列周围的中间区域(Zr)中，彼此分离并从所述上部(31.1)延伸，直到位于所述读出衬底(10)上。
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