DE112013004116T5

DE112013004116T5 - CMOS-Bolometer

Info

Publication number: DE112013004116T5
Application number: DE112013004116.2T
Authority: DE
Inventors: Gary Yama; Ashwin Samarao; Ando Feyh; Fabian Purkl; Gary O'Brien
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-05-07
Also published as: JP6302470B2; JP2015531868A; TWI613423B; KR20150090028A; WO2014031614A1; US20140054740A1; US9698281B2; CN104969045B; CN104969045A; TW201423065A

Abstract

Ein Verfahren für das Herstellen einer Halbleitereinrichtung beinhaltet das Bilden wenigstens einer Opferschicht auf einem Substrat während eines komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Prozesses. Eine Absorberschicht wird auf der Oberfläche der wenigstens einen Opferschicht abgelagert. Ein Teilbereich der wenigstens einen Opferschicht unterhalb der Absorberschicht wird entfernt, um eine Lücke zu bilden, über welche ein Teilbereich der Absorberschicht aufgehängt ist. Die Opferschicht kann ein Oxid des CMOS-Prozesses sein, wobei das Oxid entfernt wird, um die Lücke zu bilden, wobei ein selektiver Wasserstoff-Fluorsäure-Dampf-Trockenätz-Freigabeprozess benutzt wird. Die Opferschicht kann auch eine Polymerschicht sein, wobei die Polymerschicht entfernt wird, um die Lücke zu bilden, wobei ein O2-Plasma-Ätzprozess benutzt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF DIESBEZÜGLICHE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität für die vorläufige US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 61/691,837 mit dem Titel ”CMOS BOLOMETER” von Yama et al., eingereicht am 22. August 2012, deren Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit als Referenz eingearbeitet ist.
TECHNISCHER BEREICH
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Infrarot-Strahlungssensoren, und im Speziellen auf Bolometer-Infrarot-Strahlungssensoren.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen werden Infrarot-Strahlungs-(IR-)Sensoren in einer Vielzahl von Anwendungen benutzt, um Infrarotstrahlung zu detektieren und ein elektrisches Ausgangssignal, welches ein Maß der einfallenden Infrarotstrahlung ist, bereitzustellen. IR-Sensoren benutzen typischerweise entweder photonische Detektoren oder thermische Detektoren, um die Infrarotstrahlung zu detektieren. Die Photonendetektoren detektieren einfallende Photonen indem sie die Energie der Photonen benutzen, um Ladungsträger in einem Material anzuregen. Die Anregung des Materials wird dann elektronisch detektiert. Thermische Detektoren detektieren auch Photonen. Thermische Detektoren benutzen jedoch die Energie der besagten Photonen, um die Temperatur einer Komponente zu erhöhen. Durch das Messen der Temperaturänderung kann die Intensität der Photonen, welche die Temperaturänderung erzeugen, bestimmt werden.
Photonische Detektoren besitzen typischerweise eine höhere Empfindlichkeit und schnellere Anstiegszeigen als thermische Detektoren. Jedoch müssen Photonendetektoren kryogen gekühlt werden, um die thermische Interferenz bzw. Beeinflussung zu minimieren, wobei damit die Kosten, die Komplexität, das Gewicht und der Leistungsverbrauch der Einrichtung erhöht werden. Im Gegensatz arbeiten thermische Detektoren bei Raumtemperatur, so dass damit das Kühlen, welches von Photonen-Detektoreinrichtungen erforderlich ist, vermieden wird. Als ein Ergebnis können thermische Detektoreinrichtungen typischerweise kleinere Abmessungen, niedrigere Kosten und einen niedrigeren Leistungsverbrauch besitzen als Photonen-Detektoreinrichtungen.
Ein Typ des thermischen Infrarotdetektors ist ein Thermopile. Ein Thermopile wird aus mehreren Thermoelementen gebildet, welche in Reihe verbunden sind. Jedes Thermoelement besteht aus zwei Leitern aus unterschiedlichen Materialien, welche eine Spannung in der Nähe eines Übergangs der Leiter herstellen, welche von der Temperaturdifferenz zwischen dem Übergang und den anderen Teilen des Leiters abhängt. Die Thermoelemente sind in Reihe mit den ”Hot Junctions” bzw. ”heißen Übergängen”, welche am nächsten an der IR-absorbierenden Fläche des Detektors positioniert sind, und den ”Cold Junctions” bzw. ”kalten Übergängen”, welche am weitesten weg von der IR-absorbierenden Fläche positioniert sind, verbunden. Um eine vernünftige Empfindlichkeit in dem auf dem Thermopile basierenden IR-Detektor zu erreichen, müssen die heißen und kalten Übergänge des Thermopiles so weit wie möglich thermisch voneinander und gegenüber anderen Wärmequellen isoliert sein, welche die Temperaturen der heißen und kalten Übergänge beeinflussen können. Um diese thermische Isolation zu erreichen, wird das Thermopile häufig auf der Oberfläche einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat platziert, und ein großer schwarzer Hohlraum ist in das Substrat unterhalb des Thermopiles geätzt, um den thermischen Widerstand zu erhöhen.
Eine andere Art von thermischem Infrarotdetektor ist ein Bolometer. Ein Bolometer beinhaltet ein Absorberelement, um Infrarotstrahlung zu absorbieren, und einen Transducer- bzw. ein Wandlerelement in thermischem Kontakt mit dem Absorberelement, welcher einen elektrischen Widerstand besitzt, welcher sich mit der Temperatur ändert. In Betrieb wird die Infrarotstrahlung, welche auf das Bolometer einfällt, durch das Absorberelement des Bolometers absorbiert, und die Wärme, welche durch die absorbierte Strahlung erzeugt ist, wird zu dem Wandlerelement übertragen. Da das Wandlerelement sich in Reaktion auf die absorbierte Strahlung erwärmt, wird sich der elektrische Widerstand des Wandlerelementes in einer vorher festgelegten Weise ändern. Durch das Detektieren der Änderungen in dem elektrischen Widerstand kann ein Maß der einfallenden Infrarotstrahlung erhalten werden. Bolometer können als individuelle Sensoren dienen, können jedoch auch als Zeilen oder 2D-Felder gestaltet werden, welche als Mikro-Bolometerfelder bezeichnet werden.
Jüngste Fortschritte in der Technologie haben ermöglicht, dass das Absorberelement eines Bolometers durch atomische Schichtablagerung (ALD) gebildet werden kann. Die ALD ermöglicht, dass Absorberelemente als dünne Metallfilme mit präziser und gleichmäßiger Dicke gebildet werden können. Als ein Ergebnis sind ALD-Dünnfilm-Bolometer um Größenordnungen empfindlicher als Thermopile-Sensoren sind. Das Benutzen von ALD-Dünnfilmtechnologie hat die Herstellung von Bolometern gestattet, dass diese auf der Oberfläche eines komplementären Metalloxid-Halbleiter-CMOS implementiert werden können. Jedoch gibt es immer noch eine Notwendigkeit für Verfahren der Herstellung von Bolometersensoren, welche vollständiger die Gestaltung und Struktur des Bolometers in den CMOS-Prozess integrieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines CMOS-Substrates, um einen Bolometersensor vor der Bildung der Absorberschicht für das Bolometer zu implementieren.
2 ist eine Querschnittsansicht des CMOS-Substrates der 1 nach dem Bilden der Absorberschicht für das Bolometer.
3 ist eine Querschnittsansicht des CMOS-Substrates der 2, nachdem das Ätzen durchgeführt worden ist, um die Absorberschicht freizugeben und eine Metallisierungsschicht in dem CMOS-Substrat freizulegen, welche als der Reflektor für das Bolometer dient.
4 und 5 zeigen alternative Ausführungsformen des Bolometers der 3, wobei unterschiedliche Metallisierungsschichten freigelegt werden, um als der Reflektor zu dienen.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Ankers, um den Absorber des Bolometers der 1–5 zu stützen.
7 ist eine Querschnittsansicht des Ankers der 6, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Anker und der Verdrahtung des ASIC-Teils des CMOS gezeigt wird. Der Anker ist hier mechanisch an das Substrat angeschlossen und elektrisch über eine oder mehrere Diffusionen 136 isoliert.
8 ist eine Draufsicht des Ankers der 6, wobei der Inter-Metall-Via bzw. der Inter-Metall-Durchgang mit gestrichelten Linien gezeigt wird.
9 ist eine schematische Draufsicht des Absorbers des Bolometers.
10 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen CMOS-Substrates, um ein Bolometer, welches eine Polymer-Opferschicht zeigt, welche auf der oberen Oberfläche des Oxides auf dem Substrat gebildet ist, und den Absorber für das Bolometer, welches über der Opferschicht gebildet ist, zu implementieren.
11 zeigt das CMOS-Substrat der 10, nachdem die Opferschicht entfernt worden ist.
12 zeigt eine alternative Ausführungsform des Absorbers der 11 mit einer zusätzlichen Gestaltung des Bolometerquerschnitts für erhöhe mechanische Stabilität.
13 und 14 zeigen alternative Ausführungsformen des Bolometers, welche gestaltete Reflektoren beinhalten, welche durch unterschiedliche Metallisierungsschichten gebildet sind, und Vias bzw. Durchgänge in dem CMOS-Substrat.
15 zeigt ein CMOS-Substrat, um ein Bolometer zu implementieren, welches die Absorberschicht des Bolometers elektrisch angeschlossen an die Durchgänge zeigt, vor dem Entfernen des Oxids.
16 zeigt das CMOS-Substrat der 15 nach dem Entfernen des Oxides, um das Bolometer zu bilden.
17 zeigt ein CMOS-Substrat mit Oxid-Furchen bzw. Gräben, um den Absorber für eine erhöhte mechanische Stabilität zu strukturieren.
18 zeigt das CMOS-Substrat der 17, nachdem das Oxid entfernt worden ist, um das Bolometer zu bilden.
19 ist eine perspektivische Ansicht eines Bolometersensors, welcher auf der Oberfläche eines CMOS-Substrats hergestellt ist.
20 ist eine Seitenaufrissansicht des Bolometersensors der 19.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Für die Zwecke des Förderns eines Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun Bezug auf die Ausführungsformen genommen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden geschriebenen Spezifikation beschrieben werden. Es ist davon auszugehen, dass damit keine Begrenzung bezüglich des Umfangs der Offenbarung beabsichtigt ist. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Offenbarung jegliche Änderungen und Modifikationen bezüglich der dargestellten Ausführungsformen beinhaltet und ferner Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung beinhaltet, welche normalerweise bei einem Fachmann, auf welche sich diese Offenbarung bezieht, auftreten.
19 und 20 stellen eine Ausführungsform eines Bolometersensors 10 dar, welcher auf der Oberfläche eines CMOS-Substrates 12 implementiert ist. Der Sensor 10 beinhaltet das Substrat 12, einen Reflektor 14 und einen Absorber 16. Obwohl ein einzelner Sensor 10 in 19 und 20 dargestellt wird, kann das Substrat 12, welches in dieser Ausführungsform ein Silicium-Wafer ist, mit einer Vielzahl von Bolometersensoren hergestellt werden, welche ein Mikro-Bolometerfeld (nicht gezeigt) bilden, wobei jedes Bolometer einem Pixel des Feldes entspricht. Das Substrat 12 beinhaltet die elektronische Schaltung (nicht gezeigt), welche benutzt wird, um auf den Ausgang des Sensors 10 zuzugreifen. Der Reflektor 14 kann zum Beispiel eine Metallschicht oder eine Vielschicht aufweisen, welche dielektrisch auf dem Substrat 12 gebildet ist.
Der Absorber 16 ist von dem Reflektor 14 durch Säulen 18 beabstandet. In dieser Ausführungsform ist die Lücke G zwischen dem Reflektor 14 und dem Absorber 16 ungefähr 2,5 μm, obwohl jegliche geeignete Lückenbreite bereitgestellt werden kann. Die Lücke in dieser Ausführungsform wird ausgewählt, um die Absorption in dem langwelligen Infrarotbereich zu optimieren. Die Säulen 18 sind zusätzlich zu dem Ausstatten der Lücke G zwischen dem Absorber 16 und dem Reflektor 14 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und stellen einen elektrischen Kontakt mit der Ausleseschaltung (nicht gezeigt), welche in dem Substrat 10 bereitgestellt ist, bereit.
Der Absorber 16 ist zusätzlich zu der absorbierenden Energie von einfallenden Photonen ausgewählt, um eine gute rauschäquivalente Temperaturdifferenz (NETD) bereitzustellen. Damit der Absorber 16 eine gute NETD besitzt, sollte das Material, welches ausgewählt wird, den Absorber 16 zu bilden, einen hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen, während es ein niedriges Exzess- bzw. Überschuss-Rauschen (1/f-Rauschen, Johnson-Rauschen, ...) aufweist. Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Vanadiumoxid, sind bei mikromechanisch hergestellten Bolometern aufgrund ihres hohen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes gebräuchlich. Während Metall einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten des Widerstands besitzt als einige Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Vanadiumoxid, besitzen Metalle typischerweise ein viel niedrigeres Exzess-Rauschen als viele Halbleitermaterialien.
Entsprechend weist der Absorber 16 in einer Ausführungsform Metall auf. Titan und Platin sind zwei Metalle, welche die gewünschten Charakteristika aufweisen. Titan zum Beispiel weist einen spezifischen Widerstand von ungefähr 7·10^–7 Ohm auf. Indem ein Bulk- bzw. Masse spezifischer Widerstand von 7·10^–7 Ohm benutzt wird, sollte die Dicke des Absorbers 106, um der Impedanz des luftleeren Raums (377 Ohm/Fläche) zu entsprechen, bei ungefähr 1,9 nm liegen. Der spezifische Widerstand der Materialien, welche für eine Dicke geringer als ungefähr 50 nm gebildet sind, kann jedoch mehrere Male höher als der Massewert sein. Entsprechend beträgt, abhängig von den Prozessparametern, die Dicke des Absorbers 16, wenn er aus Titan hergestellt ist, vorzugsweise ungefähr 10 nm. Verunreinigungen können auch in den Absorber 16 während der Bildung eingebracht werden, um den spezifischen Widerstand abzustimmen, falls notwendig. Folglich ist die Dicke des Absorbers 16 in dieser Ausführungsform ungefähr 10 nm, und die Länge des Absorbers 16 von Säule zu Säule ist ungefähr 25 μm. Diese Konfiguration stellt ein Verhältnis zwischen der Dicke des Absorbers 16 und der Länge des Absorbers 16 in der Größenordnung von 1/1000 und das Verhältnis der Dicke des Absorbers 16 zu der Lückenbreite G von ungefähr 1/100 bereit.
In Betrieb, wenn elektromagnetische Strahlung (z. B. Infrarotlicht) den Sensor 10 erreicht, wird die elektromagnetische Strahlung innerhalb des Dünnfilmmetalls des Absorbers 16 mit einem Wirkungsgrad abhängig von dem spezifischen Widerstand des Absorbers 16, der Qualität des Reflektors 14, der Lückenbreite zwischen dem Absorber 16 und dem Reflektor 14 und der Strahlungswellenlänge absorbiert. Aufgrund des Absorbierens der einfallenden Strahlung erfährt der Absorber 16 einen Anstieg in der Temperatur. Dieser Temperaturanstieg führt umgekehrt entweder zu einer Abnahme oder zu einer Zunahme des spezifischen Widerstandes des Absorbers 16. Der Absorber 16 ist dann elektrisch sondiert, um den spezifischen Widerstand des Absorbers 16, und damit indirekt den Betrag der darauf einfallenden elektromagnetischen Strahlung, zu messen.
Diese Offenbarung richtet sich auf Verfahren des Integrierens der Bolometergestaltung und -struktur in dem CMOS-Prozess. Wie nachfolgend diskutiert wird, kann die Bolometerherstellung in dem CMOS-Prozess durch das Benutzen von CMOS-Schichten für die Verdrahtung, das Verankern und das Reflektieren integriert sein. Indem CMOS-Schichten in die Struktur des Bolometers eingearbeitet werden, kann dies die Herstellungskosten für die Einrichtung senken und Variationen in der Gestaltung gestatten, welche anderenfalls zu komplex oder inpraktikabel sind, um sie zu implementieren. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren des Herstellens eines Bolometersensors das Benutzen des Oxids des CMOS-Prozesses als die Opferschicht für den Absorber. Das Verfahren beinhaltet auch das Benutzen von einem selektiven Hydrofluorsäure-Dampf-Trockenätzen-Freigabeprozess für das Entfernen der Opferschicht und um die Haftreibung der zerbrechlichen Absorberschicht zu verhindern. Das Integrieren der Bolometerherstellung in den CMOS-Prozess gestattet verschiedene Reflektorlücken, durch das Benutzen unterschiedlicher Metallschichten des CMOS-Ablaufes. Die CMOS-Integration gestattet auch, dass der Reflektor und/oder die Absorberschichten des Bolometers gestaltet werden können, um die Absorption zu verbessern und die mechanische Stabilität zu erhöhen.
1–3 stellen eine Querschnittsansicht eines CMOS-Substrates 100 dar, welches strukturelle Merkmale für das Implementieren eines Bolometersensors einbindet. Das CMOS-Substrat 100 beinhaltet eine Grundsubstratschicht 102, wie zum Beispiel Silicium, auf welcher eine Vielzahl von Oxidschichten 104, 106, 108, 110 und metallisierte Schichten 112, 114, 116, 118 gebildet worden sind. Die Metallisierungsschichten 112, 114, 116, 118 sind gestaltet worden, um Leiter 120 und Kontaktstrukturen 122 für den Bolometersensor zu bilden. Die Metallisierungsschichten 112, 114, 116, 118 sind auch gestaltet worden, um wenigstens einer der Metallisierungsschichten zu gestatten, als Reflektor 124 für das Bolometer benutzt zu werden. Die Durchgänge 126 sind an strategischen Orten in dem CMOS-Substrat 100 bereitgestellt, um die Kontaktstrukturen 122 miteinander zu verbinden. Wie nachfolgend diskutiert wird, sind die Durchgänge 126 und die Kontaktstrukturen 122 ausgerichtet, um Säulen 128 zu bilden, welche konfiguriert sind, die Absorberschicht 130 (2) an dem Substrat 100 zu verankern und die Absorberschicht 130 oberhalb des Reflektors 124 aufzuhängen. Die Säulen 128 können auch konfiguriert sein, Teilbereiche einer Metallisierungsschicht aufzuhängen, um einen gestalteten Reflektor für das Bolometer bereitzustellen.
1 zeigt das CMOS-Substrat für das Implementieren eines Bolometers vor der Bildung der Absorberschicht 130 für das Bolometer. 2 zeigt das CMOS-Substrat 100, nachdem die Absorberschicht 130 auf der Oberseite der Oxidschicht 110 gebildet worden ist. In einer Ausführungsform wird die Absorberschicht 130 durch Atomschichtablagerung (ALD) gebildet. Aufgrund des typischen spezifischen Widerstandes der abgelagerten Metalle und Halbleiter wird der aufgehängte Dünnfilm mit einer Dicke bereitgestellt, welche geringer als 50 nm ist.
In der Ausführungsform der 1 und 2 werden die Oxidschichten des CMOS-Substrates 100 als Opferschichten benutzt, um den Absorber 130 freizugeben und den Reflektor 124 zu exponieren. 3 stellt das CMOS-Substrat 100 dar, nachdem die Opferoxidschichten entfernt worden sind, um den Absorber 130 freizugeben und den Reflektor 124 zu exponieren bzw. freizulegen. Wie in 3 dargestellt wird, wurde die Oxidschicht 110 vollständig entfernt. Die Oxidschicht 108 wurde teilweise entfernt, wobei ein Teilbereich der Oxidschicht 108 als Stütze für den Reflektor 124 zurückgelassen wurde. Teilbereiche der Oxidschicht 106 wurden auch auf jeder Seite des Reflektorbereiches und auf der rechten Seite der Säule 18 in 3 entfernt. Um die Haftreibung der Absorberschicht 130 zu verhindern, wird ein Wasserstoff-Fluorsäure-Dampf-Trockenätzen-Freisetzprozess durchgeführt, um die Opferschichten zu entfernen. Die Durchgänge 126 und die Metallisierungskontakte 122 sind ausgerichtet, um Säulen 128 zu bilden, welche aus dem Substrat herausragen, um den Absorber 130 oberhalb des Reflektors 124 zu stützen, um eine Lücke G1 bereitzustellen. Die Metallleiterschichten und die Metalldurchgänge können auch als intrinsische Ätz-Stoppschichten, sowohl horizontal als auch vertikal dienen. In alternativen Ausführungsformen kann das Oxid durch eine Kombination von anisotropischem, reaktiven Ionenätzen (RIE) und isotropischem Dampf-HF-Ätzen entfernt werden.
In einer Ausführungsform beinhalten die Durchgänge 126 eine äußere Schicht 132, welche auf einem leitenden Material gebildet ist, welches eine innere Oxidschicht 134 umgibt, wie dies in 6–8 dargestellt ist. Die innere Oxidschicht 134 der Durchgänge 126 ist durch die leitende Schicht 132 geschützt, so dass sie nicht mit den Opferschichten während des Ätzprozesses entfernt wird. In einer Ausführungsform können die Säulen 128 mechanisch gekoppelt sein, wobei einer oder mehrere Dotierschritte benutzt werden, welche elektrisch von dem Substrat isoliert sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Säulen 128 mit dem Substrat durch implantierte bzw. eingepflanzte Bereiche 136 elektrisch verbunden sein, welche in dem Substrat 100 an der Basis der Säulen 128 gebildet sind, wie dies in 7 dargestellt ist. 9 zeigt das Positionieren des Absorbers 130 oberhalb der Säulen 128 und des Reflektors 124. Der Absorber 130 kann in verschiedenen Arten/Geometrien realisiert sein, wobei diese gewunden, rechteckig, strukturiert, perforiert und Ähnliches sein können.
In der Ausführungsform der 3 ist die Metallisierungsschicht 116 ausgewählt, um als der Reflektor 124 für das Bolometer zu dienen. Die Metallisierungsschicht 116 definiert eine Lückenbreite G1 zwischen dem Absorber 130 und dem Reflektor 124 des Bolometers. 4 und 5 stellen alternative Ausführungsformen der Bolometer-Implementierungen dar, in welchem unterschiedliche Metallisierungsschichten auf dem CMOS-Substrat ausgewählt sind, um als der Reflektor für das Bolometer zu dienen. In der Ausführungsform der 4 wird die Metallisierungsschicht 114 benutzt, um den Reflektor 124 für das Bolometer zu bilden, wobei eine Lückenbreite G2 zwischen dem Absorber 130 und dem Reflektor 124 gebildet wird, welche größer als G1 ist. In der Ausführungsform der 5 wird die Metallisierungsschicht 112 benutzt, um den Reflektor zu bilden, welcher eine Lückenbreite mit G3 definiert, welche größer als G1 und G2 ist.
10 und 11 stellen eine alternative Ausführungsform der Bolometer-Implementierung dar, welche das Bilden einer Polymerschicht 142 auf einem CMOS-Substrat 140 beinhaltet, um als eine Opferschicht für das Freigeben des Absorbers 144 zu dienen. Das CMOS-Substrat beinhaltet eine Vielzahl von Oxidschichten 146, 148, 150, 152 und Metallisierungsschichten 154, 156, 158, 160. Die Metallisierungsschichten 154, 156, 158, 160 sind gestaltet worden, um Leiter 162 und Kontaktstrukturen 164 für den Bolometersensor zu bilden. In dieser Ausführungsform ist die Metallisierungsschicht 160 gestaltet worden, um den Reflektor 166 zu bilden. Die Durchgänge 168 werden bereitgestellt, um elektrisch die Kontaktstrukturen zu verbinden. Die Durchgänge 168 und die Kontaktstrukturen 164 sind ausgerichtet, um Anker 170 zu bilden, welche den Absorber an das Substrat anschließen.
Der Absorber 144 ist aus der Polymerschicht 142 gebildet. Die Polymer-Opferschicht 142 wird entfernt, z. B. indem ein O₂-Plasma-Ätzprozess benutzt wird, um den Absorber 144 freizugeben und den Reflektor 166 freizulegen. In dieser Ausführungsform werden Furchen bzw. Gräben 172 in der Polymerschicht 142 bereitgestellt, welche sich durch die Polymerschicht 142 zu den Metallkontakten 164 in der Metallisierungsschicht 160 erstrecken, um zu gestatten, dass die Absorberschicht 144 Kontakt mit den Ankern herstellt. Wie in 11 dargestellt wird, sobald die Polymerschicht entfernt ist, gestattet die Geometrie des Absorbers, welche durch die Gräben 172 definiert ist, dass die Absorberschicht oberhalb des Reflektors 166 aufgehängt ist, um eine Lücke mit einer Breite zu bilden, welche der Dicke der Polymerschicht 142 entspricht. Die Gräben können auch in der Polymerschicht bereitgestellt sein, um den Absorber zu gestalten, um die mechanische Stabilität zu erhöhen. Zum Beispiel stellt 12 eine alternative Ausführungsform des Absorbers der 10 und 11 dar, welche U-förmige Strukturmerkmale 174 beinhaltet, welche durch zusätzliche Gräben (nicht gezeigt) in der Polymerschicht bereitgestellt sind.
13 und 14 zeigen Beispiele der Bolometer, welche gestaltete Reflektoren beinhalten, welche durch unterschiedliche Metallisierungsschichten und Durchgänge in dem CMOS-Substrat gebildet sind, um die reflektierenden Charakteristika des Reflektors einzujustieren. In 13 beinhaltet das CMOS-Substrat 176 Metallisierungsschichten 178, 180, 182, 184, welche gestaltet worden sind, um Säulen 186 zu bilden, welche den Absorber 188 oberhalb eines gestalteten Reflektors 190 aufhängen. Die Basis 192 des gestalteten Reflektors 190 ist durch die Metallisierungsschicht 180 gebildet, welche durch einen verbleibenden Teilbereich einer Oxidschicht 198 auf dem Substrat gestützt wird. Der gestaltete Reflektor 190 beinhaltet Durchgänge/Säulen 194, welche Teilbereiche 196 der Metallisierungsschicht 182 oberhalb des Basisreflektors 192 aufhängen. In der beispielhaften Ausführungsform der 13 wird der gestaltete Reflektor 190 durch zwei Metallisierungsschichten 180, 182 und einen Zwischen-Metall-Durchgang 194 gebildet. 14 stellt eine alternative beispielhafte Ausführungsform des Substrates 176 der 13 dar, welche einen gestalteten Reflektor 190' beinhaltet, welcher durch drei Metallisierungsschichten und zwei Zwischen-Metall-Durchgänge gebildet ist. In 14 wird die Basis 192 des Reflektors 190' durch die Metallisierungsschicht 178 gebildet, welche durch die Oxidschicht 200 gestützt ist. Die Säulen 194 sind oberhalb der Basis 192 durch zwei Metallisierungsschichten 180, 182 und zwei Zwischen-Metall-Durchgänge gebildet. Die Oxidschicht 198 ist vollständig von den Flächen zischen den Säulen 194 entfernt worden.
15 und 16 stellen eine Ausführungsform eines Bolometers dar, in welchem die Absorberschicht des Bolometers elektrisch an die Durchgänge, anstatt an einen Metallisierungsschichtkontakt, angeschlossen ist. Wie in 15 dargestellt, beinhaltet das CMOS-Substrat 202 Oxidschichten 204, 206, 208, 210 und Metallisierungsschichten 212, 214, 216. Die Metallisierungsschichten 212, 214, 216 sind gestaltet, um Leiter 218 und Kontakte 220 zu bilden, ebenso wie mögliche Reflektoren 222. Die Durchgänge 224 sind bereitgestellt, um elektrisch die Kontakte 220 zu verbinden und um Säulen 226 zu bilden. Eine Absorberschicht 228 ist auf der Oxidschicht 210 gebildet, welche elektrisch an die Durchgänge 224 in der Oxidschicht 210 angeschlossen ist, so dass eine oberste Metallisierungsschicht nicht auf der Oberfläche der obersten Oxidschicht 210 bereitzustellen ist.
16 zeigt das Substrat 202 der 15, nachdem das Opferoxid, d. h. die Oxidschichten 208, 210, und Teilbereiche der Schicht 206 entfernt worden sind, wobei ein Wasserstofffluorsäure-Dampf-Trockenätzprozess benutzt wird. In dieser Ausführungsform wird die Metallisierungsschicht 216 benutzt, um den Reflektor 222 zu bilden. In alternativen Ausführungsformen könnte der Reflektor 222 auch durch die Metallisierungsschicht 214 oder die Metallisierungsschicht 212 gebildet werden.
17 und 18 stellen eine Ausführungsform eines Bolometers dar, in welchem Gräben in dem Oxid des CMOS-Substrates bereitgestellt sind, um die Absorberschicht des Bolometers zu gestalten, ähnlich zu der Ausführungsform der 12. Wie in 17 dargestellt wird, beinhaltet das CMOS-Substrat 230 die Oxidschicht 232, 234, 236, 238 und die Metallisierungsschichten 240, 242, 244, 246. Die Metallisierungsschichten sind gestaltet, um Leiter 238, Kontakte 250 und mögliche Reflektoren 252 zu bilden. Die Durchgänge 254 sind bereitgestellt, um elektrisch die Kontakte zu verbinden und Säulen 256 zu bilden. Eine Absorberschicht 258 ist auf der Oxidschicht 238 gebildet. Gräben 260 werden in der Oxidschicht 238 bereitgestellt, um strukturelle Merkmale zu dem Absorber hinzuzufügen, um die Leistungsfähigkeit zu verstärken oder die strukturelle Stabilität zu erhöhen.
In der Ausführungsform der 17 und 18 werden zwei Gräben 260 bereitgestellt, welche konfiguriert sind, um U-förmige Rillen oder Strahlen 262 in dem Absorber 259 zu bilden. In alternativen Ausführungsformen können mehr oder weniger Gräben mit unterschiedlichen Formen benutzt werden, um unterschiedliche strukturelle Merkmale für den Absorber einzubauen. In einigen Ausführungsformen kann zusätzliches Material auf der Oberfläche der Oxidschicht 238 hinzugefügt werden, wie zum Beispiel Kontaktstellen oder kleine Erhöhungen (nicht gezeigt), um strukturelle Elemente zu dem Absorber hinzuzufügen, welche sich aufwärts von der Oxidschicht 238 erstrecken.
Während die Offenbarung im Detail in den Zeichnungen und der vorhergegangenen Beschreibung dargestellt und beschrieben worden ist, sollte dasselbe als erläuternd und nicht restriktiv von der Art her betrachtet werden. Es ist davon auszugehen, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen präsentiert worden sind und dass gewünscht wird, dass alle Veränderungen, Modifikationen und weiteren Anwendungen, welche in den Geist der Offenbarung fallen, geschützt werden.

Claims

Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung, welche aufweist: Bilden wenigstens einer Opferschicht auf einem Substrat während eines komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Prozesses; Ablagern einer Absorberschicht auf der Oberfläche der wenigstens einen Opferschicht; und Entfernen eines Teilbereiches der wenigstens einen Opferschicht unterhalb der Absorberschicht, um eine Lücke zu bilden, über welcher ein Teilbereich der Absorberschicht aufgehängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: Ablagern wenigstens einer Metallisierungsschicht auf dem Substrat; Bilden wenigstens einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Metallisierungsschicht; Bilden von Säulenstrukturen in der wenigstens einen Oxidschicht, welche elektrisch an die wenigstens eine Metallisierungsschicht angeschlossen ist; Ablagern der Absorberschicht auf der Oberfläche der wenigstens einen Oxidschicht und den Säulenstrukturen, so dass die Absorberschicht elektrisch an die Säulenstrukturen angeschlossen ist; und Benutzen der wenigstens einen Oxidschicht als eine Opferschicht durch das Entfernen eines Teilbereiches der wenigstens einen Oxidschicht unter der Absorberschicht und um die Säulenstrukturen herum, um die Lücke mit dem Teilbereich der Absorberschicht, welche über der Lücke durch die Säulenstrukturen aufgehängt ist, zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner aufweist: Ablagern einer Vielzahl von Metallisierungsschichten und einer Vielzahl von Oxidschichten auf dem Substrat, auf der Oberfläche voneinander, in einem alternierenden Muster; Strukturieren der Metallisierungsschichten, um Leiter und Kontaktstrukturen auf unterschiedlichen Ebenen auf dem Substrat zu bilden, um elektrisch die Absorberschicht an den externen Schaltkreis anzuschließen, mit den Kontaktstrukturen auf unterschiedlichen Ebenen, welche vertikal mit Bezug zueinander ausgerichtet sind; und Bilden von Durchgängen, welche sich durch die Oxidschichten erstrecken und die Kontaktstrukturen elektrisch anschließen, um Säulenstrukturen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner aufweist: Ablagern einer Reflektor-Metallisierungsschicht auf der Oberfläche einer der Oxidschichten; Strukturieren der Reflektor-Metallisierungsschicht, um als Reflektor für den Absorber zu dienen; Ablagern wenigstens einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Reflektors; Ablagern der Absorberschicht auf der Oberfläche der wenigstens einen Oxidschicht auf dem Reflektor; und Entfernen eines Teilbereiches der wenigstens einen Oxidschicht unter der Absorberschicht zu dem Reflektor, um die Lücke mit dem Teilbereich der Absorberschicht, welche über der Lücke aufgehängt ist, und den Reflektor zu bilden, wobei der Reflektor unterhalb des Absorbers freigelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Vielzahl von Oxidschichten und eine Vielzahl von Metallisierungsschichten auf der Oberfläche der Reflektor-Metallisierungsschicht abgelagert sind, um einen vorher festgelegten Lückenabstand zwischen der Absorberschicht und der Reflektor-Metallisierungsschicht zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner aufweist: Ablagern einer ersten Reflektor-Metallisierungsschicht auf der Oberfläche einer ersten Oxidschicht; Bilden einer zweiten Oxidschicht auf der Oberfläche der ersten Reflektor-Metallisierungsschicht; Bilden von Durchgängen in der zweiten Oxidschicht, welche sich nach unten zu der ersten Reflektor-Metallisierungsschicht erstrecken; Ablagern einer zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht auf der Oberfläche der zweiten Oxidschicht und den Durchgängen; Strukturieren der zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht durch das Entfernen von Teilbereichen der zweiten Metallisierungsschicht und um die Durchgänge; Bilden einer dritten Oxidschicht auf der Oberfläche der zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht; Ablagern der Absorberschicht auf der Oberfläche der dritten Oxidschicht; Entfernen eines Teilbereichs der dritten Oxidschicht unterhalb des Absorbers hinunter zu der zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht und zu Teilbereichen der zweiten Oxidschicht zwischen den Durchgängen hinunter zu der ersten Reflektor-Metallisierungsschicht, um die Lücke mit dem Teilbereich der Absorberschicht, welche über der Lücke abgehängt ist, und den ersten und zweiten Reflektor-Metallisierungsschichten zu bilden, welche unterhalb des Absorbers freigelegt sind, um eine gestaltete Reflektorstruktur zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner aufweist: Ablagern einer dritten Reflektor-Metallisierungsschicht auf der Oberfläche der dritten Oxidschicht; Bilden von Durchgängen in der dritten Oxidschicht, welche sich nach unten zu der zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht erstrecken und welche mit den Durchgängen in der zweiten Oxidschicht ausgerichtet sind; Gestalten der dritten Reflektor-Metallisierungsschicht durch das Entfernen von Teilbereichen der dritten Reflektor-Metallisierungsschicht rund um die Durchgänge in der dritten Oxidschicht; Bilden einer vierten Oxidschicht auf der Oberfläche der dritten Reflektor-Metallisierungsschicht; Ablagern der Absorberschicht auf der Oberfläche der vierten Oxidschicht; und Entfernen eines Teilbereiches der vierten Oxidschicht unterhalb des Absorbers, hinunter zu der dritten Reflektorstruktur, von Teilbereichen der dritten Oxidschicht zwischen den Durchgängen hinunter zu der zweiten Reflektor-Metallisierungsschicht und von Teilbereichen der zweiten Oxidschicht zwischen den Durchgängen hinunter zu der ersten Reflektor-Metallisierungsschicht, um die Lücke mit dem Teilbereich der Absorberschicht, welche über der Lücke aufgehängt ist, und den ersten, zweiten und dritten Reflektor-Metallisierungsschichten zu bilden, welche unterhalb des Absorbers freigelegt sind, um die gestaltete Reflektorstruktur zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: bilden von U-förmigen Gräben in der Opferschicht, um U-förmige Strahlen in der Absorberschicht zu bilden; Ablagern der Absorberschicht auf der Oberfläche der Opferschicht und in den U-förmigen Gräben; und Entfernen der Opferschicht, wobei die U-förmigen Gräben unterhalb des Absorbers beinhaltet sind, um die Lücke mit dem Teilbereich der Absorberschicht zu bilden, wobei die U-förmigen Strahlen beinhaltet sind, welche durch die U-förmigen Gräben definiert sind, welche über der Lücke aufgehängt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht ein Oxid des CMOS-Prozesses aufweist; und wobei das Oxid entfernt wird, um die Lücke zu bilden, wobei ein selektiver Wasserstoff-Fluorsäure-Dampf-Trockenätz-Freigabeprozess benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Opferschicht eine Polymerschicht aufweist; und wobei die Polymerschicht entfernt wird, um die Lücke zu bilden, wobei ein O₂-Plasma-Ätzprozess benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Absorberschicht abgelagert wird, wobei ein Atomschicht-Ablagerungsprozess benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Absorberschicht bei einer Dicke von ungefähr 50 nm oder weniger abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Absorberschicht aus Metall gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Absorberschicht wenigstens eines von Titan und Platin aufweist.
Bolometersensor, welcher aufweist: ein CMOS-Substrat; eine Vielzahl von Oxidschichten, welche auf dem Substrat während eines CMOS-Prozesses abgelagert sind; eine Vielzahl von Metallisierungsschichten, welche auf unterschiedlichen Ebenen zwischen den Oxidschichten während des CMOS-Prozesses abgelagert sind, wobei die Metallisierungsschichten gestaltet sind, um Leiter und Kontaktstrukturen bei unterschiedlichen Ebenen zu bilden, um den Sensor an eine externe Schaltung elektrisch anzuschließen, wobei die Kontaktstrukturen auf unterschiedlichen Ebenen vertikal mit Bezug zueinander justiert sind, wobei wenigstens eine der Metallisierungsschichten gestaltet ist, um eine Reflektorstruktur zu bilden; Durchgänge, welche in den Oxidschichten gebildet sind, welche vertikal mit den Kontaktstrukturen justiert sind und welche sich zwischen den Kontaktstrukturen erstrecken und diese elektrisch anschließen, wobei die vertikal justierten Durchgänge und Kontaktstrukturen Säulenstrukturen bilden; und eine Absorberschicht, welche über der Reflektorstruktur durch die Säulenstrukturen aufgehängt ist, wobei die Oxidschichten zwischen der Absorberschicht und der Reflektorstruktur entfernt werden, um eine Lücke dazwischen zu definieren.
Sensor nach Anspruch 15, wobei wenigstens zwei der Metallisierungsschichten benutzt werden, um die Reflektorstruktur zu bilden, wobei eine erste Metallisierungsschicht für den Reflektor auf einer ersten Ebene abgelagert ist, wobei wenigstens eine zweite Metallisierungsschicht auf einer zweiten Ebene oberhalb der ersten Ebene abgelagert ist, wobei die zweite Metallisierungsschicht gestaltet ist und oberhalb der ersten Ebene durch Säulen gestützt ist, und wobei die gestaltete zweite Metallisierungsschicht und Teilbereiche der ersten Metallisierungsschicht zwischen den Säulen in der Lücke freigelegt sind, um einen gestalteten Reflektor zu bilden.
Sensor nach Anspruch 16, wobei eine dritte Metallisierungsschicht auf einer dritten Ebene abgelagert ist, welche oberhalb der zweiten Ebene ist, wobei die dritte Metallisierungsschicht gestaltet ist und oberhalb der zweiten Ebene durch Säulen gestützt ist, welche mit den Säulen justiert sind, welche die zweite Metallisierungsschicht unterstützen, wobei die gestaltete dritte Metallisierungsschicht, die gestaltete zweite Metallisierungsschicht und Teilbereiche der ersten Metallisierungsschicht zwischen den Säulen in der Lücke freigelegt sind, um die gestaltete Reflektorstruktur zu bilden.
Sensor nach Anspruch 15, wobei die Absorberschicht U-förmige Strahlen beinhaltet, welche während der Ablagerung der Absorberschicht durch U-förmige Gräben in einer Opferschicht unterhalb des Absorbers definiert sind.