JP3605487B2 - 浮遊式微細構造を製造するための方法および浮遊式微細構造処理アセンブリ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の背景】
この発明は、微細構造であって、両立しにくい処理工程を用いて準備されなければならないが、最終的な微細構造の最終生産物に物理的に近接した関係で一体化されなければならない、複数の下部構造からなるものの製造に関する。
【０００２】
浮遊式微細構造（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）はさまざまな用途、主に、動作するために熱的または機械的分離を必要とする用途のために開発されてきた。熱的分離のカテゴリにおいては恐らくマイクロボロメータが最もよい例だろう。マイクロボロメータは、従来の表面微細加工技術を用いて多重化集積回路の上に浮遊された、小さな熱センサのアレイを用いる。
【０００３】
機械的分離のために浮遊されたデバイスのカテゴリは多くの精密機械の用途を含む。表面加工技術およびバルク加工技術の両方を用いて、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロフォン、圧力センサおよび移動式ミラーディスプレイといった多くのディスクリートなデバイスが作られたきた。
【０００４】
赤外線ボロメータアレイに関する先行技術はハネウェル処理によって最もよく表わされ、このハネウェル処理は、シリコン集積回路の上部上にさまざまな材料を堆積、エッチングおよびパターン処理することを伴う。集積回路は高温度、イオン衝撃または化学的環境といった状況に対し感度が高いため、これらの付加的な処理工程は厳しく制限される。処理、材料の選択および結果として生じるデバイスの品質には妥協が必要である。
【０００５】
【発明の概要】
この発明は浮遊式微細構造を製造するための方法にかかわり、この方法は一時的な基板に第１の面を設けるステップと、第１の面上に第１の微細構造を製造して第１の微細構造アセンブリを形成するステップと、最終基板に第２の面を設けるステップと、第２の面上に第２の微細構造を製造して第２の微細構造アセンブリを形成するステップと、少なくとも１つの接続エレメントを形成して、第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとを、第１の面と第２の面とが予め定められたように分離されかつ整列されて向かい合うように結合するステップと、第１の微細構造と第２の微細構造との間に取り除き可能な接合媒体を導入して２つの微細構造アセンブリを一時的に固定するステップと、一時的な基板を取り除くステップと、接合媒体を取り除き、それにより第１の微細構造と第２の微細構造との間の分離および整列関係を保ったまま、第１の微細構造が最終基板に固定された状態にするステップとを含む。
【０００６】
少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップは、少なくとも１つの導電性のコンタクトを装着して第１の微細構造と第２の微細構造との間に電気接続を確立するステップをさらに含んでもよい。これに代わって、少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップは第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとの間に少なくとも１つの非導電性のスペーサを装着することによって達成されてもよい。
【０００７】
この方法のより特定的な実施例は、一時的な基板を取り除くステップの後に少なくとも１つの導電性のコンタクトを第１の微細構造アセンブリの背面から第１の微細構造に形成するステップを含む。
【０００８】
第１の微細構造を製造するステップは、多くのレベルの浮遊式構造を可能にするよう、取り除き可能な層の製造を含んでもよい。
【０００９】
取り除き可能な接合媒体を導入するステップは、第１の微細構造と第２の微細構造との間に有機物の接合媒体を注入することによって行なわれてもよく、この場合接合媒体を取り除くステップは、酸素プラズマによるドライエッチングによって有機物の接合媒体を取り除くことを含む。
【００１０】
この発明によって製造される浮遊式微細構造処理アセンブリは第１の微細構造アセンブリであって、第１の面と、第１の面上に製造される他第１の微細構造とを有する一時的な基板を備えるものと、第２の微細構造アセンブリであって、第２の面と、第２の面上に製造される第２の微細構造とを有する最終基板を含むものと、第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとを予め定められたように分離されかつ整列関係に配置されるように結合するための接続エレメントと、一時的な基板が取り除かれるまで第１の微細構造アセンブリを第２の微細構造アセンブリに一時的に固定する取り除き可能な接合とを含む。
【００１１】
接続エレメントは、導電性のコンタクトまたは非導電性のスペーサであってもよい。導電性のコンタクトは第１の微細構造アセンブリの背面から第１の微細構造に与えられてもよい。さらに、第１の面上に製造される第１の微細構造は複数のレベルの浮遊式構造を可能にするよう、取り除き可能な層を組み込んでもよい。
【００１２】
【詳細な説明】
この発明は、半導体集積回路上の浮遊式薄膜微細構造エレメントまたはエレメントのアレイの製造に関する。製造は、一時的な基板上に微細構造を形成し、その後この中間アセンブリをシリコンウェハ上に移動させ、一時的な基板を取り除くことによって達成される。この発明は１つの好ましい実現例のうちのいくつかの例を述べることによって例示でき、この１つの好ましい実施例は、抵抗器、半導体ダイオード、焦電気キャパシタまたは熱電接合といった温度に対する感度の強いデバイスから作られる微細構造を備えた、熱赤外線焦点面アレイ（ＩＲ ＦＰＡｓ）に関わる。浮遊式微細構造は薄膜によって作られるため、熱容量が非常に小さく、かつ基板から熱的に十分に分離されるよう設計されるが、これらはいずれも熱検出器にとって重要な特性である。熱アレイ微細構造を製造するために２つの試みが考えられる。これらの試みのうちいずれにおいても、構造およびシリコン集積回路の間の電気相互接続はまた浮遊式薄膜構造に機械的な支持を提供する。第１の機構において、検出器アレイウェハおよびマルチプレクサウェハ上に別個に形成され、その後１対１で結合される、対になったインジウムまたは半田バンプによって相互接続が達成される。第２の機構において、相互接続は金属の薄膜によって作られ、この薄膜は、一時的な基板を取り除いた後に堆積されて微細構造をシリコン集積回路に結合する。これらの２つの試みは、ＶＯ２ 薄膜抵抗器の例として以下により詳細に説明される。はじめの２つの機構を、浮遊式構造の１つのレベルよりも高く延ばす第３の機構も説明される。
【００１３】
実施例１
第１の機構において、図１の断面図に描かれるように、多くの販売業者から容易に入手できるような（半導体回路の処理に適する）良質の結晶の一時的なシリコンウェハ基板１０２を入手することによって処理が始まる。１００〜２００ナノメータの厚さのＳｉＯ２ の層１０４が処理表面上に堆積される。これは、いくつかの技術のうちのいずれであってもよいが、酸化物を生成するために典型的には熱処理が用いられる。この酸化物層はその後の堆積のために接着表面を提供するが、その上に形成される後の構造に不適当な応力をもたらさないよう十分に薄い。
【００１４】
第１のＳｉ３ Ｎ４ 層１０６がＳｉＯ２ 層上に堆積されるが、ここでもまたこの堆積は、当業者には容易に明らかであるいくつかの技術のうちいかなるものによってなされてもよい。この実施例には応力のない膜は不可欠ではないが、この層においては応力が低いことが強く所望される。これは、低い応力は最終的な自立構造における曲率を最小にし、それによりデバイスの構成における選択の自由を最大にするからである。
【００１５】
その後、熱的および電気的特性を最良にするよう選択された温度（典型的には約５５０℃）において、ＶＯ２ の層１０８がＳｉ３ Ｎ４ 層上に堆積される。このステップはこの発明の最も重要な局面のうち１つを例示することに注目したい。すなわちこの局面とは、第１の微細構造（この場合においては熱検出器アレイ）の製造に、最適な処理（この場合においては高堆積温度）を、たとえその処理が、上に浮遊式微細構造が事実上装着される第２の微細構造（この場合においてはシリコンベースのマルチプレクサ集積回路読出装置）に適用できなくても選択可能にすることである。
【００１６】
図２に示されるように、ＶＯ２ 層１０８は標準的なフォトリソグラフィ技術、典型的にはドライエッチング処理を用いる技術によって、（いくつかの形式が当業者には公知である）検出器にパターニングされる。コンタクトが作られることとなる領域には、コンタクト金属層（典型的にはＴｉおよびＮｉ）が堆積され、かつフォトリソグラフィでパターニングされ、コンタクト層１１０のようなコンタクト層を残す。パターニングされた検出器およびコンタクト金属はＳｉ３ Ｎ４ の第２の層１１２で被覆される。
【００１７】
図３に描かれるように、被覆されたウェハはその後、コンタクトホールパターンを含むマスクを用いてフォトリソグラフィでパターニングされ、ビアホールは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって被覆窒化物の中にエッチングされ、コンタクト金属面で止まる。自立構造の構造は、ここで詳細に述べられるように、Ｓｉベースのマルチプレクサに装着される前にここで形どられるか、または実施例２に述べられるようにデバイスの製造の後の段階で形どられる。いずれの工程もこの出願に述べられるすべての実施例に適用できる。一般的に場所１１６に示されるような、自立構造の検出器構造のためのパターンを含む別のフォトリソグラフィマスクが与えられ、かつここでもまた窒化物膜およびＳｉＯ２ 膜を通して反応性イオンエッチングをすることによって、パターンが形どられる。その後、フォトリソグラフィにより形どることを用いて、パッド１１８といった金属コンタクトパッドおよびバンプ１２０といったインジウムバンプが堆積される。
【００１８】
この時点で、処理されたシリコン基板１２２は、「混成」処理により第２の組の微細構造を含む第２のシリコンウェハに装着できる状態の微細構造を含み、この混成処理は技術に精通する者には周知である。図４に示されるように、マルチプレクサウェハ１２４であって、（典型的には意図される特定の熱検出器の応用に適するよう設計される）回路の、対応する微細構造アレイを含み、かつ混成のため同様に準備されたものが得られる。熱検出器の微小回路アレイを備えるウェハ１２２は、微小回路マルチプレクサアレイを備えるウェハ１２４に混成される。典型的にはこれは、微小位置付け用の整列試験具を用いることによって行なわれ、この整列試験具は力と熱とを与えてマルチプレクサウェハ上にあるコラム１２０およびインジウムコラム１２６といった、対応するＩｎコラムの間に圧縮溶接を形成し、この圧縮溶接はウェハの間の接続エレメントとして機能する。溶接された、Ｉｎバンプの最終的な高さは２つのウェハの間の間隔を本質的に決定し、この間隔は最終的には浮遊式微細構造とマルチプレクサとの間の間隙を確立する。混成構造はエポキシ１２８で満たされ、これは典型的にはウェハの間およびインジウムバンプの周りの空間に真空注入をすることによって行なわれる。特定のエポキシの要件に応じて、典型的にはいくらか加熱することによってエポキシは硬化される。
【００１９】
図５に示されるように、検出器構造の下の基板を（２〜５ミル）の薄い量だけ残してすべて取り除くために機械的ラッピングまたは研削が用いられる。このシリコンウェハの除去を仕上げるために、（シリコン処理技術に精通する者には周知である）適切なガスの種類による反応性イオンエッチングが用いられる。エッチ液はＳｉをエッチングすることに十分選択的であるため、下にあるＳｉＯ２ 膜を、無視できる程度に分解することによってＳｉを一時的な基板から取り除くために（ＫＯＨ溶液などの）ウェットケミカルエッチングを交互に用いることができる。マルチプレクサウェハの背面を酸化物または窒化物の膜で被覆する保護が必要とされるだろう。
【００２０】
このとき混成微細構造アレイは、それらを個々のデバイスに分けるよう分割されてもよい。形どられた検出器の周りに、シリコンの除去によって露出していたエポキシ層を取り除くためにここで酸素プラズマが用いられる。このドライエッチング処理は十分な全方向性を有するので、検出器の下のエポキシの部分さえ取り除き、検出器に自立構造であって、かつＩｎバンプコンタクトによって浮遊された形態をもたらし、この、Ｉｎバンプコンタクトはさらに検出器に電気コンタクトを提供する。検出器の浮遊された位置は図６によってさらに示され、これは図５の検出器側の平面図である。図７は、２次元の検出器アレイ１３０を形成するために個々の検出器がいかに組み合わされるかを示す。
【００２１】
エポキシの埋め戻しおよびドライエッチングを用いることには、先行技術に対する大きな改善が見られる。これは、プロセッサが、自立構造を得るために先行技術に用いられる他の処理に固有な汚染および表面張力による影響に耐える必要がないからである。もし所望されるならば、さらに取扱いを容易にするために、デバイスがシステムまたはフォルダの中にパッケージ化された後に、この最終のエポキシ除去ステップが行なわれてもよい。仕上げられたデバイスはこれで使用できる状態である。
【００２２】
実施例１の第１の変形
上述の実施例の第１の変形は、ウェハの形で市場の業者から容易に入手される、熱的に分離されたシリコンの部品、シリコンダイオード、シリコントランジスタまたは他の結合デバイスの温度による電気的特性の変化に基づく、熱検出器デバイスのために製造が設計される場合に用いられてもよい。この実施例において、デバイスはＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ： 絶縁体上のシリコン）ウェハの上に製造され、このＳＯＩウェハはバルクＳｉウェハ上に堆積された薄いＳｉＯ２ 膜上の単結晶Ｓｉ膜からなる。温度に対する感度が高いデバイス（ダイオード、トランジスタなど）はＳＯＩデバイスに適用される標準Ｓｉマイクロ電子製造処理を用いて上部のＳｉ薄膜から作られる。埋められた酸化物層は、Ｓｉ基板を取り除く間のエッチストップとなる。ＳＯＩウェハはいくつかの供給源から市場で入手可能である。最も簡単なアレイ（かつ、いくつかの適用例にとっては最もよい例のうちの１つ）はシリコンダイオードからなる。
【００２３】
これらのアレイは、第１の実施例に関して既に述べたように、金属パッドおよびＩｎバンプを備えパターニングされる。このとき、検出器アレイを備えたウェハのさらなる処理は、金属パッドおよび中のバンプをパターニングした後の第１の実施例について先に述べたステップと全く同じ態様で行なわれる。当業者には明らかであるように、これらの検出器は以下の第２の実施例の処理またはその変形のうちの１つに用いられてもよいことにも注目すべきである。
【００２４】
実施例１の第２の変形
実施例１の第２の変形を用いて、強誘電性材料における焦電効果に基づいた熱検出器がさらに可能であり、このデバイスは誘電体として薄膜の強誘電性材料を備えて製造されたキャパシタの形をとる。「焦電性」という用語は、焦電性膜または強誘電性膜のいずれかを意味することに注目されたい。ここに述べられた例は横キャパシタを利用し、この横キャパシタにおいては材料の極性軸は膜の面にあり、かつ電極は誘電体と、同じ側に配置される。常誘電性位相における結晶構造が立方体である、いくつかの多結晶強誘電性材料は、それらの強誘電性／常誘電性位相遷移に近い温度における適切な電界を適用することによっていかなる特定の方向にも支えることができる。この横形態は、高い誘電率を示す強誘電性材料に最も適し、かつ従来のキャパシタ検出器にまさるいくつかの利点を提供する。これらの利点は、高い電圧出力、より簡単な製造処理および強誘電性薄膜におけるピンホールへの感度が低いことを含む。
【００２５】
図８に示されるように、Ｓｉ基板４０２の上にまずＳｉＯ２ 層４０４および窒化物層４０６が堆積される。焦電性膜４０８は、スパッタによる堆積またはゾルゲル法といった、技術において公知の方法のうち１つを用いて堆積される。図９に先立って、焦電性膜は、たとえば検出器パターンの外の材料を取り除くイオンビームミリングを用いて個々の検出器に第１に形どられ、下にある窒化物層の上で止まる。熱に対する抵抗が高く、かつ焦電性材料と互換性のある、Ｐｔのような薄い金属膜によって作られる電極は、４１０に示されるように堆積され、かつリソグラフィで形どられる。電極は、インジウムバンプが堆積されることとなる浮遊式構造に沿ってキャパシタの端縁を越えて延在する。Ａｌといった厚い金属膜４１３はスパッタによって堆積されて、焦電性膜の端縁にわたって適切な電気的連続性を確保する。Ｐｔ膜は典型的には焦電性膜よりもはるかに薄いため、これらの区域においては連続的していないかもしれない。Ａｌ膜はリソグラフィにより形どられ、かつ反応性イオンエッチングされて、幅の狭いストリップを形成し、このストリップは端縁領域に広がるが、検出器の熱量または熱伝導をあまり増加させない。第２の窒化物膜４１２は浮遊式構造における応力を均衡にするよう堆積されてもよい。その後、ビアホールおよびインジウムバンプが先に説明されたように準備され、実施例１の第１の例に述べられたように処理が進む。
【００２６】
図１０に示されるように、被覆されたウェハはその後フォトリソグラフィで処理され、その後パッド４１８といった金属コンタクトパッドおよびバンプ４２０といったインジウムバンプが堆積される。
【００２７】
図１１に示されるように、マルチプレクサウェハ４２４はウェハ４２２に混成され、かつ混成構造はエポキシ４２８で満たされる。図１２は基板およびエポキシが取り除かれた後の最終アセンブリを示す。
【００２８】
実施例２
図１３から図１７までに示されるボロメータアレイの製造は、実施例１の処理に類似して行なわれ、これは図１３におけるようにＳｉＯ２ 層５０４、Ｓｉ３ Ｎ４ 層５０６およびＶＯ２ 層５０８をシリコンウェハ基板５０２上に堆積し、その後コンタクトパッド５１０といったコンタクト金属パッドを堆積することを含む。しかしこの実施例においては、パッドは以下に説明される理由で中実の長方形ではなく環状の形状に作られる。このあと実施例１におけるように窒化物被覆５１２が堆積される。
【００２９】
図１４に進むと、ポスト５３２といったスペーサポストがマルチプレクサウェハ５２４上に堆積される。このポストはＳｉＯ２ 、ガラスまたはアルミニウムといった金属から作ることができる。絶縁ポストの場合には、Ａｌといった適切な金属膜５３３が堆積され、かつ、ポストの上面にキャップを形成し、さらにＳｉ集積回路の入力リードに電気的に接続するよう形どられる。
【００３０】
浮遊式微細構造を有する検出器ウェハ５２２は、エポキシ接着剤５２８を用いてマルチプレクサウェハ５２４に接合される。接合は、実施例１に用いられる混成固定物に類似する固定物において達成される。検出器のコンタクト金属パッドおよびマルチプレクサセルが整列するよう２つのウェハが位置づけられる。接合装置はウェハに垂直に均一の圧力を与え、それにより検出器またはマルチプレクサウェハのうち一方の上にあるポストの上部が他方のウェハと密接に接触する。装置は位置合わせされた態様で２つのウェハをともに保持し、一方層の間にエポキシが注入され、かつ接着を固定するよう硬化される。その後機械的に薄くすることと反応性イオンエッチングとの組み合わせによって、実施例１に示されるように検出器からシリコン基板が取り除かれる。図１５に示されるように、微細構造パターンはドライエッチング方法を用いてリソグラフィで規定され、かつ形どられる。その後、コンタクトホール５３４といったビアが、移動した薄膜構造の中に酸化物層および第１の窒化物層を通って開かれ、このビアは環状コンタクトパッド内の穴にある第２の窒化物膜５１２を通って進み、検出器コンタクト金属５１８上で止まる。その後、ボロメータとマルチプレクサコンタクトパッドとの間のビアにあり得る薄いエポキシ層をすべて取り除くために酸素プラズマ中でドライエッチングが行なわれる。
【００３１】
次に図１６に示されるように、ＡｌまたはＩｎといった可鍛金属を用いて比較的厚い（１〜１．５ミクロンの）膜５３６を堆積し、相互接続区域を規定するリソグラフィックマスクを適用し、かつ適切なエッチ液によって相互接続区域の外の金属をエッチングすることによって相互接続が形成される。このように堆積された金属は検出器およびマルチプレクサ金属パッドの両方を結合する。これらの相互接続は実施例１のインジウムバンプ溶接と同じ目的を果たす。すなわちこの目的とは、マルチプレクサセルと検出器との間の電気コンタクトを作り、かつエポキシが取り除かれれば浮遊式検出器構造に機械的接続を提供することである。ウェハはその後個々のデバイスに分割され、実施例１に用いられるような酸素プラズマを用いてエポキシが取り除かれ、図１７に示されるような完全な検出器となる。インジウムバンプの圧縮溶接に必要な大きな力を用いることを避けるのがこの処理の利点である。
【００３２】
図１８〜２２に示されるような第２の実施例の第２の変形において、薄膜微細構造が堆積されるＳｉウェハの表面を立体的にする（Ｓｃｕｌｐｔｕｒｉｎｇ ）ことによって、浮遊式微細構造は平坦ではなく形成される。適切なリソグラフィックマスクを適用した後に出発材料のＳｉウェハ６０２が第１にエッチングされ、それにより微細構造の浮遊式部分は、マルチプレクサチップに取り付けられる構造の部分よりも低いレベルに位置づけられることとなる。Ｓｉの表面トポグラフィが突然変化しないように、斜めのエッチングプロファイルを生み出すよう異方性エッチングまたは方向依存性エッチングが用いられる。典型的に、Ｓｉのトポグラフィはポスト６３８といったポストからなり、これらのポストの上表面はＳｉウェハの元の表面であり、かつ高さは、エッチングされたＳｉの量であり、典型的には２〜５ミクロンである。
【００３３】
先に述べた実施例と同じように、シリコンウェハ基板６０２上に、ＳｉＯ２ 層６０４、Ｓｉ３ Ｎ４ 層６０６およびＶＯ２ 層６０８が堆積され、コンタクトパッド６１０といったコンタクトメタルパッドがその後堆積される。その後窒化物被覆６１２が堆積される。図１９に進むと、Ａｌといった適切な金属層６３３が堆積され、かつポストの上表面にキャップを形成し、さらにＳｉ集積回路の入力リードに電気的に接続するよう形どられる。
【００３４】
浮遊式微細構造を備えた検出器ウェハ６２２は、エポキシ接着剤６２８を用いてマルチプレクサウェハ６２４に接合される。その後図２０に示されるようにシリコン基板が検出器から取り除かれ、かつ酸化物層および第１の窒化物層を通って、移動された薄膜構造の中にコンタクトホール６３４といったビアがあけられ、このビアは環状コンタクトパッド内の穴にある第２の窒化物膜６１２を通り、検出器コンタクト６３３上で止まる。この後酸素プラズマにドライエッチングをしてボロメータとマルチプレクサコンタクトパッドとの間のビアにあり得る薄いエポキシ層をすべて取り除く。
【００３５】
次に図２１に示されるように、比較的厚い膜６３６を堆積して、検出器およびマルチプレクサ金属パッドの両方を結合することによって相互接続が形成される。その後ウェハは個々のデバイスに分割され、かつ酸素プラズマを用いてエポキシが取り除かれ、図２２に示される完全な検出器が残る。
【００３６】
実施例３
図２３〜２７に示されるようなこの実施例において、実施例１または２の、基礎的な機構は、取り除くことのできる層をさらに堆積して、浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にすることによって向上する。この向上した構造はいくつかの適用例に、多くの利点を提供する。たとえば熱検出器に用いられると、ピクセル区域のうちほぼすべてが検出器材料で満たされるのを可能にし、同時にリードの長さを延長可能にして熱的分離をよりよくする。この実施例は実施例１の派生物として示されるが、当業者は類似する構造を図１の変形または図２またはその変形からたやすく引き出すことができることに注目されたい。
【００３７】
図２３に示されるように、実施例３は実施例１に類似し、一時的な基板７０２をで始まり、この基板７０２上にＳｉＯ２ の層７０４、Ｓｉ３ Ｎ４ の層７０６およびＶＯ２ の層７０８が堆積される。ＶＯ２ または他の材料は検出器にパターン化され、コンタクトメタライゼーション７１０を受け、かつ（ＶＯ２ の場合には）Ｓｉ３ Ｎ４ の別の層７１２で被覆される。しかし構造の検出器レベルにおいて幅の狭い熱的分離リードは必要ないため、検出器パターンの形状は異なる。最後のＳｉ３ Ｎ４ を堆積した後、Ｓｉ３ Ｎ４ およびＳｉＯ２ の両方を通って、位置７４０に示されるようなシリコン基板まで反応性イオンエッチングまたはイオンミリングを行なうことにより検出器は互いに分離される。
【００３８】
図２４に示されるように、パターン処理された検出器は数ミクロンのポリマー膜７４２によって被覆され、このポリマー膜はたとえば感光性ポリイモドまたは別の有機材料であって、フォトリソグラフィでパターニングでき、かつその後の適度な堆積温度ならびに従来のフォトレジストの堆積および除去を含む、その後の処理に対して抵抗力がある。図２５に進むと、ポリイミドはフォトリソグラフィでパターニングされて、検出器上の（１つの検出器につき２つの）コンタクトパッドに、穴７４４といったコンタクト穴をあける。必要ならば、反応性イオンエッチングまたは別の化学的または機械的処理によってコンタクト区域の保護Ｓｉ３ Ｎ４ 層が取り除かれる。ライン７１８といった、各検出器に対する（典型的にはニクロムである）２つの薄いメアンダコンタクト金属ラインがポリイミド上に堆積され、かつ形どられ、それにより各ラインの一方の端部は検出器パッドに接触し、かつラインの他方の端部はインジウムコラムに適する金属パッドで終わる。構造上の強さに必要であれば、このメアンダコンタクトは、ポリイミドと両立できる（典型的には３００℃より低い）温度で堆積されたＳｉ３ Ｎ４ によって被覆される。その後窒化物はフォトリソグラフィでパターニングされ、同様のメアンダパターンに反応性イオンエッチングされて、インジウムコラムのためのメタルパッドにコンタクト穴をあける。実施例１のように、パンプ７２０といったインジウムバンプは窒化物層にあるコンタクト穴を通ってニクロム膜上に堆積される。
【００３９】
ここまでは処理は実施例１のように進む。図２６に進むと、回路の、対応する微細構造アレイを含むマルチプレクサウェハ７２４は、コラム７２０およびコラム７２６といった、対応するＩｎコラムを結合し、その後エポキシ７２８で満たすことによってウェハ７２２に混成される。図２７に示されるように、その後基板７０２は取り除かれ、エポキシは取り除かれ、浮遊式構造を残す。
【００４０】
以上に述べた実施例は熱的検出器アレイの発明の適用例を示したが、この発明技術は多くの他のデバイスにも潜在的に適用できる。当業者には修正および付加的な実施例が疑いもなく明らかとなるだろう。さらに、均等な要素が、ここに示され、述べられたものと替えられてもよく部品または接続点が逆であったり、またはさもなければ互いに交換されてもよく、かつこの発明のいくかの特徴は他の特徴から独立して用いられてもよい。したがって、例示的な実施例は包括的ではなく例示的であると見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲はこの発明の全範囲をより示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図２】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図３】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図４】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図５】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図６】図１〜５の製造処理によって達成された浮遊式検出器を示す平面図である。
【図７】２次元の検出器アレイを形成するよう図２の個々の検出器がいかに組み合わされるかを示す平面図である。
【図８】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図９】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１０】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１１】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１２】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１３】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１４】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１５】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１６】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１７】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１８】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図１９】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２０】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２１】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２２】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２３】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２４】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２５】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２６】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２７】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【符号の説明】
１０２ 一時的な基板
【発明の背景】
この発明は、微細構造であって、両立しにくい処理工程を用いて準備されなければならないが、最終的な微細構造の最終生産物に物理的に近接した関係で一体化されなければならない、複数の下部構造からなるものの製造に関する。
【０００２】
浮遊式微細構造（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）はさまざまな用途、主に、動作するために熱的または機械的分離を必要とする用途のために開発されてきた。熱的分離のカテゴリにおいては恐らくマイクロボロメータが最もよい例だろう。マイクロボロメータは、従来の表面微細加工技術を用いて多重化集積回路の上に浮遊された、小さな熱センサのアレイを用いる。
【０００３】
機械的分離のために浮遊されたデバイスのカテゴリは多くの精密機械の用途を含む。表面加工技術およびバルク加工技術の両方を用いて、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロフォン、圧力センサおよび移動式ミラーディスプレイといった多くのディスクリートなデバイスが作られたきた。
【０００４】
赤外線ボロメータアレイに関する先行技術はハネウェル処理によって最もよく表わされ、このハネウェル処理は、シリコン集積回路の上部上にさまざまな材料を堆積、エッチングおよびパターン処理することを伴う。集積回路は高温度、イオン衝撃または化学的環境といった状況に対し感度が高いため、これらの付加的な処理工程は厳しく制限される。処理、材料の選択および結果として生じるデバイスの品質には妥協が必要である。
【０００５】
【発明の概要】
この発明は浮遊式微細構造を製造するための方法にかかわり、この方法は一時的な基板に第１の面を設けるステップと、第１の面上に第１の微細構造を製造して第１の微細構造アセンブリを形成するステップと、最終基板に第２の面を設けるステップと、第２の面上に第２の微細構造を製造して第２の微細構造アセンブリを形成するステップと、少なくとも１つの接続エレメントを形成して、第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとを、第１の面と第２の面とが予め定められたように分離されかつ整列されて向かい合うように結合するステップと、第１の微細構造と第２の微細構造との間に取り除き可能な接合媒体を導入して２つの微細構造アセンブリを一時的に固定するステップと、一時的な基板を取り除くステップと、接合媒体を取り除き、それにより第１の微細構造と第２の微細構造との間の分離および整列関係を保ったまま、第１の微細構造が最終基板に固定された状態にするステップとを含む。
【０００６】
少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップは、少なくとも１つの導電性のコンタクトを装着して第１の微細構造と第２の微細構造との間に電気接続を確立するステップをさらに含んでもよい。これに代わって、少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップは第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとの間に少なくとも１つの非導電性のスペーサを装着することによって達成されてもよい。
【０００７】
この方法のより特定的な実施例は、一時的な基板を取り除くステップの後に少なくとも１つの導電性のコンタクトを第１の微細構造アセンブリの背面から第１の微細構造に形成するステップを含む。
【０００８】
第１の微細構造を製造するステップは、多くのレベルの浮遊式構造を可能にするよう、取り除き可能な層の製造を含んでもよい。
【０００９】
取り除き可能な接合媒体を導入するステップは、第１の微細構造と第２の微細構造との間に有機物の接合媒体を注入することによって行なわれてもよく、この場合接合媒体を取り除くステップは、酸素プラズマによるドライエッチングによって有機物の接合媒体を取り除くことを含む。
【００１０】
この発明によって製造される浮遊式微細構造処理アセンブリは第１の微細構造アセンブリであって、第１の面と、第１の面上に製造される他第１の微細構造とを有する一時的な基板を備えるものと、第２の微細構造アセンブリであって、第２の面と、第２の面上に製造される第２の微細構造とを有する最終基板を含むものと、第１の微細構造アセンブリと第２の微細構造アセンブリとを予め定められたように分離されかつ整列関係に配置されるように結合するための接続エレメントと、一時的な基板が取り除かれるまで第１の微細構造アセンブリを第２の微細構造アセンブリに一時的に固定する取り除き可能な接合とを含む。
【００１１】
接続エレメントは、導電性のコンタクトまたは非導電性のスペーサであってもよい。導電性のコンタクトは第１の微細構造アセンブリの背面から第１の微細構造に与えられてもよい。さらに、第１の面上に製造される第１の微細構造は複数のレベルの浮遊式構造を可能にするよう、取り除き可能な層を組み込んでもよい。
【００１２】
【詳細な説明】
この発明は、半導体集積回路上の浮遊式薄膜微細構造エレメントまたはエレメントのアレイの製造に関する。製造は、一時的な基板上に微細構造を形成し、その後この中間アセンブリをシリコンウェハ上に移動させ、一時的な基板を取り除くことによって達成される。この発明は１つの好ましい実現例のうちのいくつかの例を述べることによって例示でき、この１つの好ましい実施例は、抵抗器、半導体ダイオード、焦電気キャパシタまたは熱電接合といった温度に対する感度の強いデバイスから作られる微細構造を備えた、熱赤外線焦点面アレイ（ＩＲ ＦＰＡｓ）に関わる。浮遊式微細構造は薄膜によって作られるため、熱容量が非常に小さく、かつ基板から熱的に十分に分離されるよう設計されるが、これらはいずれも熱検出器にとって重要な特性である。熱アレイ微細構造を製造するために２つの試みが考えられる。これらの試みのうちいずれにおいても、構造およびシリコン集積回路の間の電気相互接続はまた浮遊式薄膜構造に機械的な支持を提供する。第１の機構において、検出器アレイウェハおよびマルチプレクサウェハ上に別個に形成され、その後１対１で結合される、対になったインジウムまたは半田バンプによって相互接続が達成される。第２の機構において、相互接続は金属の薄膜によって作られ、この薄膜は、一時的な基板を取り除いた後に堆積されて微細構造をシリコン集積回路に結合する。これらの２つの試みは、ＶＯ２ 薄膜抵抗器の例として以下により詳細に説明される。はじめの２つの機構を、浮遊式構造の１つのレベルよりも高く延ばす第３の機構も説明される。
【００１３】
実施例１
第１の機構において、図１の断面図に描かれるように、多くの販売業者から容易に入手できるような（半導体回路の処理に適する）良質の結晶の一時的なシリコンウェハ基板１０２を入手することによって処理が始まる。１００〜２００ナノメータの厚さのＳｉＯ２ の層１０４が処理表面上に堆積される。これは、いくつかの技術のうちのいずれであってもよいが、酸化物を生成するために典型的には熱処理が用いられる。この酸化物層はその後の堆積のために接着表面を提供するが、その上に形成される後の構造に不適当な応力をもたらさないよう十分に薄い。
【００１４】
第１のＳｉ３ Ｎ４ 層１０６がＳｉＯ２ 層上に堆積されるが、ここでもまたこの堆積は、当業者には容易に明らかであるいくつかの技術のうちいかなるものによってなされてもよい。この実施例には応力のない膜は不可欠ではないが、この層においては応力が低いことが強く所望される。これは、低い応力は最終的な自立構造における曲率を最小にし、それによりデバイスの構成における選択の自由を最大にするからである。
【００１５】
その後、熱的および電気的特性を最良にするよう選択された温度（典型的には約５５０℃）において、ＶＯ２ の層１０８がＳｉ３ Ｎ４ 層上に堆積される。このステップはこの発明の最も重要な局面のうち１つを例示することに注目したい。すなわちこの局面とは、第１の微細構造（この場合においては熱検出器アレイ）の製造に、最適な処理（この場合においては高堆積温度）を、たとえその処理が、上に浮遊式微細構造が事実上装着される第２の微細構造（この場合においてはシリコンベースのマルチプレクサ集積回路読出装置）に適用できなくても選択可能にすることである。
【００１６】
図２に示されるように、ＶＯ２ 層１０８は標準的なフォトリソグラフィ技術、典型的にはドライエッチング処理を用いる技術によって、（いくつかの形式が当業者には公知である）検出器にパターニングされる。コンタクトが作られることとなる領域には、コンタクト金属層（典型的にはＴｉおよびＮｉ）が堆積され、かつフォトリソグラフィでパターニングされ、コンタクト層１１０のようなコンタクト層を残す。パターニングされた検出器およびコンタクト金属はＳｉ３ Ｎ４ の第２の層１１２で被覆される。
【００１７】
図３に描かれるように、被覆されたウェハはその後、コンタクトホールパターンを含むマスクを用いてフォトリソグラフィでパターニングされ、ビアホールは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって被覆窒化物の中にエッチングされ、コンタクト金属面で止まる。自立構造の構造は、ここで詳細に述べられるように、Ｓｉベースのマルチプレクサに装着される前にここで形どられるか、または実施例２に述べられるようにデバイスの製造の後の段階で形どられる。いずれの工程もこの出願に述べられるすべての実施例に適用できる。一般的に場所１１６に示されるような、自立構造の検出器構造のためのパターンを含む別のフォトリソグラフィマスクが与えられ、かつここでもまた窒化物膜およびＳｉＯ２ 膜を通して反応性イオンエッチングをすることによって、パターンが形どられる。その後、フォトリソグラフィにより形どることを用いて、パッド１１８といった金属コンタクトパッドおよびバンプ１２０といったインジウムバンプが堆積される。
【００１８】
この時点で、処理されたシリコン基板１２２は、「混成」処理により第２の組の微細構造を含む第２のシリコンウェハに装着できる状態の微細構造を含み、この混成処理は技術に精通する者には周知である。図４に示されるように、マルチプレクサウェハ１２４であって、（典型的には意図される特定の熱検出器の応用に適するよう設計される）回路の、対応する微細構造アレイを含み、かつ混成のため同様に準備されたものが得られる。熱検出器の微小回路アレイを備えるウェハ１２２は、微小回路マルチプレクサアレイを備えるウェハ１２４に混成される。典型的にはこれは、微小位置付け用の整列試験具を用いることによって行なわれ、この整列試験具は力と熱とを与えてマルチプレクサウェハ上にあるコラム１２０およびインジウムコラム１２６といった、対応するＩｎコラムの間に圧縮溶接を形成し、この圧縮溶接はウェハの間の接続エレメントとして機能する。溶接された、Ｉｎバンプの最終的な高さは２つのウェハの間の間隔を本質的に決定し、この間隔は最終的には浮遊式微細構造とマルチプレクサとの間の間隙を確立する。混成構造はエポキシ１２８で満たされ、これは典型的にはウェハの間およびインジウムバンプの周りの空間に真空注入をすることによって行なわれる。特定のエポキシの要件に応じて、典型的にはいくらか加熱することによってエポキシは硬化される。
【００１９】
図５に示されるように、検出器構造の下の基板を（２〜５ミル）の薄い量だけ残してすべて取り除くために機械的ラッピングまたは研削が用いられる。このシリコンウェハの除去を仕上げるために、（シリコン処理技術に精通する者には周知である）適切なガスの種類による反応性イオンエッチングが用いられる。エッチ液はＳｉをエッチングすることに十分選択的であるため、下にあるＳｉＯ２ 膜を、無視できる程度に分解することによってＳｉを一時的な基板から取り除くために（ＫＯＨ溶液などの）ウェットケミカルエッチングを交互に用いることができる。マルチプレクサウェハの背面を酸化物または窒化物の膜で被覆する保護が必要とされるだろう。
【００２０】
このとき混成微細構造アレイは、それらを個々のデバイスに分けるよう分割されてもよい。形どられた検出器の周りに、シリコンの除去によって露出していたエポキシ層を取り除くためにここで酸素プラズマが用いられる。このドライエッチング処理は十分な全方向性を有するので、検出器の下のエポキシの部分さえ取り除き、検出器に自立構造であって、かつＩｎバンプコンタクトによって浮遊された形態をもたらし、この、Ｉｎバンプコンタクトはさらに検出器に電気コンタクトを提供する。検出器の浮遊された位置は図６によってさらに示され、これは図５の検出器側の平面図である。図７は、２次元の検出器アレイ１３０を形成するために個々の検出器がいかに組み合わされるかを示す。
【００２１】
エポキシの埋め戻しおよびドライエッチングを用いることには、先行技術に対する大きな改善が見られる。これは、プロセッサが、自立構造を得るために先行技術に用いられる他の処理に固有な汚染および表面張力による影響に耐える必要がないからである。もし所望されるならば、さらに取扱いを容易にするために、デバイスがシステムまたはフォルダの中にパッケージ化された後に、この最終のエポキシ除去ステップが行なわれてもよい。仕上げられたデバイスはこれで使用できる状態である。
【００２２】
実施例１の第１の変形
上述の実施例の第１の変形は、ウェハの形で市場の業者から容易に入手される、熱的に分離されたシリコンの部品、シリコンダイオード、シリコントランジスタまたは他の結合デバイスの温度による電気的特性の変化に基づく、熱検出器デバイスのために製造が設計される場合に用いられてもよい。この実施例において、デバイスはＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ： 絶縁体上のシリコン）ウェハの上に製造され、このＳＯＩウェハはバルクＳｉウェハ上に堆積された薄いＳｉＯ２ 膜上の単結晶Ｓｉ膜からなる。温度に対する感度が高いデバイス（ダイオード、トランジスタなど）はＳＯＩデバイスに適用される標準Ｓｉマイクロ電子製造処理を用いて上部のＳｉ薄膜から作られる。埋められた酸化物層は、Ｓｉ基板を取り除く間のエッチストップとなる。ＳＯＩウェハはいくつかの供給源から市場で入手可能である。最も簡単なアレイ（かつ、いくつかの適用例にとっては最もよい例のうちの１つ）はシリコンダイオードからなる。
【００２３】
これらのアレイは、第１の実施例に関して既に述べたように、金属パッドおよびＩｎバンプを備えパターニングされる。このとき、検出器アレイを備えたウェハのさらなる処理は、金属パッドおよび中のバンプをパターニングした後の第１の実施例について先に述べたステップと全く同じ態様で行なわれる。当業者には明らかであるように、これらの検出器は以下の第２の実施例の処理またはその変形のうちの１つに用いられてもよいことにも注目すべきである。
【００２４】
実施例１の第２の変形
実施例１の第２の変形を用いて、強誘電性材料における焦電効果に基づいた熱検出器がさらに可能であり、このデバイスは誘電体として薄膜の強誘電性材料を備えて製造されたキャパシタの形をとる。「焦電性」という用語は、焦電性膜または強誘電性膜のいずれかを意味することに注目されたい。ここに述べられた例は横キャパシタを利用し、この横キャパシタにおいては材料の極性軸は膜の面にあり、かつ電極は誘電体と、同じ側に配置される。常誘電性位相における結晶構造が立方体である、いくつかの多結晶強誘電性材料は、それらの強誘電性／常誘電性位相遷移に近い温度における適切な電界を適用することによっていかなる特定の方向にも支えることができる。この横形態は、高い誘電率を示す強誘電性材料に最も適し、かつ従来のキャパシタ検出器にまさるいくつかの利点を提供する。これらの利点は、高い電圧出力、より簡単な製造処理および強誘電性薄膜におけるピンホールへの感度が低いことを含む。
【００２５】
図８に示されるように、Ｓｉ基板４０２の上にまずＳｉＯ２ 層４０４および窒化物層４０６が堆積される。焦電性膜４０８は、スパッタによる堆積またはゾルゲル法といった、技術において公知の方法のうち１つを用いて堆積される。図９に先立って、焦電性膜は、たとえば検出器パターンの外の材料を取り除くイオンビームミリングを用いて個々の検出器に第１に形どられ、下にある窒化物層の上で止まる。熱に対する抵抗が高く、かつ焦電性材料と互換性のある、Ｐｔのような薄い金属膜によって作られる電極は、４１０に示されるように堆積され、かつリソグラフィで形どられる。電極は、インジウムバンプが堆積されることとなる浮遊式構造に沿ってキャパシタの端縁を越えて延在する。Ａｌといった厚い金属膜４１３はスパッタによって堆積されて、焦電性膜の端縁にわたって適切な電気的連続性を確保する。Ｐｔ膜は典型的には焦電性膜よりもはるかに薄いため、これらの区域においては連続的していないかもしれない。Ａｌ膜はリソグラフィにより形どられ、かつ反応性イオンエッチングされて、幅の狭いストリップを形成し、このストリップは端縁領域に広がるが、検出器の熱量または熱伝導をあまり増加させない。第２の窒化物膜４１２は浮遊式構造における応力を均衡にするよう堆積されてもよい。その後、ビアホールおよびインジウムバンプが先に説明されたように準備され、実施例１の第１の例に述べられたように処理が進む。
【００２６】
図１０に示されるように、被覆されたウェハはその後フォトリソグラフィで処理され、その後パッド４１８といった金属コンタクトパッドおよびバンプ４２０といったインジウムバンプが堆積される。
【００２７】
図１１に示されるように、マルチプレクサウェハ４２４はウェハ４２２に混成され、かつ混成構造はエポキシ４２８で満たされる。図１２は基板およびエポキシが取り除かれた後の最終アセンブリを示す。
【００２８】
実施例２
図１３から図１７までに示されるボロメータアレイの製造は、実施例１の処理に類似して行なわれ、これは図１３におけるようにＳｉＯ２ 層５０４、Ｓｉ３ Ｎ４ 層５０６およびＶＯ２ 層５０８をシリコンウェハ基板５０２上に堆積し、その後コンタクトパッド５１０といったコンタクト金属パッドを堆積することを含む。しかしこの実施例においては、パッドは以下に説明される理由で中実の長方形ではなく環状の形状に作られる。このあと実施例１におけるように窒化物被覆５１２が堆積される。
【００２９】
図１４に進むと、ポスト５３２といったスペーサポストがマルチプレクサウェハ５２４上に堆積される。このポストはＳｉＯ２ 、ガラスまたはアルミニウムといった金属から作ることができる。絶縁ポストの場合には、Ａｌといった適切な金属膜５３３が堆積され、かつ、ポストの上面にキャップを形成し、さらにＳｉ集積回路の入力リードに電気的に接続するよう形どられる。
【００３０】
浮遊式微細構造を有する検出器ウェハ５２２は、エポキシ接着剤５２８を用いてマルチプレクサウェハ５２４に接合される。接合は、実施例１に用いられる混成固定物に類似する固定物において達成される。検出器のコンタクト金属パッドおよびマルチプレクサセルが整列するよう２つのウェハが位置づけられる。接合装置はウェハに垂直に均一の圧力を与え、それにより検出器またはマルチプレクサウェハのうち一方の上にあるポストの上部が他方のウェハと密接に接触する。装置は位置合わせされた態様で２つのウェハをともに保持し、一方層の間にエポキシが注入され、かつ接着を固定するよう硬化される。その後機械的に薄くすることと反応性イオンエッチングとの組み合わせによって、実施例１に示されるように検出器からシリコン基板が取り除かれる。図１５に示されるように、微細構造パターンはドライエッチング方法を用いてリソグラフィで規定され、かつ形どられる。その後、コンタクトホール５３４といったビアが、移動した薄膜構造の中に酸化物層および第１の窒化物層を通って開かれ、このビアは環状コンタクトパッド内の穴にある第２の窒化物膜５１２を通って進み、検出器コンタクト金属５１８上で止まる。その後、ボロメータとマルチプレクサコンタクトパッドとの間のビアにあり得る薄いエポキシ層をすべて取り除くために酸素プラズマ中でドライエッチングが行なわれる。
【００３１】
次に図１６に示されるように、ＡｌまたはＩｎといった可鍛金属を用いて比較的厚い（１〜１．５ミクロンの）膜５３６を堆積し、相互接続区域を規定するリソグラフィックマスクを適用し、かつ適切なエッチ液によって相互接続区域の外の金属をエッチングすることによって相互接続が形成される。このように堆積された金属は検出器およびマルチプレクサ金属パッドの両方を結合する。これらの相互接続は実施例１のインジウムバンプ溶接と同じ目的を果たす。すなわちこの目的とは、マルチプレクサセルと検出器との間の電気コンタクトを作り、かつエポキシが取り除かれれば浮遊式検出器構造に機械的接続を提供することである。ウェハはその後個々のデバイスに分割され、実施例１に用いられるような酸素プラズマを用いてエポキシが取り除かれ、図１７に示されるような完全な検出器となる。インジウムバンプの圧縮溶接に必要な大きな力を用いることを避けるのがこの処理の利点である。
【００３２】
図１８〜２２に示されるような第２の実施例の第２の変形において、薄膜微細構造が堆積されるＳｉウェハの表面を立体的にする（Ｓｃｕｌｐｔｕｒｉｎｇ ）ことによって、浮遊式微細構造は平坦ではなく形成される。適切なリソグラフィックマスクを適用した後に出発材料のＳｉウェハ６０２が第１にエッチングされ、それにより微細構造の浮遊式部分は、マルチプレクサチップに取り付けられる構造の部分よりも低いレベルに位置づけられることとなる。Ｓｉの表面トポグラフィが突然変化しないように、斜めのエッチングプロファイルを生み出すよう異方性エッチングまたは方向依存性エッチングが用いられる。典型的に、Ｓｉのトポグラフィはポスト６３８といったポストからなり、これらのポストの上表面はＳｉウェハの元の表面であり、かつ高さは、エッチングされたＳｉの量であり、典型的には２〜５ミクロンである。
【００３３】
先に述べた実施例と同じように、シリコンウェハ基板６０２上に、ＳｉＯ２ 層６０４、Ｓｉ３ Ｎ４ 層６０６およびＶＯ２ 層６０８が堆積され、コンタクトパッド６１０といったコンタクトメタルパッドがその後堆積される。その後窒化物被覆６１２が堆積される。図１９に進むと、Ａｌといった適切な金属層６３３が堆積され、かつポストの上表面にキャップを形成し、さらにＳｉ集積回路の入力リードに電気的に接続するよう形どられる。
【００３４】
浮遊式微細構造を備えた検出器ウェハ６２２は、エポキシ接着剤６２８を用いてマルチプレクサウェハ６２４に接合される。その後図２０に示されるようにシリコン基板が検出器から取り除かれ、かつ酸化物層および第１の窒化物層を通って、移動された薄膜構造の中にコンタクトホール６３４といったビアがあけられ、このビアは環状コンタクトパッド内の穴にある第２の窒化物膜６１２を通り、検出器コンタクト６３３上で止まる。この後酸素プラズマにドライエッチングをしてボロメータとマルチプレクサコンタクトパッドとの間のビアにあり得る薄いエポキシ層をすべて取り除く。
【００３５】
次に図２１に示されるように、比較的厚い膜６３６を堆積して、検出器およびマルチプレクサ金属パッドの両方を結合することによって相互接続が形成される。その後ウェハは個々のデバイスに分割され、かつ酸素プラズマを用いてエポキシが取り除かれ、図２２に示される完全な検出器が残る。
【００３６】
実施例３
図２３〜２７に示されるようなこの実施例において、実施例１または２の、基礎的な機構は、取り除くことのできる層をさらに堆積して、浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にすることによって向上する。この向上した構造はいくつかの適用例に、多くの利点を提供する。たとえば熱検出器に用いられると、ピクセル区域のうちほぼすべてが検出器材料で満たされるのを可能にし、同時にリードの長さを延長可能にして熱的分離をよりよくする。この実施例は実施例１の派生物として示されるが、当業者は類似する構造を図１の変形または図２またはその変形からたやすく引き出すことができることに注目されたい。
【００３７】
図２３に示されるように、実施例３は実施例１に類似し、一時的な基板７０２をで始まり、この基板７０２上にＳｉＯ２ の層７０４、Ｓｉ３ Ｎ４ の層７０６およびＶＯ２ の層７０８が堆積される。ＶＯ２ または他の材料は検出器にパターン化され、コンタクトメタライゼーション７１０を受け、かつ（ＶＯ２ の場合には）Ｓｉ３ Ｎ４ の別の層７１２で被覆される。しかし構造の検出器レベルにおいて幅の狭い熱的分離リードは必要ないため、検出器パターンの形状は異なる。最後のＳｉ３ Ｎ４ を堆積した後、Ｓｉ３ Ｎ４ およびＳｉＯ２ の両方を通って、位置７４０に示されるようなシリコン基板まで反応性イオンエッチングまたはイオンミリングを行なうことにより検出器は互いに分離される。
【００３８】
図２４に示されるように、パターン処理された検出器は数ミクロンのポリマー膜７４２によって被覆され、このポリマー膜はたとえば感光性ポリイモドまたは別の有機材料であって、フォトリソグラフィでパターニングでき、かつその後の適度な堆積温度ならびに従来のフォトレジストの堆積および除去を含む、その後の処理に対して抵抗力がある。図２５に進むと、ポリイミドはフォトリソグラフィでパターニングされて、検出器上の（１つの検出器につき２つの）コンタクトパッドに、穴７４４といったコンタクト穴をあける。必要ならば、反応性イオンエッチングまたは別の化学的または機械的処理によってコンタクト区域の保護Ｓｉ３ Ｎ４ 層が取り除かれる。ライン７１８といった、各検出器に対する（典型的にはニクロムである）２つの薄いメアンダコンタクト金属ラインがポリイミド上に堆積され、かつ形どられ、それにより各ラインの一方の端部は検出器パッドに接触し、かつラインの他方の端部はインジウムコラムに適する金属パッドで終わる。構造上の強さに必要であれば、このメアンダコンタクトは、ポリイミドと両立できる（典型的には３００℃より低い）温度で堆積されたＳｉ３ Ｎ４ によって被覆される。その後窒化物はフォトリソグラフィでパターニングされ、同様のメアンダパターンに反応性イオンエッチングされて、インジウムコラムのためのメタルパッドにコンタクト穴をあける。実施例１のように、パンプ７２０といったインジウムバンプは窒化物層にあるコンタクト穴を通ってニクロム膜上に堆積される。
【００３９】
ここまでは処理は実施例１のように進む。図２６に進むと、回路の、対応する微細構造アレイを含むマルチプレクサウェハ７２４は、コラム７２０およびコラム７２６といった、対応するＩｎコラムを結合し、その後エポキシ７２８で満たすことによってウェハ７２２に混成される。図２７に示されるように、その後基板７０２は取り除かれ、エポキシは取り除かれ、浮遊式構造を残す。
【００４０】
以上に述べた実施例は熱的検出器アレイの発明の適用例を示したが、この発明技術は多くの他のデバイスにも潜在的に適用できる。当業者には修正および付加的な実施例が疑いもなく明らかとなるだろう。さらに、均等な要素が、ここに示され、述べられたものと替えられてもよく部品または接続点が逆であったり、またはさもなければ互いに交換されてもよく、かつこの発明のいくかの特徴は他の特徴から独立して用いられてもよい。したがって、例示的な実施例は包括的ではなく例示的であると見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲はこの発明の全範囲をより示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図２】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図３】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図４】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図５】発明による浮遊式微細構造を製造するステップを示す断面の概略図である。
【図６】図１〜５の製造処理によって達成された浮遊式検出器を示す平面図である。
【図７】２次元の検出器アレイを形成するよう図２の個々の検出器がいかに組み合わされるかを示す平面図である。
【図８】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図９】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１０】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１１】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１２】図１〜図５に類似するが、焦電検出器を製造するのに適する発明の実施例を示す図である。
【図１３】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１４】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１５】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１６】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１７】浮遊式微細構造を製造するステップを示すが、ボロメータアレイが構成される実施例に関するものを示す断面の概略図である。
【図１８】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図１９】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２０】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２１】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２２】浮遊式微細構造の製造を示す断面の概略図であって、構造が堆積されるウェハの表面を立体的にすることによって浮遊式微細構造が平坦ではなく作られる実施例を示す図である。
【図２３】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２４】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２５】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２６】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【図２７】浮遊式構造の積み重ねレベルを可能にするよう取り除き可能な層が堆積される、浮遊式微細構造の製造処理の変形を示す図である。
【符号の説明】
１０２ 一時的な基板
Claims (17)
- 浮遊式微細構造を製造するための方法であって、
第１の面を有する一時的な基板を設けるステップと、
前記第１の面上に第１の微細構造を製造して第１の微細構造アセンブリを形成するステップと、
第２の面を有する最終基板を設けるステップと、
前記第２の面上に第２の微細構造を製造して第２の微細構造アセンブリを形成するステップと、
前記第１および第２の微細構造の間で前記第１および第２の面が予め定められた間隙を備え、かつ整列関係に向かい合うように、前記第１の微細構造と前記第２の微細構造アセンブリとを結合する少なくとも１つの接続エレメントを形成するステップと、
前記第１の微細構造と前記第２の微細構造との間に取り除き可能な接続媒体を導入して前記第１の微細構造アセンブリを前記第２の微細構造アセンブリに一時的に固定するステップと、
前記一時的な基板を取り除くステップと、
前記接合媒体を取り除き、それにより前記第１の微細構造と前記第２の微細構造との間の間隙および整列関係を保ったまま、前記第１の微細構造が前記最終基板に固定された状態にするステップとを含む、浮遊式微細構造を製造するための方法。 - 少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップが、
前記第１の微細構造アセンブリと前記第２の微細構造アセンブリとの間に少なくとも１つの導電性のコンタクトを装着するステップを含み、それにより前記第１および第２の面は前記第１および第２の微細構造の間に予め定められた間隙を備え、かつ整列関係に向かい合うよう配置され、さらに前記第１および第２の微細構造の間に電気接続点が確立される、請求項１に記載の方法。 - 少なくとも１つの導電性のコンタクトを装着するステップが、
前記第１の微細構造アセンブリと前記第２の微細構造アセンブリとの間に、インジウム、錫、鉛、ビスマスおよびガリウムの合金からなるグループから選択される材料の、少なくとも１つの導電性のコンタクトを装着するステップを含み、それにより前記第１および第２の面は前記第１および第２の微細構造の間で予め定められた間隙を備え、かつ整列関係に向かい合うよう配置され、さらに前記第１および第２の微細構造の間に電気接続が確立される、請求項２に記載の方法。 - 少なくとも１つの接続エレメントを装着するステップが、
前記第１の微細構造アセンブリと前記第２の微細構造アセンブリとの間に少なくとも１つの非導電性のスペーサを装着するステップを含み、それにより前記第１および第２の面は前記第１および第２の微細構造の間に予め定められた間隙を備え、かつ整列関係に向かい合うよう配置される、請求項１に記載の方法。 - 前記一時的な基板を取り除くステップの後に、
前記第１の微細構造アセンブリと前記第２の微細構造アセンブリとの間に、接続エレメントとは反対側の、第１の微細構造アセンブリの背面から前記第１の微細構造に少なくとも１つの導電性のコンタクトを形成するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。 - 前記第１の微細構造を製造するステップが、
第１の微細構造アセンブリを形成するよう第１の面上に、複数のレベルの浮遊式構造を可能にする取り除き可能な層を含む、第１の微細構造を製造するステップを含む、請求項１に記載の方法。 - 取り除き可能な接合媒体を導入するステップが、
前記第１の微細構造アセンブリを前記第２の微細構造アセンブリに一時的に固定するために、前記第１の微細構造と第２の微細構造との間に有機物の接合媒体を注入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 前記接合媒体を取り除くステップが、
酸素プラズマによるドライエッチングによって有機物の接合媒体を取り除くステップをさらに含み、それにより前記第１および第２の微細構造の間の間隙および整列関係を保ったままで前記第１の微細構造を最終基板に固定された状態にする、請求項７に記載の方法。 - 前記接合媒体を取り除くステップの前に、
固定された第１の微細構造、第２の微細構造および最終基板アセンブリを分割して、接合媒体を取り除くステップの後にアセンブリを複数の浮遊式微細構造デバイスに分離することを容易にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 前記接合媒体を取り除くステップの後に
前記固定された第１の微細構造、第２の微細構造および最終基板アセンブリを分割して、前記アセンブリを複数の浮遊式微細構造デバイスに分離するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 浮遊式微細構造処理アセンブリであって、
第１の微細構造アセンブリを備え、前記第１の微細構造アセンブリは、
第１の面を有する一時的な基板と、
前記第１の面上に製造される第１の微細構造とを含み、前記浮遊式微細構造処理アセンブリはさらに、
第２の微細構造アセンブリを備え、前記第２の微細構造アセンブリは、
第２の面を有する最終基板と、
前記第２の面上に製造される第２の微細構造とを含み、前記浮遊式微細構造処理アセンブリは、さらに
前記第１および第２の微細構造の間で前記第１および第２の面が予め定められた間隙を備え、かつ整列関係に向かい合って配置されるよう、前記第１の微細構造アセンブリを前記第２の微細構造アセンブリに結合するための接続手段と、
前記一時的な基板が取り除かれるまで前記第１の微細構造アセンブリを前記第２の微細構造アセンブリに一時的に固定するための取り除き可能な手段とを備える、浮遊式微細構造処理アセンブリ。 - 前記接続手段が、前記第１の微細構造と第２の微細構造との間に形成された少なくとも１つの導電性のコンタクトをさらに含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
- 前記接続手段が、前記第１の微細構造と前記第２の微細構造との間に形成される、インジウム、錫、鉛、ビスマスおよびガリウムの合金からなるグループから選択される材料の、少なくとも１つの導電性のコンタクトをさらに含む、請求項１２に記載のアセンブリ。
- 前記接続手段が、前記第１の微細構造と前記第２の微細構造との間に形成される少なくとも１つの非導電性のスペーサをさらに含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
- 前記第１の微細構造アセンブリと前記第２の微細構造アセンブリとの間に、前記接続エレメントとは反対側の、前記第１の微細構造アセンブリの背面から前記第１の微細構造に少なくとも１つの導電性のコンタクトをさらに含む、請求項１４に記載のアセンブリ。
- 前記第１の面上に製造された前記第１の微細構造が、複数のレベルの浮遊式構造を可能にするよう取り除き可能な層を含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
- 前記第１の微細構造アセンブリを前記第２の微細構造アセンブリに一時的に固定するための前記取り除き可能な手段が、選択的に取り除き可能な接合手段を含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
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