JP4284019B2 - マイクロ−ブリッジ構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、マイクロ−ブリッジをつくる方法及び、入射放射を検出する画像装置に使用されるような、マイクロ−ブリッジの新しい構造体に関する。本発明は、熱画像の分野から生じたが、その分野に限定される必要はない。
【０００２】
熱検出器の２次元アレイに基づいた赤外線画像カメラは、それらの近傍周囲温度動作のために魅力的である。赤外線画像に使用される熱検出器は、赤外線放射の吸収による感知材料の温度変化に依存する。環境の１℃の温度変化は、検出器内では約０．００１℃の温度変化になり、従って、吸収される放射の量を計ってこれを最大にすることが重要である。
【０００３】
感知材料は、温度変化の大きさを電気回路構成を使用して検出させ、増幅させ且つ表示させる温度依存性を有する。強磁性材料に起こる温度に伴う電気分極の変化に依存するピロ電気アレイ、及び、或る材料に起こる温度に伴う電気抵抗の変化を利用する抵抗マイクロボロメーターアレイがその例である。
【０００４】
熱検出器の全てのタイプでは、赤外線の吸収による感知材料の温度の上昇を最大にすることが有利である。温度上昇は、感知材料から熱を奪う熱伝導作用によって減少される。その結果、検出器設計は感知材料の熱隔離を最大にすることになる。電気的読み出し及び機械的剛体手段の要件として、ほとんどの実用検出器について、物理的連結が感知材料に必要とされる。
【０００５】
赤外線画像化は、全ての物体は、その温度に依存するピーク波長を有するエネルギーを放射するという事実に依存する。周囲温度の物体については、このピーク波長は約１０μｍの赤外線である。より温かい物体はより強く放射する。この放射を、光学機器の焦点面に置かれた感受性要素のアレイに集め且つ焦点合わせするために、ＩＲ画像化は、一般的に、ゲルマニウムのものであるのがよいレンズを使用することを伴う。要素は、通常、マイクロ−コンデンサー又はマイクロ−抵抗体（マイクロ−ボロメーター）であり、それらの特性パラメーター（それぞれ、電荷又は抵抗）は温度に依存する。マイクロ−ボロメーターは、普通は、「マイクロマシン技術」を使用して、シリコン基板に形成される。これは、犠牲層の上に活性層を付着させ、平版印刷でパターン形成することを伴い、犠牲層は、最終的にエッチングで除去されて自由に立つ、熱的に隔離された構造体を残す。
【０００６】
そのような構造体は、添付図面の図１に示され、レッグ２、４が素子１の本体を基板（図示せず）より上に支持する。レッグ２、４は、機械的支持が基板への低熱伝導で主本体に確実になされる。
【０００７】
各素子は、素子の温度に比例する電気信号を発生し、素子の温度は、各素子又は要素に隣接した層によって吸収されたＩＲエネルギーの強さに依存する。次いで、電気信号は、濾過と増幅の両方を行う回路を使用して読みだされなければならない。
【０００８】
伝統的に、ＩＲ放射を検出するのに使用される量子装置は、液体窒素温度に冷やすことを必要としていた。ここに記載した「アンクールド（Ｕｎｃｏｏｌｅｄ）」技術は、室温で作動する。ＩＲ放射は、煙によって暗くされないので、この技術は又、消防用途に有用である。又、高解像度イメージを形成することが必要でない用途もある。ＩＲ感受性素子は、簡単な「侵入者検出器」又は火炎検出器に使用することができる。
【０００９】
現在、抵抗マイクロ−ブリッジの２つの基本形態がある。第１に、添付図面の図２ａに断面で示すように、均質ブリッジのタイプがある。このタイプのボロメーターでは、ブリッジは、吸収される放射によって温度が変化すると特性が変化する材料で形成されている。材料特性の変化は、或る方法で、恐らくブリッジを通る電流の変化を測定することによって、決定される。当業者は、均質ブリッジが十分満足に働くが、その性能は、所望する程効率的でないかも知れないことを認識するだろう。
【００１０】
マイクロ−ブリッジの第２のクラスは、「フィルム−オン−サポート」と名付けることができ、支持ブリッジの上のフィルムとして温度依存性材料（抵抗性である）を設ける。そのようなフィルム−オン−サポートのマイクロ−ブリッジを、添付図面の図２ｂに断面で示す。ブリッジは、関心のある波長の入射熱放射を吸収して、ブリッジ内に抵抗性材料の抵抗をもたらす温度変化を引き起こす。一般的に、抵抗性材料はブリッジの上に位置決めされたとき、入射放射のいくらかを反射させてマイクロ−ボロメーターの感度を減ずる金属であろう。更に、ブリッジの上面に金属を設けることにより、ブリッジにバイアを製作することを必要とし、更なるプロセスステップを必要とする。
【００１１】
マイクロ−ブリッジ構造体の例が、Ｓｈｉｅ、Ｃｈｅｎらによる、１９９６年１２月に刊行された「マイクロエレクトロメカニカルシステム（Microelectromechanical systems）、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．４」に示されている。しかしながら、そこに示されているマイクロ−ボロメーターは、所望されるよりいくらかさらに複雑化されたプロセスで製造される。ブリッジは、異方性ウェットエッチングを使用して製造されたＶ溝の上に形成される。
【００１２】
更なるマイクロ−ブリッジ構造体が、米国特許第５，６９８，８５２号にも示され、この特許では、チタン層が、ＳｉＯ₂の層で形成されたブリッジの下側に抵抗体をなしている。しかしながら、この資料は、２つのＳｉＯ₂層の間に挟まれた抵抗ボロメーター部分を示す。この米国特許に示されたマイクロ−ボロメーターは、ここで説明されるものよりもかなり複雑な構造を有する。構造及び製造工程の簡単化は、装置のコストを減じ、又、歩留まりの増加を助ける。
【００１３】
発明の第１の側面によれば、基板上にマイクロ−ブリッジ装置を製造する方法を提供し、以下のステップを含む
ａ．基板の表面領域に犠牲材料を設ける
ｂ．犠牲材料をパターン状にエッチングする
ｃ．犠牲材料の表面領域に感知材料を設ける
ｄ．感知材料の表面領域に支持材料を設ける
ｅ．犠牲材料を取り除いて、基板の上に実質的に自由に立つ、支持材料とその下面の感知材料とを残す
【００１４】
この方法は、先行技術の方法よりも処理ステップが少ない有する方法によってマイクロ−ブリッジを提供することから、有利である。当業者は、この処理ステップが製造プロセスの歩留まりを増加させ、又、本方法によって製造された装置のコストを減ずるから、処理ステップの数の減少は非常に有利であることを認識するだろう。
【００１５】
有利には、支持要素が単一層の材料として設けられ、感知材料のための物理的支持をなし、且つ、入射放射の吸収体としても作用する。
【００１６】
感知材料は、導電性材料であるのが良い。そのような材料は、抵抗の変化を測定するマイクロ−ブリッジ構造体を提供するのに適している。好ましくは、マイクロ−ブリッジ構造体は、感知材料が抵抗体をなすマイクロ−ボロメーターである。
変形例として、感知材料は強誘電材料でも良い。そのような材料は、電荷の変化を測定するマイクロ−ブリッジ構造体を提供するのに適している。
【００１７】
好ましくは、基板には、電気回路が設けられ、これは、マイクロ−ブリッジからの信号を処理するための電子回路が設けられ、且つ、マイクロ−ブリッジ及び処理電子回路の両方を収容するための単一のパッケージが設けられるから、有利である。最適な処理電子回路を設けることは、或る先行技術の構造体では可能ではない。例えば、Ｓｈｉｅ、Ｃｈｅｎらによる刊行物では、ブリッジ構造体の下に設けられたＶ溝は、ブリッジ装置の平らな領域の下にそのような電子回路を設けることを恐らく防止し、電子回路を設ける基板の領域がエッチング除去される。従って、本方法によって提供される構造は、信号処理電子回路が位置決めされる領域を、マイクロ−ブリッジ構造体の下に設けることができる。
【００１８】
最も好ましくは、本方法はＣＭＯＳ処理ステップとの互換性である。これは、標準の製造プロセスが使用されるようになり、一般的に、本方法により製造された装置のコストを減ずるので、有利である。
【００１９】
都合のいいことに、プロセスのステップｂは、犠牲材料を介して、基板の電子回路部品との接続を可能にするバイアを設けることを含む。そのようなステップは、処理電子回路及びマイクロ−ブリッジを単一パッケージに設ける便利な方法である。当業者は、バイアが、犠牲層をパターン形成するために従来のフォトレジストを使用して、或いは、犠牲層として感光性ポリマーの使用によって作られてもよいことを理解するであろう。
【００２０】
一実施形態では、犠牲材料は、スピン付着され且つ硬化されるポリイミドである。犠牲材料は、約３μｍの厚さに付けられるのが良い。しかしながら、変形実施形態では、犠牲材料は、約１．５μｍと約６μｍの間の厚さに付けられ、或いは約２μｍと約４．５μｍの間であってもよい。犠牲材料の厚さは、最終的に、最終のマイクロ−ブリッジ構造体の基板上の感知材料の高さを支配することが認識されるだろう。
【００２１】
本方法は、全てのレジスト層が犠牲材料の付着に続いて確実に取り除かれるようにするために、エッチング溶剤を使用するステップを含む。エッチング溶剤は、ＥＫＣであるのが良い。
【００２２】
感知材料は、チタン（Ｔｉ）であるのが良い。チタンは、温度とともに特性が変化するために、且つ又、チタンの低ノイズレベルのために有利である。更に、チタンは、高抵抗性を有し、その高抵抗性によって、ＣＭＯＳ回路の設計を、他の感知材料よりもっと容易に最適化させることができる。当業者は、材料の２つの等しい部分について、より高い抵抗率を有する部分により高い抵抗を有することを認識するだろう。
【００２３】
感知材料は、ＣＭＯＳ互換性である都合の良い方法を提供するスパッター付着によって付着されるのがよい。感知材料は、約０．２μｍの厚さに付着されるのがよい。
しかしながら、当業者は、他の厚さが適当であるかもしれないことを認識するだろう。例えば、感知材料は、約０．０５μｍ乃至約０．３μｍの範囲の厚さに設けられてもよいし、或いは、約０．１μｍ乃至約０．０２５μｍであってもよい。もしマイクロ−ブリッジ装置がマイクロ−ボロメーターであるならば、感知材料は抵抗体を形成する。この抵抗体の抵抗は、マイクロ−ボロメーターから得られた信号をプロセスに容易に送るので、比較的高いことが望ましい。感知材料をこの範囲にすることは、適した抵抗を提供する。この範囲より大きい厚さは、抵抗を減らし過ぎる傾向がある。
【００２４】
ここに説明した厚さ及び抵抗は、感知材料がチタンであるとき特に適する。もし感知材料が他の材料であるならば、他の厚さが適用できる。
変形実施形態では、感知材料は、アモルファスシリコン、バナジウム酸化物、白金、ニッケル、アルミニウム、又は各々適切な特性を提供する上記の金属のいずれか１つの合金であるのがよい。
【００２５】
感知材料は、３．３Ω／ｓｑのシート抵抗を有するのがよい。変形例として、感知材料は、約１．５Ω／ｓｑ乃至約６Ω／ｓｑのシート抵抗を有しても良いし、或いは、約２．５Ω／ｓｑ乃至約４．５Ω／ｓｑのものであってもがよい。
都合良いこととして、本方法のステップｃ．は、基板に設けられた、次の層のアラインメントのための光学アラインメントターゲット（ＯＡＴ）から感知材料を取り除く更なるステップを含む。そのようなステップは、該ステップが方法の残りのステップを簡単化し、且つ、それを、残りの層を位置決めすることを容易にするので、有利である。ＯＡＴはウェーハーステッパーが使用されるとき必要であることは当業者に明らかであろう。
【００２６】
方法のステップｂ．は又、基板に設けられたＯＡＴから犠牲材料を取り除くステップを含む。そのようなステップは、犠牲材料がシリコン酸化物以外の材料であれば特に有利である。
【００２７】
好ましくは、支持材料は、感知材料の表面領域上に付着される。この付着プロセスは、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）によって、或いはスパッタリングによって行われる。
支持材料は、約１μｍの深さに付着されるのがよい。この深さは、十分な構造剛性をもたらすので都合が良い。しかしながら、当業者は、他の厚さの範囲が適当であるかもしれないことを認識するだろう。例えば、支持材料は、約０．０５μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ乃至恐らく約２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍの厚さを有していてもよい。
【００２８】
好ましくは、方法は、支持材料を約±１０％の精度に付ける。上述した説明から、検出器を、その環境から熱的に隔離しなければならないことが認識されるだろう。一般的に、これは、一対のレッグによって支持されるブリッジ構造体（支持材料の）を設けることによって成し遂げられる。そのような構造体では、レッグは、ブリッジとウェーハー又は基板との間の熱接触をもたらす。レッグを厚くし過ぎることは、より多くの熱がウェーハー又は基板からブリッジに伝えられ、マイクロ−ブリッジ装置の感度を減ずるので、有利ではない。もしレッグが薄すぎれば、ブリッジ構造体にとって十分な機械的支持がない。従って、剛性指示をなすことと熱隔離をなすこととの間に妥協がある。
【００２９】
当業者は、マイクロ−ブリッジ構造体が、２つ以外の数のレッグを設けてもよいことを認識するだろう。マイクロ−ブリッジ構造体は、１、３、４、５、６、７、又はより多くのレッグを備えても良い。
【００３０】
方法は、支持材料を約１／４λの厚さを有するように付けることを含む。ここで、λは、支持材料内での関心のある入射放射の波長である。当業者は、放射の波長が、放射が移動している材料によって変わることを認識するだろう。支持材料をこの厚さに付けることは、支持材料の底面から反射される関心のある波長の放射とブリッジに入射した放射との弱め合う干渉（destructive interference）を起こすので、有利である。この弱め合う干渉は、エネルギーの吸収を促進し、且つ、関心のある波長の入射放射により、支持材料の温度上昇を増加させる。
【００３１】
支持材料は、必要な構造体を提供するようにパターン形成され且つエッチングされるのが都合良い。好ましくは、支持材料をパターン形成し且つエッチングするのに使用されるレジストは、都合良くは、ＥＫＣであるエッチング溶剤によって取り除かれる。
一実施形態では、支持材料は、ＣＭＯＳプロセスステップを使用して提供することが容易であるので有利であり、且つ、都合良くは、前述したように、マイクロ−ブリッジ構造体によってモニターされる波長である約８μｍ乃至１４μｍの波長の放射を容易に吸収するシリコン酸化物である。支持材料が、所望の波長の入射放射により、支持材料の温度変化を最大にするように放射を吸収することが有利である。当業者は、８μｍ乃至１４μｍ以外の波長について、関心のある波長を吸収する他の材料が有益であることを認識するだろう。
【００３２】
方法は、基板の表面領域に反射層を設ける更なるステップを含んでもよい。そのような層は、マイクロ−ブリッジ構造体が入射放射を吸収する効率を更に高める。
【００３３】
基板の表面領域に、反射層を位置決めする都合良い方法をもたらす犠牲層の前に、反射層を設けてもよい。そのような方法が、基板の上領域に反射層を設けたマイクロ−ブリッジ構造体を提供し、マイクロ−ブリッジ構造体が実質的に反射層より上に懸架されることが認識されるだろう。
都合良くは、方法は、アルミニウム、チタン、ニクロム（登録商標）、白金、ニッケル又はこれらの材料の任意のものの合金のうちの、任意の１つである金属で反射層を作る。
反射層は、スパッタリング、蒸発、又は当業者によって認識されるように、他の任意適当な技術によって作られるのが良い。
【００３４】
都合良くは、犠牲材料は、酸素プラズマで行われる灰化によって取り除かれ、犠牲材料を覆う層と干渉することなく犠牲材料を取り除くのに効果的なプロセスを提供する。
【００３５】
方法のステップｅ．後、好ましくは、熱アニールが基板について行われる。熱アニールは、Ｔｉの抵抗の温度係数の上昇値を保つので有益であり、且つ、回路内の接点を確実に正しく形成する。熱アニールは、急速熱アニールプロセス又は産業標準的炉アニールによって行われるのが良い。
感知材料は、少なくとも１つの感知材料トラックとして設けられるのが良い。好ましくは、方法は、特定の偏光を有する入射放射が通過することができないように感知材料トラックを設けることを含む。これは、偏光を有する放射の通過をさえぎる方法で感知材料トラックを配列することによって成し遂げられる。特に、感知材料トラックは、互いに交わる方向に走る長さを有するように設けられるのが良い。感知材料トラックは、互いに平行な方向に走る実質的な長さを備えていても良いし、互いに交わっても良いし、或いは、互いに直交しても良い。他の実施形態では、方法は、感知材料トラックに湾曲部分を設けることを含んでも良い。湾曲部分は、円形や楕円形等であっても良い。
【００３６】
支持材料の上の領域に、設けられ、入射放射を吸収するようになったマッチング層が設けられるのが良い。マッチング層は、ニッケルクロム合金であるのが良く、且つ蒸着によって設けられても良いし、或いは、スパッタリングであっても良い。
マッチング層は、マイクロ−ブリッジ構造体の屈折率を自由空間の屈折率に整合させるので、有利である。当業者は、波面がそれぞれ異なる屈折率の材料の境界に入射するとき、ある程度の反射が起こることを認識するだろう。明瞭には、当該波長の入射放射が反射されるならば、放射に応答して生じた信号が減少される。それゆえ、マイクロ−ブリッジの上面に起こる反射量を最小にすることは有利である。
マッチング層は、平方当たり所要の抵抗を有するまで付着されるのが良い。抵抗は、約３７７Ω／平方であるのが良い。変形例として、抵抗は、約２５０Ω／平方乃至約５００Ω／平方の範囲にあっても良いし、或いは、約３２０Ω／平方乃至約４３０Ω／平方の範囲にあっても良い。
【００３７】
方法は、封入パッケージ内にマイクロ−ブリッジ構造体を設けることを更に含むのが良い。封入パッケージは、低熱伝導率を有するガス（キセノンは一例である）で満たされるのが良く、或いは、より好ましくは、封入パッケージは排気されるのが良い。
【００３８】
発明の第２の側面によると、基板を有するマイクロ−ブリッジ構造体を提供し、基板の上にマイクロ−ブリッジ構造体の支持要素が設けられ、支持要素の下側には、感知材料が設けられ、感知材料は基板の上に支持要素によって支持されているが、接続領域で基板上のトラックに接続される。
【００３９】
好ましくは、支持要素は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の領域からなる。これは、ＣＭＯＳプロセスで容易に達成できることを提供する都合の良い材料であり、且つ、関心のある波長の電磁波を強く吸収する。
支持要素は、平面がほぼ正方形であり、マイクロ−ブリッジ構造体のアレイを設けるために効率的な形状を提供するのが良い。
一実施形態では、支持要素は、平面がほぼ正方形であり、そして、支持要素の側面についてほぼ５０μｍの寸法を有する。変形実施形態では、支持要素は、約２５μｍ乃至約１００μｍの範囲の側面を有してもよく、或いは、３５μｍ乃至約７５μｍの範囲にあっても良い。
支持要素は、基板の上に支持要素を支持するようになっているレッグ部分を備えるのが良い。そのようなレッグ部分は、基板からの支持要素の熱隔離のために、有利である。熱隔離は、マイクロ−ブリッジ構造体によって測定されなければならない温度変化が、もし基板の熱質量が排除されなければ失われそうな大きさのものであるので有利である。
【００４０】
都合良くは、感知材料は又、レッグ部分の下側に設けられる。そのような構造体は、支持要素上の感知材料が基板の回路素子に容易に接続することができる構造体を提供するので、再び都合がよい。
好ましくは、感知材料は導電性材料である。そのような場合に、感知材料は抵抗体を形成するのが良い。
変形例として、感知材料は、強誘電材料であっても良い。その場合に、感知材料は、コンデンサーの誘電体を形成するのが良い。そのような構造体は、支持要素内の温度変化（即ち、抵抗体の抵抗の変化、若しくは、コンデンサー誘電体によって形成されたコンデンサーの電荷の変化）を測定する手段を提供するので、都合が良い。
【００４１】
抵抗体は、基板に設けられたＣＭＯＳトランジスターに接続されるのが良い。これは、マイクロ−ブリッジ構造体によって提供される情報を処理する都合の良い構造体を提供する。
トランジスターが、抵抗体の抵抗が測定される正しい瞬間に抵抗体を処理電子回路に接続する都合の良い構造体を提供するスイッチとして配置されるのが良い。
抵抗体は、約３ｋΩの抵抗を有するのが良い。変形例として、抵抗体は、約１．５ｋΩ乃至約６ｋΩの範囲の抵抗を有しても良いし、或いは、約２ｋΩ乃至約４．５ｋΩであっても良い。
【００４２】
感知材料は金属であり、より詳細には、使用するＣＭＯＳ互換性プロセスを提供するのに都合の良い材料であるチタンであるのが良い。更に、チタンは、チタンをこの用途に特に適するようにする温度依存抵抗を示し、且つ比較的高い抵抗性を有する。変形実施形態では、アモルファスシリコン、酸化バナジウム、白金、ニッケル、アルミニウム、前述した金属の任意の１つの合金のような材料が、感知材料を提供する。
好ましくは、抵抗体が、支持要素上に感知材料トラックとして設けられる。これは、感知材料トラックにより、抵抗体の長さを最大にし、提供し得る抵抗の値を増大させるので、有利である。より高い抵抗を有することは、検出電子回路がより高い値の抵抗体から読み出しを処理することがより簡単であるので、それ自身有利である。
【００４３】
都合良くは、感知材料トラックは、感知材料トラックの長さを最大にするように試みるのに都合の良い構造体である曲折構造体を有する。好ましくは、曲折構造体は、直交方向に主部分を有する。直交方向は、互いにほぼ直角であるのが良い。そのような直交方向は、特定の偏光を有する放射が、吸収されることなしに感知素子を通過するのを防ぐことを助けるので、有利である。
【００４４】
当業者は、ある実施形態では、支持要素の厚さが、支持要素の材料内の入射放射のほぼ１／４λであるように調整されることを認識するだろう。かくして、支持要素に入射する関心のある波長の放射は、下面によって支持要素の上面に向かって反射され、且つ関心のある波長の入射放射と弱め合う干渉をするのが良い。支持要素の下側に感知材料を設けることは、この反射プロセスを助けることができ、特定偏光の放射が通過しないようにすることは、この反射プロセスを更に高める。
都合良くは、支持要素は、測定したい放射の波長のほぼ４分の１の厚さを有するのが良い。これは前述した概要の理由によって、有利である。特に、支持要素は、ほぼ１μｍの厚さを有するのが良い。他の実施形態では、支持要素は約０．５μｍ乃至２μｍの範囲の厚さを有していても良いし、或いは、０．７５μｍ乃至１．５μｍであっても良い。
【００４５】
反射層が、マイクロ−ブリッジ構造体を通過した後基板からマイクロ−ブリッジ構造体に反射される放射の割合を更に高めるために設けられるのが良い。反射層は、基板の上領域に、基板とマイクロ−ブリッジ構造体との間のギャップの下に設けられるのが良い。
都合良くは、反射層は、アルミニウム、チタン、ニクロム（登録商標）、白金、ニッケル又はそれらの金属の任意のものの合金のうちの任意の１つである金属で作られる。
【００４６】
マイクロ−ブリッジ構造体は、支持要素の最上面に設けられるマッチング層を更に含むのが良い。そのようなマッチング層は、関心のある波長の入射放射の吸収を確実に最大にする更なるメカニズムであるので、有利である。マッチング層は、放射を関心のある波長で特に強く吸収するように、構造体を補助する。
当業者は、波面が２つの媒体間を通過するとき、ある程度の反射が起こることを認識するだろう。従って、マッチング層は、マイクロ−ブリッジの屈折率を自由空間の屈折率に整合させ、それは、マイクロ−ブリッジ装置の上面に起こる反射量を最小にするので、有利である。
【００４７】
発明の第３の側面により、発明の第２の側面によるマイクロ−ブリッジ構造体を有するトランスデューサーを提供する。
トランスデューサーは、圧力変換器であるのが良い。一定のバイア電流に対して、マイクロ−ブリッジ構造体の温度は、周囲のガスにより熱状態に依存するので、トランスデューサーはそれらのガスの圧力を測定することが出来る。トランスデューサーには、ピラニゲージの考えられる。
もしトランスデューサーがピラニゲージであれば、犠牲材料が発明の第１の側面による方法によって約０．１μｍの深さに付着されるのが良い。もしかすると、犠牲材料は、０．０５μｍ、０．０７５μｍ、０．１２５μｍ或いは０．１５μｍの任意の１つの付近の深さに付着されても良い。
トランスデューサーは、フロートランスデューサーであっても良い。所定のバイア電流について、マイクロ−ブリッジ構造体の温度は、熱がガス又は流体流れによってどのくらい早く運び去られるかに依存し、従って、フロートランスデューサーとして使用される。
【００４８】
もちろん、トランスデューサーは、火災報知機、侵入者アラーム、ＩＲ画像装置又は自動検査のような用途のＩＲトランスデューサーとして使用される。
確かに、トランスデューサーは、適当な電流がマイクロ−ブリッジを流れるとき、マイクロ−ブリッジの温度が変化するので、ＩＲエミッターであるのが良い。そのようなエミッターは、恐らくシミュレーションの目的のために、物体のＩＲサインを発生させるのに有用である。
【００４９】
今、添付図面を参照して発明の詳細な説明のみの例示として続ける。
【００５０】
図１に、代表的なマイクロ−ブリッジ装置、この場合はマイクロ−ボロメーターを示す。主本体１が、本体に入射した、関心のある波長の放射を吸収するために設けられ且つ該放射を吸収するようになっている。レッグ２、４が、基板（図示せず）の上に本体１を支持するために設けられ、且つその基板から熱隔離を行う。基板は、半導体ウェーハーとして構成されるのがよい。
【００５１】
図２ａは、ブリッジが実質的に均一材料のものである均質ブリッジタイプのマイクロ−ブリッジ構造体を示す。センシングの或る手段は、ブリッジの温度変化を決定するようになっている。センシングの手段は、電流をブリッジに通し、電流変化を測定することのためであるのが良い。
【００５２】
図２ｂは、フィルム−オン−支持タイプのマイクロ−ブリッジ構造体を示し、この場合には、金属性フィルム６が支持ブリッジ８の上に設けられている。金属性フィルムは、抵抗体として作用するように形成されている。バイア１０、１２は、抵抗体を、ブリッジ８の下の領域で処理電子回路に接続させるために、ブリッジ８に設けられる。この設計による装置は、２つの欠点を有している。第１に、金属性フィルムは、関心のある波長の入射放射の一定の量を反射させ、かくして、設計の効率を減ずる。第２に、バイア１０、１２の製造は、余分の重要なプロセスステップを導入し、これは装置をより高価にするだけでなくプロセスの歩留まりを減ずる。
【００５３】
図２ｃは、マイクロ−ブリッジ装置の構造、即ち、この場合には、金属性フィルム１４をブリッジ構造体１６の下側に設けた、本発明により製造されたマイクロ−ボロメーターを示す。
【００５４】
図３は、図２ｃの構造体の製造に伴われるプロセスステップの要点を示す。図３ａに示すように、プロセスのスタートポイントは、完全に処理されたＣＭＯＳウェーハー２０である。領域２２（図３ａにのみ示されている）は、ウェーハー２０に設けられたＣＭＯＳ回路構成を表わすものである。図３に関して説明する例では、方法の初期ステップは、ウェーハーの上面に金属層を設けることを含む。この金属層は、回路構成２２をマイクロ−ブリッジ構造体に接続する。この金属層は、ＣＭＯＳ回路構成２２の製造に利用できる金属層の数によって必要とされたり、されなかったりする場合がある。
【００５５】
図３ａに関して説明するプロセスのスタートでは、ウェーハー２０は、最上面に設けられるボロンリン−ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）パッシベーション層２４を有する。
【００５６】
図３ｂに示すように、開示した方法の第１のステップは、ＢＰＳＧパッシベーション層２４をパターン形成し且つエッチングして、ＣＭＯＳ回路構成２２へのバイア２６を開く。バイア２６が一旦開かれたら、予金属洗浄が行われる。これは、１０対１のＨＦ酸を３０秒間使用することによって成し遂げられる。
一旦洗浄が行われたら、金属が付着され且つパターン形成される。基板上の金属トラック２８がバイア２６に形成される。一実施形態では、６０〜７０ｍΩ／平方の抵抗率を有する、５μｍのＡｌ／１％Ｓｉが付着される。
【００５７】
図３ｄに示すように、一旦基板上の金属トラック２８が設けられたら、更なるパッシベーション層３０がウェーハー２０の表面に付着される。この実施形態では、シリコン窒化物を、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）によって２μｍの深さに蒸着させた。
当業者は、ＣＭＯＳ回路が、製造されるべきマイクロ−ブリッジ構造体との接続を行うのに十分な金属層を有するならば、このポイントはプロセスの始めとなることを認識するだろう。
【００５８】
一旦パッシベーション層３０が設けられたら、犠牲材料３２がウェーハー２０の表面に設けられる。この犠牲層は、必要とされるエッチングが、マイクロ−ブリッジ構造体、センサー材料、又は下に位置する任意のＣＭＯＳ回路部品のいずれも損傷させることなく、複雑なマイクロ−ブリッジ構造体の下からエッチングにより取り去ることができる材料からなる。都合良くは、この材料はポリイミドであるのが良い。普通のポリイミドを、パターン形成の間フォトレジストを保護するために標準フォトレジストプロセスで使用しても良いし、或いは、ディファイニングマスク（defining mask）を通して紫外線光にさらされた後直接パターン形成されるフォトイメージャブル（photo imageable）ポリイミドを使用しても良い。
【００５９】
説明した実施形態では、普通のポリイミドをフォトレジストについて使用した。犠牲層を、約３μｍの深さにスピン付着させ且つ硬化させる。パターン形成の後レジスト層の全てのトレースを取り除くことが重要であり、ここで説明する実施形態の場合は、これはＥＫＣエッチングで成し遂げられる。このクリーニングプロセスの間のポリイミドの厚さの少しの減少は許容することができる。
【００６０】
一旦犠牲材料３２が設けられたら、図３ｆに示すようにパターン形成され且つエッチングされる。パッシベーション層３０も、基板上のトラック２８の領域でエッチングされ、基板上の金属トラック２８への接触を可能にすることに注目すべきである。
【００６１】
パターン形成及びエッチングが行われた後、チタン３４（感知材料）のほぼ０．２μｍ厚の層が、図３ｇに示すように、プロセスを受けているウェーハーの表面にスパッター付着される。金属層は、プラズマエッチングされて、所望の構造を作る。感知材料がエッチングされて、所望の構造を作ると同時に、感知材料は、次の層の粗アライメントを補助するために、光学アライメントターゲット（ＯＡＴｓ）から取り除かれる。
【００６２】
シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）３６（支持要素をなす支持材料）のほぼ１μｍ厚の層が、図３ｈに示すように、チタン３４の表面に付着される。この酸化物層３６は、パターン形成され且つエッチングされ、そしてレジストがＥＫＣを使用して確実に取り除かれる。
プロセスの或る実施形態では、マッチング層（図示せず）を、酸化物層の上に付着させ又は成長させる。
【００６３】
次のステップは、プロセスを受けているウェーハーを灰化して、犠牲材料（ポリイミド）を取り除くことである。説明する実施形態では、灰化プロセスは、約１２分間続く。灰化プロセスは、基板から支持要素を解放し、且つ、チタンの感知材料３４とパッシベーション層３０との間に十分な空隙３８を残す。
プロセスの最後のステップは、３０秒間続き且つ４００℃で行われる急速熱アニールを行うことにある。
【００６４】
当業者は、図１、図２ｃ及び図４は、図３に示すプロセスにより製作されたマイクロ−ブリッジ装置の構造を示すことを認識するだろう。
主に図１を参照すると、マイクロ−ブリッジ装置４８は、平面がほぼ正方形である。正方形部分は、レッグ２、４によって基板（図示せず）より上に懸架された支持要素５０からなる。レッグ２、４は、スリット５２、５４によって支持要素５０から分離され、スリットは、支持要素５０が基板からの良好な熱隔離を確実に有するようにする。
【００６５】
図１のマイクロ−ブリッジ構造体の構造は、レッグ２、４の構造を考慮するとき、幾分簡単化される。図１では、各レッグ２、４は、支持要素５０と同じ平面に平らな部分５６を有するが、スリット５２、５４によって支持要素５０から分離される。平らな部分５６に加え、傾斜部分５８が設けられ、該傾斜部分は、平らな部分５６から基板に向って或る角度で延び、支持要素５０は基板より上に懸架される。各レッグ２、４の平らな部分は、連結領域によって支持要素５０に接合されている。傾斜部分は、連結領域から遠位端にある。
当業者は、開示した方法によって製造されるレッグ２、４の特定構造は、わずかに異なってもよいことを認識するだろう。レッグ２、４は、犠牲材料にエッチングされたくぼみを感知材料で被覆し、そして、感知材料を支持材料で被覆することによって形成される。
支持要素５０の下側には、温度依存特性を有する抵抗体を形成する金属の感知材料トラック６０（これは図２ｃで金属性フィルムとして示されている）が設けられる。感知材料トラック６０は、基板から、マイクロ−ブリッジ装置の第１のレッグ２を昇り、第１のレッグ２を支持要素に接合する連結領域（抵抗体の連結領域を形成する）を横切り、支持要素５０の下側を横切って曲折し、他の連結領域（抵抗体の他の連結領域を形成する）を横切り、他方のレッグ４を下って、走る。
【００６６】
図４ａ及び図４ｂに見られるように、或る実施形態では、感知材料トラック６０のその曲折は、互いにほぼ垂直な方向に走る主要部分を有する。曲折は、感知材料トラック６０の長さを確実に最大にして、感知材料トラック６０によってもたらされる抵抗の値を増加させ、抵抗は、この場合は、約３ｋΩである。感知材料トラックは、約０．３５％／Ｋの抵抗温度係数を有するチタンから製造される。
図４ｃは、主要部分が実質的に１方向にのみ走る曲折を有するマイクロ−ブリッジ構造体の実施形態を示す。
【００６７】
図５及び図６に示す走査電子顕微鏡写真は、主要部分が互いに直交する方向に走る曲折形態を有する感知材料トラックを示す。この曲折形態は、特定の偏光の放射がマイクロ−ブリッジを通過するのを防止するのを助けると信じられている。
当業者は、感知材料トラックは支持材料の下に設けられているけれども、感知材料トラックの経路は、図５及び６では、マイクロ−ブリッジ構造体を製造するのに使用されるプロセスの性質により支持材料の上面に見ることができることを認識するだろう。
支持要素を製作するＳｉＯ₂（支持材料）の厚さは、ＳｉＯ₂内での関心のある波長の入射放射の波長の４分の１波長と等しく作られる。当業者は、放射の波長は、自由空間とＳｉＯ₂内とでは異なることを認識するであろう。この場合には、ＳｉＯ₂は、およそ１μｍ厚さであるように作られる。
【００６８】
使用中、図に示すように、装置のアレーが、装置に入射する放射を有するように、設けられ且つ配列される。支持要素５０は、８μｍ乃至１４μｍの範囲の波長の放射を吸収するように調整され（しかし変形例として、他の波長に調整されても良い）、従って、そのような放射が入射されるとき温度変化を経験する。この温度変化により、感知材料トラック６０の抵抗値を、周知の方法で変化させ、この温度変化は、感知材料トラック６０が接続される回路構成によって使用されて、支持要素５０に入射した関心のある波長の放射の量を計算することができる。かくして、支持要素５０は、物理的支持体としても、又放射の吸収体としても作用するように構成される。マイクロ−ブリッジ装置は、その最も簡単な形態では、物理的支持、放射吸収及び放射検知の３つの機能を共に提供する２つの層（支持材料３６及び感知材料３４）を有する。
【００６９】
レッグ２、４は、支持材料５０が基板より上に機械的に確実に支持するが、レッグの設計は、基板の熱質量が支持要素の温度変化に影響を及ぼさないように、十分な熱隔離を確実に行う。
マイクロ−ブリッジに入射する関心のある波長の放射は、ブリッジ構造体に入る。ついには、この放射は、感知材料トラック６０を形成する金属性フィルム１４に当たり、金属性フィルムは、放射をマイクロ−ブリッジの上面に向って反射させる。曲折した感知材料トラック６０のパターンは、全ての偏光の放射が確実に反射され、且つこのために確実に吸収されるように作られ、これによって、放射吸収を増大させる。もし曲折が実質的に単一方向のみに走るならば、特定の配向に偏光された放射が、他の偏光（大きい比率が依然として反射されるけれども）の放射より高い比率で、感知材料トラックを通ることがある。１方向より多い曲折を有することは、感知材料トラックを通ることができる放射の量を減ずるのを助ける。
【００７０】
ＳｉＯ₂が関心のある放射の波長の１／４なので、上面から金属性フィルムの下面まで、そして上面に戻るまでの全光路長は、１／２波長である。従って、弱め合う干渉が、上面の領域に起こり、関心のある放射の高い程度の吸収が確実に起こる。
或る実施形態では、マイクロ−ブリッジの上面に、該上面を自由空間即ち３７７Ω／平方に整合させるマッチング層が設けられても良い。当業者は、波面が２つの媒体間を通過するとき、ある程度の反射が起こることを認識するだろう。マッチング層は、この反射を最小にするのを助け、更に、マイクロ−ブリッジによって吸収される放射の量を増大させる。支持要素５０に生じる温度変化が、可能な限り確実に大きくなるように、吸収される放射の量を確実に増大させることは、重要である。
【００７１】
当業者は、本出願はおおむね８μｍ乃至１４μｍの波長を有する放射の吸収について説明するが、説明した技術はより広い用途に使用できることを認識するだろう。８μｍ乃至１４μｍの波長を検出することは、大気によってほとんど吸収されない大気吸収ウィンドーと一致することから、特に有利である。当業者は、３μｍ乃至５μｍの間の更なる吸収ウィンドーがあり、それをも使用しても良いことを更に認識するだろう。更に、これらの波長以外の放射を吸収する装置を製造することが同様に可能である。そのような装置では、ブリッジ構造の材料及び構造は、問題の波長を最適化することを単に必要とするものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的なマイクロ−ブリッジ装置の概略図を示す。
【図２】 マイクロ−ブリッジ装置の３つの異なるタイプの断面図を示す。
【図３】 本発明によるマイクロ−ブリッジ装置のための製造プロセスの断面図を示す。
【図４】 図１のマイクロ−ブリッジ装置の下側の等角図を示す。
【図５】 本発明によるマイクロ−ブリッジ構造体の走査電子顕微鏡写真を示す。
【図６】 本発明によるマイクロ−ブリッジ構造体の走査電子顕微鏡写真を示す。

Claims (18)

1. 入射放射を吸収するように構成され、その上に支持要素が設けられた基板を備えたマイクロ−ブリッジ構造体を含むボロメーターであって、
   支持要素の下側には、入射放射に応答して抵抗が変化するように構成された抵抗性感知材料が設けられ、
   感知材料は基板の上に支持要素によって支持されているが、接続領域で基板上のトラックに接続され、
   支持要素は、基板と当該支持要素との間に基板上のトラック及び抵抗性感知材料を介した領域から延び、実質的に単層の材料を有することを特徴とするボロメーター。
2. 支持要素の厚さが支持要素の材料内での入射放射の１／４波長であるように調整されている、請求項１に記載のボロメーター。
3. 支持要素はＳｉＯ₂から製造される、請求項１又は請求項２に記載のボロメーター。
4. レッグ部分が支持要素を基板より上に懸架するように設けられ、感知材料がレッグ部分の下側に設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のボロメーター。
5. 感知材料は、曲折構造を有する少なくとも１つの感知材料トラックとして設けられた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のボロメーター。
6. 曲折構造は直交方向の部分を有する、請求項５に記載のボロメーター。
7. 直交方向は互いに実質的に垂直である、請求項６に記載のボロメーター。
8. マッチング層が支持要素の最上面に設けられている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のボロメーター。
9. ａ．犠牲材料を基板の表面領域に設けるステップと、
   ｂ．犠牲材料をパターン状にエッチングするステップと、
   ｃ．基板上のトラックに接触するように犠牲材料の表面領域に感知材料を設けるステップと、
   ｄ．感知材料の表面領域に支持材料を設けるステップと、
   ｅ．支持材料が入射放射を吸収するように構成されるように、犠牲材料を取り除いて、
   基板の上に実質的に自由に立つ、支持材料とその下面の感知材料とを残すステップと、
   を有する、基板上にマイクロ−ブリッジ構造体を含むボロメーターの製造方法。
10. 犠牲材料はポリイミドである、請求項９に記載の方法。
11. 方法は、約１／４λの厚さを有するように支持材料を付けることを有し、ここにλは、支持材料が支持材料内での関心のある入射放射の波長である、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 特定の偏光を有する入射放射が通過することができないように感知材料を設けることを有する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 感知材料は少なくとも１つの曲折した感知材料トラックとして設けられる、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 少なくとも１つの感知材料トラックは、互いに直交する方向に走る長さを有するように設けられている、請求項１３に記載の方法。
15. 封入パッケージがマイクロ−ブリッジ構造体のために設けられている、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 封入パッケージをキセノンガスで満たし、或いは、パッケージを排気することを有する、請求項１５に記載の方法。
17. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のマイクロ−ブリッジ構造体を組み込んだトランスデューサー。
18. トランスデューサーは、ＩＲトランスデューサー及び又はエミッターである、請求項１７に記載のトランスデューサー。

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