JP4299303B2 - 熱検出構造の製作 - Google Patents
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Description
本発明は、概括的には、熱、例えば赤外線（ＩＲ）、を検出する構造の製作に関する。より具体的には、本発明は、熱検出構造に関連する電気的接続部の製作に属する。
熱検出構造は、一般的に、熱放射の検出及び測定に使用される高感度な温度計と定義される。例えば、熱検出構造は、ＩＲ放射の検出に使用することができ、従ってその場合は、ＩＲセンサーとして働く。一般に、熱検出構造の製作には、熱検出材料を準備することが含まれる。
熱検出材料は、検出する熱放射に伴って変わる測定可能な特性を備えているのが望ましい。例えば、材料の抵抗は、検出する熱放射の関数として変化する。熱検出構造の設計上の目標は、熱測定の感度を最大化することである。抵抗に基づく熱検出構造の感度を表わす１つの因子は、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）と呼ばれる熱検出材料の特性である（１℃当たりの抵抗の％変化として表わされることが多い）。例えば、熱検出材料は、熱検出構造の製作に使用されるその他の材料及び処理工程との適合性を有する最も高いＴＣＲが得られるように選択される。
熱検出構造の一例に、１９９９年３月９日にヒガシ他に発行された米国特許第（Ｒｅ）３６，１３６号「熱センサー」に記載されている二層式赤外線熱検出アレイがある。この熱検出構造は、下側にあるシリコン基板に集積回路を備えた検出器構造を含んでいる。二層式構造では、例えば、特定の領域に更に多くの検出器を形成することが可能になる。
従来型の熱検出構造の別の例としては、２０００年１１月７日にヒガシに発行された米国特許第６，１４４，２８５号「熱センサーとその製造法」に記載の二層式赤外線熱検出アレイがある。この熱検出構造は、集積回路を含む下層部の上側に、高ＴＣＲの酸化バナジウムの温度反応検出器を含む上層検出部を設けて構成されている。上層検出部は、酸化バナジウムの脚部によって下層部の上側に支持されている。脚部は、上層部の検出器と下層部の集積回路の両方に、電気的に接続されている。別の言い方をすれば、検出器を形成するために使用されている酸化バナジウムが、下層部の集積回路に対する電気的接続部も形成しているので、そのような接続用に他の相互接続材料を使用する必要がなくなる。前記特許に記載のように、相互接続部を形成する酸化バナジウムのシート抵抗を小さくするためにバックスパッタリング処理が用いられている。
この熱検出構造の熱検出器と検出器の下側にある集積回路の間の電気的接続の設計上の目標は、そのような接続部の電気抵抗を下げることである。
米特許第（Ｒｅ）３６，１３６号
米国特許第６，１４４，２８５号
米国特許第６，３２２，６７０号
米国特許第６，４９５，０７０号
ここに説明する方法は、熱検出構造の性能を向上させる。例えば、そのような処理によって、１つ又は複数の電気的接続部の抵抗を下げることができる。電気的接続部の抵抗が下がると、電気ノイズのレベルが下がり、熱検出構造の性能が向上することになる。例えば、抵抗が下がるとノイズが少なくなり、信号対ノイズ比が改善され、従って熱検出構造の感度が上がる。
本発明は、熱検出材料と導体材料の間に抵抗の低い接点を形成できるように、熱検出材料の抵抗を小さくする処理を利用している。而して、導体材料を使用して、熱検出材料と他の導電接点の間に抵抗の低い接続部を形成している。
本発明による熱検出構造を製作する方法は、導電接点を含む基板アッセンブリを用意する段階と、基板アッセンブリの少なくとも一部に熱検出材料を形成する段階と、を含んでいる。熱検出材料の露出した面を含む接触領域が画定される。熱検出材料の露出面を不活性ガスイオンに接触させて露出面を改質する。導体材料は、少なくとも１つの導電接点に対する電気的接続部を形成するのに使用するために、熱検出材料の少なくとも改質された露出面に接触させて設けられる。
或る実施形態では、接触領域は、熱検出材料の少なくとも一部に少なくとも１つの絶縁層を形成することにより画定される。少なくとも１つの絶縁層の１つ又は複数の部分が、熱検出材料の露出面を含む接触領域を画定するのに使用し、基板アッセンブリの少なくとも１つの導電接点を露出させるのに使用するために、除去される。
この方法の或る実施形態では、熱検出材料の少なくとも露出面を曝露する段階は、熱検出材料の少なくとも露出面にバックスパッタリングを施す段階を含んでいる。
本方法の別の実施形態では、熱検出材料の少なくとも露出面にバックスパッタリングを施す段階は、熱検出材料が上に形成されている基板アッセンブリを中に入れるチャンバを設ける段階と、熱検出材料の少なくとも露出面を不活性ガスイオンに接触させる段階と、を含んでいる。例えば、露出面を不活性ガスイオンに接触させる段階は、基板アッセンブリにバイアスを掛ける段階を含んでいる。
本方法の別の実施形態では、熱検出材料は、金属成分と非金属成分を含んでいる。熱検出材料の非金属成分は、不活性ガスイオンとの接触に曝されると、金属成分よりも速く取り除かれる。
本方法の更に別の実施形態では、熱検出材料は、酸化バナジウム（ＶＯｘ）を含んでおり、ここでｘは約１．０から約２．５の範囲内にある。
また、本方法の別の実施形態によれば、熱検出構造は、基板アッセンブリの或る部分から或る隙間を空けて設けられた検出器アッセンブリを含んでいる。
本方法の別の実施形態では、少なくとも１つの導電接点に対して電気的接続部を形成する段階は、ビアを設ける段階（例えば、ビアとしてバスケット状のビア又はポスト状のビアを設ける段階が含まれる）を含んでおり、この電気的接続部を形成するために使用される導体材料には、ニッケルとクロムの少なくとも一方が含まれる。
本発明に関する上記要約は、本発明の各実施形態又はあらゆる実装例を説明することを目的としているわけではない。本発明の利点は、以下の詳細な説明並びに特許請求の範囲の内容を添付図面と共に参照することにより明確になり理解されるであろうし、それと共に本発明への理解が更に深まるであろう。
以下、図１と図２を参照しながら、先ず本発明の方法を概略的に説明する。その後、図３から図７を参照しながら、本発明の様々な他の実施形態を説明する。本発明は、熱検出構造に付帯する低抵抗の接続部を提供する。なお、自明のように、図面の縮尺は、図面に描いている各種要素の正確な寸法を表わしているわけではない。
本出願において、基板アッセンブリとは、追加の層又は構造が上に製作されるアッセンブリをいう。以下の説明で基板アッセンブリに言及する場合、各種工程が、層、ビア、又は当業者には既知の他の構造を形成するため既に使用されていることになる。
本出願では、ビアとは、開口部で、そこに導体材料を追加して開口部を通る導電経路を形成するものであり、このようにビアは電気的接続部を形成するために使用される。
図１は、図２の実施形態に概略的に示すような本発明による方法を使って製作される熱検出構造１００の或る一般的な実施形態を示している。熱検出構造１００は、検出器アッセンブリ１２０と基板アッセンブリ１１６を含んでいる。検出器アッセンブリ１０２は、基板アッセンブリ１１６に関して形成される熱検出材料１０４を含んでいる。熱検出材料１０４は、温度反応検出領域１０６と接触領域１０８、１１０を含んでいる。基板アッセンブリ１１６は、導電接点１１８、１２０を含んでいる。
２つの電気的接続部１１１、１１３が、熱検出材料１０４を導電接点１１８、１２０に電気的に接続するために形成されている。接続部１１１は、接触領域１０８を導電接点１１８に電気的に接続するために形成され、接続部１１３は、接触領域１１０を導電接点１２０に電気的に接続するために形成される。温度反応検出領域１０６（例えば、熱検出材料）と導電接点１１８、１２０の間の接続は、決して限定するわけではないが、温度反応検出領域１０６、接触領域１０８、１１０、導体材料１１２、１１４、及び導電接点１１８、１２０の各部分を含め、どの様な数の構造体を使用して設けてもよい。電気的接続を形成するのに使用される他の構造体としては、例えば、ビア、バスケット状のビア（図３の３２６、３２８参照）、ポスト状のビア、導体材料で内張された開口部、熱検出材料、又は懸垂型導体材料がある。例えば、ヒガシ他に対する米国特許第（Ｒｅ）３６，１３６号（例えば、熱検出材料から導電接点への接続が導体材料を使って形成されている二層式熱検出構造）を使用してもよい。
図２は、図１に示すような熱検出構造を提供するために使われる工程のフローの或る一般的な実施形態２００を示している。しかしながら、当業者には理解頂けるように、これによって別の熱検出構造を形成することもできる。１つ又はそれ以上の実施形態では、工程のフロー２００を使用して単一の熱検出構造を製作することもできるし、同一の工程を使って、複数の熱検出構造を同時に製作することもできる（例えば、ウェーハ上に熱検出構造のアレイを製作する）。
図２に示す工程のフロー２００は、基板アッセンブリ１１６を用意する段階（ブロック２０２）から始まる。基板アッセンブリ１１６の製作は、当業者には既知の各種技法を用いて行われる。先に説明したように、基板アッセンブリは、基板を含んでおり、その基板の上に、各種機構及び素子が、例えば各種層及び構造体を使って製作される。基板アッセンブリ１１６は、導電接点１１８、１２０を含んでいる。基板アッセンブリは、追加の構造体及び素子を含んでいてもよい。例えば、形成される素子及び構造体には、限定するわけではないが、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ダイオード、パッド、配線、平坦化層、犠牲層、各種材料から形成された反射層と絶縁層、導電相互接続部、ビア、又は当業者には既知のあるあらゆる集積回路構造体、素子、又は他の構造体、が含まれる。基板は、本発明の方法に適する下層構造であれば、どの様な構造でもよい。例えば、熱検出構造の１つの基板アッセンブリが、ヒガシ他への米国特許第（Ｒｅ）３６，１３６号に記載されている。
更に図２に示すように、熱検出材料１０４は、基板アッセンブリ１１６の少なくとも一部を覆うように形成される（ブロック２０４）。例えば、熱検出材料を先ず表面全体を覆って堆積させ、次にパターニングを施して検出領域１０６を形成する。このような材料の形成は、選択された熱検出材料と適合するのであれば、どの様な処理で行ってもよい。
熱検出材料は、望ましい熱特性を提供し、使用される工程及び他の材料と適合するのであれば、どの様な材料でもよい。例えば、熱検出材料として使用できる材料には、酸化バナジウム（ＶＯｘ）、ＩｎＳｂ（半導体）、ＦｅＯ（金属酸化物）、又はＮｂＶＯ（金属酸化物）が含まれる。
本発明の或る実施形態では、熱検出材料としてＶＯｘを使用するのが望ましい。ＶＯｘは、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が約０．５％／℃から約５％／℃の範囲と高いことが特徴である。２００１年１１月２７日にCole他に発行された米国特許第６，３２２，６７０号「制御されたイオンビームスパッタ堆積処理で製作された可撓性高性能マイクロボロメーター検出器材料」、及び２００２年１２月１７日にCole他に発行された米国特許第６，４９５，０７０号「制御されたイオンビームスパッタ堆積処理で製作された可撓性高性能マイクロボロメーター検出器材料」には、ＶＯｘ材料の使用及び製作工程にＶＯｘ材料を提供し使用するための方法が記載されている。
或る実施形態では、熱検出層１０４を形成する前に様々な層が形成される。例えば、図７Ａと図７Ｂに示すように、熱検出材料３０４を形成する前に、基板アッセンブリ３１６は、導電接点３１８、３２０を含む集積回路３３８を含めて形成される。平坦化層３４０が、集積回路３３８を覆って形成される。犠牲層３４８が、平坦化層３４０を覆って形成され、この犠牲層３４８を覆って絶縁層３４６が形成される。次いで、熱検出材料３０４が、絶縁層３４６を覆って形成される。
図２は、熱検出材料に対し１つ又は複数の絶縁層を形成する段階（ブロック２０６）を更に示している。そのような絶縁層は、製作工程の間に使用される（例えば、図７Ｂから図７Ｅに示す工程のフローに関して説明する絶縁層３３４、３３６）が、製作が完了した段階では在っても無くてもよいので、図１には示していない。これらの層は、製作中に使用され、例えば、下の層への保護を提供し、又は後の処理工程用のマスク層となる。本発明の或る実施形態では、後続の処理工程で使用されるマスクとするために、熱検出材料上に少なくとも１つの絶縁層が設けられる。絶縁層は、各種材料から形成することができ、絶縁層の数は変動する。
様々な絶縁層材料が、本発明の方法に使用するために選択される。一般的に、そのような材料は、熱検出構造の製作に使用される他の加工材料並びに工程に対する適合性を有している。例えば、そのような材料は、以下の機能、即ち、機械的支持、パターン形成可能性、断熱性、電気絶縁性、の内の１つ又はそれ以上の機能を提供する。例えば、絶縁層の形成には二酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、又は窒化ケイ素を使用することができる。これらの材料は、断熱性、電気絶縁性を提供し、概ねパターン形成可能である。
１つ又は複数の絶縁層の少なくとも一部を除去して、導電接点１１８、１２０への開口部を形成する（ブロック２０８）。更に、同じ絶縁層又は別の絶縁層の一部を除去して、熱検出材料１０４の接触領域１０８、１１０を形成する。換言すると、絶縁層にパターニングを施して、次の処理工程のための開口部を設けるのである。
例えば、図７Ｂ及び図７Ｃに示すような或る実施形態では、１つ又は複数の絶縁層３３４、３３６は、材料が次の工程で選択的に（例えば、エッチングにより）除去されるように、パターニングされる。図７Ｃは、次の工程で導体材料が形成され導電接点３１８、３２０への接続部が設けられるように、作られた開口部３６２、３６４を示している。開口部３６２、３６２は、バスケット状開口部３４２、３４４から絶縁層３３６を除去し、更に、平坦化層３４０の一部３８４、３８６を除去して、導電接点３１８、３２０を露出させることにより作り出される。
更に、例えば、図７Ｃは、次の工程で導体材料が形成され熱伝導材料３０４の接触領域３０８、３１０への接続部が設けられるように、作られた開口部３６６、３６８を示している。開口部３６６、３６８は、熱伝導材料３０４の接触領域３０８、３１０及びこれらに隣接する領域から１つ又は複数の絶縁層３３４、３３６を除去して、接触領域３０８、３１０を露出させることにより作り出される。
１つ又は複数の絶縁層の一部の除去は、当業者に既知の何れの方法で行ってもよい。例えば、ウェットエッチング（例えば、フッ化水素酸又はリン酸を含む組成物を使用）、又はドライエッチング（例えば、プラズマエッチング、イオンビームミーリング、又は反応性イオンエッチング）など、どの様な既知の方法で行ってもよい。１つ又は複数の絶縁層の一部の除去に続き、後の処理に備えて、熱検出材料１０４の電気的接触領域１０８、１１０を露出させる。更に、後の処理に備えて、導電接点１１８、１２０を露出させる。
接触領域１０８、１１０の露出（即ち、熱検出材料１０４に表面の露出）に続いて、少なくともある実施形態では、熱検出材料１０４の露出した接触領域１０８、１１０を不活性ガスイオンに接触させる処理が行われる（ブロック２１０）。例えば、或る実施形態では、露出した接触領域１０８、１１０を曝すことにより、露出した接触領域１０８、１１０が改質され、露出した接触領域１０８、１１０がその後で導体材料に接触して電気的接続部を形成するときに、改質後の露出した接触領域と導体材料との間の電気的接点の接触抵抗が下がる。
本発明の或る実施形態では、この処理は、熱検出材料１０４の露出した接触領域１０８、１１０をバックスパッタリングすることにより行われる。バックスパッタリングは、スパッタクリーニングとも呼ばれる。バックスパッタリングは、熱検出材料１０４の少なくとも露出面を改質するために使用され、或る実施例では、これによって少なくとも露出面から材料を除去する。
バックスパッタリングは、例えば、熱検出材料の露出面を不活性ガスイオンに接触させて、露出面を改質する段階を含んでいる。或る実施形態では、露出面の改質は、露出面から材料を除去する段階を含んでいる。また、バックスパッタリングは、マスク又は絶縁材料を含んでいる表面に対して行われ、表面に開口部（即ち、露出面を画定する開口部）を形成する。
本発明の或る実施形態では、バックスパッタリングは、熱検出材料１０４が形成されている基板アッセンブリ１１６を入れるチャンバを用意する段階と、熱検出材料の少なくとも露出面を不活性ガスイオン（例えば、アルゴンガスイオン）に接触させる段階と、を含んでいる。
熱検出材料を選択する場合に使用される因子はＴＣＲである。少なくとも或る実施形態では、ＴＣＲの比較的高い熱検出材料を選択するのが望ましく、この場合のＴＣＲは、約０．５％／℃から約５％／℃の範囲にある。更に、熱検出材料の別の特性は、材料１０４が、金属成分と非金属成分（例えば、金属酸化物）の両方を含んでいる点である。少なくとも或る実施形態では、非金属成分は金属成分よりも速く除去され、即ち、非金属成分のバックスパッタリング速度は、金属成分のバックスパッタリング速度よりも速い。換言すると、バックスパッタリングにより熱検出材料の組成が改質されることになる。
本発明の或る実施形態では、熱検出材料１０４は、酸化バナジウムであり、ＶＯｘと略記される。或る実施形態では、パラメータｘは約１．０以上である。また、ｘは約２．５以下であることが望ましい。ｘが約１．０から約２．５の範囲内にあれば、対応するＴＣＲの範囲は、約０．５％／℃から約５％／℃となる。ｘが上記範囲内にある酸化バナジウムであれば、比較的高いＴＣＲを含む所望の特性と、先に説明したバックスパッタリング特性とを得ることができる。ＶＯｘ材料及び関係する堆積工程の説明は、Cole他への米国特許第６，４９５，０７０号に見出すことができる。
本発明の或る実施形態では、ＶＯｘ材料のバックスパッタリングが行われる。このようなバックスパッタリングでは、処理の間にバナジウムよりも多くの酸素が除去されることによりＶＯｘ材料の組成が改質される。バックスパッタリングを受けたＶＯｘ材料の部分（例えば、露出した接触領域１０８、１１０）は、その後、接触抵抗が下がった電気的接点を形成するために使用される。
更に図２を参照すると、電気的接続部１１１、１１３を形成するのに導体材料１１２、１１４が使用される（ブロック２１２）。導体材料１１２は、熱検出材料１０４の接触領域１０８と導電接点１１８の間の接続部を形成するために使用される。同じく、導体材料１１４は、熱検出材料１０４の接触領域１１０と導電接点１２０の間の接続部を形成するために使用される。導体材料１１２、１１４の形成は、当業者には既知のどの様な方法で行ってもよく、例えば、化学気相蒸着、スパッタリングなどで行うことができる。
本発明の方法に使用するために選択される導体材料１１２、１１４は、熱検出構造の製作に使用される他の材料及び工程と概ね適合性を有し、適した電気導体（例えば、ニッケル又はクロムの少なくとも一方を含んでいる導体材料）である。導体材料の選択に当たって考慮する点としては、熱検出材料に対し適する電気的接点を形成する特性、大きな段差に亘って適する段差被覆を形成する特性、及び肉厚をできる限り薄くした接続部を形成する（及び、これにより熱コンダクタンスを下げる）特性、の内の１つ又はそれ以上を挙げることができる。
電気的接続部１１１、１１３が形成された後、ブロック２１４に概略的に示すように、残りの製作工程を実行して、最終的な熱検出構造が作られる。このような処理は、当業者には既知のどの様な方法を使用して行ってもよく、例えば、追加の絶縁層の形成、ビアの形成、層のパターニング、導体構造の形成、ウェーハのプローバ検査、及び熱検出構造の実装がこれに含まれる。
本発明の方法を使って製作された熱検出構造の少なくとも１つの実施形態では、熱検出構造は、基板アッセンブリの部分から或る隙間を空けて配置された検出器アッセンブリを含んでいる。換言すると、検出器アッセンブリと基板アッセンブリの間に隙間ができ、又は、基板アッセンブリの一部を含む検出器アッセンブリと、基板アッセンブリの残りの部分との間に隙間ができる（即ち、基板アッセンブリの層と層の間に隙間ができる）。例えば、図４と図５に示すように、隙間３７０は、基板アッセンブリの一部（即ち、窒化物層３４６）を含む検出器アッセンブリ３０２と、基板アッセンブリの残りの部分との間に存在する。
この隙間により、検出器アッセンブリと基板アッセンブリの部分との間に断熱性が作り出される。例えば、この隙間は空隙である。ビアは、検出器アッセンブリと基板アッセンブリの対応する部分との間に少なくとも電気的接続部を設ける（即ち、隙間を横断して電気的接続部を設ける）ために使用され、且つ構造的な支持部材となっている。或る実施形態では、ビアはバスケット状ビアとして製作されるが、本発明の別の実施形態では、ビアはポスト状ビアである。
本発明の方法は、どの様な熱検出構造を形成するのにも有用であるが、分り易くするため、以後、ＶＯｘ材料を熱検出構造として使用する熱検出構造の形成に関して説明する。また、本発明を、主に図３から図７を参照しながら、ＶＯｘ材料を使用する熱検出構造の形成について、ＶＯｘ材料の接触領域を下層の基板アッセンブリの導電接点（例えば、下層回路に対する接点）に接続するために形成される電気的接続部と共に、説明してゆく。
図３は、図６に関連付けて説明する本発明による方法を用いて製作された熱検出構造３００の斜視図である。図示のように、熱検出構造３００は、基板アッセンブリ３１６の部分から或る隙間３７０を空けて配置された検出器アッセンブリ３０２の一例である。また、図３は、バスケット状のビア３２６、３２８、及び導電脚３２２、３２４を含む脚構造体３７２、３７４を含んでいる。
熱検出構造３００の検出器アッセンブリ３０２は、熱検出材料３０４を含んでおり、この熱検出材料３０４には、温度反応検出領域３０６と接触領域３０８、３１０が含まれているが、これらについては図４に更に明確に示している。図３には、熱検出材料３０４からバスケット状ビア３２６、３２８までの電気的接続部３１１、３１３も含まれている。接続部３１１は、熱検出材料３０４の電気的接触領域３０８と、導電脚３２２の形成に使用される導体材料３１２と、バスケット状のビア３２６を含んでいる。同じく、接続部３１３は、熱検出材料３０４の電気的接触領域３１０と、導電脚３２４の形成に使用される導体材料３１４と、バスケット状のビア３２８を含んでいる。図３には見えないが、熱検出材料３０４は、ＳｉＯ２の絶縁層で被覆されている。これも図３には見えないが、ＳｉＯ２は、窒化シリコンの絶縁層で被覆されている。ＳｉＯ２層３３４と窒化シリコン層３３６は、他の工程図（例えば、図７Ｂから図７Ｅ）に示されている。
図４は、図３の４−４線に沿う或る実施形態の断面である。図４は、熱検出構造３００の中心を通る部分断面を示しており、検出器アッセンブリ３０２と、隙間３７０を空けて配置された基板アッセンブリの部分３１６を示す図である。図４は、接触領域３０８、３１０の露出面３７６、３７８と導体材料３１２、３１４との間に形成された電気的接点を示している。検出器アッセンブリ３０２は、熱検出材料３０４と、熱検出材料３０４を覆って形成された第１絶縁層３３４と、第１絶縁層３３４を覆って形成された第２絶縁層３３６と、第２絶縁層３３６を覆って形成された第３絶縁層３８０と、熱検出材料の接触領域３０８、３１０の露出面に接するように形成された導体材料３１２、３１４を含んでいる。導体材料３１２、３１４は、接触領域３０８、３１０に隣接する各種層を覆って被覆する段を形成すると共に、熱検出材料３０４の接触領域３０８、３１０の露出面３７６、３７８に接触することにより電気的接点を形成している。導体材料３１２、３１４は、熱検出材料から伸張し、例えば、図４には示していないビア３２６、３２８によって、基板の電子機器と接触している。図４は、図３には示していない第１絶縁層３３４、第２絶縁層３３６、及び第３絶縁層３８０を含んでいる。
図５は、図３の５−５線に沿う或る実施形態の断面図である。図５は、脚構造体３７２とバスケット状のビア３２６を通る断面を示しており、検出器アッセンブリ３０２と、隙間３７０を空けて配置されている基板アッセンブリ３１６の図を含んでいる。
図５は、脚構造体３７２とバスケット状のビア３２６両方の層構造を示している。脚構造体３７２は、第２絶縁層３３６と導体材料３１２から形成されている導電脚３２２とを含んでいる。
バスケット状のビア３２６は、様々な層が基板アッセンブリ３１６内のバスケット状の開口部３４２の壁に沿うように、基板アッセンブリ３１６の上に形成されている。バスケット状のビア３２６は、第２絶縁層３３６と導体材料３１２を含んでおり、両者共にバスケット状の開口部に形成されている。導体材料３１２は、平坦化層３４０内の開口部３９１を充填し導電接点３１８に接触するように形成され、而してビア３２６を通り導電接点３１８までの導電経路を形成している。
このように、図５は、熱検出材料３０４と導電接点３１８の間の接続部を形成するために使用される導電脚３２２とバスケット状のビア３２６を示している。図５は、図３には示されていない第３絶縁層３８０を含んでいる。
図６は、ＶＯｘを熱検出材料として使用する単一の熱検出構造を製作するために使用される、本発明の工程のフロー４００の或る実施形態を示している。工程のフロー４００は、単一の熱検出構造を製作するのに使用されるが、同じ工程を使って複数の熱検出構造を同時に製作することもできる（例えば、ウェーハ上に熱検出構造のアレイを製作する）。図６について、工程のフロー４００の進度に合わせて熱検出構造の断面を示している図７Ａから図７Ｅにも関連付けて説明する。
図７に示す断面は、図３に示す構造体３００のような熱検出構造の区別できる３つの領域を表わしたものである。例えば、図７の各断面の３つの領域は図３に見つけることができる（縮尺は合っていない）。図７の各断面では、表わされた３つの領域（図７では破断線で分けている）は、図３のバスケット状のビア３２６を含む例を示すバスケット状のビアの領域５０１と、図３の熱検出材料３０４を含む例を示す熱検出材料を含む中央断面領域５０２と、図３のバスケット状のビア３２８を含む例を示すバスケット状のビアの領域５０３である。
図６に示す工程のフロー４００は、基板アッセンブリ３１６を用意する段階（ブロック４０２）から始まる。基板アッセンブリの製作は、当業者には既知の工程と材料を使って行われる。基板アッセンブリの或る実施形態を図７Ａに示している。
基板アッセンブリ３１６の集積回路３３８は、どの様な種類の集積回路（例えば、電子回路）を含んでいてもよい。例えば、集積回路には、熱検出材料３０４の温度反応検出領域３０６から受信した情報をインターフェースし処理するための電子回路が含まれる。集積回路３３８は、熱検出材料３０４への電気的接続部を形成するのに使用される導電接点３１８、３２０を含んでいるが、これについてはここで更に詳しく説明する。
或る実施形態では、以後の製作工程に備えて平坦な面を提供するため、集積回路の上に平坦化層３４０が形成される。平坦化層３４０を覆って犠牲層３４８が形成される。犠牲層３４８は、基板アッセンブリ３１６に含まれ、製作工程の間はそこに留まる。しかしながら、或る実施形態では、熱検出構造の製作が実質的に完了した時点で、犠牲層３４８は除去され、検出器アッセンブリ３０２と基板アッセンブリ３１６の部分との間に隙間が作り出される。
犠牲層３４８を覆って下部ブリッジ絶縁層３４６が形成され、次の処理の間にその上に重ねて形成される全ての層を支えるための構造的支持部となっている。絶縁層３４６のパターニングを使ってバスケット状の開口部３４２、３４４が形成され、そこに以下に述べるビアが形成されることになる。
図６（ブロック４０４）に詳しく示している本発明の或る実施形態では、ＶＯｘ材料３０４のような熱検出材料が、図７Ｂに示すように基板アッセンブリ３１６の少なくとも一部を覆って形成される。その後、ＶＯｘ材料３０４の上にＳｉＯ２のような絶縁材料の層３３４が形成される。ＶＯｘ材料３０４とＳｉＯ２３３４には、例えばリフトオフ法を用いてパターニングが施される。例えば、リフトオフ法を行う場合、ＶＯｘ材料とＳｉＯ２が存在してもよい区域を画定するためにフォトレジスト層を形成しパターニングを施す。次に、フォトレジストの上にＶＯｘ材料を形成し、次いで、ＶＯｘの上にＳｉＯ２層を形成する。その後、フォトレジストを除去することによりパターニングを行うが、フォトレジスト層の上のＶＯｘ材料とＳｉＯ２も除去される。パターニングにより、ＳｉＯ２３３４を被ったＶＯｘ材料３０４の領域が得られる。
上ではリフトオフ法を示したが、ＶＯｘ材料３０４とＳｉＯ２３３４の形成は、当業者に既知のどの様な方法で行ってもよい。ＶＯｘ材料３３４とＳｉＯ２３３４を堆積させる方法は、Cole他への米国特許第６，４９５，０７０号に記載されており、同特許には、パラメーターｘの範囲を含めＶＯｘ材料を形成するために使用することのできる制御されたイオンビームスパッタ堆積法が記載されている。
ＳｉＯ２３３４の上には窒化シリコン層３３６のような絶縁層が形成される（ブロック４０６）。窒化シリコン層３３６は、当業者に既知のどの様な方法で形成してもよく、例えば、化学気層蒸着法により形成することができる。
更に図６に示すように、窒化シリコン層３３６にパターニングが施され、ＶＯｘ材料３０４の領域を露出させる開口部が作り出される（ブロック４０８）。例えば、窒化シリコン層３３６の当該部分を除去して、図７Ｃに示すように、ＶＯｘ材料３０４の接触領域３０８、３１０に隣接する開口部３６６、３６８が設けられる。更に、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、窒化シリコン層３３６の当該部分と平坦化層３８４、３８６の一部を除去して、導電接点３１８、３２０への開口部３６２、３６４が設けられる。
上記処理の結果として、導電接点３１８、３２０それぞれの上方に開口部３６２、３６４が形成され、その後の処理に備えて導電接点３１８、３２０が露出されたことになる。これらの処置を行う際には、当業者には既知の適したパターニング及びエッチング技法を使用することができる。或る実施形態では、この除去処理は、プラズマエッチングを使用して行われる。
更に、ＶＯｘ材料に隣接する開口部３６６、３６８は、窒化シリコン層３３６をＶＯｘ材料３０４の接触領域３０８、３１０から除去することによって画定される。これらの開口部３６６、３６８は、電気的接点が形成されることになるＶＯｘ材料３０４の露出面３８８、３９０を提供する。その結果、ＶＯｘ材料３０４の電気的接触領域３０８、３１０が、その後の処理に備えて露出された状態になる。窒化シリコンには、当業者に既知のどの様な方法を使ってパターニング及びエッチングを施してもよく、例えば、ミーリング又は反応性イオンエッチングを使用してもよい。別の実施形態では、このエッチングは、プラズマエッチングを使って行われる。
この実施形態では、露出したＶＯｘ材料に対してバックスパッタリングが行われる（ブロック４１０）。図７Ｄは、ＶＯｘ材料３０４の露出した接触領域３０８、３１０のバックスパッタリング３５４を示している。バックスパッタリングは、後続の処理で、接触抵抗の低くなった導電材料との電気的接点が形成されるように、露出した接触領域３０８、３１０を改質するために行われる。
或る実施形態では、バックスパッタリングは、ＶＯｘ材料３０４が上に形成された基板アッセンブリ３１６を中に入れるチャンバを提供する段階と、次いでＶＯｘ材料３０４の露出した接触領域３０８、３１０を不活性ガスイオン（例えば、アルゴンガスイオン）に接触させる段階によって行われる。
ＶＯｘ材料３０４は、金属成分、即ちバナジウムと、非金属成分、即ち酸素、を含んでいる。更に、ＶＯｘ材料３０４は、ＶＯｘ材料３０４がバックスパッタリングされるときに、ＶＯｘ材料３０４の酸素がバナジウムよりも速く除去されるという特性（即ち、酸素のバックスパッタリング速度がバナジウムのバックスパッタリングの速度よりも速い）を備えているのが望ましい。換言すると、バックスパッタリングによりＶＯｘ材料３０４の露出した接触領域３０８、３１０の組成が改質される。バックスパッタリングを施されたＶＯｘ材料３０４の露出した接触領域３０８、３１０は、次いで、接触抵抗の下がった導電材料との電気的接点を形成するために用いられる。
或る実施形態では、バックスパッタリングは、Perkin Elmer２４００スパッタリングシステムを使い、電力８００ｍＷで１０ｍトールのアルゴン中で５分以内として行われる。当業者には理解頂けるように、この様なパラメーターは一例であって、本発明を限定するものではない。単層２０層以内の熱検出材料を除去するのが望ましい。単層５層以内の熱検出材料を除去するのが更に望ましい。
バックスパッタリングに続いて、図７Ｅに示すように、導体材料３１２、３１４を使用して熱検出材料３０４の接触領域３０８、３１０と導電接点３１８、３２０の間に接続部が形成される（ブロック４１２）。導体材料は、検出器アッセンブリ３０２の表面の少なくとも一部を覆うように堆積され、パターニングされて導体材料３１２、３１４となり、電気的接続部を形成するのに使用される。或る実施形態では、導体材料３１２、３１４は、ニッケルとクロムを含んでいる。ニッケル−クロム導体材料は、検出器アッセンブリ３０２の表面の少なくとも一部を覆うように堆積される。堆積後、ニッケル−クロム材料にパターニングを施して構造体３１２と３１４を形成する。これによって、電気的接続部３１１が、ＶＯｘ材料３０４と導電接点３１８の間に形成される。この電気経路の構成要素は、ＶＯｘ材料３０４、ＶＯｘ材料のバックスパッタリングされた接触領域３０８、ＶＯｘ材料３０８と接触しているニッケル−クロム導体材料３１２、バスケット状のビア３２６への接続部を形成しているニッケル−クロム導体材料３１２、バスケット状のビア３２６を形成しているニッケル−クロム導体材料３１２、及び導電接点３１８と接触しているバスケット状のビア３２６である。同じく、ＶＯｘ材料３０４と導電接点３２０の間に電気的接続部３１３が形成される。
導体材料の堆積と導体材料のパターニングは、当業者には既知のどの様な方法で行ってもよい。例えば、堆積法としては、化学的気相又は物理的気相蒸着法が挙げられる。
或る実施形態では、本発明の方法は、低抵抗の接続部（例えば、図３の接続３１１、３１３）を提供する構造を形成する。ＶＯｘ材料３０４の接触領域３０８、３１０のバックスパッタリングによって、ＶＯｘ材料３０４と導体材料３１２、３１４（例えば、ニッケル−クロム導体材料）の間の接触抵抗が低下する。本発明は、ＶＯｘ材料３０４と導体材料３１２、３１４の間の接触抵抗を下げているので、本発明は、ＶＯｘ材料３０４と導電接点３１８、３２０の間の残りの接続部も、導体材料３１２、３１４を用いて形成することができる（米国特許第６，１４４，２８５号に記載のＶＯｘ材料だけを使用して形成された同一の接続部と比較して抵抗が小さい）。
例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金、クロムなど、様々な導体材料を使用することができるが、或る実施形態では、重量比でニッケル８０％クロム２０％を含むニッケル−クロム導体材料を使用するのが望ましい。更に、或る実施形態では、ニッケル−クロム導体材料の好ましい肉厚は約１０００オングストローム程度である。
導体材料の堆積とパターニングに続き、図６（ブロック４１４）に示すように、熱検出構造の仕上げ製作工程が行われる。仕上げ製作工程には、限定するわけではないが、例えば、追加絶縁層を形成する段階、ビアを形成する段階、層をパターニングする段階、導体構造を形成する段階、ウェーハのプローブ検査の段階、及び実装の段階が含まれる。上記仕上げ作業は、当業者に既知のどの様な方法を使って行ってもよい。
本願に引用した全ての文献は、その内容全体を個別に参考文献として援用する。以上、本発明を例示した実施形態に関連付けて説明してきたが、本発明は、これらに限定されるものではない。以上の説明を参照すれば、当業者には、例示した実施形態に様々な変更を施すことができ、或いは本発明のこの他の実施形態を容易に想起されるであろう。
Claims (4)
- 熱検出構造（１００）の製作に使用するための方法において、
複数の導電接点（１１８、１２０、３１８，３２０）を備えている基板アッセンブリ（１１６、３１６）を提供する段階と、
前記基板アッセンブリ（１１６）の少なくとも一部に熱検出材料（１０４、３０４）を形成する段階と、前記熱検出材料が検出領域（１０６，３０６）を備え、
前記熱検出材料（１０４、３０４）の前記検出領域と、前記複数の接点の少なくとも１つとの間に脚構造体（３７２、３７４）を形成する段階と、
前記熱検出材料と、複数の導電接点（１１８、１２０、３１８，３２０）の少なくとも１つとの間に電気的接続部（３１１、３１３）を形成する段階と、
前記基板アッセンブリと熱検出材料の少なくとも一部の上に絶縁層（３３４，３３６）を形成する段階と、を有し、
前記熱検出材料と、複数の導電接点の少なくとも１つとの間に電気的接続部（３１１、３１３）を形成する段階が、
前記基板アッセンブリと熱検出材料の少なくとも一部の上に形成された前記絶縁層（３３４，３３６）の一部を除去し、前記検出領域（３０６）と前記脚構造体（３７２）との間に熱検出材料の露出面を備えた接触領域（３０８，３１０）を画定することと、
前記熱検出材料（１０４）の接触領域の露出面を、不活性ガスイオンに曝して前記露出面を改質することと、
前記複数の導電接点（１１８、１２０、３１８，３２０）の少なくとも１つに前記接触領域（３０８，３１０）の前記熱検出材料の改質された露出面を接続する導体材料（１１２、１１４、３１２，３１４）の単一の層を形成することと、を含み、
前記脚構造体（３７２、３７４）が、前記導体材料の単一層から形成された導電脚（３２２，３２４）および前記絶縁層（３３４，３３６）を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記接触領域（１０８、１１０、３０８，３１０）の前記熱検出材料（１０４、３０４）の少なくとも露出面を不活性ガスイオンに曝して、前記露出面を改質することが、前記熱検出材料（１０４）の少なくとも露出面をバックスパッタリングする段階を含んでいる、請求項１に記載の方法。
- 前記熱検出材料（１０４）は酸化バナジウム（ＶＯｘ）を含んでおり、前記ｘは約１．０から約２．５の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
- 前記熱検出構造（１００）は、前記基板アッセンブリ（１１６）の部分から或る隙間を空けて配置された検出器アッセンブリ（１０２）を備えている、請求項１に記載の方法。
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