JP6362323B2 - 赤外線検出デバイスを作るための方法 - Google Patents
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Description
− 有機犠牲材料の使用と、
− 半導体層内のエッチングを停止するためのディープトレンチを作るステップと、
− ピクセルに対して利用可能な総表面積に関する赤外線熱検出器を作るための使用される表面積の比の低減と、
− 赤外線熱検出器の熱慣性の増大と、
− 読み出し回路の電子デバイス専用の表面積の低減と、
− デバイスのハイブリッドアーキテクチャによるデバイスの製造原価の増大とを回避する赤外線検出デバイスを作るための方法を提案することである。
− 第1の半導体基板上に、および/または第1の半導体基板内に作られた電子読み出し回路上にエッチング停止層を堆積するステップと、
− エッチング停止層上に第1の犠牲層を堆積するステップであって、第1の犠牲層はエッチング停止層に関して選択的にエッチングすることができる少なくとも1つの無機材料を含む、ステップと、
− 第1の犠牲層を通して作られた少なくとも1つの第1の導電性ビアを通して電子読み出し回路に電気的に接続された少なくとも1つの赤外線熱検出器を第1の犠牲層上に作るステップと、
− 電子読み出し回路と赤外線熱検出器との間に配置構成された第1の犠牲層の少なくとも一部をエッチングするステップとを少なくとも実施することを含む方法が提案される。
− 第1の半導体基板上に、および/または第1の半導体基板内に作られた電子読み出し回路上にいくつかのレベルの電気的相互接続部を作り、第1のレベルの電気的相互接続部から最後から2番目のレベルの電気的相互接続部までのスタックを形成するステップと、
− 最後から2番目のレベルの電気的相互接続部上にエッチング停止層を堆積するステップと、
− エッチング停止層上に第1の金属間誘電体層を堆積するステップであって、第1の金属間誘電体層はエッチング停止層に関して選択的にエッチングすることができる少なくとも1つの無機材料を含む、ステップと、
− 第1の金属間の誘電体層上に、最後のレベルの電気的相互接続部を作るステップであって、第1の金属間誘電体層およびエッチング停止層と交差する最後のレベルの電気的相互接続部の少なくとも1つの第2の導電性ビアを通して電子読み出し回路に電気的に接続されている、赤外線検出デバイスの外側から電気的に接触されうる、少なくとも1つの接続パッドと、第1の金属間誘電体層およびエッチング停止層と交差する最後のレベルの電気的相互接続部の少なくとも1つの第1の導電性ビアを通して電子読み出し回路に電気的に接続されている少なくとも1つの赤外線熱検出器とを形成し、第1の導電性ビアおよび第2の導電性ビアは最後から2番目のレベルの電気的相互接続部の金属線の第1の部分および第2の部分に電気的にそれぞれ接続され、赤外線熱検出器および接続パッドは、それぞれ、互いに関して実質的に等しい非ゼロの距離だけエッチング停止層から相隔てられる、ステップと、
− 電子読み出し回路と赤外線熱検出器との間に配置構成された第1の金属間誘電体層の少なくとも一部をエッチングし、第1の導電性ビアを囲み、赤外線熱検出器の下に延在する何もない空間を形成するステップとを少なくとも実施することを含む。
− 少なくとも赤外線熱検出器を覆う第2の犠牲層を堆積するステップであって、第2の犠牲層はエッチング停止層に関して選択的にエッチングされうる少なくとも1つの無機材料を含む、ステップと、
− 少なくとも第1の犠牲層および第2の犠牲層を通して少なくとも1つのトレンチをエッチングし、第1の犠牲層の部分と第2の犠牲層の部分とを区切るステップと、
− 前記トレンチ内に、および第2の犠牲層の部分上に、赤外線熱検出器によって検出されることが意図されている赤外線を透過する材料を含む少なくとも1つの封緘層を堆積するステップと、
− 封緘層を通る少なくとも1つの開口を作るステップの実施をさらに含むことができ、
第1の犠牲層の少なくとも一部分をエッチングするためのステップは、この開口を介して実行され、赤外線熱検出器が少なくとも封緘層とエッチング停止層とによって画成されるキャビティ内に封入されるように第1の犠牲層および第2の犠牲層の前記部分を取り除き、
またこの方法は前記エッチングステップの後に、開口を塞ぐためのステップの実施をさらに含む。
− 少なくとも赤外線熱検出器を覆う犠牲層を堆積するステップであって、犠牲層はエッチング停止層に関して選択的にエッチングされうる少なくとも1つの無機材料を含む、ステップと、
− 少なくとも第1の金属間誘電体層および犠牲層を通して少なくとも1つのトレンチをエッチングし、第1の金属間誘電体層の部分と犠牲層の部分とを区切るステップと、
− 前記トレンチ内に、および犠牲層の部分上に、赤外線熱検出器によって検出されることが意図されている赤外線を透過する材料を含む少なくとも1つの封緘層を堆積するステップと、
− 封緘層を通る少なくとも1つの開口を作るステップの実施をさらに含むことができ、
第1の金属間誘電体層の少なくとも一部分をエッチングするためのステップは、この開口を介して実行され、赤外線熱検出器が少なくとも封緘層とエッチング停止層とによって画成されるキャビティ内に封入されるように第1の金属間誘電体層および犠牲層の前記部分を取り除き、
またこの方法は前記エッチングステップの後に、開口に栓をするためのステップの実施をさらに含む。
− 第1の半導体基板上に、および/または第1の半導体基板内に作られた電子読み出し回路であって、第1のレベルの電気的相互接続部が電子読み出し回路と最後のレベルの電気的相互接続部との間に配置構成されるように複数のレベルの電気的相互接続部が配置構成された、電子読み出し回路と、
− 最後のレベル電気的相互接続部と最後から2番目のレベルの電気的相互接続部との間に配置構成されたエッチング停止層であって、エッチング停止層と最後のレベルの電気的相互接続部との間に配置構成された第1の金属間誘電体層のエッチングに抵抗するか、またはエッチングに耐えることができるエッチング停止層と、
− エッチング停止層と交差する最後のレベルの電気的相互接続部の少なくとも1つの第1の導電性ビアを通して電子読み出し回路に電気的に接続された赤外線熱検出器と、
− エッチング停止層と交差し、赤外線検出デバイスの外側から電気的に接触されうる最後のレベルの電気的相互接続部の少なくとも1つの第2の導電性ビアを通して電子読み出し回路に電気的に接続された、最後のレベルの相互接続部によって形成される接続パッドとを備え、
赤外線熱検出器および接続パッドは、それぞれ、互いに関して実質的に等しい非ゼロの距離だけエッチング停止層から相隔てられ、第1の導電性ビアおよび第2の導電性ビアは、最後から2番目のレベルの電気的相互接続部の金属線の第1の部分および第2の部分に電気的にそれぞれ接続され、第1の金属間誘電体層内に形成された何もない空間は、第1の導電性ビアを囲み、赤外線熱検出器の下に延在する。
− 例えば、酸化ケイ素を含む、HF蒸気への露出によって抑制されうる、一時層75を堆積するためのステップと、
− 内部領域内の、中心要素63からわずかに後退した、一時層75の一部を取り除くために用意されたフォトリソグラフィおよびエッチングステップと、
− 好ましくは60および62と同じ性質であるが、実質的により大きな厚さを有する、温度に敏感な材料の第3の層76を堆積するためのステップと、
− 中心要素63に対応する領域を使わないようにすることによって温度に敏感な材料の第3の層76の一部を取り除くためのフォトリソグラフィおよびエッチングステップとを設けることがさらに可能である。一時層75は、有利には、温度に敏感な材料の第3の層76をエッチングするためのステップに対する停止層として使用される。
− TiW 93、銅94、電解銅95、適宜電解スズ(図示せず)から、基板90の表面からこの順序で構成される3つの金属層の積層体を含む金属ビーズ98であって、その製作方法は第1の基板の金属ビーズについてすでに説明されている方法と同程度の、金属ビーズ98と、
− 例えばゲルマニウムと硫化亜鉛層の交互配置を含む反射防止層91と、
− 封止した後に両方の基板の間に備えられる気密封止されたキャビティ96の内部の表面の脱気に対抗するために備えられたガス分子を捕捉するための特性(ゲッター効果)を有する層または層97の組とが備えられる。蒸着または陰極スパッタリングによって堆積された、チタンまたはジルコニウムなどの材料が好ましい。ゲッター材料97の範囲および配置は、リフトオフ、フォトリソグラフィ、または機械的マスクを通しての堆積による堆積などの従来の手段によって画成される。
12 電子読み出し回路
13 電子層
14 電気的相互接続部
16 何もない空間
20 電気的相互接続部
21 金属線
21a 第1の部分
21b 第2の部分
22 導電性ビア
23 銅部分
24 窒化タンタル
25 タンタル
26 銅
27 金属間誘電体
28 停止層
29 絶縁誘電体層
32 エッチング停止層
33 コア
34 接着層g
35 障壁層
36 下地層
37 犠牲層
38 層
40 第1の電気接点
41 第2の電気接点
42 延長部
44 導電層
45 チタン層
46 窒化チタン層
47 アルミニウム層
48 窒化チタン
50 層
51 誘電体層
52 第1の金属層
53 誘電体層
54 第2の金属層
55 MIM構造
56 温度測定要素
57 赤外線熱検出器
60 第1の層
61 抵抗層
62 第2の層
65 部分
66 温度測定要素
67 赤外線熱検出器
69 反射要素
70 第2の犠牲誘電体層
71 トレンチ
72 封緘層
73 オリフィス
74 プラギング層
75 一時層
76 第3の層
81 保護誘電体層
82 トレンチ領域
83 層
84 銅層
88 金属ビーズ
90 第2の基板
93 TiW
94 銅
95 電解銅
96 キャビティ
97 層
98 金属ビーズ
99 陥凹部
100 赤外線検出デバイス
200 赤外線検出デバイス
Claims (22)
- 赤外線検出デバイス(100、200)であって、
第1の半導体基板(10)上に、および/または第1の半導体基板(10)内に作られた電子読み出し回路(12)であって、第1の組の電気的相互接続部が前記電子読み出し回路(12)と最後の組の電気的相互接続部との間に配置構成されるように複数の組の電気的相互接続部(14)が配置構成された、電子読み出し回路(12)と、
前記最後の組の電気的相互接続部と最後から2番目の組の電気的相互接続部との間に配置構成されたエッチング停止層(32)であって、前記エッチング停止層(32)と前記最後の組の電気的相互接続部との間に配置構成された第1の金属間誘電体層(37)のエッチングに耐えることができるエッチング停止層(32)と、
前記エッチング停止層(32)と交差する前記最後の組の電気的相互接続部の少なくとも1つの第1の導電性ビア(30)によって前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続された少なくとも1つの赤外線熱検出器(57、67)と、
前記エッチング停止層(32)と交差し、前記赤外線検出デバイス(100、200)の外側から電気的に接触されうる前記最後の組の電気的相互接続部の少なくとも1つの第2の導電性ビア(31)によって前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続された、前記最後の組の相互接続部によって形成される接続パッド(41)と
を少なくとも備え、
前記赤外線熱検出器(57、67)および前記接続パッド(41)は、それぞれ、互いに関して実質的に等しい非ゼロの距離だけ前記エッチング停止層(32)から相隔てられ、前記第1の導電性ビア(30)および前記第2の導電性ビア(31)は、最後から2番目の組の電気的相互接続部(20)の金属線(21)の第1の部分(21a)および第2の部分(21b)に電気的にそれぞれ接続され、前記第1の金属間誘電体層(37)内に形成された何もない空間(16)は、前記第1の導電性ビア(30)を囲み、前記赤外線熱検出器(57、67)の下に延在する、赤外線検出デバイス(100、200)。 - 前記電子読み出し回路(12)は、前記第1の半導体基板(10)上に、および/または第1の半導体基板(10)内に作られるMOS型の複数の電子デバイスを含み、前記最後から2番目の組の電気的相互接続部(20)は、第2の金属間誘電体層(27)内に作られ、前記金属線(21)の少なくとも第1の部分(21a)を前記MOS型の前記電子デバイスに電気的に接続する第3の導電性ビア(22)を含み、前記エッチング停止層(32)は、前記第2の金属間誘電体層(27)上に配置構成される、請求項1に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記金属線(21)および前記第3の導電性ビア(22)は、前記第1の導電性ビア(30)の材料に類似する少なくとも1つの前記材料を含む、請求項2に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記金属線(21)の少なくとも1つの第3の部分(69)は、赤外線熱検出器(57、67)に面するように配置構成され、前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線の少なくとも一部を反射することができる、請求項1から3のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記金属線(21)の前記第3の部分(69)は、前記エッチング停止層(32)によって覆われない、請求項4に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記赤外線熱検出器(57)は、前記赤外線熱検出器(57)によって検出されることが意図されている赤外線を吸収することができる金属/絶縁体/金属積層体(55)と、前記金属/絶縁体/金属積層体(55)に熱的に結合され、前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続された、温度に応じて抵抗が変化する材料(56)の少なくとも一部とを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100)。
- 少なくとも1つの前記赤外線熱検出器(67)は、前記赤外線熱検出器(67)によって検出されることが意図されている赤外線を吸収することができる複数の抵抗部分(65)と、温度に応じて抵抗が変化する複数の材料部分(66)とを含み、温度に応じて前記抵抗が変化する前記材料部分(66)の少なくとも1つは前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(200)。
- 前記第1の導電性ビア(30)上に配置構成された少なくとも1つの第1の電気接点(40)をさらに含み、前記赤外線熱検出器(57、67)は前記電気接点(40)を介して前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続される、請求項1から7のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記赤外線熱検出器(57、67)は、前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線を透過する材料を含む少なくとも1つの封緘層(72)、および前記エッチング停止層(32)によって区切られたキャビティ(18)内に封入される、請求項1から8のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記赤外線熱検出器(57、67)は、少なくとも1つの第2の基板(90)、前記エッチング停止層(32)、および前記第2の基板(90)を前記エッチング停止層(32)に固定する金属ビーズ(88)によって区切られるキャビティ(96)内に封入され、前記第2の基板(90)は前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線を透過する少なくとも1つの材料を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 前記赤外線検出デバイス(100、200)のピクセルの配列を形成する複数の赤外線熱検出器(57、67)を含み、それぞれの赤外線熱検出器(57、67)は少なくとも1つの第1の導電性ビア(30)を通して前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続される、請求項1から10のいずれか一項に記載の赤外線検出デバイス(100、200)。
- 赤外線検出デバイス(100、200)を作るための方法であって、
第1の半導体基板(10)上に、および/または第1の半導体基板(10)内に作られた電子読み出し回路(12)上にいくつかの組の電気的相互接続部(14)を作り、第1の組の電気的相互接続部から最後から2番目の組の電気的相互接続部までのスタックを形成するステップと、
前記最後から2番目の組の電気的相互接続部上にエッチング停止層(32)を堆積するステップと、
前記エッチング停止層(32)上に第1の金属間誘電体層(37)を堆積するステップであって、前記第1の金属間誘電体層(37)は前記エッチング停止層(32)に関して選択的にエッチングすることができる少なくとも1つの無機材料を含む、ステップと、
前記第1の金属間誘電体層(37)上に、最後の組の電気的相互接続部を作るステップであって、前記第1の金属間誘電体層(37)および前記エッチング停止層(32)と交差する前記最後の組の電気的相互接続部の少なくとも1つの第2の導電性ビア(31)を通して前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続されている、前記赤外線検出デバイス(100、200)の外側から電気的に接触されうる、少なくとも1つの接続パッド(41)と、前記第1の金属間誘電体層(37)および前記エッチング停止層(32)と交差する前記最後の組の電気的相互接続部の少なくとも1つの第1の導電性ビア(30)を通して前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続されている少なくとも1つの赤外線熱検出器(57、67)とを形成し、前記第1の導電性ビア(30)および前記第2の導電性ビア(31)は前記最後から2番目の組の電気的相互接続部(20)の金属線(21)の第1の部分(21a)および第2の部分(21b)に電気的にそれぞれ接続され、前記赤外線熱検出器(57、67)および前記接続パッド(41)は、それぞれ、互いに関して実質的に等しい非ゼロの距離だけ前記エッチング停止層(32)から相隔てられ、ステップと、
前記電子読み出し回路(12)と前記赤外線熱検出器(57、67)との間に配置構成された前記第1の金属間誘電体層(37)の少なくとも一部をエッチングし、前記第1の導電性ビア(30)を囲み、前記赤外線熱検出器(57、67)の下に延在する何もない空間(16)を形成するステップと
を少なくとも実施することを含む方法。 - 前記電子読み出し回路(12)は、前記第1の半導体基板(10)上に、および/または第1の半導体基板(10)内に作られるMOS型の複数の電子デバイスを含み、前記最後から2番目の組の電気的相互接続部は、第2の金属間誘電体層(27)内に作られ、前記金属線(21)の少なくとも第1の部分(21a)を前記MOS型の前記電子デバイスに電気的に接続する第3の導電性ビア(22)を含み、前記エッチング停止層(32)は、前記第2の金属間誘電体層(27)上に堆積される、請求項12に記載の方法。
- 前記金属線(21)および前記第3の導電性ビア(22)は、前記第1の導電性ビア(30)の材料に類似する少なくとも1つの前記材料を含み、前記第2の金属間誘電体層(27)は、前記第1の金属間誘電体層(37)の無機材料に類似する前記無機材料を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記金属線(21)の少なくとも1つの第3の部分(69)は、前記赤外線熱検出器(57、67)に面するように配置構成され、前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線の少なくとも一部を反射することができる、請求項12から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エッチング停止層(32)を堆積するための前記ステップと前記第1の金属間誘電体層(37)を堆積するための前記ステップとの間に、前記金属線(21)の前記第3の部分(69)を覆う前記エッチング停止層(32)の一部をエッチングするためのステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記赤外線熱検出器(57)を作る前記ステップは、前記赤外線熱検出器(57)によって検出されることが意図されている赤外線を吸収することができる金属/絶縁体/金属積層体(55)を作るステップと、前記金属/絶縁体/金属積層体(55)と熱的に結合され、前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続された、温度に応じて抵抗が変化する少なくとも1つの材料部分(56)を作るステップとを含む、請求項12から16のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの前記赤外線熱検出器(67)を作る前記ステップは、前記赤外線熱検出器(67)によって検出されることが意図されている赤外線を吸収することができる複数の抵抗部分(65)を作るステップと、温度に応じて抵抗が変化する複数の材料部分(66)を作るステップとを含み、温度に応じて前記抵抗が変化する前記材料部分(66)の少なくとも1つは前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続される、請求項12から16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の金属間誘電体層(37)を堆積するための前記ステップと前記赤外線熱検出器(57、67)を作るための前記ステップとの間に、前記第1の導電性ビア(30)上に少なくとも1つの第1の電気接点(40)を作るステップをさらに含み、前記赤外線熱検出器(57、67)は前記電気接点(40)を介して前記第1の導電性ビア(30)に電気的に接続される、請求項12から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記赤外線熱検出器(57、67)を作るための前記ステップと前記第1の金属間誘電体層(37)の少なくとも一部分をエッチングするための前記ステップとの間に、
少なくとも前記赤外線熱検出器(57、67)を覆う犠牲層(70)を堆積するステップであって、前記犠牲層(70)は前記エッチング停止層(32)に関して選択的にエッチングされうる少なくとも1つの無機材料を含むステップと、
少なくとも前記第1の金属間誘電体層(37)および前記犠牲層(70)を通して少なくとも1つのトレンチ(71)をエッチングし、前記第1の金属間誘電体層(37)の一部分および前記犠牲層(70)の一部分を区切るステップと、
前記トレンチ(71)内に、および前記犠牲層(70)の部分上に、前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線を透過する材料を含む少なくとも1つの封緘層(72)を堆積するステップと、
前記封緘層(72)を通る少なくとも1つの開口(73)を作るステップと
を実施することをさらに含み、
前記第1の金属間誘電体層(37)の少なくとも一部分をエッチングするための前記ステップは、前記開口(73)を介して実行され、前記赤外線熱検出器(57、67)が少なくとも前記封緘層(72)および前記エッチング停止層(32)によって区切られるキャビティ(18)内に封入されるように前記第1の金属間誘電体層(37)および前記犠牲層(70)の前記部分を取り除き、
前記エッチングステップの後に、前記開口(73)に栓をするためのステップを実施することをさらに含む、請求項12から19のいずれか一項に記載の方法。 - 前記赤外線熱検出器(57、67)を作るための前記ステップと前記第1の金属間誘電体層(37)の少なくとも一部分をエッチングするための前記ステップとの間に、少なくとも前記第1の金属間誘電体層(37)を通して、前記エッチング停止層(32)上に少なくとも1つの金属ビーズ(88)を作るステップを実施することをさらに含み、前記第1の金属間誘電体層(37)の少なくとも一部をエッチングするための前記ステップの後に、前記赤外線熱検出器(57、67)が少なくとも第2の基板(90)、前記エッチング停止層(32)、および前記金属ビーズ(88)によって区切られるキャビティ(96)内に封入されるように少なくとも1つの前記第2の基板(90)を前記金属ビーズ(88)に固定するステップをさらに含み、前記第2の基板(90)は前記赤外線熱検出器(57、67)によって検出されることが意図されている赤外線を透過する少なくとも1つの材料を含む、請求項12から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記赤外線検出デバイス(100、200)のピクセルの配列を形成する複数の赤外線熱検出器(57、67)を作るステップを含み、それぞれの赤外線熱検出器(57、67)は少なくとも1つの第1の導電性ビア(30)を通して前記電子読み出し回路(12)に電気的に接続される請求項12から21のいずれか一項に記載の方法。
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