JPH07508095A - 熱分離微細構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 合衆国政府は契約ＤＡＡＬＯＩ−８５−Ｃ−０１５３の条項に従ってこの発明に 対しである権利をイｒする。

本発明は微細構造赤外線放射器素子の分野に関するものである。赤外線放射検出 器素子の性能を最高にするためには良い熱分離が要求される。検出器を支持する 脚を長くすることにより独を分離することは今のところ限定されている。その理 由は、ノリフッ基板中の検出器の下の穴を液体による激しい異方性エツチング中 で作成するときに破壊しないように、比較的長い脚を十分に厚くなければならず 、かつ異方性エツチングの最中およびその後で基板に接触しないように検出器を ン１かした状態で保持するために十分厚くなければならないからである。本発明 の１つの目的は、脚を支持する検出器の横断面を最小にできるようにする改良し た方法を得ることである。別の目的は（Ｒ別可能な異なる）横断面のはるかに狭 く、かつはるかに細い支持脚および性能が十分に改良された検出器を得ることで ある。

図面の簡単な説明 図１は本発明の微小ブリッジ赤外線放射検出器素子の平面図を示す。

図１８は微小ブリッジ素子のための完成された脚の横断面を示す。

図２は図１の構造の縁部図を示す。

図３は端部除去の前、および支持脚が最終的なドライエツチングによってより狭 （、かつより細くされる前のプロセスの中間点における平面図を示す。金属線は 示されていない。

図３８は細くする工程の前の支持脚の横断面を示す。

図４ａおよび図４ｂは図３の横断面図である。

図５は微小ブリッジ中に埋め込まれた検出素子の例を示す。

図６　ａ　ｓ図６ｂ、図６０は支持脚製造法における連続する工程を示す。

説　明 広くいえば、微小ブリツノセンサ装置ＩＯの製造中に、単結晶（＋００）ノリフ ッ基板１１は表面に窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ、）のような誘電体の薄膜層１２、 ＋３を成長させる。一般的にいえば、薄膜抵抗放射検出素子１４が窒化ノリフン 中に埋め込まれる。ＮａＩＲ吸収ＦＪＩ６が誘電体の上にある。穴Ｉ５が検出素 子のＦ側でノリコンへエツチングされ、検出素子１４と吸収体１６を有する窒化 ブリッジ＋２、＋３が、シリコン基板中にエツチングされた穴の上に熱分離状態 で支持されたブリッジＩ７である。微小ブリッジ１７は２本の細長い支持８２０ １２１により支持される。

本発明の目的は、図３ａに示されている初期に設計された横断面とは対照的な図 １ａに示されている横断面を持つ脚を夏作することにより、検出器支えの熱伝導 度を低十させることである。図１ａの脚の執伝導度は、窒化物の熱伝導度に組合 わされた金属電極の熱伝導度によるものである。伝導度は、使用されている電極 金属に応じて、図３ａに示されている脚の伝導度の半分またはそれ以下とするこ とができる。従来の金属は８ＯＮｉ：２０Ｆｅ合金である。その他の伝導性金属 を使用できる。

図１８の脚は弱すぎて、検出器に作用する液体のカがそのように細い支持脚を破 壊するこ七がある乱数エツチング通程には耐えることができない。この困難は、 図３ａｌこ示すように支持タブを持つ支持脚を設計することにより避けることが できる。渣体霞カ性エツチングの前に、脚およびその指示タブは約１７２の厚さ に薄くされる。この工程中、図３に示すように吸収器層と穴の個装を越えて数ミ クロン延長するクロム金属マスクにより、主な検出器領域が保護される。異方性 エツチング中、タブは検出器がエツチング穴の中に崩落することを阻止もする。

穴の中へのこの潜在的な崩落は表面張カ作用のために起きる。異方性エツチング の後で、最後の液体エツチングによりクロム・マスクが除去される。それから最 後のプラズマ「ドラ伺エツチングで脚を細くじ、最後の約１５００オングストロ ームのや化物を除去するこ七により支持タブを除去し、図１ａの脚横断面を残す 。

最後のプラズマ−ドライエツチング中に、主検出器の上の吸収２１ｉ層はエツチ ング・ストップとして作用する。完成されると、吸収器層１６またはノリフン基 板への漏電または短絡を予防するために、脚の各端部において脚中で数ミクロン の長さの、ある長さの金属電極が窒化物中に依林として収められる。最後のプラ ズマードライエツチングが終わり、タブが轢くされると、細長い電極／窒化物バ イモルが上へ曲がって主検出器Ｉ７を基板の土へ安全に上昇させる、すなわち、 検出器を基板の上へ積極的に上昇させて熱による短絡を阻止する。

ここで、微小ブリッジ赤外線放射検出器素子１０が示されている図１を参照する 。図２は図１の端部図または断面図であって、同様の層別番号が付けられている 。検出素子は破線で示されている検出領域で構成される。検出領域または放射検 出手段は曲がりくねった薄膜ニッケルー鉄抵抗素子またはその他のある温度感知 電気抵抗材料の付着された薄ｇ！領域とすることができる。それらの図に完成さ れた検出器素子構造を見ることができる。基板！１は平らな表面１１ａを持つ単 結晶（１００）ノリコンである。その平らな表面の上に窒化シリコンのような誘 電体の薄膜層＋２．１３がスパッタ付着されている。４８層の厚さをミクロンの オーダーとすることができ、最初に付着された層の約半分とすることができる。

それから、ＮｉＦｅのような薄膜抵抗層１４がスパッタされ、輪郭を定められ、 それに続いて窒化物層の残り１３が付着されて抵抗層を埋め込む。ＮｉＦｅ層１ ４層厚４は約８００オングストロームである。抵抗層１４の輪郭決定は感知領域 Ｉ７に、人口点２２から始まって出口点２３まで続く曲がりくねった（図５参照 ）すなわち曲がった抵抗層１４’を設けることである。感知領域１７内に示され ている曲がりくねった経路は、箱型の抵抗値を得るための例であり、本発明の一 部ではない。

放Ｉ）Ｉ！Ｓ知手段は、放射感知手段との間の電気的接続を行う一対の細長い支 持脚を１丁する。一対の窒化シリコン引き出し領域の上の、ノリコン窒化物に開 けられている２つのエツチング窓の間に引き出し手段が製作され、感知手段を半 ば囲む。

シリコン窒化物に開けられた窓は、感知領域の下に穴を異方性エツチングするた めの異方性エツチング剤を入れるための人口を設けるために形成された領域であ る。Ｌ形支持１ａ２０がタブ３０においてブリツノ部材１７へ連結され、かつ他 端部３１において基板へ連結される。完成されたＬ形支持脚２０．２］の拡大横 断面図が図！ａに示されている。この支持脚は窒化物片３６（すなわち、層１２ ）の上にＮｉＦｅ導体（すなわち、層１４）を備える。支持脚の寸法の例が図１ ａに示されている。幅が１．５ミクロン、窒化物の厚さが０．１０ミクロン、金 属の厚さが０．０４ミクロンである。１ｌ１２０（または２１）は微小ブリッジ のＦ８縁の２つの辺の周囲に延びているので、Ｌ形支持脚の長さは６００ミクロ ンのオーダーである。図１の平面図においては、Ｌ形脚２０．２１はシリコン窒 化物Ｎ１２．１３を貫通する一対のインターロック−カット４０．５０により境 界を定めれれる。下で説明するように、製作の前の工程において、それらのシリ コン窒化物カットは脚支持タブの６つの部分である。

次に図３（この図は多くの而で図１に類似する）を参照する。この図にはセンサ 構造の製造工程の中間点で、全ての工程が終わって最後の装置が得られる前にお ける平面図が示されている。図３には１組のノリコン窒化物カット４１，４２． ４３．４４が示されている。最終的な装置においてはそのシリコン窒化物は番号 ４０で示されている。ノリコン窒化物カットの別の組５１１５２．５３．５４が 示されている。最終的な装置においてはそのシリコン窒化物は番号５０で示され ている。カット４１と４２の近接する端部の間はタブ４５であるカプト４２と４ ３の近接する端部の間はタブ４６であり、カプト５３と５４の近接する端部の間 はタブ５５である。カット５２と５３の近接する端部の間はタブ５６である。

カット５３と５４の近接する端部の間はタブ５７である。乱流液体エツチングプ ロセスが終了するまで脚と主検出器領域を安定させ、保護するために、６つのタ ブが脚の長さに沿って位置させられる。タブの保護がないと、検出器がエツチン グ穴の中に反面張力作用のために崩落する可能性が存在する。製造の最後の段階 で６つのタブは除去する。

図４８は図３のＡＡ線に沿う横断面図である。この図においてはｌ！Ｊ構造は図 ２において説明したものに著しく類似する。この中間段階においては、付加８Ｍ クロム・フォトリソゲラフィック金属マスク６０が示されている。この金属マス クは、ドライエツチング工程が脚２０’　、２＋’の被覆されていない５Ｉ３Ｎ ａおよびそれらの６つの支持タブを削りとっている間に構造を保護するために、 構造の上に付着されて、輪郭を定められている。図６８はドライエツチングの前 の脚２０′（または２１′）の短い部分を示す。その時点において脚の幅は約３ ．５μ、厚さは約０．３μである。シリコン窒化物のおよそ半分を除去するドラ イエツチング工程の後では図６Ｂに示すようになる。細くされた６つの支持タブ は依然としてそのままで、図３、異方性エツチングの開脚とセンサ構造とを支持 する。図４ａには細くされた１１１２０′、２１’　とタブ４５が示され、かつ 異方性エツチングの後のエツチングされた穴も示されている。図３には一時的な りロムマスク６０の平面図場所を表すために、ノリチングされた領域が付加され てＩｌ）る。図４ｂには別の方向からの断面が示されている。図４ｂには細くさ れた脚２１′と薄くされたタブ４７が示されている。スロット４３．５２が示さ れて（する。

穴が異方性エツチングされた後で乱流エツチング作業が終了する。今は保護クロ ム６０はそれの目的を果たし、最後の液体エツチングにより除去される。ここで 図６０に示されている脚を図６ｂと比較して参照する。最後のプラズマ嚇エツチ ングが金属導体の上の残りのシリコン窒化物７０と、シリコン窒化物領域７１゜ ７２．７３．７４および６つのタブを除去する。金属導体の下側のノリコン窒化 物７５は金属により保護され、図６０に示すように残る。５ＬＮａがエツチング により除去されてタブを開放するにつれて、脚の残りの部分の）（イモル効果が 存在して主検出器１７を上昇させ、それを基板の上に保持して検出器の下側の熱 分離を保存する。

図１を再び参照する。この図には感知領域Ｉ７が示されている。ＮｉＦｅセンサ が図２のＰｆＪ１４のところに示されている。図５は埋め込まれたセンサ！４の 配コおよび電極引き出しが好ましくはどのようにして設計されるかを詳細に示す 。

主プロセスエ稈の要約 １、単結晶シリコンウエノ１一基板を用意する。

２．３ｉ、Ｎ、層を付着する。

３、ＮｉＦｅセンサおよびリードを付着し、輪郭を整える。

４．５Ｉ３Ｎａ層を付着して、５１３Ｎｊ中にＮｉＦｅを埋め込む。

５、ＮｉＦｅの吸収層を付着する。

６、吸収層を３００〜４００ＡのＳｉ３Ｎ、で被覆する。

７、表面をクロム金属マスクで被覆し、クロムの輪郭を整える。

８．６つの５ｉ３Ｎａエツチング譬カツトをマイクする。

９、脚と支持タブをドライエツチングにより１／２の厚さに薄くする。

１０、Ｓｉ中に異方性エツチングで穴を形成する。

口、最後の液体エツチングでクロムを除去する。

＋２．最後のプラズマ・ドライエツチングを行って脚を細＜、ｙくしてＳ　ｉ　 ３Ｎａを除去することにより支持タブを除去する。

Ｆｉ’ｇ、　６σ Ｆ／′ｇ、６ｂ Ｆ／’ｇ、　６ｃ 国際膿審磐牛 フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号ＨＯＩＬ　２７１０４ （７２）発明者　ジョンソン、ロバート・シイアメリカ合衆国　５５３４３　ミ ネソタ州・ミネトン力・マーチ　サークル・１２８１４Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排他的な権利を定める本発明の諸形態は次の通りである。 １．平らな表面を有する単結晶シリコン基板ウエハーを用意する工程と、薄膜シ リコン窒化物層を前記表面の上に付着する工程と、センサおよび電極引き出しの ための温度感知、電気抵抗性物質の薄膜層を前記シリコン窒化物層上に付着し、 輪郭を整える工程と、別の薄膜シリコン窒化物層を前記物質および前記第１のシ リコン窒化物層の上に付着する工程と、 薄い吸収層を最後に付着したシリコン窒化物のセンサの領域内の上に付着する工 程と、 薄膜フォトリソグラフィック・マスクを付着し、輪郭を整える工程と、微小ブリ ッジのための電極引き出しおよび支持タブを含む細長い脚の輪郭を定める複数の シリコン窒化物カットを行う工程と、脚と支持タブをドライエッチングしてシリ コン窒化物の厚さのおよそ１／２を除去する工程と、 前記カットを通じて異方性エッチング剤を入れて、シリコンを異方性エッチング により除去して、微小ブリッジ・センサおよび脚の下に穴を形成する工程と、 液体エッチングにより薄膜フォトリソグラフィック・マスクを除去する工程と、 前記細くされた脚の上の露出しているシリコン窒化物をプラズマ・ドライエッチ ングして、電極の横方向に延長している脚のＳｉ３Ｎ４を除去する工程と、を備 える赤外線放射検出素子として用いられる熱分離微小ブリッジを製造する方法。 ２．請求の範囲１記載の方法において、「薄い吸収層を最後に付着したシリコン 窒化物のセンサの領域内の上に付着する」前記工程のすぐ後に、前記吸収層をシ リコン窒化物の薄膜層で被覆する工程、を更に備える方法。 ３．請求の範囲１記載の方法において、前記温度感知電気抵抗性物質はニッケル ー鉄である方法。 ４．請求の範囲１記載の方法において、前記吸収層はニッケルー鉄の薄膜である 方法。 ５．請求の範囲１記載の方法において、前記フォトリソグラフィック・マスクは クロム金属である方法。 ６．平らな表面を有する単結晶シリコン基板ウエハーを用意する工程と、薄膜シ リコン窒化物層を前記表面の上に付着する工程と、センサおよび電極引き出しの ためのニッケルー鉄の薄膜層を前記シリコン窒化物層上に付着し、輪郭を整える 工程と、別の薄膜シリコン窒化物層を前記物質および前記第１のシリコン窒化物 層の上に付着する工程と、 ニッケルー鉄の薄膜吸収層を最後に付着したシリコン窒化物のニッケルー鉄セン サの領域内の上に付着する工程と、前記吸収層をシリコン窒化物の薄膜層で被覆 する工程と、薄膜クロム金属マスクを付着し、輪郭を整える工程と、微小ブリッ ジのためのニッケルー鉄引き出しおよび支持タブを含む細長い脚の輪郭を定める 複数のシリコン窒化物カットを行う工程と、脚と支持タブをドライエッチングし てシリコン窒化物の厚さのおよそ１／２を除去する工程と、 前記カットを通じて異方性エッチング剤を入れて、シリコンを異方性エッチング により除去して、微小ブリッジ・センサおよび脚の下に穴を形成する工程と、 液体エッチングにより薄膜クロム層を除去する工程と、前記細くされた脚の上の 露出しているシリコン窒化物をプラズマ・ドライエッチングでエッチングして、 ドライ・エツチングに対するストッブとして作用するＮｉＦｅ引き出し部までＳ ｉ３Ｎ４を除去し、電極の横方向に延長する脚のＳｉ３Ｎ４も除去する工程と、 を備えた赤外線放射検出素子として用いられる熱分離微小ブリッジを製造する方 法。