KR101993107B1 - 게터 구조 및 그 구조를 형성하는 방법 - Google Patents

게터 구조 및 그 구조를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

게터 구조 및 방법에 있어서, 상기 시드 물질의 레이어는 상기 구조의 표면 상에 복수의 핵형성 사이트들을 형성하기 위한 조건 하에서 구조의 표면의 미리 결정된 영역 상에 디파짓된다. 핵형성 사이트들은 분자 하나의 두께보다 작은 미리 결정된 영영의 표면을 넘는 평균 높이를 가진다. 그 다음으로 게터 물질은, 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하기 위해 표면 위에 디파짓된다.

Description

게터 구조 및 그 구조를 형성하는 방법{GETTER STRUCTURE AND METHOD FOR FORMING GETTER STRUCTURE}
본원 개시내용은 일반적으로 진공 포장된 전자 디바이스들 및 그러한 구조들을 형성하는 방법을 위한 게터 구조들과 관련된다.
해당 기술 분야에 알려진 바와 같이, 봉인된(sealed) 진공 용기 내에 높은 진공 정도를 유지하기 위해, 예를 들어 듀어 어셈블리(Dewar assembly)등으로 지칭되는 게터는 듀어 어셈블리(Dewar assembly) 봉인을 통해 천천히 새거나(leak) 용기 물질로부터 빠져나가는(outgas) 기체 분자들을 트랩핑(trap)하기 위해 이용되어 왔다. 널리 이용되는 게터 물질들은, 기체가 빠져나간 진공-봉인된 듀어 어셈블리에서 전형적으로 발견되는 산소, 수소, 질소, 메탄, 일산화탄소 및 이산화탄소 등과 같은 다양한 기체 분자들을 영구적으로(permanently) 포획하는 순(alone) 티타늄, 티타늄 합금, 지르코늄(zirconium), 바나듐(vanadium), 철 및 다른 활성(reactive) 금속을 포함한다. 게터 물질들은 상온에서 안정적인 산화물(oxides), 탄화물(carbides), 수소화물(hydrides) 및 질소화물(nitrides)를 형성하기 위해 이러한 기체들과 반응한다. 그러므로, 상기 반응은 비가역적(irreversible)이고 이후의 기체 유출(release)의 위험과 관련되지 않는다.
진공 게터는 증발성 게터들과 비증발성 게터들의 2개의 카테고리가 있다. 증발성 게터들은, 듀어(Dewar)가 봉인된 후 듀어 표면 내부(interior)에 위치하여(in place) 순간 증발(flash evaporation)된다. 그 적절한 예로(a prime example), 글래스 라디오(glass radio) 또는 TV 진공 튜브 내에서 보여지는 빛나는 표면이 있다. 그 다음으로 공기에 노출될 경우, 게터는 반응될 수 없다. 비증발성 게터는 그것을 제공할 디바이스를 제조하는 프로세스 내에 설치되거나 디파짓(deposited)되고, 짧은 시간 동안 고온의 열을 가함으로써 반응한다. 본원의 주제는 비증발성 카테고리에 속한다.
외부에서 종래(conventional)의 직화식(fired) 게터들에 의해 듀어 어셈블리 내의 잔여(residual) 기체 분자들을 트래핑(trapping)하는 것은 발명자 Romano et al의 U.S. Patent. No.5,111,049에 설명된 실시예에서 달성되었다. 다공성(porous)의 티타늄 합금 및 몰리브덴(molybdenum) 파우더 등의 게터 물질이 상기 듀어 바디로부터 돌출된(protruding) 튜브 상에 용착되는(welded) 알로이(42) 용기 내에 위치한다. 게터 물질은 대략 섭씨 800도에서 10분간 게터 용기에 열을 가함(applying)으로써 달성된다. 그러나, 외부 직화 게터는 크기가 크고 부피가 크며 (bulky), 듀어 바디의 외부에 조립(fabricate)되어야만 한다. 일반적으로 0.5- 2cm 정도의 차원(dimensions)인 전형적인 직사각형인, 모던(modern) 평면 적외선 감지기 어레이를 포함하는, 듀어 어셈블리 내의 높은 진공 정도를 유지하기 위한 외부 직화식 게터의 이용은 상기 어셈블리의 부피 및 무게를 상당히 증가시킨다. 또한, 게터 물질은 IR 감지기 어레이로부터 떨어진 곳에 위치해야 하고, 외부 쿨링은 상기 감지기 어레이에 열화(thermal) 손상을 예방하기 위해 듀어 바디에 적용되어야만 하며, 다른 듀어 어셈블리 컴포넌트들은 게터에 열 공급을 가져온다. 게터 어셈블리의 기계적 복잡도 및 IR 감지기 어레이에 대한 외부 쿨러에 대한 필요성은 IR 감지기의 비용을 증가시킨다.
진공-포장된 듀어 어셈블리를 조립하는 프로세스는 U.S. Pat. No. 5,433,639에 설명되어 있다. 그러나, 디파짓된 얇은 필름 게터의 표면 구역(surface area)이 작기 때문에, 게터에 의해 제거될 수 있는 가스의 양이 제한적이다. IR 감지기들이 감지 효과를 증대시키기 위해, IR 감지기들은 바람직하게는 감지 표면 구역 대 총 감지 표면 구역의 비율(ratio)인 라지 필 팩터(large fill factor)를 포함하므로, 게터 물질 상의 표면 구역의 퍼센티지는 상대적으로 작게 디파짓될 수 있다.
해당 기술 분야에도 알려진 것과 같이, 종래의 비냉각(uncooled) IR 감지기 어레이는 평면 IR 윈도우를 구비한(with) 진공-포장된 듀어 어셈블리 내에 하우징되고, 일반적으로 게르마늄으로 만들어지며, 그것의 IR 투과율(transmittance)을 개선하기 위해 표면 코팅으로 코팅된다. IR 방사(IR radiation)는 윈도우를 투과하여 어레이 내의 감지기 픽셀들에 부딪친다. 비냉각 IR 감지기들은 전형적으로, 열을 센싱함으로써 IR 방사를 감지하는 온도 센서들인, 실리콘 또는 산화 바나듐(Vanadium Oxide) 마이크로볼로미터이다.
해당 기술 분야에도 알려진 것과 같이, 게터를 큰(large) 구역 광학 윈도우를 요구하는 웨이퍼 레벨 진공 포장된 디바이스(WLVP: wafer level vacuum packaged)에 통합하는 것은, 게터를 위치시키기 위해 가용한 구역 내에 매우 제한적이다. 웨이퍼 레벨 포장된 디바이스에서, 게터는 일반적으로 증발 또는 상기 게터 물질을 디바이스 뚜껑(lid) 위에 박막증착(sputtering) 시킴으로써 진공 디파짓된다. 광학 디바이스에서, IR 이미징 포컬 플레인 어레이(FPA: Focal Plane Array)등의 윈도우는 게터가 디파짓되는 가능한 구역의 대부분을 차지한다.
한 가지 기술이 U. S. Patent No. 5,701,008에 설명되어 있다. 여기에서 설명된 것과 같이, 게터의 표면 구역에서의 증가는, 게터가 위치되는 경우, 캡(cap) 웨이퍼 표면의 컬럼 같은(column-like) 돌출부들(protrusions)을 형성하기 위해 다수의 트렌치(tranches)들을 에칭(etching)함으로써 달성된다. 게터는 복잡한(convoluted) 표면 상에 동일하게(conformally) 디파짓되고, 그렇게 함으로써 3차원을 2차원 표면 구역에 추가함으로써 그것의 표면 구역을 증가시킨다. 게터는 평면 수평 표면들뿐 아니라 컬럼 같은 돌출부들의 벽들(walls) 상에 증발 또는 박막증착을 통해 동일하게 디파짓된다. 다른 시도들은 게터를 디파짓하기 하기 전에 상기 구역을 약간 증가시키기 위해 표면을 거칠게(roughen)하는 방법들을 포함한다.
해당 기술 분야에도 알려진 것과 같이, 게터를 형성하는 한 가지 방법은 제라늄, 티타늄, 철 및 기판 상에 함께 디파짓되는 다른 금속들을 포함하는 필름을 박막증착하기 위해 게터를 형성한다.
해당 기술 분야에도 알려진 것과 같이, 디파짓된 진공 게터는, 증발 또는 진공 품질을 개선하기 위한 진공 환경에서 잔여 기체 원자들을 화학적으로 반응(react)시킬 수 있는 물질의 레이어를 박막증착함으로써 형성되는(일반적으로 얇은 레이어) 구조이다. 그것은 반응 기체 종류(species)들이 트래핑되는, 효과적인 표면 구역이 가급적 큰 것을 포함해야 하므로, 게터 필름의 형태(morphology)가 중요하다. 게터 구역은 기하학적 구역에 국한되지 않는다. 대부분의 활성화 구역은 결정경계(grain boundary)에서 빈 공간(void)에 의해 제공된다. 잘 알려진 모브찬(Movchan), 뎀치신(Demchishin) 및 쏜톤(Thornton)의 스트럭쳐 존 모델(SZMs: Structure Zone Models)의 결과를 가져온 디파짓된 필름들의 확대가 광범위하게 연구되어 왔고, 얇은 필름 및 코팅을 위한 디파지션 기술(Deposition Technologies)의 핸드북(P. M. Martin, Elsevier, 2009, ISBN 978-0-8155-2031-3)을 보라. SZM 모델들은 필름 온도 증가와 디파짓된 물질의 용융온도의 비(ratio)로 정의된, 상응하는(homologous) 온도에 필름 구조를 관련시킨다. 필름 입자(grain) 증가에 있어서 크리티컬 팩터(critical factor)는 기판 표면 상에 도달하는 원자의 이동성이다. 이동성은 도달하는 에너지 및 표면 온도에 강한 종속성을 갖는다. 높은 이동성(고 에너지)를 가진 원자들은 이동하여 표면 상에 한 덩어리로 뭉칠(agglomerate) 것이고, 큰 입자들(grain)을 형성할 것이다. 낮은 에너지를 가진 원자들은 곧 멈출 것이고, 큰 입자들이 있는 필름에서보다 더 큰 빈 공간 네트(net)인 결과를 가져오는 더 작은 입자들을 형성할 것이다. 따라서 많은 작은 입자들을 가진 필름은 그것들 간에 빈 공간들을 가진 하나의 큰 입자들보다 바람직하다. 빠른 디파지션 속도(deposition rate)도 입자들 간의 빈 공간을 가진 더 작은 입자들을 촉진시킨다. 디파짓되는 물질의 화학적이고 열역학적인 속성들은 그 결과로 생긴(resultant) 입자 구조 상의 영향을 미친다.
이것은 낮은 디파지션 속도를 가진 더 높은 이동성 케이스에 대한 도 1a, 1aa-1c 및 1cc에 도시되고, 더 높은 디파지션 속도를 가진 더 낮은 이동성 케이스에 대해 도 2A, 2aa-2C 및 2cc에 도시된다. 도 1a, 1aa에서, 원자들(4)은 표면(3) 상에 도달하고 그것들이 멈추거나 입자 형성의 기초(basis)가 되는 원자들의 클러스터(6)의 엣지를 히팅(hitting)하기 위해 충분한 에너지를 잃을 때까지 주변을 맴돈다(move around). 그 결과로 입자들은, 그것들이 도달하는 원자들(4)의 증가하는 수를 가로채고 위로 증가하기(growing) 위한 표면(3)을 충분히 커버할 때까지, 클러스터로서 옆으로(sideways) 증가한다. 입자들(6) 간의 접촉 바운더리들은 게터링 반응(action)을 초래하는(responsible for) 빈 공간(1)을 포함한다. 도 2C-2cc에서, 원자들(4)은 표면(3) 상에 도달하고, 그것들이 멈추거나 클러스터의 엣지를 히팅(hitting)하기 위해 충분한 에너지를 잃을 때까지 주변을 맴돈다. 원자들(4)이 충분히 빠르게 쌓이고 빠르게 표면의 많은 부분을 커버하므로, 클러스터들은 빠르게 위로 자라고, 따라서 그것들 간에 결정 경계(빈 공간)(1)를 가진 작은 입자들을 형성한다.
해당 기술 분야에 알려진 바와 같이, 진공 디파지션 게터들의 효과는 디파지션 방법, 디파지션 조건들 및 그 결과인 필름 형성 및 구조에 크게 종속된다. WLP에 대한 진공 게터들 및 몇몇 다른 전자 패키지들은 입자 구조가 긴(tall) 원주(columnar) 구조들을 형성하는 방법으로 패키지 내에 디파짓된 금속 레이어로 구성된다. 입자들 간의 수직 표면들은 디파짓된 게터들의 기하학적 구역의 몇 배가 되고, 대부분의 게터링 표면을 구성한다.
본원 개시내용에 따른 게터 구조는, 기판 표면 상에 시드 물질(seed material)을 형성하는 복수의 핵형성 사이트들(nucleation sites)을 가지는 기판 및 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅(projecting outwardly)되는 게터 물질 멤버들(getter material members)을 포함한다.
일실시예에 있어서, 웨이퍼 레벨 진공 포장된(WLVP: wafer level vacuum packaged) 디바이스는, 그것 위에(thereon) 감지기들의 어레이를 포함하는 제1 기판; 제2 기판의 표면 상에 시드 물질을 형성하는 복수의 핵형성 사이트들을 가지는 제1 기판에 진공 결합된 제2 기판 및 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 게터 물질 멤버들을 포함한다.
일실시예에 있어서, 게터 구조를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 구조의 표면 상에 복수의 시드 물질의 핵 형성 사이트들을 형성하는 단계; 및 상기 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 게터 물질 멤버들을 형성하는 단계를 포함한다.
일실시예에 있어서, 게터 구조를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 구조의 표면 상에 복수의 핵형성 사이트들을 형성하기 위한 조건 하에서 구조의 표면 상에 시드 물질 레이어를 디파짓하는 단계; 및 그 다음으로 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하기 위해 표면 위에 게터 물질을 디파짓하는 단계를 포함한다.
일실시예에 있어서, 시드 물질의 레이어(layer of seed material)는 미리 결정된 표면 구역(predetermined surface area)을 포함하는 표면의 영역(region) 위에 디파짓(deposit)되고, 상기 핵형성 사이트들은, 미리 결정된 표면 위에, 일 분자 두께(one molecule thick)보다 작은 평균 높이를 가진다.
일실시예에 있어서, 시드 물질의 디파지션은 순간 증발 또는 전자-빔 디파지션에 의한 것이다.
일실시예에 있어서, 상기 방법은 게터 물질 디파지션 이전에 핵형성 사이트들을 산화시키는 단계를 포함한다.
게터(getter) 구조는, 기판(substrate), 상기 기판의 표면 상에 시드(seed) 물질로 형성된(formed of) 복수의 핵형성(nucleation) 사이트들(sites); 및 상기 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 포함한다.
상기 게터 구조에서, 상기 시드 물질은 미리 결정된 표면 구역을 포함하는 상기 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 미리 결정된 표면 위에 기체 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 가진다.
상기 게터 구조에서, 상기 게터 물질은 티타늄이다.
진공 포장된 전자 디바이스 구조는, 제1 기판, 제2 기판의 표면 상에 시드 물질로 형성된 복수의 핵형성 사이트들을 포함하는 제1 기판에 진공 결합된(vacuum bonded) 제2 기판 및 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 포함한다.
상기 게터 구조는, 상기 시드 물질은 상기 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 기체 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 가진다.
상기 게터 구조에서, 상기 게터 물질은 티타늄이다.
게터 구조를 형성하는 방법은, 상기 구조의 표면 상에 시드 물질의 핵형성 사이트들을 형성하는 단계 및 상기 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 시드 물질은, 미리 결정된 표면 구역을 포함하는 상기 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 상기 미리 결정된 표면 위에 기체 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 가진다.
상기 게터 구조에서, 상기 게터 물질은 티타늄이다.
게터 구조를 형성하는 방법은, 구조의 표면 상에 복수의 핵형성 사이트들을 형성하기 위한 조건들 하에서 구조의 표면 상에 시드 물질의 레이어(layer)를 디파짓(depositing)하는 단계 및 그 다음으로 상기 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하기 위해 상기 표면 위에 게터 물질을 디파짓하는 단계를 포함한다.
상기 디파짓은, 순간 증발(flash evaporation) 또는 전자-빔(beam) 디파짓이다.
상기 핵형성 사이트들은, 상기 게터 물질을 디파짓 하기 전에 산화(oxidizing)하는 단계를 포함한다.
상기 시드 물질은, 미리 결정된 표면 구역을 포함하는 상기 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 미리 결정된 표면 위에 기체 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 가진다.
진공-봉인된 듀어 어셈블리는 대기로부터 감지기 어레이를 봉인하기 위해 IR 감지기 어레이를 둘러싼 기밀 용기(hermetic seal)(8)를 포함한다. 용기(8)는, 예를 들어, 인듐, 주석(gold-tin) 또는 그것이 기판(2) 또는 바람직하게는 웨이퍼(10) 상에 디파짓되는 경우, 정교하게 제어되는 용기의 높이를 가진, 다른 땜납(solder)일 수 있다. 용기(8)는 제2 기판, 캡 웨이퍼, 예를 들어 실리콘은 윈도우 웨이퍼(10)를 웨이퍼 레벨 포장하기 위해 역시 실리콘인 FPA 웨이퍼를 가진 호환 가능한 열 확장 계수를 반드시 가져야 하는 IR 투명(transparent) 윈도우(10)를 지지한다. 웨이퍼(10)는, 설명될 방법에서 미리 결정된 표면 구역을 갖는 웨이퍼(10)의 표면의 미리 결정된 영역(20) 상에 형성된 복수의 원추(columnar) 게터링 물질 구조들(21)(도 6)을 포함한다. 캡 웨이퍼(10)의 내부 표면은 도 1 및 도 2의 표면(3)과 대응된다. 게터 구역의 로케이션은 일반적으로 도 3의 20과 같이 도시되고, 광학적으로 투명한 IR 윈도우를 둘러싼다. 비-광학(non-optic) WLP 패키지들이 적용될 경우, 캡 웨이퍼의 훨씬 큰 포션(portion)이 게터(21)로 커버될 수 있다.
도 1a, 1aa-1c, 1cc는, 상대적으로 느린 디파지션이 도시된 선행 기술에 따라 게터링 물질을 형성하는데 이용되는 프로세스를 나타낸 도면이다.
도 2a, 2aa-2c, 2cc는 상대적으로 높은 디파지션이 도시된 선행 기술에 따라 게터링 물질을 형성하는데 이용되는 프로세스를 나타낸 도면이다.
도 3은 개시내용에 따른 IR 감지기에 대한 웨이퍼-레벨 포장 듀어 어셈블리의 부분 단면 사시도(cutaway perspective view)의 개략도이다.
도 4는 도 3의 어셈블리에 이용되는 IR 감지기 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 5는 개시내용에 따른 게터링 물질을 형성하는데 이용되는 프로세스의 흐름도이다.
도 6은 위에서부터 아래로, 등축도법(isometric sketches), 우측, 및 좌측 상에서의 측면도, 개시내용에 따라 복수의 랜덤하게 형성된 핵형성 사이트들을 배치하는 구조들인, 복수의 게터링 물질 구조들을 형성하는데 이용되는 프로세스를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 6a는 몇몇의 예시적인 핵형성 사이트들 및 도 6의 게터 물질의 횡단면(cross section)이다.
다양한 도면들 내의 참조 기호와 같이 동일한 구성요소들을 가리킨다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 바람직하게는 실리콘인, 반도체 물질의 독출 통합 회로(ROIC: readout integrated circuit) 기판(2)을 포함하는 듀어 어셈블리가 도시된다. IR 감지기 어레이(14)는 기판(2) 상에 포지셔닝되고, 픽셀이라고도 불리는, 복수의 개별적인 감지 구성요소들을 포함한다. 도 4는 감지기 픽셀(16)의 5x6 직사각형 어레이만을 도시할 뿐이지만, 전형적인 IR 통합 회로는 일반적으로 수백 개의 픽셀들(16)에 의해 수백에 달하는 평면 IR 감지기 어레이를 포함한다. 대부분의 상업적인 어플리케이션들에 있어서, IR 감지기들은 일반적으로 비냉각 상태이고 IR 방사에 의해 감지기들에게 전달되는 열이 가져오는 온도 증가를 센싱함으로써 IR 방사의 강도를 감지한다. 비냉각 IR 감지기의 전형적인 예는, 산화 바나듐(VOx: vanadium oxide) 마이크로볼로미터(MB: microbolometer)가 있고, 복수의 각각의 감지기들은 일반적으로 종래의 반도체 제조 프로세스들에 의해 ROIC 기판 상의 어레이 내에 형성된다. MB 어레이는 IR-생성열을 센싱함으로써 IR 방사를 감지하고, FPA(focal plane array) 또는 SCA(ensor chip assembly)로도 불린다. 기판(2)는 볼로미터들에 의해 생성된 신호를 프로세싱하는데 이용되는 통합 회로이다. 이 경우, 볼로미터는 그것의 온도가 변하는 경우 그것의 저항을 변경하는 마이크로브릿지(microbridge) 저항기이다. 인커밍(incoming) 방사능은, 마이크로브릿지의 온도 변화를 가져온다. Si 등과 같은 다른 반도체 물질들이 이용될 수 있음에도, VOx는 일반적으로 가용(available)하고, IR 감지 어플리케이션에 이용되는 가장 비용 경제적인 물질이다.
진공-봉인된 듀어 어셈블리는 대기로부터 감지기 어레이를 봉인하기 위해 IR 감지기 어레이를 둘러싼 기밀 용기(hermetic seal)(8)를 포함한다. 용기(8)는, 예를 들어, 인듐, 주석(gold-tin) 또는 그것이 기판(2) 또는 바람직하게는 웨이퍼(10) 상에 디파짓되는 경우, 정교하게 제어되는 용기의 높이를 가진, 다른 땜납(solder)일 수 있다. 용기(8)는 제2 기판, 캡 웨이퍼, 예를 들어 실리콘은 윈도우 웨이퍼(10)를 웨이퍼 레벨 포장하기 위해 역시 실리콘인 FPA 웨이퍼를 가진 호환 가능한 열 확장 계수를 반드시 가져야 하는 IR 투명(transparent) 윈도우(10)를 지지한다. 웨이퍼(10)는, 설명될 방법에서 미리 결정된 표면 구역을 갖는 웨이퍼(10)의 표면의 미리 결정된 영역(20) 상에 형성된 복수의 원추(columnar) 게터링 물질 구조들(21)(도 6)을 포함한다. 캡 웨이퍼(10)의 내부 표면은 도 1 및 도 2의 표면(3)과 대응된다. 게터 구역의 로케이션은 일반적으로 도 3의 20과 같이 도시되고, 광학적으로 투명한 IR 윈도우를 둘러싼다. 비-광학(non-optic) WLP 패키지들이 적용될 경우, 캡 웨이퍼의 훨씬 큰 포션(portion)이 게터(21)로 커버될 수 있다.
더 구체적으로, 게터 물질(21)의 컬럼들을 형성하는데 이용되는 프로세스의 흐름도가 도 5에 도시된다. 간략하게, 도 6 및 도 6A 역시 참조하여, 상기 프로세스는 캡 웨이퍼(10)의 표면 상에 미리 결정된 영역 상에 복수의, 시드 물질의 핵형성 사이트들(24)을 형성하는 단계 및 핵형성 사이트들(24)로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들(21)을 형성하는 단계를 포함한다. 더 구체적으로, 웨이퍼(10)는 진공 다피지션 챔버(chamber)로 로딩된다. 매우 얇은 제1 금속층, 예를 들어, 미리 결정된 영역의 표면 구역 위에, 분자 하나보다 작은 평균 두께(average thickness)를 가지는(완전한 단일 레이어보다 작은) 크로미늄이 다음의 티타늄(Ti) 디파지션을 위한 핵형성 사이트들(24)(도 6, 도 6A)을 형성하기 위한 웨이퍼(10)의 표면 상에 디파짓된다. 티타늄 레이어(21)은 핵생성 사이트들(24)에 의해 정의된 입자 구조로부터 우선적으로(preferentially) 커진다. 시드 물질에 대해, 많은 작은 불연속적인 분자 뭉치(discontinuous clumps of molecules)(각각의 뭉치는 핵형상 사이트들(24) 중 하나와 대응됨)를 형성하기 위해 Si 웨이퍼(10) 표면 상에 저(low) 도달 에너지 및 저(low) 표면 이동성을 가질 것이 요구된다. 디파지션은, 그것을 녹이는 와이어 및 그것이 증발하도록 하는 포션(portion)을 통해 충격 대전류(high current pulse)를 적용함으로써 순간 증발에 의하거나, 측정된 증기의 부피의 열증착에 의하거나 고속 셔터 스피드를 갖는 전자-빔(e-beam)에 제어되는 셔터에 의한 것일 수 있다. 디파지션은, 제1 디파지션 챔버에서 박막증착(sputtering)에 의해, 그 다음 게터 디파지션을 위한 전자-빔 디파지션 챔버로 전송에 의해 핵형성 사이트들을 산화할 공기 노출로서 이용될 수도 있고, 게터 물질(예를 들어, 티타늄)은 산화된 사이트들을 유지(adhere to)할 것이다.
게터 물질(21)은, 예를 들어 수천 앙스트롬(Angstroms)에서 수(a few) 마이크로미터 범위 내의 높이에 핵형성 사이트들(24)에 의해 정의되는 입자 구조로부터 우선적으로 증가한다. 게터 물질(21)의 효과는 효과적인 표면 구역에 종속된다. 결정 경계는 기하학적 표면의 몇 배에 의해 효과적인 구역을 증가시키고, 증가된 구역은 시간-온도 조건들의 특정한 세트 하에서 개선된 반응을 의미한다. 게터링 액션(action)은 결정 경계로 널리 분산된 진공 내의 Ti 분자들이 반응함으로써 효과가 있다.
시드 물질을 위해, 게터 물질(21)보다 더 높은 용융점들을 가진 물질들의 이용은 핵형성 사이트들(24)의 형성을 증대시킨다. 그러므로, 시드 물질로서 최고의 후보는 비록 다른 금속들이 이용될 수 있더라도, 게터 물질의 용융점에 근접하거나 그보다 높은 용융점을 가져야 한다. 일실시예에 있어서, 상기 방법은 증발되기 어려운 금속들을 이용하는 가능성을 열어두는(opens) 박막증착에 의한 시드 물질의 디파지션을 포함한다. 티타늄 게터 레이어의 다음 디파지션이 증발에 의해 수행될 경우, 박막증착 챔버 및 증발 챔버 간의 전송 내의 공기에 대한 노출은 시드 물질의 산화를 야기할 것이다. Ti는 금속 산화물을 유지할 것이므로, 이것은 게터에 대한 저하로 여겨지지 않는다. 시드 물질은, 예를 들어, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄-텅스텐, 바나듐, 지르코늄, 루테늄, 몰리브데늄, 하프늄 또는 크로미늄일 수 있다. 다른 가능한 구성요소는, 예를 들어 실리콘 또는 다른 금속들을 포함한다. 시드 물질은 진공 환경으로부터 반응하여 기체 원자들이 제거되는 게터링 프로세스에 직접적으로 관여하지 않는다.
그 다음, 예를 들어 대략 3000에서 10000 앙스트롬(Angstrom)을 넘게 두꺼운 두께를 갖는 티타늄 등의, 게터링 물질의 레이어가 제1 금속 레이어(24)를 넘어, 핵형성 즉 사이트 금속을 넘어 제자리에(in-situ)디파짓된다. 티타늄은 핵형성 사이트들 상에 그것의 측면들을 따라 증가하는 게터 표면 구역을 갖는 원추 구조 내에서 늘어난다.
개시내용에 따른, 게터 구조는 기판, 기판의 표면 상에 시드 물질을 형성하기 위한 복수의 핵형성 사이트들 및 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 게터 구조는 다음과 같은 독립적인 특징들 또는 다른 것과 조합되는 특징들을, 상기 시드 물질은 미리 결정된 표면 구역을 갖는 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트는 미리 결정된 표면 위에 일 분자 두께(one molecule thick)보다 작은 평균 높이를 갖거나 상기 게터 물질은 티타늄인 특징들을 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다.
개시내용에 따른 진공 포장된 전자 디바이스 구조는, 제1 기판, 제2 기판의 표면 상의 시드 물질을 형성하는 복수의 핵형성 사이트들을 갖는 제1 기판 및 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들에 진공 결합된 제2 기판을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 진공 포장된 전자 디바이스 구조는 다음과 같은 독립적인 특징들 또는 다른 것과 조합되는 특징들을, 상기 시드 물질은 상기 표면의 영역에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 미리 결정된 표면 위에 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 갖거나 상기 게터 물질은 티타늄인 특징들을 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다.
게터 구조를 형성하는 방법은, 상기 구조의 표면 상에 복수의, 시드 물질의 핵형성 사이트들을 형성하는 단계 및 상기 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하는 단계를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 상기 방법은, 상기 시드 물질이 미리 결정된 표면 구역을 포함하는 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 미리 결정된 표면 위에 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 갖거나 상기 게터 물질은 티타늄인 특징들을 포함할 수 있다.
게터 구조를 형성하기 위한 방법은, 상기 구조의 표면 상에 복수의 핵형성 사이트들을 형성하기 위한 조건들 하에서 구조의 표면 상에 시드 물질의 레이어를 디파지팅하는 단계 및 그 다음으로 핵형성 사이트들로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버들을 형성하기 위해 상기 표면 위에 게터 물질을 디파지팅하는 단계를 포함하는 것으로도 이해되어야 한다. 상기 방법은, 다음과 같은 독립적인 특징들 또는 다른 것과 조합되는 특징들을, 상기 디파지션들은 순간 증발 또는 전자-빔 디파지션이고, 게터 물질 디파지션 전 핵형성 사이트들을 산화하고, 상기 시드 물질은 미리 결정된 표면 구역을 포함하는 표면의 영역 상에 형성되고, 상기 핵형성 사이트들은 미리 결정된 표면 위에 분자 하나의 두께보다 작은 평균 높이를 가지는 특징들을 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다.
개시내용의 많은 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형들은 개시내용의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 핵형성 레이어의 디파지션을 달성하기 위해 2개의 다른 방법들이 설명된 반면, 다른 방법들도 이용될 수 있다. 또한, 구조 및 방법이 감지기 어레이를 위해 설명된 반면, 상기 방법은 예를 들어, MEMS 구조와 같은 다른 전자 디바이스 구조들에도 적용될 수 있다. 따라서, 다른 실시예들은 아래 청구항들의 범위 이내일 것이다.

Claims (24)

  1. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    표면에 복수의 이격된(spaced) 핵형성 사이트를 형성하는 단계;
    상기 복수의 이격된 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되는 복수의 게터 물질 멤버를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 이격된 핵형성 사이트를 형성하는 단계는,
    디파짓된 시드 물질의 복수의 이격된 분자 뭉치를 생성하도록 선택된 에너지 레벨로 미리 결정된 표면 구역 위에 시드 물질을 디파짓하는 단계 - 상기 복수의 이격된 뭉치의 각각은, 상기 미리 결정된 표면 구역 위에 상기 시드 물질에 의하여 생성된 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트의 각각과, 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중의 하나에 대응함 -
    를 포함하고,
    상기 게터 물질은,
    상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중의 대응하는 하나의 핵형성 사이트의 시드 물질의 복수의 이격된 분자 뭉치의 각각의 측면(sidewalls) 및 상면(tops)에 디파짓되고,
    상기 핵형성 사이트 및 상기 게터 물질 멤버는 다른 디파지션 기술을 이용하여 형성되는
    게터 구조 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디파짓하는 단계는,
    디파짓되는 상기 게터 물질을 위한 상기 복수의 핵형성 사이트를 형성하기 위하여, 미리 결정된 표면 구역 위에 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 상기 시드 물질을 디파짓하는 단계
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게터 물질 및 상기 시드 물질은 다른 물질인
    게터 구조 형성 방법.
  4. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 핵형성 사이트를 형성하는 단계; 및
    후속적으로(subsequently) 복수의 게터 물질 멤버를 형성하기 위해 상기 표면 위에 게터 물질을 디파짓하는 단계 - 복수의 게터 물질 멤버는 상기 복수의 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅됨 -
    를 포함하고,
    상기 미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 핵형성 사이트를 형성하는 단계는,
    디파짓된 시드 물질의 복수의 불연속적인 분자 뭉치를 생성하도록 선택된 에너지 레벨로 상기 영역 위에 시드 물질을 디파짓하는 단계 - 상기 복수의 불연속적인 뭉치의 각각은, 상기 표면 구역 위에 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 생성된 상기 복수의 핵형성 사이트 중의 하나에 대응함 -
    를 포함하고,
    상기 핵형성 사이트 및 상기 후속적으로 디파짓된 게터 물질 멤버는 다른 디파지션 기술을 이용하여 형성되는
    게터 구조 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시드 물질의 상기 디파짓은, 순간 증발(flash evaporation) 또는 전자-빔(electron-beam) 디파지션인
    게터 구조 형성 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 게터 물질을 디파짓 하기 전에 상기 복수의 핵형성 사이트를 산화(oxidizing)하는 단계
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  7. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 시드 물질의 핵형성 사이트를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 핵형성 사이트에 복수의 게터 물질 멤버를 형성하고, 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅 하는 단계 - 상기 게터 물질은 상기 복수의 핵형성 사이트 상에 위치함 -
    를 포함하고,
    상기 미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 시드 물질의 핵형성 사이트를 형성하는 단계는,
    상기 표면 구역 위에 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 상기 시드 물질을 디파짓하는 단계
    를 포함하고,
    상기 핵형성 사이트 및 상기 게터 물질 멤버는 다른 디파지션 기술을 이용하여 형성되는
    게터 구조 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 게터 물질과 상기 시드 물질은 다른 물질인
    게터 구조 형성 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 게터 물질은,
    상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중의 대응하는 핵형성 사이트의 높이보다 큰 높이를 가지는
    게터 구조 형성 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 게터 물질을 밀폐된(sealed) 챔버 내에 위치시키는 단계; 및
    상기 게터 물질을 상기 밀폐된 챔버 내의 분자들과 반응시키기 위하여 상기 게터 물질의 표면을 노출시키는 단계
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 게터 물질을 밀폐된(sealed) 챔버 내에 위치시키는 단계; 및
    상기 게터 물질을 상기 밀폐된 챔버 내의 분자들과 반응시키기 위하여 상기 게터 물질의 표면을 노출시키는 단계
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  12. 방법에 있어서,
    게터 구조를 형성하는 방법
    - 상기 게터 구조를 형성하는 방법은,
    복수의 시드 물질의 이격된 핵형성 사이트를 형성하는 단계; 및
    복수의 게터 물질 멤버를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    복수의 시드 물질의 이격된 핵형성 사이트를 형성하는 단계는,
    미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역 위에, 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 상기 시드 물질을 디파짓하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 게터 물질 멤버의 각각은, 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중의 대응하는 하나의 핵형성 사이트의 측면(sidewalls) 및 상면(tops)에 디파짓되고,
    상기 복수의 게터 물질 멤버의 각각은, 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중의 대응하는 하나의 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되고,
    상기 핵형성 사이트 및 상기 게터 물질 멤버는 다른 디파지션 기술을 이용하여 형성됨 -;
    상기 형성된 게터 물질 멤버를 밀폐된 챔버 내에 위치시키는 단계; 및
    상기 게터 물질을 상기 밀폐된 챔버 내의 분자들과 반응시키기 위하여 상기 게터 물질 멤버의 상기 게터 물질의 표면을 노출시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 게터 물질과 상기 시드 물질은 다른 물질인 방법.
  14. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    프로세스 기술로 표면에 복수의 핵형성 사이트를 형성하는 단계 - 상기 프로세스 기술에서는, 복수의 핵형성 사이트를 형성하는 단계가 디파짓된 시드 물질의 복수의 이격된 분자 뭉치를 생성하도록 선택된 에너지 레벨로 수행되고, 상기 이격된 분자 뭉치의 각각은 상기 핵형성 사이트 중의 하나에 대응함 -; 및
    복수의 게터 물질 멤버를 형성하도록 상기 프로세스 기술을 변경하는 단계 - 상기 복수의 게터 물질 멤버의 각각이 상기 이격된 분자 뭉치 중 대응하는 분자 뭉치의 측면 및 상면에 물질 레이어로 형성됨 -
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이격된 뭉치의 각각은,
    상기 표면 구역 위에 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 생성된 상기 복수의 핵형성 사이트 중의 하나에 대응하는
    게터 구조 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 게터 물질 멤버의 각각은,
    상기 복수의 핵형성 사이트 중 대응하는 핵형성 사이트보다 큰 높이를 가지는
    게터 구조 형성 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 시드 물질은 비 게터링 물질 외부 표면(non-gettering material outer surface)을 포함하고,
    상기 게터 물질은 상기 비 게터링 물질 상에 배치되는
    게터 구조 형성 방법.
  18. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    프로세스 기술로 구조의 표면에 시드 물질의 레이어를 디파짓하는 단계 - 상기 프로세스 기술은 디파짓된 시드 물질의 복수의 불연속적인 분자 뭉치를 생성하도록 선택된 에너지 레벨을 가지고, 상기 뭉치의 각각은 상기 구조의 상기 표면에 복수의 이격된 핵형성 사이트 중 대응하는 핵형성 사이트를 형성함 -;
    상기 복수의 형성된 핵형성 사이트를 형성한 후에상기 구조의 상기 표면에 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트를 형성하는 프로세스 기술로, 구조의 표면에 시드 물질의 상기 레이어의 디파짓을 종료하는 단계; 및
    상기 복수의 이격된 핵형성 사이트를 형성하는 프로세스 조건하에서 상기 종료하는 단계 후에, 복수의 게터 물질 멤버를 형성하기 위해 다른 프로세스 기술을 사용하여 상기 형성된 복수의 이격된 핵형성 사이트 표면 위에 게터 물질을 디파짓하는 단계 - 상기 게터 물질 멤버의 각각은 상기 복수의 이격된 핵형성 사이트 중 대응하는 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅됨 -
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 시드 물질과 상기 게터 물질은 다른 물질인
    게터 구조 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 시드 물질은 비 게터링 물질 외부 표면(non-gettering material outer surface)을 포함하고,
    상기 게터 물질은 상기 비 게터링 물질 상에 배치되는
    게터 구조 형성 방법.
  21. 게터 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 시드 물질의 핵형성 사이트를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 핵형성 사이트 상에 복수의 게터 물질 멤버를 형성하는 단계 - 복수의 게터 물질 멤버는 상기 복수의 핵형성 사이트로부터 바깥쪽으로 프로젝팅되고, 상기 게터 물질은 상기 복수의 핵형성 사이트 상에 배치됨 -
    를 포함하고,
    상기 미리 결정된 영역을 가지는 표면 구역에 복수의 시드 물질의 핵형성 사이트를 형성하는 단계는,
    디파짓된 시드 물질의 복수의 불연속적인 분자 뭉치를 생성하도록 선택된 에너지 레벨로 상기 표면 구역 위에 상기 시드 물질을 디파짓하는 단계 - 상기 뭉치의 각각은 상기 복수의 핵형성 사이트 중 대응하는 핵형성 사이트를 제공함 -
    를 포함하고,
    상기 핵형성 사이트와 상기 게터 물질 멤버는 다른 디파지션 기술을 이용하여 형성되는
    게터 구조 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 디파짓하는 단계는,
    디파짓되는 상기 게터 물질을 위한 상기 복수의 핵형성 사이트를 형성하기 위하여, 미리 결정된 표면 구역 위에 상기 시드 물질의 일 분자보다 작은 평균 두께를 가지도록 상기 시드 물질을 디파짓하는 단계
    를 포함하는 게터 구조 형성 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 시드 물질과 상기 게터 물질은 다른 물질인
    게터 구조 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 시드 물질은 비 게터링 물질 외부 표면(non-gettering material outer surface)을 포함하고,
    상기 게터 물질은 상기 비 게터링 물질 상에 배치되는
    게터 구조 형성 방법.
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