KR20170099783A - 상향된 전기 접속 패드를 포함하는 전자기 방사선 검출 장치 - Google Patents
상향된 전기 접속 패드를 포함하는 전자기 방사선 검출 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전자기 방사선을 검출하는 장치(1)에 관한 것으로, 이 장치는 기판(2)에 배치된 판독 회로(10), 및 기판상에 배치되는 전기 접속 패드(30)로서 기판 위에 거리를 두고 배치되어 판독 회로와 전기적으로 연결되는 금속 섹션(31)을 구비하는 전기 접속 패드(30)를 포함한다. 상기 검출 장치는 또한 상기 금속 섹션 아래에서 적어도 하나의 공동(3) 부분을 한정하도록 뻗어있는 보호벽(34)과 상기 공동 내에 위치하여 상기 금속 섹션이 놓이는 보강층 섹션(4)을 더 포함한다.
Description
본 발명은 판독 회로를 포함하는 기판 위로 높이가 상승된 적어도 하나의 전기적 접속 패드를 포함하는, 전자기 방사선, 특히 적외선 또는 테라헤르쯔 방사선을 검출하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 적외선 서모그래피 및 촬상 분야에 적용될 수 있다.
전자기 방사선, 특히 적외선 또는 테라헤르쯔 방사선을 검출하는 장치는 기본 열 검출기들로 지칭되는 것들의 매트릭스 어레이(matrix array)를 통상적으로 포함하며, 각 검출기는 검출될 전자기 방사선을 흡수할 수 있는 섹션을 포함한다.
검출기들의 단열을 보장하기 위해서, 상기 섹션들은 통상적으로 단열 암들(arms)에 의해서 기판으로부터 단열되고 앵커링 필러들(anchoring pillars)에 의해서 기판 위에서 떠있는 멤브레인들의 형태를 취한다. 이러한 앵커링 필러들 및 단열 암들은 상기 떠있는 멤브레인들을 일반적으로 기판 내에 배치된 판독 회로로 전기적으로 연결하는데 사용되기 때문에, 또한 전기적 기능을 갖는다.
판독 회로는 통상적으로 CMOS 회로의 형태를 취한다. 상기 판독 회로는 제어 신호가 열 검출기들에 인가되게 하고, 검출될 전자기 방사선의 흡수에 응답하여서, 열 검출기들에 의해서 생성된 검출 신호들이 판독되게 한다. 판독 회로는 이른바 금속간 유전체 층(inter-metal dielectric layer)들으로 지칭되는 것에 의해서 서로 전기적으로 절연되는 금속 라인들로 형성된 다양한 전기적 상호접속 레벨들을 포함한다. 판독 회로의 전기적 접속 패드(electrical connection pad)는 기판 상에 배치되며 이로써 검출 장치의 외부로부터 그들과 접촉하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 문헌 EP2743659에서 기술된 바와 같은 적외선 방사를 검출하기 위한 예시적 장치(1)를 예시하며, 이 장치의 전기적 접속 패드(30)는 기판(2)을 대면하는 높이가 상승된 금속 섹션(raised metal section)(31)을 포함한다.
검출 장치(1)는 복수의 열 검출기(20)를 포함하며, 이 검출기의 각 흡수성 멤브레인(21)은 비제로(non-zero) 거리 H만큼 기판(2) 위에서 현수된다. 각 흡수성 멤브레인(21)은 판독 회로(10)의 금속 라인의 섹션(11a)과 전기적으로 접속되며, 여기서 금속 라인은 CMOS 회로의 끝에서 두 번째의 전기적 상호접속 레벨에 속한다.
검출 장치(1)는 또한 판독 회로(10)의 전기적 접속을 위한 패드(30)를 포함하며, 이 패드는 기판(2) 위로 융기되고 여기에서는 동일한 전기적 상호접속 레벨에 속하는 금속 라인의 제 2 섹션(11b)에 전기적으로 접속되는 금속 섹션(31)을 포함한다. 금속 섹션(31)은 여기에서는 흡수성 멤브레인(21)과 동일하게 기판(2)로부터 동일한 거리 H 만큼 떠있게 되며 전기적으로 도전성인 바이어(via)(32)를 통해서 판독 회로(10)에 접속된다.
희생층이 흡수성 멤브레인(21) 및 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 생성 동안에 사용되며, 이어서 흡수성 멤브레인(21)이 떠있게 되도록 에칭된다. 희생층의 에칭되지 않은 섹션은 전기적 접속 패드(30)와 같은 높이로, 즉, 높이가 상승된 금속 섹션(31)과 기판(2) 간에서 존재할 수 있다.
본 발명의 목적은 개선된 기계적 강도를 갖는 높이가 상승된 금속 섹션을 포함하는 전기적 접속 패드를 포함하는 전자기 방사선을 검출하는 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해서, 본 발명은 전자기 방사선을 검출하는 장치을 대상으로 하며, 이 장치는,
- 기판 내에 위치되는 판독 회로; 및
- 기판 상에 배치되는 전기적 접속 패드로서, 상기 접속 패드는 상기 기판 위로 높이가 상승되며(raised) 상기 판독 회로에 전기적으로 연결된 금속 섹션(section)을 포함하는, 상기 전기적 접속 패드를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는,
- 상기 높이가 상승된 금속 섹션과 함께 공동(cavity)의 적어도 일부분을 구획하도록 상기 높이가 상승된 금속 섹션 아래에서 연장되는 보호벽; 및
- 상기 공동 내에 위치하며 상기 높이가 상승된 금속 섹션이 그 상에 안착되는 보강 층 섹션을 포함한다.
상기 보호벽은 상기 기판에 평행한 평면을 따르는 길이방향 치수 또는 길이 및 두께를 가지며, 상기 길이방향 치수는 상기 두께보다 크며 바람직하게는 적어도 10 배 이상 크다.
또한, 상기 보강 층 섹션은 미네랄 재료(mineral material), 바람직하게는 실리콘 산화물계 재료로 이루어진다.
다음은 이러한 검출 장치의 특정한 바람직하지만 비한정적인 양태들이다.
상기 보호벽은 복수의 직선형 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트들 각각은 상기 기판에 평행한 평면에서 길이방향 치수 및 두께를 가지며, 상기 길이방향 치수는 상기 두께보다 크며, 바람직하게는 적어도 10 배 이상 클 수 있다. 직선상 세그먼트들이 의미하는 바는 세그먼트가 기판에 대해 평행한 평면에서 길이 방향으로 직선으로 연장한다는 것이다.
상기 보강 층 섹션은 상기 높이가 상승된 금속 섹션의, 상기 기판을 향해서 배향된 하부 표면이라고 지칭되는 표면의 표면적보다 25% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상의 표면적을 가질 수 있다.
상기 보호벽은 폐쇄 공동를 구획하도록 연속적으로 연장될 수 있다.
상기 보호벽은 국부적으로 개방된 공동를 구획하도록 연속적으로 연장될 수 있다.
상기 검출 장치는 상기 기판 상에 배치되고 상기 판독 회로에 의해 상기 전기적 접속 패드에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 열 검출기를 포함하며, 상기 적어도 하나의 열 검출기는 검출될 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인은 상기 기판과 상기 높이가 상승된 금속 섹션 사이의 이격 거리와 실질적으로 동일한 거리로 상기 기판으로부터 떨어져서 상기 기판 위에서 현수될 수 있다(suspended).
상기 보호벽은 전기적 도전성 재료로 이루어지고, 상기 보호벽은 상기 전기적 접속 패드를 상기 판독 회로에 전기적으로 접속시킬 수 있다.
상기 보호벽은 상기 높이가 상승된 금속 섹션을 상기 판독 회로의 금속 라인의 그 아래에 놓인 섹션에 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 전기 도전성 바이어(via)를 둘러쌀 수 있다.
상기 높이가 상승된 금속 섹션은 상기 기판 쪽으로 배향된 하부 표면을 가지며, 상기 하부 표면의 상기 기판에 평행한 치수는 상기 기판에 대해 실질적으로 직교하는 축을 따르는 상기 기판과 상기 높이가 상승된 금속 섹션 사이의 이격 거리보다 2 배 이상, 바람직하게는 10 배 이상 또는 바람직하게는 25 배 이상 클 수 있다.
상기 전기적 접속 패드는 상기 공동의 외부에서 실질적으로 보강 섹션을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명은 또한 선행하는 특징들 중 임의의 하나의 특징에 따른 검출 장치를 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은,
- 상기 판독 회로를 포함하는 상기 기판을 피복하는 에칭-정지 층(etching-stop layer) 상에 희생층을 증착하는 단계;
- 공동의 적어도 일부분을 나중에 구획하도록 상기 희생층을 통해 보호벽 을 형성하는 단계;
- 높이가 상승된 금속 섹션이 상기 보호벽 상에 놓여서 상기 공동를 구획하는데 참여하도록, 상기 높이가 상승된 금속 섹션을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 및
- 상기 공동 내에 위치하는 보강 섹션이 되는, 상기 희생층의 부분은 에칭 단계 동안에 에칭되지 않으면서, 상기 희생층을 적어도 부분적으로 에칭하는 단계를 포함한다.
상기 희생층은 미네랄 재료, 바람직하게는 실리콘 산화물계 재료로 이루어지며, 상기 에칭 단계는 산성 매질, 바람직하게는 기상 HF(hydrofluoric) 산의 화학적 공격에 의해서 수행될 수 있다.
상기 보호벽의 형성과 동시에, 열 검출기의 흡수성 멤브레인을 기계적으로 지지하기 위한 앵커링 필러들이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태, 목적, 이점 및 특징은 본 발명의 바람직한 실시형태들에 대한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이며, 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 그리고 비제한적인 방식으로 주어진다.
도 2는 일 실시형태에 따른 검출 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 검출 장치의 전기적 접속 패드의 개략적인 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 전기적 접속 패드의 변형예의 개략적인 평면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 도 2에 도시된 검출 장치를 제조하는 공정의 단계들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 것과 같은 검출 장치의 변형예의 개략적인 단면도들이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 검출 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 검출 장치의 전기적 접속 패드의 개략적인 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 전기적 접속 패드의 변형예의 개략적인 평면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 도 2에 도시된 검출 장치를 제조하는 공정의 단계들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 것과 같은 검출 장치의 변형예의 개략적인 단면도들이다.
도면들 및 설명의 나머지 부분에서, 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 참조 번호들로 참조된다. 또한, 다양한 요소는 도면을 명확하게 하기 위해 축척대로 도시되지 않았다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 전자기 방사선을 검출하는 장치(1)의 개략적인 횡단면도이다.
여기에서 그리고 나머지 설명을 위해, (X, Y) 평면이 검출 장치의 기판의 평면에 실질적으로 평행하고 Z 축이 기판(2)의 평면에 실질적으로 직교하는 방향으로 배향되는, 3차원 직교정규 좌표계(orthonormal coordinate system)(X, Y, Z)가 정의된다. 따라서, "수직" 및 "수직으로"라는 용어는 Z 축을 따르는 배향에 대한 것으로서 이해되어야 하고, "하부" 및 "상부"라는 용어는 Z 축을 따라서 기판으로부터의 거리가 증가하는 위치들에 대한 것으로서 이해되어야 한다.
본 실례에서, 전자기 방사선을 검출하는 장치(1)는 적외선 또는 테라헤르츠 방사선을 검출하는데 적합하다. 본 장치는 판독 회로(10)에 전기적으로 연결된 열 검출기들(20)의 매트릭스 어레이를 포함한다. 도 2는 검출 장치(1)의 부분적 도면이며, 본 실례에서는 전기적 접속 패드(30) 부근에 배치된 오직 하나의 열 검출기(20)를 도시한다.
검출 장치(1)는 CMOS 기술로 제조된 전자적 판독 회로(10)를 포함하는 실리콘계 기판(2)을 포함하는데, 이 판독 회로는 제어 신호가 열 검출기(10)에 인가 될수 있게 하고 검출 신호가 판독되도록 하며, 상기 검출 신호들은 해당 전자기 방사선의 검출에 응답하여서 생성된다.
판독 회로(10)는 판독 회로의 다양한 전자적 기능을 구현하기에 적합한 트랜지스터, 다이오드 및 커패시터와 같은 MOS 전자 디바이스들로 형성된 하부 부분(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 판독 회로는 다양한 MOS 디바이스들 및 열 검출기들의 전기적 접속, 및 검출 장치 외부로의 판독 회로의 적어도 하나의 전기적 접속 패드의 전기적 접속을 보장하는 복수의 전기적 상호접속 레벨을 포함한다.
따라서, 판독 회로(10)는 복수의 전기적 상호 접속 레벨을 포함하며, 복수의 전기적 상호 접속 레벨 각각은 전기적 도전성 바이어 또는 수직 접속부에 의해 하부 레벨의 금속 라인들에 연결된 복수의 실질적으로 평면형 금속 라인으로 형성된다. 다양한 전기적 상호 접속 레벨들은 금속간 유전체들(inter-metal dielectrics: IMDs)라 불리는 유전체 층들에 의해 서로 분리되며, 이러한 유전체 층들은 도전성 바이어들에 의해 수직으로 관통될 수 있다. 금속간 유전체 층들 각각은 실리콘 산화물 SiOx 또는 실리콘 질화물 SiNx, 또는 SiOF, SiOC, SiOCH 등과 같은 낮은 상대 유전율을 갖는 실리콘-산화물-계 합금으로부터 제조될 수 있다.
본 실례에서, 판독 회로(10)는 금속 상부 상호접속 레벨을 포함하며, 상기 금속 상부 상호접속 레벨은 열 검출기(20)와 대면하여 위치되고 이 검출기(20)에 전기적으로 접속되도록 의도된 제 1 금속-라인 섹션(11a) 및 전기적 접속 패드(30)와 대면하여 위치되고 상기 패드(30)에 전기적으로 접속되게 의도된 제 2 금속-라인 섹션(11b)으로 형성된다. 이러한 금속 상호접속 레벨의 금속-라인 섹션들(11a, 11b)은 도전성 바이어들(12a, 12b)에 의해 하부 레벨 금속-라인 섹션들(13a, 13b)에 전기적으로 연결된다. 이러한 섹션들(11a, 11b) 및 도전성 바이어들(12a, 12b)은 금속간 유전체 층(14)에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다.
기판(2)은 금속-라인 섹션들(11a, 11b)에 의해 그리고 금속간 유전체 층(14)에 의해 형성된 표면을 피복하는 에칭-정지 층(5)을 더 포함한다. 이 에칭-정지 층(5)은 검출 장치의 제조 중에 사용되는 희생층의 일부를 에칭하는데 사용되는, 예를 들어, HF(hydrofluroic) 산 매질에서의 화학적 공격으로부터 기판(2) 및 판독 회로(10)가 보호되도록 보장하기에 특히 적합하다. 따라서, 이 에칭-정지 층(5)은 화학적으로 불활성이며 기밀한 층을 형성하여 화학적 공격으로부터 그 아래에 놓인 금속 라인 및 금속간 유전체 층을 보호하고, 금속-라인 섹션들 사이의 단락을 방지하기 위해 전기적으로 절연성을 갖는다. 이러한 에칭-정지 층(5)은 알루미나 Al2O3 또는 알루미늄 플루오르화물 또는 질화물로 제조될 수 있다. 에칭-정지 층은 수십 내지 수백 나노미터의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어, 10nm 내지 500nm 사이의 두께를 가질 수 있다.
본 실례에서, 열 검출기(20)는 기판(2) 상에 놓이고, 상기 열 검출기는 검출될 방사선을 흡수하기에 적합한 섹션(21)을 포함한다. 이 흡수성 섹션(21)은 기판(2)으로부터 단열되며 흡수성을 갖는 것으로 언급된 멤브레인과 같은 높이에 배치될 수 있으며, 상기 흡수성 멤브레인은 단열 암들(thermally insulating arms)(미도시)과 연관된 앵커링 필러들(anchoring pillar)(22)과 같은 지지 및 단열 요소들에 의해서 기판(2) 위에서 떠있게 된다. 이러한 앵커링 필러들(22)은 전기 도전성이고 금속 라인의 섹션(11a)과 전기적으로 접촉하기 위해 에칭-정지 층(5)을 국부적으로 통과한다. 검출기들이 8 ㎛ 내지 14 ㎛의 파장의 적외선 방사선을 검출하도록 설계되는 경우, 흡수성 멤브레인(21)은 전형적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛, 예를 들어 약 2 ㎛인 거리 H만큼 기판(2)으로부터 이격된다.
예시적으로 말하자면, 열 검출기(20)는 볼로미터(bolometer)일 수 있으며, 상기 볼로미터의 흡수성 멤브레인(21)은 이 멤브레인의 온도의 함수로서 그 전기 전도도가 변하는 서미스터 물질을 포함한다. 그러나, 다른 유형의 열 검출기, 예를 들어, 초전성 검출기(pyroeletric detector), 강유전성 검출기 또는 서모파일(thermopiles)이 사용될 수 있다.
전기적 접속 패드(30)는 또한 기판(2) 상에 놓이며, 상기 패드는 검출 장치의 테스트 동작 동안에 예컨대, 와이어 본딩(wire bonding) 또는 핀 프로빙(pin probing)에 의해, 검출 장치(10)의 외부로부터의 판독 회로(10)의 전기적 접속을 가능하게 한다. 전기적 접속 패드(30)는 기판(2) 위로 융기되고 판독 회로(10)의 아래에 놓인 금속-라인 섹션(11b)에 전기적으로 연결된 금속 섹션(31)을 포함한다.
높이가 상승된 금속 섹션(31)은 전기 접속을 위한 접촉 표면을 형성하는 상부면, 및 기판(2)을 향하여 배향된 반대측 하부 표면(33)을 포함한다. 본 실례에서, 금속 섹션(31)은 흡수성 멤브레인(21)의 거리 H와 실질적으로 동일한 거리만큼 기판(2) 위로 상승되어 있다. 보다 정확하게는, 흡수성 멤브레인(21)의 하부면 및 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 하부면(33)은 실질적으로 동일면에 위치하며, 기판의 에칭-정지 층(5)에 대해서 동일한 높이 H로 위치한다. 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 문헌 EP2743659에 기술된 것과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 이 금속 섹션은 다양한 금속 재료들로 된 층 섹션들의 스택으로 형성되며, 예를 들어,알루미늄 섹션으로 피복된 티타늄 질화물(TiN)의 섹션으로 형성될 수 있으며, 선택사양적으로는 그 자체가 TiN 층 섹션으로 피복될 수 있다.
본 실례에서, 전기적 접속 패드(30)는 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 판독 회로(10)의 금속 라인의 그 아래에 놓인 섹션(11b)에 전기적으로 연결하는 다수의 도전성 바이어들(32)을 포함한다. 이러한 도전성 바이어들(32)은 실질적으로 수직하게 연장되며 한편에서는 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)과 접촉하고 다른 편으로는 금속-라인 섹션(11b)과 접촉한다. 상기 도전성 바이어들(32)은 문헌 EP2743659에 기술된 것과 동일하거나 유사할 수 있고, 따라서 구리 또는 텅스텐으로 이루어진 코어의 주변을 둘러싸는 TiN 또는 TiW의 엔벨로프(envelope)로 형성될 수 있다. TiN 또는 TiW 엔벨로프는 접착층 역할을 하고 구리의 가능한 확산을 막는 배리어 층 역할을 할 수 있다. 따라서, 도전성 바이어들(32)은 로드(rod) 또는 컬럼(column) 형상을 가질 수 있고, 이러한 로드 또는 컬럼은 예를 들어 0.25 ㎛2 내지 5 ㎛2의 면적을 갖는 실질적으로 정사각형의 단면을 (X, Y) 평면에서 가지며, 실질적으로 거리 H와 동일한 높이를 갖는다. 바람직하게는, 열 검출기의 앵커링 필러(22)는 전기적 접속 패드(30)의 도전성 바이어(32)와 재료 및 치수 면에서 실질적으로 동일하다.
전기적 접속 패드(30)는 또한 그의 하부면(33)과 공동(3)를 구획하도록 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에서 연속적으로 연장되는 보호벽(34) 또는 복수의 동심 벽들(34)을 포함한다. 정의상 의도하는 바는 보호벽(34)이 이렇게 형성된 공동의, (X, Y) 평면에서의 경계선들 중 적어도 일부를 설정하는 것이다. 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 보호벽(34) 상에 놓이고 따라서 기판(2)과 함께 공동(3)를 수직으로 구획한다. 공동(3)는 높이 H와 실질적으로 동일한 Z 축을 따르는 높이를 가지며, 그 둘레가 보호벽(34)에 의해 적어도 부분적으로 구획되는 표면 영역을 (X, Y) 평면에서 갖는다.
보호벽(34)은 기판(2)과 높이가 상승된 금속 섹션(31) 간에서 Z-축을 따라 연장하고, 이로써 거리 H와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 보호벽은 (X, Y) 평면에서 공동(3)의 경계를 적어도 부분적으로 구획하는 거리에 걸쳐서 길이방향으로 연장한다. 마지막으로, 보호벽은 (X, Y) 평면에서 두께가 약 수백 나노미터 내지 수 마이크로미터이며, 예를 들어, 약 0.5 μm이다. 따라서, 보호벽(34)은 그 두께보다 큰, 예를 들어, 그의 두께보다 10 배, 100 배 또는 2000 배 큰 길이방향 치수로 지칭되는 치수 또는 길이를 갖는다는 점에서 앵커링 필러들(22) 및 도전성 바이어들(32)과는 상이하다. 보호벽은 앵커링 필러들(22) 및 도전성 바이어들(32)과 유사하게 형성될 수 있다. 따라서, 보호벽은 TiN 또는 TiW으로 된 두 개의 수직 층들 사이에 있는 구리 또는 텅스텐 중간물질로 이루어진 코어 또는 심부를 포함할 수 있다.
전기적 접속 패드(30)는 또한 보강재로 이루어진 층 섹션(4)을 포함하며, 상기 층 섹션은 보호벽(34)에 의해 한정된 공동(3) 내에 위치한다. 후술하는 바와 같이, 보강 섹션(4)은 유리하게는 흡수성 멤브레인(21) 및 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 제조 동안 사용된 희생층으로부터 획득된다. 따라서, 보강 섹션은 미네랄 재료, 즉 금속간 유전체 층이 형성되어 예를 들어, 기상 HF(hydrofluoric) 산에서의 화학적 공격에 의해 에칭되게 할 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 오직 예를 들자면, 이러한 재료는 실리콘 산화물 SiOx 또는 실리콘-산화물계 합금일 수 있으며, 선택사양적으로 SiOF, SiOC, SiOCH 등과 같은 낮은 상대 유전율을 갖는 재료들 중 하나일 수 있다.
보강 섹션(4)은 공동(3)의 전체 높이에 걸쳐 연장되며, 따라서, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 보강 섹션(4) 상에 적어도 부분적으로 놓인다. 보강 섹션(4)은 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 하부 표면(33)의 표면적의 25%와 같거나 이보다 큰 표면적을 (X, Y) 평면에서 갖는다. 바람직하게는, 보강 섹션(4)의 이러한 표면적은 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 하부 표면(33)의 표면적의 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상이다. 전기적 접속 패드(30)와 동일한 높이에 있으며 바람직하게는 열 검출기(20)와 동일한 높이에 있으면서 공동(3) 외측에 있는 보강 섹션(4)은 실질적으로 존재하지 않는다. 본 실례에서, 도전성 바이어들(32)은 공동(3) 내에 위치하고 보강 섹션(4)을 수직으로 관통한다.
도 3a는 도 2a에 도시된 전기적 접속 패드(30)의 평면도이다. 본 실례에서, 전기적 접속 패드(30)는 (X, Y) 평면에서 실질적으로 정사각형 단면의 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 갖는다. 예를 들어, 직사각형 또는 다각형, 또는 원형 또는 타원형과 같은 다른 형상도 가능하다. 본 실례에서, 이 패드의 (X, Y) 평면에서의 한 변의 길이는 약 수십 내지 수백 마이크론이며, 예를 들어, 100μm이다.
보호벽(34)은 기판(2)과, 보다 정확하게는, 에칭-정지 층(5)과, 그리고 상승 된 금속 섹션(31)과 본 실례에서는 폐쇄된 공동(3)를 구획하도록, 본 실례에서는 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 주변 테두리를 따라, 높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에서 연속적으로 연장된다. 공동(3)가 폐쇄된다고 하는 것은 보호벽(34)이 (X, Y) 평면에서 폐쇄된 둘레를 형성한다는 것을 의미한다. 폐쇄된 공동(3)는 본 실례에서는, 이하에서 설명되는 바와 같은 HF 산 매질에서의 화학적 공격을 기밀하게 막는다. 본 실례에서, 보호벽(34)은 약 0.5 ㎛의 두께 및 약 2 ㎛의 Z 축을 따르는 높이를 가지며, 일변이 약 90 ㎛인 정사각형 크기의 공동(cavity)(3)를 구획한다. 보호벽은 티타늄 화합물 또는 합금 계의 두 개의 반대 측에 있는 수직 층들 사이의 구리 또는 텅스텐 중간물질로 이루어진 코어를 포함할 수 있다.
폐쇄된 공동(3)는 본 실례에서는 공동(3)를 완전히 채우는 보강재로 이루어진 층 섹션(4)으로 충진된다. 따라서, 보강 섹션(4)은 공동(3)의 체적 전체에 걸쳐 연장되며, 따라서, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 적어도 부분적으로 보강 섹션(4) 상에 놓여 있다. 보강 섹션(4)은 본 실례에서는 미네랄 재료, 예를 들어 실리콘 산화물의 층으로 이루어진다.
(X, Y) 평면에서 0.25 ㎛2 단면적을 갖는 복수의 도전성 바이어들(32)은 보강 섹션(4)을 수직으로 통과하며 이로써 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31) 및 금속 라인의 그 아래에 놓인 섹션(11b)과 접촉하게 된다 선. 따라서, 이러한 바이어들은 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 판독 회로(10)에 전기적으로 연결한다.
따라서, 검출 장치(1)는 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 갖는 전기적 접속 패드(30)를 포함하되, 상기 높이가 상승된 금속 섹션의 기계적 강도는 이 높이가 상승된 금속 섹션이 보호벽(34)에 의해 구획된 공동(3) 내에 위치한 보강 섹션(4) 상에 놓이기 때문에 더 커지게 된다. 구체적으로, 이렇게 높이가 상승된 금속 섹션(31)에 대하여 보호벽(34)을 배열함으로써, 보강 섹션(4)의 표면적을 제어할 수 있고, 따라서 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 기계적 강도가 증가되게 하는데 충분한 면적을 보강 섹션이 갖도록 보장할 수 있다.
구체적으로, 본 발명자들은 검출 장치(1)가 전기 소자, 예를 들어, 금속 와이어를 높이가 상승된 금속 섹션(31)과 접촉시킴으로써 전기적으로 연결될 때, 기계적 응력, 특히 상기 (X, Y) 평면에서의 전단 응력이 전기적 접속 패드에 가해질 수 있으며, 이러한 응력으로 인해서 가능하게는 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 움직일 수 있으며, 이러한 움직임은 전기적 접속 패드(30)와 판독 회로 사이의 전기적 접속 품질을 열화시킬 가능성이 있다는 것을 관찰하였다.
본 발명자들은 또한 전기적 접속 패드(30)의 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 이 높이가 상승된 금속 섹션이 그 표면적이 제어되는 보강 층 섹션(4) 상에 놓일 때 더 큰 기계적 강도를 가지며 상기 높이가 상승된 금속 섹션은 보호벽(34)에 의해서 화학적 공격으로부터 적어도 부분적으로 보존된다는 것을 입증하였다. 이로써, 보강 섹션(4)이 상기 높이가 상승된 금속 섹션의 하부 표면의 표면적의 적어도 25% 이상, 바람직하게는 적어도 50% 이상 또는 75 % 이상의 표면적을 갖도록 보장할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 보강재 층의 섹션(4)은 흡수성 멤브레인(21) 및 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 제조 중에 사용되는 희생층으로부터 획득될 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 전기적 접속 패드의 일 변형예에 따른 전기적 접속 패드의 개략적인 평면도이다.
검출 장치는 도 2를 참조하여 기술된 것과 유사하며 보호벽(34)이 국부적으로 개방된 공동(3)를 구획하도록 연속적으로 연장된다는 점에서 도 2를 참조하여 기술된 것과는 본질적으로 상이하다. 공동가 국부적으로 개방되었다고 할 때에 이가 말하고자 하는 것은 공동가 (X, Y) 평면에서 적어도 하나의 개구(6)를 포함한다는 것이다. 따라서, 보호벽(34)은 폐쇄된 둘레를 형성하지 않는다. 본 실례에서, 개구(6)는 실질적으로 거리 H와 동일한 높이를 가지며 상기 개구의 (X, Y) 평면에서의 폭은 기상 HF 산 매질에서의 화학적 공격에 의한 에칭 단계 이후에, 공동(3) 내의 보강 섹션(4)은 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 하부 표면(33)의 표면적의 25% 이상, 또는 50% 이상 또는 바람직하게는 75 % 이상의 표면적을 (X, Y) 평면에서 갖게 되도록 구성된다. 이로써, 개구(6)의 폭은 보호벽(34)의 형성 이전에, 특히, 이하에서 기술될 바와 같이, 보호벽(34)의 부재 시에 그리고 높이가 상승된 금속 섹션(33) 아래에 위치한 희생층 섹션의 에칭 레이트의 추정치에 의존하여 결정된다.
본 실례에서, 보호벽(34)은 (X, Y) 평면에서 단면이 80 ㎛ × 40 ㎛ 면적의 직사각형 형상을 갖는 공동(3)를 구획한다. 보호벽(34)은 공동(3)가 이 공동의 2 개의 40 ㎛ 변들 중 하나와 본 실례에서 같은 높이에 위치하는 개구(6)를 갖도록 연장된다. 실리콘 산화물로 제조된 희생층이 기상 HF에 의한 산성 공격을 받는 경우에, 높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에서의 에칭 레이트가 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 넘어선 위치에서의 에칭 레이트보다 높다는, 예를 들어, 약 20 배 더 높다는 것이 관찰되었다. 이로써, 예를 들어서 말하자면, 전기적 접속 패드(30)를 넘어 위치한 2㎛ 두께를 갖는 희생층 섹션을 에칭하는데 요구되는 시간은 X 축을 따라서 개구(6)로부터 40㎛의 거리에 걸쳐 연장되는 희생층 섹션의, 높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에서의 에칭을 유도한다. 이로써, 높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에서, 40㎛ × 40㎛의 면적을 갖는 희생층 섹션이 에칭에 의해 제거되고, 40㎛ × 40㎛의 면적을 갖는 보강 섹션이라 지칭되는 섹션(4)이 보존된다. 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 보강 섹션(4) 상에 놓이고, 따라서 그의 기계적 강도가 증가된다. 유리하게는, 도전성 바이어(32)는 보강 섹션(4)과 동일 높이에 위치되고 이 보강 섹션을 수직으로 관통한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 도전성 바이어들(32)은 보강 섹션(4)이 없는 공동(3)의 구역에 위치될 수 있다.
보호벽(34)은 (X, Y) 평면에서 길이 방향 및 직선으로 연장되는, 복수의 직선형 세그먼트, 즉 복수의 보호벽 부분들을 포함할 수 있다. 각각의 세그먼트는 (X, Y) 평면의 길이방향 치수 또는 길이 및 두께를 가지며, 길이는 두께보다 크데, 바람직하게는 두께보다 적어도 10배 더 크며, 달리 말하면 두께의 10배 이상이다. 세그먼트들은 함께, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 연속적으로 연장되는 보호벽을 형성하도록 쌍으로 함께 접합될 수 있다. 두 개의 연속하는 세그먼트들 사이의 접합부는 (X, Y) 평면에서 곡선 모양을 가질 수 있다. 변형예로서, 세그먼트들은 쌍으로 함께 접합될 수 없다.
도 4a 내지 도 4g는 제 1 실시형태에 따른 검출 장치를 제조하기 위한 공정의 다양한 단계를 도시한다. 보호벽(34)을 형성하는 단계를 제외하고 다수의 단계들이 문헌 EP2743659에 기술된 공정의 단계들과 유사하거나 동일할 수 있다.
도 4a를 참조하면, CMOS 판독 회로(10)를 포함하는 기판(2)이 제조된다. 판독 회로(10)는 본 실례에서 금속 라인의 제 1 섹션(11a) 및 제 2 섹션(11b)을 포함하는 전기적 상호 접속 레벨을 포함한다. 섹션들(11a, 11b)은 도전성 바이어(12a, 12b)에 의해 하부 전기적 상호접속 레벨의 금속-라인 섹션들(13a, 13b)에 전기적으로 접속된다. 바이어들 및 금속 라인들은 금속간 유전체 층에 의해 서로 분리되어있다. 본 실례에서, 기판(2)은 금속-라인 섹션들(11a, 11b) 및 금속간 유전체 층(14)과 동일 평면을 이루는 상부 면 레벨을 포함한다. 기판을 제조하는 본 단계는 문헌 EP2743659에 기술된 것과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 예를 들어서 말하자면, 도전성 바이어들(12a, 12b) 및 금속-라인 섹션들(11a, 11b, 13a, 13b)은 금속간 유전체 층 내에 생성된 트렌치(trench)들이 구리로 충진되는 다마신 공정을 사용하여 구리 또는 텅스텐으로부터 제조될 수 있다. 구리 또는 텅스텐은 선택적으로, 특히 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물로 이루어진 수직 층들 간에서 길이 방향에 수직인 방향으로 있는 중간물일 수 있다. 금속-라인 섹션들(11a, 11b)과 금속간 유전체 층(14)의 상부면 사이의 동일 평면 정렬은 화학적-기계적-폴리싱(CMP) 기술을 사용하여 달성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 에칭-정지 층(5)이 기판(2)의 상부면 상에 증착된다. 따라서, 에칭-정지 층(5)은 금속간 유전체 층(14) 및 금속-라인 섹션들(11a, 11b)을 연속적으로 피복한다. 에칭-정지 층은 예를 들어, 알루미나 Al2O3을 원자층 증착(ALD)함으로써 얻어질 수 있다. 질화 알루미늄, 삼불화 알루미늄 또는 비의도적으로 도핑된 비정질 실리콘과 같은 다른 재료가 적합할 수도 있다.
도 4c를 참조하면, 바람직하게는 미네랄 재료로 제조되고 예를 들어 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 증착된 실리콘 산화물로 이루어진 희생층(7)이 에칭-정지 층(5) 상에 증착된다. 희생층은 기판(2)의 실질적으로 모든 표면에 걸쳐서 연속적으로 연장되며, 에칭-정지 층(5)을 피복한다. 이어서, 희생층(7)의 Z-축을 따르는 두께는 흡수성 멤브레인(21)과 기판(2) 사이의 그리고 높이가 상승된 금속 섹션(31)과 기판(2) 사이의 거리 H를 규정한다. 이러한 거리 H는 특히 얻고자 하는 열 검출기의 흡수 특성에 의존할 수 있으며, 적외선 방사선의 검출을 위해서는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있으며, 예를 들어, 약 2 ㎛일 수 있다.
도 4d를 참조하면, 한편에서는 열 검출기(20)의 앵커링 필러들(22)의 형성을 위해서 의도되고 다른 편에서는 전기적 접속 패드(30)의 도전성 바이어들(32)의 형성을 위해서 의도되는 수직 오리피스들(vertical orifices)(23, 35)이 형성된다. 이러한 수직 오리피스들은 포토리소그래피 및 에칭에 의해 생성되고, 희생층(7) 및 에칭-정지 층(5)을 통과하여 각기 제 1 금속-라인 섹션(11a) 및 제 2 금속-라인 섹션(11b)으로 개방된다. 수직 오리피스들(23, 35)은 0.25 ㎛2와 실질적으로 동일한 면적을 갖는 정사각형 단면을 (X, Y) 평면에서 가질 수 있다.
보호벽(34)의 형성을 위해 의도된 트렌치(36)가 또한 생성된다. 트렌치(36)는 포토리소그래피 및 에칭에 의해 생성되고, 희생층(7)을 통과하여 본 실례에서는 금속간 유전체 층(14)으로 개방된다. 따라서, 본 실례에서, 상기 트렌치는 또한 에칭-정지 층(5)을 통과한다. 트렌치(36)는 (X, Y) 평면에서 길이 방향으로 연장되어서 공동(3)를 구획한다. 본 실례에서는, 트렌치는 0.5㎛와 실질적으로 동일한 치수의 (X, Y) 평면에서의 두께 또는 폭을 갖는다. 바람직하게는, 트렌치(36) 및 수직 오리피스(23, 35)는 동시발생적으로, 즉 동시에 생성된다.
도 4e를 참조하면, 다음으로, 앵커링 필러들(22) 및 도전성 바이어들(32)이 수직 오리피스들(23, 35) 내에 생성되고, 보호벽(34)이 트렌치(36) 내에 생성된다. 앵커링 필러들(22) 및 도전성 바이어들(32)은 치수 및 재료 측면에서 동일한 방식으로 생성될 수 있다. 이들은 오리피스들(23, 35)을 하나 이상의 전기 도전성 재료로 충진함으로써 제조될 수 있다. 예를 들자면, 이들 각각은 오리피스들(23, 35)의 수직 플랭크(vertical flank) 상에 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)에 의해 증착된 TiN 층, 및 상기 TiN 층에 의해 길이 방향에 대해 수직인 방향으로(transversely)구획된 공간을 충진하는 구리 또는 텅스텐으로 이루어진 코어를 포함할 수 있다. 보호벽(34), 앵커링 필러들(22) 및 도전성 바이어들(32)은 동시적으로 그리고 재료 측면에서는 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 따라서, 트렌치(36)의 수직 플랭크 상에 MOCVD에 의해 증착된 TiN 층으로 트렌치(36)를 충진하고, 이어서 상기 TiN 층에 의해 길이 방향에 대해서 수직인 방향으로 구획된 공간을 구리 또는 텅스텐으로 이루어진 코어로 충진함으로써 해당 보호벽이 형성될 수 있다. 이어서, CMP 단계는 희생층(7)에 의해 그리고 도전성 바이어들(32), 앵커링 필러들(22) 및 보호벽(34)에 의해 형성된 상부 표면이 평탄화되도록 한다.
도 4f를 참조하면, 현수된(suspended) 멤브레인(21)과 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 생성된다. 이 단계는 문헌 EP2743659에 기술된 것과 동일하거나 유사한 방식으로 수행될 수 있으므로 자세히 설명하지는 않는다. 따라서, 흡수성 멤브레인(21)은 관심 전자기 방사선을 흡수하기에 적합한 제 1 재료와, 그 전기 전도도가 멤브레인의 온도의 함수로서 변화하는 제 2 서미스터 재료를 포함할 수 있다. 상승 된 금속 섹션(31)은 2 개의 TiN 섹션들 간에서 Z-축을 따라서 선택적으로 중간에 있는, 전기 도전성 재료, 예를 들어, 알루미늄의 섹션을 포함한다. 이들 도전성 섹션은 통상적으로 증착, 포토리소그래피 및 에칭에 의해 제조된다. 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 판독 회로(10)와의 전기적 접속을 보장하는 도전성 바이어들(32) 상에 놓여있다. 예시적 설명을 위해서, 높이가 상승된 금속 섹션은 (X, Y) 평면에서 약 100 ㎛ × 100 ㎛의 면적을 가질 수 있다.
도 4g를 참조하면, 희생층(7)은 흡수성 멤브레인(21)이 현수되도록 부분적으로 에칭된다. 이러한 에칭 단계는 기상(vapor-phase) HF 산에서의 화학적 공격에 의해 수행될 수 있다. 이러한 화학적 공격은 열 감지기(20)와 동일 평면에 위치한 실질적으로 모든 희생층(7)을 에칭하며, 이로써 흡수성 멤브레인(21)이 기판(2) 위에 현수되도록 되게 한다. 반사층(도시되지 않음)이 유리하게는 흡수성 멤브레인(21)을 대면하는 기판(2)과 동일한 높이에 위치하며 이로써 빈 공간이 열 검출기에 의한 관심 방사선의 흡수를 강화하는 1/4-파 광학 공동(quarter-wave optical cavity)를 형성하게 된다. 전기적 접속 패드(30)와 동일한 높이에서, HF 증기에 의한 화학적 공격은 보호벽(34)에 의해 구획된 폐쇄 공동(3) 내에 위치한 희생층 섹션(4)을 제외하고, 희생층(7)을 에칭한다. 이로써, 희생층의 에칭되지 않은 섹션(4)은 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 그 상에 놓이게 되는 보강 섹션(4)을 형성하며, 이러한 보강 섹션(4)은 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 기계적 강도를 증가시킨다.
본 발명자들은 기상 HF 산에 의한 희생층 및 특히 실리콘 산화물로 이루어진 층의 화학적 공격이, 열 검출기와의 동일한 높이에서의 제 1 에칭 레이트, 및 에칭될 희생층 섹션이 높이가 상승된 금속 섹션 아래에 위치될 때의, 상기 제 1 에칭 레이트보다 실질적으로 높은(예를 들어, 5 배 더 높거나 10 배 이상 더 높은) 제 2 에칭 레이트를 갖는다고 관찰하였다. 따라서, 본 발명자들은 에칭될 층이 서로 대향하는 두 표면들 사이에서 수직으로 구획되고 그의 종횡비 L/H가 2와 같거나 이보다 큰 챔버 내에 위치될 때, HF 증기에서의 화학적 공격에 의한 에칭 레이트는 크게 증가한다는 것을 관찰하였으며, 여기서, L은 (X, Y) 평면에서의 챔버의 길이 방향에 수직인 방향에서의 치수(transverse dimension)이고, H는 Z 축을 따른 챔버의 높이이다.
본 실례에서, 기판 및 높이가 상승된 금속 섹션에 의해 수직으로 구획된 챔버는 약 100 ㎛의 (X, Y) 평면에서의 치수 L을 가지며 약 2 ㎛의 Z 축을 따르는 높이 H를 갖는다. 따라서, 이러한 챔버 내의 희생층 섹션의 에칭은 이 챔버 외부에 있는 동일한 희생층의 에칭보다 약 20배 더 빠르다.
구체적으로, 희생층의 에칭의 화학 반응의 산물들, 예를 들어, 희생층이 실리콘 산화물로 이루어질 경우에서는 물(water)은 그 종횡비 L/H가 높은 챔버의 한정 효과(confinement effect) 때문에 자유롭게 분산될 수 없는 것으로 보인다. 이로써, 이러한 산물은 에칭을 위한 촉매로서 작용하고 챔버 내에서의 에칭 레이트를 실질적으로 증가시키는 것으로 보인다.
따라서, 종래 기술의 문헌 EP2743659에 기술된 실례에서와 같이, 보호벽(34)이 없는 경우, 높이가 상승된 금속 섹션 아래에 위치하는 희생층의 많은 부분이 에칭될 수 있으며, 이는 가능하게는 높이가 상승된 금속 섹션이 너무 작은 표면적의 희생층 섹션 상에 놓이게 하며 이로써 높이가 상승된 금속 섹션의 기계적 강도를 감소시킨다.
본 발명에 따르면, 보호벽(34)의 존재는 공동(3)가 그 내부에 존재하는 희생층 섹션이 화학적 공격으로부터 부분적으로 또는 완전히 보존되도록 구획될 수 있게 한다. 따라서, 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 보다 우수한 기계적 강도를 갖는 것을 보장하는 보강 섹션(4)을 형성하는 에칭되지 않은 섹션의 표면적이 제어 가능하다.
도 3a의 실례에서, 공동(3)는 폐쇄되며 HF 증기에 의한 화학적 공격을 실질적으로 기밀하게(hermetically) 막는다. 따라서, 공동(3) 내에 위치된 희생층 부분은 화학적 공격에 의해 실질적으로 에칭되지 않으며, 이로써 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 놓이는 큰 크기의 보강 부분(4)을 형성한다. 따라서, 이 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 기계적 강도는 실질적으로 향상된다.
도 5a는 일 변형 실시형테에 따른 검출 장치(1)의 개략적인 단면도이다.
본 검출 장치(1)는 도 2를 참조하여 기술된 것과 유사하지만, 보호벽(34)이 금속-라인 섹션(11b)과 기계적 및 전기적으로 접촉한다는 점에서 본질적으로 다르다. 유리하게는 전기 도전성인 보호벽(34)은 또한 높이가 상승된 금속 섹션(31)과 판독 회로(10)의 금속-라인 섹션(11b) 사이의 전기적 접속부 역할을 한다. 이로써, 전기적 접속성이 개선된다. 또한, 금속-라인 섹션(11a, 11b)은 희생층(7)을 통한 오리피스들(23, 35) 및 트렌치(36)의 형성 동안에 에칭-정지 층의 역할을 한다.
이로써, 금속-라인 섹션(11b)의 크기는 보호벽(34)이 공동(3)를 구획하되, 이 공동의 (X, Y) 평면에서의 표면적이 높이가 상승된 금속 섹션(31)의 하부면(33)의 표면적보다 25 % 이상, 50 % 이상, 또는 75 % 이상이 되게, 구성될 수 있다.
도 5b는 다른 변형 실시형태에 따른 검출 장치(1)의 개략적인 단면도이다.
검출 장치(1)는 도 5a를 참조하여 기술된 것과 유사하지만, 전기적 접속 패드(30)가 도전성 바이어(32)를 포함하지 않으며 따라서 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 오직 전기 도전성인 보호벽(34)에 의해서만 금속-라인 섹션(11b)에 전기적으로 접속된다는 점에서 본질적으로 상이하다. 금속-라인 섹션(11b)은 보호벽(34)이 이 금속-라인 섹션과 직접 접촉하도록 (X, Y) 평면에서 형상화된 형상을 갖는다.
특정 실시형태들이 바로 위에서 설명되었다. 다양한 변형예들 및 수정예들이 당업자에게 명백할 것이다.
따라서, 보호벽이 그 하부 부분을 통해 에칭-정지 층 아래에 놓인 금속간 유전체 층과 접촉하는, 도 2에 도시된 실시형태에 대한 변형예에서는, 보호벽은 에칭-정지 층 상에 놓일 수 있으며, 그리고 선택적으로 에칭-정지 층 상에 놓인 지지 패드 상에도 놓일 수 있다(이는 문헌 EP2840370에서 기술된 바와 같음).
Claims (13)
- 전자기 방사선을 검출하는 장치(1)로서,
기판(2)에 위치되는 판독 회로(10); 및
기판(2) 상에 배치되는 전기적 접속 패드(30)로서, 기판(2) 위로 높이가 상승되어(raised) 상기 판독 회로(10)에 전기적으로 연결되는 금속 섹션(31)을 구비하는 전기적 접속 패드(30);를 포함하며,
높이가 상승된 금속 섹션(31) 아래에는 상기 금속 섹션(31)과 함께 공동(cavity)(3)의 적어도 일부분을 한정하는 보호벽(34)이 뻗어있고, 상기 보호벽(34)은 상기 기판(2)에 평행한 평면을 따르는 길이방향 치수 및 두께를 가지며, 상기 길이방향 치수는 상기 두께보다 크며,
미네랄 재료(mineral material)로 이루어진 보강 층 섹션(4)이 상기 공동(3) 내에 위치하고, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 상기 보강 층 섹션(4) 상에 안착되는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보강 층 섹션(4)은, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)의, 상기 기판(2)을 향해서 배향된 하부 표면(33)의 표면적보다 25% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더 바람직하게는 75% 이상의 표면적을 갖는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보호벽(34)은 폐쇄 공동(3)을 한정하도록 연속적으로 뻗어있는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보호벽(34)은 국부적으로 개방된 공동(3)를 한정하도록 연속적으로 뻗어있는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(2) 상에 배치되고 상기 판독 회로(10)에 의해 상기 전기적 접속 패드(30)에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 열 검출기(20)와, 검출될 전자기 방사선을 흡수하는 멤브레인(21)을 포함하고,
상기 멤브레인(21)은 상기 기판(2)과 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31) 사이의 이격 거리와 실질적으로 동일한 거리로 상기 기판(2)으로부터 떨어져서 상기 기판(2) 위에 현수된(suspended), 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보호벽(34)은 전기적 도전성 재료로 이루어지고, 상기 보호벽은 상기 전기적 접속 패드(30)를 상기 판독 회로(10)에 전기적으로 접속시키는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보호벽(34)은, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 상기 판독 회로(10)의 금속 라인의 아래에 놓인 섹션(11b)에 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 전기 도전성 바이어(via)(32)를 둘러싸는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)은 상기 기판(2) 쪽으로 배향된 하부 표면(33)을 가지며,
상기 하부 표면(33)의 상기 기판에 평행한 길이는 상기 기판(2)에 대해 실질적으로 직교하는 축을 따르는 상기 기판(2)과 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31) 사이의 이격 거리의 2배 이상, 바람직하게는 10배 이상, 바람직하게는 25배 이상인, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 전기적 접속 패드(30)는 상기 공동(3)의 외부에 실질적으로 보강 섹션(4)을 포함하지 않는, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 보호벽(34)은 복수의 직선형 세그먼트를 포함하며, 각각의 세그먼트는 상기 기판(2)에 평행한 평면에서 길이방향 치수와 두께를 가지며, 상기 길이방향 치수는 상기 두께보다 큰, 전자기 방사선 검출 장치(1). - 제 1 항에 따른 검출 장치(1)를 제조하는 방법으로서,
판독 회로(10)를 포함하는 기판(2)을 피복하는 에칭-정지 층(etching-stop layer)(5) 상에 희생층(7)을 증착하는 단계;
상기 희생층을 통해 보호벽(34)을 형성하는 단계로서, 상기 보호벽(34)은 후에 공동(3)의 적어도 일부분을 한정하게 되는, 상기 보호벽(34)을 형성하는 단계;
상기 희생층(7) 상에 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 형성하는 단계로서, 높이가 상승된 금속 섹션(31)이 상기 보호벽(34) 상에 놓여서 상기 공동(3)를 한정하는데 참여하도록, 상기 높이가 상승된 금속 섹션(31)을 형성하는 단계; 및
상기 희생층(7)을 적어도 부분적으로 에칭하는 단계로서, 상기 공동(3) 내에 위치되는 보강 섹션이 되는 희생층의 부분(4)은 에칭되지 않는, 상기 희생층(7)을 적어도 부분적으로 에칭하는 단계;를 포함하는, 검출 장치 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 희생층(7)은 미네랄 재료, 바람직하게는 실리콘 산화물계 재료로 이루어지며, 상기 에칭 단계는 산성 매질, 바람직하게는 기상 HF 산(hydrofluoric acid)에서의 화학적 공격에 의해서 수행되는, 검출 장치 제조 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 보호벽(34)의 형성과 동시에, 열 검출기(20)의 흡수성 멤브레인(21)을 기계적으로 지지하기 위한 앵커링 필러들(anchoring pillars)(22)이 형성되는, 검출 장치 제조 방법.
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