KR20190140921A - 블루밍 방지 보호 기능을 갖는 방사선 센서 - Google Patents

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KR20190140921A
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Abstract

본 발명은 반도체 기판(101)에 형성된 복수의 픽셀(600)을 포함하는 방사선 센서에 관한 것으로, 반도체 기판(101)에 형성된 복수의 픽셀(600)들을 포함하며, 상기 픽셀들 각각은 단열 아암(105a, 105b)에 의해 기판(101) 위에 현수된 마이크로보드(103)를 포함하며,
상기 마이크로보드(103)는 입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하는 변환요소(601)와;
상기 변환요소(601)의 표면들 중 하나를 덮고, 온도의 함수로서 증가하는 검출할 방사선에 대한 반사 계수를 갖는 감열 층(605)을 포함하는 수동 광학 셔터를 포함한다.

Description

블루밍 방지 보호 기능을 갖는 방사선 센서
본 특허 출원은 프랑스 특허 출원 제FR17/52109호의 우선권 주장 출원으로서, 그 내용은 본 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 방사선 센서(radiation sensors) 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판에 배열된 복수의 기본 마이크로 검출소자 또는 전자기 라디에이션을 전기신호로 변환을 위한 변환 소자를 구비한 픽셀들과, 상기 변환 소자에 의해 제공된 전기 신호를 판독하는 판독 회로를 포함한다. 본 출원은 특히 픽셀을 손상시킬 수있는 블루밍(blooming)에 대한 센서의 보호에 관한 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 픽셀들의 변환소자가 마이크로볼로미터(microbolometers)인 경우에 특히 유리하다.
볼로미터는 일반적으로 적외선하에 위치하여 받는 전자기 라디에이션을 열 에너지로 변환시키도록 구성된 흡수체와, 그 흡수체에 열적으로 연결되고 흡수체의 온도를 나타내는 전기적 신호를 제공하도록 된 서모미터(thermometer)를 포함한다. 상기 서모미터는 일반적으로 서미스터와, 서미스터의 전기 저항을 판독하기 위한 판독 회로를 포함한다.
열 방사선 센서는 예를 들어 1999년 7월 8일자 프랑스 특허 출원 제 2796148호 또는 2001년 3월 21일자 프랑스 특허 출원 제 2822541호에 이미 제안되어 있으며, 반도체 기판에 배열된 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 픽셀들 각각은 마이크로볼로미터와, 그 마이크로볼로미터를 모니터링 및 판독하기 위한 전자 모니터 및 판독 회로를 포함한다.
센서에 대한 악의적인 공격에서의 레이저 방사선 또는 태양 복사와 같은 높은 방사선에 노출될 때, 그러한 센서의 픽셀이 일시적 또는 영구적인 손상을 초래할 수 있는 수백도에 도달하는 온도의 증가에 노출되는 문제가 발생된다.
보다 일반적으로, 검출될 방사선으로 인한 픽셀들의 온도가 임계치로 증가되는 이러한 문제는 다른 유형의 전자기 방사선 센서, 특히 입사 방사선의 측정이 센서의 픽셀들에서 열에너지로의 방사선 변환에 기초하는 센서에서 발생할 수있다.
픽셀들을 손상시킬 수 있는 블루밍에 대하여 방사선 센서를 보호하는 수단을 갖는 것이 바람직할 것이다.
프랑스 특허 출원 제 2796148호(1999년 7월 8일) 프랑스 특허 출원 제 2822541호(2001년 3월 21)
본 발명의 목적은 방사선 센서(radiation sensors) 분야에 관한 것으로, 반도체 기판에 배열된 복수의 기본 마이크로 검출소자 또는 전자기 라디에이션을 전기신호로 변환을 위한 변환 소자를 구비한 픽셀들과, 상기 변환 소자에 의해 제공된 전기 신호를 판독하는 판독 회로를 포함하여 픽셀을 손상시킬 수 있는 블루밍(blooming)에 대하여 센서를 보호하는 블루밍 방지 보호 기능을 갖는 방사선 센서를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 반도체 기판에 형성된 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 픽셀들들 각각은 단열 아암에 의해 기판 위에 매달린 마이크로보드를 포함하고, 상기 마이크로보드는:
입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하기 위한 변환소자와;
변환 소자의 면들 중 하나를 덮는 감열 층을 포함하고, 상기 감열층은 온도에 따라 증가하는 방사선에 대한 반사 계수를 갖는, 수동 광학 셔터를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 감열층은 상-변화 재료로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 감열층은 검출될 방사선에 대해 투명한 단열상 및 검출될 방사선을 반사하는 금속상을 갖는 금속 산화물로 구성된다.
일 실시예에 따르면, 감열층은 바나듐 산화물 또는 티타늄 산화물로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 감열 층은 Ag2S 또는 FeS로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 감열 층은 60 내지 180 ℃의 전이 온도를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀은 픽셀의 변환소자에 열적으로 결합된 서미스터를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀은 픽셀의 서미스터의 값을 판독하기한 판독 회로를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 각 픽셀에서, 변환소자는 방사선이 검출되도록 흡수되는 재료로 만들어진 층이다.
일 실시예에 따르면, 각 픽셀에서, 변환소자는 금속 층이다.
일 실시예에 따르면, 각 픽셀에서 단열 아암은 수직의 전기적 연결 포스트에 놓인다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀에서, 마이크로보드와 단열 아암은 방사선이 검출되도록 투명한 캡에 의해 폐쇄 된 공동 내에 배치된다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀에서, 투명 캡은 공동을 기밀되게 폐쇄하고, 그 공동은 대기압보다 낮은 압력을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀에서, 마이크로보드및 단열 아암은 방사선을 검출하도록 투명한 캡에 의해 폐쇄된 공동 내에 배치된다.
일 실시예에 따르면, 각각의 픽셀에서, 투명 캡은 공동을 기밀되게 폐쇄하고, 그 공동은 대기압보다 낮은 압력을 갖는다.
본 발명에 따라, 픽셀(100)의 블루밍 방지 보호는 픽셀의 판독 회로(102)가 연결 패드(109a 및 109b)를 통해, 예를 들어 너무 빠르고 강렬한 픽셀의 서미스터 값의 변화를 검출함으로써 블루밍을 검출하여 픽셀의 손상을 방지하고, 블루밍 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 센서의 각 픽셀이 블루밍에 대해 개별적으로 보호되며, 블루밍이 없는 경우, 보호수단이 검출할 방사선을 감쇠시키지 않고, 획득된 블루밍 방지 보호가 수동 보호인 경우 센서에 전력 공급이 없는 경우에도 작동한다는 이점이 있으며, 단열 아암들에 존재하는 층의 수를 제한하여 열전도도를 제한하여 픽셀의 열 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 잇다.
전술한 특징들 및 장점들 뿐만 아니라 다른 것들도 첨부 도면들을 참조하여 제한이 아닌 예시로서 주어진 특정 실시예들에 대한 하기의 설명에서 상세히 설명 될 것이다.
도 1a 및 1b는 각각 제 1 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀의 예의 단순화 된 단면도와 평면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀의 다른 예의 단순화된 단면도이다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 제 1 실시예에 따른 픽셀을 제조하는 방법 예의 단계들을 도시하는 단면도들이다.
도 4는 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f의 제조 방법의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 제 1 실시예에 따른 픽셀을 제조하는 방법의 다른 예의 단계들을 도시하는 단면도들이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 방사선 센서의 일예의 픽셀의 부분적이고 단순화 된 단면도이다.
도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e 및 7f는 제 2 실시예에 따른 픽셀을 제조하는 방법의 예의 단계들을 도시하는 단면도들이다.
도 7bis은 도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e 및 7f의 방법의 변형 실시예를 도시하는 단면도.
도 8은 제 3 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀의 예의 단순화 된 단면도이다.
도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f 및 9g는 제 3 실시예에 따른 픽셀을 제조하는 방법의 예의 단계들을 도시하는 단면도들이다.
여러 특징들에서 유사한 특징들은 유사한 참조부호로 지정되었으며, 또한 여러 특징들은 축척대로 도시되지 않았다. 명확성을 위해, 설명된 실시예들의 이해에 필요한 요소들만이 도시되고 상세하게 설명되었다. 특히, 픽셀들을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로는 상세하게 설명되지 않았으며, 설명된 실시예들은 이러한 유형의 픽셀들에 일반적으로 제공되는 모니터 및 판독 회로와 호환가능하거나, 본 명세서에 개시된 기능 표시에 기초하여 당업자들에 의해 실현될 수 있는 것들이다. 또한, 설명된 실시예를 도시한 도면에서, 방사선 센서의 하나의 픽셀만 도시하였다. 실제로, 방사선 센서는 예를 들어 매트릭스 배열에 따라 또는 스트립으로서 동일한 반도체 기판에서 동일하거나 유사하게 배열된 복수의 동일하거나 유사한 픽셀들로 구성될 수 있다. 상기 센서들의 다양한 픽셀들의 배열, 센서의 픽셀들 사이의 상호 접속 및 센서를 모니터링하기 위한 주변 장치 모니터 회로는 상세하게 설명되지 않았으며, 설명된 실시예는 그러한 센서들에 일반적으로 제공되는 주변장치 모니터회로장, 상호 접속 및 배열로 호환될 수 있다. 또한, 설명된 센서들로 제조될 수 있는 용도는 상세히 설명되지 않았으며, 설명된 실시예는 방사선 센서의 통상적인 이용에 양립될 수 있다. 그러나, 설명된 실시예들은 적외선 스펙트럼 등에서의 사람, 물체의 탐지, 인식 또는 이동과, 적외선 스펙트럼에서의 광흡수 측정에 의한 적외선 이미징, 열 이미징, 가스 검출 등에의 이용에 특히 유리하다는 점에 유의해야한다. 이하의 개시에서, 이하의 설명에서, 달리 지시되지 않는 한, "전방", "후방", "상부", "하부", "좌측", "우측"등과 같은 용어는 절대 위치 수식어, 또는 "위", "아래", "더 높은", "더 낮은" 등의 용어와 같은 상대 위치 수식어 또는 "가로", "수직" 등과 같은 방향 수식어가 언급될 때, 도면에 도시된 단면도의 배향을 참고하여 이해해야 하며, 실제로, 설명 된 실시예는 상이한 방향성 가질 수 있는 것으로 이해해야 한다. 달리 명시되지 않는 한, "대략", "실질적으로" 및 "순서"라는 표현은 10 % 이내, 바람직하게는 5 % 이내를 의미한다. 이하의 설명에서, 방사선 센서는(도면의 단면도들의 방향으로) 그들의 상부면을 통해 조명되거나 조사되도록 의도된 것임을 주목해야한다.
제 1 실시예 - 캡의 능동적 보호
도 1a 및 1b는 각각 제 1 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀의 예의 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 1a 및 도 1b의 픽셀(100)은 예를 들어 실리콘으로 만들어진 반도체 기판(101) 위에 형성된다.
상기 픽셀(100)은 예를 들어 CMOS 기술을 사용하여 기판(101) 상에 형성된 전자 판독 및 모니터 회로(102)를 포함한다. 상기 모니터 및 판독 회로는 도면에 상세하게 도시되어 있지 않다. 회로(102)의 상부면과 동일한 높이로서 회로(102)를 픽셀의 다른 요소에 연결하도록 된 전기 연결 패드 만이 도 1a에 해칭된 직사각형 영역 형태로 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 상기 픽셀(100)은 2 개의 아암(105a, 105b)들로 되는 단열 아암들에 의해 회로(102) 위에 현수된 마이크로보드(103)를 더 포함한다. 보다 구체적으로, 도시된 실시예에서, 상기 기판(101)과 회로(102)는 수평으로 배치되고, 마이크로보드(103)와 단열 아암(105a, 105b)들은 회로(102)의 상부면에 실질적으로 평행한, 동일한 중간 평면에 배치된다. 상기 아암(105a, 105b)들 각각은 마이크로보드(103)와 기계적으로 그리고 전기적으로 접촉하는 제 1 단부 또는 근위 단부와, 및 예를들어 구리로 만들어지고, 베이스가 회로(102)의 상부면에 배치된 수직 전도성 포스트(107a)(107b)들 각각의 상부에 놓인 제 2 단부 또는 원위 단부를 갖는다. 상기 포스트(107a, 107b)들은 아암(105a, 105b)들에 의해 마이크로보드(103)를 기계적으로 지지하고, 또한 아암(105a, 105b)들에 의해 상기 마이크로보드(103)를 회로(102)에 전기적으로 연결하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 임의의 고체 물질이 없는 공간이 회로(102)의 상부면과 마이크로보드(103)의 하부면 사이에 위치된다. 다시 말해서, 상기 마이크로보드(103)는 아암(105a, 105b)들과만 기계적으로 접촉하며, 이는 마이크로보드를 나머지 구조물, 특히 회로(102) 및 기판(101)으로 부터 열적으로 격리시킨다.
본 실시예에서, 상기 마이크로보드(103)는 볼로메트릭 마이크로보드, 예를 들어 입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하도록 구성된 전도 층의 형태의(도 1a 및 도 1b에 상세히 도시되지 않은) 흡수체와, 그 흡수체의 온도를 측정할 수 있는(도 1a 및 도 1b에 상세히 도시되지 않은) 서미스터를 포함한다. 예를 들어, 상기 흡수체는 티타늄질화물(TiN)로 만들어지고, 서미스터는 비정질 실리콘 또는 바나듐 산화물로 만들어진다. 상기 서미스터의 양 단부는 아암(105a, 105b)들을 통해 전도성 포스트(107a, 107b)들에 각각 전기적으로 연결된다.
도시된 실시예에서, 지지 포스트(107a)의 베이스는 회로(102)의 상부면의 연결 패드(109a)와 기계적으로 그리고 전기적으로 접촉하고, 지지 포스트(107b)의 베이스는 회로(102)의 상면의 연결패드(109b)와 기계적으로 그리고 전기적으로 접촉한다. 상기 모니터 및 판독 회로(102)는 따라서 패드(109a, 109b)들과 픽셀의 포스트(107a 및 107b)들에 의해 픽셀의 서미스터의 단부들에 연결된다. 상기 회로(102)는 픽셀 서미스터의 전기 저항 값을 나타내는 전기 신호를 제공하도록 되어 있다.
상기 픽셀(100)은 검출될 방사선에 대해 투명한 캡(111)을 더 포함하며, 상기 캡은 모니터 회로(102)의 상부면에 놓이고 회로(102)의 상부면과 함께 현수된 마이크로보드(103)가 위치되는 공동 또는 기밀 인클로저(113)를 한정한다. 고체 물질이 없는 공간이 마이크로보드(103)의 상부면과 캡(111)의 하부 사이에 위치되며, 상기 공간은 마이크로보드(103)의 하부면과 회로(102)의 상부면 사이에 위치한 빈 공간과 연통된다. 공동(113)은 공기에 의한 열 전도를 제한함으로써 센서의 나머지 부분에 대한 마이크로보드(103)의 단열을 강화하기 위해 진공 또는 대기압보다 낮은 압력으로 되는 것이 바람직하다.
도 1a 및 도 1b의 실시예의 한 양태에 따르면, 상기 픽셀(100)은 픽셀의 마이크로보드(103)를 향하고 투명 캡(111)의 상부면을 덮는 열-감응성 재료로 만들어진 층(115)을 포함하는 광학 셔터를 포함한다. 상기 광학 셔터는 능동 셔터, 즉 방사선을 검출하기 위하여 층(115)이 방사선에 대하여 층(115)의 반사 및/또는 흡수 계수가 낮은 실질적으로 투명한 개방 상태와, 방사선을 검출하기 위하여 층(115)의 반사 및/또는 흡수 계수가 비교적 높은, 즉 상기 개방상태에서의 반사 및/또는 흡수 계수 보다 높은 폐쇄 상태중에서 전기적으로 제어가능하다. 예를 들어, 검출될 방사선은 8 내지 14 μm 범주의 대역에 포함된 파장을 갖는 열 적외선 방사선이고, 폐쇄 상태에서 방사선을 검출하기 위한 상기 층(115)의 투과 계수는 개방 상태에서의 투과 계수보다 적어도 0.2, 바람직하게는 적어도 0.4배 낮다.
도 1a 및 도 1b의 실시예에서, 상기 셔터는 층(115)에 열적으로 결합되고 회로(102)의 연결 패드(119a 및 119b)를 통해 픽셀을 모니터링하기 위한 모니터 회로(102)에 열적으로 연결된 히팅 저항(117)를 포함한다.
도시된 실시예에서, 상기 히팅 저항(117)은 위에서 볼 때, 볼로메트릭 마이크로보드(103)의 외측 에지에 배치되어, 셔터가 개방 상태일 때, 마이크로보드를 향해 입사 전자기 방사선의 통과를 방해하지 않도록 한다. 예를 들어, 상기 히팅 저항(117)은, 마이크로보드(103) 위에서 볼 때, 전도성 밴드를 형성하는 금속 스트립이다. 변형예로서, 상기 히팅 저항은 방사선을 검출하기 위해 투명한 재료, 예를 들어, 적외선 방사선 검출소자의 경우, 이산화 바나듐(VO2), 게르마늄(Ge) 또는 붕소로 도핑된 비정질 실리콘과 게르마늄의 합금(a-SiGe:B)과 같은 유전체 또는 반도체재료로부터 실현될 수 있다. 이 경우에, 히팅 저항(117)은 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)로 부터 적어도 부분적으로 대향되어 연장될 수 있다.
상기 히팅 저항(117)은 예를 들어 열-감응성 층(115) 아래에 배치되어, 예를 들어 상기 투명 캡(111)의 하부면에 결합된다. 도시된 실시예에서, 히팅 저항(117)은, 예를 들어 구리 또는 텅스텐으로 제조된 수직 전도성 포스트(121a 및 121b)에 의해 각각 모니터 회로(102)의 패드(119a, 119b)들에 각각 연결되며, 상기 전도성 포스터들은 공동(113)의 상부 벽에 하부 벽을 결합시킨다.
도면의 간략화를 위해, 마이크로보드(103), 유지 아암(105a, 105b)들, 히팅 저항(117) 및 픽셀(100)의 수직 연결 포스트(107a, 107b, 121a, 121b)만 도 1b에 도시되어 있다. 또한, 도 1a에서, 상기 수직 연결 포스트(107a, 107b, 121a, 121b)들은 동일한 평면상에 도시되어 있지만, 실제로, 상기 포스트(107a, 107b, 121a, 121b)들은 반드시 일렬로 정렬될 필요는 없다.
상기 픽셀(100)의 블루밍 방지 보호는 다음과 같이 작용한다. 상기 픽셀의 판독 회로(102)는 연결 패드(109a 및 109b)를 통해, 예를 들어 너무 빠르고 강렬한 픽셀의 서미스터 값의 변화, 마이크로보드의 온도 증가가 너무 빠르거나 서미스터의 값이 사전 정의된 임계 값에 도달한 경우의 표시를 검출함으로써 픽셀을 손상시킬 수있는 블루밍을 검출하도록 되어 있다.
예를 들어, 모니터 및 판독 회로(102)는, 픽셀에 의해 수신된 전자기 방사선을 나타내는 값을 획득하기 위한 획득과정에서, 마이크로볼로미터의 서미스터의 주어진 방향의 바이어스 전압에 대한 픽셀의 마이크로볼로미터의 서미스터의 출력 전류를 회로(102)의 커패시티 소자에 집적하여 픽셀 판독을 실행하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 회로(102)는 상이한 지속 시간의 2 개의 연속적인 집적 기간 동안에 픽셀의 서미스터에 의한 전류 출력을 직접하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 회로(102)는 픽셀의 잠재적인 블루밍을 검출하도록 짧은 집적 기간 동안, 예를 들어1 내지 5 μs의 지속 기간 동안 집적된 전류를 측정하고, 그런 다음 예를 들어, 30 내지 100 μs 정도, 예를 들어 대략 64 μs 동안의 긴 집적 기간 동안 집적된 전류를 측정하여 예를들어 이미지를 구성할 목적으로 픽셀에 의해 수신된 방사선을 나타내는 값(또는 픽셀의 출력값)을 실제로 얻도록 되어 있다.
제 1 적분으로부터 도출 된 신호가 샘플링되고, 예를 들어 비교기에 의해 임계값과 비교될 수 있으며, 따라서 셔터는 비교 결과의 함수로서 제어된다.
변형예로서, 긴 집적 기간의 실행전에, 상기 회로(102)는 상이한 지속 시간의 2 개의 연속적인 짧은 집적 기간 동안, 예를 들어 1 μs 정도로 제 1 기간 동안 그리고 5 μs 정도의 제 2 기간 동안 서미스터에 의해 전류 출력을 집적하도록 될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2의 짧은 적분 기간들로부터 도출된 신호들 사이의 차이를 결정하고, 셔터를 활성화시킬지 여부를 결정하기 위해 임계값과 비교된다. 이에 의한 이점은 기술적 분산에 연계된 여러 픽셀들의 서미스터들 사이의 값들의 차이로 부터 벗어날 수 있게 하여, 따라서 블루밍 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다는 것이다.
다른 변형예에서, 모니터 및 판독 회로(102)는 픽셀에 의해 수신된 전자기 방사선을 나타내는 값을 획득하기 위한 획득 단계 동안에, 픽셀의 서미스터로 인가된 주어진 방향의 바이어스 전류에 대하여 픽셀의 마이크로볼로미터의 서미스터의 단자들에서의 전압을 측정함으로써 픽셀의 판독을 구현하도록 구성된다. 따라서, 서미스터의 단자들에서의 전압은 픽셀의 셔터를 활성화시킬지 여부를 결정하기 위해 임계치와 비교될 수있다.
블루밍이 검출되면, 상기 회로(102)는 저항(117)에서의 전류의 인가를 제어하여,(검출될 방사선에 투명한 감열 층(115))이 개방된 상태로 부터(검출될 방사선에 불투명한 층(115))의 폐쇄상태로 셔터를 스위칭시키도록 감열층(115)의 온도를 전이 온도까지 상승시키도록 한다.
따라서, 입사 전자기 방사선은 층(115)에 의해 중지되거나 제한되며, 이에 의해 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드의 손상을 피하거나 제한할 수 있다. 소정의 폐쇄 기간 후 또는 회로(102)가 볼로메트릭 마이크로보드의 소정의 허용 가능한 온도로의 복귀를 검출하면, 상기 회로(102)는 히팅 저항기(117)에 흐르는 전류를 차단한다. 따라서 감열층(115)의 온도는 전이 온도보다 낮아져서 셔터가 다시 열리도록 한다.
전기적 연결 포스트(121a, 121b)들에 의해, 히팅 저항에 의해 생성된 온도의 증가를 수용하도록 보호 캡(111)의 상부를 기판(101)에 열적으로 결합시켜서 저항(117)에 의해 생성된 열이 봉합된 캡 및/또는 인접한 픽셀의 감열층에 퍼지는 것을 피하도록 하는 것이 유리하다. 상기 기판(101)과의 열적 결합을 개선하기 위하여, 상기 저항(117)과 회로(102) 사이의 수직의 전기적 연결 포스트의 수는 2보다 크게 될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는 볼로메트릭 마이크로보드(103)와, 도 1b에 도시된 바와 같이 마이크로보드(103)를 위에서 볼 때 정사각형 또는 직사각형의 환형 스트립 형태의 히팅 저항(117)의 경우, 픽셀은 위에서 볼 때 히팅 저항을 형성하는 전도성 환형 스트립의 4 개의 코너에 각각 배치된 4 개의 전기 연결 포스트를 포함할 수 있다.
또한, 픽셀(100)을 모니터링하고 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)는 센서의 작동 온도의 함수로서 히팅 저항(117)에 입입되는 전류를, 저항(117)에 셔터를 닫는데 필요한 전류만 인가되게 조절하도록 구성될 수 있다. 실제로, 방사선 센서의 작동 온도는 일반적으로 예를 들어 -40 °C 에서 + 70 °C까지의 넓은 범위내에서 변할 수 있고, 감열층(115)의 전이를 초래하기 위해 저항(117)에 인가되는 전류는 작동 온도가 낮을 때 보다 모두 더 높다. 예를 들어, 센서는 예를 들어 반도체 기판(101)에 배치되는 적어도 하나의 온도 프로브, 예를 들어 pn-접합에 기초한 프로브를 포함한다. 따라서, 픽셀(100)을 모니터링하고 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)는 픽셀의 블루밍시에, 온도 프로브에 의해 측정된 온도의 함수로서 선택된 전류를 픽셀의 히팅 저항(117)에 인가시키도록 구성된다. 이에 의한 잇점은, 특히 센서가 고온에서 사용될 때, 블루밍 방지 보호와 관련된 전기 소비를 제한할 수 있고, 감열층의 전이 온도 이상으로 픽셀들의 밀봉 캡(111)의 불필요한 온도 상승을 피할 수 있는 것이다.
상기 감열층(115)의 재료는, 예를 들어 전이 온도 미만에서 방사선이 검출을 위한 실질적으로 투명한 상태로 되고, 전이 온도보다 높은 상태에서 방사선 검출을 위한 반사성 또는 흡수성을 갖는 상태로 되는 상-변화 재료이다. 감열성 재료의 전이 온도는 바람직하게는 픽셀의 캡(111)이 정상 작동되는 동안에 최대 온도, 예를 들어 60 내지 180 ℃의 온도에 도달할 수 있는 최대 온도보다 높게 선택된다. 전이 온도 부근에서 감열층의 투과율 또는 반사율의 변화는 예를 들어 10 μm의 파장에 대해 온도 도당 2.5 % 보다 더 크게 비교적 가파른 것이 바람직하다. 예를 들어, 감열성 재료는 전이 온도 미만에서는 투명한 절연상을 갖고 전이 온도 이상에서는 반사되는 금속상을 갖는 결정화된 금속 산화물이다. 감열성 재료는 예를 들어, 68 ℃ 정도의 전이 온도를 갖는 결정화된 이산화바나듐(VO2)이다. 변형예로서, 감열성 물질은 결정화되고 저 원자가의 양이온, 예를 들어 Al3 +, Cr3 + 또는 Ti4 +로 의해 도핑되어 전이 온도를 증가시키도록 된 이산화바나듐이다. 보다 일반적으로, 요구되는 전이 온도에 따라, 다른 바나듐산화물, 예를 들어 V3O5가 사용될 수 있다. 변형예로서, 상기 층(115)의 감열성 재료는 Ti3O5, Ti2O3 또는 SmNiO3로 될 수 있다. 변형예로서, 상기 층(115)의 감열성 재료는 일반식 RNiO3을 갖는 희토류 니켈레이트이고, 여기서 R은 희토류 또는 희토류의 이원 합금, 예를 들어 SmxNd1-xNiO3 또는 EuxSm1-xNiO3 유형의 화합물이다. 변형예로서, 상기 층(115)의 감열성 재료는 Ag2S 또는 FeS이다. 변형예로서, 감열성 재료는 단결정 게르마늄이며, 이는 실온에서 열적 적외선에 대해 비교적 투명하고 100 ℃보다 높은 온도에서 방사선을 비교적 흡수하는 이점을 갖는다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀의 다른 예의 단순화된 단면도이다. 도 2의 픽셀(200)은 도 1a 및 1b의 픽셀(100)과 공통인 요소를 포함한다. 이들 요소들은 아래에서는 다시 상세히 설명되지 않을 것이다. 이하에서는 픽셀(100)과 픽셀(200)의 차이점에 대해서만 상세히 설명한다.
도 2의 픽셀(200)은 도 1a 및 1b의 픽셀(100)과 비교하여, 폐쇄 상태 또는 개방 상태로의 전이를 제어하기 위해 감열층(115)과 분리된 히팅 저항(117)을 포함하지 않는다는 점에서 다르다. 본 실시예에서, 픽셀의 연결 포스트(121a 및 121b)의 상단부는 감열층(115)과 직접 전기적으로 접촉된다.
도 2의 픽셀(200)은 도 2의 실시예에서, 픽셀을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)가 블루밍을 검출 할 때를 제외하고는 도 1a 및 1b의 픽셀(100)과 실질적으로 동일한 방식으로 동작하며, 연결 패드(119a, 119b)와 연결 포스트(121a, 121b)에 의해 감열층(115)에 직접 전류를 인가시킨다. 이 전류는 셔터가 폐쇄되도록 감열층(115)의 온도를 증가시킨다. 상기 감열층(115)에 흐르는 전류가 차단되면, 상기 층(115)의 온도는 전이 온도 아래로 다시 낮아져서 셔터가 개방 상태로 복귀된다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 도 2와 관련하여 설명된 유형의, 즉 감열층의 폐쇄 상태 또는 개방 상태로의 전이를 제어하기 위한 감열층에서 분리된 히팅 저항을 포함하지 않는 방사선 센서를 제조하는 방법의 예시적인 단계들을 도시하는 단면도들이다. 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 센서의 단일 픽셀의 구현을 보다 구체적으로 도시하며, 실제로, 복수의 동일하거나 유사한 픽셀들이 동일한 반도체 기판(101)에 동시에 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 3a는 기판(101)의 픽셀(200)을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)를 제조하는 단계를 도시한다. 상기 회로(102)는 예를 들어 CMOS 기술을 사용하여 구현된다. 상기 회로(102)의 제조는 여기서 상세히 설명되지 않으며, 이 회로의 구현은 위에서의 기능적 설명에 기초하여 당업자가 구현할 수 있는 것이다. 도 3a에서, 회로(102)의 상부면과 동일 평면으로 된 회로(102)의 전기 연결 패드(109a, 109b, 119a 및 119b)만이 도시되어있다.
도 3b는 회로(102)의 상부면과 접촉하는 희생 층(sacrificial layer)(301)을 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(301)은 예를 들어 실질적으로 기판(101)의 전체 표면을 따라 연속적으로 증착된다. 예를 들어, 상기 층(301)은 폴리이미드 또는 실리콘산화물로 만들어진다. 상기 층(301)의 두께는 회로(102)의 상부면과 픽셀(200)의 볼로메트릭 마이크로보드(103) 사이의 거리를 한정한다. 예를 들어, 상기 층(301)은 예를 들어 1 내지 5μm의 두께, 바람직하게는 대략 2.5μm 정도의 두께를 갖는다.
도 3b는 회로(102)의 연결 패드(109a 및 109b)와 수직으로 정렬된 희생 층(301)에 에칭된 비아(vias)들에서, 픽셀의 전기 연결 포스트(107a 및 107b)의 형성을 추가로 도시하고 있다. 상기 포스트(107a 및 107b)는 회로(102)의 접속 패드(109a 및 109b)의 상면으로부터 상기 층(301)의 상면까지, 상기 층(301)의 사실상 전체 두께를 따라 수직으로 연장되어 있다.
도 3b는 희생 층(301)의 상부면과 연결 포스트(107a, 107b)에서 접촉하는 마이크로보드의 볼로메트릭 마이크로보드(103) 및 홀딩 암(105a, 105b)의 형성을 추가로 도시하고 있다. 이 단계는 볼로메트릭 마이크로보드(103) 및 홀딩 아암(105a, 105b)의 재료들의 증착과, 마이크로보드(103) 및 픽셀의 아암(105a, 105b)들의 한계설정 또는 개별화를 포함한다. 상기 볼로메트릭 마이크로보드(103) 및 홀딩 아암(105a, 105b)의 형성은 여기서 상세히 설명되지 않으며, 이러한 형성은 당업자에게 공지된 방법, 예를 들어 전술한 프랑스 특허 출원 제2796148호 및 제2822541호에 기재된 유형의 방법에 의해 구현될 수 있다.
도 3c는 바람직하게는 층(301)과 동일한 성질을 갖는 제 2 희생 층(303)의, 도 3b의 단계의 끝에서 얻어진 구조의 상부면과 접촉하게 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(303)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 상기 층(303)의 하부면은 마이크로보드(103)와 픽셀의 홀딩 아암(105a, 105b)의 상부면과 접촉하고, 위에서 볼때 분리된 영역에서 상기 층(301)의 상부면과 접촉된다. 상기 층(303)의 두께는 마이크로보드(103)의 상부면과 픽셀의 캡슐화 캡의 상부면들 사이의 거리를 설정한다. 예를 들어, 상기 층(303)은 1 내지 2.5μm의 두께를 갖는다.
도 3c는 회로(102)의 연결 패드(119a 및 119b)와 수직으로 정렬된 희생 층(303 및 301)에 에칭된 비아에서, 픽셀의 전기 연결 포스트(121a 및 121b)의 형성을 도시하고 있다. 상기 포스트(121a 및 121b)는 회로(102)의 접속 패드(119a 및 119b)의 상면으로부터 상기 층(303)의 상부면까지 희생층(303 및 301)의 전체 두께를 따라 실질적으로 수직하게 연장된다. 예를 들어, 연결 포스트(121a, 121b)는 0.25 내지 1 μm2의 단면적을 갖는다.
도 3c는 또한 전기 연결 포스트(121a 및 121b)의 상부 표면 상에 국한된 전도층(305)의 형성을 추가로 도시하고 있다. 상기 층(305)의 역할은 특히 포스트(121a, 121b)의 금속, 예를 들어 구리 또는 텅스텐과 같은 포스트 금속을 픽셀의 캡슐화 캡의 재료로 확산되는 것을 방지하는 것이다. 상기 층(305)은 또한 포스트(121a, 121b)와의 접촉을 설정하는 후속 단계 동안 에칭을 중지시키는 층으로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 상기 층(305)은 티타늄 질화물(TiN)로 만들어진다. 상기 층(305)은 예를 들어 20 내지 80 nm의 두께를 갖는다.
도 3d는, 위에서 볼 때 주변의 수직 트렌치가 완전히 둘러싸는 도 3c의 단계보다 늦은 단계를 도시하며, 볼로메트릭 마이크로보드(103), 홀딩 암(105a, 105b) 및 전기 연결 포스트(107a, 107b, 121a, 121b는)를 포함하는 조립체가 희생 층(303)의 상부면으로 부터 회로(102)의 상부면까지 에칭된다. 상기 트렌치(307)는 픽셀의 요소(103, 105a, 105b, 107a, 107b, 121a, 121b)들을 인접한 픽셀의 대응하는 요소들로부터 분리시킨다. 상기 트렌치(307)는 픽셀의 캡슐화 캡의 측벽을 수용하도록 된다. 본 실시예에서, 특정의 트렌치(307)는 센서의 각 픽셀에 대해 구현되며, 즉 2 개의 인접한 픽셀들은 2 개의 개별 트렌치(307)들에 의해 분리된다.
도 3d는 센서의 픽셀들의 캡슐화 캡(111)을 형성하기 위하여 트렌치(307)들의 에칭 이후에 획득된 구조의 실질적으로 전체 상부 표면을 따라 방사선을 검출하도록 투명한 층(309)을 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(309)은 예를 들어 0.5 내지 1 ㎛의 두께, 대략 0.8 ㎛의 두께를 갖는 비정질 실리콘의 층이다. 상기 층(309)은 특히 트렌치(307)의 측벽 및 바닥뿐만 아니라 희생 층(303) 또는 트렌치(307) 외측의 방벽 층(305)의 상부면과 접촉되게 증착됨으로써, 각각의 픽셀에서, 마이크로보드(103), 아암(105a, 105b) 및 픽셀의 포스트(107a, 107b, 121a, 121b)들을 포함하는 조립체를 밀봉 캡슐화한다.
도 3e는 센서의 각 픽셀의 캡슐화 캡(111)들을 개별화하고 전기적으로 절연시키도록 센서의 각 픽셀들을 위에서 볼 때 층(309)에서 트렌치(311)가 완전히 둘러싸게 에칭하는 단계를 도시한다. 실제로, 상기 층(309)의 재료가 비정질 실리콘으로 도핑될 수 있는 전기 전도성인 경우에, 다양한 픽셀들의 캡슐화 캡(111)을 전기적으로 절연시키는 것이 바람직하다. 연결 포스트(121a, 121b)를 통해 픽셀을 모니터링 및 판독하는 모니터링 및 판독 회로(102)에 의해 인가되는 바이어스가 센서의 캡슐화 캡 어레이에서 기생 전류의 흐름을 유발하지 않는다. 도시된 실시예에서, 상기 트렌치(311)는 위에서 볼 때 센서의 인접한 픽셀로부터 트렌치(307)를 분리시키는 갭(gaps)들에 배치된다. 상기 격리 트렌치(311)는 층(309)의 전체 두께를 따라 수직으로 연장되고 희생 층(303)의 상부면에서 끝난다.
도 3e는 트렌치(307)에 의해,(즉, 위에서 볼 때) 각 픽셀에서 제한된 구역 내에서, 즉 예를들어 픽셀의 마이크로보드(103)의 중앙 부분을 향하는, 픽셀의 캡슐화 캡(111)의 상부에서 층(309)의 각 픽셀의 적어도 하나의 개구부(313)를 에칭하는 단계를 더 도시한다. 상기 개구부(313)는 캡(111) 내의 희생 층(301, 303)을 제거하는 후속 단계의 구현을 가능하게 하기 위해 제공된다. 상기 개구부(313)는 희생 층(309)의 전체 두께를 따라 수직으로 연장되고 희생 층(303)의 상부면에서 끝난다. 상기 개구부(313)의 폭은, 예를 들어 0.1 내지 1 ㎛ 사이에 포함된다.
도 3e는 배리어 층(305)의 상부면에 대한 접근을 자유롭게 하기 위해 전기 연결 포스트(121a, 121b)에 대향하여 위치한 층(309)에서 개구부(315)를 에칭하는 단계를 추가로 도시한다.
상기 개구부(311, 313 및 315)들은 예를 들어 동일한 에칭 단계 동안 동시에 실현된다.
도 3f는 픽셀의 마이크로보드(103) 및 홀딩 아암(105a, 105b)들을 자유롭게하기 위해, 예를 들어 이방성 화학 에칭에 의해 희생 층(303 및 301)을 제거하는 후속 단계를 도시한다.
도 3f는 희생 층(303 및 301)들이 제거 된 후, 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)에 대향하여 캡슐화 캡(111)의 상부면에 접촉하는 감열층(115)을 증착하는 단계를 도시한다. 예를 들어, 상기 감열층(115)은 구조물의 상부 표면 전체를 따라 증착된 후, 상기 개구부(311)를 대향하여 에칭되어 센서의 여러 픽셀들에 배치된 층(115)의 일부를 전기적으로 절연시킨다. 사용된 감열성 재료의 유형에 따라, 재료의 요구되는 결정질상 및 전이 온도를 얻기 위해 층(115)의 어닐링이 구현될 수 있다. 예를 들어, 이산화바나듐(VO2)으로 만들어진 감열층의 경우, 산소 함유 분위기에서 바나듐 타겟에 분무함으로써 실온에서 증착을 실현할 수 있다. 이로 인해 비정질 이산화바나듐 층이 형성된다. 그 후, 바나듐산화물 층을 결정화하고 요구되는 감열 특성을 얻기 위해 350 내지 400 ℃ 정도의 온도에서 어닐링될 수 있다. 상기 감열층은 예를 들어 20 내지 100 nm, 예를 들어 20 내지 60 nm의 두께를 갖는다.
개구부(315)에서, 상기 감열층(115)은 도전층(305)의 상부면과 접촉하여 감열층(115)을 연결 포스트(121a, 121b)에 전기적으로 연결한다. 도시된 실시예에서, 상기 층(115)의 감열성 재료는 희생 층(303 및 301)의 제거를 위해 제공된 개구부(313)를 막아서, 픽셀의 캡슐화 공동(113)을 기밀되게 폐쇄를 보장한다. 상기 감열층(115)의 증착은, 예를 들어, 픽셀의 캡슐화 공동을 진공 또는 저압하에 배치되도록 진공 또는 대기압보다 낮은 압력에서 실현된다. 게르마늄에 의해, 상기 개구(313)의 감열층 및 기밀성 폐쇄 재료의 이중 역할을 보장하는 것이 유리하다는 것이 주목되어야 한다. 변형예로서, 감열성 재료가 개구부(313)를 기밀되게 막도록 되지 않는 경우에는, 상기 개구부(313)를 막기 위해 적합한 재료, 예를 들어 게르마늄 또는 알루미늄과 같은 금속을 증착시키는 중간 단계가 제공될 수 있다. 상기 개구부(113)를 막기 위한 중간층이 방사선이 검출되기에 충분히 투명하지 않은 경우, 개구부(113)에 대향하여 단독으로 유지되도록 후자는 개구부(113)에 대향하여 국부적인 방식으로 증착되거나 또는 증착후에 에칭될 수 있다.
도 3f의 단계 끝에서, 도 2와 관련하여 설명된 유형의 픽셀(200)이 획득된다.
도 4는 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f와 관련하여 설명된 방법의 변형을 도시한다. 도 4는 도 3f의 단면도에 대응하는 방법의 마지막에서 얻어진 픽셀의 단면도이다.
도 4의 변형 실시예는 주로 센서의 여러 픽셀의 캡슐화 캡(111)을 절연시키는 방식에 의해 전술한 방법과 차이가 있다.
도 4의 방법은 도 3c의 단계를 포함하는데 까지의 전술한 방법과 동일한 초기 단계를 포함한다.
도 4의 변형예에서, 픽셀들을 한정하기 위한 수직 경계 트렌치(307)들은 구조물의 상부면으로부터 희생 층(303 및 301)들에서 에칭된다. 이들 트렌치는 도 4의 변형예에서, 센서의 2 개의 인접한 픽셀들이 단일의 트렌치(307)에 의해 분리되는 것을 제외하고는 도 3d와 관련하여 설명된 것과 유사하다. 다시 말해서, 픽셀의 트렌치(307)가 분리되도록 센서의 각 픽셀에 특정한 환형 트렌치(307)가 형성된 도 3d의 실시예와 달리, 도 4의 실시예에서는, 상기 트렌치(307)는 위에서 볼 때, 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연장되고 센서의 여러 픽셀들을 한정하는 연속적인 그리드의 형상을 갖는다.
도 4의 방법의 후속 단계는, 도 3e의 트렌치(311) 대신에, 환형 트렌치(411)가 각각의 픽셀에 대하여 층(309)에서 에칭되는 것을 제외하고는, 도 3d 및 3e와 관련하여 설명된 것과 유사하다. 각각의 픽셀에 대하여, 상기 환형 트렌치(411)는 위에서 볼 때, 볼로메트릭 마이크로보드(103), 홀딩 암(105a, 105b) 및 픽셀의 전기 연결 포스트(107a, 107b, 121a, 121b)를 포함하는 조립체를 완전히 둘러싸고 있으며, 위에서 볼 때, 트렌치(411)가 픽셀을 경계짓기 위한 경계 트렌치(307)에 의해 구분 된 영역내에 배치된다. 상기 환형 트렌치(411)는 캡슐화 층(309)의 전체 두께를 따라 수직으로 연장되고, 희생 층(303)의 상부면에서 끝난다. 상기 트렌치(411)는, 픽셀의 캡슐화 캡(111)의 상부 중앙 부분을 완전히 둘러싸는 절연 프레임 또는 링(413)을 얻기 위해 전기 절연 물질, 예를 들어 실리콘 질화물(SiN) 또는 알루미늄 질화물(AlN)로 채워지며, 이로써, 센서의 다양한 픽셀의 캡슐화 캡 사이의 기생 전류의 흐름을 방지한다.
후속 단계들은 도 3e 및 도 3f와 관련하여 설명 된 것과 동일하거나 유사하며, 각 픽셀의 감열층(115)은 위에서 보았을 때 픽셀의 절연 프레임 또는 링 413) 내측에 삽입된다.
도 4의 변형 실시예의 장점은 개구부(411)에 절연 프레임(413)을 형성하는 추가 단계의 비용으로 센서의 여러 픽셀들의 캡슐화 캡(111)과 감열 층(115)들을 전기적으로 절연하기 위해 사용되는 표면적을 감소시킬 수 있다는 것이다.
도 5a, 5b, 5c, 5d는 도 1a 및 1b와 관련하여 설명된 유형의 방사선 센서를 제조하는 방법의 예시적 단계, 즉 감열 층의 폐쇄 상태 또는 개방 상태로의 전이를 제어하도록 감열 층으로부터 분리된 히팅 저항을 포함하는 단계를 도시하는 단면도들이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 특히 히팅 저항이 마스킹 없이, 위에서 볼 때, 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)를 둘러싸는 전도성 금속 스트립인 경우에 관한 것이다.
도 5a, 5b, 5c, 5d의 방법은 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f와 관련하여 및/또는 도 4와 관련하여 설명된 방법과 공통인 요소들을 포함한다. 아래에서는, 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 4의 방법과의 차이에 대해서만 상세하게 설명될 것이다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d의 방법은 도 3c의 단계들을 포함하는데 까지의 전술한 방법과 동일한 초기 단계를 포함한다.
도 5a는 예를 들어 실리콘질화물(SiN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 만들어진 제 1 전기 절연층(501)을 도 3c의 단계의 끝에서 얻어진 구조물의 상부면에 증착하는 단계를 도시한다. 그 후, 개구부는 배리어 층(305)의 상부면에 대한 접근을 자유롭게 하기 위해 전기 연결 포스트(121a, 121b)와 수직 배열된 층(501)에서 에칭된다. 이 에칭 단계 동안, 상기 층(501)은 전기 연결 포스트(121a, 121b)들에 증착 된 층(305)의 부분들의 외측 에지 및 측면들에서 유지된다. 상기 층(501)은 또한 히팅 저항(117)을 수용하도록 된 구조물의 전체 표면을 따라 유지되므로, 방법의 끝에서, 상기 히팅 저항(117)은 층(305)에의 전기적 연결을 위한 영역을 제외하고는 전기 절연 피복으로 완전히 캡슐화된다. 상기 층(501)은 구조물의 나머지 표면으로부터, 특히 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)에 대향하여 제거될 수 있다.
도 5b는 픽셀의 히팅 저항(117)을 형성하기 위해 도 5a의 단계의 끝에서 얻어진 구조물의 상부면에 전도 층(503)을 증착하는 후속 단계를 도시한다. 상기 층(503)은 예를 들어 알루미늄, 티타늄 또는 질화 티타늄의 층이다. 상기 층(503)은 예를 들어 10 내지 100 nm, 예를 들어 20 nm 정도를 포함하는 두께를 갖는다. 예를 들어, 상기 층(503)은 구조물의 상부 표면 전체를 따라 증착된 다음, 위에서 볼 때, 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103) 및 연결 아암(105a, 105b)을 포함하는 조립체를 둘러싸는 절연층(501)의 상부면과 접촉되게 배치되며 배리어 층(305)에 의해 픽셀의 연결 포스트(121a, 121b)에 전기적으로 연결되는 전도성 스트립(117)만 유지되게 에칭된다. 상기 도전성 스트립(117)의 폭은 위에서 볼 때 예를 들어 0.5 내지 2 μm, 예를 들어 1 μm 정도로 구성된다. 예를 들어, 위에서 볼 때, 상기 전도성 스트립(117)은 대략 25 μm의 측면을 갖는 프레임 또는 정사각형 링의 일반적인 형상을 갖는다.
도 5c는 도 5b의 단계의 끝에서 얻어진 구조물의 상부면에 예를 들어 절연층(501)과 동일한 성질을 갖는 제 2 전기 절연층(505)을 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(505)은 히팅 저항(117)을 형성하는 전도성 밴드의 상부면 및 측면을 덮도록 배치되어, 상기 저항(117) 주위에 절연 캡슐화 피복을 층(501)과 함께 형성한다. 예를 들어, 상기 층(505)은 먼저 구조물의 전체 상부 표면을 따라 증착되고, 히팅 저항(117)에 대향하여 유지되도록 에칭된다. 특히, 상기 층(505)은 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)에 대향하여 제거될 수 있다.
변형예에서, 상기 전기 연결 포스트(121a, 121b)에 대향된 부분을 제외하고, 상기 절연 층(501)은 도 5a의 단계에서 에칭되지 않는다. 이어서, 상기 층(501 및 505)들은 전도성 스트립(117)의 형성 및 층(505)의 증착에 이어서 동일한 단계 동안에 동시에 에칭된다.
상기 방법의 후속 단계는 도 3d, 3e 및 3f 및/또는 도 4와 관련하여 전술한 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 유전체 층(501, 505)에 의해 히팅 저항(117)의 절연성으로 인하여, 여러 픽셀들의 캡슐화 캡들을 전기적으로 절연시키는 단계들은 선택적이다.
도 5d는 상기 방법의 끝에서 얻어진 픽셀을 도시한다.
도 1a, 도 1b, 도 2, 도 3a 내지 도 3f, 도 4 및 도 5a 내지 도 5d와 관련하여 설명한 유형의 방사선 센서의 이점은, 센서의 각 픽셀은 보호를 구현하기 위해 센서의 모든 픽셀을 동시에 셔터링할 필요가 없이, 측정된 볼로메트릭 마이크로보드의 온도 증가의 함수로서, 블룸링으로부터 개별적으로 보호될 수 있다는 것이다.
또한, 개방 상태에서, 볼로메트릭 마이크로보드에 대향하여 셔터의 전체 표면은 검출할 방사선에 대하여 투명하여서, 셔터가 입사 방사선을 감쇠시키거나 거의 감쇠시키지 않는다.
각각의 픽셀이 픽셀에 특정한 캐비티 내에 배치되고 픽셀에 특정한 캡(111)에 의해 밀폐된 볼로메트릭 마이크로보드(103)를 포함하는 예시적인 실시예들을 위에서 상세히 설명하였다. 그러나, 당업자는 개별적인 픽셀에 속하는 복수의 볼로메트릭 마이크로보드가 복수의 픽셀에 공통인 캡슐화 캡에 의해 폐쇄된 동일한 공동 내에 배치되는 변형을 제공할 수 있을 것이다.
더욱이, 예시적인 실시예는 도 1a, 1b 및 5a 내지 5d와 관련하여 설명되었으며, 여기에서 광학 셔터의 개폐를 제어하기 위하여 히팅 저항(117)이 픽셀의 캡슐화 캡(111)의 상부면 아래에 배치된다. 변형예로서, 히팅 저항(117)은 픽셀의 캡슐화 캡(111)의 상부면 위에, 예를들어 감열 층(115)의 상부면 또는 캡슐화 캡(111)과 감열 층(115) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 광학 셔터의 감열 층(115)이 픽셀의 캡슐화 캡(111)의 상부면에 접촉하여 배치되는 예시적인 실시예들이 설명되었다. 변형 예로서, 감열 층(115)은 캡(111)의 상부의 하부면과 접촉되게 공동(113) 내측에 배치될 수 있다.
또한, 도 1a, 1b, 2, 3a 내지 3f, 4 및 5a 내지 5d와 관련하여 설명된 센서는 상세하게 설명되지 않은 추가 요소를 포함 할 수 있다. 특히, 반사 방지층, 예를 들어 황화아연(ZnS) 층이 픽셀의 상부면에 제공될 수 있다. 더욱이, 검출할 전자기 방사선에 대하여 반사성의 층이, 볼로메트릭 마이크로보드(103) 아래에, 픽셀을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터링 및 판독 회로(102)의 상면과 접촉하여 제공될 수 있으므로, 볼로메트릭 마이크로보드(103)와 회로(102)의 상면 사이에서 검출할 방사선에 대하여 공진하는 공동을 한정하도록 한다.
또한, 센서의 각 픽셀이 마이크로볼로미터를 포함하는 현수 마이크로보드(103)를 포함하는 도 1a, 1b, 2, 3a 내지 3f, 4 및 5a 내지 5d와 관련하여 예시적인 실시예가 설명되었다. 변형예로서, 마이크로볼로미터는 입사 전자기 방사선을 전기 신호로 변환하는 다른 유형의 변환요소, 예를 들어 입사 방사선을 열에너지로 전환하는 것에 기초한 검출기나 열 검출기, 예를들어 서미스터, 파이로-전기 검출기 또는 pn 다이오드에 기초하거나 전계 효과 트랜지스터에 기초한 검출기들로 대체될 수 있다.
제 2 실시예 - 마이크로보드의 수동 보호
도 6은 제 2 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀(600)의 예시적인 단순화된 단면도이다. 도 6의 픽셀(600)은 전술한 픽셀들과 공통인 요소를 포함한다. 이하에서는, 제 1 실시예의 예들과와의 차이점에 대해서만 상세하게 설명한다.
전술한 예들에서와 같이, 도 6의 픽셀(600)은 예를 들어 실리콘으로 만들어진 반도체 기판(101)에 형성되고, 상기 기판(101)에 형성된 전자 모니터 및 판독 회로(102)를 포함한다. 또한, 전술한 예에서와 같이, 상기 픽셀(600)은 단열 아암, 도시된 예에서의 2 개의 아암(105a, 105b)들, 및 회로(102)의 연결 패드(109a, 109b)에 연결된 수직 전도성 포스트(107a, 107b)에 의해 회로(102) 위에 현수된 마이크로보드(103)를 포함한다. 상기 픽셀(600)은, 또한 전술한 예에서와 같이, 검출할 방사선에 투명한 캡(111)을 더 포함할 수 있으며, 상기 캡은 모니터 회로(102)의 상부면에 배치되고 모니터 회로(102)의 상부면과 함께 현수 마이크로보드(103)가 위치하는 공동 또는 밀봉 케이스(113)를 한정한다. 상기 공동(113)은 마이크로보드(103)의 단열을 강화하기 위해 진공 또는 대기압 보다 낮은 압력하에 배치될 수 있다.
제 1 실시예의 예와 달리, 도 6의 픽셀(600)은 능동형 광학 셔터를 포함하지 않으며, 특히 픽셀의 모니터 판독 회로(102)에 연결되고 마이크로보드(103)에 대향된 투명한 캡(111)의 표면을 덮는 감열 층을 포함하지 않는다. 보다 구체적으로, 도 6의 예에서, 상기 픽셀(600)은 제 1 실시예의 예의 연결 포스트(121a, 121b), 연결 패드(119a, 119b), 히팅 저항(117) 및 감열 층(115)을 포함하지 않는다.
상기 픽셀(600)의 마이크로보드(103)는 입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하기 위한 변환 소자를 포함한다. 예시된 예에서, 마이크로보드(103)는 볼로메트릭 마이크로보드, 즉, 예를 들어 입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환시키도록 된 전도 층 형태의 흡수체(601)와, 상기 흡수체의 온도를 측정할 수 있는 서미스터(603)를 포함한다. 상기 흡수체(601)는 예를 들어 마이크로보드의 실질적으로 전체 표면을 따라 연장되는 층의 형태를 취한다. 예를 들어, 상기 흡수체는 티타늄질화물(TiN)로 만들어진다. 상기 서미스터(603)는 이하에서 소위 서모미터 재료로 불리는 재료로 부터 예를 들어 비정질 실리콘 또는 바나듐 산화물로 실현되며, 그 전기 저항은 온도의 함수로서 크게 변한다. 예를 들어, 상기 서미스터(603)는 마이크로보드(103)의 실질적으로 전체 표면을 덮는 층의 형태를 취한다. 상기 서미스터의 양단부들은 도 6에 상세히 도시되지 않은 전기 결합에 의해 픽셀을 모니터링하고 아암(105a,105b)들과 마이크로보드를 현수시키기 위한 현수 포스트(107a, 107b)들을 지나는 모니터 회로에 전기적으로 연결된다.
도 6의 실시예의 일 양태에 따르면, 상기 픽셀(600)의 마이크로보드(103)는 열 감응성 재료로 제조되고 된 층(605)을 포함하고, 입사 방사선을 픽셀의 열에너지로 변환하는, 즉 본 실시예에서의 흡수체(601)를 덮는 수동 광학 셔터를 포함한다. 하고, 입사 방사선을 픽셀의 열 에너지로 변환하기위한 변환 소자를 덮는다. 수동 셔터에 의해, 여기서는 픽셀의 모니터 및 판독 회로(102)에 의해 전기적으로 제어되지 않는 셔터로 이해된다. 도 6의 실시예에서, 감열 층(605)은 입사 방사선을 열 에너지로 변환하기 위해 변환 요소에 열적으로 결합되며, 변환 요소에 의해 생성된 열이 너무 높아지면 입사 방사선에 대한 투과 계수를 감소시키도록 감열 층의 광학 특성을 직접 변경시키게 된다. 본 실시예에서, 상기 감열 층(605)은 흡수체(601)와 서미스터(603) 사이에 배치된다. 상기 감열 층(605)은 온도의 함수로서 증가하는 반사 계수를 갖도록 선택된다. 보다 구체적으로, 상기 감열 층(605)은 전이 온도 미만에서 검출될 방사선에 대하여 사실상 투명하고, 전이 온도보다 상대적으로 높은 검출될 방사선에 대해서는 반사 계수를 갖도록 선택된다. 상기 감열 층의 전이 온도는 바람직하게는 마이크로보드(103)가 정상 작동 동안 도달할 수 있는 최대 온도보다 높고, 픽셀이 손상되기 전에 마이크로보드(103)가 견딜 수 있는 최대 온도보다 낮다. 예를 들어, 상기 감열 층의 전이 온도는 60 내지 180 ℃ 사이이며, 감열 층의 반사 또는 투과 계수의 변화는 상기 전이 온도 부근에서 예를 들어 10 μm의 파장에 대해 온도당 2.5 %를 넘는 정도로 비교적 가파른 것이 바람직하다. 픽셀의 블루밍시에, 마이크로보드의 온도가 상승됨에 따라 셔터가 자동으로 폐쇄된다. 따라서, 입사 전자기 방사선의 일부는 층(605)에 의해 반사되고, 더 이상 픽셀의 변환 요소에 의해 흡수되지 않는다. 이것은 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드의 손상을 방지하거나 제한할 수 있게 한다. 상기 층(605)의 온도가 그것의 전이 온도 아래로 다시 내려 오면, 셔터가 다시 개방된다.
상기 감열 층(605)의 재료는, 예를 들어, 상 변화 재료, 예를 들어 전이 온도보다 낮은 검출 방사선에 대하여 투명한 절연상과, 전이 온도 보다 높은 검출 방사선에 대해서는 금속상을 갖는 결정화된 금속 산화물이다. 상기 감열성 재료는 예를 들어, 68 ℃ 정도의 전이 온도를 갖는 결정화된 이산화바나듐(VO2)이다. 변형예로서, 상기 감열성 재료는 결정화되고, 저 원자가 양이온, 예를 들어 Al3 +, Cr3 + 또는 Ti4 +에 의해 도핑된 이산화바나듐이다. 보다 일반적으로, 요구되는 전이 온도에 따라, 다른 바나듐산화물, 예를 들어 V3O5가 사용될 수 있다. 변형예로서, 상기 층(605)의 감열성 재료는 Ti3O5, Ti2O3 또는 SmNiO3이다. 변형 예로서, 상기 층(605)의 감열성 재료는 일반적인 조성 RNiO3을 갖는 희토류 니켈레이트이고, 여기서 R은 희토류 또는 희토류의 이원 합금, 예를 들어 SmxNd1-xNiO3 또는 EuxSm1-xNiO3 유형의 화합물을 나타낸다. 변형예로서, 상기 층(605)의 감열성 재료는 Ag2S 또는 FeS이다.
도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e 및 7f는 도 6과 관련하여 설명된 유형의 방사선 센서를 제조하는 방법의 예시적인 단계들을 도시하는 단면도이다. 도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e 및 7f는 특히, 센서의 단일 픽셀(600)의 실현을 도시하지만, 실제로는, 복수의 동일하거나 유사한 픽셀이 동일한 반도체 기판(101)에 동시에 형성될 수 있음을 이해해야한다.
도 7a는 예를 들어 CMOS 기술을 사용하여 기판(101)에 픽셀(600)을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)를 제조하는 단계를 도시한다. 도 7a에서, 회로(102)의 상부면과 같은 높이로 된 회로의 전기 연결 패드(109a 및 109b)만이 도시되어있다.
도 7a는 회로(102)의 상부면에 반사층(701), 예를 들어 알루미늄, 은 또는 구리의 층을 형성하는 선택적 단계를 추가로 도시한다. 도 1a, 도 1b, 도 2, 도 3a 내지 도 3f, 도 4 및 도 5a 내지 도 5d의 예에서 선택적인 방식으로 제공되는 상기 반사층은, 마이크로보드(103)에 의해 입사 방사선의 흡수를 증가시키도록, 마이크로보드(103) 및 회로(102)의 상부면 사이에서, 검출할 방사선에 대하여 공진하는 공동을 한정할 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 층(701)은 먼저 센서의 전체 표면만을 따라 증착되고, 그런 다음 픽셀의 마이크로보드(103)에 대향하여 유지되도록 에칭된다.
도 7a는 회로(102) 그리고 가능하면 반사층(701)의 상부면에 접촉되게 희생 층(301)을 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(301)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방법으로 증착되며, 상기 층(301)은 예를들어 폴리이미드 또는 실리콘산화물로 만들어 진다. 상기 층(301)의 두께는 회로(102) 및/또는 반사층(701)의 상부면과 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103) 사이의 거리를 설정한다. 예를 들어, 상기 층(301)은 1 내지 5 μm, 예를 들어 2.5 μm 정도의 두께를 갖는다.
도 7a는 ?한 회로(102)의 연결 패드(109a 및 109b)와 수직 정렬된 희생 층(301)에 에칭된 비아(vias)들에서 픽셀의 전기 연결 포스트(107a 및 107b)의 형성을 추가로 도시한다. 상기 포스트(107a 및 107b)들은 회로(102)의 연결 패드(109a 및 109b)들의 상부면으로부터 상기 층(301)의 상부면까지 상기 층(301)의 전체 두께를 따라 수직으로 연장된다.
또한, 도 7a는 포스트(107a 및 107b)를 형성 후에, 희생 층(301)의 상부면에, 예를 들어 알루미늄질화규소(SiN), 질화알루미늄(AlN) 또는 탄화규소(SiC)로 만들어진 제 1 전기 절연층(703)을 증착하는 단계를 추가로 도시하며, 상기 절연층은 픽셀의 마이크로보드(103)와 단열 아암(105a, 105b) 구성을 위한 지지체로서 작용한다. 상기 층(303)은 예를 들어, 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착되며, 그런 다음, 포스트(107a, 107b)의 상부면에 전기적 접촉이 이루어질 수 있게 상기 포스트(107a, 107b)들의 상부면의 중앙부에 대향하여 개구부(704a, 704b)를 형성하기 위하여, 포스트(107a, 107b)들과 수직으로 정렬되게 국부적으로 에칭된다.
도 7b는 절연 층(703)의 상부면과 개구부(704a, 704b)에서 제거된 포스트(107a, 107b)들의 상부면들에, 픽셀의 마이크로볼로미터의 흡수체를 형성하기 위하여 검촐할 방사선을 흡수하는 재료로 만들어진 층(601)을 증착하는 후속 단계를 도시한다. 픽셀의 마이크로볼로미터의 흡수체를 형성하기 위해 검출 될 수있다. 상기 층(601)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 특히, 도시된 예에서, 상기 층(601)은 절연층(703)의 상부면 및 전기 연결 포스트(107a, 107b)의 상부면의 일부와 접촉된다.
도 7b는 또한, 픽셀의 장래의 볼로메트릭 마이크로보드(103)에서 흡수체를 2 개의 분리 부분(601-a 및 601-b)들로 분리하기 위해 층(601)에서 트렌치(705)를 에칭하는 단계를 추가로 도시한다. 실제로, 본 실시예에서, 상기 흡수체(601)는 전기 전도성 재료, 예를 들어 티타늄질화물로 만들어지고, 흡수체의 기능뿐만 아니라, 전기 접속 포스트(107a, 107b)들에 의해 픽셀의 서미스터의 단부를 회로(102)에 전기적 연결하기 위해하여 전도체로서 사용된다. 따라서, 흡수체를 두 개의 분리된 부분들 또는 전극들로 분리하는 것이 적절하며, 그중 한 부분(601-a)은 픽셀의 서미스트의 제 1 단부에 그리고 포스트(107a)에 연결되고, 다른 한 부분(601-b)은 픽셀의 서미스트의 제 2 단부에 그리고 포스트(107b)에 연결된다. 트렌치(705)는 상부면에서 층(601)의 하부면까지 수직으로 연장되고 절연 층(703)의 상부면에서 끝난다. 위에서 볼 때, 상기 트렌치(705)는 예를 들어 마이크로보드의 중앙부에서, 장래의 볼로메트릭 마이크로보드(103)의 전체 폭을 따라 연장된다.
도 7b는 또한 상기 트렌치(705)를 형성한 후에 얻어진 구조물의 상부면에, 예를 들어 층(703)과 동일한 성질을 갖는 제 2 전기 절연층(707)을 증착하는 단계를 도시하며, 상기 제 2 절연층은 트랜치(705)의 바닥과 측벽과 함께 층(601)의 상부면을 층의 상부면을 덮는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(707)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다.
도 7c는 절연층(707)의 상부면과 접촉하는 감열 층(605)을 증착하는 단계를 도시한다. 예를 들어, 상기 감열 층(605)은 센서의 전체 표면을 따라 연속적으로 증착되며, 그런 다음, 각 픽셀의 마이크로보드(103) 상에서만 유지되도록 에칭된다. 각각의 픽셀에서, 2 개의 국소화된 개구부(709a 및 709b)는 흡수체(601)의 부분(601-a)과 부분(601-b)에 각각 대향하여 감열 층(605)으로 추가로 에칭되고, 이를 위해 후속 단계에서, 픽셀의 서미스터를 판독 회로(102)에 연결하기 위해 흡수체의 부분(601-a 및 601-b)들과 전기적인 접촉을 형성한다. 상기 개구부(709a 및 709b)들은 예를 들어 마이크로보드의 2 개의 대향된 에지들 부근에 각각 배치된다. 도시된 실시예에서, 상기 개구부(709a 및 709b)들은 감열 층(605)의 전체 두께를 따라 연장되고, 절연 층(707)의 상부면에서 끝난다. 사용된 감열성 재료의 유형에 따라, 재료의 요구되는 결정질 상 및 전이온도를 얻기 위해 상기 층(605)의 어닐링이 실행될 수 있다. 예를 들어, 이산화바나듐(VO2)으로 만들어진 감열층의 경우, 바나듐타겟을 산소 함유 분위기에서 실온에서 분무하여 증착한 다음, 350 내지 400°C 정도의 온도에서 어닐링함으로써, 바나듐산화물 층을 결정화시키고 요구되는 감열 특성을 얻는다. 상기 감열 층(605)의 에칭은 어닐링 전 또는 후에 실현될 수 있다. 상기 감열 층은 예를 들어 20 내지 100 nm, 예를 들어 20 내지 60 nm의 두께를 갖는다.
도 7c는 또한 감열 층(605)의 에칭 및 어닐링에 후속적으로, 예를 들어 층(703) 및/또는 층(707)과 동일한 성질의 제 3 전기 절연층(711)을 구조물의 상부 표면에 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(711)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 도시된 실시예에서, 절연 층(711)은 감열 층(605)의 상부면과 측면들과 접촉하고 그리고 절연 층(707)의 상부면과 접촉하여 연장된다. 상기 절연 층(711)은 또한 감열 층에 형성된 개구부(709a, 709b)들의 측벽들 및 바닥부와 접촉하여 연장된다.
도 7d는 흡수체(601)의 부분(601-a, 601-b)들의 상부면에 대한 접근을 자유롭게하기 위해 상기 개구부(709a, 709b)들의 바닥에서 절연 층(711 및 707)을 국부적으로 에칭하는 후속 단계를 도시한다.
도 7e는 픽셀의 서미스터를 실현하기 위해 도 7d의 단계의 끝에서 얻어진 구조의 상부면에 서모미터 물질, 예를 들어 비정질 실리콘 또는 바나듐산화물의 층(603)을 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(603)은 예를들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착되고, 픽셀의 마이크로보드(103)에만 유지되도록 에칭된다. 상기 층(603)은 특히 개구부(709a, 709b) 내측에 증착되어 서미스터(603)는 일측에서(제 1 단부에 의해) 흡수체(601)의 부분(601-a)과 연결 포스트(107a)에 의해 회로(102)의 패드(109a)에 연결되고, 다른 쪽에서(제 2 단부에 의해) 흡수체(601)의 부분(601b)과 연결 포스트(107b)를 통해 회로(102)의 패드(109b)에 연결된다.
도 7e는 추가로 예를 들어 층(703, 707 및/또는 711)과 동일한 성질의 제 4 전기 절연층(713)을 구조물의 상부 표면에 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(713)은 예를 들어 센서의 전체 표면을 따라, 특히 서미스터(603)의 상부면 및 측면에 접촉되게 연속적인 방식으로 증착된다.
도 7f는 픽셀의 마이크로보드(103) 및 아암(105a, 105b)을 한정하거나 개별화하기 위해 층(703, 601, 707, 711 및 713)들에 의해 형성된 스택을 조각하는 후속 단계를 도시한다. 이 단계에서, 상기 스택(703-601-707-711-713)들은 예를 들어 센서의 픽셀의 마이크로보드(103) 및 아암(105a, 105b)을 제외한 모든 곳에서 제거된다.
그런 다음, 상기 방법은 마이크로보드(103) 및 픽셀의 아암(105a, 105b)을 자유롭게하기 위해 희생 층(301)을 직접 제거하거나 또는 캡슐화 캡의 형성이 요구되는 경우, 도 3c 내지 3f와 관련하여 설명된 유형의 방법에 따라 제 2 희생 층을 증착한 다음 캡슐화 캡을 형성함으로써 고전적인 방식으로 계속될 수 있다.
도 7a 내지 도 7f와 관련하여 설명된 실시예에서, 요구되는 감열 특성을 얻기 위해 상기 층(605)의 재결정 어닐링이 실현될 때, 상기 어닐링은 서모미터 층(603)의 증착 전에 실현된다. 상기 층(603)의 서모시터 특성은 어닐링에 의해 손상되지 않는다. 특히, 감열 층(605) 및 서모미터 층(603)이 모두 바나듐산화물로 이루어지는 경우, 이것은 감열 층(605)의 결정질 이산화바나듐과, 서모미터 층(603)에서 서모미터 특성에 대해 최적화된 상이한 결정 특성을 나타내는 바나듐산화물을 동일한 구조로 얻을 수 있게 한다.
변형 예로서, 서모미터 물질이 열감응 물질의 재결정 어닐링을 큰 손상없이 견딜 수 있는 경우, 예를 들어(감열층ㅇ이 바나듐다이옥사이드로 만들어진 경우) 예를 들어, 감열 층(605)은 서모미터 층(603) 위에 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
또한, 서모미터 재료 위에 감열 재료를 증착한 다음, 예를 들어 램프 또는 레이저를 조립체의 상부면에 조사함으로써 RTA 유형의 급속 열 어닐링에 의해 감열 재료를 재결정화함으로써, 어닐링 동안에 서모미터 층의 온도 상승을 제한한다. 이 경우, 어닐링 동안 서모미터 층의 온도 상승을 제한하기 위해 서모미터 층과 감열 층 사이에 버퍼층이 추가로 제공될 수 있다.
변형예에서, 감열 층(605)은 흡수체(601)의 하면의 측면, 즉 픽셀의 조명면과 반대쪽의 흡수체쪽에 배치 될 수 있다. 이 구성에 의해, 비록 덜 유리하지만, 셔터가 층(701)에 의해 반사된 플럭스의 흡수를 제한할 수 있기 때문에, 셔터를 폐쇄하는 동안 입사 전자기 방사선의 흡수를 제한할 수 있게 된다.
또한, 감열성 재료가 절연상 및 금속 상을 갖는 결정질 금속산화물인 경우, 2 개의 상들 사이의 전이는 층(605)의 밀도의 상당한 변화를 동반할 수 있음에 유의해야 한다. 이는 마이크로보드를 불안정하게 할 수 있는 응력을 유발할 수 있다. 이러한 응력을 제한하기 위해, 상기 감열 층(605)의 개조된 구조가 제공될 수 있다. 예를 들어, 센서의 각각의 픽셀에서, 픽셀의 검열 층(605)은 비교적 좁은 트렌치들에 의해 분리된, 예를 들어 마이크로보드의 표면 영역의 20%를 초과하지 않는 복수의 분리 영역들로 구성된 불연속 층으로 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 흡수체(601)와 감열 층(605) 사이의 열적 결합을 용이하게 하기 위해, 상기 흡수체(601)와 감열 층(605) 사이의 거리는 비교적 작으며, 예를 들어 20 nm 미만이다. 예를 들어, 상기 흡수체(601)와 감열 층(605) 사이를 경계로 하는 절연 층(707)은(상기 절연 층(707)은 그 하부면이 흡수체(601)의 상부면과 접촉하고 그 상부면은 감열 층(605)의 하부면과 접촉한다) 1 내지 20 nm, 예를 들어 10 nm 정도의 두께를 갖는다.
도 7bis는 흡수체(601)와 감열 층(605) 사이의 열 결합을 최대화하도록 흡수체(601)가 감열 층(605)과 접촉하는, 도 7a 내지 7f와 관련하여 설명된 방사선 센서의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 7bis의 방사선 센서 및 그 제조 방법은 도 7a 내지 7f와 관련하여 설명된 방사선 센서 및 제조 방법과 공통의 요소들을 포함한다. 이하에서는, 오직 2 개의 예시적인 실시예들 사이의 차이점 만이 상세히 설명될 것이다.
도 7bis의 센서의 제조는 전도성 흡수 층(601)의 증착에 이르기까지 도 7a 내지 7f의 센서의 제조와 동일하거나 유사하다.
도 7a 내지 7f의 예에서와 같이, 흡수체(601)를 2 개의 분리 부분(601-a 및 601-b)들로 분리하기 위해 트렌치(705)가 층(601)에 에칭된다. 그러나, 위에서 볼 때, 상기 흡수체의 부분(601a 및 601-b)들이 트렌치(705)에 대해 대칭인 도 7a 내지 7f의 예와 달리, 도 7bis의 예에서는 흡수체의 부분(601-a, 601-b)들은 트렌치(705)에 대하여 비대칭이다. 보다 구체적으로, 본 예에서, 위에서 볼 때, 흡수체의 부분(601-a)의 표면적은 흡수체의 부분(601-b)의 표면적보다, 예를 들어 3배 이상 더 크다.
도 7a 내지 7f의 예에서와 같이, 전기 절연 층(707)은 트렌치(705)를 형성한 후에 얻어진 구조물의 상부면, 즉 상기 층(601)의 상부면 뿐만 아니라 트렌치(705)의 측벽과 바닥에도 증착된다. 도 7bis의 예에서, 상기 층(707)은 흡수체의 부분(601-a)의 상부면의 전부 또는 일부 및/또는 상기 흡수체의 부분(601-b)의 전부 또는 일부를 노출시키기 위해 국부적으로 제거된다. 흡수체의 부분(601-b)의 상부면. 본 예에서, 상기 층(707)은 트렌치(705)에만 유지되고, 잠재적으로는, 트렌치(705) 바로 부근에서 흡수체의 부분(601-a) 및/또는 부분(601b)의 상부면의 일부에도 유지될 수도 있다.
상기 감열 층(605)은 전술한 것과 동일하거나 유사한 방식으로 증착되며, 도 7bis의 예에서는, 감열 층(605)이 흡수체의 부분(601-a 및 601-b)들의 상부면과 접촉된다는 점에 차이점이 있다.
또한, 도 7bis의 예에서, 상기 감열 층(605)이 흡수체의 부분(601a 및 601-b)을 단락시키는 것을 피하기 위해, 상기 절연층(707)의 상부면에서 끝나는 관통 트렌치(706)가 트렌치(705)와 수직으로 정렬되어 감열 층(605)에 형성됨으로써, 흡수체의 부분(601-a)과 부분(605-b)과 각각 접촉되게 두개의 분리 부분(601a 및 601-b)들로 감열 층(605)을 분리시킨다. 상기 트렌치(706)는 예를 들어 접점(709a 및 709b)을 설정하기 위한 개구부들과 동시에 형성된다(도 7c).
그런 다음, 상기 방법은 도 7a 내지 7f와 관련하여 설명된 것과 동일하거나 유사한 방식으로 계속될 수 있다.
보다 일반적으로, 흡수체(601)의 상부면의 전부 또는 일부와 감열 층(605)을 접촉시킬 수 있는 다른 제조 방법이 고려될 수도 있다. 예를 들어, 감열 층은 흡수체의 두 부분(601-a 및 601-b)들중 하나, 바람직하게는 두 부분 중 가장 큰 부분(도 7bis의 예에서 부분(601-a))과만 접촉될 수 있으며, 그것은 열적 연결을 지지하고 층(707)에 의해 흡수체의 다른 부분과 전기적으로 절연되도록 하기 위해서이다. 이에 의해, 도 7bis의 예의 분리 트렌치(706)를 생략 할 수 있다.
도 6, 7a 내지 7f 및 7bis와 관련하여 설명된 유형의 방사선 센서의 이점은 센서의 각 픽셀이 블루밍에 대해 개별적으로 보호된다는 것이다.
또한, 개방 상태에서, 입사 방사선을 열 에너지로 변환하기 위한 변환 소자의 맞은편의 셔터의 전체 표면은 검출할 방사선에 대해 투명하므로, 상기 셔터는 입사 방사선을 감쇠시키지 않거나 거의 감쇠시키지 않는다.
도 6, 도 7a 내지 도 7f 및 도 7bis의 실시예의 장점은 또한, 얻어진 블루밍 방지 보호가 수동 보호로서, 센서로의 전력 공급이 없는 경우에도 작동한다는 점이다.
각각의 픽셀이 그 픽셀에 특정한 공동내에 배치되고 픽셀에 특정한 캡(111)에 의해 밀폐된 현수 마이크로보드(103)를 포함하는 예시적인 실시예들이 위에서 상세히 설명되었다. 그러나, 당업자는 별도의 픽셀에 속하는 복수의 현수 마이크로보드가 복수의 픽셀들에 공통인 캡슐화 캡에 의해 폐쇄된 동일한 공동 내에 배치되는 변형을 제공할 수 있을 것이다.
또한,도 6, 도 7a 내지 도 7f 및 도 7bis의 실시예는 현수 마이크로보드(103)가 그 위에 장착된 캡슐화 캡을 갖지 않는 센서로 대체될 수 있다.
또한, 센서의 각 픽셀이 마이크로볼로미터를 포함하는 현수 마이크로보드(103)를 포함하는 예시적인 실시예들이 도 6, 7a 내지 7f 및 7bis와 관련하여 설명되었다. 변형 예로서, 상기 마이크로볼로미터는 입사 전자기 방사선을 전기 신호, 예를 들어 열 검출기 또는 서미스터, 파이로-전기 검출기 또는 전계 효과 트랜지스터 또는 pn 다이오드와 같이 입사 방사선을 열 에너지로의 변환에 기초한 검출기와 같은 다른 유형의 변환 소자로 대체될 수 있다. .
제 3 실시예 - 아암의 수동 보호
도 8은 제 3 실시예에 따른 방사선 센서의 픽셀(800)의 예의 단순화된 단면도이다. 도 8의 픽셀(800)은 전술 한 픽셀과 공통인 요소를 포함한다. 이하에서는, 제 1 및 제 2 실시예의 예들과의 차이점에 대해서만 상세하게 설명한다.
전술한 실시예들에서와 같이, 도 8의 픽셀(800)은 예를 들어 실리콘으로 만들어진 반도체 기판(101)에 형성되고, 상기 기판(101)에 형성된 전자 모니터 및 판독 회로(102)를 포함한다. 또한, 전술한 실시예들예에서와 같이, 상기 픽셀(800)은 단열 아암들, 도시된 실시예에서 2 개의 아암(105a, 105b)과, 회로(102)의 연결 패드(109a, 109b)들에 연결된 수직 전도성 포스트(107a, 107b)들에 의해 회로(102) 위에 현수된 마이크로보드(103)를 포함한다. 상기 픽셀(800)은, 전술한 실시예에서와 같이, 검출할 방사선에 투명하고 모니터 회로(102)의 상부면에 놓이며, 모니터 회로(102)의 상부면과 함께 현수 마이크로보드(103)가 배치되는 공동 또는 기밀 인클로저(113)의 경계를 정하는 캡(111)을 포함한다. 상기 공동(113)은 마이크로보드(103)의 단열을 강화하기 위해 진공 또는 대기압보다 낮은 압력으로 된다.
상기 제 1 실시예의 예들과 달리, 도 8의 픽셀(800)은 능동형 광학 셔터를 포함하지 않으며, 특히 마이크로보드(103)의 맞은편의 투명 캡(111) 표면을 덮고 픽셀의 모니터링 및 판독 회로(102)에 연결된 감열층을 포함하지 않는다. 보다 구체적으로, 도 8의 예에서, 상기 픽셀(800)은 제 1 실시예의 예들에서의 연결 포스트(121a, 121b), 연결 패드(119a, 119b), 히팅 저항(117) 및 감열 층(115)을 포함하지 않는다.
또한, 제 2 실시예의 예와 달리, 도 8의 픽셀(800)은 마이크로보드(103)에 집적된 감열 층으로 구성된 수동 광학 셔터를 포함하지 않는다.
상기 픽셀(800)의 마이크로보드(103)는 입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하기 위한 변환 소자를 포함한다. 도시된 예에서, 상기 마이크로보드(103)는, 주로 감열 층(605)을 포함하지 않는는 점에서 도 6의 픽셀(600)의 마이크로보드(103)와 다른 볼로메트릭 마이크로보드이다. 따라서, 도 8의 픽셀(800)의 마이크로보드(103)는 예를 들어 도 6의 픽셀의 마이크로보드(103)의 것과 동일하거나 유사한 흡수체(601) 및 흡수체(601)에 열적으로 연결된 서미스터(603)를 포함한다. 상기 서미스터의 두 단부는 아암(105a, 105b) 및 현수 포스트(107a, 107b)를 통한 전기적 연결에 의해 픽셀의 모니터 회로에 전기적으로 연결된다.
도 8의 실시예의 한 양태에 따르면, 상기 픽셀(800)의 단열 아암들 중 적어도 하나는 전이 온도 미만, 비교적 낮은 열전도도, 및 전이 온도 미만에서의 열 전도율 보다 높은 비교적 높은 열 전도율을 나타내는 상-변화 재료로 만들어진 층(801)을 포함한다. 도시된 예에서, 상기 층(801)은 픽셀의 2 개의 현수 아암(105a, 105b)들에 존재하고, 마이크로보드(103) 상에는 존재하지 않는다. 전이 온도 부근에서의 상-변화 재료의 열전도율의 변화는 비교적 가파르며, 예를 들어 온도당 0.08 W/m.K 보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 픽셀의 수동적 블루밍 방지 보호가 얻어지며, 이는 다음과 같이 작동한다. 정상 작동 동안, 상기 층(801)의 재료는 비교적 낮은 열 전도성을 나타내므로, 상기 마이크로보드(103)와 기판 사이의 열 저항은 비교적 높고, 이는 입사 전자기 방사선 측정의 구현을 용이하게 한다. 픽셀의 블루밍에 연결된 마이크로보드(103)의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 픽셀의 단열 아암(105a, 105b)들의 온도 또한 상기 층(801)의 전이 온도에 도달 할 때까지 상승한다. 따라서, 상-변화 재료를 포함하는 하나 이상의 아암들의 열 저항은 갑자기 떨어지며, 이는 마이크로보드(103)에 축적된 열의 일부의 기판(101)을 향한 전도를 초래한다. 이는 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드의 손상을 피하거나 제한할 수 있게 한다. 상기 단열 아암들의 온도가 상-변화 재료의 온도보다 낮아지면, 후자는 비교적 낮은 열 전도성으로 돌아가고, 픽셀은 다시 정상적으로 동작할 수 있게 된다.
상기 층(801)의 전이 온도는, 정상 작동 동안 마이크로보드(103)가 도달할 수 있는 최대 온도 보다 높고, 픽셀이 손상되기 전에 마이크로보드(103)가 견딜 수 있는 최대 온도 보다 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 층(801)의 전이 온도는 60 내지 180 ℃로 구성된다. 상기 층(801)의 재료는 예를 들어 전이 온도 미만에서 비교적 낮은 열 전도성을 갖는 단열 상을 가지며, 전이 온도 위에서는 비교적 높은 열 전도성을 갖는 금속 상을 갖는 금소상을 갖는 결정화된 금속 산화물이다. 상기 층(801)의 재료는 예를 들어 68 ℃ 정도의 전이 온도를 갖는 결정화된 이산화바나듐(VO2)이다. 변형예로서, 상기 층(801)의 재료 전이 온도를 증가시키기 위해 낮은 원자가 양이온, 예를 들어 Al3 +, Cr3 + 또는 Ti4 +에 의해 재결정화되고 도핑된 바나듐이산화물이다. 보다 일반적으로, 요구되는 전이 온도에 따라, 다른 바나듐산화물, 예를 들어 V3O5가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 층(801)은 10 내지 100 nm, 예를 들어 50 nm 정도의 두께를 갖는다.
도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f 및 9g는 도 8과 관련하여 설명된 유형의 방사선 센서를 제조하는 방법의 실시예의 단계들을 도시하는 단면도이다. 도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 도 9f 및 도 9g는 센서의 단일 픽셀(800)의 구현을 보다 구체적으로 도시하지만, 실제로는 동일한 반도체 기판(101)에서 복수의 동일하거나 유사한 픽셀이 동시에 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
도 9a는 예를 들어 CMOS 기술을 사용하여 기판(101)에 픽셀(800)을 모니터링 및 판독하기 위한 모니터 및 판독 회로(102)를 제조하는 단계를 도시한다. 도 9a에서, 상기 회로(102)의 전기 연결 패드(109a 및 109b)만이 회로의 상부면과 같은 높이로 되는 것으로 도시되어 있다.
도 9a는 회로(102)의 상부면에 도 7a의 실시예의 층(701)과 동일하거나 유사한 반사층(701)을 형성하는 선택적 단계를 더 도시한다.
도 9a는 회로(102) 및/또는 반사체(701)의 상부면과 접촉하는 희생 층(301)을 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(301)은 예를 들어, 도 7a의 층(301)과 동일하거나 유사하다 .
도 9a는 또한 회로(102)의 연결 패드(109a 및 109b)와 수직 정렬된 층(301)에 에칭된 비아들에서 픽셀의 전기 연결 포스트(107a 및 107b)를 형성하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 포스트(107a 및 107b)는 회로(102)의 연결 패드(109a 및 109b)의 상부면으로부터 상기 층(301)의 상부면까지 상기 층(301)의 사실상 전체 두께를 따라 수직으로 연장된다.
도 9a는 또한, 희생 층(301)의 상부면과 포스트(107a, 107b)의 상부면에, 픽셀의 층(801)과 동일한 재료로 만들어진 제 1 층(801 ')을 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(801 ')의 기능은 주로 층(801)을 구현하는 동안 조립체의 기계적 응력의 균형을 맞추는 것이다. 본 실시예에서, 상기 층(801 ')은 도 9a의 단계에서 어닐링되지 않으며, 픽셀의 층(801)이 요구되는 결정질 상과 전이 온도를 얻기 위해 어닐링이 필요한 재료로 제조되는 경우에, 결국 상기 층(801)과 동시에 어닐링될 것이다. 예를 들어, 상기 층(801 ')은 바나듐 타겟을 산소 함유 분위기에서 분무함으로써 실온에서 증착된 비정질 이산화바나듐 층이다.
도 9a는 상기 층(801 ')의 상부면에, 예를 들어 실리콘질화물(SiN), 알루미늄질화물(AlN) 또는 실리콘탄화물(SiC)로 만들어진 전기 절연성 제 1 층(803)을 증착하는 단계를 추가로 도시한다.
상기 층(801 ' 및 803)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착되고, 그런 다음, 포스트들(107a 및 107b)들의 상면 부분의 맞은편에 개구부(804a, 804b)를 형성하기 위해 상기 포스트(107a, 107b)들 각각의 상부면과 수직으로 정렬되어 국부적으로 에칭됨으로써, 포스트들의 상부면 상에 전기 접점 설정을 할 수 있게 한다.
도 9b는 상기 절연 층(803)의 상부면과, 개구부(804a, 804b)의 저부 및 측면에, 픽셀의 마이크로볼로미터의 흡수체를 형성하기 위해 검출할 방사선을 흡수되는 재료로 만들어진 층(601)을 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(601)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 특히, 도시된 예에서, 상기 층(601)은 절연 층(803)의 상부면과, 전기 연결 포스트(107a, 107b)들의 상부면의 일부와 접촉된다.
도 9b는 상-변화 재료로 만들어진 층(801)을 층(601)의 상부면에 접촉되게 증착하는 단계를 추가로 도시한다. ㅅ상기 층(801)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 도 9b의 단계에서 증착된 층(801)은 예를 들어 도 9a의 단계에서 증착 된 층(801 ')과 동일한 성질의 층이다. 예를 들어,도 9b의 단계에서 증착된 층(801)은 바나듐 타겟을 산소 함유 분위기에서 실온에서 분무함으로써 형성된 비정질 바나듐이산화물 층이다. 상기 층(801 ' 및 801)들 각각은 예를 들어 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 예를 들어, 상기 층(801 ' 및 801)들 각각은 10 내지 100 nm, 예를 들어 50 nm 정도의 두께를 갖는다.
도 9c는 상기 층(801)에 요구되는 가변의 열 전도성의 특성을 부여하기 위해 도 9b의 단계의 끝에서 얻어진 구조를 어닐링하는 단계를 도시하고 있다. 이 단계 동안에, 상기 층(801 ')은 또한 상기 층(801)과 동일한 가변의 열 전도성의 특성을 획득한다. 예를 들어, 이산화바나듐으로 제조된 층(801 ' 및 801)의 경우, 요구되는 특성을 얻기 위해 350 내지 400 ℃ 정도의 온도에서 어닐링이 실현될 수 있다.
도 9d는 예를 들어 에칭에 의해 마이크로보드(103)의 전체 표면을 따라 상기 층(801)을 제거하는 단계를 도시한다.
도 9d는 픽셀의 볼로메트릭 마이크로보드(103)에서 흡수체를 2 개의 분리 부분(601-a 및 601-b)들로 분리하기 위하여 상기 층(601)에 트렌치(805)를 에칭하는 단계를 추가로 도시한다. 실제로, 본 실시예에서, 흡수체(601)는 전기 전도성 재료, 예를 들어 티타늄질화물로 만들어지고, 흡수체의 기능뿐만 아니라 픽셀의 서미스터의 단부들을 전기 접속 포스트(107a, 107b)들에 의해 회로(102)에 전기적으로 연결시키기 위해 사용된다. 따라서, 흡수체를 픽셀의 서미스터의 제 1 단부와 그리고 포스트(107a)와 연결된 하나의 부분(부분 601-a)과, 픽셀 서미스터의 제 2 단부에 그리고 포스트(107b)에 연결되는 다른 부분(601-a)의 2 개의 분리된 부분들로 분리하는 것이 적절하다. 트렌치(805)는 상기 층(601)의 상부면으로 부터 하부면까지 수직으로 연장되고, 절연 층(803)의 상부면에서 끝난다. 위에서 볼 때, 상기 트렌치(805)는 예를 들어 마이크로보드의 중앙 부분에서 볼로메트릭 마이크로보드(103)의 전체 폭을 따라 연장된다.
도 9d는 트렌치(805)의 형성 이후에 얻어진 구조물의 상부면에, 예를 들어 T상기 층(803)과 동일한 성질을 갖는 제 2 전기 절연 층(807)을, 상기 층(601)의 상부면과 함께 트렌치(805)들의 바닥과 측벽들을 덮도록 증착하는 단계를 추가로 도시한다. 상기 층(807)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된다. 각각의 픽셀에서, 2 개의 국소화된 개구부(809a 및 809b)들이 예를 들어 흡수체(601)의 부분(601-a) 및 부분(601-b)의 맞은편을 에칭함으로써 절연 층(807)을 실현하며, 후속 단계에서 픽셀의 서미스터를 판독 회로(102)에 연결하기 위해 흡수체의 부분(601-a 및 601-b)에 전기 접점을 설정한다. 개구부(809a 및 809b)는 예를 들어 마이크로 보드의 두 개의 반대쪽 가장자리들 각각의 부근에 배치된다. 도시된 예에서, 개구부(809a 및 809b)들은 절연 층(807)의 전체 두께를 따라 수직으로 연장되고 층(601)의 상부면에서 끝난다.
도 9e는 픽셀의 서미스터를 실현하기 위해, 도 9d의 단계의 끝에 얻어진 구조의 상부면에 서모미터 물질, 예를 들어 비정질실리콘 또는 바나듐산화물의 층(603)을 증착하는 단계를 도시한다. 예를 들어, 상기 층(603)은 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라 연속적인 방식으로 증착된 다음, 픽셀의 마이크로보드(103)에만 유지되도록 에칭된다. 상기 층(603)은 특히 개구부 (809a, 809b) 내측에 증착됨으로써, 상기 서미스터(603)는 일측에서 (제 1 단부에 의해) 흡수체(601)의 부분(601-a)과 연결 포스트(107a)에 의해 회로(102)의 패드(109a)에 연결되고, 타측에서는 (제 2 단부에 의해) 흡수체(601)의 부분 (601b)과 연결 포스트(107b)에 의해 회로(102)의 패드(109b)에 연결된다.
도 9e는 예를 들어 상기 층(803 및 807)과 동일한 성질의 제 3 전기 절연 층(811)을 구조물의 상부 표면에 증착하는 단계를 도시한다. 상기 층(811)은 예를 들어 실질적으로 센서의 전체 표면을 따라, 특히 서미스터(603)의 상부면과 측면들에 접촉되게 연속적으로 증착된다.
도 9f는 픽셀의 마이크로보드(103) 외측, 특히 픽셀의 단열 아암(105a, 105b)의 맞은편의 절연 층(807 및 811)을 제거하는 후속 단계를 도시한다. 예를 들어, 상기 층(807 및 811)들은 센서의 픽셀들의 마이크로보드(103) 맞은편을 제외하고 모든 곳에서 제거된다.
도 9g는 픽셀의 마이크로보드(103)와 아암(105a, 105b)들을 한정하거나 개별화하기 위해 상기 층(801, 601, 803 및 801)들에 의해 형성된 스택을 에칭하는 후속 단계를 도시한다. 이 단계 동안에, 상기 스택(801-601-803-801)은 예를 들어 센서의 픽셀의 마이크로보드 (103) 및 아암(105a, 105b)들을 제외한 모든 곳에서 제거된다.
이어서, 상기 방법은 마이크로보드(103) 및 픽셀의 아암(105a, 105b)들을 자유롭게 하기 위해 희생 층(301)을 직접적으로 제거하거나 또는 캡슐화 캡의 형성이 요구되는 경우, 제 2 희생 층의 증착으로 고전적인 방식으로 계속된 다음, 도 3c 내지 3f와 관련하여 설명된 유형의 방법에 따라 계속하여 캡슐화 캡을 형성하게 된다.
도 8 및 도 9a 내지 도 9g와 관련하여 설명된 유형의 방사선 센서의 이점은 센서의 각 픽셀이 블루밍에 대해 개별적으로 보호된다는 것이다.
또 다른 이점은, 블루밍이 없는 경우, 보호수단이 검출할 방사선을 감쇠시키지 않는다는 것이다.
도 8 및 도 9a 내지 도 9g의 실시예의 다른 장점은 획득된 블루밍 방지 보호가 수동 보호이며, 이는 센서에 전력 공급이 없는 경우에도 작동한다는 점이다.
변형예로서, 도 9a 내지 도 9g와 관련하여 설명된 방법의 상기 층(801 ')은 생략될 수 있고, 이는 픽셀의 마이크로보드(103)에 추가적인 층을 추가하지 않아서 마이크로보드의 열 커패시턴스를 증가시키지 않을 수 있게 한다. 다른 잇점은 또한 단열 아암들에 존재하는 층의 수를 제한하여 열전도도를 제한하여 픽셀의 열 감도를 향상시킬 수 있다는 것이다.
위에서 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예가 설명되었다. 당업자는 본 발명의 단계를 구현하지 않고도 이들 다양한 실시 예의 여러 요소들을 조합할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 특히, 제 1, 제 2 및 제 3 실시예의 블루밍 방지 보호는 방사선 센서의 동일한 픽셀의 전부 또는 일부로 결합될 수 있다. 특히, 제 1 실시예의 능동 보호와 제 2 및 제 3 실시예의 수동 보호들중 하나 및/또는 다른 하나와의 조합, 또는 제 1 실시 예의 능동적 보호 없이 제 2 및 제 3 실시예의 수동 보호의 조합으로 제공될 수 있다..
101 : 기판 102 : 판독회로
103 : 마이크로보드 105a, 105b : 아암
107a, 107b : 포스트 111 : 캡
113 ; 공동 600 : 픽셀
601 : (전도) 층 603 : 서미스터
605 : (감열) 층 705 : 트렌치

Claims (18)

  1. 반도체 기판(101)에 형성된 복수의 픽셀(600)들을 포함하며, 상기 픽셀들 각각은 단열 아암(105a, 105b)에 의해 기판(101) 위에 현수된 마이크로보드(103)를 포함하며,
    상기 마이크로보드(103)는 기판(101)의 상부면으로부터 시작하여,
    입사 전자기 방사선을 열 에너지로 변환하도록 구성된 전도 층(601)과;
    상기 전도 층(601)의 표면들 중 하나를 덮는 감열 층(605)을 포함하고,
    상기 감열 층(605)은 상기 전도층(601)에 열적으로 결합되고 온도의 함수로서 증가하는 검출할 방사선의 반사 계수를 갖는 수동 광학 셔터와;
    전도 층(601)에 대향하는 감열 층(605)의 표면을 덮는 서미스터(603)를 포함하는 방사선 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도 층(601)과 감열 층(605) 사이의 거리는 20 nm 미만인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전도 층(601)은 감열 층(605)과 접촉되는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감열 층(605)의 두께는 20 내지 60 nm로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도 층(601)은 분리 트렌치(705)에 의해 제 1부분(601-a) 및 제 2부분(601-b)으로 분리된 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 부분(601-a)의 표면적은 제 2 부분(601-b)의 표면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감열 층(605)은 상-변화 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감열 층(605)은 검출할 방사선에 대하여 투명한 절연상 및 검출할 방사선데 대해 반사성인 금속 상으로 구성된 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 감열 층(605)은 바나듐산화물 또는 티타늄산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 감열 층(605)은 Ag2S 또는 FeS로 만들어진 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 감열 층(605)은 60 내지 180 ℃의 전이 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  12. 제 1항 내지 제 11항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 픽셀(600)은 픽셀의 서미스터(603)의 값을 판독하기 위한 판독 회로 (102)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  13. 제 1항 내지 제 12항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 픽셀(600)에서, 상기 전도 층(601)은 검출할 방사선을 흡수하는 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  14. 제 1항 내지 제 13항중 어느 한 항에 있어서,
    각 픽셀(600)에서, 상기 전도 층(601)은 금속층인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  15. 제 1항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서,
    각 픽셀(600)에서, 상기 전도 층(601)은 티타늄질화물로 만들어진 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  16. 제 1항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,
    각 픽셀(600)에서, 상기 단열 아암(105a, 105b)은 수직 전기 연결 포스트(107a, 107b)들에 놓인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  17. 제 1항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 픽셀 (600)에서, 상기 마이크로보드(103) 및 단열 아암(105a, 105b)들은 검출할 방사선에 대하여 투명한 캡(111)에 의해 폐쇄된 공동(113)에 배치된 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  18. 제 1항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 픽셀 (600)에서, 상기 투명 캡(111)은 공동(113)을 기밀되게 폐쇄하고, 상기 공동(113)은 대기압 보다 낮은 압력하에 있는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
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