KR20210065864A - 게터 물질을 구비한 얇은 층을 전달하고 직접 본딩하는 단계를 포함하는 검출 장치 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 검출 장치(1)를 제조하는 방법에 관한 것으로서:ｏ 열 검출기(20), 광물 희생 층(15), 및 측방향 요홈부(4)를 갖는 얇은 캡슐화 층(16)을 포함하는, 적층체(10)를 형성하는 단계; ｏ 얇은 지지 층(33), 게터 부분(34), 및 얇은 보호 층(35)을 포함하는, 적층체(30)를 형성하는 단계; ｏ 게터 부분(34)이 측방향 요홈부(4) 내에 위치되도록, 얇은 지지 층(33)을 얇은 캡슐화 층(16)에 직접 본딩하는 단계; ｏ 배출부(17)를 형성하고, 광물 희생 층(15) 및 얇은 보호 층(35)을 제거하는 단계; ｏ 얇은 밀봉 층(5)을 침착시키고, 배출부(17)를 차단하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명의 분야는, 게터 물질이 또한 내부에 위치되는 밀봉된 공동 내에 캡슐화된(encapsulated) 적어도 하나의 열 검출기를 포함하는, 전자기 복사선, 특히 적외선 또는 테라헤르쯔 복사선(terahertz radiation)을 검출하기 위한 장치이다. 본 발명은 특히 적외선 화상화 및 열 화상형성법의 분야에 적용될 수 있다.
전자기 복사선, 예를 들어 적외선 또는 테라헤르쯔 복사선을 검출하기 위한 장치는, 피검출 전자기 복사선을 흡수하기 위한 흡수 부분을 각각 포함하는 열 검출기들의 어레이를 포함할 수 있다.
열 검출기를 위한 단열을 제공하기 위해서, 흡수 부분은 일반적으로 고정 기둥에 의해서 기판 위에 떠 있고 지지 및 단열 아암에 의해서 기판으로부터 열적으로 격리되는 박막(membrane)의 형태를 취한다. 이러한 고정 기둥 및 단열 아암은 또한, 떠 있는 박막을, 일반적으로 기판 내에 배치되는 판독 회로에 전기적으로 연결하는 것에 의해서, 전기적인 기능을 갖는다.
판독 회로는 일반적으로 CMOS 회로의 형태를 취한다. 이는, 제어 신호를 열 검출기에 인가하기 위해서 그리고 피검출 전자기 복사선의 흡수에 응답하여 검출기에 의해서 생성되는 검출 신호를 판독하기 위해서 이용될 수 있다. 판독 회로는 금속-간 층들로 지칭되는 유전체 층들에 의해서 서로 분리되는 금속 라인들에 의해서 형성된 상이한 레벨들의 전기적 인터커넥션을 포함한다. 판독 회로의 적어도 하나의 전기 연결 블록이, 검출 장치의 외측으로부터 접촉될 수 있는 방식으로, 기판 상에 배치된다.
문헌 EP3239670A1은, 열 검출기를 형성하기 위해서 광물 희생 층을 이용하는 검출 장치를 제조하기 위한 방법을 설명하고, 이러한 층은 습식 화학적 에칭에 의해서 추후에 제거된다. 예를 들어 티타늄으로 제조된 게터 물질의 일부는 각각의 흡수 박막의 아래에 위치되고, 특별한 건식 화학적 에칭에 의해서 추후에 제거되는 탄소계의 얇은 희생 층에 의해서 습식 화학적 에칭으로부터 보호된다. 따라서, 광물 희생 층은 탄소계의 얇은 희생 층을 일시적으로 덮는다. 그러나, 특히 얇은 희생 층을 평탄화하는 단계가 실행될 때, 제조 방법의 상이한 단계들 중에 생성되는 적층체(stack)의 기계적 강도를 개선하기 위한, 그리고 이러한 적층체를 형성하는 요소 또는 층의 구조적 열화의 위험을 제한하기 위한 필요성이 있다.
문헌 EP3399290A1은 검출 장치를 제조하기 위한 다른 방법을 설명하고, 그러한 방법에서 밀봉된 공동을 형성하는 캡슐화 구조물은 얇은 캡의 전달에 의해서 형성된다. 더 정확하게, 열 검출기 및 주변 기둥을 포함하고 금속 물질, 예를 들어 구리로 제조된 주변 밀봉 표면을 갖는, 제1 적층체가 형성된다. 게터 부분 및 금속 물질, 예를 들어 구리로 제조된 주변 밀봉 표면을 구비하는, 얇은 캡을 형성하는 얇은 층을 포함하는 제2 적층체가 형성된다. 이러한 제2 적층체가 제1 적층체에 도포되고(즉, 제1 적층체에 전달되고), 주변 밀봉 표면들이 서로 접촉되고 서로에 대해서 본딩된다. 게터 부분은, 광물 희생 층을 제거하기 위해서 이용되는 습식 화학적 에칭 중에 그 열화를 방지하기 위해서 보호 층으로 덮인다. 그러나, 이러한 물질이 일부 기술적 절차에서 이용될 수 없을 수 있기 때문에, 특히 2개의 적층체의 본딩을 위해서 구리를 이용하는 것을 회피함으로써, 한편으로 검출 장치의 구조를 단순화할, 그리고 다른 한편으로 제조 방법을 단순화할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 이를 위해서, 본 발명은 이하의 단계를 포함하는 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치를 제조하기 위한 방법을 제시한다:
- 제1 적층체를 형성하는 단계로서, 제1 적층체는: 제1 기판 상에 놓이는 적어도 하나의 열 검출기로서, 전자기 복사선을 검출하도록 의도되고 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있는 광물 물질로 제조된 적어도 하나의 광물 희생 층으로 덮이는, 적어도 하나의 열 검출기; 및 열 검출기 위에서 연장되고, 열 검출기가 내부에 위치되는 공동을 경계 짓는데 기여하는 얇은 캡슐화 층으로서, 광물 희생 층 위에 놓이는 상부 부분을 포함하는 얇은 캡슐화 층; 얇은 캡슐화 층의 상부 부분 및 광물 희생 층의 부분을 통해서 연장되고, 제1 기판에 평행한 평면 내에서 열 검출기로부터 거리를 두고 위치되는, 측방향 요홈부(lateral indentation)로 지칭되는, 적어도 하나의 요홈부를 포함하는, 단계;
- 제2 적층체를 형성하는 단계로서, 제2 적층체는: 전자기 복사선에 대해서 투명하고, 지지 기판 상에 놓이는, 지지 층으로 지칭되는 얇은 층; 얇은 지지 층 상에 배치되고 얇은 지지 층을 부분적으로 덮는 적어도 하나의 게터 부분; 및 게터 부분을 덮고, 제2 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있는 탄소계 물질로 제조된 얇은 보호 층을 포함하는, 단계;
- 게터 부분이 측방향 요홈부 내에 위치되도록, 얇은 지지 층을 얇은 캡슐화 층의 상부 부분과 접촉시키는 것 그리고 그에 직접적으로 본딩하는 것에 의해서, 제1 및 제2 적층체를 조립하는 단계; 이어서
- 얇은 지지 층 및 얇은 캡슐화 층의 상부 부분을 통해서, 광물 희생 층 상으로 개방되는, 적어도 하나의 방출 배출부(release vent)를 형성하는 단계; 이어서
- 제1 화학적 에칭에 의해서 광물 희생 층을 제거하는 단계;
- 제2 화학적 에칭에 의해서 얇은 보호 층을 제거하는 단계;
- 방출 배출부를 차단하도록 얇은 밀봉 층을 얇은 지지 층 상에 침착하는 단계.
이러한 방법의 특정의 바람직한 그러나 비제한적인 양태가 이하에 기재되어 있다.
얇은 캡슐화 층은 열 검출기 위에서 그리고 주위에서 연속적으로 연장될 수 있다. 따라서, 얇은 캡슐화 층은 상부 부분, 그리고 또한 광물 희생 층을 가로질러 연장되고 제1 기판 상에 놓이는 주변 부분을 포함할 수 있다.
조립 단계는 10-5 Pa 이하의 진공 압력으로 주변 온도에서 실행될 수 있다.
얇은 보호 층의 탄소계 물질은 비정질 탄소 및 폴리이미드로부터 선택될 수 있다.
측방향 요홈부는, 조립 단계에서, 얇은 보호 층이, 바람직하게 기판의 평면에 평행한 평면 내에서 그리고 기판의 평면에 직각인 축을 따라서 광물 희생 층으로부터 거리를 두고 위치되도록 하는 치수를 가질 수 있다.
얇은 캡슐화 층은 규소-계일 수 있고, 얇은 지지 층은 규소-계 또는 게르마늄-계일 수 있다.
얇은 캡슐화 층은 규소로 제조된 접촉 표면을 가질 수 있고, 얇은 지지 층은 규소 또는 게르마늄으로 제조된 접촉 표면을 가질 수 있다. 직접 본딩에 의한 조립 단계는, 부분적 이온 빔 에칭에 의한 상기 접촉 표면의 활성화 및 진공 본딩을 포함할 수 있다.
얇은 캡슐화 층의 상부 부분은 규소로 제조된 하위-층 및 제1 본딩 하위-층에 의해서 형성될 수 있고, 얇은 지지 층은 규소- 또는 게르마늄-계 하위-층 및 제2 본딩 하위-층에 의해서 형성될 수 있고, 2개의 본딩 하위-층은 피검출 전자기 복사선에 대해서 투명하다. 직접 본딩에 의한 조립 단계는 2개의 금속 하위-층들을 진공 하에서 서로 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 본딩 하위-층의 각각은 1 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 본딩 하위-층은 금속 물질 또는 비정질 탄소로 제조될 수 있다.
제1 적층체는 복수의 열 검출기의 어레이를 포함할 수 있고, 각각의 어레이는 적어도 부분적으로 얇은 캡슐화 층에 의해서 경계 지어지는 구분된 공동 내에 위치되고, 얇은 지지 층은 상이한 얇은 캡슐화 층들의 상부 부분과 접촉된다.
게터 부분은, 전자기 복사선을 수용하도록 의도되지 않은, 보상 검출기로 지칭되는 열 검출기에 대면되어 배치될 수 있고, 게터 부분은 전자기 복사선에 불투명하다.
본 발명은 또한 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치에 관한 것이고, 결과적으로 캡슐화 구조물의 일부는 편평한 상부 표면을 갖는 얇은 지지 층이고, 이는 광학적 구성요소(예를 들어, 필터)의 부가가 요구될 때 유리하다. 그러한 장치는:
ｏ 기판;
ｏ 기판 상에 놓이고 전자기 복사선을 검출하도록 의도된 적어도 하나의 열 검출기;
ｏ 열 검출기 위에서 연장되고 열 검출기가 내부에 위치되는 공동을 경계 짓는데 기여하며, 상부 부분을 갖는, 얇은 캡슐화 층;
· 측방향 요홈부로 지칭되는, 적어도 하나의 요홈부가 얇은 캡슐화 층의 상부 부분을 통해서 연장되고, 기판의 평면에 평행한 평면 내에서 열 검출기로부터 거리를 두고 위치됨;
ｏ 전자기 복사선에 투명하고, 얇은 캡슐화 층의 상부 부분과 접촉되게 놓이고, 지지 층으로 지칭되는 얇은 층으로서, 얇은 지지 층은 기판에 대향되는 편평한 상부 표면을 갖는, 얇은 층;
ｏ 얇은 지지 층 상으로 조립되고 측방향 요홈부 내에 배치되는 적어도 하나의 게터 부분;
ｏ 얇은 지지 층 및 얇은 캡슐화 층의 상부 부분을 통해서 연장되는 적어도 하나의 방출 배출부;
ｏ 얇은 지지 층을 덮고 방출 배출부를 차단하는 얇은 밀봉 층을 포함한다.
본 발명의 다른 양태, 목적, 장점 및 특징은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 이하의 구체적인 설명의 판독시 보다 더 명확해질 것이며, 구체적인 설명은 비제한적인 예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 제공된다.
도 1a 내지 도 1h는, 직접 본딩이 SAB(표면 활성화된 본딩(Surface Activated Bonding)) 유형인, 제1 실시예에 따른 검출 장치를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계들을 도시한다.
도 2는, 게터 부분이 보상 열 검출기에 대면되어 배치되는, 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따라 생성된 검출 장치의 개략적이고 부분적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는, 직접 본딩이 ADB(원자 확산 본딩) 유형인, 제2 실시예에 따른 검출 장치를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계들을 도시한다.
도 1a 내지 도 1h는, 직접 본딩이 SAB(표면 활성화된 본딩(Surface Activated Bonding)) 유형인, 제1 실시예에 따른 검출 장치를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계들을 도시한다.
도 2는, 게터 부분이 보상 열 검출기에 대면되어 배치되는, 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따라 생성된 검출 장치의 개략적이고 부분적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는, 직접 본딩이 ADB(원자 확산 본딩) 유형인, 제2 실시예에 따른 검출 장치를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계들을 도시한다.
도면에서 그리고 설명의 나머지에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타내기 위해서 사용되었다. 또한, 도면에 명료함을 위해서, 다양한 요소를 실제 축척으로 도시하지 않았다. 또한, 여러 실시예 및 변형예는 서로 배타적인 것이 아니고, 서로 조합될 수 있다. 달리 표시되지 않는 한, "실질적으로", "약", "대략적으로"라는 용어는 10% 이내, 그리고 바람직하게 5% 이내를 의미한다. 또한, 달리 표시되지 않는 한, "... 내지 ..." 등의 용어는, 경계가 포함된다는 것을 의미한다.
본 발명은 일반적으로 적외선 또는 테라헤르쯔 복사선을 검출할 수 있는 전자기 복사선 검출 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 검출 장치는, 밀봉된 공동 내에 위치된, 게터로서 작용하는 적어도 하나의 물질과 함께, 하나 이상의 열 검출기를 포함한다. 밀봉된 공동은, 특히, 열 검출기 위에서 연속적으로, 그리고 필요한 경우에, 열 검출기 위에서 그리고 주위에서 연속적으로 연장되는 얇은 캡슐화 층을 포함하는, 피검출 전자기 복사선에 투명한 복수의 얇은 층에 의해서 형성되는 캡슐화 구조물에 의해서 경계 지어진다. "얇은 층"은, 두께가 바람직하게 10 ㎛ 이하인, 마이크로일렉트로닉스에서 사용되는 물질 침착 기술에 의해서 형성된 층을 의미한다. 얇은 층은, 50% 이상, 바람직하게 75%, 또는 가능하게는 90%인, 피검출 전자기 복사선의 스펙트럼 범위의 중앙 파장에 대한 투과 계수를 가질 때 투명한 것으로 지칭된다.
일반적인 규칙으로서, 게터로서 작용하는 물질은 밀봉된 공동의 대기에 노출되도록 의도되고 흡수 및/또는 흡착에 의해서 가스 펌핑을 실행할 수 있는 물질이다. 이는, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 코발트, 철, 망간, 팔라듐, 바륨, 및/또는 알루미늄, 또는 TiZrV와 같은 이러한 금속의 합금 중에서 선택될 수 있는 금속 물질이다.
제조 방법은 또한, 광물 또는 무기질 물질로 제조된, 광물 층으로 알려진 적어도 하나의 희생 층을 이용하는 것에 의해서, 열 검출기 또는 검출기들을 생산하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 물질은, 판독 회로의 금속간 유전체 층을 형성하기 위해서 또한 이용될 수 있는 규소-계 유전체 물질, 즉 예를 들어 3.9 이하의, 그에 따라 인터커넥션들 사이의 기생 용량(parasitic capacitance)을 제한하는, 유전 상수 또는 상대적인 유전율을 갖는 전기 절연 물질이다. 이러한 광물 물질은 탄소 사슬을 가지지 않고, 규소 산화물(SiOx) 또는 규소 질화물(SixNy), 또는 SiOC, SiOCH와 같은 유기 실리콘 물질, 또는 SiOF와 같은 불소 유리 유형의 물질일 수 있다. 광물 희생 층은 습식 화학적 에칭 프로세스, 예를 들어 증기 상의 불산(HF 증기)을 이용하는, 산 매체 내의 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있다. "습식 에칭"은, 일반적인 방식으로, 에칭제가 액체 상 또는 증기 상, 바람직하게 이러한 경우에 증기 상으로 존재하는 것을 의미한다.
본 발명에 따라, 게터 물질은, 얇은 캡슐화 층 상으로 도포되고 직접 본딩에 의해서 조립되는 얇은 지지 층 상에 배치된 게터 부분 또는 블록이라고 지칭되는 것을 형성한다. 종종 분자 본딩 또는 분자 부착에 의한 본딩으로 지칭되는, 직접 본딩은, 수지 또는 중합체와 같은 특별한 본딩 물질을 부가하지 않고, 반데르 발스 힘 또는 공유 결합 또는 금속 결합과 같이, 본딩되는 표면들 사이의 원자 또는 분자 상호작용의 인력을 이용하는 것에 의해서, 서로 접촉되는 2개의 표면들을 고정하는 것이다. 이는 주변 온도에서 자발적인 본딩이다. 주변 온도는 40 ℃ 이하, 예를 들어 약 25 ℃의 온도일 수 있다. 직접 본딩은, 예를 들어 주변 온도에서의 본딩 단계 후에 어닐링하는 것에 의해서, 본딩 에너지를 증가시키기 위해서 그리고 그에 따라 표면들의 부착을 보강하고 결과적으로 공동의 밀봉을 보강하기 위해서 온도-보조될 수 있다.
또한, 광물 희생 층 또는 층들이 전달 및 직접 본딩의 단계 후에 제거되기 때문에, 게터 부분은 탄소계 물질의 얇은 보호 층으로 코팅된다. 탄소계 물질은 탄소 원자를 포함하는 적어도 하나의 유형의 화학 종으로 형성된 물질이다. 따라서, 탄소계 물질은 DLC(Diamond Like Carbon)일 수 있는 비정질 탄소와 같은 광물 물질, 또는 폴리이미드와 같은 유기 물질일 수 있다. DLC 유형의 탄소는, 높은 비율의 탄소 sp3 혼성(hybridization)을 갖는 비정질 탄소이다. 바람직하게, 탄소계 물질은 규소를 포함하지 않고, 그에 의해서 이러한 희생 층을 제거하는 단계 후에는 어떠한 잔류물도 존재하지 않는다. 그에 따라, 얇은 보호 층은 광물 희생 층을 제거하기 위해서 실행되는 습식 화학적 에칭과 관련하여 실질적으로 불활성이다. "실질적으로 불활성"은, 탄소계 물질이 광물 희생 층을 제거하는 단계에서 사용되는 에칭제와 실질적으로 반응하지 않는다는 것, 또는 약간만 반응한다는 것, 그에 따라 얇은 보호 층이, 이러한 제거 단계의 종료 시에, 여전히 게터 물질을 완전히 덮는다는 것을 의미한다. 얇은 보호 층은 건식 화학적 에칭과 같은 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있고, 건식 화학적 에칭을 위한 에칭제의 예는 플라즈마 내에 포함된 산소이다.
전달 단계에서, 탄소계 물질에 의해서 보호되는 게터 부분이 공동 내로 도입될 수 있게 하기 위해서, 측방향 요홈부는, 그러한 측방향 요홈부가 얇은 캡슐화 층 및 광물 희생 층의 부분을 통해서 판독 기판을 향해 연장되는 방식으로 형성된다. (노치(notch)로도 지칭되는) 이러한 요홈부는 측방향으로 지칭되는데, 이는, 전자기 복사선을 수용하도록 의도된 열 검출기 또는 검출기들로부터, 기판에 평행한 평면 내에서, 거리를 두고 위치되기 때문이다.
도 1a 내지 도 1f는, 직접 본딩이 SAB(표면 활성화된 본딩) 유형인, 제1 실시예에 따른 검출 장치(1)를 제조하기 위한 방법의 상이한 단계들을 도시한다. 명료함을 위해서, 검출 장치(1)의 일부만을 도면에 도시하였다. 이러한 예에서, 방법은, 바람직하게 서로 동일한 복수의 검출 장치(1)가 동시에 제조될 수 있게 한다.
예로서, 이러한 경우에, 열 검출기(20)는, 파장이 약 8 ㎛ 내지 14 ㎛인, LWIR(장파장 적외선) 범위 내의 적외선을 검출할 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 검출 장치(1)는 하나 이상의 열 검출기(20), 그리고 이러한 경우에 (이어서 판독 기판으로 지칭되는) 기판(11) 내에 위치된 판독 회로에 연결되고 동일한 밀봉된 공동(2) 내에 위치되는, 동일한 열 검출기들(20)의 어레이를 포함한다. 따라서, 열 검출기들(20)은 주기적으로 배열된 감지 픽셀들을 형성하고, 약 몇십 미크론, 예를 들어 약 10 ㎛ 이하의 판독 기판(11)의 평면 내의 측방향 치수를 가질 수 있다. 얇은 캡슐화 층은 또한 이러한 경우에 열 검출기 위와 주위에서 연속적으로 연장된다. 그러나, 얇은 캡슐화 층의 다른 구성도 가능하다.
이러한 점에서, 그리고 설명의 나머지에서, 3-차원적인 직교 기준계(XYZ)가 규정되고, 여기에서 XY 평면은 판독 기판(11)의 평면에 실질적으로 평행하고, 축(Z)은 열 검출기(20)를 향해서 이어지는 판독 기판(11)의 평면에 실질적으로 직각인 방향으로 배향된다. "수직" 및 "수직으로"라는 용어는, 축(Z)에 실질적으로 평행한 배향과 관련된 것으로 해석되고, "수평" 및 "수평으로"라는 용어는 평면(XY)에 실질적으로 평행한 배향과 관련된 것으로 해석된다. 또한, "하부" 및 "상부"라는 용어는, +Z 방향을 따른 판독 기판(11)으로부터의 거리에 따라 증가되는 위치와 관련되는 것으로 해석된다.
도 1a를 참조하면, 제1 적층체(10)가 형성되고, 제1 적층체는:
판독 기판으로 지칭되는 제1 기판(11);
전자기 복사선을 검출하도록 의도되고 적어도 하나의 광물 희생 층(15)으로 덮이는, 판독 기판(11) 상에 놓인 적어도 하나의 열 검출기(20)의 어레이;
축(Z)을 따라서 열 검출기(20)의 어레이 위에서 그리고 평면(XY) 내에서 어레이 주위에서 연속적으로 연장되는, 얇은 캡슐화 층(16)을 포함한다.
이러한 예에서, 열 검출기(20)의 복수의 어레이는 판독 기판(11) 상에 놓이고, 그 각각은, 추후에 서로 구분되는 얇은 캡슐화 층들을 형성하도록 의도된, 동일한 얇은 캡슐화 층(16)에 의해서 둘러 싸인다. 이어서, 각각의 얇은 캡슐화 층(16)은, 이러한 경우에 열 검출기(20)의 어레이를 수용하는 공동(2)을 경계 짓도록 의도된다.
판독 기판(11)은 규소-계이고, 열 검출기(20)를 제어 및 판독할 수 있는 판독 회로(미도시)를 포함하는 지지 기판에 의해서 형성된다. 이러한 경우에, 판독 회로는 CMOS 집적 회로의 형태를 취한다. 판독 회로는, 다른 요소들 중에서, 유전체 물질, 예를 들어 다른 것들 중에서 규소 산화물(SiOx), 규소 질화물(SiNx)과 같은 규소-계 광물 물질로 제조된 금속간 절연 층에 의해서 서로 분리되는 전도 라인들의 부분들을 포함한다. 전도 부분(12)은 지지 기판의 표면과 동일한 높이이고, 판독 회로에 대한 열 검출기(20)의 고정 기둥(21)의 전기 연결부를 제공한다. 또한, 이러한 경우에 하나 이상의 연결 부분(13)이 지지 기판의 표면과 동일한 높이이고, 판독 회로가 외부 전자 장치에 연결되게 할 수 있다.
판독 기판(11)은 각각의 열 검출기(20)에 대면되어 배치된 반사부(미도시)를 포함할 수 있다. 반사부는 인터커넥션의 마지막 레벨의 전도 라인의 일부에 의해서 형성될 수 있고, 이러한 라인은 피검출 전자기 복사선을 반사할 수 있는 물질로 제조된다. 이는 열 검출기(20)의 흡수 박막(22)에 대면되어 연장되고, 흡수 박막과 함께 피검출 전자기 복사선을 위한 1/4 파동 간섭 공동을 형성하도록 의도된다.
마지막으로, 판독 기판(11)은 이러한 경우에, 상부 금속간 절연 층이 특히 덮이도록, 보호 층(14)을 포함한다. 이러한 보호 층(14)은 이러한 경우에, 예를 들어 증기 상의 HF 매체 내에서, 상이한 광물 희생 층들(15)을 추후에 제거하기 위해서 이용되는 화학적 에칭제에 대해서 실질적으로 불활성인 물질로 제조된 에칭 정지 층에 상응한다. 따라서, 이러한 보호 층(14)은, 고정 기둥들(21) 사이의 임의의 단락을 방지하기 위해서 전기적으로 절연하는 밀봉된, 화학적으로 불활성인 층을 형성한다. 따라서, 이는, 하부의 금속간 절연 층이 광물 희생 층(15)을 제거하는 이러한 단계 중에 에칭되지 않게 보호할 수 있다. 이는 알루미늄 산화물 또는 질화물로, 또는 삼불화알루미늄으로, 또는 의도적으로 도핑되지 않은 비정질 규소로 형성될 수 있다. 보호 층(14)은 연결 부분(13)을 덮지 않고, 그에 의해서 연결 부분이 외부 전기 장치에 전기적으로 연결되게 할 수 있다.
이어서, 열 검출기(20)가 판독 기판(11) 상에 형성된다. 이러한 생성 단계는 특히 문헌 EP3239670A1에서 설명된 것과 동일하거나 유사하다. 열 검출기(20)는 이러한 경우에 마이크로볼로미터(microbolometer)이고, 각각의 마이크로볼로미터는, 고정 기둥(21)에 의해서 판독 기판(11) 위에 떠 있는 그리고 지지 및 단열 아암에 의해서 기판으로부터 단열되는, 흡수 박막(22), 즉 피검출 전자기 복사선을 흡수할 수 있는 박막을 포함한다. 흡수 박막(22)은 통상적으로, 제1 광물 희생 층을 통해서 고정 기둥(21)을 형성하는 것 그리고 희생 층의 상부 표면 상에 단열 아암 및 흡수 박막(22)을 형성하는 것으로 이루어진 표면 미세-가공 기술에 의해서 생성된다. 각각의 흡수 박막은 열측정 변환기, 예를 들어 단열 아암 내에 그리고 고정 기둥(21) 내에 제공된 전기 연결부에 의해서 판독 회로에 연결된 서미스터 물질(thermistor material)을 더 포함한다.
바람직하게 제1 광물 희생 층과 동일한 종류인, 제2 광물 희생 층이 이어서 침착된다. 제2 광물 희생 층은 광물 희생 층 및 열 검출기(20)를 덮는다. 도면에서, 2개의 광물 희생 층이 참조번호 15로 함께 도시되어 있다.
이어서, 캡슐화 구조물의 얇은 캡슐화 층(16)은, 열 검출기(20)의 각각의 어레이에 대해서, 문헌 EP3239670A1에서 설명된 것과 유사한 방식으로 형성된다. 첫 번째로, 광물 희생 층(15)을 국소적으로 에칭하여 판독 기판(11) 상에 트렌치 개구부를 형성하기 위해서, 통상적인 포토리소그래피 기술이 이용된다. 이어서, 예를 들어 화학기상증착(CVD)에 의해서, 얇은 캡슐화 층(16)을, 이러한 경우에 비정질 규소를 등각 침착하는 것(conforming deposition)이 실행되고, 이러한 층은 광물 희생 층(15) 위에서 그리고 트렌치 내로 연장된다. 분명하게, 캡슐화 층(16)은, 특히, 문헌 EP3067674A2에서 설명된 바와 같은 지지 기둥을 포함할 수 있다.
그에 따라, 얇은 캡슐화 층(16)은, 열 검출기(20) 위에서 그리고 그로부터 축(Z)을 따라서 거리를 두고 연장되는 (상부 벽으로도 지칭되는) 상부 부분(16.1), 및 평면(XY) 내에서 열 검출기(20)를 연속적으로 둘러싸는 (주변 벽으로도 지칭되는) 주변 부분(16.2)을 포함한다. 그에 따라, 상부 벽(16.1)은 광물 희생 층(15) 상에 놓이고 그와 접촉된다. 얇은 캡슐화 층(16)은 방향(+Z)을 따라서 그리고 평면(XY) 내에서 공동(2)을 경계 짓도록 의도된다.
이러한 예에서, 동일한 얇은 캡슐화 층(16)이, 열 검출기(20)의 상이한 어레이들을 연속적으로 덮도록 하는 그리고 상이한 트렌치들 내로 연장되도록 하는 방식으로 침착된다. 또한, 열 검출기들(20)의 인접한 어레이들 위에서 연장되는 상부 벽들(16.1)은 중간 상부 벽(16.3)에 의해서 상호 연결되고, 이러한 경우에 연결 부분(13)을 돌출시킨다. 이어서, 측방향 공동(2.1)이 2개의 인접한 공동들(2) 사이에 형성된다. 이는, 중간 상부 벽(16.3)에 의해서 그리고 2개의 인접 공동들(2)을 경계 짓는 주변 벽(16.2)에 의해서 경계 지어진다. 이는 광물 희생 층(15)에 의해서 충진된다. 이는, 열 검출기(20)의 동일한 어레이를, 평면(XY) 내에서, 적어도 부분적으로 둘러싸도록 연장될 수 있다. 얇은 캡슐화 층(16)은 또한 열 검출기(20) 위와 주위에서 연속적으로 연장된다. 상부 벽(16.1)은 열 검출기(20) 위에서 연장되고, 주변 벽(16.2)은 평면(XY) 내에서 열 검출기(20)를 둘러싼다. 그에 따라, 상부 벽(16.1) 및 주변 벽(16.2)은 하나의 단편으로 그리고 동일한 물질(들)로 형성된다.
변형예에서, 서로 구분되는, 상이한 얇은 캡슐화 층들(16)이 형성될 수 있고, 그 각각은 상이한 검출 장치(1)에 속한다. 이를 위해서, 중간 상부 벽(16.3)은 상이한 얇은 캡슐화 층들(16)을 분리하도록 국소적으로 에칭된다. 이어서, 캡슐화 물질이 연결 부분 또는 부분들(13) 위에서 연장되지 않도록, 주변 개구부가 형성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 얇은 캡슐화 층(16) 내의 그리고 광물 희생 층(15)의 부분 내의 포토리소그래피 및 에칭에 의해서, 측방향 요홈부로 지칭되는 적어도 제1 요홈부(4)가 형성된다. 측방향 요홈부(4)는 비등방성 건식 에칭(물리적 에칭), 예를 들어 RIE 에칭에 의해서 형성된다. 이러한 스테이지에서, 공동(2)으로부터의 광물 희생 층(15)의 방출을 가능하게 하기 위한 방출 배출부(17.1)는 아직 형성되지 않았다.
측방향 요홈부(4)는, 얇은 보호 층(35)에 의해서 덮인, 적어도 하나의 게터 부분(34)의 공동(2) 내의 도입을 허용하도록 의도되고, 게터 부분(34)은 얇은 캡슐화 층(16) 상으로의 직접 본딩에 의해서 도포되고 조립되는 얇은 지지 층(33)에 고정된다. 측방향 요홈부(4)는, 얇은 보호 층(35)에 의해서 덮인 게터 부분(34)의 치수에 맞춰 구성된 치수를 가지고, 그에 따라 이러한 방식으로 보호되는 게터 부분(34)이 측방향 요홈부(4)에 의해서 경계 지어진 공간 내로 도입되게 할 수 있다. 바람직하게, 전달 및 직접 본딩 이후에, 얇은 보호 층(35)이 광물 희생 층(15)으로부터 거리를 두고 위치되도록, 즉 평면(XY) 내에서 그리고 0이 아닌 거리만큼 축(Z)을 따라서 광물 희생 층(15)으로부터 이격되도록, 측방향 요홈부(4)의 치수가 구성된다.
측방향 요홈부(4)는 방향(-Z)으로 제1 적층체의 상부 표면으로부터 형성된 함몰부이다. 측방향 요홈부는 방향(-Z)으로 얇은 캡슐화 층(16)을 통해서 연장되고, 이어서 부분적으로 광물 희생 층(15) 내로 연장된다. 이는, 광물 희생 층(15)의 부분에 의해서 축(Z)을 따라 판독 기판으로부터 이격된다. 그에 따라, 이는 광물 희생 층(15)의 상부 표면에 의해서 형성되고 평면(XY)에 실질적으로 평행한 방식으로 연장되는 하단 표면(4.1), 및 광물 희생 층(15)에 의해서 그리고 얇은 캡슐화 층(16)에 의해서 형성되고 축(Z)에 실질적으로 평행한 방식으로 연장되는 연부 표면(4.2)을 갖는다.
요홈부(4)는, 판독 기판(11)의 평면에 평행한 평면 내에서 광학적 활성 열 검출기(20)로부터, 즉 적외선을 검출하도록 의도된 열 검출기(20)로부터 거리를 두고 위치되고, 그에 따라 게터 부분(34)의 존재가 피검출 전자기 복사선의 투과와 간섭하지 않는다는 점에서, 측방향에 있다고 지칭된다. 그에 따라, 측방향 요홈부(4)는 이들 열 검출기(20)로부터, 더 정확하게 흡수 박막(22)으로부터, 그리고 바람직하게 또한 단열 아암 및 고정 기둥(21)으로부터 0이 아닌 거리로 이격된다. 그러나, 이하에서 설명되는 바와 같이, 이는 보상 열 검출기(7), 즉 블라인드(blind)로 지칭되는 열 검출기 위로 돌출할 수 있고, 그렇게 블라인드로 지칭되는 것은, 그러한 열 검출기가 전자기 복사선을 수용하거나 검출하도록 의도되지 않았기 때문이다.
예로서, 측방향 요홈부(4)는, 적층체들의 본딩에서의 정렬 여유(alignment margin)에 의해서, 얇은 보호 층(35)에 의해서 덮인 게터 부분(34)을 수용할 수 있도록, 평면(XY) 내의 치수 및 축(Z)을 따른 깊이를 갖는다. 평면(XY) 내의 게터 부분(34)의 치수는 검출기 또는 검출기들과 관련된 게터 부분의 배열에 따라 달라진다. 그에 따라, 이러한 치수는 약 몇 mm2일 수 있고, 그에 따라, 예를 들어, 이러한 부분이 복수의 보상 검출기 위에서 수직으로 연장될 수 있거나, 특히 게터 부분의 그리드가 제공될 때, 훨씬 더 작은 치수를 가질 수 있다. 게터 부분의 두께는 약 100 nm 내지 1 ㎛, 전형적으로 300 nm일 수 있다. 얇은 보호 층(35)은 몇십 내지 몇백 나노미터, 전형적으로 200 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 1c를 참조하면, 제2 적층체(30)가 형성된다. 이러한 단계는 전술한 단계들 이전에, 도중에 또는 이후에 실행될 수 있다. 제2 적층체(30)는:
- 지지 기판(31, 32);
- 지지 기판 상에 놓이고 피검출 전자기 복사선에 투명한 물질로 제조된, 밀봉 층(33)으로 지칭되는 얇은 층;
- 얇은 지지 층(33) 상에 배치되고 얇은 지지 층을 부분적으로 덮는 적어도 하나의 게터 부분(34);
- 게터 부분(34)을 덮고, O2 플라즈마 에칭과 같은 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있는 탄소계 물질로 제조된, 얇은 보호 층(35)을 포함한다.
제2 적층체(30)는 SOI 기판 또는 GeOI 기판을 기초로 할 수 있다. 이어서, 지지 기판은 예를 들어 두께가 몇백 미크론인 규소 기판(31)으로, 그리고 매립형 산화물(BOX) 층(32)으로 형성된다. 얇은 지지 층(33)은 SOI 기판의 경우에 규소로, 또는 GeOI 기판의 경우에 게르마늄으로 제조될 수 있다. 얇은 지지 층(33)은, 피검출 전자기 복사선에 투명하도록, 그 물질 및 두께가 선택된다. 따라서, 얇은 밀봉 층은 200 ㎛ 이하 또는 가능하게는 10 ㎛, 또는 바람직하게 5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
이러한 예에서, 얇은 캡슐화 층(16)은 하나의 물질, 이러한 경우에 비정질 규소로 형성되고, 그에 따라 상부 벽(16.1) 및 주변 벽은 전체적으로 비정질 규소로 제조된다. 얇은 지지 층(33)이 또한 하나의 물질, 이러한 경우에 규소(SOI 기판의 경우) 또는 게르마늄(GeOI 기판의 경우)으로 형성된다. 변형예에서, 후술되는 바와 같이, 얇은 캡슐화 층(16) 및 얇은 지지 층(33)은, 적어도 국소적으로, 다수의 층일 수 있고, 접촉되는 표면은 본딩 하위-층에 의해서 형성된다.
게터 부분(34)은 게터 작용을 가지는 물질, 예를 들어 티타늄으로 제조된다. 게터 부분은 탄소계 물질로 제조된 얇은 보호 층(35)에 의해서 전체적으로 덮이고, 그러한 얇은 보호 층은 바람직하게 비정질 탄소로 제조되고 몇십 나노미터 내지 몇백 나노미터, 예를 들어 50 nm 내지 500 nm, 또는 가능하게 100 nm 내지 300 nm 범위의 두께를 가지고, 그에 따라 게터 부분(34)의 양호한 피복 범위(coverage)를 제공한다.
탄소계 물질이 비정질 탄소인 경우에, 이는 적합한 화학적 침착 기술, 예를 들어 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해서, 또는 예를 들어 이온 빔(IBS)에 의한 탄소 표적의 스퍼터링에 의한 물리기상증착(PVD, Physical Vapor Deposition)에 의해서 얇은 층으로 침착될 수 있다. 폴리이미드의 경우에, 이는 원심 작용이 후속되는 분배(스핀 코팅)에 의해서 침착될 수 있다. 얇은 보호 층(35)은 게터 부분(34)의 전체를 덮도록 침착되나, 이러한 경우에 이는 (게터 부분(34)의 연부에서를 제외하고) 실질적으로 얇은 지지 층(33) 위에서 연장되지 않으며, 그에 따라 직접 본딩에 의한 조립 단계에서 얇은 캡슐화 층(16)과 접촉되도록 의도된 얇은 지지 층(33)의 표면을 자유롭게 남긴다.
그에 따라, 탄소계 물질은, 광물 희생 층(15)을 제거하기 위해서 추후에 실행되는 화학적 에칭에서 사용되는, 에칭제, 특히 증기 상의 불산과 관련하여 불활성이다. 이는, 불산과의 반응을 거의 나타내지 않는 폴리이미드에서도 마찬가지이고, 그에 따라 습식 화학적 에칭 단계의 종료 시에 그 두께의 전체를 통해서 제거되지 않고, 따라서 게터 부분(34)은 얇은 보호 층(35)의 0이 아닌 두께에 의해서 전체적으로 덮여서 유지된다. 이는 또한 비정질 탄소에서도 마찬가지이고, 비정질 탄소는 이러한 에칭제와의 반응을 실질적으로 나타내지 않는다. 그러나, 탄소계 물질은, 이러한 얇은 보호 층(35)을 제거하기 위해서 후속하여 실행되는 화학적 에칭에서 사용되는 에칭제와, 특히 건식 화학적 에칭 플라즈마 내에 존재하는 산소와 반응할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 제2 적층체(30)는, 얇은 지지 층(33)을 진공 하에서 얇은 캡슐화 층(16)에 접촉시키고 그에 직접 본딩하는 것에 의해서, 제1 적층체(10) 상으로 조립된다. 이러한 예에서, 제2 적층체(30)의 동일한 얇은 지지 층(33)이 상이한 상부 벽들(16.1)과 그리고 이러한 경우에 중간 상부 벽(16.3)과 접촉된다.
서로 접촉되고 직접 본딩에 의해서 조립되는 표면들은 실질적으로 편평하다. 따라서, 얇은 캡슐화 층(16)을 평탄화하는 예비 단계가, 측방향 요홈부(4)의 형성에 앞서서 실행될 수 있다. 얇은 지지 층(33)을 평탄화하는 단계가 또한 게터 부분(34)의 형성 및 얇은 보호 층(35)의 침착 전에 실행될 수 있다.
직접 본딩은 바람직하게 SAB(표면 활성화된 본딩)으로 알려진 것이다. 이러한 본딩 기술은 특히, 수지 또는 중합체와 같은 어떠한 중간 본딩 물질도 없이, 주변 온도에서 2개의 규소 층을 직접 본딩하는데 있어서 적합하다. 이러한 유형의 직접 본딩에서, 본딩 중의 압력은 본딩 에너지를 증가시킬 수 있다. 이러한 본딩 기술은 특히 Takagi 등의 "Surface activated bonding of silicon wafers at room temperature, Appl. Phys. Lett. 68, 2222 (1996)"라는 명칭의 논문에서 설명된다. 이는 또한 게르마늄의 얇은 지지 층(33)을 규소의 얇은 캡슐화 층(16) 상으로 직접 본딩하기 위해서 이용될 수 있다.
이를 위해서, 상부 벽(16.1)의 그리고 얇은 지지 층(33)의 자유 규소 표면들(접촉 표면들)은, 부분적인 이온 빔 에칭에 의해서, 예를 들어 아르곤의, 또는 He, Ne, Xe 또는 Kr의 원자의 빔을 이용하는 것에 의해서, 미리 활성화되었다. 이러한 표면 준비가 약간의 에칭을 초래하는 경우에, 얇은 보호 층(35)은 이러한 단계에서 게터 부분(34)의 보충적인 보호를 제공한다. 또한, 열 검출기(20)는 이러한 단계에서 광물 희생 층(15)에 의해서 전체적으로 덮이고, 그에 따라 부분적인 아르곤 빔 에칭에 의해서 유발될 수 있는 임의의 열화로부터 보호된다.
그에 따라, 얇은 지지 층(33)의 자유 규소(또는 게르마늄) 표면은 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 벽(16.1)의 상부 규소 표면과 직접 접촉된다. 규소 접촉 표면은 진공 하에서, 바람직하게 10-7 mbar(즉, 10-5 Pa) 이하의 진공 압력으로, 접촉된다. 예를 들어 0.05 내지 1.6 MPa의 압력 힘이, 센서 적층체의 방향으로, 전달된 기판 상에 가해질 수 있다.
이는, 공유 결합적인 규소-규소 또는 규소-게르마늄 본딩에 의해서, 접촉 표면들 사이의 직접 본딩을 초래한다. 공유 결합에 의한 부착으로 인해서 본딩 에너지가 높고, 그에 따라 공동(2)의 밀봉이 보강된다. 적어도 2 J/m2의 부착이 주변 온도에서 얻어질 수 있다. 이러한 경우에, 본딩-후 어닐링은 요구되지 않는다. 이는, 약 350 ℃ 내지 400 ℃인, 기판(11) 내에 포함된 CMOS 판독 회로의 써멀 버짓(thermal budget)보다 높은 온도에서의 어닐링으로부터 발생될 수 있는 판독 회로의 열화 위험을 방지한다. 또한, 본딩 계면은 여기에서 규소-규소(또는 규소-게르마늄) 표면들에 의해서 형성되고, 열 검출기(20)를 향한 광 복사선의 투과를 감소시킬 수 있는 산화물을 포함하지 않는다. 따라서, 검출 장치(1)의 성능이 유지된다.
제2 적층체(30) 내에서 작은 기계적 인장 응력을 생성하기 위해서, 그에 따라 그 편평도를 개선하고 조립 후의 잔류 기계적 응력을 감소시키기 위해서, 온도차가 2개의 적층체(10, 30)에 인가될 수 있다. 제2 적층체(30) 내에서 약 25 MPa의 인장 응력을 생성하기 위해서, 이러한 온도차는 0 ℃보다 크고 150 ℃이하일 수 있고, 예를 들어 약 50 ℃일 수 있다.
도 1e를 참조하면, 제2 적층체(30)의 지지 기판의, 이러한 경우에 규소 기판(31)의 적어도 일부가 유리하게 제거된다. 이를 위해서, 몇 미크론 두께의 잔류 층을 획득하기 위해서 규소 기판(31)의 일부에 대해서 연마를 실행하고, 그 후에 산화물 층(32) 상에서의 에칭 정지를 이용하여 잔류 층의 화학적 에칭을 실행할 수 있다. 다른 기술도 가능하다. 예를 들어, 산화물 층(32)이 광물 희생 층(15)과 동시에 제거될 수 있다.
이어서, 방출 배출부(17.1)가 형성되고, 그에 따라 광물 희생 층(15)의 습식 화학적 에칭 중에 에칭 생성물이 공동(2)으로부터 방출될 수 있게 한다. 방출 배출부는 비등방성 건식 에칭, 예를 들어 RIE 에칭에 의해서 형성된다. 방출 배출부는 2개의 인접한 열 검출기들(20) 사이에 배치될 수 있거나, 출원 EP3067675A1에서 설명된 바와 같이, 축(Z)을 따라서 흡수 박막(22)에 대면되어, 또는 바람직하게 고정 기둥 위에 배치될 수 있다. 이어서, 흡수 박막(22)은, 이러한 출원 EP3067675A1에서 설명된 바와 같이, 상응 배출부에 수직으로 위치된 침투 개구부를 가질 수 있다. 방출 배출부(17.1)는 산화물 층(32)(필요한 경우), 얇은 지지 층(33) 및 얇은 캡슐화 층(16)을 통해서 연장되고, 그에 따라 하부의 광물 희생 층(15) 상으로 개방된다. 측방향 방출 배출부(17.2)가 또한 중간 상부 벽(16.3)을 통해서 형성된다.
도 1f를 참조하면, 이어서, 광물 희생 층(15)을 제거할 수 있는 화학적 에칭, 이러한 경우에 증기 상의 불산의 작용에 의한 습식 화학적 에칭이 실행된다. 화학적 반응의 생성물이 방출 배출부(17.1)를 통해서 방출된다. 이러한 습식 화학적 에칭이 등방적이기 때문에, 이는 흡수 박막(22) 및 단열 아암이 떠 있게 되는 결과를 초래하고, 고정 기둥(21)이 방출된다. 연결 부분 또는 부분들(13)을 덮는 광물 희생 층(15)의 부분들이 또한, 이러한 경우에 측방향 방출 배출부(17.2)를 통해서, 이러한 화학적 에칭 중에 제거된다.
따라서, 얇은 캡슐화 층(16)에 의해서 경계 지어지는 공동(2)은 광물 희생 층(15)으로부터 방출되고, 그 에칭 생성물은 방출 배출부(17.1, 17.2)를 통해서 방출된다. 산화물 층(32)이 동시에 제거된다. 이어서, 얇은 캡슐화 층(16)은 얇은 지지 층(33)에 의해서만 덮인다. 이어서, 그 얇은 보호 층(35)에 의해서 덮인 게터 부분(34)은 공동(2) 내에 위치되고 얇은 지지 층(33)에 의해서 판독 기판(11) 위에 떠 있게 된다.
도 1g를 참조하면, 얇은 보호 층(35)을 제거하기 위해서 그리고 게터 부분(34)의 표면을 자유롭게 하기 위해서, 제2 화학적 에칭이 실행된다. 이러한 경우에, 화학적 에칭은 건식 화학적 에칭이고, 에칭제는 플라즈마 내에 존재하는 산소이다. 이러한 건식 화학적 에칭이 등방적이기 때문에, 방출된 구조물의 무결성(integrity)이 보존되는 한편, 방출 배출부(17.1)를 통한 공동(2) 내로의 에칭제의 접근이 촉진된다.
도 1h를 참조하면, 얇은 밀봉 층(5)이 얇은 지지 층(33) 상에 충분한 두께로 침착되어, 공동(2) 내로 개방된 방출 배출부(17.1)의 밀봉, 또는 플러깅을 보장한다. 얇은 밀봉 층(5)은 피검출 전자기 복사선에 대해서 투명하다.
이러한 경우에, 이는 얇은 반사방지 층(6)에 의해서 덮이고, 그에 따라 캡슐화 구조물을 통한 복사선의 투과를 최적화한다. 이를 위해서, 얇은 밀봉 층(5)은 두께가 약 1.7 ㎛인 게르마늄으로 제조될 수 있고, 얇은 반사방지 층(6)은 두께가 약 1.2 ㎛인 아연 황화물로 제조될 수 있고, 피검출 복사선은 8 ㎛ 내지 12 ㎛ 범위의 파장이다. 다른 유형의 반사방지 층이 이용될 수 있다.
얇은 밀봉 층(5) 및 반사방지 층(6)은, 전자 빔에 의해서 가열된 공급원의 진공 하의 증발(EBPVD), 또는 음극 스퍼터링 또는 이온 빔 스퍼터링과 같은, 얇은 층 진공 침착 기술에 의해서 침착될 수 있다. 이는, 내부에 열 검출기(20)가 수용되는, 진공 또는 감압 하의 밀봉된 공동(2)을 초래한다.
판독 기판(11) 상에 침착된 얇은 밀봉 층(5) 및 반사방지 층(6)의 부분들이 이어서 국소적으로 에칭되고, 그에 따라 연결 부분(13)에 대한 접근을 제공하고 연결 부분(13)과 외부 전기 장치 사이의, 예를 들어 와이어 유형(와이어 본딩)의, 전기 연결부를 제공하게 할 수 있다.
또한, 상이한 검출 장치들을 서로 분리하기 위해서 결과적인 전체 구조물을 컷팅하는 단계를 실행할 수 있다. 이러한 컷팅 단계는 기계적 및/또는 레이저 컷팅, 화학적 에칭, 물리적 에칭, 또는 기타와 같은 알려진 기술에 의해서 미리 규정된 컷팅 라인을 따라서 실행될 수 있다.
게터 부분(34)의 화학흡착은, 오븐 또는 스토브 내에서 검출 장치(1)에 적절한 열처리를 가하는 것에 의해서 활성화되고, 그에 따라 게터 물질이 밀봉된 공동 내에 존재하는 잔류 가스 분자와 반응하게 하고 그에 따라 안정적인 화학적 화합물을 형성하게 한다. 이는 밀봉된 공동 내에서 유지되는 또는 감소된 진공 레벨을 초래하고, 그에 따라 검출 장치의 서비스 수명을 개선한다.
따라서, 그러한 제조 방법을 이용하여, 적어도 하나의 게터 부분(34)과 함께, 이러한 경우에, 복수의 열 검출기(20)가 내부에 위치되는 밀봉된 공동(2)을 경계 짓는 캡슐화 구조물을 포함하는 검출 장치(1)를 생산할 수 있다. 캡슐화 구조물은, 열 검출기(20)의 위에서 그리고 주위에서 연속적으로 연장되는 얇은 캡슐화 층(16)에 의해서, 그리고 직접 본딩에 의해서 얇은 캡슐화 층(16) 상으로 조립되는 얇은 지지 층(33)에 의해서 형성된다. 게터 부분(34)은 얇은 지지 층(33)에 고정되고, 평면(XY) 내에서 광학적 활성 열 검출기(20)로부터 거리를 두고 위치되는, 얇은 캡슐화 층(16)의 측방향 요홈부(4)를 통해서, 전달 중에 공동(2) 내로 도입된다.
따라서, 캡슐화 구조물(3)은, 문헌 EP3399290A1의 구조에 비해서, 단순화된 구성을 갖는다. 이는 얇은 캡슐화 층(16), 지지 층(33) 및 밀봉 층(5)에 의해서 형성되고, 그에 따라, 구리 본딩 블록, 얇은 캡 및 밀봉 층이 위에 놓이는 주변 벽에 의해서 형성되지 않는다. 또한, 제1 적층체(10) 상으로의 제2 적층체(30)의 조립은 직접 본딩을 위한 구리의 이용을 요구하지 않고, 그에 따라 제조 방법을 단순화한다. 본딩 표면이 또한 증가되는데, 이는 얇은 캡슐화 층(16)과 얇은 지지 층(33) 사이의 접촉 표면이 클 수 있고, 그에 따라 기계적 강도를 개선할 수 있게 때문이다.
또한, SAB 본딩에 의한, 또는 후술되는 바와 같은 ADB 본딩에 의한 조립은, 공동(2)의 고품질의 밀봉을 획득하면서, 주변 온도에서 실행될 수 있다. 따라서, 제1 기판(11) 내의 판독 회로의 열화를 방지할 수 있거나, 게터의 특성의 바람직하지 못한 변화의 유발을 방지할 수 있다. 게터는 또한 조립 단계 전에 또는 후에 활성화될 수 있다.
게터 부분(34)이 얇은 지지 층(33)에 의해서 공동(2) 내로 도입되기 때문에, 침착된 상이한 광물 희생 층들(15)의 평탄화 단계 중에, 광물 희생 층(15)의 기계적 지지가 보존될 수 있다. 이는, 게터 부분(34)이 열 검출기 아래에 위치되고 폴리이미드 탄소계 층에 의해서 HP 증기 에칭으로부터 보호되는 경우에, 광물 희생 층이 폴리이미드의 얇은 보호 층(35) 상에 놓일 때 광물 희생 층(15)의 평탄화 중에 현저한, 문헌 EP3239670A1에서 언급된 기계적 취약성을 방지한다. 이는, 본 발명의 맥락에서, 광물 희생 층(15)이, 기판(11) 상에 놓이는 게터 부분(34)을 보호할 수 있는 탄소계 희생 층 상에 놓이지 않기 때문이고, 그에 따라 이러한 경우에 이러한 기계적 취약성이 방지되기 때문이다.
또한, 광물 희생 층(15)은, 얇은 보호 층(35)을 포함하는 제2 적층체(20)와의 조립에 앞서서, 제1 적층체(10) 내에 형성된다. 그에 따라, 이들은, 문헌 EP3239670A1에서와 같이, 얇은 보호 층(35) 상에 침착되지 않고 그와 접촉되지 않으며, 그에 따라 광물 희생 층(15)을 제거하기 위해서 이용되는 습식 에칭과 관련하여 비정질 탄소의 불활성 성질을 보존할 수 있게 한다. 사실상, 본 발명자는, 비정질 탄소의 층 상에 그리고 그와 접촉되게 광물 희생 층(15)을 침착하는 것이, HF 증기 에칭과 같은 습식 에칭과 관련된 비정질 탄소의 불활성 성질의 열화를 유발할 수 있다는 것을 발견하였다.
또한, 얇은 보호 층(35)은 유리하게 광물 희생 층(15)으로부터 거리를 두고 유지된다. 이어서, 공기의 층이 얇은 보호 층(35)과 광물 희생 층(15) 사이에 위치되고, 그에 따라 광물 희생 층(15)과 얇은 보호 층(35) 사이에는 간격이 존재한다. 이러한 공기 층은, 특히 정렬 오류와 관련하여, 충분한 공차를 제공한다.
또한, 게터 부분(34)은, 문헌 EP3239670A1의 경우에서와 같이 흡수 박막(22)에 대면되어 위치되지 않고, 게터 물질의 더 큰 표면적을 이용할 수 있게 한다. 또한, 게터 물질은, 광학적 반사의 보충적인 특성을 기초로 하지 않고, 그 화학흡착 특성만을 기초로 선택될 수 있다. 그에 따라, 큰 화학흡착 성능을 갖는 게터 물질이 선택될 수 있다.
도 2는 제1 실시예의 변형예에 따른 제조 방법에 의해서 생성된 검출 장치(1)의 개략적이고 부분적인 단면도이다.
이러한 경우에, 검출 장치(1)는, 대면되는 게터 부분(34)과 함께, 밀봉된 공동(2) 내에 배치된, 적어도 하나의 보상 열 검출기(7)를 포함한다는 점에서, 전술한 것과 본질적으로 상이하다. 따라서, 게터 부분(34)은 적외선을 검출하도록 의도된 열 검출기(20)로부터 거리를 두고 배치되고, 그에 따라 이러한 열 검출기(20)를 향하는 전자기 복사선의 투과와 간섭하지 않는다. 그러나, 이는 보상 열 검출기(7)에 대면되게, 그리고 특히 그 떠 있는 박막의 전체에 대면되게 배치되며, 그에 따라 이러한 열 검출기(7)를 향하는 전자기 복사선의 투과를 차단한다. 그에 따라, 게터 부분(34)은, 피검출 전자기 복사선을 투과시키지 않도록 하는 물질로 그리고 두께로 제조된다. 다시 말해서, 게터 부분(34)은 피검출 전자기 복사선에 대해서 불투명하다.
도 3a 내지 도 3f는, 직접 본딩이 ADB(원자 확산 본딩) 유형인, 제2 실시예에 따른 제조 방법의 상이한 단계들을 도시한다. 이러한 본딩 기술은, 수지 또는 중합체와 같은 어떠한 중간 본딩 물질도 없이, 주변 온도에서 2개의 하위-층을 본딩하는데 있어서 특히 적합하다. 이러한 것은, 특히, Shimatsu 및 Uomoto의 "Atomic diffusion bonding of wafers with thin nanocrystalline metal films, J. Vac. Sci. Technol. B 28, 706 (2010)"라는 명칭의 논문에서 설명되어 있다.
이를 위해서, 얇은 캡슐화 층(16)의 그리고 얇은 지지 층(33)의 본딩 표면들은, 피검출 전자기 복사선의 흡수를 제한하도록 선택된 두께, 예를 들어 1 nm 이하, 예를 들어 0.5 nm의 두께를 가지는, 본딩 하위-층(19, 37)에 의해서 형성되고, 바람직하게 티타늄(Ti) 또는 비정질 탄소로 제조된다. 비정질 탄소가 유리한데, 이는, 티타늄과 비교되는, HF 증기 습식 에칭과 관련된 더 큰 선택성(불활성) 때문이다. HF 증기 에칭에서, 배출부로부터의 본딩 하위-층들의 임의의 에칭이 제한되어 유지된다.
도 3a를 참조하면, 이러한 경우에 도 1a를 참조하여 설명된 것과 유사한, 제1 적층체(10)가 형성된다. 이러한 단계는 전술한 단계와 동일하고, 다시 설명하지 않을 것이다.
도 3b를 참조하면, 도 1b를 참조하여 설명된 단계와 동일하거나 유사한 방식으로, 측방향 요홈부(4)가 형성된다. 이어서, 본딩 하위-층(19)이 진공 하의, 예를 들어 2×10-6 Pa 이하의 압력에서의 증기 상의 물리적 침착(증발, 스퍼터링 등)에 의해서 침착되어, 그에 따라 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 표면을 덮는다. 이러한 경우에, 본딩 하위-층(19)은 또한 측방향 요홈부(4)의 하단 표면(4.2) 상에 침착된다. 변형예에서, 본딩 하위-층(19)은, 측방향 요홈부(4)가 형성되기 전에, 침착될 수 있다. 그에 따라, 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 벽(16.1)은, 예를 들어 주변 벽(16.2)과 하나의 단편으로 제조된 규소의 하위-층(19) 및 본딩 하위-층(19)에 의해서 형성된다.
도 3c를 참조하면, 전술한 것과 유사한 제2 적층체(30)가 형성된다. 그러나, 바람직하게 제1 본딩 하위-층(19)과 두께 및 물질이 동일한 제2 본딩 하위-층(37)이 얇은 지지 층(33) 상에 그리고 이러한 경우에 얇은 보호 층(35) 상에 침착된다. 이러한 하위-층은, 이러한 경우에, 두께가 약 0.5 nm인 티타늄 또는 비정질 탄소의 얇은 층(37)이다. 더 정확하게, 얇은 지지 층(33)은 규소(SOI 기판의 경우) 또는 게르마늄(GeOI 기판의 경우)의 하위-층(36)에 의해서, 그리고 제2 본딩 하위-층(37)에 의해서 형성된다. 본딩 하위-층(37)의 일부가 얇은 보호 층(35)의 상부 표면 상에 침착된다.
도 3d를 참조하면, 하위-층(18) 및 하위-층(36)을 각각 덮는 2개의 본딩 하위-층(19, 37)을 주변 온도에서 그리고 진공 하에서 접촉시키는 것에 의해서, 제2 적층체(30)가 제1 적층체(10) 상으로 조립된다. 이러한 본딩 하위-층(19, 37)이 나노결정질 물질로, 다시 말해서 약 몇 나노미터 이하의 두께를 갖는 결정질 물질로 형성되기 때문에, 이러한 2개의 금속 표면들 사이의 직접 본딩이 달성된다. 본딩 계면에서의 원자 확산은 공동(2)이 더 강력하게 밀봉될 수 있게 한다. 얇은 보호 층(35)을 덮는 본딩 하위-층(37)의 일부가, 이러한 경우에, 측방향 요홈부(4)의 하단 표면(4.2) 상에 위치되는 본딩 하위-층(19)의 일부로부터 축(Z)을 따라 0이 아닌 거리만큼 이격된다.
도 3e를 참조하면, 공동(2) 내에 위치된 광물 희생 층(15) 상으로 개방된 방출 배출부(17.1)가, 측방향 공동(2.1) 내로 개방된 측방향 배출부(17.2)와 함께, 형성된다.
도 3f를 참조하면, 광물 희생 층(15) 그리고 그에 따라 산화물 층(32)을 제거하기 위한 습식 화학적 에칭이 실행된다. 이러한 경우에, 얇은 보호 층(35)을 덮는 본딩 하위-층(37)의 일부가, 티타늄으로 제조된 경우에, 제거된다. 이어서, 얇은 보호 층(35)을 제거하기 위해서 건식 화학적 에칭이 실행된다. 얇은 보호 층(35)을 덮는 본딩 하위-층(37)의 일부는, 비정질 탄소로 제조될 때, 이러한 건식 화학적 에칭의 단계에서 제거된다. 따라서, 게터 부분(34)의 표면이 자유롭게 된다. 얇은 밀봉 층(5), 그리고 이러한 경우에 얇은 반사방지 층(6)이 이어서 침착된다.
특정 실시예를 바로 앞에서 설명하였다. 다양한 수정 및 변형이 당업자에게 자명할 것이다. 광학적 기능(반사방지 등)을 부가하기 위해서, 그에 따라 검출 장치의 성능을 개선하기 위해서, 특히 문헌 EP3196615A1에서 설명된 바와 같이, 얇은 캡슐화 층(16)의 하부 표면을 구조화할 수 있다.
Claims (12)
- 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치(1)를 제조하기 위한 방법이며:
ｏ 제1 적층체(10)를 형성하는 단계로서, 상기 제1 적층체는:
· 제1 기판(11) 상에 놓이는 적어도 하나의 열 검출기(20)로서, 상기 전자기 복사선을 검출하도록 의도되고, 제1 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있는 광물 물질로 제조된 적어도 하나의 광물 희생 층(15)으로 덮이는, 적어도 하나의 열 검출기; 및
· 상기 열 검출기(20) 위에서 연장되고 상기 열 검출기(20)가 내부에 위치되는 공동(2)을 경계 짓는데 기여하며, 상기 광물 희생 층(15) 위에 놓이는 상부 부분(16.1)을 포함하는 얇은 캡슐화 층(16)을 포함하고;
- 측방향 요홈부(4)로 지칭되는 적어도 하나의 요홈부는 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1) 및 상기 광물 희생 층(15)의 부분을 통해서 연장되고, 상기 제1 기판(11)의 평면에 평행한 평면 내에서 상기 열 검출기(20)로부터 거리를 두고 위치되는, 단계;
ｏ 제2 적층체(30)를 형성하는 단계로서, 상기 제2 적층체는:
· 상기 전자기 복사선에 대해서 투명하고, 지지 기판(31, 32) 상에 놓이는, 지지 층(33)으로 지칭되는 얇은 층;
· 상기 얇은 지지 층(33) 상에 배치되고 상기 얇은 지지 층을 부분적으로 덮는 적어도 하나의 게터 부분(34); 및
· 상기 게터 부분(34)을 덮고, 제2 화학적 에칭에 의해서 제거될 수 있는 탄소계 물질로 제조된 얇은 보호 층(35)을 포함하는, 단계;
ｏ 상기 게터 부분(34)이 상기 측방향 요홈부(4) 내에 위치되도록, 상기 얇은 지지 층(33)을 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)과 접촉시키는 것 그리고 그에 직접적으로 본딩하는 것에 의해서, 상기 제1 및 제2 적층체(10, 30)를 조립하는 단계; 이어서
ｏ 상기 얇은 지지 층(33) 및 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)을 통해서, 상기 광물 희생 층(15) 상으로 개방되는, 적어도 하나의 방출 배출부(17)를 형성하는 단계; 이어서
ｏ 상기 제1 화학적 에칭에 의해서 광물 희생 층(15)을 제거하는 단계;
ｏ 상기 제2 화학적 에칭에 의해서 얇은 보호 층(35)을 제거하는 단계;
ｏ 상기 방출 배출부(17)를 차단하도록 얇은 밀봉 층(5)을 상기 얇은 지지 층(33) 상에 침착하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
조립 단계는 10-5 Pa 이하의 진공 압력으로 주변 온도에서 실행되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 얇은 보호 층(35)의 탄소계 물질은 비정질 탄소 및 폴리이미드로부터 선택되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측방향 요홈부(4)는, 조립 단계에서, 상기 얇은 보호 층(35)이 상기 광물 희생 층(15)으로부터 거리를 두고 위치되게 하는, 치수를 가지는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 얇은 캡슐화 층(16)은 규소-계이고, 상기 얇은 지지 층(33)은 규소-계 또는 게르마늄-계인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 얇은 캡슐화 층(16)은 규소로 제조된 접촉 표면을 갖고, 상기 얇은 지지 층(33)은 규소 또는 게르마늄으로 제조된 접촉 표면을 가지며, 직접 본딩에 의한 조립 단계는 부분적 이온 빔 에칭에 의한 상기 접촉 표면의 활성화 및 진공 본딩을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)은 규소로 제조된 하위-층(18) 및 제1 본딩 하위-층(19)에 의해서 형성되고, 상기 얇은 지지 층(33)은 규소- 또는 게르마늄-계 하위-층(36) 및 제2 본딩 하위-층(37)에 의해서 형성되고, 2개의 본딩 하위-층(19, 37)은 피검출 전자기 복사선에 대해서 투명하고, 직접 본딩에 의한 조립 단계는 2개의 금속 하위-층들(19, 37)을 진공 하에서 서로 접촉시키는 것을 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
상기 본딩 하위-층(19, 37)의 각각은 1 nm 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제7항에 있어서,
상기 본딩 하위-층(19, 37)은 금속 물질 또는 비정질 탄소로 제조되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 적층체(10)는 복수의 열 검출기(20)의 어레이를 포함하고, 각각의 어레이는 적어도 부분적으로 얇은 캡슐화 층(16)에 의해서 경계 지어지는 구분된 공동(2) 내에 위치되고, 상기 얇은 지지 층(33)은 상이한 얇은 캡슐화 층들(16)의 상부 부분(16.1)과 접촉되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 게터 부분(34)은, 상기 전자기 복사선을 수용하도록 의도되지 않은, 보상 검출기(7)로 지칭되는 열 검출기에 대면되어 배치되고, 상기 게터 부분(34)은 상기 전자기 복사선에 대해서 불투명한, 방법. - 전자기 복사선을 검출하기 위한 장치(1)이며:
ｏ 기판(11);
ｏ 상기 기판(11) 상에 놓이고 상기 전자기 복사선을 검출하도록 의도된 적어도 하나의 열 검출기(20);
ｏ 상기 열 검출기(20) 위에서 그리고 주위에서 연장되고, 상기 열 검출기(20)가 내부에 위치되는 공동(2)을 경계 짓는데 기여하는 얇은 캡슐화 층(16)으로서, 상기 열 검출기(20) 위에서 연장되는 상부 부분(16.1) 및 상기 기판(11)에 평행한 평면 내에서 상기 열 검출기(20) 주위에서 연장되는 주변 부분(16.2)을 포함하는, 얇은 캡슐화 층;
· 측방향 요홈부(4)로 지칭되는 적어도 하나의 요홈부가 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)을 통해서 연장되고, 상기 기판(11)의 평면에 평행한 평면 내에서 상기 열 검출기(20)로부터 거리를 두고 위치됨;
ｏ 상기 전자기 복사선에 투명하고, 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)과 접촉되게 놓이는, 지지 층(33)으로 지칭되는 얇은 층으로서, 얇은 지지 층(33)은 상기 기판(11)에 대향되는 편평한 상부 표면을 갖는, 얇은 층;
ｏ 상기 얇은 지지 층(33) 상으로 조립되고 상기 측방향 요홈부(4) 내에 배치되는 적어도 하나의 게터 부분(34);
ｏ 상기 얇은 지지 층(33) 및 상기 얇은 캡슐화 층(16)의 상부 부분(16.1)을 통해서 연장되는 적어도 하나의 방출 배출부(17);
ｏ 상기 얇은 지지 층(33)을 덮고 상기 방출 배출부(17)를 차단하는 얇은 밀봉 층(5)을 포함하는, 장치(1).
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| A201 | Request for examination |