RU2595306C1 - Heat radiation sensor and its manufacturing method - Google Patents
Heat radiation sensor and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595306C1 RU2595306C1 RU2015126565/28A RU2015126565A RU2595306C1 RU 2595306 C1 RU2595306 C1 RU 2595306C1 RU 2015126565/28 A RU2015126565/28 A RU 2015126565/28A RU 2015126565 A RU2015126565 A RU 2015126565A RU 2595306 C1 RU2595306 C1 RU 2595306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric layer
- layer
- legs
- micro
- layers
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 55
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 84
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 58
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 45
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 31
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 29
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000006099 infrared radiation absorber Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 56
- 239000000463 material Substances 0.000 description 47
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 30
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 29
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 29
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 27
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 19
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 17
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 13
- -1 oxy nitride Chemical class 0.000 description 13
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N azanylidynevanadium Chemical compound [V]#N SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007991 Si-N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006294 Si—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/023—Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/04—Casings
- G01J5/046—Materials; Selection of thermal materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к проборам для регистрации теплового излучения и методам изготовления таких приборов. Эти приборы имеют детекторы теплового излучения с тепловой изоляцией. Одним из многих инновационных аспектов данного изобретения являются новые структуры для тепловой изоляции детекторов теплового излучения.The invention relates to samples for recording thermal radiation and methods for manufacturing such devices. These devices have heat radiation detectors with thermal insulation. One of the many innovative aspects of this invention are new structures for the thermal insulation of thermal radiation detectors.
Структура для детектирования теплового излучения может быть реализована с использованием сверхчувствительного термометра для регистрации и измерения теплового излучения. Такие структуры могут быть использованы, в частности, для детектирования и измерения инфракрасного (ИК) излучения. Структуры для детектирования ИК излучения представляют собой температурный детектор, термически связанный с абсорбером ИК излучения, в свою очередь, температурный детектор и абсорбер являются теплоизолированными от подложки, на которой сформированы электрические приборы для считывания и обработки значений теплового излучения, поглощенного температурным детектором. Чувствительность таких ИК детекторов определяется, помимо других факторов, качеством теплоизоляции температурного детектора. Если термоизоляция температурного детектора недостаточна, то разогрев температурного детектора тепловым излучением так же недостаточен, что, в свою очередь, приводит к невозможности регистрирования электронными приборами изменений свойств температурного детектора, вызванными тепловым излучением. Как правило, слой материала с высоким коэффициентом теплового сопротивления (КТС) используется в качестве температурного детектора. Этот КТС, как правило, выражается в процентном изменении сопротивления на градус температуры. В данный момент наилучшие материалы, как, например, оксид ванадия или аморфный кремний, обладают изменением КТС в несколько процентов на градус температуры, что является достаточными для детектирования и регистрации ИК излучения. Детекторы теплового излучения могут иметь более сложную структуру. Например, полупроводниковые р-n диоды могут использоваться в качестве детекторов ИК излучения. В этом случае, детектирование и измерение ИК излучения происходят на основе изменения вольтамперных характеристик диодов, вызванных их разогревом.The structure for detecting thermal radiation can be implemented using an ultra-sensitive thermometer for recording and measuring thermal radiation. Such structures can be used, in particular, for detecting and measuring infrared (IR) radiation. The structures for detecting IR radiation are a temperature detector thermally coupled to an IR absorber, in turn, the temperature detector and absorber are thermally insulated from the substrate on which electrical devices are formed for reading and processing the values of thermal radiation absorbed by the temperature detector. The sensitivity of such IR detectors is determined, among other factors, by the quality of thermal insulation of the temperature detector. If the thermal insulation of the temperature detector is insufficient, then heating the temperature detector with thermal radiation is also insufficient, which, in turn, makes it impossible to detect changes in the properties of the temperature detector by electronic devices caused by thermal radiation. Typically, a layer of material with a high coefficient of thermal resistance (CTC) is used as a temperature detector. This CCC is usually expressed as a percentage change in resistance per degree of temperature. At the moment, the best materials, such as vanadium oxide or amorphous silicon, have a change in CCC of a few percent per degree of temperature, which is sufficient for the detection and registration of infrared radiation. Thermal radiation detectors can have a more complex structure. For example, semiconductor pn diodes can be used as IR radiation detectors. In this case, the detection and measurement of infrared radiation occurs on the basis of changes in the current-voltage characteristics of the diodes caused by their heating.
Термоизоляция температурного детектора (и абсорбера) от подложки, на которой изготовлен детектор, как правило, осуществляется при помощи так называемых ножек. Ножки - это удлиненные элементы конструкции детектора, которые позволяют исключить непосредственный физический контакт температурного детектора (и абсорбера) с подложкой. Как правило, ножки в сочетании с колоннами позволяют осуществлять подвес детектора (и абсорбера) над поверхностью подложки. Вытянутая форма ножек позволяет осуществить низкую теплопроводность данного элемента и повысить теплоизоляцию температурного детектора от подложки. Один конец каждой ножки соединен с температурным детектором или мембраной, на которой располагается температурный детектор, другой конец каждой ножки соединен с соответствующей колонной, обеспечивающей подвешивание температурного детектора над поверхностью подложки. Патент ЕР 1212592 В1 описывает такую структуру, где расположенный на микро-мембране температурный детектор подвешен над подложкой при помощи ножек и колонн. Ножки в данном патенте имеют удлиненную форму и изготовлены с использованием оксида ванадия и нитрида кремния. Термоизоляция температурного детектора достигается в данном патенте за счет длины ножек.Thermal insulation of the temperature detector (and absorber) from the substrate on which the detector is made, as a rule, is carried out using the so-called legs. The legs are elongated structural elements of the detector, which eliminates the direct physical contact of the temperature detector (and absorber) with the substrate. As a rule, legs in combination with columns allow the detector (and absorber) to be suspended above the substrate surface. The elongated shape of the legs allows for low thermal conductivity of this element and to increase the thermal insulation of the temperature detector from the substrate. One end of each leg is connected to a temperature detector or a membrane on which the temperature detector is located, the other end of each leg is connected to a corresponding column that suspends the temperature detector above the surface of the substrate. Patent EP 1212592 B1 describes a structure where a temperature detector located on a micro-membrane is suspended above the substrate by legs and columns. The legs in this patent are elongated and are made using vanadium oxide and silicon nitride. Thermal insulation of the temperature detector is achieved in this patent due to the length of the legs.
Для понимания данного изобретения необходимо ввести следующие определения физических величин из законов, используемых для описания изобретения.To understand this invention, it is necessary to introduce the following definitions of physical quantities from the laws used to describe the invention.
Модуль Юнга, обозначаемый как Е (модуль продольной упругости), - это физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации.Young's modulus, denoted as E (modulus of longitudinal elasticity), is a physical quantity characterizing the properties of a material to resist tension / compression during elastic deformation.
Закон Гука - утверждение, согласно которому деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т.п.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Закон Гука может быть описан следующей формулой: σ=ε*Е, где σ - это нормальное напряжение в поперечном сечении, равное силе F, приложенной к сечению упругого тела, деленной на величину поперечного сечения S, ε - относительное удлинение, равное удлинению упругого тела Δl в направлении и под действием приложенной силы, деленному на длину упругого тела l в направлении приложенной силы.Hooke's law is a statement according to which the deformation arising in an elastic body (spring, rod, cantilever, beam, etc.) is proportional to the force applied to this body. Hooke's law can be described by the following formula: σ = ε * E, where σ is the normal stress in the cross section equal to the force F applied to the cross section of the elastic body divided by the cross section S, ε is the relative elongation equal to the elongation of the elastic body Δl in the direction and under the action of the applied force divided by the length of the elastic body l in the direction of the applied force.
Коэффициент Пуассона, обозначаемый как µ, - это величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению.The Poisson's ratio, denoted by µ, is the ratio of the relative transverse compression to the relative longitudinal tension.
Биаксиальный модуль, обозначаемый как М, - это величина, вычисляемая по формуле M=E/(1-µ).The biaxial module, denoted as M, is a value calculated by the formula M = E / (1-µ).
ИК излучение - это электромагнитное излучение в интервале длин волн 0.7 µm - 1000 µm.IR radiation is electromagnetic radiation in the wavelength range 0.7 µm - 1000 µm.
Поглощение ИК излучения в слое материала, коэффициент поглощения которого не зависит от толщины, описывается законом Ламберта - Бера: Id=I0e-kd, где I0 - это интенсивность излучения, входящего в слой материала, Id - это интенсивность излучения после прохождения слоя толщиной d, k - коэффициент поглощения1. Если абсорбционные свойства материала не зависят от толщины слоя, изготовленного из этого материала, то коэффициент поглощения зависит только от длины волны и не зависит от толщины слоя.The absorption of IR radiation in a layer of material, the absorption coefficient of which is independent of thickness, is described by the Lambert – Behr law: I d = I 0 e -kd , where I 0 is the intensity of the radiation entering the material layer, I d is the radiation intensity after passage of a layer of thickness d, k is the absorption coefficient 1 . If the absorption properties of the material do not depend on the thickness of the layer made of this material, then the absorption coefficient depends only on the wavelength and does not depend on the thickness of the layer.
Под нитридом метала в описании данного изобретения понимаются как однофазные, так и многофазные соединения, имеющие как стехиометрический, так и нестехиометрический состав.Under the metal nitride in the description of this invention refers to both single-phase and multiphase compounds having both stoichiometric and non-stoichiometric composition.
Под нитридом, оксидом, окси-нитридом кремния в описании данного изобретения понимаются как гидрогенизированные, так и негидрогенизированные соединения кремния, имеющие аморфную структуру и имеющие как стехиометрический, так и нестехиометрический состав.Silicon nitride, oxide, oxy nitride in the description of this invention refers to both hydrogenated and non-hydrogenated silicon compounds having an amorphous structure and having both a stoichiometric and non-stoichiometric composition.
Структура для детектирования ИК излучения включает в себя минимум один температурный детектор на микро-мембране, находящейся над поверхностью подложки. Микро-мембрана подвешена над поверхностью подожки посредством ножек и колонн. Ножки - это удлиненный элемент, имеющий низкую теплопроводность для обеспечения термоизоляции микро-мембраны и температурного детектора, находящегося на ней от подложки. Один конец каждой ножки соединен с микро-мембраной, другой конец ножки соединен с соответствующей колонной, обеспечивающей зазор между поверхностью подложки и микро-мембраной. Ножки совместно с колоннами обеспечивают электрическое соединение с электронными компонентами (цепями) на подложке, предназначенными для считывания данных с температурного детектора. Для улучшения чувствительности температурного детектора ИК излучения может использоваться абсорбер ИК излучения, термически связанный с температурным детектором ИК излучения. ИК излучение может поглощаться как абсорбером, так и самим температурным детектором и/или материалом микро-мембраны. Кроме того, поверхность подложки под микромембраной может быть покрыта материалом, отражающим ИК излучение для повышения процента поглощения ИК излучения, преобразованного температурным детектором. Микро-мембрана, интегрально соединенные с ней ножки, температурный детектор, расположенный на ней, образуют планарную структуру. Эта планарная структура также может включать в себя абсорбер.The structure for detecting infrared radiation includes at least one temperature detector on a micro-membrane located above the surface of the substrate. The micro-membrane is suspended above the surface of the legs through the legs and columns. The legs are an elongated element that has low thermal conductivity to provide thermal insulation of the micro-membrane and the temperature detector located on it from the substrate. One end of each leg is connected to the micro-membrane, the other end of the leg is connected to the corresponding column, providing a gap between the surface of the substrate and the micro-membrane. The legs together with the columns provide electrical connection with electronic components (circuits) on the substrate, designed to read data from a temperature detector. To improve the sensitivity of the temperature detector of IR radiation, an IR absorber thermally coupled to a temperature detector of IR radiation can be used. IR radiation can be absorbed by both the absorber and the temperature detector itself and / or the micro-membrane material. In addition, the surface of the substrate under the micro-membrane can be coated with a material that reflects IR radiation to increase the percentage of absorption of IR radiation converted by the temperature detector. The micro-membrane, the legs integrally connected to it, the temperature detector located on it form a planar structure. This planar structure may also include an absorber.
Такая структура может быть изготовлена с использованием тонкопленочных технологий, широко распространенных в полупроводниковой промышленности. Как правило, для упрощения технологического процесса один слой материала структурируется таким образом, что различные части этого слоя используются в различных частях изделия. Например, один диэлектрический слой может быть использован для формирования не только микро-мембраны но и ножек. Кроме того, правильно подобранный материал микро-мембраны позволяет ей функционировать как абсорбер. Такие материалы, как оксид, нитрид или окси-нитрид кремния, имеют абсорбционные пики в ИК диапазоне. Например вибрационные моды химических связей Si-N, Si-H и N-H вызывают соответствующие абсорбционные пики на длинах волн 11.76 мкм, 4.5 мкм и 2.99 мкм соответственно. Однако использование одного слоя в различных элементах структуры накладывает много требований к свойствам слоев. Например, если один слой диэлектрика используется для изготовления как микро-мембраны, так и ножек, и, кроме того, этот слой должен функционировать как абсорбер, то внутренние механические напряжения в этом слое должны быть оптимизированы таким образом, чтобы не вызывать изгиба ножек и микромембраны, кроме того, абсорбция слоя, использованного для изготовления микро-мембраны, в рабочем ИК диапазоне должна быть высокой, кроме того теплопроводность того же слоя, использованного для изготовления ножек, должна быть низкой для минимизации тепловых потерь через ножки.Such a structure can be fabricated using thin-film technologies widely used in the semiconductor industry. As a rule, to simplify the process, one layer of material is structured so that different parts of this layer are used in different parts of the product. For example, one dielectric layer can be used to form not only a micro-membrane but also legs. In addition, the properly selected material of the micro-membrane allows it to function as an absorber. Materials such as silicon oxide, nitride or hydroxy nitride have absorption peaks in the IR range. For example, the vibrational modes of Si-N, Si-H, and N-H chemical bonds cause the corresponding absorption peaks at wavelengths of 11.76 μm, 4.5 μm, and 2.99 μm, respectively. However, the use of one layer in various structural elements imposes many requirements on the properties of layers. For example, if one dielectric layer is used to produce both a micro-membrane and legs, and, in addition, this layer should function as an absorber, then the internal mechanical stresses in this layer should be optimized so as not to cause bending of the legs and micro-membrane in addition, the absorption of the layer used to make the micro-membrane in the working IR range should be high, in addition, the thermal conductivity of the same layer used for the manufacture of legs should be low to minimize heat ovyh loss through the legs.
Решение такой многоцелевой задачи оптимизации свойств слоев может оказаться, если не невыполнимой, то очень сложной. Одним из аспектов данного изобретения является снижение теплопроводности диэлектрических слоев, используемых в ножках посредством прикладывания к ним напряжений растяжения. Снижение теплопроводности ножки, состоящей из трех слоев, где электропроводящий слой находится между двумя слоями диэлектриков, может быть достигнуто, когда электропроводящий слой изготовлен из жесткого материала, имеющего напряжения сжатия. В таком случае электропроводящий слой вызывает напряжения растяжения в диэлектрических слоях, которые, в свою очередь, снижают теплопроводность диэлектрических слоев. Этот эффект позволяет упростить задачу оптимизации, например если диэлектрический слой используется для изготовления ножек и микро-мембраны, кроме того, он должен обладать ещё и определенными абсорбционными свойствами в ИК диапазоне, то применение вышеупомянутого приема для снижения теплопроводности диэлектрических слоев позволяет оптимизировать параметры напыления диэлектрических слоев, прежде всего, для получения оптимальной абсорбции в ИК диапазоне и предотвращения изгиба микро-мембраны. Кроме того, безотносительно задач оптимизации, вышеупомянутый прием прикладывания напряжений растяжения к диэлектрическим слоям позволяет улучшать параметры детекторов (т.е. снижать теплопроводность ножек), изготавливаемых с использованием уже оптимизированных процессов. Для этого нужно оптимизировать внутренние напряжения в электропроводящем слое таким образом, чтобы он вызывал напряжения растяжения в соседних диэлектрических слоях.The solution to such a multi-purpose problem of optimizing the properties of layers can be, if not impossible, then very difficult. One aspect of the present invention is to reduce the thermal conductivity of the dielectric layers used in the legs by applying tensile stresses to them. Reducing the thermal conductivity of a three-layer leg, where the electrically conductive layer is located between two layers of dielectrics, can be achieved when the electrically conductive layer is made of a rigid material having compression stresses. In this case, the electrically conductive layer causes tensile stresses in the dielectric layers, which, in turn, reduce the thermal conductivity of the dielectric layers. This effect makes it possible to simplify the optimization problem, for example, if the dielectric layer is used to make legs and a micro-membrane, in addition, it must also have certain absorption properties in the infrared range, then using the aforementioned technique to reduce the thermal conductivity of the dielectric layers allows optimizing the deposition parameters of the dielectric layers First of all, in order to obtain optimal absorption in the IR range and to prevent the bending of the micro-membrane. In addition, regardless of optimization problems, the aforementioned technique for applying tensile stresses to dielectric layers allows one to improve the parameters of detectors (i.e., reduce the thermal conductivity of legs) manufactured using already optimized processes. To do this, it is necessary to optimize the internal stresses in the electrically conductive layer so that it causes tensile stresses in adjacent dielectric layers.
В свою очередь, задача оптимизации изготовления структур для детектирования ИК излучения может включать в себя следующие этапы. Сначала создается библиотека технологических процессов для нанесения слоев, используемых для изготовления структур. В эту библиотеку входят не только технологические параметры нанесения, но и свойства слоев, которые были нанесены в результате использования этих технологических процессов. Свойства слоев в библиотеке включают в себя свойства, которые учитываются аддитивно при анализе характеристик структур для детектирования ИК излучения. Например, знание коэффициентов преломления и абсорбции материалов позволяет вычислить спектр поглощения микро-мембраны и/или абсорбера, состоящих из нескольких слоев материалов, свойства которых занесены в библиотеку вместе с соответствующими параметрами напыления. Кроме того, в библиотеке могут быть сохранены такие механические свойства слоев, такие как значения биаксиальных модулей и внутренних напряжений. Эти параметры, в свою очередь, позволяют выбрать оптимальные значения толщин слоев для получения вышеупомянутого эффекта снижения теплопроводности ножек, которые также позволяют избежать недопустимую деформацию микромембраны.In turn, the task of optimizing the manufacture of structures for detecting IR radiation may include the following steps. First, a library of technological processes is created for applying the layers used for the manufacture of structures. This library includes not only the technological parameters of application, but also the properties of the layers that were deposited as a result of using these technological processes. The properties of the layers in the library include properties that are additively taken into account when analyzing the characteristics of structures for detecting IR radiation. For example, knowledge of the refractive indices and absorption of materials allows us to calculate the absorption spectrum of a micro-membrane and / or absorber, consisting of several layers of materials whose properties are listed in the library along with the corresponding spraying parameters. In addition, the mechanical properties of the layers, such as the values of biaxial modules and internal stresses, can be stored in the library. These parameters, in turn, allow you to select the optimal values of the thicknesses of the layers to obtain the aforementioned effect of reducing the thermal conductivity of the legs, which also avoid unacceptable deformation of the micromembrane.
После создания библиотеки проводится подбор слоев, которые согласно расчету/математическому моделированию могут обеспечить заданные характеристики одного или нескольких элементов конструкции структур для детектирования ИК излучения. Один или несколько элементов конструкции с вышеупомянутыми характеристиками позволяют изготовить структуру для детектирования ИК излучения с заданными характеристиками. Например заранее измеренные коэффициенты абсорбции и преломления отдельных слоев позволяют смоделировать абсорбцию многослойной структуры, состоящих из нескольких слоев, т.е. абсорбцию ИК излучения в структуре для детектирования ИК излучения. Подбор слоев может также проводиться с учетом максимизации вышеупомянутого эффекта снижения теплопроводности ножек. Знание механических свойств отдельных слоев, используемых для изготовления ножек, позволяет аналитически решить задачу многоцелевой оптимизации, согласно которой выбранные слои для изготовления ножек должны обеспечивать отсутствие недопустимой деформации ножек и одновременно обеспечивать максимизацию вышеупомянутого эффекта снижения теплопроводности ножек (т.е. использовать электропроводящий, слой используемый для формирования ножек, для создания напряжений растяжения в граничащих с ним диэлектрических слоях). Кроме того, задача многоцелевой оптимизации может включать в себя задачу получения требуемой абсорбции в рамках вышеупомянутого моделирования абсорбции, если хотя бы один слой используется для формирования как ножек, так и элементов конструкции структуры для детектирования ИК излучения, которые абсорбируют ИК излучение и передают абсорбированное ИК излучение температурному детектору (например, микро-мембрана и/или абсорбер). В дальнейшем проводятся изготовление структур и измерение их характеристик. На этом этапе осуществляется измерение не только характеристик, которые были ранее смоделированы на основе свойств материалов (например, спектра поглощения), но и характеристик которые определяются на основе сложных эффектов, обусловленных взаимным влиянием процессов, происходящих в слоях (например, теплопроводность ножек). Теплопроводность ножек, состоящих из нескольких слоев, помимо прочих факторов определяется длиной пробега фононов, переносящих тепло, которая сопоставима с размерами сечения ножек, рассеянием фононов на границах слоев, а таке вышеупомянутым эффектом снижения теплопроводности в диэлектрических слоях. Так же на этом этапе может проводиться измерение интегральных характеристик структуры для детектирования ИК излучения таких, как, например, чувствительность в рабочем диапазоне.After creating the library, layers are selected that, according to calculation / mathematical modeling, can provide the specified characteristics of one or more structural elements of structures for detecting infrared radiation. One or more structural elements with the aforementioned characteristics make it possible to fabricate a structure for detecting infrared radiation with desired characteristics. For example, the previously measured absorption and refraction coefficients of individual layers make it possible to simulate the absorption of a multilayer structure consisting of several layers, i.e. absorption of IR radiation in the structure for detecting IR radiation. The selection of layers can also be carried out taking into account maximization of the above effect of reducing the thermal conductivity of the legs. Knowledge of the mechanical properties of the individual layers used for the manufacture of legs allows one to analytically solve the multi-purpose optimization problem, according to which the selected layers for the manufacture of legs should ensure that the legs are not unacceptably deformed and at the same time maximize the aforementioned effect of reducing the thermal conductivity of the legs (i.e. use an electrically conductive layer used to form legs, to create tensile stresses in the dielectric layers adjacent to it). In addition, the task of multi-purpose optimization may include the task of obtaining the required absorption in the framework of the above absorption modeling, if at least one layer is used to form both legs and structural elements of the structure for detecting IR radiation, which absorb IR radiation and transmit absorbed IR radiation temperature detector (e.g. micro-membrane and / or absorber). Subsequently, structures are made and their characteristics measured. At this stage, not only the characteristics that were previously modeled on the basis of the properties of the materials (e.g., absorption spectrum) are measured, but also the characteristics that are determined on the basis of complex effects due to the mutual influence of the processes occurring in the layers (e.g. thermal conductivity of the legs). The thermal conductivity of the legs consisting of several layers, among other factors, is determined by the mean free path of the phonons that transfer heat, which is comparable with the size of the cross section of the legs, the scattering of phonons at the boundaries of the layers, and the aforementioned effect of reducing thermal conductivity in dielectric layers. Also at this stage, the measurement of the integral characteristics of the structure for detecting IR radiation, such as, for example, sensitivity in the operating range, can be carried out.
Если в результате измерений установлено, что характеристики структур не соответствуют заданным, то проводятся подбор новой комбинации слоев и/или оптимизация толщин уже выбранных слоев. В дальнейшем изготавливаются новые структуры с учетом внесенных изменений.If, as a result of measurements, it is established that the characteristics of the structures do not correspond to the specified ones, then a new combination of layers is selected and / or the thicknesses of the already selected layers are optimized. In the future, new structures are made taking into account the changes made.
Процесс такой итерационной оптимизации может повторятся несколько раз, пока измеренные характеристики вновь изготовленных структур не будут соответствовать заданным значениям (например, не будут в заданных интервалах) или пока этот итерационный процесс не выйдет на насыщение, т.е. изменения (улучшения) одной или нескольких характеристик, полученные в результате очередной итерации, будут являются незначительными (например, когда относительное изменение одной или нескольких характеристик меньше определенного значения).The process of such iterative optimization can be repeated several times until the measured characteristics of the newly fabricated structures correspond to the specified values (for example, will not be in the given intervals) or until this iterative process reaches saturation, i.e. changes (improvements) in one or more characteristics resulting from the next iteration will be insignificant (for example, when the relative change in one or more characteristics is less than a certain value).
Электропроводящий слой, расположенный между слоями диэлектриков в ножках, может быть изготовлен из любого электропроводящего жесткого стабильного материала, способного вызвать напряжения растяжения в соседних диэлектрических слоях, которые приводят к снижению их теплопроводности. Подходящими материалами могут быть нитриды переходных металлов четвертой, пятой или шестой групп Периодической системы химических элементов, такие как титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, гафний, тантал или вольфрам. Электропроводящий слой может быть изготовлен также из твердых растворов или сплавов данных металлов или их нитридов. Кроме того, электропроводящий слой может быть многослойным, т.е. состоять из нескольких электропроводящих слоев. Электропроводящий слой может быть нанесен методом магнетронного напыления, методом плазмохимического газофазного осаждения или методом распыления мишени ионным пучком. В качестве источника ионного пучка может быть использован источник Кауфмана. Нитриды металлов могут быть напылены с использованием мишеней из соответствующих нитридов металлов или методом реактивного напыления. В случае реактивного напыления с использованием ионного пучка азот может напускаться непосредственно в вакуумную камеру, где проводится напыление, и/или может использоваться дополнительный источник ионного пучка для азотирования поверхности выращиваемого слоя.The electrically conductive layer located between the layers of dielectrics in the legs can be made of any electrically conductive hard, stable material that can cause tensile stresses in adjacent dielectric layers, which lead to a decrease in their thermal conductivity. Suitable materials may be nitrides of transition metals of the fourth, fifth or sixth groups of the Periodic system of chemical elements, such as titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, tantalum or tungsten. The electrically conductive layer may also be made of solid solutions or alloys of these metals or their nitrides. In addition, the electrically conductive layer may be multilayer, i.e. consist of several electrically conductive layers. The electrically conductive layer can be deposited by magnetron sputtering, by plasma-chemical gas-phase deposition, or by sputtering a target with an ion beam. As a source of an ion beam, a Kauffman source can be used. Metal nitrides can be sprayed using targets from the corresponding metal nitrides or by reactive spraying. In the case of reactive sputtering using an ion beam, nitrogen can be injected directly into the vacuum chamber where the sputtering is carried out, and / or an additional ion beam source can be used to nitrate the surface of the grown layer.
Диэлектрические слои могут быть изготовлены, например, из нитрида, оксида или окси-нитрида кремния. Каждый из диэлектрических слоев может быть многослойным, т.е. состоять из нескольких диэлектрических слоев. Диэлектрические слои могут быть нанесены методом магнетронного напыления, методом плазмохимического газофазного осаждения или методом распыления мишени ионным пучком. Для нейтрализации заряда поверхности распыляемой мишени и/или поверхности подложки, на которую проводится напыление, может использоваться вспомогательный источник электронов. Нитриды, оксиды и окси-нитриды кремния могут быть нанесения с использованием мишеней из соответствующих нитридов, оксидов и окси-нитридов кремния или методом реактивного напыления. В случае реактивного напыления с использованием ионного пучка азот и/или кислород могут напускаться в вакуумную камеру, где проводится напыление, и/или может использоваться дополнительный источник ионного пучка для азотирования и/или окисления поверхности выращиваемого слоя.The dielectric layers can be made, for example, of silicon nitride, oxide or hydroxy nitride. Each of the dielectric layers can be multilayer, i.e. consist of several dielectric layers. The dielectric layers can be deposited by magnetron sputtering, by plasma-chemical vapor-phase deposition, or by sputtering a target with an ion beam. An auxiliary electron source may be used to neutralize the charge on the surface of the sputtered target and / or on the surface of the substrate to be sputtered. Silicon nitrides, oxides and oxy-nitrides can be deposited using targets from the corresponding silicon nitrides, oxides and oxy-nitrides or by reactive spraying. In the case of reactive sputtering using an ion beam, nitrogen and / or oxygen can be injected into the vacuum chamber where the sputtering is carried out, and / or an additional ion beam source can be used to nitrate and / or oxidize the surface of the grown layer.
Для создания напряжений растяжения в слоях диэлектриков, прилегающих к электропроводящему слою в ножках может быть использован следующий процесс: формирование жертвенного слоя на подложке; формирование ножек на жертвенном слое; удаление жертвенного слоя. Формирование ножек включает в себя: последовательное формирование на жертвенном слое одного из диэлектрических слоев, формирование на сформированном диэлектрическом слое электропроводящего слоя, имеющего напряжение сжатия, формирование другого диэлектрических слоя на электропроводящем слое. При таком изготовлении ножек электропроводящий слой вызывает напряжения растяжения в прилегающих диэлектрических слоях после удаления жертвенного слоя. Для нанесения диэлектрических слоев наиболее предпочтительным является использование процессов напыления, позволяющих получать ненапряженные слои диэлектриков на подложке.To create tensile stresses in the layers of dielectrics adjacent to the electrically conductive layer in the legs, the following process can be used: formation of a sacrificial layer on a substrate; the formation of legs on the sacrificial layer; removal of the sacrificial layer. The formation of the legs includes: sequentially forming one of the dielectric layers on the sacrificial layer, forming an electrically conductive layer having a compressive stress on the formed dielectric layer, and forming another dielectric layer on the electrically conductive layer. With this manufacture of legs, the electrically conductive layer causes tensile stresses in adjacent dielectric layers after removal of the sacrificial layer. For deposition of dielectric layers, it is most preferable to use spraying processes to obtain unstressed layers of dielectrics on a substrate.
Механические свойства слоев, использованных для изготовления ножек, могут удовлетворять следующим правилам, позволяющим оптимизировать ножки таким образом, чтобы их изгиб являлся незначительным и/или планарность и параллельность микро-мембраны относительно поверхности подложки не были нарушены:The mechanical properties of the layers used to make the legs can satisfy the following rules, which optimize the legs so that their bending is insignificant and / or the planarity and parallelism of the micro-membrane relative to the substrate surface are not violated:
1. |M1*d1-M2*d2|/(M1*d1+M2*d2)<0.1, где "| |" операция вычисления модуля, т.е. абсолютного значения величины; M1 и d1 являются биаксиальным модулем и толщиной первого диэлектрического слоя, примыкающего к одной поверхности электропроводящего слоя ножек; М2 и d2 являются биаксиальным модулем и толщиной второго диэлектрического слоя, примыкающего к противоположной поверхности электропроводящего слоя ножек. В отдельных случаях предпочтителен более жесткий критерий: 1 M1*d1-M2*d2 1/(M1*d1+M2*d2)<0.05. Эти критерии применимы, когда в первом и втором диэлектрическом слоях отсутствуют внутренние напряжения непосредственно после их напыления, и до того момента, когда в процессе изготовления пикселя внутренние напряжения сжатия в электропроводящем слое вызывают напряжения растяжения во фрагментах первого и второго диэлектрических слоев, использованных для формирования ножек. Кроме того, эти критерии применимы, когда во фрагментах электропроводящего слоя, использованных для изготовления ножек, отсутствует градиент внутренних напряжений по толщине электропроводящего слоя.1. | M 1 * d 1 -M 2 * d 2 | / (M 1 * d 1 + M 2 * d 2 ) <0.1, where "| |" module calculation operation, i.e. absolute value of a quantity; M 1 and d 1 are the biaxial module and the thickness of the first dielectric layer adjacent to one surface of the electrically conductive layer of the legs; M 2 and d 2 are a biaxial module and the thickness of the second dielectric layer adjacent to the opposite surface of the electrically conductive layer of the legs. In some cases, a more stringent criterion is preferable: 1 M 1 * d 1 -M 2 *
2. M1*d1>M2*d2, этот критерий применим, когда внутренние напряжения сжатия в электропроводящем слое существенно изменяются по толщине слоя, когда абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе с первым диэлектрическим слоем, имеющем биаксиальный модуль M1 и толщину d1, больше чем абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе со вторым диэлектрическим слоем, имеющем биаксиальный модуль М2 и толщину d2. Вышеупомянутый критерий может быть сформулирован и для "зеркального случая", когда абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе с первым диэлектрическим слоем, меньше чем абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе со вторым диэлектрическим слоем. В таком случае M1*d1<M2*d2. Критерии пункта 2 применимы, когда в первом и втором диэлектрическом слоях отсутствуют внутренние напряжения непосредственно после их напыления, и до того момента, когда в процессе изготовления пикселя внутренние напряжения сжатия в электропроводящем слое вызывают напряжения растяжения во фрагментах первого и второго диэлектрических слоев, использованных для формирования ножек.2. M 1 * d 1 > M 2 * d 2 , this criterion is applicable when the internal compressive stresses in the electrically conductive layer change substantially along the thickness of the layer, when the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the interface with the first dielectric layer having a biaxial module M 1 and a thickness d 1 greater than the absolute value of the compression stresses in the electrically conductive layer at the interface with the second dielectric layer having a biaxial module M 2 and a thickness d 2 . The aforementioned criterion can also be formulated for the “mirror case” when the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the boundary with the first dielectric layer is less than the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the boundary with the second dielectric layer. In this case, M 1 * d 1 <M 2 * d 2 . The criteria of
Слои без градиентов внутренних напряжений могут быть получены в результате следующего процесса оптимизации процесса нанесения. Сначала наносятся минимум два слоя различной толщины. Толщина одного слоя является номинальной, т.е. равной толщине слоя, который используется для изготовления структуры для детектирования ИК излучения. Остальные слои, в дальнейшем называемые тестовыми, имеют толщины, которые меньше толщины номинального соля. Например можно использовать минимум один тестовый слой, имеющий толщину в интервале 30 - 40% от номинальной толщины. Если значения внутренних напряжений, измеренных при помощи формулы Стони2 в слое и всех тестовых слоях не лежат в заданном интервале (например, заданное значение +/-5%), то проводится оптимизация процесса нанесения слоев в результате которой выбираются один или несколько подстроечных технологических параметров нанесения, которые изменяются в процессе нанесения слоев таким образом, что значения внутренних напряжений в слое и всех тестовых слоях лежат в заданном интервале. Например, в качестве подстроечных технологических параметров можно использовать частоту разряда плазмы или соотношение периодов возбуждения плазмы на различных частотах для процессов плазмохимического газофазного осаждения (CVD) напыления слоев3. В свою очередь, для процессов газофазного нанесения слоев (PVD) можно использовать интенсивность ионной бомбардировки поверхности напыляемого слоя (ion assistance) в качестве подстроечного параметра.Layers without gradients of internal stresses can be obtained as a result of the following process of optimization of the deposition process. First, at least two layers of different thicknesses are applied. The thickness of one layer is nominal, i.e. equal to the thickness of the layer that is used to make the structure for detecting IR radiation. The remaining layers, hereinafter referred to as test layers, have thicknesses that are less than the thickness of the nominal salt. For example, you can use at least one test layer having a thickness in the range of 30-40% of the nominal thickness. If the values of internal stresses measured using the Stoney formula 2 in the layer and all test layers do not lie in a predetermined interval (for example, a preset value of +/- 5%), then the process of applying the layers is optimized, as a result of which one or more tuning technological parameters are selected deposition, which change during the deposition of layers in such a way that the values of internal stresses in the layer and all test layers lie in a given interval. For example, as the tuning technological parameters, you can use the frequency of the plasma discharge or the ratio of the periods of the excitation of the plasma at different frequencies for processes of plasma-chemical gas-phase deposition (CVD) deposition of layers 3 . In turn, for processes of gas-phase deposition of layers (PVD), the intensity of ion bombardment of the surface of the sprayed layer (ion assistance) can be used as a tuning parameter.
Реализация данного изобретения и преимущества, которые вытекают из него, станут более отчетливо очевидными в результате рассмотрения иллюстративных примеров, которые следуют ниже, приведенных только для сведения, но не означающих ограничения, подкрепленных приложенными чертежами.The implementation of this invention and the advantages that arise from it will become more clearly apparent as a result of consideration of illustrative examples, which follow below, are given for information only, but do not mean limitations, supported by the attached drawings.
На чертежах:In the drawings:
Фиг. 1а - 13а иллюстрируют сечение колонны на подложке на различных этапах изготовления структуры;FIG. 1a - 13a illustrate a cross-section of a column on a substrate at various stages of fabrication of a structure;
Фиг. 1б - 13б иллюстрируют сечение микро-мембраны, температурного детектора, абсорбера, ножек и подложки на различных этапах изготовления структуры;FIG. 1b to 13b illustrate a cross section of a micro-membrane, a temperature detector, an absorber, legs, and a substrate at various stages of fabrication of the structure;
Фиг. 14 иллюстрирует вид сверху пикселя, оснащенным температурным детектором;FIG. 14 illustrates a top view of a pixel equipped with a temperature detector;
Фиг. 15 иллюстрирует трехмерное изображение пикселя, оснащенным температурным детектором;FIG. 15 illustrates a three-dimensional image of a pixel equipped with a temperature detector;
Фиг. 16 иллюстрирует внутренние напряжения и значения биаксиального модуля в слоях нитрида кремния в зависимости от толщин пленок;FIG. 16 illustrates the internal stresses and values of a biaxial module in silicon nitride layers as a function of film thicknesses;
Фиг. 17 иллюстрирует внутренние напряжения и значения биаксиального модуля в слоях нитрида титана в зависимости от толщин пленок;FIG. 17 illustrates the internal stresses and values of the biaxial module in titanium nitride layers as a function of film thicknesses;
Фиг. 18 иллюстрирует внутренние напряжения и значения биаксиального модуля в слоях нитрида титана в зависимости от толщин пленок;FIG. 18 illustrates the internal stresses and values of the biaxial module in titanium nitride layers as a function of film thicknesses;
Фиг. 19а и 19б иллюстрируют тестовую структуру для выявления градиента внутренних напряжений в слоях различных материалов;FIG. 19a and 19b illustrate a test structure for detecting a gradient of internal stresses in layers of various materials;
Фиг. 20а и 20в иллюстрируют тестовые структуры после удаления жертвенного слоя, для пленок с различными градиентами внутренних напряжений по толщине;FIG. 20a and 20c illustrate test structures after removal of the sacrificial layer, for films with different thickness gradients of internal stresses;
Фиг. 21а и 21в иллюстрируют тестовую структуру для измерения биаксиальных модулей материалов;FIG. 21a and 21b illustrate a test structure for measuring biaxial modules of materials;
Фиг. 22 иллюстрирует диаграмму последовательности этапов оптимизации изготовления пикселя;FIG. 22 illustrates a flowchart for optimizing pixel manufacturing;
Фиг. 23 иллюстрирует матрицу пикселей;FIG. 23 illustrates a pixel array;
Фиг. 24 иллюстрирует матрицу пикселей.FIG. 24 illustrates a pixel matrix.
Фиг. 1а - 13а и Фиг. 1б - 13б иллюстрируют сечения колонны, ножек, микромембраны, температурного детектора, подложки и абсорбера в процессе изготовления пикселя оснащенного температурным детектором. Как будет показано далее, пиксели могут быть объединены в матрицу пикселей, позволяющую получать изображение в ИК диапазоне. На начальном этапе на подложке 100 формируются электронные цепи и логические транзисторные элементы 102 для считывания состояния температурного детектора. В случае, когда в качестве температурного детектора используется слой оксида ванадия с высоким температурным коэффициентом электрического сопротивления, электронные цепи и логические транзисторные элементы сконфигурированы для измерения электрического сопротивления слоя оксида ванадия. На фиг. 1а также показан алюминиевый контакт 101 электрических цепей, на котором будет впоследствии сформирована колонна, поддерживающая микро-мембрану. Как будет также проиллюстрировано дальше, электрический контакт температурного детектора с электрическими цепями осуществляется через алюминиевый контакт 101 и колонну, сформированную на нем.FIG. 1a - 13a and FIG. 1b to 13b illustrate cross-sections of a column, legs, micro-membrane, temperature detector, substrate, and absorber during the manufacturing process of a pixel equipped with a temperature detector. As will be shown below, pixels can be combined into a matrix of pixels, which allows to obtain an image in the infrared range. At the initial stage, electronic circuits and
Фиг. 2а и фиг. 2б иллюстрируют следующий этап изготовления пикселя: нанесение и структурирование слоя ИК рефлектора. Часть слоя 103б выполняет функцию ИК рефлектора, другая часть слоя 103а выполняет защитную функцию алюминиевого контакта 101, также она может улучшать адгезию материалов, из которых изготавливается колонна. Этот слой может быть изготовлен из различных металлов, имеющих хорошую отражательную способность в ИК диапазоне. Например этот слой может быть изготовлен из титана, никеля, хрома или никель-хромового сплава. Также этот слой может быть многослойным и может состоять из нескольких металлических слоев. Этот слой может быть нанесен методом магнетронного напыления, методом распыления мишени ионным пучком или термического испарения.FIG. 2a and FIG. 2b illustrate the next step in manufacturing a pixel: applying and structuring an IR reflector layer. Part of the layer 103b performs the function of an IR reflector, another part of the
Фиг. 3а и фиг. 3б иллюстрируют дальнейший этап изготовления пикселя. На этом этапе формируется и структурируется жертвенный слой 104. Он может быть структурирован через маску из структурированного слоя 105 методом плазмохимического травления в кислородной или кислород-водородной плазме. В результате структурирования жертвенного слоя формируется окно над контактом 101. Дно сформированного окна открывает поверхность контакта 101, если элемент 103а не был сформирован, или поверхность элемента 103а, если он был сформирован.FIG. 3a and FIG. 3b illustrates a further step in manufacturing a pixel. At this stage, a
В качестве жертвенного слоя может быть использованы органические материалы типа полиимидов, фоторезистов или неорганические материалы на основе низкотемпературных стекол, полученных методом плазмохимического газофазного осаждения или центрифугирования из растворов. Слой 105 может быть удален после структурирования жертвенного слоя 104.As the sacrificial layer, organic materials such as polyimides, photoresists, or inorganic materials based on low-temperature glasses obtained by plasma-chemical gas-phase deposition or centrifugation from solutions can be used.
Если слой 105 не удален после структурирования жертвенного слоя, то его части могут быть использованы для изготовления ножек и/или микромембраны.If the
В качестве альтернативного варианта может быть использован фоточувствительный жертвенный слой. В таком случае процесс структурирования такого слоя не требует использования маски 105. Структурирование фоточувствительного слоя осуществляется также как структурирование фоторезиста, т.е. методом засветки с последующей проявкой и термообработкой.As an alternative, a photosensitive sacrificial layer can be used. In this case, the process of structuring such a layer does not require the use of a
В зависимости от обработки жертвенного слоя и/или процесса структурирования жертвенного слоя стенки сформированного окна могут быть вертикальными или, как показано на фиг. 3а, наклонными. Наклонные стенки можно получить в результате проявления фоточувствительного жертвенного слоя с последующей термообработкой или методом оптимизации процесса травления.Depending on the processing of the sacrificial layer and / or the process of structuring the sacrificial layer, the walls of the formed window may be vertical or, as shown in FIG. 3a, inclined. Inclined walls can be obtained by developing a photosensitive sacrificial layer, followed by heat treatment or by optimizing the etching process.
Толщина жертвенного слоя определяется ИК диапазоном, в котором должен работать пиксель. Например, если пиксель рассчитан на работу в ИК диапазоне 8-12 мкм, то толщина жертвенного слоя над рефлектором 103б выбирается в интервале 1.7-2 мкм. Наилучшим вариантом является толщина жертвенного слоя над рефлектором, равная четверти длины волны, являющейся средним арифметическим значением длин волн, являющимися граничными длинами волн рабочего ИК диапазона прибора.The thickness of the sacrificial layer is determined by the IR range in which the pixel should work. For example, if a pixel is designed to operate in the IR range of 8-12 μm, then the thickness of the sacrificial layer above the reflector 103b is selected in the range of 1.7-2 μm. The best option is the thickness of the sacrificial layer above the reflector, equal to a quarter of the wavelength, which is the arithmetic mean of the wavelengths, which are the boundary wavelengths of the working infrared range of the device.
После структурирования жертвенного слоя 104, как показано на фиг. 3а и фиг. 3б, производится напыление диэлектрического слоя 106 как показано на фиг. 4а и фиг. 4б. Как будет показано в дальнейшем, различные части этого слоя после структурирования будут использованы для изготовления ножек и микро-мембраны. В качестве альтернативы этот слой может использоваться для изготовления только микро-мембраны или ножек. Для этого слой 106 должен быть соответствующим образом структурирован. Если этот слой используется только для изготовления микро-мембраны, то часть этого слоя должна быть удалена в области структуры, сечение которой представлено на Фиг. 4а. Если этот слой используется только для изготовления ножек, то часть этого слоя должна быть удалена в области структуры, сечение которой представлено на Фиг. 4б.After structuring the
Иллюстрация следующего этапа изготовления приведена на Фиг. 5а и 5б. На маску из фоторезиста 107 производится нанесение слоя температурного детектора 108 и слоя защитного диэлектрика 109. Слой 109 не является обязательным элементом структуры. В отдельных вариантах структуры может использоваться только слой 108. Слой 108 может быть изготовлен из оксида ванадия VOx, где 1.7<х<1.9. Слои с таким химическим составом обладают негативным коэффициентом изменения электрического сопротивления в интервале 1.7-2.6% на градус Кельвина. Слой оксида ванадия может быть напылен методом реактивного ионно-лучевого распыления ванадиевой мишени, методом ионного распыления ванадиевой мишени с использованием вспомогательного ионного пучка ионов кислорода, направленного в сторону поверхности выращиваемой пленки, или методом реактивного импульсного магнетронного распыления. Впоследствии производится структурирование слоев 108 и 109 методом взрывной фотолитографии, как показано на фиг. 6а и 6б. В результате формируется структура из частей слоев 108 и 109, расположенных друг над другом, или только из части слоя 108, на слое 106 или 105 (в зависимости от опций технологического маршрута, описанных выше). Эта структура расположена над слоем 103б. В качестве альтернативы, слои 109 и 108 или, если слой 109 не используется, только слой 108 могут быть структурированы методом травления через маску из фоторезиста. Травление может быть осуществлено ионно-лучевым методом. Слой 108 может быть нанесен методом реактивного магнетронного напыления с использованием ванадиевой мишени в атмосфере аргона и кислорода или методом реактивного ионно-лучевого напыления с использованием ванадиевой мишени и ионного пучка из ионов аргона и кислорода для распыления ванадиевой мишени. Толщина слоя 108, использованного для формирования температурного детектора, может быть в интервале 50-150 нм.An illustration of the next manufacturing step is shown in FIG. 5a and 5b. A layer of a
На фиг. 7а и 7б проиллюстрировано формирование электрических контактов к слою термического детектора 109. Контакты могут быть изготовлены из любого металла, например ванадия, который обеспечивает омический контакт к слою 108. Для эффективного использования площади структуры термического детектора пара контактов 119 располагается вблизи противолежащих сторон структуры 108, как показано на фиг. 7б. Если в процессе изготовления используется слой 109, то перед формированием контактов 119 в слое 109 производится протравливание окон для контактов 119, как показано на фиг. 7б. Толщина слоя, использованного для формирования контактов 119, может быть в интервале 30-150 нм.In FIG. 7a and 7b illustrate the formation of electrical contacts to the layer of the
Следующий шаг формирования структуры приведен на фиг. 8а и 8б. Как показано на фиг. 8а, в слое 106 протравливается окно над контактом 103а. Это окно впоследствии обеспечивает формирование электрического контакта между контактом 101 и контактом 119. Окно открывает часть поверхности элемента 103а, как показано на фиг. 8а. Если элемент 103а не используется, то окно открывает часть поверхности контакта 101. Формирование окна производится в том случае, если в процессе изготовления используется слой 106.The next step of forming the structure is shown in FIG. 8a and 8b. As shown in FIG. 8a, a window is etched in the
На фиг. 9а и 9б приведен следующий шаг формирования структуры: напыление электропроводящего слоя 112. Этот слой не только обеспечивает электрический контакт между контактами 119 и 101, где контакт 101 может быть покрыть слоем 103а. Как будет показано дальше, часть этого слоя используется для формирования ножек, следовательно, для реализации эффекта снижения теплопроводности диэлектрических слоев ножек, этот слой должен быть изготовлен из жесткого, стабильного материала с высоким внутренним напряжением сжатия, которое в силу свойств материала не снижаются во времени.In FIG. 9a and 9b show the next step in the formation of the structure: deposition of an electrically
Подходящими материалами для изготовления слоя 112 могут быть нитриды переходных металлов четвертой, пятой или шестой групп Периодической системы химических элементов, такие как титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, гафний, тантал или вольфрам. Электропроводящий слой может быть изготовлен также из твердых растворов или сплавов данных металлов или их нитридов. Кроме того, электропроводящий слой может быть многослойным, т.е. состоять из нескольких электропроводящих слоев. Эти материалы могут быть получены методом реактивного магнетронного напыления в атмосфере азота и аргона с использованием мишеней из соответствующих металлов. Толщина слоя 112 может быть в диапазоне 10-100 нм.Suitable materials for the manufacture of
На фиг. 10а и 10б приведен следующий шаг формирования структуры: формирование несущего элемента 113 колонны 118. Как показано на фиг. 10а, материал этого элемента 113 покрывает дно и стенки окна, ранее сформированного в жертвенном слое. Кроме того, материал элемента 113 может образовывать манжету над жертвенным слоем по периметру окна в жертвенном слое. Элемент 113 может быть изготовлен методом магнетронного напыления алюминия или другого подходящего металла с последующим структурированием методом травления через маску из фоторезиста. Толщина слоя металла, использованного для формирования элемента 113, может быть в интервале 0.3-1.5 мкм.In FIG. 10a and 10b show the next step in the formation of the structure: the formation of the supporting
На фиг. 11а и 11б приведен следующий шаг формирования структуры: нанесения слоя диэлектрика 114. Как показано на фиг. 11а и 11б, диэлектрик покрывает электропроводящий слой 112 и элемент несущей колонны 113.In FIG. 11a and 11b show the next step in the formation of the structure: deposition of a
На фиг. 12а и 12б приведен следующий шаг формирования структуры: формирование структуры ножек 116. Этот шаг может быть осуществлен методом травления слоев 105, 106, 112, 114 через маску из фоторезиста. В результате формируются щели 115, разделяющие ножки 116 от микромембраны 117.In FIG. 12a and 12b show the next step in the formation of the structure: the formation of the structure of the
На фиг. 13а и 13б приведен следующий шаг формирования структуры: удаление жертвенного слоя 104. Этот шаг может быть осуществлен методом плазмохимического травления в атмосфере кислорода. В результате формируются микро-мембрана 117 и ножки 116, подвешенные над поверхностью подложки 100, или, в зависимости от конфигурации пикселя, над поверхностью слоя 102, включающего в себя электронные цепи и логические транзисторные элементы. Механическое соединение микромембраны с подложкой осуществляется ножками 116 и колоннами 118, как показано на виде сверху пикселя на фиг. 14. Элементы 103а, 103б, а так же детали рельефа поверхности микро-мембраны не показаны на фиг. 14 для большей наглядности изображения. На фиг. 14 приведены контуры структур 112а и 112б, изготовленных из электропроводящего слоя 112, контуры структур контактов 119, и контуры структурированных слоев 108 и 109. Фиг. 1а - 13а иллюстрируют этапы формирования элементов пикселя в сечении А-А, показанного на фиг.14. Фиг. 1б - 13б иллюстрируют этапы формирования элементов пикселя в сечении В-В, показанного на фиг. 14.In FIG. 13a and 13b show the next step in the formation of the structure: removal of the
На Фиг. 15 приведено трехмерное изображение пикселя, иллюстрирующее микро-мембрану 117 с температурным детектором. Термоизоляция микромембраны осуществляется при помощи пары ножек 116, которые, в свою очередь, соединены с парой колонн 118, поддерживающих все эти элементы над поверхностью подложки 100 с электронными цепями, логическими транзисторными элементами 102 и рефлектором 103б.In FIG. 15 is a three-dimensional image of a pixel illustrating a micro-membrane 117 with a temperature detector. Thermal insulation of the micro-membranes is carried out using a pair of
Как легко видеть из вышеприведенного описания процесса изготовления и фиг. 1а - 13а и фиг. 1б - 13б, различные фрагменты диэлектрических слоев 105, 106 и 114 могут использоваться для формирования ножек и/или микромембраны. Кроме того, в зависимости от абсорбционных свойств этих слоев в рабочем ИК диапазоне пикселя фрагменты этих слоев могут функционировать в качестве абсорбера. Также фрагменты слоев 109 и 108 могут функционировать в качестве абсорбера, если они поглощают излучение в рабочем ИК диапазоне пикселя. Например, в зависимости от конкретного технологического маршрута, ножки могут быть сформированы из фрагментов следующих групп слоев: 105, 106, 112, 114; или 106, 112, 114; или 105, 112, 114. В свою очередь, микро-мембрана, в зависимости от конкретного технологического маршрута, может быть сформирована из фрагментов следующих групп диэлектрических слоев: 105, 106, 114; или 106, 114; или 105, 114.It is easy to see from the above description of the manufacturing process and FIG. 1a - 13a and FIG. 1b - 13b, various fragments of the
Диэлектрические слои 105, 106, 109 и 114 могут быть изготовлены из различных диэлектриков, таких как оксид кремния, нитрид кремния или окси-нитрид кремния. Эти слои могут быть нанесены, например, методом магнетронного напыления или методом плазмохимического газофазного осаждения. Толщина этих слоев может быть в интервале 50-200 нм. Каждый из слоев, в свою очередь, может состоять из одного или нескольких слоев диэлектриков. Выбор слоев, их толщин, параметров напыления могут выбираться из соображений оптимальной абсорбции в диапазоне длин волн в котором должен работает детектор ИК излучения.The
Например процесс плазмохимического газофазного осаждения оксида кремния может быть оптимизирован подбором мощности разряда и значений потоков газов SiH4 и N2O. В зависимости от различных значений этих технологических параметров можно получить различные величины абсорбции в ИК диапазоне, обусловленные молекулярными связями Si-O, Si-Н и Si-O-H, имеющие максимумы на длинах волн 9.6 мкм, 4.4 мкм и 3 мкм соответственно. Аналогичным образом могут быть оптимизирована абсорбция в ИК диапазоне для нитрида кремния и окси-нитрида кремния, полученных в процессе плазмохимического газофазного осаждения.For example, the process of plasma-chemical gas-phase deposition of silicon oxide can be optimized by selecting the discharge power and the values of the gas flows SiH 4 and N 2 O. Depending on the different values of these technological parameters, various absorption values in the IR range can be obtained due to the molecular bonds Si-O, Si- H and Si-OH, having maxima at wavelengths of 9.6 μm, 4.4 μm and 3 μm, respectively. Similarly, absorption in the IR range for silicon nitride and silicon oxy nitride obtained by plasma-chemical gas-phase deposition can be optimized.
Внутренние напряжения в слоях вышеупомянутых диэлектриков могут быть также оптимизированы методом оптимизации технологических параметров роста слоев. Например при нанесении нитрида кремния в атмосфере SiH4 и NH3 увеличение потока SiH4 или увеличение мощности разряда вызывают увеличение напряжений сжатия, в то время как увеличения давления газов в процессе напыления позволяет снизить напряжения сжатия и даже получить слои, имеющие напряжения растяжения. Другую динамику показывает процесс нанесения оксида кремния методом плазмохимического газофазного осаждения в атмосфере N2O и SiH4. Увеличение потока SiH4 вызывает смещение внутренних напряжений слоев оксида кремния в сторону напряжений растяжения, в то время как увеличение мощности вызывает обратный эффект. В случае использования магнетронного напыления внутренние напряжения в слоях так же оптимизируются методом подбора технологических параметров. Как правило, слои нанесенные при низких давлениях газа имеют напряжения сжатия, а слои, нанесенные при высоких давлениях, имеют напряжения растяжения.Internal stresses in the layers of the aforementioned dielectrics can also be optimized by optimizing the technological parameters of layer growth. For example, when applying silicon nitride in an atmosphere of SiH 4 and NH 3, an increase in SiH 4 flux or an increase in discharge power causes an increase in compression stresses, while an increase in gas pressure during the deposition process can reduce compression stresses and even obtain layers having tensile stresses. Another dynamics is shown by the process of deposition of silicon oxide by the method of plasma-chemical gas-phase deposition in the atmosphere of N 2 O and SiH 4 . An increase in SiH 4 flux causes a shift in the internal stresses of the silicon oxide layers toward tensile stresses, while an increase in power causes the opposite effect. In the case of using magnetron sputtering, the internal stresses in the layers are also optimized by the selection of technological parameters. As a rule, layers deposited at low gas pressures have compressive stresses, and layers deposited at high pressures have tensile stresses.
Слои также могут иметь градиенты внутренних напряжений по толщине. Оптимизация технологических параметров может позволить минимизировать градиенты внутренних напряжений. В случае использования плазмохимических процессов осаждения из газовой фазы применение установок, использующих для генерации плазмы помимо высокочастотной (ВЧ) мощности на частоте 13.56 МГц или других кратных частотах также низкочастотную (НЧ) мощность на частотах 50-500 кГц, позволяет минимизировать градиенты внутренних напряжений в слоях. Более предпочтительным для генерации НЧ мощности является частотный интервал 100-300 кГц. Использование НЧ мощности для возбуждения плазмы позволяет получать слои с напряжениями сжатия, в то время как использование ВЧ мощности позволяет получать слои с напряжениями растяжения3. Соотношение продолжительности периодов времени, когда плазма попеременно возбуждается ВЧ или НЧ мощностью, позволяет контролировать внутренние напряжения в осажденных слоях. Увеличение процентного соотношения периодов времени, когда плазма возбуждается НЧ мощностью, позволяет снизить значения внутренних напряжений, т.е. снизить значения напряжений растяжения, или увеличить абсолютные значения напряжения сжатия, или перейти от напряжений растяжения к напряжениями сжатия, и т.д. Изменение соотношения временных интервалов возбуждения плазмы при помощи НЧ мощности и ВЧ мощности может быть осуществлено в процессе роста слоя, и, следовательно, может быть использовано для оптимизации параметров роста слоя для получения слоев без градиентов внутренних напряжений по толщине. Например, если слой, выращенный в процессе плазмохимического газофазного осаждения, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютная величина напряжений сжатия в части слоя смежной с подложкой больше чем абсолютная величина напряжений сжатия в приповерхностной части слоя, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине необходимо в процессе роста слоя увеличивать продолжительность периодов времени, когда плазма возбуждается НЧ мощностью, и уменьшать продолжительность периодов времени, когда плазма возбуждается ВЧ мощностью. В другом примере, если тонкая пленка, выращенная в процессе плазмохимического газофазного осаждения, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютная величина напряжения растяжения в части слоя, смежного с подложкой, больше чем абсолютная величина напряжений растяжения в приповерхностной части слоя, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине слоя необходимо в процессе роста пленки увеличивать продолжительность периодов времени, когда плазма возбуждается ВЧ мощностью, и уменьшать продолжительность периодов времени, когда плазма возбуждается НЧ мощностью.Layers can also have gradients of internal stresses in thickness. Optimization of process parameters can minimize internal stress gradients. In the case of using plasma-chemical processes of deposition from the gas phase, the use of installations using, in addition to high-frequency (HF) power at a frequency of 13.56 MHz or other multiple frequencies, also low-frequency (LF) power at frequencies of 50-500 kHz, to minimize the gradients of internal stresses in the layers . More preferred for generating low-frequency power is the frequency range of 100-300 kHz. The use of LF power to excite the plasma allows us to obtain layers with compression stresses, while the use of HF power allows us to obtain layers with tensile stresses 3 . The ratio of the length of time periods when the plasma is alternately excited by RF or LF power allows you to control the internal stresses in the deposited layers. An increase in the percentage of time periods when the plasma is excited by LF power can reduce the values of internal stresses, i.e. reduce the values of tensile stresses, or increase the absolute values of the compressive stress, or go from tensile stresses to compressive stresses, etc. Changing the ratio of the time intervals of plasma excitation using LF power and HF power can be carried out in the process of layer growth, and, therefore, can be used to optimize the layer growth parameters to obtain layers without gradients of internal stresses in thickness. For example, if a layer grown in the process of plasma-chemical gas-phase deposition, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses, when the absolute value of the compression stresses in the part of the layer adjacent to the substrate is greater than the absolute value of the compression stresses in the surface part of the layer, then for To minimize the gradient of internal stresses over the thickness, it is necessary to increase the duration of the time periods when the plasma is excited by low-frequency power during the layer growth enshat duration time periods, when the plasma is excited by RF power. In another example, if a thin film grown in the process of plasma-chemical gas-phase deposition, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses, when the absolute value of the tensile stress in the part of the layer adjacent to the substrate is greater than the absolute value of the tensile stress in the surface parts of the layer, then to minimize the gradient of internal stresses over the thickness of the layer, it is necessary to increase the duration of the time periods when the film grows PCA is excited by RF power and decrease the duration of periods of time when the plasma is excited by the LF output.
Аналогичный подход применим для минимизации градиентов внутренних напряжений по толщине в слоях (тонких пленках), полученных методом магнетронного напыления. В качестве подстроечного параметра, позволяющего минимизировать градиенты внутренних напряжений по толщине в слоях (тонких пленках), можно использовать значение ВЧ мощности, приложенного к держателю подложки. Например, если тонкая пленка, выращенная в процессе магнетронного напыления, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютное значение напряжений сжатия в части пленки, смежной с подложкой, больше чем абсолютное значение напряжений сжатия в приповерхностной части пленки, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине необходимо в процессе роста пленки увеличивать ВЧ мощность, приложенную к держателю подложки. В другом примере, если тонкая пленка, выращенная в процессе магнетронного напыления, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютное значение напряжений сжатия в части пленки, смежной с подложкой, меньше чем абсолютное значение напряжений сжатия в приповерхностной части пленки, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине необходимо в процессе роста пленки снижать ВЧ мощность, приложенную к держателю подложки.A similar approach is applicable to minimize the gradients of internal stresses over the thickness in layers (thin films) obtained by magnetron sputtering. As a tuning parameter to minimize the gradients of internal stresses across the thickness in the layers (thin films), you can use the value of the RF power applied to the substrate holder. For example, if a thin film grown during magnetron sputtering, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses, when the absolute value of the compression stresses in the part of the film adjacent to the substrate is greater than the absolute value of the compression stresses in the surface part of the film, then, to minimize the gradient of internal stresses over the thickness, it is necessary to increase the RF power applied to the substrate holder during film growth. In another example, if a thin film grown during magnetron sputtering, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses when the absolute value of the compressive stresses in the part of the film adjacent to the substrate is less than the absolute value of the compressive stresses in the surface part film, in order to minimize the gradient of internal stresses over the thickness, it is necessary to reduce the RF power applied to the substrate holder during film growth.
Также вышеупомянутый подход применим для минимизации градиентов внутренних напряжений по толщине в слоях (тонких пленках), полученных методом распыления мишени ионным пучком. В данном случае используется еще один источник ионов инертных газов, облучающий поверхность напыляемого слоя. В качестве подстроечного параметра, позволяющего минимизировать градиенты внутренних напряжений по толщине в слоях (тонких пленках), можно использовать интенсивность ионного пучка облучающего поверхность напыляемого слоя. Например, если тонкая пленка, выращенная в процессе напыления, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютное значение напряжений сжатия в части пленки, смежной с подложкой, больше, чем абсолютное значение напряжений сжатия в приповерхностной части пленки, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине необходимо в процессе роста пленки увеличивать интенсивность ионного пучка, облучающего поверхность напыляемого слоя. В другом примере если тонкая пленка, выращенная в процессе напыления, по ходу которого все технологические параметры оставались неизменными, имеет градиент внутренних напряжений, когда абсолютное значение напряжений сжатия в части, пленки смежной с подложкой, меньше, чем абсолютное значение напряжений сжатия в приповерхностной части пленки, то для минимизации градиента внутренних напряжений по толщине необходимо в процессе роста пленки снижать интенсивность ионного пучка, облучающего поверхность напыляемого слоя.Also, the aforementioned approach is applicable to minimize the gradients of internal stresses over the thickness in the layers (thin films) obtained by sputtering the target with an ion beam. In this case, another source of inert gas ions is used, which irradiates the surface of the sprayed layer. As a tuning parameter to minimize the gradients of internal stresses over the thickness in the layers (thin films), the intensity of the ion beam irradiating the surface of the sprayed layer can be used. For example, if a thin film grown during the deposition process, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses, when the absolute value of the compression stresses in the part of the film adjacent to the substrate is greater than the absolute value of the compression stresses in the surface part of the film, then, to minimize the gradient of internal stresses over the thickness, it is necessary to increase the intensity of the ion beam irradiating the surface of the sprayed layer during film growth. In another example, if a thin film grown during the deposition process, during which all technological parameters remained unchanged, has a gradient of internal stresses, when the absolute value of the compression stresses in the part adjacent to the substrate is less than the absolute value of the compression stresses in the surface part of the film , in order to minimize the gradient of internal stresses over the thickness, it is necessary to reduce the intensity of the ion beam irradiating the surface of the sprayed layer during film growth.
Применение этих технологий минимизации градиентов внутренних напряжений по толщине методом подстройки вышеупомянутых параметров в процессе роста пленки проиллюстрировано на фиг. 16-18. Каждая точка, приведенная на этих графиках, соответствует пленке, где толщина которой отложена на соответствующей горизонтальной оси, а внутренние напряжения - на соответствующей вертикальной. Значения внутренних напряжений в пленках были посчитаны по формуле Стони2 на основе измерений искривления подложки, вызванного внутренними напряжениями в пленке. В качестве подложек использовались тонкие специально приготовленные кремниевые пластины толщиной 100-200 мкм, имеющие кристаллическую ориентацию (100).The application of these technologies to minimize the gradients of internal stresses across the thickness by adjusting the above parameters during film growth is illustrated in FIG. 16-18. Each point shown in these graphs corresponds to a film, where the thickness is plotted on the corresponding horizontal axis, and internal stresses are on the corresponding vertical axis. The values of internal stresses in the films were calculated using the Stoney formula 2 based on measurements of the curvature of the substrate caused by internal stresses in the film. Thin specially prepared silicon wafers with a thickness of 100-200 μm and having a crystalline orientation of (100) were used as substrates.
Каждая точка на фиг. 16 соответствует пленке нитрида кремния, выращенной методом плазмохимического газофазного осаждения в реакторе с параллельными электродами и емкостным согласованием плазмы. График, обозначенный кружками, на фиг. 16 представляет собой внутренние напряжения в пленках нитрида кремния, выращенных при одних и тех же технологических параметрах: мощность разряда 100 ватт, поток SiH4 75 sccm (стандартный кубический сантиметр в минуту), поток NH3 500 sccm, давление газов в процессе напыления 77 Па, температура подложки 160°С, отношение периода времени, когда плазма возбуждается НЧ мощностью (ТНЧ), к суммарному периоду времени, когда плазма возбуждается ВЧ (ТВЧ) или НЧ (ТНЧ) мощностью, равно 0.5 (ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ)=0.5). Как наглядно показывает график, обозначенное кружками напряжение в тонких пленках сильно зависит от толщины, т.е. в пленках присутствует градиент внутренних напряжений по толщине. Для устранения градиентов внутренних напряжений была использовано изменение параметра ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ). В результате оптимизации был подобран режим, при котором параметр ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ) плавно снижался с 0.5 до 0.1 в процессе напыления пленки толщиной 200 нм. При напылении более тонких пленок параметр ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ) плавно снижался с 0.5 до соответствующего значения в интервале 0.1-0.5. Например в процессе напыления пленки толщиной 50 нм параметра ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ) плавно снижался с 0.5 до 0.36. Все пленки, выращенные в этом режиме с подстройкой параметра ТНЧ/(ТНЧ+ТВЧ) в процессе роста пленок, имеют одно и то же близкое к нулю значение внутренних напряжений, как наглядно показывает кривая, обозначенная треугольниками на фиг. 16.Each point in FIG. 16 corresponds to a silicon nitride film grown by plasma-chemical gas-phase deposition in a reactor with parallel electrodes and capacitive plasma matching. The graph indicated by circles in FIG. 16 represents the internal stresses in silicon nitride films grown under the same technological parameters: discharge power of 100 watts, SiH 4 stream 75 sccm (standard cubic centimeter per minute),
На фиг. 17 приведены значения внутренних напряжений для пленок нитрида титана различной толщины, выращенных методом реактивного магнетронного напыления титановой мишени в тлеющем разряде плазмы постоянного тока. График, обозначенный кружками, на фиг. 17 представляет собой внутренние напряжения в пленках нитрида титана, выращенных при одних и тех же технологических параметрах: мощность разряда постоянного тока 100 ватт, поток Ar 100 sccm, поток N2 7 sccm, температура держателя подложки 20°С, давление в камере напыления 0.7 Па. Как наглядно показывает этот график, абсолютное значение напряжений сжатия уменьшается с увеличением толщины пленок. Для устранения градиентов внутренних напряжений было использовано изменение параметра значения ВЧ мощности, приложенной к держателю подложки. В результате оптимизации был подобран режим, при котором значение ВЧ мощности, приложенной к держателю подложки, плавно увеличивалось от 0 до 20 ватт в процессе роста пленки толщиной 200 нм. При напылении более тонких пленок значение ВЧ мощности, приложенной к держателю подложки, плавно увеличивалось от 0 до соответствующего значения в интервале 0-20 ватт. Например, в процессе напыления пленки толщиной 50 нм значение ВЧ мощности, приложенной к держателю подложки, плавно увеличивался от 0 до 3 ватт. Все пленки, выращенные в этом режиме с подстройкой ВЧ мощности, приложенной к держателю подложки, в процессе роста пленок имеют одно и то же значение внутренних напряжений, как наглядно показывает кривая, обозначенная треугольниками на фиг. 17.In FIG. Figure 17 shows the values of internal stresses for titanium nitride films of various thicknesses grown by reactive magnetron sputtering of a titanium target in a glow discharge of a direct current plasma. The graph indicated by circles in FIG. 17 represents the internal stresses in titanium nitride films grown under the same technological parameters: DC discharge power of 100 watts,
На фиг. 18 приведены значения внутренних напряжений для пленок нитрида ванадия различной толщины, выращенных методом реактивного напыления ионным пучком с использованием двух источников ионного потока. Первый источник использовался для распыления ванадиевой мишени ионами аргона. Второй источник использовался для азотирования поверхности выращиваемого слоя. В первый источник напускался аргон, во второй источник напускалась смесь аргона и азота. График, обозначенный кружками, на фиг. 18 представляет собой внутренние напряжения в пленках нитрида ванадия, выращенных при одних и тех же технологических параметрах: ток ионов первого источника составлял 82 мА, энергия ионов первого источника составляла 1400 еВ, напуск аргона в первый источник составлял 13 sccm, ток ионов второго источника составлял 42 мА, энергия ионов второго источника составляла 110 еВ, напуск аргона во второй источник составлял 2 sccm, напуск азота во второй источник составлял 2 sccm. Как наглядно показывает этот график, абсолютное значение напряжений сжатия уменьшается с увеличением толщины пленок. Для устранения градиентов внутренних напряжений была использовано изменение параметра напуска аргона во второй источник. В результате оптимизации был подобран режим, при котором напуск аргона плавно увеличивался от 2 до 3.3 sccm в процессе роста пленки толщиной 200 нм. Ток ионов второго источника соответственно увеличивался от 42 мА до 51 мА. При напылении более тонких пленок напуска аргона плавно увеличивался от 2 до соответствующего значения в интервале 2-3.3 sccm. Например, в процессе напыления пленки толщиной 50 нм значение напуска аргона увеличивалось от 2 sccm до 2.3 sccm. Все пленки, выращенные в этом режиме с подстройкой напуска аргона во второй источник в процессе роста пленок, имеют одно и то же значение внутренних напряжений, как наглядно показывает кривая, обозначенная треугольниками на фиг. 18.In FIG. Figure 18 shows the values of internal stresses for films of vanadium nitride of various thicknesses grown by reactive sputtering by an ion beam using two sources of ion flux. The first source was used to sputter a vanadium target with argon ions. The second source was used to nitrate the surface of the grown layer. Argon was poured into the first source, a mixture of argon and nitrogen was poured into the second source. The graph indicated by circles in FIG. 18 represents the internal stresses in the films of vanadium nitride grown under the same technological parameters: the ion current of the first source was 82 mA, the ion energy of the first source was 1400 eV, the argon inlet to the first source was 13 sccm, the ion current of the second source was 42 mA, the ion energy of the second source was 110 eV, the argon inlet to the second source was 2 sccm, the nitrogen inlet to the second source was 2 sccm. As this graph clearly shows, the absolute value of compression stresses decreases with increasing film thickness. To eliminate the internal stress gradients, we used a change in the parameter of argon inlet into the second source. As a result of optimization, a regime was selected in which the argon discharge gradually increased from 2 to 3.3 sccm during the growth of a
Наличие градиентов напряжений в тонких пленках также может быть проверено при помощи тестовой консольной структуры. изображенной на Фиг. 20а, 20б, 20в. Фиг. 19а иллюстрирует вид сверху тестовой структуры до удаления жертвенного слоя 203. Фиг. 19б иллюстрирует вид сбоку тестовой структуры до удаления жертвенного слоя 203. На положке 200 сформированы две структуры одинаковой толщины, имеющие смежную сторону. Одна из смежных структур 203 сформирована из материала жертвенного слоя, такого же, который используется в вышеупомянутом процессе формирования пикселя. Другая из смежных структур 201 сформирована из материала, скорость травления которого существенно ниже по сравнению со скоростью травления жертвенного слоя в процессе удаления последнего. Структура 201 может быть сформирована например из нитрида кремния или оксида кремния. Также на поверхности структур 201 и 203 сформирована полоска 202 из материала, в котором нужно исследовать однородность внутренних напряжений по толщине. Фиг. 20а-20в иллюстрируют состояние сформированной из полоски тестируемого материала 202 консольной структуры. В случае отсутствия градиента внутренних напряжений в консольной структуре 202а она не изгибается после удаления жертвенного слоя, как показано на фиг. 20а. В случае присутствия градиента внутренних напряжений в консольной структуре 202б или 202в она изгибается вверх, как показано на фиг. 20б, или изгибается вниз, как показано на фиг. 20в, после удаления жертвенного слоя. Ситуация, показанная на фиг. 20б, реализуется, например, когда внутренние напряжения увеличиваются по направлению от нижней части пленки 202б, примыкающей к структуре 201, к верхней (приповерхностной) части пленки. Ситуация, показанная на фиг. 20в, реализуется, например, когда внутренние напряжения уменьшаются по направлению от нижней части пленки 202б, примыкающей к структуре 201, к верхней (приповерхностной) части пленки.The presence of stress gradients in thin films can also be checked using a cantilever test structure. depicted in FIG. 20a, 20b, 20c. FIG. 19a illustrates a top view of the test structure before removing the
Оптимальными размерами консольных структур являются длина, равная 150 +-/ 50 мкм, и ширина, равная 20 +/- 10 мкм. Изгиб консольных структур может быть измерен при помощи интерференционного микроскопа или при помощи сканирующего электронного микроскопа.The optimal dimensions of the cantilever structures are a length of 150 + - / 50 microns and a width of 20 +/- 10 microns. The bending of the cantilever structures can be measured using an interference microscope or using a scanning electron microscope.
Методика, основанная на изготовлении тестовых консольных структур, показанных на фиг. 19а-19б и 20а-20в, подтверждает как наличие градиентов по толщине внутренних напряжений в пленках, обозначенных кружками на фиг. 16-18, так и отсутствие градиентов по толщине внутренних напряжений в пленках, обозначенных треугольниками на фиг. 16-18.A technique based on the fabrication of the test cantilever structures shown in FIG. 19a-19b and 20a-20c, confirms how the presence of gradients in the thickness of internal stresses in the films indicated by circles in FIG. 16-18, as well as the absence of gradients in the thickness of internal stresses in the films indicated by triangles in FIG. 16-18.
Сравнение измерений внутренних напряжений в пленках, полученных на основе измерений изгиба положки с использованием формулы Стони и на основе измерений изгиба консольных структур, позволили выработать легко применимый численный критерий отсутствия градиента внутренних напряжений в слоях различных материалов по толщине, использование которых не приводит к недопустимым деформациям ножек и/или мембраны. Далее сформулированные критерии являются консервативными, т.е. справедливыми для всех материалов, из которых могут изготавливаться электропроводящие и диэлектрические слои в данном изобретении. Градиент внутренних напряжений по толщине в слое является незначительным (или пренебрежимо малым в рамках данной технологии), т.е. не вызывающим недопустимых деформаций элементов конструкции пикселя, если значение внутреннего напряжения в слое отличаются меньше чем на 10% от значения внутренних напряжений тестового слоя, который выращен в тех же условиях, что и сам слой, и имеет толщину, равную 20-30% толщины слоя, где внутренние напряжения в слоях вычисляются по формуле Стони на основе изгиба подложки. Порог критерия в 10% применим для слоев, имеющих толщину, равную или превышающую 90 нм. В случае, когда толщина слоя менее 90 нм, предпочтительна более жесткая формулировка, когда значение внутренних напряжений в слое и тестовом слое отличаются друг от друга меньше чем на 5%. Далее по тексту слои, имеющие пренебрежимо малые градиенты внутренних напряжений по толщине, называются просто слоями без внутренних градиентов по толщине для простоты изложения. Кроме того, если слой и тестовый слой имеют абсолютные значения внутренних напряжений, не превышающие 15 МПа, то такой слой далее по тексту называется ненапряженным.Comparison of measurements of internal stresses in films obtained on the basis of measurements of the bending of the positon using the Stoney formula and on the basis of measurements of the bending of cantilever structures made it possible to develop an easily applicable numerical criterion for the absence of a gradient of internal stresses in the layers of various materials by thickness, the use of which does not lead to unacceptable deformation of the legs and / or membranes. Further, the formulated criteria are conservative, i.e. valid for all materials from which the electrically conductive and dielectric layers can be made in this invention. The gradient of internal stresses over the thickness in the layer is insignificant (or negligible in the framework of this technology), i.e. not causing unacceptable deformations of the pixel structural elements, if the internal stress in the layer differs by less than 10% from the internal stress of the test layer, which is grown under the same conditions as the layer itself, and has a thickness equal to 20-30% of the layer thickness where the internal stresses in the layers are calculated using the Stoney formula based on the bending of the substrate. The criterion threshold of 10% is applicable for layers having a thickness equal to or greater than 90 nm. In the case where the layer thickness is less than 90 nm, a more stringent formulation is preferred when the values of internal stresses in the layer and test layer differ from each other by less than 5%. Hereinafter, layers having negligibly small gradients of internal stresses in thickness are simply called layers without internal gradients in thickness for ease of presentation. In addition, if the layer and the test layer have absolute values of internal stresses not exceeding 15 MPa, then such a layer is hereinafter referred to as unstressed.
Однородность механических свойств слоев по толщине также является важным фактором, необходимым для оптимизации процесса изготовления пикселей. Значения биаксиальных модулей для материалов, из которых изготавливаются диэлектрические слои 105, 106, 116 и электропроводящий слой 112, могут быть измерены при помощи тестовых структур, изображенных на фиг. 21а-21в. На фиг. 21а изображен вид сверху тестовой структуры на одном из этапов изготовления, а на фиг. 21б изображено сечение А-А той же структуры. На подложке 300 формируется структура 301, имеющая окно, заполненное жертвенным материалом 303. Материал, из которого формируется структура 301, не имеет принципиального значения, это может быть любой материал, скорость травления которого, в последующих шагах изготовления, существенно ниже скорости травления жертвенного слоя. Например структура 301 может быть изготовлена из оксида или нитрида кремния. Окно в структуре 301 и часть поверхности структуры 301, которая параллельна поверхности подложки и соседствует с периметром окна, покрыта слоем 302, биаксиальный модуль которого должен быть измерен. Такая топология обеспечивает герметичность окна 304, покрытого слоем 302, после удаления части подложки, расположенной под структурой из жертвенного материала 303, а также и самой структуры 303, как показано на фиг. 20в. Впоследствии тестовая структура монтируется в измерительную систему, которая измеряет изгиб мембраны, сформированной из слоя 302, покрывающей окно 304, в зависимости от разности давлений газа P1 и Р2 по разные стороны от мембраны. Данные изгиба мембраны в зависимости от разности давлений, измеренных для разных тестовых структур с различными размерами окна и одинаковыми слоями 302, позволяет вычислить биаксиальный модуль материала, из которого изготовлен слой 3024.The uniformity of the mechanical properties of the layers in thickness is also an important factor necessary for optimizing the manufacturing process of pixels. The values of the biaxial modules for the materials from which the
Эта методика также позволяет проверить зависимость биаксиального модуля от толщины слоя. Для этого изготавливаются тестовые структуры 305 с различными толщинами мембраны 302. Вышеупомянутые методики выращивания слоев без градиентов внутренних напряжений по толщине позволяют также получать диэлектрические слои 105, 106, 116 и электропроводящий слой 112 с постоянным по толщине слоя значением биаксиального модуля, т.е. слои разной толщины, выращенные с использованием одного и того же технологического процесса, имеют практически одинаковые биаксиальные модули, отличающиеся друг от друга в большинстве случаев меньше чем на 3%. Дальше по тексту для простоты изложения такие слои называются слоями с однородными механическими свойствами. На фиг. 16-18 квадратиками обозначены значения биаксиальных модулей для слоев нитрида кремния и нитрида титана различной толщины, выращенных в вышеописанном режиме с изменением подстроенного параметра, обеспечивающим отсутствие градиента внутренних напряжений по толщине. Как наглядно показывают эти графики, значения биаксиальных модулей для пленок различной толщины лежат в трехпроцентном интервале.This technique also allows you to check the dependence of the biaxial module on the layer thickness. To do this, test
Большинство ненапряженных диэлектрических слоев, выращенных при помощи вышеупомянутых методик, также обладают оптическими свойствами, которые являются однородными по толщине, т.е. их коэффициенты абсорбции и преломления в ИК диапазоне 7-13 мкм зависят только от длины волны. Абсорбция этих слоев в данном интервале длин волн описывается вышеупомянутой формулой Ламберта-Бера1 с погрешностью, не превышающей 2%, где коэффициенты абсорбции не зависят от толщин соответствующих слоев. Далее по тексту такие диэлектрические слои для простоты изложения называются слоями с однородными оптическими свойствами.Most unstressed dielectric layers grown using the above methods also have optical properties that are uniform in thickness, i.e. their absorption and refraction coefficients in the IR range of 7–13 μm depend only on the wavelength. The absorption of these layers in a given wavelength range is described by the aforementioned Lambert-Behr formula 1 with an error not exceeding 2%, where the absorption coefficients are independent of the thicknesses of the corresponding layers. Hereinafter, for the sake of simplicity, such dielectric layers are called layers with uniform optical properties.
Помимо вышеупомянутых критериев, накладывающих ограничения на внутренние напряжения в отдельных слоях, возможно применение ряда критериев/формул, связывающие механические свойства слоев, при выполнении которых изгиб ножек является незначительным, и/или планарность и параллельность микро-мембраны относительно поверхности подложки не нарушается:In addition to the aforementioned criteria, which impose restrictions on internal stresses in individual layers, it is possible to use a number of criteria / formulas that relate the mechanical properties of the layers, during which the bending of the legs is insignificant, and / or the planarity and parallelism of the micro-membrane relative to the surface of the substrate is not violated:
а) , где "| |" - операция вычисления модуля, т.е. абсолютного значения величины, М1 и d1 являются биаксиальным модулем и толщиной первого диэлектрического слоя, примыкающего к одной поверхности электропроводящего слоя ножек, М2 и d2 являются биаксиальным модулем и толщиной второго диэлектрического слоя, примыкающего к противоположной поверхности электропроводящего слоя ножек. Этот критерий применим, когда толщина слоев равна или превышает 90 нм. В отдельных случаях, когда используются слои тоньше 90 нм, предпочтителен более жесткий критерий: . Для выполнения этих критериев необходимо отсутствие внутренних напряжений в первом и втором диэлектрических слоях перед удалением жертвенного слоя 104 под ножками 116 и микро-мембраной 117. Для пояснения смысла последнего утверждения следует упомянуть, что после удаления жертвенного слоя электропроводящий слой вызывает напряжения растяжения в первом и втором диэлектрических слоях, что, в свою очередь, снижает их теплопроводность. Также в электропроводящем слое должны быть однородные по толщине напряжения сжатия, т.е. должен отсутствовать градиент внутренних напряжений. Кроме того, все слои должны обладать однородными механическими свойствами. Сформулированные в этом пункте критерии являются консервативными, т.е. определенными на основе данных, полученных с использованием слоев изготовленных из наиболее жестких материалов (т.е. имеющих наибольшие биаксиальные модули), которые используются для изготовления ножек или/и микро-мембраны в технологическом процессе, описанном выше. Кроме того, вышеперечисленные в этом пункте критерии, накладывающие ограничения на биаксиальные модули и толщины первого и второго диэлектрического слоев, применимы только тогда, когда первый и второй диэлектрический слои не являются многослойными, т.е. когда каждый из этих слоев состоит из одного слоя. Применение этих критериев этого пункта позволяет упростить процесс оптимизации технологии изготовления. Зная биаксиальные модули материалов, можно сразу выбирать толщины диэлектрических слоев, неприводящих к недопустимым вышеупомянутым искажениям структуры микро-мембраны и/или ножек, т.е. можно не проводить дополнительную оптимизацию технологического процесса, основанную на изготовлении тестовых консольных структур 202а-в с использованием тех же but) where "| |" - operation of calculating the module, i.e. the absolute value, M 1 and d 1 are the biaxial module and the thickness of the first dielectric layer adjacent to one surface of the conductive layer of the legs, M 2 and d 2 are the biaxial module and the thickness of the second dielectric layer adjacent to the opposite surface of the conductive layer of legs. This criterion is applicable when the layer thickness is equal to or greater than 90 nm. In some cases, when layers thinner than 90 nm are used, a more stringent criterion is preferable: . To fulfill these criteria, the absence of internal stresses in the first and second dielectric layers is necessary before removing the
процессов и материалов, что используются для изготовления ножек (т.е. в данном случае консольная структура 202а-в является многослойной и состоящей из слоев: первый диэлектрический слой/электропроводящий слой/второй диэлектрический слой);processes and materials that are used to make the legs (i.e., in this case, the
b) M1*d1>M2*d2, этот критерий применим, когда внутренние напряжения сжатия в электропроводящем слое имеют градиент, когда абсолютная величина напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе с первым диэлектрическим слоем, имеющем биаксиальный модуль M1 и толщину d1 больше, чем абсолютная величина напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе со вторым диэлектрическим слоем, имеющем биаксиальный модуль М2 и толщину d2. Критерий, сформулированный выше в этом пункте, может быть сформулирован и для "зеркального случая", когда абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе с первым диэлектрическим слоем, меньше, чем абсолютное значение напряжений сжатия в электропроводящем слое на границе со вторым диэлектрическим слоем. В таком случае M1*d1<M2*d2. Формулировка критериев этого пункта справедлива для случая, когда электропроводящий слой выращивается на первом диэлектрическом слое, а второй диэлектрический слой, в свою очередь, выращивается на электропроводящем слое. Так же, как и в пункте а), первый и второй диэлектрические слои должны быть ненапряженными до удаления жертвенного слоя и не быть многослойными, кроме того, первый и второй диэлектрический слои должны обладать однородными по толщине механическими свойствами. Критерии, сформулированные в этом пункте, являются консервативными, т.е. определенными на основе данных, полученных с использованием слоев, изготовленных из наиболее жестких материалов (т.е. имеющих наибольшие биаксиальные модули), которые используются для изготовления ножек или/и микро-мембраны в технологическом процессе, описанном выше. b) M 1 * d 1 > M 2 * d 2 , this criterion is applicable when the internal compressive stresses in the electrically conductive layer have a gradient, when the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the boundary with the first dielectric layer having a biaxial module M 1 and a thickness d 1 is greater than the absolute value of the compression stresses in the electrically conductive layer at the boundary with the second dielectric layer having a biaxial module M 2 and a thickness d 2 . The criterion formulated above in this paragraph can also be formulated for the “mirror case” when the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the interface with the first dielectric layer is less than the absolute value of the compressive stresses in the electrically conductive layer at the interface with the second dielectric layer. In this case, M 1 * d 1 <M 2 * d 2 . The formulation of the criteria of this paragraph is valid for the case when the electrically conductive layer is grown on the first dielectric layer, and the second dielectric layer, in turn, is grown on the electrically conductive layer. As in paragraph a), the first and second dielectric layers must be unstressed until the sacrificial layer is removed and not be multilayer, in addition, the first and second dielectric layers must have mechanical properties uniform in thickness. The criteria formulated in this clause are conservative, i.e. determined based on data obtained using layers made of the most rigid materials (i.e., having the largest biaxial modules), which are used to make the legs and / or micro-membranes in the process described above.
В данном случае невозможно полностью отказаться от изготовления упомянутых в пункте а) тестовых консольных структур 202а-в для оптимизации технологии изготовления, однако критерий, сформулированный в виде неравенства в этом пункте, позволяет существенно уменьшить пространство параметров, в котором должна проводиться оптимизация. Например, если толщина d2 выбирается случайным образом или исходя из соображений, несвязанных предотвращением недопустимых искажений формы ножек и/или мембраны, то, исходя из критерия M1*d1>M2*d2, толщина d1 имеет ограничивающий критерий d1>M2*d2/М1, позволяющий существенно ограничить диапазон параметров, в котором нужно проводить поиск оптимального значения толщины d1. С другой стороны, в рамках критериев, сформулированных в пункте b), можно изготавливать ножки с существенно отличающимися первым и вторым диэлектриком. Например, если первый и второй диэлектрик изготавливаются из одного и того же материала, то согласно критериям пункта а) их толщины должны быть одинаковыми, в то время как согласно критериям пункта b) их толщины должны отличаться.In this case, it is impossible to completely abandon the manufacture of
В случае, когда первый диэлектрический слой состоит из нескольких диэлектрических слоев, в пунктах а) и b) соответствующее произведение M1*d1 заменяется на сумму произведений биаксиальных модулей и толщин диэлектрических слоев, составляющих первый диэлектрический слой. Например, если первый диэлектрический слой состоит из двух диэлектрических слоев А и В, имеющих соответственно биаксиальные модули МА и MB и толщины dA и dB, то произведение M1*d1 в пунктах а) и b) заменяется на сумму произведений МА*dA и MB*dB. Аналогичная процедура замены проводится для второго диэлектрического слоя в правилах а) и b), если он, в свою очередь, состоит из нескольких диэлектрических слоев. Таким образом формулы критериев в пунктах а) и b) можно переписать в обобщенной математической форме:In the case where the first dielectric layer consists of several dielectric layers, in points a) and b) the corresponding product M 1 * d 1 is replaced by the sum of the products of the biaxial modules and the thicknesses of the dielectric layers making up the first dielectric layer. For example, if the first dielectric layer consists of two dielectric layers A and B having respectively biaxial modules M A and M B and thicknesses d A and d B , then the product M 1 * d 1 in paragraphs a) and b) is replaced by the sum of the products M A * d A and M B * d B. A similar replacement procedure is carried out for the second dielectric layer in rules a) and b) if it, in turn, consists of several dielectric layers. Thus, the criteria formulas in paragraphs a) and b) can be rewritten in a generalized mathematical form:
[1] [one]
где N - количество слоев в первом диэлектрическом слое, Mi и di - биаксиальные модули и толщины слоев в первом диэлектрическом слое, М - количество слоев во втором диэлектрическом слое, Mk и dk - биаксиальные модули и толщины слоев во втором диэлектрическом слое, где толщины первого диэлектрического слоя, второго диэлектрического слоя и электропроводящего слоя пленок равны или превышают 90 нм, а слои первого и второго диэлектрического слоев являются ненапряженными до удаления жертвенного слоя и имеют однородные механические свойства по толщине, кроме того, электропроводящий слой имеет также однородные механические свойства по толщине и однородные напряжения сжатия по толщине, т.е. в нем отсутствует градиент внутренних напряжений сжатия;where N is the number of layers in the first dielectric layer, M i and d i are the biaxial modules and layer thicknesses in the first dielectric layer, M is the number of layers in the second dielectric layer, M k and d k are biaxial modules and layer thicknesses in the second dielectric layer where the thicknesses of the first dielectric layer, the second dielectric layer and the electrically conductive layer of the films are equal to or greater than 90 nm, and the layers of the first and second dielectric layers are unstressed until the sacrificial layer is removed and have uniform mechanical properties in thickness e, in addition, the electrically conductive layer also has uniform mechanical properties in thickness and uniform compression stresses in thickness, i.e. there is no gradient of internal compression stresses;
[2] где N - количество слоев в первом диэлектрическом слое, Mi и di - биаксиальные модули и толщины слоев в первом диэлектрическом слое, М - количество слоев во втором диэлектрическом слое, Mk и dk - биаксиальные модули и толщины слоев во втором диэлектрическом слое, где толщины первого диэлектрического слоя, второго диэлектрического слоя и электропроводящего слоя менее 90 нм, а остальные критерии, определяющие свойства слоев, такие же, как для формулы [1];[2] where N is the number of layers in the first dielectric layer, M i and d i are the biaxial modules and layer thicknesses in the first dielectric layer, M is the number of layers in the second dielectric layer, M k and d k are biaxial modules and layer thicknesses in the second dielectric layer where the thicknesses of the first dielectric layer, the second dielectric layer and the electrically conductive layer are less than 90 nm, and the remaining criteria determining the properties of the layers are the same as for the formula [1];
[3] [3]
где N - количество слоев в первом диэлектрическом слое, Mi и di - биаксиальные модули и толщины слоев в первом where N is the number of layers in the first dielectric layer, M i and d i are biaxial modules and layer thicknesses in the first
диэлектрическом слое, М количество слоев во втором диэлектрическом слое, Mk и dk биаксиальные модули и толщины слоев во втором диэлектрическом слое, где присутствует градиент внутренних напряжений в электропроводящем слое, внутренние напряжения сжатия в части электропроводящего слоя, граничащего с первым диэлектрическим слоем, больше по абсолютному значению, чем напряжения сжатия в части электропроводящего слоя граничащего со вторым диэлектрическим слоем, кроме того слои первого и второго диэлектрических слоев являются ненапряженными до удаления жертвенного слоя и имеют однородные механические свойства по толщине;dielectric layer, M the number of layers in the second dielectric layer, M k and d k biaxial modules and layer thicknesses in the second dielectric layer, where there is a gradient of internal stresses in the electrically conductive layer, the internal compression stresses in the part of the electrically conductive layer adjacent to the first dielectric layer are greater in absolute value than the compressive stresses in the part of the electrically conductive layer adjacent to the second dielectric layer, in addition, the layers of the first and second dielectric layers are unstressed and before removing the sacrificial layer and have uniform mechanical properties in thickness;
[4] [four]
где N - количество слоев в первом диэлектрическом слое, Mi и di - биаксиальные модули и толщины слоев в первом диэлектрическом слое, М - количество слоев во втором диэлектрическом слое, Mk и dk - биаксиальные модули и толщины слоев во втором диэлектрическом слое, где присутствует градиент внутренних напряжений в электропроводящем слое, внутренние напряжения сжатия в части электропроводящего слоя, граничащего с первым диэлектрическим слоем, меньше по абсолютному значению, чем напряжения сжатия в части электропроводящего слоя, граничащего со вторым диэлектрическим слоем, кроме того, слои первого и второго диэлектрических слоев являются ненапряженными до удаления жертвенного слоя и имеют однородные механические свойства по толщине;where N is the number of layers in the first dielectric layer, M i and d i are the biaxial modules and layer thicknesses in the first dielectric layer, M is the number of layers in the second dielectric layer, M k and d k are biaxial modules and layer thicknesses in the second dielectric layer where there is a gradient of internal stresses in the electrically conductive layer, the internal compression stresses in the part of the electrically conductive layer adjacent to the first dielectric layer are smaller in absolute value than the compressive stresses in the part of the electrically conductive layer adjacent to the second dielectric layer, in addition, the layers of the first and second dielectric layers are unstressed until the sacrificial layer is removed and have uniform mechanical properties in thickness;
Критерии, аналогичные критериями а) и b), могут быть разработаны и применены для выбора топологии фрагментов слоев, которые применяются для изготовления микро-мембраны 117, температурного детектора 108, его контактов 119, абсорбера 109 и электрического соединения между контактами температурного детектора и фрагментами электропроводящего слоя 112а, использованными для изготовления ножек 116, поскольку фрагменты электропроводящего слоя, вызывающего напряжения растяжения в диэлектрических слоях ножек 116, также могут быть использованы для создания этого электрического соединения 112б и, следовательно, вызывать механические напряжения во фрагментах слоев, которые применяются для изготовления микро-мембраны 117, температурного детектора 108, его контактов 119 и абсорбера 109 (фиг. 13б и 14). Однако в этом случае, в отличие от ножек 116, где единственным топологическим отличием фрагментов слоев, использованных для их изготовления, являются их толщины, нужно учитывать не только толщины фрагментов слоев, использованных для изготовления микро-мембраны 117, температурного детектора 108, его контактов 119, абсорбера 109, электрических соединений 112б, обеспечивающих электрическое соединение контактов 119 с фрагментами электропроводящего слоя 112а, но их геометрию в плоскости, параллельной подложке 100. Для исключения непосредственного влияния внутренних напряжений в электропроводящем слое 112 на планарность самой микро-мембраны 117, электрические соединения 112б, соединяющие контакты 119 температурного детектора 108 с фрагментами электропроводящего слоя 112а, использованными для изготовления ножек 116, могут быть изготовлены из фрагментов того же слоя, из фрагментов которого изготовлены контакты детектора 119.Criteria similar to criteria a) and b) can be developed and applied to select the topology of the layer fragments that are used to make the micro-membrane 117, the
Вышеперечисленные методики и критерии позволяют применить методику оптимизации изготовления пикселей, приведенную на фиг. 22. Эта методика позволяет проводить поэтапную итерационную оптимизацию изготовления, что существенно упрощает процесс оптимизации, поскольку на каждом этапе производится оптимизация небольшого количества параметров.The above methods and criteria make it possible to apply the pixel manufacturing optimization technique shown in FIG. 22. This technique allows for stage-by-stage iterative optimization of manufacturing, which greatly simplifies the optimization process, since at each stage a small number of parameters are optimized.
На начальном этапе оптимизации 400 производится создание библиотеки процессов напыления диэлектрических и электропроводящих слоев. Каждый процесс для напыления диэлектрических слоев позволяет выращивать слои диэлектриков с однородными оптическими и механическими свойствами. Кроме того, библиотека процессов включает в себя процессы напыления электропроводящих слоев, имеющих внутренние напряжения сжатия. Процессы напыления в библиотеке позволяют напылять электропроводящие слои как с градиентом внутренних напряжений по толщине, так и без градиента внутренних напряжений по толщине.At the initial stage of optimization 400, a library of spraying processes of dielectric and electrically conductive layers is created. Each process for spraying dielectric layers allows the growth of dielectric layers with uniform optical and mechanical properties. In addition, the process library includes the deposition of electrically conductive layers having internal compression stresses. The spraying processes in the library allow spraying of electrically conductive layers both with a gradient of internal stresses in thickness and without a gradient of internal stresses in thickness.
В ходе следующего этапа оптимизации 401 происходит выбор одного или нескольких технологических маршрутов изготовления пикселя. Технологический маршрут изготовления пикселя должен удовлетворять следующим требованиям: минимизация количества слоев и количества процессов структурирования слоев, используемых в процессе изготовления пикселя, кроме того, использованные слои должны обеспечивать требуемую чувствительность пикселя в рабочем диапазоне прибора, а также не вызывать недопустимых изгибов ножек и/или микро-мембраны. Упрощение технологического маршрута приводит к необходимости использования фрагментов одних и тех же слоев в максимальном количестве функциональных элементов пикселя. Например первый диэлектрический слой, который может состоять как из одного, так из обеих слоев 105 и 106, используется в вышеописанном процессе изготовления пикселя для изготовления как ножек, так и микро-мембраны. Кроме того, первый диэлектрический слой функционирует как абсорбер, поскольку вышеперечисленные материалы, использованные для его изготовления, поглощают ИК излучение. Такое многоцелевое использование первого диэлектрического слоя приводит к противоречивым требованиям. С одной стороны, увеличение толщины этого слоя позволяет повысить абсорбцию ИК излучения и тем самым повысить чувствительность пикселя, с другой стороны, увеличение толщины этого слоя приводит к увеличению толщины ножек и соответственно их теплопроводности, что, в свою очередь, снижает теплоизоляцию температурного детектора и, как следствие, чувствительность пикселя. Точно такая же дилемма лежит в основе определения толщины второго диэлектрического слоя 114, который используется для изготовления тех же функциональных элементов пикселя, что и первый диэлектрический слой. Оптимальное разрешение этих противоречивых требований к толщинам первого и второго диэлектрических слоев может быть найдено посредством использования дополнительных слоев в пикселе, которые используются только для изготовления одного из функциональных элементов. Например слой 109 функционирует только как абсорбер. Этот слой может состоять из нескольких слоев, обеспечивающих необходимое поглощение ИК излучения в рабочем диапазоне прибора. Это, как следует заметить, только один из вариантов оптимизации технологического процесса и топологии слоев. Например слой 105 может быть структурирован таким образом, что он функционирует только как абсорбер.During the next optimization step 401, one or more pixel manufacturing technology paths are selected. The technological route of manufacturing a pixel must satisfy the following requirements: minimizing the number of layers and the number of layer structuring processes used in the manufacturing process of a pixel, in addition, the layers used must provide the required sensitivity of the pixel in the operating range of the device, and also not cause unacceptable bending of the legs and / or micro membranes. Simplification of the technological route leads to the need to use fragments of the same layers in the maximum number of pixel functional elements. For example, the first dielectric layer, which may consist of either one or both of the
В таблице 1 приведены спецификации слоев диэлектриков (механические свойства и процессы напыления), использованных для изготовления ножек в различных пикселях/изделиях. Подбор процессов, материалов и толщин слоев был проведен методом подбора слоев с подходящими механическими и оптическими свойствами в библиотеке, созданной на этапе 400, где при выборе толщин использовалась одна из формул [1]-[4].Table 1 shows the specifications of the dielectric layers (mechanical properties and spraying processes) used to make the legs in various pixels / products. The selection of processes, materials and layer thicknesses was carried out by the method of selecting layers with suitable mechanical and optical properties in the library created at step 400, where one of the formulas [1] - [4] was used when choosing the thicknesses.
Проблему оптимизации процесса изготовления пикселя необходимо проанализировать также с точки зрения физических процессов, определяющих качество пикселя, а именно: механические свойства пленок, используемых для изготовления пикселя, абсорбция ИК излучения абсорбером пикселя, преобразование абсорбированного ИК излучения в измеряемый сигнал температурного детектора, теплопередача от абсорбера к температурному детектору и теплопроводность ножек. Механические свойства слоев и абсорбция ИК излучения в слоях являются хорошо изученными физическими процессами, кроме того, эти свойства легко измерить. Интегральные свойства пикселя, связанные с ИК абсорбцией и механическими свойствами отельных слоев, легко предсказуемы на основе свойств отдельных слоев. Именно поэтому все технологические процессы в библиотеке процессов оптимизированы таким образом, чтобы получать ненапряженные пленки диэлектриков с однородными механическими и оптическими свойствами. В результате можно выбрать комбинацию слоев в библиотеке процессов, обеспечивающую не только нужный спектр абсорбции в рабочем диапазоне прибора, но и с учетом формул [1]-[4] не вызывающую недопустимую деформацию ножек и/или микро-мембраны. Следует отметить, что в случае оптимизации механических свойств по формулам [3] или [4], экспериментальная оптимизация толщины первого или второго диэлектрического слоя все же необходима. В отличие от оптической абсорбции и механических свойств слоев такие параметры, как теплопроводность ножек и процесс передачи тепла от абсорбера к температурному детектору, трудно описать простой моделью, основанной на простом аддитивном учете тех или иных параметров отдельных слоев. Процессы теплопередачи в пикселе зависят от большого числа параметров, которые зачастую зависят от конкретной топологии пикселя. Например длина пробега фононов сопоставима с характерными размерам слоев в пикселе, кроме того, возможно снижение теплопередачи между различными слоями, обусловленное сопротивлениями Капицы на границах между слоями. Иными словами процессы теплопередачи в пикселе зависят не только от процессов, происходящих в каждом слое, но и от взаимодействия процессов, происходящих в этих слоях. Таким образом, библиотека, включающая в себя процессы напыления слоев и информацию о свойствах слоев, полученных в этих процессах, максимально возможным образом упрощает процесс проектирования, позволяя на стадии планирования процесса оптимизации сузить пространство поиска оптимальных решений.The problem of optimizing the pixel manufacturing process must also be analyzed from the point of view of the physical processes that determine the quality of the pixel, namely: the mechanical properties of the films used to make the pixel, the absorption of infrared radiation by a pixel absorber, the conversion of absorbed infrared radiation into a measured signal of a temperature detector, and heat transfer from the absorber to temperature detector and thermal conductivity of the legs. The mechanical properties of the layers and the absorption of infrared radiation in the layers are well-studied physical processes, in addition, these properties are easy to measure. The integral properties of a pixel associated with IR absorption and the mechanical properties of individual layers are easily predictable based on the properties of individual layers. That is why all technological processes in the process library are optimized in such a way as to obtain unstressed films of dielectrics with homogeneous mechanical and optical properties. As a result, you can choose a combination of layers in the process library that provides not only the desired absorption spectrum in the operating range of the device, but also taking into account formulas [1] - [4] which does not cause unacceptable deformation of the legs and / or micro-membranes. It should be noted that in the case of optimization of mechanical properties according to formulas [3] or [4], experimental optimization of the thickness of the first or second dielectric layer is still necessary. In contrast to the optical absorption and mechanical properties of the layers, parameters such as the thermal conductivity of the legs and the process of heat transfer from the absorber to the temperature detector are difficult to describe with a simple model based on a simple additive account of certain parameters of individual layers. The heat transfer processes in a pixel depend on a large number of parameters, which often depend on the specific topology of the pixel. For example, the phonon mean free path is comparable to the characteristic size of the layers in a pixel, in addition, it is possible to reduce heat transfer between different layers due to Kapitsa resistances at the boundaries between the layers. In other words, the heat transfer processes in a pixel depend not only on the processes occurring in each layer, but also on the interaction of the processes occurring in these layers. Thus, the library, which includes the processes of spraying layers and information about the properties of the layers obtained in these processes, simplifies the design process as much as possible, allowing us to narrow the search space for optimal solutions at the stage of planning the optimization process.
В ходе следующего этапа оптимизации технологического процесса изготовления 402 в случае необходимости проводится подгонка толщин слоев с использованием тестовых консольных структур, состоящих из нескольких слоев, где тестовые структуры соответствуют комбинациям слоев, из которых должны изготавливаться элементы пикселя. В результате этой подгонки толщин обеспечивается отсутствие недопустимых деформаций в таких элементах пикселя, как, например, микро-мембрана и ножки. Основной задачей этапа 402 является изготовление пикселей согласно одному или нескольким технологическим соответствующих топологий с учетом возможной подгонки толщин слоев.In the next stage of optimization of manufacturing process 402, if necessary, layer thicknesses are adjusted using test cantilever structures consisting of several layers, where the test structures correspond to the combinations of layers from which pixel elements should be made. As a result of this adjustment of the thicknesses, the absence of unacceptable deformations in such pixel elements as, for example, a micro-membrane and legs is ensured. The main objective of step 402 is to produce pixels according to one or more technological appropriate topologies taking into account possible adjustment of layer thicknesses.
В ходе следующего этапа оптимизации технологического процесса изготовления 404 проводятся измерения чувствительности пикселя в рабочем диапазоне. Эти измерения могут включать в себя измерения спектрального и временного отклика пикселя или нескольких пикселей. Помимо измерения характеристик пикселя могут измеряться характеристики отдельных узлов пикселя (например, теплопроводность ножек) и/или характеристики тестовых структур. В качестве тестовой структуры, позволяющей контролировать коэффициент отражения рефлектора 1036, можно использовать отдельно стоящий отражатель, изготовленный по тому же технологическому маршруту, что и сам рефлектор 1036. В дальнейшем проводится сравнение полученных результатов с заданными характеристиками. Критерии соответствия полученной характеристики заданной могут быть сформулированы в виде интервала, в котором должно находиться измеренное значение характеристики, или в виде порогового значения, определяющего максимально(минимально) допустимое измеренное значение характеристики. В случае несоответствия измеренных характеристик с заданными производится изменение технологических маршрутов изготовления пикселя для достижения заданных характеристик, т.е. по сути дела полное или частичное повторение этапа 401 с последующим повторением этапов 402 и 404. Например, если в результате измерений установлено, что теплоотвод к подложке от температурного детектора к подложке недопустимо велик, то в ходе повторного выполнения этапа оптимизации 401 может быть принято решение о снижении толщин слоев, одновременно используемых для изготовления ножек и абсорбера, и использовании дополнительных слоев для изготовления пикселя, которые исключительно используются для изготовления абсорбера. В отдельных случаях повторение этапа 401 может быть ограничено изменением толщины одного или нескольких слоев.In the next stage of the optimization of the manufacturing process 404, measurements are made of the sensitivity of the pixel in the operating range. These measurements may include measurements of the spectral and temporal response of a pixel or multiple pixels. In addition to measuring pixel characteristics, the characteristics of individual pixel nodes (e.g., thermal conductivity of the legs) and / or the characteristics of test structures can be measured. As a test structure that allows you to control the reflection coefficient of the
В качестве очень простого и эффективного метода измерения параметров пикселя может быть измерение вольт-амперной характеристики пикселя в квазистатическом режиме. Если такие измерения производятся в вакууме с остаточным давлением меньше 1 Па, то отвод Джоулева тепла, выделяемого в температурном детекторе, будет производиться преимущественно через ножки, т.е. пренебрежение другими механизмами теплоотвода, такими как излучение, не оказывает существенного влияния на точность измерения. В таком случае уравнение теплового баланса формулируется следующим образом: ΔT*G=I2*R(ΔT), где уравнение R(ΔT)=R0(1+α*ΔТ) описывает зависимость электрического сопротивления температурного детектора R(ΔT) от температуры, где R0 - базовое значение сопротивления при базовой температуре, ΔT - превышение температуры температурного детектора относительно базовой температуры, α - температурный коэффициент сопротивления, G - теплопроводность ножек, I - ток, протекающий через температурный детектор и генерирующий Джоулево тепло. Правая часть уравнения теплового баланса описывает генерацию Джоулева тепла, а правая часть этого уравнения описывает сток в подложку через ножки генерируемого тепла. Это уравнение можно записать в другой форме: 1/R(ΔT)=1/R0-αI2/G. Построение линейного графика, где по горизонтальной оси отложен квадрат тока, а по вертикальной оси отложена обратная величина сопротивления, позволяет по углу наклона прямой графика определить значение α/G. Таким образом, изготавливая на одной пластине различные пиксели с одинаковыми температурными детекторами (например, одинаковым слоем оксида ванадия), можно сравнивать теплопроводность ножек пикселей, которые были изготовлены согласно различным технологическим маршрутам.As a very simple and effective method of measuring the parameters of a pixel can be a measurement of the current-voltage characteristics of the pixel in a quasi-static mode. If such measurements are made in vacuum with a residual pressure of less than 1 Pa, then the Joule heat generated in the temperature detector will be removed mainly through the legs, i.e. neglect of other heat removal mechanisms, such as radiation, does not significantly affect the measurement accuracy. In this case, the heat balance equation is formulated as follows: ΔT * G = I 2 * R (ΔT), where the equation R (ΔT) = R 0 (1 + α * ΔT) describes the temperature dependence of the electrical resistance of the temperature detector R (ΔT) where R 0 is the base resistance value at the base temperature, ΔT is the temperature detector temperature exceeding the base temperature, α is the temperature coefficient of resistance, G is the thermal conductivity of the legs, I is the current flowing through the temperature detector and generating Joule heat. The right side of the heat balance equation describes the generation of Joule heat, and the right side of this equation describes the sink into the substrate through the legs of the generated heat. This equation can be written in another form: 1 / R (ΔT) = 1 / R 0 -αI 2 / G. The construction of a linear graph, where the square of the current is plotted on the horizontal axis and the inverse of the resistance is plotted on the vertical axis, allows you to determine the value of α / G from the slope of the straight graph. Thus, by manufacturing different pixels on the same plate with the same temperature detectors (for example, the same layer of vanadium oxide), we can compare the thermal conductivity of the pixel legs, which were made according to different technological routes.
В таблице 2 приведена выборка измерений тестовых пикселей иллюстрирующая эффект снижения теплопроводности ножек с использованием электропроводящих слоев, вызывающих напряжения растяжения в диэлектрических слоях ножек. Каждой строчке в таблице соответствует один технологический процесс, в котором изготавливались пиксели двух типов. Для изготовления одно типа пикселей использовались процессы напыления диэлектриков и электропроводящего слоя из библиотеки, другой тип пикселей изготавливался точно так же за исключением одного отличия, которое заключалось в том, что в качестве электропроводящих слоев в ножках использовались ненапряженные слои. Поскольку температурные детекторы изготавливались для обоих типов пикселей в одном процессе, измерения, описанные выше, позволяют сравнить теплопроводности ножек. В последней колонке показано процентное снижение теплопроводности ножек для пикселей, где использовались электропроводящие слои с внутренними напряжениями сжатия, относительно референсных пикселей, где использовались напряженные электропроводящие слои. Это снижение теплопроводности не связано с возможным влиянием внутренних напряжений на теплопроводность электропроводящих слоев. Сравнительные измерения теплопроводности методом "3ω" в напряженных и ненапряженных электропроводящих слоях, изготовленных из одинаковых материалов, не выявило отличий в пределах 1,5%5. Таким образом, снижение теплопроводности ножек, показанное в последней колонке таблицы, вызвано именно вследствие применения напряженных электропроводящих слоев, вызывающих напряжения растяжения в диэлектрических слоях. Результаты, аналогичные представленным в таблице 2, были получены для других нитридов переходных металлов в комбинации с различными диэлектрическими слоями.Table 2 shows a selection of test pixel measurements illustrating the effect of reducing the thermal conductivity of the legs using electrically conductive layers that cause tensile stresses in the dielectric layers of the legs. Each line in the table corresponds to one technological process in which two types of pixels were made. For the manufacture of one type of pixels, the deposition of dielectrics and an electrically conductive layer from the library was used, the other type of pixels was produced in the same way, except for one difference, which consisted in the fact that unstressed layers were used as the electrically conductive layers in the legs. Since temperature detectors were manufactured for both types of pixels in a single process, the measurements described above make it possible to compare the thermal conductivity of the legs. The last column shows the percentage reduction in the thermal conductivity of the legs for pixels, which used electrically conductive layers with internal compression stresses, relative to reference pixels, where stressed electrically conductive layers were used. This decrease in thermal conductivity is not related to the possible influence of internal stresses on the thermal conductivity of the electrically conductive layers. Comparative measurements of thermal conductivity by the 3ω method in stressed and non-stressed electrically conductive layers made of the same materials did not reveal differences within 1.5% 5 . Thus, the decrease in the thermal conductivity of the legs, shown in the last column of the table, is caused precisely by the use of strained conductive layers that cause tensile stresses in the dielectric layers. Results similar to those presented in table 2 were obtained for other transition metal nitrides in combination with various dielectric layers.
Предпочтительным интервалом внутренних напряжений в электропроводящих слоях, вызывающих напряжения растяжения в диэлектрических слоях ножек, является интервал -3 ГПа - -1 ГПа. Наиболее предпочтительным интервалом внутренних напряжений в электропроводящих слоях, вызывающих напряжения растяжения в диэлектрических слоях ножек, является интервал -2 ГПа - -1.5 ГПа.The preferred range of internal stresses in the electrically conductive layers causing tensile stresses in the dielectric layers of the legs is the interval −3 GPa to −1 GPa. The most preferred interval of internal stresses in the electrically conductive layers, causing tensile stresses in the dielectric layers of the legs, is the interval -2 GPa - -1.5 GPa.
В случае соответствия измеренных характеристик пикселя заданным процесс оптимизации завершается этапом 405. Переход к этапу 405 может быть осуществлен также в случае, если процесс оптимизации вышел на насыщение и дальнейшее повторение этапов 401, 402 и 404 не представляется оправданным, например когда относительное изменение одной или нескольких характеристик в результате выполнения последней итерации меньше соответствующих пороговых значений (например, 5% или 10%). На этапе 405 проводится подготовка документации для массового производства приборов с пикселями согласно одному или нескольким технологическим маршрутам изготовления, отработанным в ходе выполнения вышеперечисленных этапов оптимизации.If the measured pixel characteristics match the specified optimization process ends at step 405. The transition to step 405 can also be carried out if the optimization process is saturated and further repetition of steps 401, 402 and 404 does not seem justified, for example, when a relative change in one or more characteristics as a result of the last iteration are less than the corresponding threshold values (for example, 5% or 10%). At step 405, documentation is prepared for the mass production of devices with pixels according to one or more technological manufacturing routes worked out during the above optimization steps.
На фиг. 23 приведен пример матрицы 500 пикселей 502, для получения изображения в ИК диапазоне. Пиксели данной матрицы могут быть изготовлены по такой же технологии, как и технология изготовления единичных пикселей, описанная выше. Эта матрица включает в себя электронные цепи, позволяющие построчный опрос пикселей с последующей регистрацией мощности ИК излучения, принимаемой каждым пикселем в опрашиваемой строке. В данном дизайне каждому пикселю соответствуют по две колонны. На фиг. 24 приведен более компактный дизайн матрицы 510 пикселей 512. В данном случае для соседних пикселей используется одна колонна 513. Матрица 510 также включает в себя электронные цепи, позволяющие построчный опрос пикселей с последующей регистрацией мощности ИК излучения, принимаемой каждым пикселем в опрашиваемой строке. По аналогии с изображением пикселя на фиг. 14, для наглядности изображения на фиг. 23 и 24 не приведены элементы 103а, 103б и детали рельефа поверхности микро-мембран. На фиг. 23 и 24 приведены контуры структур, изготовленных из электропроводящего слоя 112, контуры структур контактов 119 и контуры структурированных слоев 108 и 109.In FIG. 23 is an example of a matrix of 500
Источники информацииInformation sources
1. "Optical thin films and coatings," под ред. A. Piegari и F. Flory, Woodhead Publishing, стр. 294, ISBN 9780857095947.1. "Optical thin films and coatings," ed. A. Piegari and F. Flory, Woodhead Publishing, p. 294, ISBN 9780857095947.
2. "Fundamentals of Microfabrication: The Science of Miniaturization, Second Edition" M.J. Madou, CRC Pres, стр. 312, ISBN-10: 0849308267.2. "Fundamentals of Microfabrication: The Science of Miniaturization, Second Edition" M.J. Madou, CRC Pres, p. 312, ISBN-10: 0849308267.
3. "Thin-film deposition: principles and practice," под ред. D.L. Smith, McGraw-Hill, Inc., стр. 495, ISBN 0-07-113913-3.3. "Thin-film deposition: principles and practice," ed. D.L. Smith, McGraw-Hill, Inc., p. 495, ISBN 0-07-113913-3.
4. The MEMS handbook. Под ред. M. Gad-el-Hak, CRC Press, стр. 16-110, ISBN 0-8493-0077-0.4. The MEMS handbook. Ed. M. Gad-el-Hak, CRC Press, pp. 16-110, ISBN 0-8493-0077-0.
5. Thermoelectrics handbook macro to nano. Под ред. D.M. Rowe, Taylor & Francis group, стр. 23-11, ISBN 0-8493-2264-2.5. Thermoelectrics handbook macro to nano. Ed. D.M. Rowe, Taylor & Francis group, pp. 23-11, ISBN 0-8493-2264-2.
Claims (20)
пиксель на полупроводниковой подложке, пиксель включает в себя первую секцию и вторую секцию, первая секция находится на поверхности полупроводниковой положки и включает в себя электрические цепи, вторая секция отделена от первой секции и находится непосредственно над ней, вторая секция является планарной и включает в себя ножки, микро-мембрану и расположенный на ней температурный детектор, вторая секция поддерживается колоннами, одна из ножек имеет один конец, интегрально соединенный с микро-мембраной, и другой конец, интегрально соединенный с одной из колонн, другая из ножек имеет один конец, интегрально соединенный с микро-мембраной, и другой конец, интегрально соединенный с другой из колонн, ножки обеспечивают электрическое соединение температурного детектора с электрическими цепями через соответствующие колонны и термоизоляцию температурного детектора и микро-мембраны от полупроводниковой подложки, одна из ножек включает в себя:
первую часть первого диэлектрического слоя,
первую часть второго диэлектрического слоя,
часть электропроводящего слоя, данная часть электропроводящего слоя обеспечивает вышеупомянутое электрическое соединение, первая часть первого диэлектрического слоя граничит с первой поверхностью электропроводящего слоя и первая часть второго диэлектрического слоя граничит со второй поверхностью электропроводящего слоя, первая и вторая поверхности электропроводящего слоя являются противолежащим поверхностями части электропроводящего слоя, часть электропроводящего слоя является источником механических напряжений, вызывающим напряжения растяжения в первой части первого диэлектрического слоя и напряжения растяжения в первой части второго диэлектрического слоя.1. A device for thermal detection of infrared radiation, including:
a pixel on a semiconductor substrate, a pixel includes a first section and a second section, the first section is on the surface of the semiconductor wafer and includes electrical circuits, the second section is separated from the first section and located directly above it, the second section is planar and includes legs , the micro-membrane and the temperature detector located on it, the second section is supported by columns, one of the legs has one end, integrally connected to the micro-membrane, and the other end, integrally connected connected to one of the columns, the other of the legs has one end, integrally connected to the micro-membrane, and the other end, integrally connected to the other of the columns, the legs provide electrical connection of the temperature detector with electric circuits through the corresponding columns and thermal insulation of the temperature detector and micro- membranes from a semiconductor substrate, one of the legs includes:
the first part of the first dielectric layer,
the first part of the second dielectric layer,
part of the conductive layer, this part of the conductive layer provides the aforementioned electrical connection, the first part of the first dielectric layer borders the first surface of the conductive layer and the first part of the second dielectric layer borders the second surface of the conductive layer, the first and second surfaces of the conductive layer are opposite surfaces of the part of the conductive layer, part of the conductive layer is a source of mechanical stress, causing apryazheniya stretching in the first part of the first dielectric layer and the tensile stress in the first portion of the second dielectric layer.
• формирование вышеупомянутых соответствующих ножек, где каждая из сформированных ножек имеет один конец, интегрально соединенный с микромембраной пикселя, включающего в себя сформированные ножки, и другой конец, интегрально соединенный с соответствующей колонной поддерживающую вторую секцию, включающую в себя сформированные ножки, где минимум две сформированные ножки имеют свои концы, интегрально соединенными с двумя разными колоннами, где сформированные ножки обеспечивают электрический контакт между температурным детектором пикселя, включающего в себя сформированные ножки с электрическими цепями пикселя, включающего в себя сформированные ножки через соответствующие колонны, где сформированные ножки обеспечивают тепловую изоляцию микро-мембраны пикселя, включающего в себя сформированные ножки, и температурного детектора пикселя, включающего в себя сформированные ножки от полупроводниковой подложки,
способ также включает в себя следующий шаг:
• формирование жертвенного слоя на полупроводниковой подложке,
формирование соответствующих ножек включает в себя следующие шаги для формирования одной из упомянутых соответствующих ножек:
формирование первой части первого диэлектрического слоя на жертвенном слое,
формирование части электропроводящего слоя на первой части первого диэлектрического слоя, где часть электропроводящего слоя обеспечивает вышеупомянутый электрический контакт, где сформированная часть электропроводящего слоя имеет напряжения сжатия, и
формирование первой части второго диэлектрического слоя на части электропроводящего слоя,
способ также включает в себя следующий шаг:
• удаление жертвенного слоя, где каждая часть электропроводящего слоя вызывает напряжения растяжения в соответствующей граничащей первой части первого диэлектрического слоя и напряжения растяжения в соответствующей граничащей первой части второго диэлектрического слоя.15. A method of manufacturing a device for thermal detection of infrared radiation, a device for thermal detection of infrared radiation includes a matrix of pixels on a semiconductor substrate, each of the pixels includes a corresponding first section of each of the pixels and a corresponding second section of each of the pixels separated from and located above said corresponding first section and supported by at least two corresponding columns, each of the columns supports only one second second July or each of the columns from the first group of columns supports only two of the second sections and each of the columns of the second group of columns supports only one of the second sections, each first section is on the surface of the semiconductor substrate and includes the corresponding electrical circuits of each first section, every second the section is planar and includes the corresponding legs of each second section, the corresponding micro-membrane of each second section, and the corresponding temperature detector of each second section and said corresponding micro-membrane, the method includes the following step for each of the pixels:
• the formation of the aforementioned corresponding legs, where each of the formed legs has one end integrally connected to a micro-membrane of a pixel including formed legs, and the other end integrally connected to a corresponding column supporting a second section including formed legs, where at least two formed the legs have their ends integrally connected to two different columns, where the formed legs provide electrical contact between the peak temperature detector mudflow, which includes formed legs with pixel electric circuits, including formed legs through corresponding columns, where the formed legs provide thermal insulation of the micro-membrane of the pixel, including formed legs, and a pixel temperature detector, which includes formed legs from the semiconductor substrates
The method also includes the following step:
• formation of a sacrificial layer on a semiconductor substrate,
the formation of the corresponding legs includes the following steps for forming one of the aforementioned corresponding legs:
the formation of the first part of the first dielectric layer on the sacrificial layer,
forming part of the conductive layer on the first part of the first dielectric layer, where part of the conductive layer provides the aforementioned electrical contact, where the formed part of the conductive layer has compression stresses, and
the formation of the first part of the second dielectric layer on the part of the conductive layer,
The method also includes the following step:
• removal of the sacrificial layer, where each part of the electrically conductive layer causes tensile stresses in the corresponding adjacent first part of the first dielectric layer and tensile stresses in the corresponding adjacent first part of the second dielectric layer.
• формирование соответствующего абсорбера ИК излучения, где формирование соответствующего абсорбера ИК излучения включает в себя следующие шаги:
формирование соответствующей второй части первого диэлектрического слоя на жертвенном слое, если соответствующий ИК абсорбер, который должен быть сформирован в процессе формирования соответствующего абсорбера ИК излучения, включает в себя соответствующую вторую часть первого диэлектрического слоя, и
формирование соответствующей второй части второго диэлектрического слоя, если соответствующий ИК абсорбер, который должен быть сформирован в процессе формирования соответствующего абсорбера ИК излучения, включает в себя соответствующую вторую часть второго диэлектрического слоя.16. The method according to p. 15, where each of the pixels includes a corresponding infrared absorber, where each of the infrared absorbers is thermally coupled to a single pixel thermal detector including each of the absorbers, includes a corresponding second part of the first dielectric layer and / or the corresponding second part of the second dielectric layer and is thermally isolated from the semiconductor substrate by means of pixel legs, including each of the absorbers mentioned, a method in Luciano a following step for each of the pixels:
• the formation of the corresponding infrared absorber, where the formation of the corresponding infrared absorber includes the following steps:
the formation of the corresponding second part of the first dielectric layer on the sacrificial layer, if the corresponding IR absorber, which must be formed in the process of forming the corresponding absorber of infrared radiation, includes the corresponding second part of the first dielectric layer, and
the formation of the corresponding second part of the second dielectric layer, if the corresponding IR absorber, which must be formed in the process of forming the corresponding absorber of infrared radiation, includes the corresponding second part of the second dielectric layer.
• формирование соответствующей микро-мембраны, где формирование соответствующей микро-мембраны включает в себя следующие шаги:
формирование соответствующей третьей части первого диэлектрического слоя на жертвенном слое, если соответствующая микро-мембрана, которая должна быть сформирована в процессе формирования соответствующей микро-мембраны, включает в себя соответствующую третью часть первого диэлектрического слоя, и
формирование соответствующей третьей части первого диэлектрического слоя на жертвенном слое, если соответствующая микро-мембрана, которая должна быть сформирована в процессе формирования соответствующей микро-мембраны, включает в себя соответствующую третью часть первого диэлектрического слоя.17. The method according to p. 16, where each of the micro-membranes includes a corresponding third part of the first dielectric layer and / or the corresponding third part of the second dielectric layer, the method includes the following step for each of the pixels:
• the formation of the corresponding micro-membrane, where the formation of the corresponding micro-membrane includes the following steps:
the formation of the corresponding third part of the first dielectric layer on the sacrificial layer, if the corresponding micro-membrane, which must be formed in the process of forming the corresponding micro-membrane, includes the corresponding third part of the first dielectric layer, and
the formation of the corresponding third part of the first dielectric layer on the sacrificial layer, if the corresponding micro-membrane, which must be formed in the process of forming the corresponding micro-membrane, includes the corresponding third part of the first dielectric layer.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126565/28A RU2595306C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Heat radiation sensor and its manufacturing method |
PCT/RU2016/000390 WO2017007373A1 (en) | 2015-07-03 | 2016-06-30 | Thermal radiation sensor and method of manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126565/28A RU2595306C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Heat radiation sensor and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2595306C1 true RU2595306C1 (en) | 2016-08-27 |
Family
ID=56891920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015126565/28A RU2595306C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Heat radiation sensor and its manufacturing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2595306C1 (en) |
WO (1) | WO2017007373A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650430C1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | RECEIVER OF IR AND THz RADIATIONS |
RU2793118C2 (en) * | 2018-10-12 | 2023-03-29 | Комиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив | Method for manufacturing a device with an improved encapsulating structure for detecting electromagnetic radiation |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2019031234A1 (en) | 2017-08-10 | 2020-08-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | Photo detector |
CN113720480B (en) * | 2021-03-26 | 2023-01-06 | 北京北方高业科技有限公司 | Infrared detector mirror image element based on CMOS (complementary metal oxide semiconductor) process and infrared detector |
CN116553474B (en) * | 2023-07-06 | 2023-10-20 | 杭州海康微影传感科技有限公司 | Pixel structure and infrared detector |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5300915A (en) * | 1986-07-16 | 1994-04-05 | Honeywell Inc. | Thermal sensor |
WO1999009383A1 (en) * | 1997-08-14 | 1999-02-25 | Sandia Corporation | Thermal infrared detector |
US6144285A (en) * | 1999-09-13 | 2000-11-07 | Honeywell International Inc. | Thermal sensor and method of making same |
US8110883B2 (en) * | 2007-03-12 | 2012-02-07 | Nantero Inc. | Electromagnetic and thermal sensors using carbon nanotubes and methods of making same |
US8759776B2 (en) * | 2008-12-31 | 2014-06-24 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Teramos-terahertz thermal sensor and focal plane array |
US9140610B2 (en) * | 2010-03-26 | 2015-09-22 | Seiko Epson Corporation | Pyroelectric detector and method for manufacturing same, pyroelectric detection device, and electronic instrument |
-
2015
- 2015-07-03 RU RU2015126565/28A patent/RU2595306C1/en not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-06-30 WO PCT/RU2016/000390 patent/WO2017007373A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5300915A (en) * | 1986-07-16 | 1994-04-05 | Honeywell Inc. | Thermal sensor |
WO1999009383A1 (en) * | 1997-08-14 | 1999-02-25 | Sandia Corporation | Thermal infrared detector |
US6144285A (en) * | 1999-09-13 | 2000-11-07 | Honeywell International Inc. | Thermal sensor and method of making same |
US8110883B2 (en) * | 2007-03-12 | 2012-02-07 | Nantero Inc. | Electromagnetic and thermal sensors using carbon nanotubes and methods of making same |
US8759776B2 (en) * | 2008-12-31 | 2014-06-24 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Teramos-terahertz thermal sensor and focal plane array |
US9140610B2 (en) * | 2010-03-26 | 2015-09-22 | Seiko Epson Corporation | Pyroelectric detector and method for manufacturing same, pyroelectric detection device, and electronic instrument |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650430C1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | RECEIVER OF IR AND THz RADIATIONS |
RU2793118C2 (en) * | 2018-10-12 | 2023-03-29 | Комиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив | Method for manufacturing a device with an improved encapsulating structure for detecting electromagnetic radiation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2017007373A1 (en) | 2017-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2595306C1 (en) | Heat radiation sensor and its manufacturing method | |
Milne et al. | Widely tunable MEMS-based Fabry–Perot filter | |
TWI525386B (en) | Reflective-type mask and method for forming integrated circuit | |
US9601396B2 (en) | 3D NAND staircase CD control by using interferometric endpoint detection | |
KR100904110B1 (en) | Neural network methods and apparatuses for monitoring substrate processing | |
JP7191375B2 (en) | LIGHT MODULATION STRUCTURE HAVING THREE-LAYER STRUCTURE OF METAL/DIELECTRIC/METAL, MANUFACTURING METHOD AND USE THEREOF | |
KR101656436B1 (en) | Method for measuring film thickness distribution of wafer having thin film | |
JP4372178B2 (en) | Light reflecting mask, light reflecting mask manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method | |
TW201005568A (en) | Multi-layer/multi-input/multi-output (MLMIMO) models and method for using | |
JPH02303022A (en) | Datter formation metaod | |
WO2008157156A1 (en) | Method and apparatus for creating a gate optimization evaluation library | |
TW202200834A (en) | System and method for monitoring semiconductor processes | |
JP3838420B2 (en) | Dielectric constant measuring method and dielectric constant measuring apparatus | |
JP4480482B2 (en) | Plasma etching processing apparatus control method and trimming amount control system | |
Kusserow et al. | Processing of photonic crystals in InP membranes by focused ion beam milling and plasma etching | |
Mihardja et al. | Data feed-forward for improved optical CD and film metrology | |
Morgenfeld et al. | Monitoring process-induced focus errors using high-resolution flatness metrology | |
US20060186406A1 (en) | Method and system for qualifying a semiconductor etch process | |
JP2011061867A (en) | Method for stack deposition of layer, method of forming resonator, and method for deposition of piezoelectric layer | |
JP2007335557A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
Jo et al. | Machine learning aided process control: critical dimension uniformity control of etching process in 1z nm DRAM | |
Milenin et al. | Assessment of STI dry etch process variability by means of dynamic time warping technique | |
US8726736B2 (en) | Method for determining the local stress induced in a semiconductor material wafer by through vias | |
CN102789017B (en) | Method for manufacturing multistage micro-mirror through inversely adjusting thick film | |
Kuryshev | Micromechanical IR-systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200704 |