TW201432233A - 用於輻射熱測定器的懸架以及吸收器結構 - Google Patents
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Abstract
半導體裝置包括基板，其具有界定出感測區域的上表面。固定的樑結構乃支持在感測區域之上的第一層級。固定的樑結構包括固定的樑支持物，其從基板的上表面向上延伸以將固定的樑結構定位在感測區域之上的第一層級。吸收器結構乃支持在固定的樑結構之上而在感測區域之上的第二層級。吸收器結構包括柱狀支持物，其從固定的樑結構向上延伸以將吸收器結構定位在感測區域之上的第二層級。
Description
本揭示大致關於紅外線輻射感測器，尤其關於輻射熱測定器紅外線輻射感測器。
一般而言，紅外線輻射(infrared radiation，IR)感測器乃用於各式各樣的應用以偵測紅外線輻射，並且所提供的電輸出是入射紅外線輻射的度量。一種紅外線感測器是輻射熱測定器。輻射熱測定器典型形成在基板或晶圓上，並且包括用於吸收紅外線輻射的吸收器元件以及熱接觸著吸收器元件的轉換器元件，後者所具有的電阻隨著溫度而變化。操作上，入射在輻射熱測定器上的紅外線輻射被吸收器元件所吸收，並且吸收之輻射所產生的熱則轉移到轉換器元件。隨著轉換器元件回應於吸收的輻射而熱起來，轉換器元件的電阻將以預定的方式來改變。藉由偵測電阻的改變，就可以得到入射紅外線輻射的度量。
於先前已知的輻射熱測定器紅外線感測器，如圖2所示，輻射熱測定器100的吸收器元件102典型乃整合於懸架在基板104的表面上的支持結構裡。於某些先前已知的感測器，吸收器元件和支持結構是由相同的材料所形成，並且同時沉積到基板上。吸收器元件和支持結構乃沉積到圖案化的犧牲層上，然後移除支持結構之下的犧牲層，如此則吸收器元件
和支持結構便懸架在基板上的相同層級。在移除時，吸收器元件和支持結構是由具有L形組態的支持臂106而懸架在基板上。
雖然有效的將吸收器元件和支持結構懸架在基板上，不過吸
收器元件和支持結構中的應力可以導致吸收器元件的彎翹和位移。吸收器的彎翹和位移可以導致吸收器的平面度或平坦度減少，並且可以造成吸收器和基板之間有不均勻的間隔，而這可以不利的衝擊著感測器的正確度和一致性。附帶而言，L形臂106減少了裝置的填充因數。
於一具體態樣，半導體裝置包括基板，其具有界定出感測區
域的上表面。固定的樑結構乃支持在感測區域之上的第一層級。固定的樑結構包括固定的樑支持物，其從基板的上表面向上延伸以將固定的樑結構定位在感測區域之上的第一層級。吸收器結構則支持於固定的樑結構之上而在感測區域之上的第二層級。吸收器結構包括柱狀支持物，其從固定的樑結構向上延伸以將吸收器結構定位在感測區域之上的第二層級。
於另一具體態樣，製作半導體裝置的方法包括將第一犧牲層
沉積到提供在基板的上表面上之圖案化的導電層上，而第一犧牲層的上表面位在基板之上的第一層級。將第一犧牲層圖案化以界定出錨固孔洞，其向下延伸到圖案化的導電層。然後將第一導電材料沉積到第一犧牲層上和於錨固孔洞中以分別形成固定的樑結構和固定的樑支持物，而固定的樑結構係在基板之上的第一層級。然後將至少一額外犧牲層沉積到第一導電材料上，而至少一額外犧牲材料的上表面位在基板之上的第二層級。然後沉積至少一額外犧牲層以形成柱狀孔洞，其向下延伸到固定的樑結構。然後
將第二導電材料沉積到至少一額外犧牲層上和於柱狀孔洞中以分別形成吸收器結構和柱狀支持物，而吸收器結構係在基板之上的第二層級。
10‧‧‧半導體裝置(感測器)
12‧‧‧基板
13‧‧‧表面
14‧‧‧固定的樑懸架結構
16‧‧‧吸收器結構
18‧‧‧第一層級
20‧‧‧第二層級
22‧‧‧薄的SiO2層
24‧‧‧反射器結構
26‧‧‧讀出導體
28‧‧‧第一犧牲層
30‧‧‧錨固孔洞
32‧‧‧第二犧牲層
34‧‧‧第三犧牲層
36‧‧‧柱狀孔洞
38‧‧‧溝槽(機械穩定特色)
40‧‧‧柱狀結構
100‧‧‧輻射熱測定器
102‧‧‧吸收器元件
104‧‧‧基板
106‧‧‧支持臂
圖1是輻射熱測定感測器的截面圖，其在最後移除犧牲層之前具有相關於基板而懸架在二個不同層級的吸收器結構和懸架結構。
圖2是依據先前技藝之輻射熱測定器的立體圖。
為了促進理解本揭示的原理，現在將參考示範於圖式和描述於以下所寫之說明書的具體態樣。了解的是並不藉此打算限制本揭示的範圍。進一步了解的是本揭示包括對示範之具體態樣的任何更動和修改，並且包括本揭示之原理的進一步應用，就如本揭示所相關之技藝中的一般技術者所正常會想到的。
圖1顯示依據本揭示的半導體裝置10之具體態樣的立體圖。半導體裝置10包括輻射熱測定器紅外線感測器。此種感測器可用於各式各樣的應用，包括溫度感測器、IR感測器、IR感測器陣列、熱成像器、夜視攝影機、溫度遙測和類似者。感測器10包括基板12、固定的樑懸架結構14、吸收器結構16。如圖1所可見，固定的樑懸架結構14乃建構成主要懸架在基板12的表面之上的第一層級18而呈栓繫樑或固定樑的組態，亦即該結構的每個末端乃固定或栓繫於基板的表面。吸收器結構16乃建構成主要懸架在第二層級20，其係在基板的表面和固定的樑懸架結構二者之上。
於圖1的具體態樣，基板12包括氧化的矽晶圓。導電層乃形成在基板的表面上，或者於這例，乃形成在基板12的表面13上之薄的
SiO2層22上。將導電層加以圖案化，譬如藉由蝕刻來為之，以形成反射器結構24和讀出導體26。反射器24乃用於將抵達基板的紅外線輻射反射回去朝向吸收器。讀出導體26乃用於將感測器連接到讀出電路(未顯示)。
第一犧牲層28乃沉積在基板12上而在圖案化的導電層之
上。第一犧牲層所沉積的厚度對應於基板上之懸架結構所要的高度。固定的樑遮罩(未顯示)乃用於界定出懸架結構14在第一犧牲層上的組態。舉例而言，固定的樑遮罩乃用於界定出錨固孔洞30的位置，其係要被蝕刻穿過第一犧牲層28而向下到讀出導體26。錨固孔洞30將界定出用於懸架結構14的錨固物或固定的樑支持物。第一犧牲層28可以由任何適合類型的材料所形成並且以適合該材料的方式來蝕刻。於圖1的具體態樣，第一犧牲層是由多晶矽所形成。
用於感測器10的懸架結構14乃沉積到第一犧牲層28上，
使得它保形的遵從錨固孔洞30的輪廓。懸架結構是由適合的導電材料所形成，例如鉑，並且以任何適合的方式來沉積。懸架結構14沉積到錨固孔洞30裡的部分則形成固定的樑支持物，其使懸架結構14的每一側以預定的距離(其由第一犧牲層的厚度所界定)而懸架在基板12之上。固定的樑支持物在錨固孔洞30的基底處也電連接到讀出導體26以將吸收器結構連接到讀出電路(未顯示)。於一具體態樣，懸架結構14包括薄膜結構，其使用原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)過程來沉積而能夠以精確和均勻的厚度控制來形成極薄的膜。
在懸架結構14形成在第一犧牲層28上之後，至少一額外犧
牲層沉積在懸架結構14上，其厚度使(多個)額外犧牲層的上表面定位在基
板之上的第二層級。於圖1的具體態樣，(多個)額外犧牲層包括第二犧牲層32，其沉積於感測器結構14上。第二犧牲層32是由蝕刻特徵不同於第一犧牲層的材料所形成，如此則第二犧牲層可加以蝕刻而不蝕刻或損傷懸架結構或第一犧牲層。於一具體態樣，第二犧牲層是由第一光阻材料所形成。
然後第三犧牲層34形成在第二犧牲層32的頂部上。第三犧
牲層是由蝕刻特徵不同於第二犧牲層的材料所形成，如此則第三犧牲層可加以蝕刻而不蝕刻或損傷第二犧牲層。於一具體態樣，第三犧牲層是由第二光阻材料所形成。
由例如聚亞醯胺(PI)之材料所形成的吸收器遮罩(未顯示)乃
用於在第三犧牲層34上界定出吸收器結構16。舉例而言，吸收器遮罩乃用於界定出柱狀孔洞36的位置，其係要蝕刻穿過第三和第二犧牲層34、32而向下到懸架結構14。額外的特色可以蝕刻到第三犧牲層裡，例如用於界定吸收器結構16中之交疊或皺折的溝槽38以增加機械穩定性。然後進行第一蝕刻過程以蝕刻第三犧牲層34而向下到柱狀區域中的第二犧牲層32以形成柱狀孔洞36的第一部分，以及向下到界定出機械穩定特色38的其他區域。進行第二蝕刻過程以蝕刻柱狀區域中的第二犧牲層32而向下穿過到達懸架結構14。
用於感測器10的吸收器結構16乃沉積到第三犧牲層34上，使得它保形的遵從柱狀孔洞36和機械穩定溝槽38的輪廓。吸收器結構16是由適合的導電材料所形成，例如鉑，並且以任何適合的方式來沉積。於一具體態樣，吸收器結構16包括薄膜結構，其使用原子層沉積(ALD)過程來沉積。吸收器16沉積到柱狀孔洞36裡的部分則形成了柱狀結構40，
其乃用於將吸收器結構支持在懸架結構之上。柱狀結構40在柱狀孔洞36的基底處乃電/熱連接到懸架結構14。
於圖1的具體態樣，第二和第三犧牲層32、34所沉積的總
厚度對應於懸架結構14和吸收器結構16之間所要的間隔。第二犧牲層和第三犧牲層的厚度乃基於任何併入吸收器結構裡之非平坦特色所要的尺度來選擇，該特色例如是機械穩定特色。於替代性的具體態樣，可以省略機械穩定特色，如此則單一犧牲層使吸收器結構隔開在懸架結構之上而非如圖1所示的使用二個犧牲層。
一旦吸收器結構16已經沉積到第三犧牲層34上，則移除第
二和第三犧牲層32、34以釋放吸收器結構16，如此則吸收器結構16便由柱狀結構40懸架在懸架結構14之上。然後移除第一犧牲層28以釋放懸架結構14，如此則懸架結構便由固定的樑支持物懸架在基板之上。
如圖1所可見，柱狀結構40乃居中於吸收器結構16，如此則吸收器結構16包括二個側向延伸部分，其從柱狀結構的頂部往外延伸。這組態具有優於先前已知之輻射熱測定感測器組態的優點。舉例而言，一個窄的接觸點乃提供在吸收器結構和懸架結構之間，這有助於熱隔離吸收器結構，並且使吸收器結構與可以感應於固定的樑懸架結構中的應力彼此脫鉤。
吸收器結構和懸架結構的分開組態也能夠讓具有不同特徵的二種不同材料或沉積出不同特徵的相同材料用於懸架結構和吸收器結構。附帶而言，分開組態也能夠讓用於懸架結構的支持物比較大而不須減少填充因數。
雖然本揭示已經詳細示範和描述於圖式和前面的敘述，不過
它特性上應該視為示範性的而非限制性的。了解的是僅已呈現較佳的具體態樣，並且落於本揭示之精神裡的所有改變、修改和進一步的應用乃想要受到保護。
10‧‧‧半導體裝置(感測器)
12‧‧‧基板
13‧‧‧表面
14‧‧‧固定的樑懸架結構
16‧‧‧吸收器結構
18‧‧‧第一層級
20‧‧‧第二層級
22‧‧‧薄的SiO2層
24‧‧‧反射器結構
26‧‧‧讀出導體
28‧‧‧第一犧牲層
30‧‧‧錨固孔洞
32‧‧‧第二犧牲層
34‧‧‧第三犧牲層
36‧‧‧柱狀孔洞
38‧‧‧溝槽(機械穩定特色)
40‧‧‧柱狀結構
Claims (20)
- 一種半導體裝置，其包括：基板，其具有界定出感測區域的上表面；固定的樑結構，其支持在該感測區域之上的第一層級，該固定的樑結構包括固定的樑支持物，其從該基板的該上表面向上延伸以將該固定的樑結構定位在該感測區域之上的該第一層級；吸收器結構，其支持在該固定的樑結構之上而在該感測區域之上的第二層級，該吸收器結構包括柱狀支持物，其從該固定的樑結構向上延伸以將該吸收器結構定位在該感測區域之上的該第二層級。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該樑結構是由第一導電材料所形成，並且該吸收器結構是由第二導電材料所形成。
- 如申請專利範圍第2項的裝置，其進一步包括：圖案化的導電層，其在該基板的該上表面上而建構成形成用於該裝置的讀出導體，以及其中該等固定的樑支持物將該固定的樑結構電連接到該圖案化的導電層。
- 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該柱狀支持物將該吸收器結構電連接到該固定的樑結構。
- 如申請專利範圍第4項的裝置，其進一步包括：反射器結構，其形成在該基板的該上表面上而在該感測區域中。
- 如申請專利範圍第5項的裝置，其進一步包括：第一犧牲層，其沉積在該圖案化的導電層上並且圖案化以界定出向下 到該圖案化的導電層的錨固孔洞，以及其中該第一導電材料沉積在該第一犧牲層上和在該等錨固孔洞中以分別形成該固定的樑結構和該等固定的樑支持物。
- 如申請專利範圍第5項的裝置，其進一步包括：至少一額外犧牲層，其沉積在該固定的樑結構上並且圖案化以界定出向下延伸到該固定的樑結構的柱狀孔洞，以及其中該第二導電材料沉積在該至少一額外犧牲層上和在該柱狀孔洞中以分別形成該吸收器結構和該柱狀支持物。
- 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一導電材料和該第二導電材料各包括金屬材料做的原子層沉積(ALD)。
- 如申請專利範圍第8項的裝置，其中該金屬材料包括鉑。
- 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一犧牲層是由多晶矽所形成。
- 如申請專利範圍第10項的裝置，其中該至少一額外犧牲層是由光阻材料所形成。
- 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一導電材料和該第二導電材料是不同的。
- 如申請專利範圍第5項的裝置，其中該吸收器結構形成輻射熱測定器紅外線感測器。
- 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該柱狀支持物實質居中在該固定的樑結構上。
- 一種製作半導體裝置的方法，該方法包括： 將第一犧牲層沉積到提供在基板的上表面上之圖案化的導電層上，該第一犧牲層具有在該基板之上的第一層級的上表面；將該第一犧牲層圖案化以界定出錨固孔洞，其向下延伸到該圖案化的導電層；將第一導電材料沉積到該第一犧牲層上和於該等錨固孔洞中以分別形成固定的樑結構和固定的樑支持物，該固定的樑結構係在該基板之上的該第一層級；將至少一額外犧牲層沉積到該第一導電材料上，該至少一額外犧牲層具有在該基板之上的第二層級的上表面；將該至少一額外犧牲層圖案化以形成柱狀孔洞，其向下延伸到該固定的樑結構；將第二導電材料沉積到該至少一額外犧牲層上和於該柱狀孔洞中以分別形成吸收器結構和柱狀支持物，該吸收器結構係在該基板之上的該第二層級。
- 如申請專利範圍第15項的方法，其中該第一導電材料和該第二導電材料使用原子層沉積來沉積。
- 如申請專利範圍第16項的方法，其中該第一導電材料和該第二導電材料當中至少一者包括鉑。
- 如申請專利範圍第15項的方法，其中該至少一額外犧牲層包括第二犧牲層和第三犧牲層，其中該第三犧牲層被圖案化以形成溝槽，以及其中該第二導電材料沉積到該等溝槽裡以形成用於該吸收器結構的機 械穩定特色。
- 如申請專利範圍第15項的方法，其中該第一犧牲層包括多晶矽。
- 如申請專利範圍第15項的方法，其中該圖案化的導電層、該固定的樑結構、該吸收器結構乃建構成作為輻射熱測定器紅外線感測器的功能。
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