TW202225649A - 紅外線成像微測輻射熱計及相關形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種紅外線成像微測輻射熱計(10a)，其整合一薄膜，該薄膜藉由附接至錨釘(14)的固持臂懸浮組裝於一基板(11)上方，該薄膜包含：
● 一支撐層(13)，其與該等錨釘(14)的上端相交；
● 一吸收體或電極(16)，其係以形成至少兩個電極的一圖案沉積於該支撐層(13)上及該等錨釘(14)上；
● 一介電層(15)，其沉積於該吸收體或電極(16)上及該支撐層(13)上；
● 至少兩個導電通路(20)，其形成為穿越該介電層(15)而與該至少兩個電極接觸；及
● 一測溫或熱阻材料(21)，其配置於在該等導電通路(20)的上端的高度處形成的一平坦表面上。
Description
本發明係關於電磁輻射偵測的領域，更精確言之係關於紅外線輻射偵測。
本發明一方面是關於具改善性能的紅外線成像微測輻射熱計，另一方面是關於複數個相關製造方法。
在用於紅外線成像的偵測器領域中，已知採用以陣列配置的裝置，可能在室溫下操作，亦即無需冷卻至極低溫，與需要在極低溫下操作的稱之為「量子偵測器」的偵測裝置相反。
這些偵測器習知採用依照在約300K的溫度下的適當材料或材料組合的物理量的變化。在目前最常採用的微測輻射熱計偵測器的特定情況中，此物理量為電阻，但亦可採用其他量，諸如介電常數、偏壓、熱膨脹、折射率等。
此無冷卻偵測器一般關聯於：
用於吸收熱輻射及用於轉換該熱輻射為熱的手段；
用於熱絕緣該偵測器致能在熱輻射作用下加熱的手段；
測溫手段，其係在微測輻射熱計偵測器的文本中，利用具有隨溫度變化電阻的電阻元件；
及用以讀取由測溫手段供應的電信號的手段。
用於熱或紅外線成像的偵測器習知係以基本偵測器的陣列形式製造，在一或二維中形成影像點或像素。為保證偵測器的熱絕緣，以支撐臂將偵測器懸浮於基板上方。
基板經常包括基本偵測器的序列定址手段及自這些基本偵測器產生的電信號的預處理的電激發手段。基板及整合手段共同標示為術語「讀出電路」。
為經由此類偵測器獲得場景，該場景係透過在基本偵測器陣列上的適用的光學系統捕捉，且經由讀出電路施加額定電刺激至基本偵測器的每一者或此等偵測器的每一列以獲得電信號，形成由該等基本偵測器的每一者達到的溫度影像。此信號或多或少係由讀出電路精細處理，且接著可由封裝外部的電子裝置產生所觀察場景的熱影像。
更精確言之，基本偵測器係由藉由錨釘固持於基板上方固定懸浮中的薄膜形成。薄膜整合施行紅外線輻射傳導的測溫或熱阻材料形成測溫手段。
測溫或熱阻材料的電阻的測量係由讀出電路實行。為此目的，測溫或熱阻材料經由錨釘電連接至讀出電路或藉由電極延伸至固持臂中。在特定情況下，電極亦藉由在測溫或熱阻材料下方延伸且進入固持臂的材料如金屬實行紅外線輻射的吸收體功能。除了讀取穿越測熱材料的信號外，吸收材料或電極亦具有吸收紅外線通量以將之傳送至測溫或熱阻材料的功能。所吸收的紅外線輻射量取決於此吸收體或電極的表面積。
為了最佳化紅外線輻射的吸收，吸收材料或電極覆蓋由像素所佔面積中的最大表面積。實際上，其表面積受限於薄膜表面積。調整吸收材料或電極的厚度使得其每平方單位的有效阻抗適用於真空者: Z
0= 377 ohm/square。
圖1a至1f示例形成當前技術的微測輻射熱計100，諸如文獻EP 3 182 081中所述。
圖1a中示例的第一步驟包括沉積與結構化整合讀出電路的基板11上的犧牲層12與支撐層13。這兩層12、13的結構化致能獲得可形成錨釘14的開口。如圖1b所示例，在開口中形成錨釘14目的在於獲得導電墊，其至少一直延伸至支撐層13的上端的高度。
接著在支撐層13上及錨釘14的上部上沉積吸收體或電極16。圖1c所示例下一步驟包括結構化吸收體或電極16以形成微測輻射熱計100的電極與吸收部。接著在支撐層13上與吸收體或電極16上沉積測溫或熱阻材料18。如圖1d所示例，蝕刻測溫或熱阻材料18的橫向部一直到吸收體或電極16，使得測溫或熱阻材料18延伸在微測輻射熱計100上方且確保吸收體或電極16的不同部分之間的電接觸。
如圖1e所示例，接著在吸收體或電極16上與測溫或熱阻材料18上沉積保護層19。接著依所期圖案蝕刻層13、16與19以形成薄膜與薄膜固持臂。最後的步驟1f示例移除犧牲層12，因此釋放懸浮在錨釘14上的薄膜。
因而獲得的微測輻射熱計100的性能取決於複數個因素且尤其是測溫或熱阻材料18的本質。
為獲得小的低頻雜訊係數，已知採用氧化釩測溫或熱阻材料18。
但此氧化釩測溫或熱阻材料18在接收測溫或熱阻材料18沉積的基板具表面不均勻性Rp時，會在跨微測輻射熱計100測量的電流上產生低頻雜訊。
在參考圖1a至1f所述當前技術中，此表面不均勻性Rp需顯現於接收測溫或熱阻材料18沉積的基板上及吸收體或電極16上，此沉積致能確保此兩元件之間的電接觸。
因而期能沉積測溫或熱阻材料18於平坦表面上，同時確保與吸收體或電極16的電連續性。
為此目的，在文獻CN 108298495中所述解決方案包括沉積測溫或熱阻材料於支撐層上及在測溫或熱阻材料的上方形成吸收體或電極。
但吸收體或電極需在複數個高度結構化以確保在支撐層的高度與測溫或熱阻材料頂部處延伸的錨釘之間的電接觸。結果使得具有沉積在基板上的反射體的吸收體或電極的微調效率較低，因此此微調需要此兩元件之間的距離固定。
本發明的技術問題因而是獲得一種微測輻射熱計，其具有沉積在平坦表面上的吸收體或電極與測溫或熱阻材料，同時確保吸收體或電極與測溫或熱阻材料之間的可靠電接觸。
本發明源於一觀察，按此無需沉積與吸收材料或電極直接接觸的測溫或熱阻材料以獲得有效的熱電傳導。測溫或熱阻材料確實具有轉換由吸收體或電極捕捉的場景溫度變化為跨越由此相同吸收體或電極形成的電極的電阻變化的功能。
本發明已顯示藉由以導電通路連接測溫或熱阻材料至吸收體或電極可實行熱與電交換而不減損微測輻射熱計的性能。
因此，本發明提供解決此技術問題的方式係藉由沉積介電層於吸收體或電極上且藉由形成穿越此介電層而直接到吸收體或電極的導電通路以形成平坦表面，其具有出現的接觸致能沉積測溫或熱阻材料而不產生局部缺陷。一般所選介電層是由導電率遠低於吸收體或電極的矽製成。例如介電層導電率與吸收體或電極導電率之間可考慮至少1,000的因子。因此，介電層可具有大於1 Ω.cm的導電率。
為此目的，依據一第一態樣，本發明係關於一種紅外線成像微測輻射熱計，其整合一薄膜，該薄膜藉由附接至錨釘的固持臂懸浮組裝於一基板上，該薄膜包含：
■ 一支撐層，其與該等錨釘相交；
■ 一吸收體或電極，其以形成至少兩個電極的一圖案沉積於該支撐層上及該等錨釘上；
■ 一介電層，其沉積於該吸收體或電極上及該支撐層上；
■ 至少兩個導電通路，其形成為穿越該介電層而與該至少兩個電極接觸；及
■ 一測溫或熱阻材料，其配置於在該等導電通路的上端的高度處形成的一平坦表面上。
本發明致能獲得微測輻射熱計，其具有測溫或熱阻材料及沉積於平坦表面上的吸收體或電極，同時藉由導電通路確保吸收材料的電極或電極與測溫或熱阻材料之間的電連續性。
因而獲得的微測輻射熱計可因而整合氧化釩測溫或熱阻材料，其由於測溫或熱阻材料沉積於平坦表面上而保持小的低頻雜訊。
作為一變型例，測溫或熱阻材料可由半導體金屬氧化物製成，諸如氧化釩、氧化鈦或氧化鎳，其與諸如文獻FR3077878與FR3077879中所述穩定化或金屬元素相關聯或不具該等元素。此外，吸收體或電極沉積於平坦表面上致能調整吸收體或電極與沉積於基板上的反射體的距離以增加所偵測的紅外線輻射量。
本發明因而致能獲得高性能微測輻射熱計，其雜訊一般受限於跨微測輻射熱計測量的電流。
按此觀察可藉由以導電通路連接測溫或熱阻材料至吸收體或電極實行微測輻射熱計的熱與電交換而不減損其性能，可施行複數個不同實施例，尤其是形成這些導電通路。
依照第一實施例，導電通路係藉由沉積基於鎢的材料於沉積在吸收體或電極上的介電層的開口中而形成。
依照此第一實施例，用以形成紅外線成像微測輻射熱計的方法包括下列步驟：
■ 沉積一犧牲層與一支撐層於一基板上；
■ 將錨釘形成為穿越該犧牲層與該支撐層；
■ 在該支撐層上與該等錨釘上沉積一吸收體或電極且將該吸收體或電極結構化；
■ 在該吸收體或電極上及該支撐層上沉積一介電層；
■ 將該介電層結構化，以形成一直延伸至該吸收體或電極的開口；
■ 沉積基於鎢的一導電材料，以填充因而在該介電層內形成的該等開口及確保該導電材料與該吸收體或電極之間的電接觸；
■ 自該等開口移除該導電材料以形成一平坦表面；
■ 在該平坦表面上沉積一測溫或熱阻材料，使得該測溫或熱阻材料經由沉積於該介電層的該等開口中的該等導電通路熱與電連接至該吸收體或電極；
■ 將固持臂結構化；及
■ 移除該犧牲層。
較佳導電材料的沉積係藉由保形氣相沉積實行。例如導電材料可藉由化學氣相沉積或CVD或物理氣相沉積PVD來沉積。
就本發明而言，「保形」沉積對應的沉積係所沉積的材料粒子均勻覆蓋其上實行沉積的支撐表面，不論此表面是垂直或水平定向。
因此，導電材料之此保形沉積致能有效填充介電層開口且獲得吸收體的電極或電極與測溫或熱阻材料之間的令人滿意的熱與電連續性。
較佳該介電層係藉由在該吸收體或電極上具有一停止部的一反應性離子蝕刻結構化。反應性離子蝕刻已知較佳簡稱RIE。此反應性離子蝕刻可以諸如吸收體或電極的導電停止層施行。此技術致能獲得開口的精確結構化。因此，此RIE致能依照吸收體的電極或電極與測溫或熱阻材料之間的熱與電連續性需求來精確調整開口的形狀與大小。例如開口可具有小於1微米的寬度，一般小於400奈米。
就本發明而言，開口的「寬度」對應於該等開口橫剖面的最大尺寸。因此，若開口是圓柱形，則開口寬度對應於其直徑。較佳開口具有正方形剖面且寬度對應於此正方形的對角線。
藉由關聯RIE與保形沉積，具有受控形狀與填充物的導電通路出現在平坦表面上，旨在接收測溫或熱阻材料的沉積。
平坦表面係在移除沉積在開口外的導電層後形成。
為此目的，可利用在該介電層上具有停止部的反應性離子蝕刻。
作為一變型例，沉積在開口外的導電層的移除係藉由對該導電材料的化學機械拋光實行。在此實施例中，平坦表面可藉由沉積在介電層上的停止層形成，致能停止導電材料的化學機械拋光。在此變型例中，該方法亦包括下列步驟：
■ 在該介電層被結構化前在該介電層上沉積一停止層，使得該等開口延伸穿越該介電層與該停止層；
■ 藉由該停止層的一第一反應性離子蝕刻與該介電層的一第二反應性離子蝕刻將該介電層結構化；
■ 沉積基於鎢的該導電材料，其形成於該停止層與該介電層該等開口中；及
■ 藉由對該導電材料的一化學機械拋光至少一直到該停止層的高度而自該等開口移除該導電材料。
可接著保持此停止層以形成平坦表面。在此實施例中，當實行導電材料的化學機械拋光一直到停止層的高度時，在該導電材料上及該停止層上實行該測溫或熱阻材料的沉積。此實施例致能藉由利用對化學機械拋光處理具高阻力的停止層如氧化矽或氮化物層而保證測溫或熱阻材料的沉積表面平坦度。
作為一變型例，可在化學機械拋光步驟後抑制停止層。
在此實施例中，當實行導電材料的化學機械拋光一直到介電層的高度時，該方法包括移除該停止層；在該導電材料上與該介電層上實行該測溫或熱阻材料的沉積的步驟。
此實施例致能限制吸收體或電極與測熱或熱阻層之間的厚度以易於熱轉移。確實，雖然大部分的熱轉移係由導電通路施行，部分的熱轉移可亦藉由介電層實行。停止層的移除致能透過介電層改善此熱轉移。
此外，可減少旨在形成微測輻射熱計的固持臂的區域厚度以限制基板與測溫或熱阻材料之間的熱交換。為此目的，本發明的方法較佳包括將旨在形成微測輻射熱計的固持臂的區域中的該介電層薄化的步驟。
為精確控制介電層薄化步驟期間的蝕刻厚度，該方法可包括在微測輻射熱計的固持臂的高度處沉積薄化停止層的步驟，該薄化一直實行到該薄化停止層。在該薄化步驟後可移除停止層。
此外，亦可在介電材料與測溫或熱阻材料上沉積保護層以在犧牲層移除步驟期間保護測溫或熱阻材料。
該薄化可在沉積此保護層之後實行以亦在旨在形成微測輻射熱計的固持臂的區域中獲得此保護層的部分移除。
依據第二實施例，形成紅外線成像微測輻射熱計的方法包括下列步驟：
■ 沉積一犧牲層與一支撐層於一基板上；
■ 將錨釘形成為穿越該犧牲層與該支撐層；
■ 在該支撐層上與該等錨釘上沉積一吸收體或電極且將該吸收體或電極結構化；
■ 在該吸收體或電極上及該支撐層上沉積基於矽的一介電層；
■ 局部沉積一金屬矽化材料於該介電層上；
■ 熱處理該金屬矽化材料，以在該金屬矽化材料與該介電層之間形成一金屬間化合物及在該介電層中形成導電通路；
■ 在該介電層上沉積一測溫或熱阻材料，使得該測溫或熱阻材料經由在該介電層內形成的該等導電通路熱與電連接至該吸收體或電極；
■ 將該等固持臂結構化；及
■ 移除該犧牲層。
第二實施例中與第一實施例相左處在於導電通路係藉由以矽化處理的介電層的局部轉換而獲得。
為此目的，介電層係基於矽且金屬矽化材料可能形成穩定結晶相，金屬可經選擇為例如由鎳或鈷製成。此外，金屬矽化材料可與其他化合物如鉑相關聯。
就本發明而言，矽化對應於一併入方法，其致能形成矽化物及形成金屬與矽製成的低電阻合金。藉由將矽併入金屬化材料如鎳，因而可獲得矽化鎳中間金屬。
藉由併入金屬化材料獲得的矽化物致能形成介電層內的導電通路，其中介電層本就不導電或低導電。
為獲得金屬化材料的局部沉積-矽化的前驅物，可利用微影步驟，金屬矽化材料的沉積步驟，接著為樹脂移除步驟。此無蝕刻方法在文獻中稱之為「剝離」。
但此局部沉積方法可造成金屬化材料的不精確置放。為克服此困難，可利用犧牲層限界其內沉積金屬矽化材料的開口。
依據此變型例，在介電層上局部沉積金屬矽化材料的步驟包括下列子步驟：
■ 沉積一犧牲層於該介電層上；
■ 將該犧牲層結構化，以形成一直延伸至該介電層的開口；
■ 沉積金屬矽化材料以填充因而在該介電層內形成的該等開口；及
■ 移除該犧牲層。
此外，在施行熱退火以獲得金屬矽化材料併入介電層期間，可能發生其體積增加。為克服此困難，可在併入前部分蝕刻此介電層。
依照此變型例，局部沉積該金屬矽化材料於該介電層上的步驟亦包括在該金屬矽化材料的沉積步驟前部分蝕刻在該等開口的高度處的該介電層的子步驟。
關於施行熱退火以獲得該併入，可考慮單一熱退火步驟。例如可在自350
oC至450
oC的溫度範圍施行至少30秒時段的金屬矽化材料的熱退火步驟。
依據第三實施例，藉由局部離子佈植於介電層獲得導電通路。
依據此實施例，形成紅外線成像微測輻射熱計的方法包括下列步驟：
■ 沉積一犧牲層與一支撐層於一基板上；
■ 將錨釘形成為穿越該犧牲層與該支撐層；
■ 在該支撐層上與該等錨釘上沉積一吸收體或電極且將該吸收體或電極結構化；
■ 在該吸收體或電極上及在該支撐層上沉積介電層；
■ 在該介電層上沉積一遮罩層；
■ 將該遮罩層結構化，以形成一直延伸至該介電層的開口；
■ 通過該等開口進行金屬元素的離子佈植，以將該金屬元素併入該介電層且在該介電層中形成導電通路；
■ 移除該遮罩層；
■ 在該介電層上沉積一測溫或熱阻材料，使得該測溫或熱阻材料經由在該介電層內形成的該等導電通路熱與電連接至該吸收體或電極；
■ 將該等固持臂結構化；及
■ 移除該犧牲層。
如同第二實施例，在第三實施例中係藉由介電層的局部轉換獲得導電通路。但在第三實施例中，該轉換係藉由金屬元素的離子佈植實行。
就本發明而言，離子佈植對應於藉由離子佈植使材料的物理性質改變。藉由利用金屬元素的離子，離子佈植致能佈執導電離子於介電層中形成本就無或具低導電性的介電層內的導電通路。
此外，該方法亦可包括金屬元素熱退火步驟。此熱退火可用以均質化介電層內的離子佈植輪廓以形成金屬導電路徑及獲得矽與金屬元素之間的穩定中間金屬的特定結晶相。
作為一變型例，以可實行具有不同離子加速電壓的複數個連續佈植。較佳這些連續佈植係以固定或極少變動的離子束電流實行。離子加速電壓的變化可藉由例如偏壓的變化獲得。這些連續佈植致能排除熱退火步驟且獲得金屬元素濃度的均質化。
如同第二實施例，依第三實施例形成的介電層的局部轉換智能保證在不形成可能產生低頻雜訊的缺陷下沉積測溫或熱阻材料。
如圖2至7所示例，依本發明形成微測輻射熱計10a-10f包括第一步驟，其包括在基板11上沉積犧牲層12，該基板11較佳整合讀出電路。多個層亦可在此犧牲層12沉積前沉積於基板上，例如旨在移除犧牲層12期間保護讀出電路的反射體或停止層，例如一層二氧化矽、聚酰亞胺或非晶碳。
在沉積犧牲層12後，沉積支撐層13於犧牲層12上，支撐層13係例如就後續移除二氧化矽犧牲層12的基於氫氟酸的蝕刻具惰性的層，亦即例如由SiC、Al
2O
3、AlN等製成。
支撐層13及可能沉積於基板上的停止層的本質取決於所採犧牲層12的本質。
類似地，支撐層13厚度取決於所期性質。例如支撐層13可具有範圍自10至100奈米的厚度。
如圖2a-7a所示例，在沉積支撐層13後，實行RIE形成穿越支撐層13、犧牲層12與可能沉積於基板11上的停止層的開口。這些開口界定微測輻射熱計10a-10b的錨釘14的未來位置。例如這些開口是圓柱形且具有接近500奈米的直徑。
第二步驟包括形成在開口中的錨釘14。錨釘14整合導電材料如氮化鈦、銅或鎢。如圖2b-7b所示，錨釘14的上端可一直延伸至支撐層13的上端的高度。作為變型例，錨釘14的上端高度可超過支撐層13。
接著在支撐層13上或錨釘14的上端上沉積吸收體或電極16以確保與這些錨釘14的電接觸。例如吸收體或電極16可由厚度範圍自5至20奈米的氮化鈦製成。為自此吸收體或電極16形成電極，需依所期望的微測輻射熱計10a-10b的形狀將之結構化，示例如圖2c-7c。存在兩種主要微測輻射熱計形式：懸浮於兩錨釘14之間的微測輻射熱計及懸浮於四錨釘14之間的微測輻射熱計。
不論施行吸收體或電極16的何種結構化，本發明均提供在吸收體或電極16上及在支撐層13上沉積介電層15，示例如圖2d-7d。此介電層15可係例如由厚度範圍自10至100奈米的非晶矽製成。作為變型例，此介電層15可由氮化矽或矽與鍺、硼、氮或碳的合金製成。
較佳選擇介電層15使由導電率遠低於吸收體或電極16的矽製成。例如介電層15的導電率與吸收體或電極16的導電率之間可考慮至少1,000的因子。因此，介電層可具有大於1 Ω.cm的導電率。
在圖2a至2i的第一實施例中，接著在整個介電層15上方沉積停止層30，示例如圖2d。此停止層30可由厚度範圍自10至100奈米的矽氧化物或氮化物製成。
接著穿越停止層30且穿越介電層15形成到達吸收體或電極16中形成的電極的開口17。開口17可由兩個連續蝕刻步驟形成，例如兩個RIE，致能停止對吸收體或電極16的蝕刻而不損壞之。
較佳開口17寬度小於1微米，一般範圍自180至400奈米。例如開口17可具有正方形剖面，其側邊長度小於400奈米。
如圖2e所示，接著在停止層30上及開口17中實行導電材料20的保形氣相沉積以填充這些開口17，例如藉由CVD或PVD。較佳導電材料20係由鎢或矽化鎢製成，且此沉積厚度範圍自100至300奈米。為保證填充開口17，導電材料20沉積厚度較佳大於開口17寬度的一半。開口17的填充亦可藉由沉積薄氮化鈦層獲得，此沉積係藉由化學氣相沉積，接著是導電材料20的CVD或PVD。因此，厚度範圍自10至50奈米的氮化鈦可用以形成導電通路的外壁。
當開口17完全被導電材料20填充時，自開口移除導電材料20以形成平坦表面Sp，旨在沉積測溫或熱阻材料21。
在圖2a至2i的實施例中，導電材料20的移除係藉由對導電材料20的化學機械拋光一直到停止層30的上端的高度來實行，示如圖2f。導電材料20因而形成導電通路。旨在沉積測溫或熱阻材料21的平坦表面Sp接著由停止層30與導電通路的上端形成。鎢的化學機械拋光可由基於二氧化矽或氧化鋁粒子的黏著性元素、氧化元素如過氧化氫及催化劑如硝酸鐵製成的水溶液實行。
作為變型例，可修改化學機械拋光方法以在已達到停止層30的上端後繼續蝕刻導電材料20。例如可施行該化學機械拋光使得在開口17高度處的該導電材料20的蝕刻大體上止於介電層15的上端的高度處。因此，可移除停止層30以獲得由介電層15與導電通路的上端形成的平坦表面。
依據此實施例的一變型例，示例如圖3a至3i，可直接在介電層15中形成開口17而不利用停止層30。因此，直接在介電層15上與開口17內沉積導電材料20，示如圖3e。
如圖3f所示，自開口17移除導電材料20以形成平坦表面Sp的施行可藉由止於介電層15的對導電材料20的RIE；藉由止於介電層15的化學機械拋光；或藉由止於恰接近介電層15的化學機械拋光及接下來的止於介電層15的RIE的聯合。
在圖2a-2i與3a-3i的兩實施例中，因而藉由沉積導電材料獲得導電通路20。作為一變型例，如圖4至7的實施例中所述，可藉由轉換介電層15的一局部而形成導電通路20。
因此，在圖4a-4k所示例的第三實施例中，介電層15的矽化係藉由將金屬矽化材料50併入基於矽的介電層15而獲得。例如介電層15可由非晶矽製成且金屬矽化材料50可由鎳或鈷製成且可添加鉑以形成矽化鎳。
為獲得金屬矽化材料50的局部沉積，可在介電層15上沉積犧牲層51，且可在此犧牲層51中結構化開口52以達到介電層15，示例如圖4d。犧牲層51可由厚度範圍自5至50奈米的矽氧化物或矽氮化物製成。可藉由微影與反應性離子蝕刻結構化開口52。
如圖4e所示例，金屬矽化物材料50可接著沉積於犧牲層51上及開口52中。例如金屬矽化材料50可沉積為厚度範圍自5至50奈米。
可接著藉由由熱退火獲得的擴散步驟實行金屬矽化材料50的併入介電層15，其中係在自100
oC至200
oC的溫度範圍施行至少30秒的時段。如圖4f所示例，此熱退火致能獲得存在金屬矽化材料50的至少部份原子處的介電層15的區域55。
如圖4g所示例，當實行金屬矽化材料50擴散時，可移除尚未於介電層15中擴散的金屬矽化材料50，亦及在可用矽化區之外者。為此目的，可施行基於氫氯酸、過氧化氫、氫氟酸、氫溴酸、硫酸或磷酸的濕式蝕刻。
接著可移除犧牲層51，示例如圖4h。為此目的，可施行基於氫氟酸的蝕刻，因為此蝕刻對非晶矽製的介電層具高度選擇性。作為一變型例，可直接移除尚未同時隨犧牲層51擴散的金屬矽化材料50。
導電通路20係形成於介電層15內，保持此介電層15的平坦度且可於平坦表面Sp上沉積測溫或熱阻材料21。因此，此第三實施例的行程方法的連續步驟類似於先前關於第一與第二實施例所述。
但熱退火可造成介電層15的部份過厚。為了預期此過厚，可在沉積金屬矽化材料50前局部蝕刻介電層15。
因此，在第四實施例中，示例如圖5a至5j，此部份蝕刻係在犧牲層51中形成開口52後施行，示例如圖5e。此部份蝕刻可具有範圍自1至5奈米的深度。次一步驟，示例如圖5f至5l，接著對應於圖4e至4k中所示例步驟。在已知所採方法的蝕刻速度下，此蝕刻深度受控於蝕刻時間。
作為一變型例，金屬矽化材料50的局部沉積可藉由微影步驟、金屬矽化材料50沉積步驟及接著的樹脂移除步驟獲得。因此，在圖6a至6i所示例第五實施例中，此局部沉積示例如圖6e。接著可利用在自350
oC至450
oC的溫度範圍施行自30秒至1分鐘時段的熱退火階段獲得導電通路20的形成，示例如圖6f。較佳熱退火期程至少大於30秒。
在圖4至6的實施例中，導電通路20因而係藉由介電層15的局部矽化獲得。
依據圖7a至7i的第六實施例，可藉由在介電層15的局部中離子佈植金屬元素而形成導電通路20。
為此目的，利用遮罩層60限界介電層15中旨在接收離子佈植的部份。接著在遮罩層60中形成開口61，示例如圖7d。
如圖7e所示例，接著利用金屬元素的例子實行離子佈植，以在開口61的高度處充分退化介電層15，使得成為局部導電。離子佈植可包括熱退火金屬元素的步驟。
作為一變型例，亦可實行具又不同離子加速電壓的複數個連續佈植。較佳這些連續佈植係以固定或極少變動的離子束電流實行。離子加速電壓的變化可藉由例如偏壓的變化獲得。此處亦同處在於離子佈植可包括金屬元素的熱退火步驟。
此離子佈植可藉由席之用於形成半導體的摻雜技術實行。例如金屬元素可由鎳、鈦、鎂、鈷或鋁製成。
此外，此離子佈植致能利用可能藉電層15的大變化。例如介電層15可由矽氮化物、矽氧化物、矽氮氧化物或矽與鍺、硼、氮或碳的合金製成。
在此離子佈植後，可接著藉由由濕式或乾式蝕刻所為之一般樹脂移除技術來移除遮罩層60，示例如圖7f。
不論實施例利用什麼形成平坦表面Sp，本發明均致能獲得在其上出現導電通路20的平坦表面Sp。測溫或熱阻材料21可因而被沉積在此平坦表面Sp上。較佳測溫或熱阻材料21係由氧化釩製成，其係由離子束沉積厚度範圍自10至200奈米，示例如圖2g與3g。
離子束沉積技術亦知縮語為IBD，用於離子束沉積，或是IBS，用於離子束濺鍍。
作為一變型例，測溫或熱阻材料21可由任何其他藉由物理氣相沉積或PVD技術形成的過渡金屬氧化物製成，例如鈦或鎳氧化物。如圖2h、3h、4j、5k、6h與7h所示，較佳保護層22沉積於測溫或熱阻材料21上與停止層30上以在犧牲層12移除步驟期間保護測溫或熱阻材料21。此保護層22可由厚度範圍自3至30奈米的非晶矽製成。
在移除犧牲層12之前，可限制旨在形成用以固持微測輻射熱計10a-10f的薄膜的臂的區域厚度，以限制基板11與測溫或熱阻材料21之間的熱傳導。
為此目的，可在旨在形成固持臂的區域中蝕刻保護層22。此外，亦可在這些區域中蝕刻停止層30與介電層15的一部份以進一步限制這些固持臂的厚度。
亦可在沉積測溫或熱阻材料21前獲得後度減少。例如可在形成介電層15的兩層間沉積薄化停止層。在已於包括形成介電層15的兩層及薄化停止層的組合上沉積停止層30之後，可在形成導電通路20前形成穿越所有這些層的開口17。
作為一變型例，可在形成導電通路20與沉積測溫或熱阻材料21前界定薄膜與固持臂的結構。
在此形成導電通路20的步驟結束時及沉積測溫或熱阻材料21前，接著可藉由移除停止層30與形成介電層15的上層來實行固執臂的薄化一直到薄化停止層。接著可移除薄化停止層以獲得僅包括介電層15的下部的固持臂。
不論採用何種方法結構化固持臂甚或錨釘14，本發明均致能獲得微測輻射熱計10a-10f，其包括藉由導電通路20熱與電耦合至吸收體的電極或電極16的測溫或熱阻材料21。
吸收體或電極16與測溫或熱阻材料21被沉積於平坦表面上，可獲得微測輻射熱計10a-10f，其具有相對於現行技術的微測輻射熱計具改善性能。
10a:微測輻射熱計
10b:微測輻射熱計
10c:微測輻射熱計
10d:微測輻射熱計
10e:微測輻射熱計
10f:微測輻射熱計
11:基板
12:犧牲層
13:支撐層
14:錨釘
15:介電層
16:吸收體/電極
17:開口
18:測溫或熱阻材料
19:保護層
20:導電通路
21:測溫或熱阻材料
22:保護層
30:停止層
50:金屬矽化材料
51:犧牲層
52:開口
60:遮罩層
61:開口
100:微測輻射熱計
Rp:平坦表面
閱讀下列說明將可深入了解本發明，其細節僅以示例給出且係關於隨附圖式發展，其中相同符號係關於相同元件：
圖1a-1f示例當前技術的微測輻射熱計的形成步驟；
圖2a-2i示例依本發明的第一實施例的微測輻射熱計的形成步驟；
圖3a-3i示例依本發明的第二實施例的微測輻射熱計的形成步驟；
圖4a-4k示例依本發明的第三實施例的微測輻射熱計的形成步驟；
圖5a-5l示例依本發明的第四實施例的微測輻射熱計的形成步驟；
圖6a-6i示例依本發明的第五實施例的微測輻射熱計的形成步驟；及
圖7a-7i示例依本發明的第六實施例的微測輻射熱計的形成步驟。
10a:微測輻射熱計
11:基板
13:支撐層
14:錨釘
15:介電層
16:吸收體/電極
20:導電通路
21:測溫或熱阻材料
22:保護層
30:停止層
Claims (23)
- 一種紅外線成像微測輻射熱計(10a-10f)，其整合一薄膜，該薄膜藉由附接至錨釘(14)的固持臂懸浮組裝於一基板(11)上，該薄膜包含： 一支撐層(13)，其與該等錨釘(14)相交； 一吸收體或電極(16)，其以形成至少兩個電極的一圖案沉積於該支撐層(13)上及該等錨釘(14)上； 一介電層(15)，其沉積於該吸收體或電極(16)上及該支撐層(13)上； 至少兩個導電通路(20)，其形成為穿越該介電層(15)而與該至少兩個電極接觸；及 一測溫或熱阻材料(21)，其配置於在該等導電通路(20)的上端的高度處形成的一平坦表面(Sp)上。
- 如請求項1之紅外線成像微測輻射熱計(10a-10f)，其中該測溫或熱阻材料(21)係由氧化釩、氧化鈦或氧化鎳製成。
- 如請求項1或2之紅外線成像微測輻射熱計(10a-10f)，其中該測溫或熱阻材料(21)被一保護層(22)覆蓋。
- 一種用以形成如請求項1至3中任一項之紅外線成像微測輻射熱計(10a-10f)的方法，其包括下列步驟： 沉積一犧牲層(12)與一支撐層(13)於一基板(11)上； 將錨釘(14)形成為穿越該犧牲層(12)與該支撐層(13)； 在該支撐層(13)上與該等錨釘(14)上沉積一吸收體或電極(16)且將該吸收體或電極(16)結構化； 在該吸收體或電極(16)上及該支撐層(13)上沉積一介電層(15)； 將該介電層(15)結構化，以形成一直延伸至該吸收體或電極(16)的開口(17)； 沉積基於鎢的一導電材料(20)，以填充因而在該介電層(15)內形成的該等開口(17)及確保該導電材料(20)與該吸收體或電極(16)之間的電接觸； 自該等開口(17)移除該導電材料(20)以形成一平坦表面(Sp)； 在該平坦表面(Sp)上沉積一測溫或熱阻材料(21)，使得該測溫或熱阻材料(21)經由沉積於該介電層(15)的該等開口(17)中的該等導電通路(20)熱與電連接至該吸收體或電極(16)； 將固持臂結構化；及 移除該犧牲層(12)。
- 如請求項4之用於形成微測輻射熱計的方法，其中移除該導電材料(20)之步驟係藉由一化學機械拋光實行。
- 如請求項4之用於形成微測輻射熱計的方法，其中移除該導電材料(20)之步驟係藉由在該介電層(15)上具有一停止部的一反應性離子蝕刻實行。
- 如請求項4至6中任一項之用於形成微測輻射熱計的方法，其中該導電材料(20)的沉積係藉由保形或氣相沉積實行。
- 如請求項4至7中任一項之用於形成微測輻射熱計的方法，其中該介電層(15)係藉由在該吸收體或電極(16)上具有一停止部的一反應性離子蝕刻結構化。
- 如請求項4至8中任一項之用於形成微測輻射熱計的方法，其中該介電層(15)經結構化以獲得具有小於1微米的寬度的開口(17)。
- 如請求項4至9中任一項之用於形成微測輻射熱計的方法，亦包括下列步驟： 在該介電層(15)被結構化前在該介電層(15)上沉積一停止層(30)，使得該等開口(17)延伸穿越該介電層(15)與該停止層(30)； 藉由該停止層(30)的一第一反應性離子蝕刻與該介電層(15)的一第二反應性離子蝕刻將該介電層(15)結構化； 沉積基於鎢的該導電材料(20)，其形成於該停止層(30)與該介電層(15)的該等開口(17)中；及 藉由對該導電材料(20)的一化學機械拋光至少一直到該停止層(30)的高度而自該等開口(17)移除該導電材料(20)。
- 如請求項10之用於形成微測輻射熱計的方法，其中當對該導電材料(20)實行該化學機械拋光一直到該停止層(30)的高度時，該測溫或熱阻材料(21)的沉積係形成於該導電材料(20)上與該停止層(30)上。
- 如請求項10之用於形成微測輻射熱計的方法，其中當對該導電材料(20)實行該化學機械拋光一直到該介電層(15)的高度時，實行該停止層(30)的移除，接著在該導電材料(20)上與該介電層(15)上實行該測溫或熱阻材料(21)的該沉積。
- 如請求項4至12中任一項之用於形成微測輻射熱計的方法，其包括將欲形成該微測輻射熱計(10a-10f)的該等固持臂的一區域中的該介電層(15)薄化的步驟。
- 如請求項13之用於形成微測輻射熱計的方法，其包括在該微測輻射熱計(10a-10f)的該等固持臂的高度處沉積一薄化停止層的步驟，施行該薄化步驟一直到該薄化停止層。
- 一種用以形成如請求項1至3中任一項之紅外線成像微測輻射熱計(10c-10e)的方法，其包括下列步驟： 沉積一犧牲層(12)與一支撐層(13)於一基板(11)上； 將錨釘(14)形成為穿越該犧牲層(12)與該支撐層(13)； 在該支撐層(13)上與該等錨釘(14)上沉積一吸收體或電極(16)且將該吸收體或電極(16)結構化； 在該吸收體或電極(16)上及該支撐層(13)上沉積基於矽的一介電層(15)； 局部沉積一金屬矽化材料(50)於該介電層(15)上； 熱處理該金屬矽化材料(50)，以在該金屬矽化材料(50)與該介電層(15)之間形成一金屬間化合物及在該介電層(15)中形成導電通路(20)； 在該介電層(15)上沉積一測溫或熱阻材料(21)，使得該測溫或熱阻材料(21)經由在該介電層(15)內形成的該等導電通路(20)熱與電連接至該吸收體或電極(16)； 將該等固持臂結構化；及 移除該犧牲層(12)。
- 如請求項15之形成微測輻射熱計的方法，其中局部沉積該金屬矽化材料(50)於該介電層(15)上的步驟包括下列子步驟： 沉積一犧牲層(51)於該介電層(15)上； 將該犧牲層(51)結構化，以形成一直延伸至該介電層(15)的開口(52)； 沉積鎳或鈷製成且可能具添加鉑的該金屬矽化材料(50)以填充因而在該介電層(15)內形成的該等開口(52)； 尤其是藉由濕式蝕刻自可用的矽化區移除該金屬材料(50)；及 移除該犧牲層(51)。
- 如請求項16之形成微測輻射熱計的方法，其中局部沉積該金屬矽化材料(50)於該介電層(15)上的步驟亦包括在該金屬矽化材料(50)的沉積步驟前部分蝕刻在該等開口(52)的高度處的該介電層(15)的子步驟。
- 如請求項15至17中任一項之形成微測輻射熱計的方法，其中熱處理該金屬矽化材料(50)的步驟係在自350 oC至450 oC的溫度範圍施行至少30秒的時段。
- 如請求項15之形成微測輻射熱計的方法，其中局部沉積該金屬矽化材料(50)於該介電層(15)上的步驟係藉由微影及接著沉積該金屬矽化材料(50)及最後的樹脂移除而施行。
- 一種用以形成如請求項1至3中任一項之紅外線成像微測輻射熱計(10f)的方法，其包括下列步驟： 沉積一犧牲層(12)與一支撐層(13)於一基板(11)上； 將錨釘(14)形成為穿越該犧牲層(12)與該支撐層(13)； 在該支撐層(13)上與該等錨釘(14)上沉積一吸收體或電極(16)且將該吸收體或電極(16)結構化； 在該吸收體或電極(16)上及在該支撐層(13)上沉積介電層(15)； 在該介電層(15)上沉積一遮罩層(60)； 將該遮罩層(60)結構化，以形成一直延伸至該介電層(15)的開口(61) ； 通過該等開口(61)進行金屬元素的離子佈植，以將該金屬元素併入該介電層(15)且在該介電層(15)中形成導電通路(20)； 移除該遮罩層(60)； 在該介電層(15)上沉積一測溫或熱阻材料(21)，使得該測溫或熱阻材料(21)經由在該介電層(15)內形成的該等導電通路(20)熱與電連接至該吸收體材料或電極(16)； 將該等固持臂結構化；及 移除該犧牲層(12)。
- 如請求項20之形成微測輻射熱計的方法，其中該金屬元素係由鎳、鈦、鎂、鈷或鋁製成。
- 如請求項20或21之形成微測輻射熱計的方法，其中該離子佈植步驟係由具有不同離子加速電壓的複數個連續佈植施行。
- 如請求項20至22中任一項之形成微測輻射熱計的方法，其中該方法進一步包括該金屬元素的熱處理。
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