(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の部分の上に形成される薄い誘電体層と、
前記基板の第２の部分の上に形成される厚い誘電体層と、
少なくとも前記薄い誘電体層の一部の上に延在する第１の導電性層の第１の部分であって、前記第１の導電性層が第１のゼーベック係数を有する第１の材料で作られる、前記第１の導電性層の第１の部分と、
少なくとも前記厚い誘電体層の一部の上に延在し、前記第１の導電性層の第１の部分から延びる前記第１の導電性層の第２の部分と、
前記薄い誘電体層と前記厚い誘電体層のそれぞれの少なくとも一部の上に延在する第２の導電性層であって、前記第２の導電性層と前記基板との間に垂直的な温度勾配を作るように前記第２の導電性層が赤外線放射を受け取るように構成される、前記第２の導電性層と、
前記第２の導電性層と前記第１の導電性層の前記第２の部分との間に形成され、前記第１のゼーベック係数よりも小さい第２のゼーベック係数を有する導電性パスと、
前記第１の導電性層の前記第１の部分に結合される第１の相互接続パスと、
前記第１の導電性層の前記第２の部分に前記導電性パスを介して結合される第２の相互接続パスであって、相互接続層を含み、前記相互接続層が前記導電性パスよりも高い熱インピーダンスを有する、前記第２の相互接続パスと、
を含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の導電性層がポリシリコンで形成され、前記薄い誘電体層と前記厚い誘電体層とが二酸化シリコンで形成され、前記第２の導電性層がアルミニウム又は銅で形成されるメタライゼーション層であり、前記薄い誘電体層が１０ｎｍから１２ｎｍの間である、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記厚い誘電体層が２００ｎｍから２２０ｎｍの間のフィールド酸化物層である、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、
前記第１の導電性層の前記第１の部分の少なくとも一部の上に延在する第３の導電性層の第１の部分と、
前記第１の導電性層の前記第２の部分の少なくとも一部の上に延在し、前記第３の導電性層の前記第１の部分から分離されている前記第３の導電性層の第２の部分と、
前記第１の導電性層の前記第１の部分と前記第３の導電性層の前記第１の部分との間に形成される第１の導電性バイアと、
前記第１の導電性層の前記第２の部分と第３の導電性層の前記第２の部分との間に形成される第２の導電性バイアと、
互いに分離されている第４の導電性層の第１、第２及び第３の部分と、
前記第３の導電性層の前記第１の部分と前記第４の導電性層の前記第１の部分との間に形成される第３の導電性バイアと、
前記第４の導電性層の前記第３の部分と前記相互接続層との間に形成される第４の導電性バイアと、
前記相互接続層と前記第４の導電性層の前記第２の部分との間に形成される第５の導電性バイアと、
前記第３の導電性層の前記第２の部分と前記第４の導電性層の前記第２の部分との間に形成される第６の導電性バイアと、
前記第４の導電性層の前記第２の部分と前記第２の導電性層との間に形成される第７の導電性バイアと、
を更に含み、
前記第２の導電性バイアと、前記第３の導電性層の前記第２の部分と、前記第６の導電性バイアと、前記第４の導電性層の前記第２の部分と、前記第７の導電性バイアとが、前記導電性パスの少なくとも一部を形成し、前記第４の導電性層の第３の部分と、前記第４の導電性バイアと、前記相互接続層と、前記第５の導電性バイアと、第４の導電性層の前記第２の部分とが、前記第２の相互接続パスの少なくとも一部を形成し、前記第１の導電性バイアと、前記第３の導電性層の前記第１の部分と、前記第３の導電性バイアと、前記第４の導電性層の前記第１の部分とが、前記第１の相互接続パスの少なくとも一部を形成する、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、
前記第３及び第４の導電性層がそれぞれアルミニウム又は銅で形成され、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６及び第７の導電性バイアがアルミニウム又はタングステンで形成され、前記相互接続層が窒化チタンで形成される、装置
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の導電性層が第１の導電型の材料でドープされたポリシリコンで形成され、前記薄い誘電体層と前記厚い誘電体層とが二酸化シリコンで形成される、装置。
【請求項７】
サーモパイルを形成するためにアレイ状に互いに結合される複数の熱電対を含む装置であって、
各熱電対が、
薄い誘電体層と、
厚い誘電体層と、
少なくとも前記薄い誘電体層の一部の上に延在する第１の導電性層の第１の部分であって、前記第１の導電性層が第１のゼーベック係数を有する第１の材料で作られる、前記第１の導電性層の第１の部分と、
少なくとも前記厚い誘電体層の一部の上に延在し、前記第１の導電性層の前記第１の部分から延びる前記第１の導電性層の第２の部分と、
前記薄い誘電体層と前記厚い誘電体層のそれぞれの少なくとも一部の上に延在する第２の導電性層であって、前記第２の導電性層と前記基板との間に垂直的な温度傾斜を作るように前記第２の導電性層が赤外線放射を受け取るように構成される、前記第２の導電体層と、
前記第２の導電性層と前記第１の導電性層の前記第２の部分との間に形成され、前記第１のゼーベック係数よりも小さい第２のゼーベック係数を有する導電性パスと、
前記第１の導電性層の前記第１の部分に結合される第１の相互接続パスと、
前記第１の導電性層の前記第２の部分に前記導電性パスを介して結合される第２の相互接続パスであって、相互接続層を含み、前記相互接続層が前記導電性パスよりも高い熱インピーダンスを有する、前記第２の相互接続パスと、
を含む、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記第１の導電性層がポリシリコンで形成され、前記第２の導電性層がアルミニウム又は銅で形成されるメタライゼーション層であり、前記薄い誘電体層が１０ｎｍから１２ｎｍの間であり、前記薄い誘電体層と前記厚い誘電体層とが二酸化シリコンで形成される、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記厚い誘電体層が２００ｎｍから２２０ｎｍの間のフィールド酸化物層である、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
各熱電対が、
前記第１の導電性層の前記第１の部分の少なくとも一部の上に延在する第３の導電性層の第１の部分と、
前記第１の導電性層の前記第２の部分の少なくとも一部の上に延在し、前記第３の導電性層の前記第１の部分から分離されている前記第３の導電性層の第２の部分と、
前記第１の導電性層の前記第１の部分と前記第３の導電性層の前記第１の部分との間に形成される第１の導電性バイアと、
前記第１の導電性層の前記第２の部分と前記第３の導電性層の前記第２の部分との間に形成される第２の導電性バイアと、
互いに分離されている第４の導電性層の第１、第２及び第３の部分と、
前記第３の導電性層の前記第１の部分と前記第４の導電性層の前記第１の部分との間に形成される第３の導電性バイアと、
前記第４の導電性層の前記第３の部分と前記相互接続層との間に形成される第４の導電性バイアと、
前記相互接続層と前記第４の導電性層の前記第２の部分との間に形成される第５の導電性バイアと、
前記第３の導電性層の前記第２の部分と前記第４の導電性層の第２の部分との間に形成される第６の導電性バイアと、
前記第４の導電性層の前記第２の部分と前記第２の導電性層との間に形成される第７の導電性バイアと、
を更に含み、
前記第２の導電性バイアと、前記第３の導電性層の前記第２の部分と、前記第６の導電性バイアと、前記第４の導電性層の前記第２の部分と、前記第７の導電性バイアとが、前記導電性パスの少なくとも一部を形成し、前記第４の導電性層の前記第３の部分と、前記第４の導電性バイアと、前記相互接続層と、前記第５の導電性バイアと、前記第４の導電性層の前記第２の部分とが、前記第２の相互接続パスの少なくとも一部を形成し、前記第１の導電性バイアと、前記第３の導電性層の前記第１の部分と、前記第３の導電性バイアと、前記第４の導電性層の前記第１の部分とが、前記第１の相互接続パスの少なくとも一部を形成し、前記第２の相互接続パスが各熱電対を近傍の熱電対に電気的に結合する、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記第３及び第４の導電性層がそれぞれアルミニウム又は銅で形成され、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、及び第７の導電性バイアがアルミニウム又はタングステンで形成され、前記相互接続層が窒化チタンで形成される、装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の装置であって、
前記厚い誘電体層が２００ｎｍから２２０ｎｍの間の分離領域である、装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置であって、
前記サーモパイルに結合される増幅器と、
前記増幅器に結合されるアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記ＡＤＣに結合されるデジタル線形化エンジンと、
前記デジタル線形化エンジンに結合されるインターフェースと、
を更に含む、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記ＡＤＣがシグマ・デルタＡＤＣである、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記インターフェースがＳＭＢｕｓ準拠インターフェースである、装置。
【請求項１６】
請求項７に記載の装置であって、
前記第１の導電性層が第１の導電型の材料でドープされたポリシリコンで形成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般的に熱電対に関し、より具体的にはモノリシックに集積されたサーモパイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、参照番号１００は、全般的に、従来のモノリシックに集積された又は「オンチップ」の熱電対を表す。熱電対１００は全般的に、膜１０２を含み、膜１０２は、シリコン基板１０４内（典型的には「リム」と呼ばれる）に形成される窪み１０８の上にシリコン基板１０４から延在する２つの異なる熱導電性材料１１０及び１１２を含む。熱又は赤外線放射が膜１０２に印加されると、窪み１０８の上のエリアと「リム」（ここで基板１０４がヒートシンクとして動作する）との間の膜１０２内に熱的差分が生じる。そのため、読み取り可能であり信頼できる温度測定を確実にできるように、多くの熱電対１００をサーモパイル内に配置することができる。
【０００３】
しかしながら、熱電対１００には多くの欠点がある。第１に、窪み１０８を形成するために用いられる深い選択的エッチングは非標準の製造ステップであり、製造コストを劇的に増大させる可能性がある。第２に、膜１０２は非常に脆弱であり、一般に特殊な扱い及びパッケージングを必要とし、一般に膜が圧力及び振動に対し敏感となる。加えて、膜１０２が脆弱であるため、膜のサイズが機械的に制限される。
【０００４】
図２に移ると、別の代替サーモパイル２００が見られる。サーモパイル２００は、全般的に、シリコン基板１０４上に「蛇行」して配置される、材料の第１のセット２０２−１、２０２−２、２０２−３、及び２０２−４と、材料の第２のセット２０４−１、２０４−２、２０４−３、及び２０４−４とを含む。空気（又は別の液体）がサーモパイルを横切ると、サーモパイル２００全体にわたって温度又は熱勾配が形成される。サーモパイル２００の配置は、熱電対１００のアレイを有するサーモパイルより機械的に耐久性があるが、サーモパイル２００の感度は非常に低く、一般に広い面積を必要とするため、法外に高価になる。
【０００５】
従来の熱電対及びサーモパイルのいくつかの他の例が、米国特許番号第３，３９３，３２８号、米国特許番号第５，０５９，５４３号、米国特許番号第５，３４３，０６４号、米国特許番号第６，５３１，８９９号、米国特許番号第６，５６５，２５４号、米国特許番号第６，７９３，３８９号、米国特許番号第６，９８７，２２３号、米国特許番号第７，０４２，６９０号、米国特許番号第７，２８２，７１２号、米国特許番号第７，４０６，１８５号、米国特許公開番号２００９／０２６０６６９、Ｐａｕｌ等による文献「商用ＣＭＯＳテクノロジによる熱電赤外線イメージングマイクロシステム（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ  ｂｙ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ＣＭＯＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｅｕｒ．  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｃｏｎｆ．，  Ｂｏｒｄｅａｕｘ，  Ｆｒａｎｃｅ，  Ｓｅｐ．  ８−１０，  １９９８，  ｐｐ．５２−５５、及びＬａｈｉｊｉ等による文献「バッチ製造シリコンサーモパイル赤外線検出器（Ａ  Ｂａｔｃｈ−Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．２９，  Ｎｏ．１，  Ｊａｎ．  １９８２、ｐｐ．１４−２２に記載されている。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本発明の例示の実施形態では装置が提供される。この装置は、基板、基板の第１の部分の上に形成される薄い誘電体層、基板の第２の部分の上に形成される厚い誘電体層、薄い誘電体層及び厚い誘電体層のそれぞれの少なくとも一部の上に延在し、第１のゼーベック係数を有する第１の材料で作られる第１の導電性層、少なくとも第１の導電性層及び薄い誘電体層の一部の上に延在し、第２のゼーベック係数を有する第２の材料で作られる第２の導電性層の第１の部分、少なくとも第１の導電性層及び厚い誘電体層の一部の上に延在する第２の導電性層の第２の部分、第１の導電性層と第２の導電性層の第１の部分との間に形成される第１の導電性バイア、及び第１の導電性層と第２の導電性層の第２の部分との間に形成される第２の導電性バイアを含む。
【０００７】
本発明の例示の実施形態に従って、第１の導電性層がポリシリコンで形成され、薄い誘電体層及び厚い誘電体層が二酸化シリコンで形成される。第２の導電性層はアルミニウム又が銅で形成されるメタライゼーション層であり、第１及び第２の導電性バイアがタングステン又がアルミニウムで形成され、薄い誘電体層が約１０ｎｍから約１２ｎｍの間である。
【０００８】
本発明の例示の実施形態に従って、厚い誘電体層が約２００ｎｍから約２２０ｎｍの間のフィールド酸化物層である。
【０００９】
本発明の例示の実施形態に従って、この装置は、第２の導電性層の第１及び第２の部分のそれぞれの少なくとも一部の上に延在する第３の導電性層、第２の導電性層と第３の導電性層との間に形成され、第１の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第３の導電性バイア、第２の導電性層と第３の導電性層との間に形成される第４の導電性バイアであって、第３の導電性バイアが第２の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第４の導電性バイア、第３の導電性層より高い熱インピーダンスを有する相互接続層、第３の導電性層と相互接続層との間に形成される第５の導電性バイア、赤外線放射を受け取るように適合される第４の導電性層、及び第３の導電性層と第４の導電性層との間に形成され、第２のバイアと全般的に同一境界を有する第６の導電性バイアを更に含む。
【００１０】
本発明の例示の実施形態に従って、第３の導電性層及び第４の導電性層がそれぞれアルミニウム又は銅で形成され、第３、第４、第５、及び第６の導電性バイアがアルミニウム又はタングステンで形成され、相互接続層が窒化チタンで形成される。
【００１１】
本発明の例示の実施形態に従って、厚い誘電体層が約２００ｎｍから約２２０ｎｍの間の隔離領域である。
【００１２】
本発明の例示の実施形態に従って、この装置は、第２の導電性層の第２の部分の上に延在する吸収層を更に含む。
【００１３】
本発明の例示の実施形態に従って、この装置は、第２の導電性層の第１の部分の下の基板内に形成される埋め込み層を更に含む。
【００１４】
本発明の例示の実施形態に従って、吸収層がポリアミドで形成される。
【００１５】
本発明の例示の実施形態に従って、第１の導電性層が第１の導電型の材料でドープされたポリシリコンで形成され、薄い誘導体層及び厚い誘導体層が二酸化シリコンで形成され、第２の導電性層が第２の導電型の材料でドープされたポリシリコンで形成される。
【００１６】
本発明の例示の実施形態によって或る装置が提供される。この装置は、サーモパイルを形成するようにアレイ状に互いに結合される複数の熱電対を含み、各熱電対が、薄い誘電体層、厚い誘電体層、薄い誘電体層及び厚い誘電体層のそれぞれの少なくとも一部の上に延在し、第１のゼーベック係数を有する第１の材料で作られる第１の導電性層、少なくとも第１の導電性層及び薄い誘電体層の一部の上に延在し、第２のゼーベック係数を有する第２の材料で作られる第２の導電性層の第１の部分、少なくとも第１の導電性層及び厚い誘電体層の一部の上に延在する第２の導電性層の第２の部分、第１の導電性層と第２の導電性層の第１の部分との間に形成される第１の導電性バイア、及び第１の導電性層と第２の導電性層の第２の部分との間に形成される第２の導電性バイアを含む。
【００１７】
本発明の例示の実施形態に従って、各熱電対が、第２の導電性層の第１の部分及び第２の部分のそれぞれの少なくとも一部の上に延在する第３の導電性層、第２の導電性層と第３の導電性層との間に形成され、第１の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第３の導電性バイア、第２の導電性層と第３の導電性層との間に形成される第４の導電性バイアであって、第４の導電性バイアが第２の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第４の導電性バイア、第３の導電性層より高い熱インピーダンスを有する相互接続層、第３の導電性層と相互接続層との間に形成される第５の導電性バイア、赤外線放射を受け取るように適合される第４の導電性層、第３の導電性層と第４の導電性層との間に形成され、第２のバイアと全般的に同一境界を有する第６の導電性バイア、及び第２の導電性層と第３の導電性層との間に形成される第７の導電性バイアであって、近傍の熱電対に第２の導電性層の第１の部分が電気的に接続されるように第１の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第７の導電性バイアを更に含む。
【００１８】
本発明の例示の実施形態に従って、各熱電対が、第２の導電性層の第２の部分の上に延在する吸収層、及び第２の導電性層の第１の部分の下の基板内に形成される埋め込み層を更に含む。
【００１９】
本発明の例示の実施形態に従って、この装置は、サーモパイルに結合される増幅器、増幅器に結合されるアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）、ＡＤＣに結合されるデジタル線形化エンジン、及びデジタル線形化エンジンに結合されるインターフェースを更に含む。
【００２０】
本発明の例示の実施形態に従って、ＡＤＣがシグマ・デルタＡＤＣである。
【００２１】
本発明の例示の実施形態に従って、インターフェースがＳＭＢｕｓ対応インターフェースである。
【００２２】
本発明の例示の実施形態に従って、熱電対を製造する方法が提供される。この方法は、基板の上に厚い誘電体層及び薄い誘電体層を形成すること、厚い誘電体層及び薄い誘電体層のそれぞれの少なくとも一部の上に延在し、第１のゼーベック係数を有する、第１の導電性層を形成すること、第１の導電性層の上に酸化物層を形成すること、少なくとも第１の導電性層及び薄い誘電体層の一部と全般的に同一境界を有する第１のアパーチャを形成するように及び少なくとも第１の導電性層及び厚い誘電体層の一部と全般的に同一境界を有する第２のアパーチャを形成するように、酸化物層をエッチングすること、第１及び第２の導電性バイアを形成するために第１及び第２のアパーチャを充填すること、第２のゼーベック係数を有する第２の導電性層を酸化物層の上に形成すること、及び、互いに実質的に電気的に隔離された第２の導電性層の第１及び第２の部分を形成するように第２の導電性層をエッチングすることを含む。
【００２３】
本発明の例示の実施形態に従って、メタライゼーション層が第１のメタライゼーション層を更に含み、酸化物層が第１の酸化物層を更に含み、この方法が、第１のメタライゼーション層の上に第２の酸化物層を形成すること、第２の酸化物層の上に相互接続層を形成すること、相互接続層の上に第３の酸化物層を形成すること、第１の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第３のアパーチャと、第２の導電性バイアと全般的に同一境界を有する第４のアパーチャと、相互接続層の少なくとも一部と全般的に同一境界を有する第５のアパーチャと、相互接続層の少なくとも一部と全般的に同一境界を有する第６のアパーチャとを形成するように第２及び第３の酸化物層をエッチングすること、第３、第４、第５、及び第６の導電性バイアを形成するために第３、第４、第５、及び第６のアパーチャを充填すること、第３の酸化物層の上に第２のメタライゼーション層を形成すること、及び、第４及び第５の導電性バイアが電気的に接続され、第３の導電性バイアが第１の近傍の熱電対に電気的に接続され、第６の導電性バイアが第２の近傍の熱電対に電気的に接続されるように、第２のメタライゼーション層をエッチングすることを更に含む。
【００２４】
本発明の例示の実施形態に従って、酸化物層が第１の酸化物層を更に含み、メタライゼーション層の第１及び第２の部分が第１及び第２の近傍の熱電対に電気的に接続され、この方法が、第１の導電性バイアの下の基板内に埋め込み層を形成すること、メタライゼーション層の上に第２の酸化物層を形成すること、及び、第２のバイアの上に吸収層を形成することを更に含む。
【００２５】
例示の実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の熱電対の例である。
【００２７】
【図２】従来のサーモパイルの例である。
【００２８】
【図３Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００２９】
【図３Ｂ】図３Ａのプロセスステップの、切断線Ａ−Ａに沿った立面図である。
【００３０】
【図４Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００３１】
【図４Ｂ】図４Ａのプロセスステップの、切断線Ｂ−Ｂに沿った立面図である。
【００３２】
【図５Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００３３】
【図５Ｂ】図５Ａのプロセスステップの、切断線Ｃ−Ｃに沿った立面図である。
【００３４】
【図６Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００３５】
【図６Ｂ】図５Ａのプロセスステップの、切断線Ｄ−Ｄに沿った立面図である。
【００３６】
【図７Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００３７】
【図７Ｂ】図７Ａのプロセスステップの、切断線Ｅ−Ｅに沿った立面図である。
【００３８】
【図８Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００３９】
【図８Ｂ】図８Ａのプロセスステップの、切断線Ｆ−Ｆに沿った立面図である。
【００４０】
【図９Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００４１】
【図９Ｂ】図９Ａのプロセスステップの、切断線Ｇ−Ｇに沿った立面図である。
【００４２】
【図１０Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００４３】
【図１０Ｂ】図１０Ａのプロセスステップの、切断線Ｈ−Ｈに沿った立面図である。
【００４４】
【図１１Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００４５】
【図１１Ｂ】図１１Ａのプロセスステップの、切断線Ｉ−Ｉに沿った立面図である。
【００４６】
【図１２Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００４７】
【図１２Ｂ】図１２Ａのプロセスステップの、切断線Ｊ−Ｊに沿った立面図である。
【００４８】
【図１３Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００４９】
【図１３Ｂ】図１３Ａのプロセスステップの、切断線Ｋ−Ｋに沿った立面図である。
【００５０】
【図１４Ａ】本発明の例示の実施形態に従って熱電対を形成するためのプロセスステップの一例の平面図である。
【００５１】
【図１４Ｂ】図１４Ａのプロセスステップの、切断線Ｌ−Ｌに沿った立面図である。
【００５２】
【図１５】図３Ａから図１４Ｂのプロセスステップに示した熱電対を用いる集積回路（ＩＣ）の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図３Ａから図１０Ｂでは、（図１０Ｂに示すような）熱電対３００−１を形成するためのプロセスを示す。初めに、図３Ａ及び図３Ｂで見られるように、基板１０４の上に薄い誘電体層３０４及び厚い誘電体層又はフィールド酸化物層３０２が形成される。典型的には、これらの層３０２及び３０４は二酸化シリコンで形成され、１つ又は複数の従来の酸化プロセスステップを介して基板１０４上に成長される。薄い酸化物層３０４の厚さは約１０ｎｍから約１２ｎｍの間であり得、フィールド酸化物層３０２の厚さは約２００ｎｍから約２２０ｎｍの間であり得る。また、基板１０４はシリコンで形成することができるが、いくつかの他の適切な材料で基板１０４を作成することもできる。
【００５４】
誘電体層３０２及び３０４の形成に続き、図４Ａ及び図４Ｂに見られるように、誘電体層３０２の上に導電性層３０６−１が形成される。典型的には、この導電性層３０６−１は、約４０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有し、熱電対３００−１を形成するために用いられる熱導電性材料のうちの１つである、ポリシリコンで形成される。導電性層３０６−１の形成において、ポリシリコンの層が、全般的に層３０２及び３０４の上に形成され、その後パターニング及びエッチングされて、図４Ａの平面図に示すような形状が形成される。導電性層３０６−１は、Ｐ型材料（ホウ素、インジウム、又はアルミニウムなど）又はＮ型材料（リン、ヒ素、及びアンチモンなど）のいずれかでドープすることもできる。
【００５５】
図５Ａ及び図５Ｂに移ると、導電性層３０６−１を用いて導電性コンタクトが形成される。これを実施するために、誘電体層（典型的には二酸化シリコン）３０８−１が、導電性層３０６−１の上に形成され、パターニング及びエッチングされる（各々が全般的に又は部分的に導電性層３０６−１及び層３０４又は３０２の１つと同一境界を有する、アパーチャを形成する）。その後、これらのアパーチャが導電性材料（即ちタングステン又はアルミニウム）で充填されてバイア３１０−１及び３１２−１を形成する。
【００５６】
バイア３１０−１及び３１２−１が適所に配されると、（図６Ａ及び図６Ｂに示すような）導電性層又はメタライゼーション層３１４−１が誘電体層３０８−１の上に形成される。典型的には、メタライゼーション層３１４−１は、バイア３１０−１及び３１２−１に用いられる導電性材料と同様の又はほぼ同一のゼーベック係数を有する材料で形成される。たとえば、タングステン又はアルミニウム（それぞれ７．５μＶ／Ｋ及び３．５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する）の場合、アルミニウム又は銅（６．５μＶ／Ｋ）が同様の又はほぼ同一のゼーベック係数を有することになる。このメタライゼーション層３１４−１は（適所に配されると）パターニング及びエッチングされて、互いに電気的に隔離された２つの個別の部分又は「パッド」を形成することができる。また、これらの「パッド」のそれぞれは、バイア３１０−１及び３１２−１の１つと電気的に接触する。あるいは、導電性層３１４−１は、Ｐ型材料（ホウ素、インジウム、又はアルミニウムなど）又はＮ型材料（リン、ヒ素、及びアンチモンなど）のいずれかでドープされたポリシリコンで形成することができる。典型的には、導電性層３１４−１がドープされたポリシリコンで形成されるとき、導電性層３０６−１は導電性層３１４−１とは逆のドーピングを有する。
【００５７】
図７Ａ及び図７Ｂに移ると、付加的な接続層が形成される。メタライゼーション層３１４−１（及び誘電体層３０８−１）の上に誘電体層（即ち誘電体層３１６−１の一部）がまず形成され、相互接続層が形成される（即ち蒸着及びエッチングされる）。その後、誘電体層３１６−１の残りが形成される。前の誘電体層３０８−１と同様に、アパーチャが形成され、導電性材料（即ちアルミニウム又はタングステン）で充填されて、バイア３２０、３２２、３２４、及び３２６が形成される。典型的には、相互接続層３１８（これは、熱電対３００−１など、近傍の熱電対間の接続層として動作する）が、メタライゼーション層３１４−１及び３２８に用いられる材料より高い熱インピーダンスを備えた、良好な導電性を有する材料で形成される。たとえば、相互接続層３１８は窒化チタンで形成され得る。こうした材料を用いることにより、１つの熱電対３００−１の、「ホット」ジャンクションを近傍の熱電対（即ち熱電対３００−１）内の「コールド」ジャンクションから熱的に隔離することができる。
【００５８】
バイア３２０、３２２、３２４、及び３２６の形成に続き、（図８Ａ及び図８Ｂに示すように）第２のメタライゼーション層３２８が、蒸着され、パターニングされ、エッチングされる。第１のメタライゼーション層３１４−１と同様に、メタライゼーション層３２８内には、互いに全般的に電気的に隔離されるいくつかの部分又は「パッド」が存在する。特にメタライゼーション層３２８は、バイア３２２及び３２４を共に電気的に接続し、バイア３２６を１つの近傍のセル又は熱電対（即ち熱電対３００−１）と電気的に接触させ、バイア３２０を別の近傍のセル又は熱電対（即ち熱電対３００−１）と電気的に接続する。また、図８Ｂに示すように、バイア３２２及び３２０は、それぞれバイア３１０−１及び３１２−１と全般的に同一境界を有し得るか又は全般的に整合され得る。
【００５９】
メタライゼーション層３２８が形成されると、付加的なバイア３３０及び第３のメタライゼーション層３３４（図９Ａから図１０Ｂに示す）が形成される。他のバイア３１０−１、３１２−１、３２０、３２２、３２４、３２６と同様に、バイア３３０が、誘電体層３３２（即ち二酸化シリコン）内のアパーチャ内に蒸着された導電性材料（即ちタングステン又はアルミニウム）で形成される。その後、「ホットジャンクション」へ熱を伝導するように、セルの上に第３のメタライゼーション層３３４が形成される。また、メタライゼーション層３３４の上に吸収層３３６を形成することが可能であり、典型的には、この吸収層３３６は、ポリアミド又は任意の他の適切な赤外線又は熱吸収体で形成され得る。
【００６０】
オペレーションにおいて、セル又は熱電対３００−１は、ペルチェ・ゼーベック効果を用いて電圧を生成することができる。熱又は赤外線放射が、メタライゼーション層３３４に印加され、メタライゼーション層３２８及び３１４−１ならびにバイア３３０、３２２、及び３１０−１を介して導電性層３０６−１に伝送される。厚い誘電体層３０２（フィールド酸化物層である）は、その相対的な厚さのため薄い酸化物層３０４より熱的伝導性が低いため、「ホット」ジャンクションがバイア３１０−１と導電性層３０６−１との間のジャンクションに形成され、「コールド」ジャンクションが導電性層３０６−１とバイア３１２−１との間のジャンクションに形成される。このように、導電性層３０６−１ならびにメタライゼーション層又は導電性層３１４−１及び３２８の材料が異なるため、赤外線放射又は熱がメタライゼーション層又は導電性層３３４に印加されるとき電圧が生成される。
【００６１】
代替の又は付加的な特徴として、赤外線吸収のためにポリマー及び／又は埋め込み層を用いることができる。図１１Ａ〜図１３Ｂに移ると、図６Ａ及び図６Ｂの構造に類似の構造が形成される。いくつかの相違点は、（１）誘電体層３０２が隔離領域４０２（即ち、浅いトレンチ隔離又は深いトレンチ隔離）で置き換えられ、隔離領域４０２の上に酸化物層４０６が延在すること、（２）基板１０４内に埋め込み層４０４（これは、一般に注入又は拡散されたドーパントで構成され、バイア３１２−２と全般的に同延であるか又は全般的に整合される）が提供されること、及び、（３）近傍のセルに「パッド」又はメタライゼーション層３１４−２の一部が電気的に接続される点である。また、図１４Ａ及び１４Ｂに示すように、吸収層４０８（これは、一般にポリアミドで形成される）が、バイア３１０−２と全般的に同一境界を有するように誘電体層３１６−２上に形成される。典型的には、埋め込み層は、Ｐ型材料（ホウ素、インジウム、又はアルミニウムなど）又はＮ型材料（リン、ヒ素、及びアンチモンなど）のいずれかで重くドープされる。
【００６２】
セル又は熱電対３００−２の構成の結果として、上及び下の両方からの吸収が可能となる。埋め込み層４０４及び吸収層４０８の両方が、赤外線放射を「捕捉」するように動作する。放射の方向に関わらず、熱が、「ホット」ジャンクション（バイア３１０−２と導電性層３０６−２の間のジャンクション）で捕捉され、「コールド」ジャンクション（バイア３１２−２と導電性層３０６−２の間のジャンクション）で基板１０４内に放散される。したがって熱電対３００−１と同様に、熱電対３００−２は、赤外線放射を受け取るとき電圧を生成する。
【００６３】
図１５に移ると、熱電対３００−１及び／又は３００−２の適用例が見られる。全般的に、熱電対３００−１及び／又は３００−２が集積回路（ＩＣ）の一部として形成される。セル又は熱電対３００−１及び／又は３００−２（これらはそれぞれ約７．５μｍ２である）がアレイ状に配置されてサーモパイル５０２を形成する。典型的には、サーモパイル５０２は何万ものセル又はサーモパイル３００−１及び３００−２を含む。サーモパイル５０２は増幅器５０４に結合され、増幅された信号がアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５０６に供給される。典型的には、ＡＤＣ５０６は、温度センサ５０８から局所温度ＬＴを受け取り、参照電圧生成器５１０から参照電圧ＲＥＦを受け取るシグマ・デルタＡＤＣである。増幅された信号のデジタル表現が、デジタル線形化エンジン５１２によって線形化され、インターフェース５１４（一般にＳＭＢｕｓ対応である）に供給される。
【００６４】
セル又は熱電対３００−１及び／又は３００−２を用いた結果として、従来の熱電対に勝るいくつかの利点が実現され得る。熱電対３００−１及び／又は３００−２は、標準の半導体製造プロセスに完全に適合する。特別な処理ステップはなく、ウェハあたりのコストは、用いられるプロセスのウェハあたりの基本コストに等しい。サーモパイル５０２のサイズに関する制約がない。サーモパイル５０２をスケールアップすることで、所望とされる感度及び信号対雑音比が達成可能である。熱電対３００−１及び／又は３００−２は、シリコンチップ自体の頑強性に全般的に等しい機械的頑強性を有する。熱電対３００−１及び／又は３００−２は、圧力及び／又は振動に対し、あるいは化学的及び／又はイオン汚染に対し影響を受け難い。
【００６５】
例示の実施例の文脈で説明したような特徴又はステップのすべて又はその幾つかを有する例示の実施例の文脈で説明した一つ又は複数の特徴又はステップの異なる組み合わせを有する実施例も、本明細書に包含されることを意図している。当業者であれば、多くの他の実施形態及び変形も、本発明の特許請求の範囲内で可能であることを理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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