(57)【要約】  少なくとも１つの実施形態において、サーモパイルを備える赤外線（ＩＲ）センサーが提供される。サーモパイルは基板と吸収体を含む。吸収体は基板の上方に配置され、また、隙間が吸収体と基板との間に形成される。吸収体は、現場からＩＲを受けて、現場の温度を示す電気的出力を生成する。吸収体は、それが基板から熱的に隔離されるように、超格子量子井戸構造で形成される。別の実施形態において、赤外線（ＩＲ）検出器を形成する方法が提供される。この方法は、基板を形成し、かつ超格子量子井戸構造を有する、複数の交互にある第１層と第２層を含む吸収体を形成することを含む。この方法は、吸収体を基板の近くに吊された形にするために隙間が形成されるように、吸収体を配置することをさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線（ＩＲ）センサーにおいて、
基板と、
前記基板の上方に配置され、その隙間を形成する吸収体であって、現場からＩＲを受けるため、かつ前記現場の温度を示す電気的出力を生成するために配置される吸収体であり、吸収体が前記基板から熱的に隔離されるように、超格子量子井戸構造で形成される、吸収体と
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、赤外線（ＩＲ）センサー。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記超格子量子井戸構造が、複数の交互にある第１層および第２層を含むことを特徴とする、センサー。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互にある第１層および第２層の総数が、８〜１０の層であることを特徴とする、センサー。
【請求項４】
請求項２に記載のセンサーにおいて、前記第１層のおのおのがシリコンを含み、かつ前記第２層のおのおのがシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項５】
請求項２に記載のセンサーにおいて、第１包み込み層および第２包み込み層をさらに含み、前記複数の交互にある第１層および第２層が、前記隙間の上方にある前記吸収体を支持するために、前記第１包み込み層と前記第２包み込み層との間に配置されることを特徴とする、センサー。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサーにおいて、前記第１および前記第２の包み込み層のおのおのが、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記吸収体の第１の側に配置された第１アームと、前記吸収体の第２の側に配置された第２アームとをさらに含み、前記吸収体が、前記第１アームおよび前記第２アームによって熱的に隔離されるように、前記第１アームおよび前記第２アームがおのおの前記超格子量子井戸構造で形成されることを特徴とする、センサー。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサーにおいて、前記超格子量子井戸構造が、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの複数の交互層を含むことを特徴とする、センサー。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサーにおいて、前記第１アームおよび前記第２アームの中の前記シリコンゲルマニウムが、ｎ型ドープおよびｐ型ドープのうちの１つであり、前記シリコンゲルマニウムのドーピング濃度が、５×ｌ０１８〜５×ｌ０１９原子／ｃｍ３の間であることを特徴とする、センサー。
【請求項１０】
８に記載のセンサーにおいて、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの各層が、概して１００オングストロームの厚さを有することを特徴とする、センサー。
【請求項１１】
請求項８に記載のセンサーにおいて、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの前記複数の交互層が、概して１０００オングストロームの全体厚さを有することを特徴とする、センサー。
【請求項１２】
請求項８に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互層を応力相殺をするために、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの前記複数の交互層が、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つの第１層、および前記窒化ケイ素と前記二酸化ケイ素のうちの１つの第２層によって包み込まれることを特徴とする、センサー。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサーにおいて、前記第１層が、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの前記複数の交互層の全体厚さの１０％〜１００％の範囲の厚さを有することを特徴とする、センサー。
【請求項１４】
赤外線（ＩＲ）センサーにおいて、
基板と、
前記基板の近くに吊される吸収体であって、現場からＩＲを受けるために、かつ前記現場の温度を示す電気的出力を生成するために吊される吸収体であり、前記基板から吸収体を熱的に隔離するために、かつ前記センサーの導電率を高めるために、超格子量子井戸構造で形成される、吸収体と
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、赤外線（ＩＲ）センサー。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセンサーにおいて、前記超格子量子井戸構造が、複数の交互にある第１層および第２層を含むことを特徴とする、センサー。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互にある第１層および第２層が、前記複数の交互にある第１層および第２層の応力を相殺するために、第１包み込み層と第２包み込み層との間に配置されることを特徴とする、センサー。
【請求項１７】
請求項１６に記載のセンサーにおいて、前記第１包み込み層および前記第２包み込み層のおのおのが、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項１８】
請求項１５に記載のセンサーにおいて、前記第１層のおのおのがシリコンを含み、かつ前記第２層のおのおのがシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項１９】
請求項１８に記載のセンサーにおいて、シリコンの前記第１層がシリコンの４〜５の層の総数を含み、かつシリコンゲルマニウムの前記第２層がシリコンゲルマニウムの４〜５の層の総数を含むことを特徴とする、センサー。
【請求項２０】
請求項１４に記載のセンサーにおいて、前記吸収体の１つの側に配置され、前記超格子量子井戸構造で形成されるアームをさらに含むことを特徴とする、センサー。
【請求項２１】
赤外線（ＩＲ）センサーを形成する方法において、
基板を形成するステップと、
超格子量子井戸構造を有する、複数の交互にある第１層と第２層を含む吸収体を形成するステップと、
前記吸収体を前記基板の近くに吊された形にするために隙間が形成されるように、前記基板の近くに前記吸収体を配置するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載のセンサーにおいて、
前記超格子量子材料構造を有する、前記複数の交互にある第１層および第２層を含む前記吸収体の１つの側にアームを形成するステップと、
前記基板の上方に前記アームを配置するステップと
をさらに含むことを特徴とする、センサー。
【請求項２３】
請求項２１に記載のセンサーにおいて、前記第１層のおのおのがシリコンを含み、かつ前記第２層のおのおのがシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項２４】
請求項２１に記載のセンサーにおいて、
前記複数の交互にある第１層および第２層の上の第１包み込み層を形成するステップと、
前記複数の交互にある第１層および第２層の下に、第２包み込み層を形成するステップと
をさらに含み、前記第１と第２の包み込み層により、前記吸収体が前記基板の上方に吊されることを可能にすることを特徴とする、センサー。
【請求項２５】
請求項２４に記載のセンサーにおいて、前記第１包み込み層、および前記第２包み込み層のおのおのが、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月１１日出願の、米国特許仮出願第６１／３９１，９９６号明細書の利益を主張し、参照によりその全体を本明細書に組込む。
【０００２】
本明細書に記載する実施形態は、超格子量子井戸赤外線（ＩＲ）検出器（またはセンサー）、およびそれを形成する方法に一般的に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＩＲ検出器は、ＩＲ照射に感応する光検出器として一般的に定義されている。赤外線検出器の１つのタイプは、熱ベースの検出器である。熱ベースの検出器は、カメラ内に実装してもよく、物体について、そのような物体に一般に伴う熱的特性に基づき形成されるイメージを生成する。熱ベースの検出器には、ボロメーター、マイクロボロメーター、焦電形、およびサーモパイルが含まれることが知られている。
【０００４】
マイクロボロメーターは、物体から受ける放射エネルギーの量に基づいて、その電気抵抗を変える。サーモパイルは、物体からの熱エネルギーを電気エネルギーへ変換する多くの熱電対を含む。そのようなデバイスは、サーマルイメージングの目的のために、さまざまな形でカメラへ組込まれてきた。以下の参照文献は本発明に関連性があり得る。Ｈｙｎｅｃｅｋへの米国特許第５，４３６，４７６号明細書、Ｅｌｓｎｅｒらへの米国特許第５，５５０，３８７号明細書、Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓらへの米国特許第６，０６０，６５６号明細書、Ｇｏｏｃｈらへの米国特許第６，６９０，０１４号明細書Ｇｈａｍａｔｙらへの米国特許第７，０３８，２３４号明細書、Ｈｓｕへの米国特許第７，７５５，０４８号明細書、およびＫｏｃｈｅｒｇｉｎへの米国特許出願公開第２０１１／０１６８９７８号明細書。
【発明の概要】
【０００５】
少なくとも１つの実施形態において、サーモパイルを備える赤外線（ＩＲ）センサーが提供される。このサーモパイルは、基板と吸収体を含む。吸収体は基板の上方に位置し、隙間が吸収体と基板との間に形成される。吸収体はある現場からＩＲを受けて、その現場の温度を示す電気的出力を生成する。吸収体は、それが基板から熱的に隔離されるように、超格子量子井戸構造から形成される。別の実施形態において、赤外線（ＩＲ）検出器を形成する方法が提供される。この方法は、基板を形成すること、および、超格子量子井戸構造を有する、複数の交互にある第１層と第２層を含む吸収体を形成することを含む。この方法は、吸収体を基板の近くに吊された形にするために隙間が形成されるように、基板の近くに吸収体を配置することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の実施形態は、添付の請求項に具体的に示す。しかしながら、様々な実施形態の他の特徴は、添付図面と共に、以下の詳細な記載を参照することによってより明白になり、最もよく理解される。
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による熱検出器を示す。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態による熱検出器を表す。
【図３】図３は、図２の熱検出器の断面図を示す。
【図４】図４は、吸収体だけを含む熱検出器の別の断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、シリコンを基材とする材料によって包み込まれた超格子量子井戸熱電材料を示す。
【図６】図６Ａ〜図６Ｂは、量子井戸を実現する一実施形態、および量子井戸効果を実現しない別の実施形態をそれぞれ示す。
【図７】図７は、堆積中において、窒化ケイ素および超格子量子井戸材料の層によって引き起こされた様々な応力を示す。
【図８】図８は、量子井戸熱電検出器を作製するための製造プロセスフローを示す。
【図９】図９Ａ〜図９Ｄは、図８のプロセスフローに関連して製造される場合の、検出器の様々な構成を表す。
【図１０】図１０は、超格子量子井戸熱電検出器を作製するための製造プロセスフローを示す。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｇは、図１０のプロセスフローに関連して製造される場合の、検出器の様々な構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の詳細な実施形態が本明細書で開示される。しかしながら、開示された実施形態は、様々なおよび代替の形態で具体化されてもよい本発明の単に例示的なものであることを理解されたい。図は、必ずしも一定の縮尺でなく、いくつかの特徴は、特別の構成要素を詳細に示すために誇張されたり、最小限にされたりしていることがある。したがって、本明細書で開示された特定の構造および機能的な詳細は、限定としてではなく、単に、請求の範囲の代表的な根拠として、または本発明の１つまたは複数の実施形態を種々に利用することを当業者に教える代表的な根拠として解釈すべきである。
【０００９】
本明細書で開示される様々な実施形態は、現場のイメージを生成するために、Ｍ×Ｎ列のアレイに配置され得る複数のＩＲ検出器を、限定はしないが、一般に提供する。別の実施形態において、発光源（または現場）からの熱エネルギーを捕捉する（または検知する）ために、およびエネルギー記憶の目的のため、検知された熱エネルギーに基づいて電気的出力を提供するために、複数のＩＲ検出器が用いられてもよい。別の実施形態において、単一のＩＲ検出器が、熱検知のために提供されてもよい。ＩＲ検出器は、特に、吸収体、基板、および／または、少なくとも１つのアームを通常含む。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームは、基板の上方に吊されてもよい。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームは、超格子量子井戸熱電ベースの材料で構成されてもよいと考えられる。そのような構造は、吸収体および少なくとも１つのアームが、ゼーベック効果の増加、低い抵抗率および適切な熱伝導率を達成することを可能にし得る。これらの態様は、検出器の性能を改善し得る。吸収体、および／または、アームは、限定はしないが、窒化ケイ素および／または二酸化ケイ素など、ケイ素をベースとする様々な誘電材料によって包み込まれてもよいと考えられる。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームが基板の上方に吊されている状況で、超格子量子井戸熱電材料をケイ素をベースとする誘電材料で包み込むことは、検出器の応力相殺を行い、検出器の構造的な保全性を高め得る。
【００１０】
本明細書で記述される実施形態は、記述されるもの以外の目的のために利用されてもよく、また、本明細書で言及されることがある課題は、本発明の実施形態によって克服され得る課題の網羅的なリストであるようには意図されていないと考える。本明細書で記述され得るような課題は、説明の目的で言及するものであり、また、簡潔にするため、本発明の様々な実施形態によって克服され得る課題のすべては記述しない。さらに、本明細書で記述された実施形態は、いかなる数の結果も提供してもよく、また、言及されることは、達成され得る網羅的なリストであるようには意図されていないと考える。本明細書で開示されるような結果は、説明の目的で言及するものであり、また、同様に簡潔にするため、本発明の実施形態によって達成される結果のすべては記述しない。さらに、本明細書で提供される実施例は、説明の目的のために開示されるものであり、実施することができる実施例の網羅的なリストであるようには意図されておらず、また、いかなる方法によっても本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による熱検出器（またはセンサー）１０を示す。検出器１０は、レンズ１３を含むカメラ１１内のＭ×Ｎアレイ１８に配置された多数のうちの１つであり得る。カメラ１１は、現場のイメージを捕捉するように通常構成される。各検出器１０は、現場からのＩＲ照射を吸収するように、かつ現場から受けたエネルギー量に基づいて、その電位を変えるように構成される。読出し集積回路（ＲＯＩＣ）１９（または読出し回路）は、各検出器１０の下に配置される。ＲＯＩＣ  １９は、各検出器１０の電位を電気的に出力し得る。各検出器１０は、ＲＯＩＣ  １９の上に微細機械加工されてもよい。本明細書で開示された実施形態は、２０１０年３月２３日に出願され、「ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ」と題する、同時係属の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８２９３号パンフレット（「特許出願第’２９３号パンフレット」）に記載された検出器に組込まれ得て、その全体を参照により、本明細書に組込む。検出器１０は、マイクロブリッジとして通常配置される。検出器１０は、サーモパイルとして形成されてもよい。
【００１２】
上記に言及される検出器１０は、カメラ内にあって、現場のイメージを捕捉するために用いられ得る一方、検出器１０は、太陽から直接または間接的に受けた熱エネルギーなどの、発光源（または現場）からの熱エネルギーを検知するために用いられ得るとさらに考えられる。検出器１０は、別のデバイスに動力を供給するために、または、バッテリーもしくは他の適切な手段などの記憶デバイス上に電気エネルギーを記憶するために、熱エネルギーに応じて、電気エネルギーを提供するために電圧出力を提供する。
【００１３】
検出器１０は、吸収体１２、第１アーム１４、第２アーム１５、および基板１６を含む。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、熱電材料を含んでもよく、また、以下により詳細に記述する超格子量子井戸材料で形成されてもよい。基板１６は、限定はしないが、単結晶シリコンウェハまたはシリコンウェハを含んでもよい。基板１６は、ＲＯＩＣ  １９に接続されてもよい。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、ＲＯＩＣ  １９の上方に通常吊される。第１アーム１４は、吸収体１２の隣りに配置され、所望の場合（取り付けられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第１の側１８に沿って延在し、かつ端子端部２０で終端となってもよい。支柱２２は、第１アーム１４の端子端部２０に結合される。
【００１４】
ＲＯＩＣ  １９の入力パッド２４は、支柱２２を受け止める。支柱２２は、吸収体１２からＲＯＩＣ  １９への電気的導通を供給する。同様の方法で、第１アーム１４は、吸収体１２の隣りに配置され、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第２の側２６に沿って延在し、かつ端子端部２８で終端となってもよい。支柱３０は、第２アーム１６の端子端部２８に結合される。ＲＯＩＣ  １９の入力パッド３２は、支柱３０を受け止める。支柱３０は、吸収体１２からＲＯＩＣ  １９への電気的導通を提供する。一般に、支柱２２および３０は互いと協力し、吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５を基板１６の上方に支持する。（例えば、吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５を基板１６の上方に吊す。）
【００１５】
吸収体１２は、現場からＩＲ照射を受け（または吸収し）、それに応答して、温度を変えるように通常構成される。検出器１０は、現場から受けた照射量に基づいて、その電位を変え得る。反射体１７は、吸収体１２とＲＯＩＣ  １９との間に配置される。反射体１７は、吸収体１２がＩＲ照射を吸収する能力を高め得る。第１アーム１４および第２アーム１５は、熱的に吸収体１２を隔離するために、吸収体１２から水平方向にずらしてもよい。熱伝導を低下させることは、検出器１０の性能を高めるために望ましいことであり得る。さらに、吸収体１２、第１アーム１４および第２アーム１５は、基板１６から垂直方向にずらし、分離用隙間３４（または空胴）をその間に画定してもよく、それは、１つの検出器をアレイ内に配置した付加的な検出器から熱的に隔離するためである。
【００１６】
検出器１０は、１つの側にｐ型材料、および他の側にｎ型材料を含み得る。例えば、吸収体１２は、第１部分３６、第２部分３８、および活性領域４０を含むように考慮されてもよい。第１アーム１４および第１部分３６は、ｐ型材料から構築されてもよい。第２アーム１５および第２部分３８は、ｎ型材料から構築されてもよい。活性領域４０は、ｐ型をベースとする要素（第１アーム１４および第１部分３６）を、ｎ型をベースとする要素（第２アーム１５および第２部分３８）に電気的に結合する。
【００１７】
図２は、本発明の別の実施形態による熱検出器１０’を示す。検出器１０’は、レンズ１３を含むカメラ１１内のＭ×Ｎアレイ１８に配置された多数のうちの１つであり得る。検出器１０’は、図１の検出器１０に概して類似しているが、表面微細機械加工されている。
【００１８】
検出器１０’は、現場からのＩＲ照射を吸収するように、かつ現場から受けたエネルギー量に基づいて、その電位を変えるように構成される。電気的導通２１は、検出器１０’のおのおの側に、そこからの電気的出力を読出し回路（図示せず）に、供給するために形成される。検出器１０’は、特許出願第’２９３号パンフレットで述べられる検出器としても組み込まれ得る。
【００１９】
検出器１０’は、吸収体、第１アーム１４、第２アーム１５、および基板１６を含む。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、熱電材料を含んでもよく、また、以下により詳細に記述もする超格子量子井戸材料で形成される。基板１６は、限定はしないが、単結晶シリコンウェハまたはシリコンウェハを含んでもよい。吸収体１２、第１アーム１４および第２アーム１５は、空胴２５の上方に概して配置される（あるいは吊される）（図３を参照）。上記と同様の方法で、第１アーム１４は、延在してもよく、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第１の側１８に沿って、かつ電気的導通２１に到達してもよい。第２アーム１６は、延在してもよく、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第２の側２６に沿って、かつ電気的導通２１に到達してもよい。
【００２０】
図３は、本発明の別の実施形態による熱検出器を１０”示す。検出器１０”は、吸収体１２を通常含み、熱の検知する応用のために、単一の検出器として配置してもよい。検出器１０”は、バルク微細機械加工されてもよい。この構成において、アームは存在しない。吸収体１２は、熱電材料を含んでもよく、超格子量子井戸材料で形成されてもよい。電気的導通２１は、検出器１０”からの電気的出力を提供するために吸収体１２のおのおのの側に形成される。吸収体１２は、空洞２５の上方に通常吊される、今まで言及した検出器（１０、１０’および／または１０”）は、以降「１０」と示す。
【００２１】
基板の上方に吊されているアームと吸収体とを含むＩＲ検出器を実現することは知られている。この従来の手法において、アームは、熱的に吸収体を隔離するが、それにより、吸収体から基板への熱伝導の減少を引き起こす。吸収体１２とアーム１４、１５との間の熱伝導を低下させることによって、熱の伝達／漏れが低下させられ得て、ＩＲ検出器の性能における改善が実現され得る。この従来の手法は、低い熱伝導率を達成するために、熱電の構造（例えばアームおよび吸収体）を、以下の材料、即ち、テルル化ビスマス、テルル化アンチモン、テルル化鉛、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、スクッテルド鉱、ナノ複合材料、および超格子構造の１つまたは複数を用いて、一般に形成する。前述の材料の１つまたは複数を用いて検出器を形成することより、かつ吸収体とアームを吊すことにより、これらの状況は、吸収体、および／または、アームに、検出器の故障に結びつき得るそりまたは座屈を引き起こすことがある。
【００２２】
本明細書で記述される実施形態における認識では、とりわけ、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５は、ＩＲ検出装置に関連して使われるとき、検出器１０に適切な検出器性能特性を実現することを可能にし得る超格子量子井戸熱電材料を用いて構成され得る。さらに、本明細書で開示される実施形態では、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５の超格子量子井戸材料を、窒化ケイ素または二酸化ケイ素を用いて包み込むことを企図する。ケイ素をベースとする材料で吸収体１２、および／または、アーム１４、１５を包み込むことは、超格子量子井戸材料の堆積中に引き起こされる応力を相殺または均等化し得て、かつ検出器１０の一部分がＲＯＩＣ  １６の上方に吊されている間の検出器１０の機械的強度を高め得る。検出器１０の機械的強度を高めることにより、かつ検出器１０の応力相殺により、検出器１０のそりまたは座屈は最小限に抑えられるかまたは全く排除され得る。実施形態におけるさらなる認識では、吸収体１２、第１アーム１４、および検出器１０の第２アーム１５は、超格子（例えばシリコン／−シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ／ＳｉｘＧｅ１−Ｘ）、ここでｘは、整数または非整数であってもよい（以降「Ｓｉ／ＳｉＧｅ」））量子井戸熱電材料から構成され得る。第１アーム１４および第１部分３６は、ｐ型超格子量子井戸熱電材料から形成され得る。第２アーム１５および第２部分３８は、ｎ型超格子量子井戸材料から形成され得る。
【００２３】
吸収体１２、および／または、アーム１４、１５を含む超格子量子井戸サーモパイル１０の利用によって、そのような状況は、吸収体１２からの、アーム１４、１５を通して基板１６、および／または、吸収体１２に隣接して配置された任意のデバイスへの熱の損失を最小限に抑え、それによって、周囲のデバイスから吸収体１２を熱的に隔離する。現場からのＩＲが吸収体１２を加熱する場合、検出器１０は、吸収体１２と基板１６との間の温度差に比例する出力電圧を生成する。したがって、吸収体１２が高い熱伝導を含む材料から形成される場合、検出器性能は、吸収体１２からの熱エネルギーの漏れにより悪影響を及ぼされ得る。超格子量子井戸材料は、低い熱伝導率を提供するので、吸収体１２での適切な熱隔離が達成され、それによって検出器性能を改善し得る。さらに、超格子量子井戸材料は、高いゼーベック係数および高い導電率をさらに提供し、これは検出器１０が高い信号対雑音比で出力電圧を提供することを可能にし、高い信号対雑音比は吸収体１２によって検知されたＩＲ照射の量の高忠実度表示を提供する。通常、検出器１０は、電流フローを提供しないこともある。しかしながら、いくつかの実施形態において検出器１０は、ミリアンペア領域の電流のフローを提供することができる。
【００２４】
従来のＩＲ検出器は、吊された吸収体、および／または吊されたアームのために低い熱伝導率を達成する（すなわち、検出器からの熱の放散または移動を最小限に抑える）方法として、テルル化ビスマス、テルル化アンチモン、テルル化鉛、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、スクッテルド鉱、ナノ複合材料、および超格子構造を含むことが知られているが、そのような材料は、十分に機械的な支持をしない、または、適切な応力相殺がされない場合がある。検出器１０に超格子量子井戸熱電材料を使用すると、適切な熱伝導率を提供し得て、また、従来の検出器中の材料の種類の代替物として役に立ち得ることが分かる（以下に示す）。
【００２５】
一般に、サーモパイル検出器１０からの大きい応答を得るためには、検出器１０（例えば、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５）から、熱の接地平面（例えば基板１６内の）への熱伝導であるＧｋ’を、小さくすべきである。したがって、サーモパイル材料の熱伝導率はできるだけ小さくすべきである。最終的に、検出器１０内の材料は、（ａ）高いゼーベック係数および（ｂ）高い導電率を有していることが望ましいであろう。ｎ型およびｐ型の材料から作製されたサーモパイルのための性能指数は、以下のように定義される。
2013539053.tif 000003
ここで：
2013539053.tif 000004
【００２６】
この性能指数は、サーマルイメージングに関係する信号対雑音比の典型ではないかもしれない。なぜなら、それは、ＩＲ検出器のための一般の性能指数である検出感度またはＤ＊に比例しない場合があるためである。より適切な性能指数は、Ｄ＊に比例するものであり得る。
2013539053.tif 000005
【００２７】
この新しい性能指数は、アーム１４、１５が、同一の長さおよび断面積を有すると仮定する。表１（下記）は、選択された材料の群に対するこの新しい性能指数を示す。サーモパイル材料選択に基づく性能向上は明白であろう。
2013539053.tif 000006
【００２８】
小さなピッチ（例えば、≦５０μｍ）のアレイについては、Ｂｉ２Ｔｅ３および  ｎｐ  Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３が、熱電材料のために実際的な選択であり得る。標準的なｎｐポリシリコンを採用しない理由は、その熱伝導率が、妥当な検出器感度を達成するには大きすぎるかもしれないためである。さらに、堆積温度が、支柱付き相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）への適合性のためには高すぎるかもしれない。量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３、および標準的なｎｐポリシリコンに対する重要な測定値（例えば、抵抗率、ゼーベック係数、および熱伝導率）を、下記の表２に示す。
2013539053.tif 000007
【００２９】
Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３は、高性能のサーモパイル検出器を作製することができるが、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３を選択することにはいくつかの欠点があり得る。例えば、（１）検出器抵抗が、約３ｋΩに至る場合があり、その結果は、電子雑音が支配的になり得るということである；（２）Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３の堆積およびエッチングは、非常に研究されてきているが、まだ成熟していないおそれがある。（しかしながら、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３は、低温で堆積し、パターン付けを行い、ドライエッチングをすることができる）；（３）応答性の温度係数（ＴＣＲ）（≒０．１％）は、ｎｐ  Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３（＜０．０４％）より高いかもしれない。（例えば、ＴＣＲがより低いと、応答性の温度補償における努力がより少なくてもよい）および、（４）化学量論比が維持されない場合、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３の熱電的性質は大幅に変化し得て、それは、堆積において厳しい制御および同時蒸着など通常的でない蒸着工程を意味する。対照的に、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子量子井戸は、ＣＭＯＳおよびマイクロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の処理工程において広く用いられている材料を含む。さらに、化学量論比は、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子量子井戸の実施において問題ではないかもしれず、そのため、堆積の処理で、制御の重大さがより小さくなり得る。
【００３０】
Ｂｉ２Ｔｅ３薄膜の熱伝導率は、
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と測定されており、ＰＥＣＶＤの窒化ケイ素の熱伝導率に近いと言えるが、ここで熱伝導率は、
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であり得る。Ｂｉ２Ｔｅ３バルクの熱伝導率は、
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であり得て、このより低い熱伝導率は、非常に薄い膜においてよく見られる影響であり得る。膜厚が０．５μｍ未満に低下するにつれて、Ｂｉ２Ｔｅ３の熱伝導率はさらに低下し得る。
【００３１】
上記の表２に示すように、Ｂｉ２Ｔｅ３および窒化ケイ素は、同等の熱伝導率を有し得る。この事実により、Ｂｉ２Ｔｅ３が形成されるとき、アームに、および／または、吸収体に著しい量の窒化ケイ素を加えることは、検出器性能の減少を引き起こし得る。この状況により、従来の実施態様では、テルル化ビスマスをベースとする検出器に、窒化ケイ素または二酸化ケイ素を加えることを避ける傾向がある。対照的に、本発明の、アーム１４、１５、および／または、吸収体１２は、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅと共に、様々な量の窒化ケイ素、および／または、二酸化ケイ素を含み得る。この状況は、検出器性能の重要な低下を引き起こさない可能性があり、それは量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの熱伝導率は、窒化ケイ素より≒３〜４倍大きいからである。そのため、窒化ケイ素によって加えられた熱伝導率の増加分は、窒化ケイ素でＳｉ／ＳｉＧｅ量子井戸に加えられた熱伝導率の全体的な増加の観点からいえば無視してもよい。例えば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ量子井戸の熱伝導率は、３〜５Ｗ／ｍＫの間であり得る。窒化ケイ素の熱伝導率は、１．２Ｗ／ｍＫであり得る。適量の窒化ケイ素を加えることは、検出器性能に影響を与えない可能性があり、それはＳｉ／ＳｉＧｅ量子井戸の熱伝導率が優勢であり得るからである。一般に、窒化ケイ素の厚さは、量子井戸アーム１４、１５の全体の厚さの１０％から１００％までのいかなる程度であってもよい。例えば、アーム１４、１５が、１０００Åの厚さである場合、そのとき、窒化ケイ素の厚さは、１００Åから１０００Åの領域にあってもよい。一般に、全体の熱伝導の中で最大の構成部分は、アーム１４、１５による。
【００３２】
熱伝導率の増加を防止するためにテルル化ビスマス材料が検出器内の膜を形成するのに使われる場合、吊されるアームおよび吸収体の構造を実施する従来ベースの検出器は、アーム、および／または、吸収体を窒化ケイ素で包み込むのを避ける傾向がある。しかしながら、本明細書で述べるように、包み込まれた窒化ケイ素を除去することによって、そのような状況は、上記の検出器１０のそり、および／または、座屈を助長し得ることが発見された。例えば、包み込まれた窒化ケイ素の除去は、検出器の機械的強度を低下させて、応力相殺する能力を除去するおそれがある。検出器が応力相殺されない場合は、検出器はそりを起し、機能を果たさなくなるおそれがある。
【００３３】
ＭＥＭＳ処理工程における別の有用な誘電体は、二酸化ケイ素であり得る。堆積されたとき、二酸化ケイ素は、通常、圧縮応力を受けている可能性があり、この材料は、窒化ケイ素と同時に、応力を相殺するために使うことができ、さらに、効果的なエッチング停止であり得る。薄膜二酸化ケイ素の熱伝導率は、
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であり得る。
【００３４】
図５は、シリコン材料によって包み込まれる超格子量子井戸熱電材料を示す。一般に、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５の超格子量子井戸層は、窒化ケイ素の最上層と窒化ケイ素の最下層との間にはさまれてもよい。（または、二酸化ケイ素の最上層と二酸化ケイ素の最下層との間にはさまれてもよく、または、窒化ケイ素の最上層と二酸化ケイ素の最下層（またはその逆に）との間にはさまれてもよい）（図２の要素２９：Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層を参照されたい。（例えば障壁層または伝導層であり、ここで、障壁層は、Ｓｉを含み、および、伝導層は、ＳｉＧｅを含む））。図１〜図２に関して、第１アーム１４および第１部分３６は、窒化ケイ素によって包み込まれるｐ型超格子量子井戸で形成されてもよい。反対に、第２アーム１５および第２部分３８は、窒化ケイ素によって包み込まれるｎ型超格子量子井戸で形成されてもよい。窒化ケイ素層上に配置したＳｉＧｅ層は、Ｇｅ含有量の高いポリシリコンＳｉＧｅシード層を含んでもよい。Ｇｅ含有量は少なくとも７０％であり得る。低温で堆積されたとき、ＳｉＧｅシード層の高濃度のＧｅは、多少規則正しい結晶組織を有し得るポリシリコン−ゲルマニウムを形成し得て、その結晶組織の上に次のケイ素層を積むことになる。
【００３５】
図６Ａ〜６Ｂは、量子井戸効果を実現する１つの実施形態および量子井戸効果を実現しない別の実施形態をそれぞれ示す。図３ａに関して、検出器の一部分（例えば、第１アーム１４、第２アーム１５、および／または、吸収体１６）は、任意の層数の膜４１を含んでもよい。膜４１は、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層を含んでもよい（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの超格子）。ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの各層は、≦２００Åの厚さを有してもよい。検出器１０内の量子井戸材料の全体の厚さは、≦２０００Åであり得る。第１接点４２は、１つの端部に置かれ、第２の接点４４は、別の端部に置かれる。第１接点４２は、第２接点４４から水平方向に遠ざけて配置してもよい。第１接点４２を第２接点４４から水平方向に遠ざけて配置することによって、小量の電流と熱が、第１コンタクト４２からＳｉ／ＳｉＧｅ層を通して第２接点４４（例えば、同一面内で）へ横方向に流れ得る。そのような状況は、第１アーム１４、第２アーム、および／または、吸収体１６が量子井戸効果を実現することを可能にする。
【００３６】
熱電材料の性能を向上する１つの手法は、主として、隣接した障壁層による、多層膜内の活性層のキャリアの量子井戸閉じ込めによって、組成的に調整された材料を形成することであり得る。本明細書で開示される手法は、電気的に活性な各層を、荷電粒子に対する障壁を形成するのに十分なバンドオフセットを有する材料によって囲むことである。熱電的性質における改善（例えば、ゼーベック効果、抵抗率、および熱伝導率）は、状態密度における増加（例えば、増加したゼーベック）、キャリア移動度の増加（例えば、より低い電気抵抗）、および、量子井戸とバリア層との間の歪みによる抑制されたフォノンの流れ（例えば、より低い熱伝導率）から得られると予想される。層の厚さは、≦２００Åであり得る。
【００３７】
図６Ｂは、第１接点４２が、第２接点４４から垂直方向にずらされていることを示す。小量の電流と熱が、上記の量子井戸構成の面内方向に垂直の面横断方向で、第１接点４２からＳｉ／ＳｉＧｅの層を通して第２接点４４へ流れ得る。熱伝導率を低下し得るが、この実施態様は、量子井戸効果を実現しない。
【００３８】
図７は、１つまたは複数の吸収体１２における、および／または、アーム１４、１５における堆積中に、窒化ケイ素および超格子量子井戸材料の層によって引き起こされた様々な応力を示す。例えば、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅなどの材料は、堆積されるとき、圧縮応力の状態であり得る。圧縮応力の下で、ＳｉおよびＳｉＧｅの様々な層は、基板１６に対して伸長し得る。この応力の状態において、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの層（吸収体１２内および／またはアーム１５、１４内、のいずれか）は、吊され、２点で（例えば支柱２２および３０において）取り付けられたとき、基板１６の上で座屈する場合がある。
【００３９】
一方、窒化ケイ素は、堆積されるとき、引張強度の状態であり得る。引張応力の下で、窒化ケイ素の各層は、基板１６に対して収縮し得る。この応力の状態において、窒化ケイ素の各層が、吊され、２点で（例えば支柱２２および３０において）取り付けられたとき、基板１６によって引き伸ばされ得る。窒化ケイ素および量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅに対して、所定の厚さと堆積のパラメーターを使用することによって、ほとんど応力がない検出器が構成され得る。一般に、２つの応力（例えば、圧縮の、および引張りの）が、反対のタイプであるという事実により、Ｓｉ層およびｓｉ／Ｇｅ層を窒化ケイ素層に組み合わせることによってほとんど応力のない薄膜を形成し得る。各層の厚さは、各層の中の応力の大きさに依存し得る。
【００４０】
一般に、検出器１０の層（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅならびに窒化ケイ素の層）が、同等でかつ反対の応力レベルを有する場合、そのとき、互いの上に層を堆積すると、ほとんど応力のない膜を生成し得る。例えば、δｍ１で、材料、ｍ１（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの層）の応力を表し、また、δｍ２で、材料、ｍ２（例えば、窒化ケイ素の層）の応力を表わす。引張応力の状態にある材料は、正値を有し、圧縮応力の状態にある材料は、負値を有してもよい。ｔ１で、層（例えばＳｉおよびＳｉ／Ｇｅ）の第１組の厚さを表わし、ｔ２で、層（例えば窒化ケイ素）の第２組の厚さを表わす。応力相殺された検出器１０を作製するためには、以下の方程式が満たされる必要があり得る。
δｍ１ｔ１＋δｍ２ｔ２＝０      （３）
【００４１】
この式は、２組以上の層に容易に一般化されてもよい。
【００４２】
上記の通り、堆積されたとき、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅは、圧縮応力の状態であり得て、また、堆積されたとき、窒化ケイ素は、引張応力の状態であり得て、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの堆積によって引き起こされた圧縮応力は、窒化ケイ素の堆積によって引き起こされた引張応力によって相殺され得て、それはほとんど応力のない吊された検出器の実施態様を結果として生じ得る。
【００４３】
一般に、ＳｉＧｅの各層は、吸収体１２内で、および／または、アーム１４、１５内で、ｎ型またはｐ型にドープされてもよい。Ｓｉ層はドープされなくてもよく、したがって電気的に伝導性ではない。シリコンゲルマニウムの１つまたは複数の層のドーピング濃度は、吸収体１２内で、および／または、アーム１４、１５内で、およそ５×ｌ０＾１８〜５×ｌ０＾１９原子／ｃｍ＾３の間である。ドーピング濃度は、ｎ型とｐ型に対して同じではない場合がある。ｎ型アームおよびｐ型アームの電気抵抗は、ゼーベック効果を最大限にするために同様であるべきである。これが、シリコンゲルマニウムの様々な層のドーピング濃度が異なる理由であり、ドーピング濃度は等価なアーム抵抗を達成するために調節されることがあるからである。さらに、ドーピング濃度が上昇すると、電気抵抗は低下するが、ゼーベック効果もまた低下する。ｎ型アームとｐ型のアームとの間で、電気抵抗が同様であることを確保するために、さらに、最大の信号対雑音比を達成するためにシリコンゲルマニウムの層に対する最適なドーピング濃度が達成される。
【００４４】
検出器１０内で超格子量子井戸をベースとする熱電材料を使用することは、限定はしないが、適切な熱伝導率、増加したゼーベック効果、および低い抵抗率を提供し、それは検出器の性能を高め得る。ケイ素をベースとする材料（窒化ケイ素、および／もしくは、酸化ケイ素、または他の適切な材料など）で超格子量子井戸をベースとする材料を包み込むことは、検出器１０の機械的強度を高め得て、かつ超格子量子井戸材料の様々な層によって引き起こされた応力を差し引きし、応力相殺し得る。約言すれば、本発明の意図では、検出器１０内でケイ素をベースとする材料と組み合わせるとき、超格子量子井戸熱電材料を使用することは、（ｉ）超格子量子井戸熱電材料に関連して見いだされると発見された、熱伝導率、増加したゼーベック効果、および低い抵抗率の良好な水準による、向上した検出器性能、ならびに、（ｉｉ）超格子量子井戸熱電材料と、包み込まれた、ケイ素をベースとする材料との間の応力を相殺することによりもたらされた、向上した機械的強度／応力相殺、を提供し得る。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による、量子井戸熱電検出器１０を作製するための製造プロセスフロー５０を示す。プロセスフロー５０は、検出器１０を作製するために利用され得ると考えられる。プロセスフロー５０は、エッチング停止としての窒化ケイ素を使用しない、検出器１０の製造を示す。
【００４６】
操作５１において、二酸化ケイ素層を形成する。
【００４７】
操作５２において、二酸化ケイ素にパターニングを施し、ドライエッチをする。
【００４８】
操作５４において、チタンの層を二酸化ケイ素の層の上に堆積する。チタン、ＴｉＷ、Ｃｒまたは他の同等の金属が、緩衝層として使われてもよく、それは、アルミニウムが、これらの高融点金属に密着するからであり、かつ高融点金属は、それらが堆積されるものすべてに密着するからである。
【００４９】
操作５６において、アルミニウムの層をチタンの層の上に堆積する（図６Ａを参照）。アルミニウムは、高融点金属よりも、よい導電率を提供し得る。
【００５０】
操作５８において、反射体１７および相互接続を形成するためにアルミニウムおよびチタン（またはＴｉＷもしくはＣｒ）に、パターニングを施す（ＲＯＩＣ  １６の上の入力パッド２４および３２など）（図６Ｂを参照）。
【００５１】
操作６０において、ポリイミドの層をアルミニウム上に堆積する。ポリイミドは、犠牲層として使われ得る有機材料である。すなわち、最後にポリイミドは、酸素プラズマエッチングにおいてエッチング除去されてもよい。ポリイミドは、高温処理に耐えることができる可能性があり、また、容易にエッチング除去され得る。ポリイミドは、容易にエッチング除去されるその能力により必要であり得て、それはＭＥＭＳスタックの底部にあってもよいためである。
【００５２】
操作６２において、プロセス５０の後の方で支柱２２および３０を形成する開口を画定するため、ポリイミドの一部分を除去する。
【００５３】
操作６４において、窒化ケイ素の第１の層を、ポリイミドの上に堆積する。（図９Ｃ参照）。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を見せ得る。
【００５４】
操作６６において、シード層を、ＲＯＩＣ  １９の上に堆積する。この堆積は、ｐｏｓｔ−ＣＭＯＳ適合性をもつＳｉＧｅポリシリコンまたはｐｏｓｔ−ＣＭＯＳ適合性をもつＧｅを含み得る。シード層は、検出器１０に十分な量子井戸性能を達成することを可能にし得る。シード層は、結晶組織またはその構造の短距離の秩序化を示し得る。例えば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ層は、少なくともある種の短距離の結晶の秩序を有するべきである。この理由は、非晶質の材料は貧弱な導電体であることが知られているので、導電率は貧弱かもしれないということである。低温（例えば、≦４５０℃）で、Ｓｉおよび高いＳｉ含有量の（ＳｉＸＧｅ１−Ｘ）（Ｘ≧０．４）のために真のポリシリコン堆積を得ることは困難であり得る。一方、高いＧｅ含有量のＳｉＧｅは、より低い温度（例えば、≦４５０℃）で堆積することができ、多結晶になることができる。例えば、ＳｉＸＧｅ１−ＸのＧｅ含有量が７０％（Ｘ＝０．３）である場合、良質のポリシリコンＳｉ０．３Ｇｅ０．７を、≦４００℃の温度で堆積することができる。これは、非常に良いシード層になり得て、それは、ＳｉまたはＳｉＧｅ（典型的に、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２）が、≒３５０℃でのスパッタリングによって堆積されるとき、材料が、下層の結晶の秩序化を「踏襲」し、したがってスパッタリングされた材料がより多くの結晶配向を得るほどである。この部分は高性能検出器を作製する際に重要であり得る。シード層の付加は、後で堆積するＳｉとＳｉＧｅの交互層が、良好な量子井戸熱電特性を達成するのを可能にし得る。二酸化ケイ素の層は、基板１６を形成するためにシード層の上に形成される。
【００５５】
ＳｉとＳｉＧｅの量子井戸層の交互層も、窒化ケイ素の層の上部へ堆積される。ＳｉとＳｉＧｅの各層は約ｌ００Åであり得る。これらのＳｉとＳｉＧｅの層は、圧縮応力の状態を示し得る。ＳｉとＳｉＧｅの交互層は、ｎ型ドープであってもよい（図９Ｃ参照）。ＳｉとＳｉＧｅの層は、同様にｐ型ドープであってもよいと認識されている。一般に、検出器１０内でＳｉとＳｉＧｅの４〜５周期が使用されてもよい（またはＳｉとＳｉＧｅの８〜１０の層）。窒化ケイ素の厚さは、１０００Å（１０層が使われる場合）までであり得る。窒化ケイ素、およびＳｉとＳｉＧｅの交互層の合計厚さ（ＳｉおよびＳｉＧｅの１０の層（例えば、１０００Å）、ならびに窒化ケイ素の上限厚さ（例えば、１０００Å）を仮定すれば）は、２０００Åの合計厚さを有する。
【００５６】
操作６８において、吸収体１２の第１部分３６または３８、およびアーム１４または１５を、パターニングを施すこと、およびドライエッチすることを介して、形成し得る。吸収体１２のこの部分、およびアーム１４または１５はｎ型であってもよい。
【００５７】
操作７０において、フォトレジストは除去され、さらに、Ｓｉおよびｐ型Ｓｉ／Ｇｅの交互層の第２組は、Ｓｉおよびｎ型ＳｉＧｅ、ならびに窒化ケイ素層の層の上に直接堆積される。一般に、フォトレジストは、どの領域がエッチングされてもよいか、および、どの領域がエッチングされなくてもよいかを画定する。
【００５８】
操作７２において、吸収体１２の第２部分３６または３８、およびアーム１４または１５（例えば、操作６８において形成されたその反対に）を、パターニングを施すこと、およびドライエッチすることを介して、形成し得る。
【００５９】
操作７４において、窒化ケイ素の第２層を、交互ｐ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層および交互ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層の両方の上に堆積する。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を示し得る。窒化ケイ素の両方の層は、交互量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層により検出器１０に加えられた圧縮応力を相殺し得る引張強度を提供する。
【００６０】
操作７６において、薄い金属膜を、照射の吸収を高めるために窒化ケイ素の第２層の上に堆積する。
【００６１】
操作７８において、窒化ケイ素の第２層の一部分およびＳｉとＳｉＧｅの交互層（例えば、ｎ型またはｐ型）を、ポリイミドに至るまで除去する。
【００６２】
操作８０において、薄い金属膜、窒化ケイ素の第１層および第２層、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層の各一部分を除去し、支柱２２、３０をそれぞれ形成するための開口部を画定する。
【００６３】
操作８２において、チタンおよびアルミニウムを、アーム１４、１５内の、形成された開口部に堆積する。チタンおよびアルミニウムは、開口部内に支柱２２、３０を形成するために堆積される。チタンだけが吸収体領域上に堆積される（図９Ｄを参照）。検出器１０のこの区画は、吸収体１２上の活性領域４０としても知られている。
【００６４】
操作８４において、ポリイミド膜の全体を、酸素プラズマドライエッチングにより除去する。ポリイミド膜の全体の除去によって、窒化ケイ素の第１層および第２層、ならびに、ＳｉおよびＳｉＧｅの交互層は、基板１６の上方に吊される。窒化ケイ素ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの吊された層は、支柱２２、３０を介してＲＯＩＣ  １９に結合される。
【００６５】
図９Ａ〜図９Ｄは、図８に関連して言及した通りに製造される場合の検出器１０の様々な成り立ちを示す。
【００６６】
図１０は、本発明の一実施形態による量子井戸熱電検出器１０の作製のための製造プロセスフロー１００を示す。プロセスフロー１００は、エッチング停止としての窒化ケイ素の使用を含む検出器１０の製造を示す。
【００６７】
操作１０１、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４および１１６は、図８に関連して言及した通りの、操作５１、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６にそれぞれ同等である。
【００６８】
操作１１８において、窒化ケイ素の第２層を、交互層ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの上に堆積する。ｐ型またはｎ型の量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅのいずれが堆積されてもよいと認識されている。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を示し得る。窒化ケイ素の両方の層は、ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層により検出器１０に加えられた圧縮応力を相殺し得る引張強度を提供する。窒化ケイ素の第２層は、製造プロセスの後のほうで材料の付加的層が加えられる場合に窒化ケイ素の下方にある材料の層を保護するためのドライエッチングの停止として働く。
【００６９】
操作１２０において、窒化ケイ素の第２層、およびｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層の交互層をドライエッチし、アーム１５および吸収体１２の第２部分３８を形成する（図１１Ｂを参照）。例えば吸収体１２の第２部分３８およびアーム１５は、ドライエッチングによって形成されてもよい。吸収体１２のこの部分、およびアーム１５は、ｎ型であってもよい。この操作において、Ｓｉ／ＳｉＧｅの層は、窒化ケイ素の第１層および第２層によって包み込まれ得る。この状況は、検出器１０内のアーム１５および第２部分３８を応力相殺し得る。
【００７０】
操作１２２において、フォトレジストを除去し、さらに、ｐ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組が堆積する。ｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組は、窒化ケイ素の第１層および第２層の上に直接堆積される（図を１１Ｃ参照）。
【００７１】
操作１２４において、窒化ケイ素の第３の層を、ｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組の上に堆積する（図１１Ｃを参照）。
【００７２】
操作１２６において、窒化ケイ素の第３層、ならびに、Ｓｉおよびｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層の第２組をドライエッチし、第１アーム１４、および吸収体１２の第１部分３６を形成する。この操作で、Ｓｉおよびｐ型のＳｉ／ＳｉＧｅ材料の第２交互層の第１は、窒化ケイ素の第１層および第３層によって包み込まれ得る（図９Ｄを参照）。この状況は、検出器１０内の、アーム１４、１５ならびに第１部分３６および第２部分３８を応力相殺し得る。
【００７３】
操作１２８において、薄い金属膜を、吸収体１２の上の、窒化ケイ素の第２層および窒化ケイ素の第３層の上に堆積する。薄い金属膜は、ＩＲ吸収を高めるために構成される（図１１Ｅを参照）。
【００７４】
操作１３０において、窒化ケイ素の第２層および第３層の一部分ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの交互層（例えば、ｎ型またはｐ型）を、ポリイミドに至るまで除去し、サーモパイルのアームを形成する。
【００７５】
操作１３２において、アーム１４、１５の上の、薄い金属膜、窒化ケイ素の、第１層、第２層および第３層、ならびにＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層の各一部分を除去し、支柱２２、３０を形成するための開口部を画定する。
【００７６】
操作１３４において、チタンおよびアルミニウムを、アーム１４、１５内に形成された開口部に堆積する。チタンおよびアルミニウムを、開口部内に堆積し、支柱２２、３０を形成する。チタンだけが吸収体領域上に堆積される。検出器１０のこの区画は、吸収体１２上の活性領域４０としても知られている。
【００７７】
操作１３６において、ポリイミド膜の全体を、酸素プラズマドライエッチングにより除去する。ポリイミド膜の全体の除去によって、窒化ケイ素の第１層および第２層、ならびに、ＳｉおよびＳｉＧｅの交互層は、基板１６の上に吊される。窒化ケイ素ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの吊された層は、支柱２２、３０を介してＲＯＩＣ  １９に結合される。
【００７８】
本発明の実施形態を図示し、記述してきたが、これらの実施形態が、本発明のあらゆる可能な形態を図示し、記述するということは意図しない。むしろ、本明細書で使用される言葉は、説明の言葉であって、限定するものではなく、かつ本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更が行なわれ得ることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１１−４】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月13日(2012.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月１１日出願の、米国特許仮出願第６１／３９１，９９６号明細書の利益を主張し、参照によりその全体を本明細書に組込む。
【０００２】
本明細書に記載する実施形態は、超格子量子井戸赤外線（ＩＲ）検出器（またはセンサー）、およびそれを形成する方法に一般的に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＩＲ検出器は、ＩＲ照射に感応する光検出器として一般的に定義されている。赤外線検出器の１つのタイプは、熱ベースの検出器である。熱ベースの検出器は、カメラ内に実装してもよく、物体について、そのような物体に一般に伴う熱的特性に基づき形成されるイメージを生成する。熱ベースの検出器には、ボロメーター、マイクロボロメーター、焦電形、およびサーモパイルが含まれることが知られている。
【０００４】
マイクロボロメーターは、物体から受ける放射エネルギーの量に基づいて、その電気抵抗を変える。サーモパイルは、物体からの熱エネルギーを電気エネルギーへ変換する多くの熱電対を含む。そのようなデバイスは、サーマルイメージングの目的のために、さまざまな形でカメラへ組込まれてきた。以下の参照文献は本発明に関連性があり得る。Ｈｙｎｅｃｅｋへの米国特許第５，４３６，４７６号明細書、Ｅｌｓｎｅｒらへの米国特許第５，５５０，３８７号明細書、Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓらへの米国特許第６，０６０，６５６号明細書、Ｇｏｏｃｈらへの米国特許第６，６９０，０１４号明細書Ｇｈａｍａｔｙらへの米国特許第７，０３８，２３４号明細書、Ｈｓｕへの米国特許第７，７５５，０４８号明細書、およびＫｏｃｈｅｒｇｉｎへの米国特許出願公開第２０１１／０１６８９７８号明細書。
【発明の概要】
【０００５】
少なくとも１つの実施形態において、サーモパイルを備える赤外線（ＩＲ）センサーが提供される。このサーモパイルは、基板と吸収体を含む。吸収体は基板の上方に位置し、隙間が吸収体と基板との間に形成される。吸収体はある現場からＩＲを受けて、その現場の温度を示す電気的出力を生成する。吸収体は、それが基板から熱的に隔離されるように、超格子量子井戸構造から形成される。別の実施形態において、赤外線（ＩＲ）検出器を形成する方法が提供される。この方法は、基板を形成すること、および、超格子量子井戸構造を有する、複数の交互にある第１層と第２層を含む吸収体を形成することを含む。この方法は、吸収体を基板の近くに吊された形にするために隙間が形成されるように、基板の近くに吸収体を配置することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の実施形態は、添付の請求項に具体的に示す。しかしながら、様々な実施形態の他の特徴は、添付図面と共に、以下の詳細な記載を参照することによってより明白になり、最もよく理解される。
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による熱検出器を示す。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態による熱検出器を表す。
【図３】図３は、図２の熱検出器の断面図を示す。
【図４】図４は、吸収体だけを含む熱検出器の別の断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による、シリコンを基材とする材料によって包み込まれた超格子量子井戸熱電材料を示す。
【図６】図６Ａ〜図６Ｂは、量子井戸を実現する一実施形態、および量子井戸効果を実現しない別の実施形態をそれぞれ示す。
【図７】図７は、堆積中において、窒化ケイ素および超格子量子井戸材料の層によって引き起こされた様々なストレスを示す。
【図８】図８は、量子井戸熱電検出器を作製するための製造プロセスフローを示す。
【図９】図９Ａ〜図９Ｄは、図８のプロセスフローに関連して製造される場合の、検出器の様々な構成を表す。
【図１０】図１０は、超格子量子井戸熱電検出器を作製するための製造プロセスフローを示す。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｇは、図１０のプロセスフローに関連して製造される場合の、検出器の様々な構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の詳細な実施形態が本明細書で開示される。しかしながら、開示された実施形態は、様々なおよび代替の形態で具体化されてもよい本発明の単に例示的なものであることを理解されたい。図は、必ずしも一定の縮尺でなく、いくつかの特徴は、特別の構成要素を詳細に示すために誇張されたり、最小限にされたりしていることがある。したがって、本明細書で開示された特定の構造および機能的な詳細は、限定としてではなく、単に、請求の範囲の代表的な根拠として、または本発明の１つまたは複数の実施形態を種々に利用することを当業者に教える代表的な根拠として解釈すべきである。
【０００９】
本明細書で開示される様々な実施形態は、現場のイメージを生成するために、Ｍ×Ｎ列のアレイに配置され得る複数のＩＲ検出器を、限定はしないが、一般に提供する。別の実施形態において、発光源（または現場）からの熱エネルギーを捕捉する（または検知する）ために、およびエネルギー記憶の目的のため、検知された熱エネルギーに基づいて電気的出力を提供するために、複数のＩＲ検出器が用いられてもよい。別の実施形態において、単一のＩＲ検出器が、熱検知のために提供されてもよい。ＩＲ検出器は、特に、吸収体、基板、および／または、少なくとも１つのアームを通常含む。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームは、基板の上方に吊されてもよい。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームは、超格子量子井戸熱電ベースの材料で構成されてもよいと考えられる。そのような構造は、吸収体および少なくとも１つのアームが、ゼーベック効果の増加、低い抵抗率および適切な熱伝導率を達成することを可能にし得る。これらの態様は、検出器の性能を改善し得る。吸収体、および／または、アームは、限定はしないが、窒化ケイ素および／または二酸化ケイ素など、ケイ素をベースとする様々な誘電材料によって包み込まれてもよいと考えられる。吸収体、および／または、少なくとも１つのアームが基板の上方に吊されている状況で、超格子量子井戸熱電材料をケイ素をベースとする誘電材料で包み込むことは、検出器の応力相殺を行い、検出器の構造的な保全性を高め得る。
【００１０】
本明細書で記述される実施形態は、記述されるもの以外の目的のために利用されてもよく、また、本明細書で言及されることがある課題は、本発明の実施形態によって克服され得る課題の網羅的なリストであるようには意図されていないと考える。本明細書で記述され得るような課題は、説明の目的で言及するものであり、また、簡潔にするため、本発明の様々な実施形態によって克服され得る課題のすべては記述しない。さらに、本明細書で記述された実施形態は、いかなる数の結果も提供してもよく、また、言及されることは、達成され得る網羅的なリストであるようには意図されていないと考える。本明細書で開示されるような結果は、説明の目的で言及するものであり、また、同様に簡潔にするため、本発明の実施形態によって達成される結果のすべては記述しない。さらに、本明細書で提供される実施例は、説明の目的のために開示されるものであり、実施することができる実施例の網羅的なリストであるようには意図されておらず、また、いかなる方法によっても本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による熱検出器（またはセンサー）１０を示す。検出器１０は、レンズ１３を含むカメラ１１内のＭ×Ｎアレイ１８に配置された多数のうちの１つであり得る。カメラ１１は、現場のイメージを捕捉するように通常構成される。各検出器１０は、現場からのＩＲ照射を吸収するように、かつ現場から受けたエネルギー量に基づいて、その電位を変えるように構成される。読出し集積回路（ＲＯＩＣ）１９（または読出し回路）は、各検出器１０の下に配置される。ＲＯＩＣ  １９は、各検出器１０の電位を電気的に出力し得る。各検出器１０は、ＲＯＩＣ  １９の上に微細機械加工されてもよい。本明細書で開示された実施形態は、２０１０年３月２３日に出願され、「ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＤＥＴＥＣＴＯＲ」と題する、同時係属の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８２９３号パンフレット（「特許出願第’２９３号パンフレット」）に記載された検出器に組込まれ得て、その全体を参照により、本明細書に組込む。検出器１０は、マイクロブリッジとして通常配置される。検出器１０は、サーモパイルとして形成されてもよい。
【００１２】
上記に言及される検出器１０は、カメラ内にあって、現場のイメージを捕捉するために用いられ得る一方、検出器１０は、太陽から直接または間接的に受けた熱エネルギーなどの、発光源（または現場）からの熱エネルギーを検知するために用いられ得るとさらに考えられる。検出器１０は、別のデバイスに動力を供給するために、または、バッテリーもしくは他の適切な手段などの記憶デバイス上に電気エネルギーを記憶するために、熱エネルギーに応じて、電気エネルギーを提供するために電圧出力を提供する。
【００１３】
検出器１０は、吸収体１２、第１アーム１４、第２アーム１５、および基板１６を含む。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、熱電材料を含んでもよく、また、以下により詳細に記述する超格子量子井戸材料で形成されてもよい。基板１６は、限定はしないが、単結晶シリコンウェハまたはシリコンウェハを含んでもよい。基板１６は、ＲＯＩＣ  １９に接続されてもよい。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、ＲＯＩＣ  １９の上方に通常吊される。第１アーム１４は、吸収体１２の隣りに配置され、所望の場合（取り付けられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第１の側１８に沿って延在し、かつ端子端部２０で終端となってもよい。支柱２２は、第１アーム１４の端子端部２０に結合される。
【００１４】
ＲＯＩＣ  １９の入力パッド２４は、支柱２２を受け止める。支柱２２は、吸収体１２からＲＯＩＣ  １９への電気的導通を供給する。同様の方法で、第１アーム１４は、吸収体１２の隣りに配置され、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第２の側２６に沿って延在し、かつ端子端部２８で終端となってもよい。支柱３０は、第２アーム１５の端子端部２８に結合される。ＲＯＩＣ  １９の入力パッド３２は、支柱３０を受け止める。支柱３０は、吸収体１２からＲＯＩＣ  １９への電気的導通を提供する。一般に、支柱２２および３０は互いと協力し、吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５を基板１６の上方に支持する。（例えば、吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５を基板１６の上方に吊す。）
【００１５】
吸収体１２は、現場からＩＲ照射を受け（または吸収し）、それに応答して、温度を変えるように通常構成される。検出器１０は、現場から受けた照射量に基づいて、その電位を変え得る。反射体１７は、吸収体１２とＲＯＩＣ  １９との間に配置される。反射体１７は、吸収体１２がＩＲ照射を吸収する能力を高め得る。第１アーム１４および第２アーム１５は、熱的に吸収体１２を隔離するために、吸収体１２から水平方向にずらしてもよい。熱伝導を低下させることは、検出器１０の性能を高めるために望ましいことであり得る。さらに、吸収体１２、第１アーム１４および第２アーム１５は、基板１６から垂直方向にずらし、分離用隙間３４（または空胴）をその間に画定してもよく、それは、１つの検出器をアレイ内に配置した付加的な検出器から熱的に隔離するためである。
【００１６】
検出器１０は、１つの側にｐ型材料、および他の側にｎ型材料を含み得る。例えば、吸収体１２は、第１部分３６、第２部分３８、および活性領域４０を含むように考慮されてもよい。第１アーム１４および第１部分３６は、ｐ型材料から構築されてもよい。第２アーム１５および第２部分３８は、ｎ型材料から構築されてもよい。活性領域４０は、ｐ型をベースとする要素（第１アーム１４および第１部分３６）を、ｎ型をベースとする要素（第２アーム１５および第２部分３８）に電気的に結合する。
【００１７】
図２は、本発明の別の実施形態による熱検出器１０’を示す。検出器１０’は、レンズ１３を含むカメラ１１内のＭ×Ｎアレイ１８に配置された多数のうちの１つであり得る。検出器１０’は、図１の検出器１０に概して類似しているが、表面微細機械加工されている。
【００１８】
検出器１０’は、現場からのＩＲ照射を吸収するように、かつ現場から受けたエネルギー量に基づいて、その電位を変えるように構成される。電気的導通２１は、検出器１０’のおのおの側に、そこからの電気的出力を読出し回路（図示せず）に、供給するために形成される。検出器１０’は、特許出願第’２９３号パンフレットで述べられる検出器としても組み込まれ得る。
【００１９】
検出器１０’は、吸収体、第１アーム１４、第２アーム１５、および基板１６を含む。吸収体１２、第１アーム１４、および第２アーム１５は、熱電材料を含んでもよく、また、以下により詳細に記述もする超格子量子井戸材料で形成される。基板１６は、限定はしないが、単結晶シリコンウェハまたはシリコンウェハを含んでもよい。吸収体１２、第１アーム１４および第２アーム１５は、空胴２５の上方に概して配置される（あるいは吊される）（図３を参照）。上記と同様の方法で、第１アーム１４は、延在してもよく、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第１の側１８に沿って、かつ電気的導通２１に到達してもよい。第２アーム１６は、延在してもよく、所望の場合（取り付けてられていても、取り付けられていなくても）、吸収体１２の第２の側２６に沿って、かつ電気的導通２１に到達してもよい。
【００２０】
図３は、本発明の別の実施形態による熱検出器を１０”示す。検出器１０”は、吸収体１２を通常含み、熱の検知する応用のために、単一の検出器として配置してもよい。検出器１０”は、バルク微細機械加工されてもよい。この構成において、アームは存在しない。吸収体１２は、熱電材料を含んでもよく、超格子量子井戸材料で形成されてもよい。電気的導通２１は、検出器１０”からの電気的出力を提供するために吸収体１２のおのおのの側に形成される。吸収体１２は、空洞２５の上方に通常吊される、今まで言及した検出器（１０、１０’および／または１０”）は、以降「１０」と示す。
【００２１】
基板の上方に吊されているアームと吸収体とを含むＩＲ検出器を実現することは知られている。この従来の手法において、アームは、熱的に吸収体を隔離するが、それにより、吸収体から基板への熱伝導の減少を引き起こす。吸収体１２とアーム１４、１５との間の熱伝導を低下させることによって、熱の伝達／漏れが低下させられ得て、ＩＲ検出器の性能における改善が実現され得る。この従来の手法は、低い熱伝導率を達成するために、熱電の構造（例えばアームおよび吸収体）を、以下の材料、即ち、テルル化ビスマス、テルル化アンチモン、テルル化鉛、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、スクッテルド鉱、ナノ複合材料、および超格子構造の１つまたは複数を用いて、一般に形成する。前述の材料の１つまたは複数を用いて検出器を形成することより、かつ吸収体とアームを吊すことにより、これらの状況は、吸収体、および／または、アームに、検出器の故障に結びつき得るそりまたは座屈を引き起こすことがある。
【００２２】
本明細書で記述される実施形態における認識では、とりわけ、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５は、ＩＲ検出装置に関連して使われるとき、検出器１０に適切な検出器性能特性を実現することを可能にし得る超格子量子井戸熱電材料を用いて構成され得る。さらに、本明細書で開示される実施形態では、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５の超格子量子井戸材料を、窒化ケイ素または二酸化ケイ素を用いて包み込むことを企図する。ケイ素をベースとする材料で吸収体１２、および／または、アーム１４、１５を包み込むことは、超格子量子井戸材料の堆積中に引き起こされる応力を相殺または均等化し得て、かつ検出器１０の一部分がＲＯＩＣ  １６の上方に吊されている間の検出器１０の機械的強度を高め得る。検出器１０の機械的強度を高めることにより、かつ検出器１０の応力相殺により、検出器１０のそりまたは座屈は最小限に抑えられるかまたは全く排除され得る。実施形態におけるさらなる認識では、吸収体１２、第１アーム１４、および検出器１０の第２アーム１５は、超格子（例えばシリコン／−シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ／ＳｉｘＧｅ１−Ｘ）、ここでｘは、整数または非整数であってもよい（以降「Ｓｉ／ＳｉＧｅ」））量子井戸熱電材料から構成され得る。第１アーム１４および第１部分３６は、ｐ型超格子量子井戸熱電材料から形成され得る。第２アーム１５および第２部分３８は、ｎ型超格子量子井戸材料から形成され得る。
【００２３】
吸収体１２、および／または、アーム１４、１５を含む超格子量子井戸サーモパイル１０の利用によって、そのような状況は、吸収体１２からの、アーム１４、１５を通して基板１６、および／または、吸収体１２に隣接して配置された任意のデバイスへの熱の損失を最小限に抑え、それによって、周囲のデバイスから吸収体１２を熱的に隔離する。現場からのＩＲが吸収体１２を加熱する場合、検出器１０は、吸収体１２と基板１６との間の温度差に比例する出力電圧を生成する。したがって、吸収体１２が高い熱伝導を含む材料から形成される場合、検出器性能は、吸収体１２からの熱エネルギーの漏れにより悪影響を及ぼされ得る。超格子量子井戸材料は、低い熱伝導率を提供するので、吸収体１２での適切な熱隔離が達成され、それによって検出器性能を改善し得る。さらに、超格子量子井戸材料は、高いゼーベック係数および高い導電率をさらに提供し、これは検出器１０が高い信号対雑音比で出力電圧を提供することを可能にし、高い信号対雑音比は吸収体１２によって検知されたＩＲ照射の量の高忠実度表示を提供する。通常、検出器１０は、電流フローを提供しないかもしれない。しかしながら、いくつかの実施形態において検出器１０は、ミリアンペア領域の電流のフローを提供することができる。
【００２４】
従来のＩＲ検出器は、吊された吸収体、および／または吊されたアームのために低い熱伝導率を達成する（すなわち、検出器からの熱の放散または移動を最小限に抑える）方法として、テルル化ビスマス、テルル化アンチモン、テルル化鉛、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、スクッテルド鉱、ナノ複合材料、および超格子構造を含むことが知られているが、そのような材料は、十分に機械的な支持をしない、または、適切な応力相殺がされない場合がある。検出器１０に超格子量子井戸熱電材料を使用すると、適切な熱伝導率を提供し得て、また、従来の検出器中の材料の種類の代替物として役に立ち得ることが分かる（以下に示す）。
【００２５】
一般に、サーモパイル検出器１０からの大きい応答を得るためには、検出器１０（例えば、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５）から、熱の接地平面（例えば基板１６内の）への熱伝導であるＧｋ’を、小さくすべきである。したがって、サーモパイル材料の熱伝導率はできるだけ小さくすべきである。最終的に、検出器１０内の材料は、（ａ）高いゼーベック係数および（ｂ）高い導電率を有していることが望ましいであろう。ｎ型およびｐ型の材料から作製されたサーモパイルのための性能指数は、以下のように定義される。
2013539053.tif 000027
ここで：
2013539053.tif 000028
【００２６】
この性能指数は、サーマルイメージングに関係する信号対雑音比の典型ではないかもしれない。なぜなら、それは、ＩＲ検出器のための一般の性能指数である検出感度またはＤ＊に比例しない場合があるためである。より適切な性能指数は、Ｄ＊に比例するものかもしれない。
2013539053.tif 000029
【００２７】
この新しい性能指数は、アーム１４、１５が、同一の長さおよび断面積を有すると仮定する。表１（下記）は、選択された材料の群に対するこの新しい性能指数を示す。サーモパイル材料選択に基づく性能向上は明白であろう。
2013539053.tif 000030
【００２８】
小さなピッチ（例えば、≦５０μｍ）のアレイについては、Ｂｉ２Ｔｅ３および  ｎｐ  Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３が、熱電材料のために実際的な選択かもしれない。標準的なｎｐポリシリコンを採用しない理由は、その熱伝導率が、妥当な検出器感度を達成するには大きすぎるかもしれないことにある。さらに、堆積温度が、支柱付き相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）への適合性のためには高すぎるかもしれない。量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３、および標準的なｎｐポリシリコンに対する重要な測定値（例えば、抵抗率、ゼーベック係数、および熱伝導率）を、下記の表２に示す。
2013539053.tif 000031
【００２９】
Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３は、高性能のサーモパイル検出器を作製することができるが、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３を選択することにはいくつかの欠点があり得る。例えば、（１）検出器抵抗が、約３ｋΩに至る場合があり、その結果は、電子雑音が支配的になり得るということである；（２）Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３の堆積およびエッチングは、非常に研究されてきているが、まだ成熟していないおそれがある。（しかしながら、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３は、低温で堆積し、パターン付けを行い、ドライエッチングをすることができる）；（３）応答性の温度係数（ＴＣＲ）（≒０．１％）は、ｎｐ  Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３（＜０．０４％）より高いかもしれない。（例えば、ＴＣＲがより低いと、応答性の温度補償における努力がより少なくてもよい）および、（４）化学量論比が維持されない場合、Ｂｉ２Ｔｅ３およびＳｂ２Ｔｅ３の熱電的性質は大幅に変化し得て、それは、堆積において厳しい制御および同時蒸着など通常的でない蒸着工程を意味する。対照的に、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子量子井戸は、ＣＭＯＳおよびマイクロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の処理工程において広く用いられている材料を含む。さらに、化学量論比は、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子量子井戸の実施において問題ではないかもしれず、そのため、堆積の処理で、制御の重大さがより小さくなり得る。
【００３０】
Ｂｉ２Ｔｅ３薄膜の熱伝導率は、
2013539053.tif 000032
と測定されており、ＰＥＣＶＤの窒化ケイ素の熱伝導率に近いと言えるが、ここで熱伝導率は、
2013539053.tif 000033
であり得る。Ｂｉ２Ｔｅ３バルクの熱伝導率は、
2013539053.tif 000034
であり得て、このより低い熱伝導率は、非常に薄い膜においてよく見られる影響であり得る。膜厚が０．５μｍ未満に低下するにつれて、Ｂｉ２Ｔｅ３の熱伝導率はさらに低下し得る。
【００３１】
上記の表２に示すように、Ｂｉ２Ｔｅ３および窒化ケイ素は、同等の熱伝導率を有し得る。この事実により、Ｂｉ２Ｔｅ３が形成されるとき、アームに、および／または、吸収体に著しい量の窒化ケイ素を加えることは、検出器性能の減少を引き起こし得る。この状況により、従来の実施態様では、テルル化ビスマスをベースとする検出器に、窒化ケイ素または二酸化ケイ素を加えることを避ける傾向がある。対照的に、本発明の、アーム１４、１５、および／または、吸収体１２は、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅと共に、様々な量の窒化ケイ素、および／または、二酸化ケイ素を含み得る。この状況は、検出器性能の重要な低下を引き起こさない可能性があり、それは量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの熱伝導率は、窒化ケイ素より≒３〜４倍大きいからである。そのため、窒化ケイ素によって加えられた熱伝導率の増加分は、窒化ケイ素でＳｉ／ＳｉＧｅ量子井戸に加えられた熱伝導率の全体的な増加の観点からいえば無視してもよい。例えば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ量子井戸の熱伝導率は、３〜５Ｗ／ｍＫの間であり得る。窒化ケイ素の熱伝導率は、１．２Ｗ／ｍＫであり得る。適量の窒化ケイ素を加えることは、検出器性能に影響を与えない可能性があり、それはＳｉ／ＳｉＧｅ量子井戸の熱伝導率が優勢であり得るからである。一般に、窒化ケイ素の厚さは、量子井戸アーム１４、１５の全体の厚さの１０％から１００％までのいかなる程度であってもよい。例えば、アーム１４、１５が、１０００Åの厚さである場合、そのとき、窒化ケイ素の厚さは、１００Åから１０００Åの領域にあってもよい。一般に、全体の熱伝導の中で最大の構成部分は、アーム１４、１５による。
【００３２】
熱伝導率の増加を防止するためにテルル化ビスマス材料が検出器内の膜を形成するのに使われる場合、吊されるアームおよび吸収体の構造を実施する従来ベースの検出器は、アーム、および／または、吸収体を窒化ケイ素で包み込むのを避ける傾向がある。しかしながら、本明細書で述べるように、包み込まれた窒化ケイ素を除去することによって、そのような状況は、上記の検出器１０のそり、および／または、座屈を助長し得ることが発見された。例えば、包み込まれた窒化ケイ素の除去は、検出器の機械的強度を低下させて、応力相殺する能力を除去するおそれがある。検出器が応力相殺されない場合は、検出器はそりを起し、機能を果たさなくなるおそれがある。
【００３３】
ＭＥＭＳ処理工程における別の有用な誘電体は、二酸化ケイ素であり得る。堆積された時、二酸化ケイ素は、通常、圧縮応力を受けている可能性があり、この材料は、窒化ケイ素と同時に、応力を相殺するために使うことができ、さらに、効果的なエッチング停止であり得る。薄膜二酸化ケイ素の熱伝導率は、
2013539053.tif 000035
であり得る。
【００３４】
図５は、シリコン材料によって包み込まれる超格子量子井戸熱電材料を示す。一般に、吸収体１２、および／または、アーム１４、１５の超格子量子井戸層は、窒化ケイ素の最上層と窒化ケイ素の最下層との間にはさまれてもよい。（または、二酸化ケイ素の最上層と二酸化ケイ素の最下層との間にはさまれてもよく、または、窒化ケイ素の最上層と二酸化ケイ素の最下層（またはその逆に）との間にはさまれてもよい）（図２の要素２９：Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層を参照されたい。（例えば障壁層または伝導層であり、ここで、障壁層は、Ｓｉを含み、および、伝導層は、ＳｉＧｅを含む））。図１〜図２に関して、第１アーム１４および第１部分３６は、窒化ケイ素によって包み込まれるｐ型超格子量子井戸で形成されてもよい。反対に、第２アーム１５および第２部分３８は、窒化ケイ素によって包み込まれるｎ型超格子量子井戸で形成されてもよい。窒化ケイ素層上に配置したＳｉＧｅ層は、Ｇｅ含有量の高いポリシリコンＳｉＧｅシード層を含んでもよい。Ｇｅ含有量は少なくとも７０％であり得る。低温で堆積された時、ＳｉＧｅシード層の高濃度のＧｅは、多少規則正しい結晶組織を有し得るポリシリコン−ゲルマニウムを形成し得て、その結晶組織の上に次のケイ素層を積むことになる。
【００３５】
図６Ａ〜６Ｂは、量子井戸効果を実現する１つの実施形態および量子井戸効果を実現しない別の実施形態をそれぞれ示す。図３ａに関して、検出器の一部分（例えば、第１アーム１４、第２アーム１５、および／または、吸収体１６）は、任意の層数の膜４１を含んでもよい。膜４１は、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層を含んでもよい（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの超格子）。ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの各層は、≦２００Åの厚さを有してもよい。検出器１０内の量子井戸材料の全体の厚さは、≦２０００Åであり得る。第１接点４２は、１つの端部に置かれ、第２の接点４４は、別の端部に置かれる。第１接点４２は、第２接点４４から水平方向に遠ざけて配置してもよい。第１接点４２を第２接点４４から水平方向に遠ざけて配置することによって、小量の電流と熱が、第１コンタクト４２からＳｉ／ＳｉＧｅ層を通して第２接点４４（例えば、同一面内で）へ横方向に流れ得る。そのような状況は、第１アーム１４、第２アーム、および／または、吸収体１６が量子井戸効果を実現することを可能にする。
【００３６】
熱電材料の性能を向上する１つの手法は、主として、隣接した障壁層による、多層膜内の活性層のキャリアの量子井戸閉じ込めによって、組成的に調整された材料を形成することであり得る。本明細書で開示される手法は、電気的に活性な各層を、荷電粒子に対する障壁を形成するのに十分なバンドオフセットを有する材料によって囲むことである。熱電的性質における改善（例えば、ゼーベック効果、抵抗率、および熱伝導率）は、状態密度における増加（例えば、増加したゼーベック）、キャリア移動度の増加（例えば、より低い電気抵抗）、および、量子井戸とバリア層との間の歪みによる抑制されたフォノンの流れ（例えば、より低い熱伝導率）から得られると予想される。層の厚さは、≦２００Åであり得る。
【００３７】
図６Ｂは、第１接点４２が、第２接点４４から垂直方向にずらされていることを示す。小量の電流と熱が、上記の量子井戸構成の面内方向に垂直の面横断方向で、第１接点４２からＳｉ／ＳｉＧｅの層を通して第２接点４４へ流れ得る。熱伝導率を低下し得るが、この実施態様は、量子井戸効果を実現しない。
【００３８】
図７は、１つまたは複数の吸収体１２における、および／または、アーム１４、１５における堆積中に、窒化ケイ素および超格子量子井戸材料の層によって引き起こされた様々な応力を示す。例えば、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅなどの材料は、堆積される時、圧縮応力の状態であり得る。圧縮応力の下で、ＳｉおよびＳｉＧｅの様々な層は、基板１６に対して伸長し得る。この応力の状態において、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの層（吸収体１２内および／またはアーム１５、１４内、のいずれか）は、吊され、２点で（例えば支柱２２および３０において）取り付けられた時、基板１６の上で座屈する場合がある。
【００３９】
一方、窒化ケイ素は、堆積される時、引張強度の状態であり得る。引張応力の下で、窒化ケイ素の各層は、基板１６に対して収縮し得る。この応力の状態において、窒化ケイ素の各層が、吊され、２点で（例えば支柱２２および３０において）取り付けられた時、基板１６によって引き伸ばされ得る。窒化ケイ素および量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅに対して、所定の厚さと堆積のパラメーターを使用することによって、ほとんど応力がない検出器が構成され得る。一般に、２つの応力（例えば、圧縮の、および引張りの）が、反対のタイプであるという事実により、Ｓｉ層およびｓｉ／Ｇｅ層を窒化ケイ素層に組み合わせることによってほとんど応力のない薄膜を形成し得る。各層の厚さは、各層の中の応力の大きさに依存し得る。
【００４０】
一般に、検出器１０の層（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅならびに窒化ケイ素の層）が、同等でかつ反対の応力レベルを有する場合、そのとき、互いの上に層を堆積すると、ほとんど応力のない膜を生成し得る。例えば、δｍ１で、材料、ｍ１（例えば、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの層）の応力を表し、また、δｍ２で、材料、ｍ２（例えば、窒化ケイ素の層）の応力を表わす。引張応力の状態にある材料は、正値を有し、圧縮応力の状態にある材料は、負値を有してもよい。ｔ１で、層（例えばＳｉおよびＳｉ／Ｇｅ）の第１組の厚さを表わし、ｔ２で、層（例えば窒化ケイ素）の第２組の厚さを表わす。応力相殺された検出器１０を作製するためには、以下の方程式が満たされる必要があり得る。
δｍ１ｔ１＋δｍ２ｔ２＝０      （３）
【００４１】
この式は、２組以上の層に容易に一般化されてもよい。
【００４２】
上記の通り、堆積されたとき、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅは、圧縮応力の状態であり得て、また、堆積されたとき、窒化ケイ素は、引張応力の状態であり得て、量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの堆積によって引き起こされた圧縮応力は、窒化ケイ素の堆積によって引き起こされた引張応力によって相殺され得て、それはほとんど応力のない吊された検出器の実施態様を結果として生じ得る。
【００４３】
一般に、ＳｉＧｅの各層は、吸収体１２内で、および／または、アーム１４、１５内で、ｎ型またはｐ型にドープされてもよい。Ｓｉ層はドープされなくてもよく、したがって電気的に伝導性ではない。シリコンゲルマニウムの１つまたは複数の層のドーピング濃度は、吸収体１２内で、および／または、アーム１４、１５内で、およそ５×ｌ０＾１８〜５×ｌ０＾１９原子／ｃｍ＾３の間である。ドーピング濃度は、ｎ型とｐ型に対して同じではない場合がある。ｎ型アームおよびｐ型アームの電気抵抗は、ゼーベック効果を最大限にするために同様であるべきである。これが、シリコンゲルマニウムの様々な層のドーピング濃度が異なる理由であり、ドーピング濃度は等価なアーム抵抗を達成するために調節されることがあるからである。さらに、ドーピング濃度が上昇すると、電気抵抗は低下するが、ゼーベック効果もまた低下する。ｎ型アームとｐ型のアームとの間で、電気抵抗が同様であることを確保するために、さらに、最大の信号対雑音比を達成するためにシリコンゲルマニウムの層に対する最適なドーピング濃度が達成される。
【００４４】
検出器１０内で超格子量子井戸をベースとする熱電材料を使用することは、限定はしないが、適切な熱伝導率、増加したゼーベック効果、および低い抵抗率を提供し、それは検出器の性能を高め得る。ケイ素をベースとする材料（窒化ケイ素、および／もしくは、酸化ケイ素、または他の適切な材料など）で超格子量子井戸をベースとする材料を包み込むことは、検出器１０の機械的強度を高め得て、かつ超格子量子井戸材料の様々な層によって引き起こされた応力を差し引きし、応力相殺し得る。約言すれば、本発明の意図では、検出器１０内でケイ素をベースとする材料と組み合わせるとき、超格子量子井戸熱電材料を使用することは、（ｉ）超格子量子井戸熱電材料に関連して見いだされると発見された、熱伝導率、増加したゼーベック効果、および低い抵抗率の良好な水準による、向上した検出器性能、ならびに、（ｉｉ）超格子量子井戸熱電材料と、包み込まれた、ケイ素をベースとする材料との間の応力を相殺することによりもたらされた、向上した機械的強度／応力相殺、を提供し得る。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による、量子井戸熱電検出器１０を作製するための製造プロセスフロー５０を示す。プロセスフロー５０は、検出器１０を作製するために利用され得ると考えられる。プロセスフロー５０は、エッチング停止としての窒化ケイ素を使用しない、検出器１０の製造を示す。
【００４６】
操作５１において、二酸化ケイ素層を形成する。
【００４７】
操作５２において、二酸化ケイ素にパターニングを施し、ドライエッチをする。
【００４８】
操作５４において、チタンの層を二酸化ケイ素の層の上に堆積する。チタン、ＴｉＷ、Ｃｒまたは他の同等の金属が、緩衝層として使われてもよく、それは、アルミニウムが、これらの高融点金属に密着するからであり、かつ高融点金属は、それらが堆積されるものすべてに密着するからである。
【００４９】
操作５６において、アルミニウムの層をチタンの層の上に堆積する（図６Ａを参照）。アルミニウムは、高融点金属よりも、よい導電率を提供し得る。
【００５０】
操作５８において、反射体１７および相互接続を形成するためにアルミニウムおよびチタン（またはＴｉＷもしくはＣｒ）に、パターニングを施す（ＲＯＩＣ  １６の上の入力パッド２４および３２など）（図６Ｂを参照）。
【００５１】
操作６０において、ポリイミドの層をアルミニウム上に堆積する。ポリイミドは、犠牲層として使われ得る有機材料である。すなわち、最後にポリイミドは、酸素プラズマエッチングにおいてエッチング除去されてもよい。ポリイミドは、高温処理に耐えることができる可能性があり、また、容易にエッチング除去され得る。ポリイミドは、容易にエッチング除去されるその能力により必要であり得て、それはＭＥＭＳスタックの底部にあってもよいためである。
【００５２】
操作６２において、プロセス５０の後の方で支柱２２および３０を形成する開口を画定するため、ポリイミドの一部分を除去する。
【００５３】
操作６４において、窒化ケイ素の第１の層を、ポリイミドの上に堆積する。（図９Ｃ参照）。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を見せ得る。
【００５４】
操作６６において、シード層を、ＲＯＩＣ  １９の上に堆積する。この堆積は、ｐｏｓｔ−ＣＭＯＳ適合性をもつＳｉＧｅポリシリコンまたはｐｏｓｔ−ＣＭＯＳ適合性をもつＧｅを含み得る。シード層は、検出器１０に十分な量子井戸性能を達成することを可能にし得る。シード層は、結晶組織またはその構造の短距離の秩序化を示し得る。例えば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ層は、少なくともある種の短距離の結晶の秩序を有するべきである。この理由は、非晶質の材料は貧弱な導電体であることが知られているので、導電率は貧弱かもしれないということである。低温（例えば、≦４５０℃）で、Ｓｉおよび高いＳｉ含有量の（ＳｉＸＧｅ１−Ｘ）（Ｘ≧０．４）のために真のポリシリコン堆積を得ることは困難であり得る。一方、高いＧｅ含有量のＳｉＧｅは、より低い温度（例えば、≦４５０℃）で堆積することができ、多結晶になることができる。例えば、ＳｉＸＧｅ１−ＸのＧｅ含有量が７０％（Ｘ＝０．３）である場合、良質のポリシリコンＳｉ０．３Ｇｅ０．７を、≦４００℃の温度で堆積することができる。これは、非常に良いシード層になり得て、それは、ＳｉまたはＳｉＧｅ（典型的に、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２）が、≒３５０℃でのスパッタリングによって堆積されるとき、材料が、下層の結晶の秩序化を「踏襲」し、したがってスパッタリングされた材料がより多くの結晶配向を得るほどである。この部分は高性能検出器を作製する際に重要であり得る。シード層の付加は、後で堆積するＳｉとＳｉＧｅの交互層が、良好な量子井戸熱電特性を達成するのを可能にし得る。二酸化ケイ素の層は、基板１６を形成するためにシード層の上に形成される。
【００５５】
ＳｉとＳｉＧｅの量子井戸層の交互層も、窒化ケイ素の層の上部へ堆積される。ＳｉとＳｉＧｅの各層は約ｌ００Åであり得る。これらのＳｉとＳｉＧｅの層は、圧縮応力の状態を示し得る。ＳｉとＳｉＧｅの交互層は、ｎ型ドープであってもよい（図９Ｃ参照）。ＳｉとＳｉＧｅの層は、同様にｐ型ドープであってもよいと認識されている。一般に、検出器１０内でＳｉとＳｉＧｅの４〜５周期が使用されてもよい（またはＳｉとＳｉＧｅの８〜１０の層）。窒化ケイ素の厚さは、１０００Å（１０層が使われる場合）までであり得る。窒化ケイ素、およびＳｉとＳｉＧｅの交互層の合計厚さ（ＳｉおよびＳｉＧｅの１０の層（例えば、１０００Å）、ならびに窒化ケイ素の上限厚さ（例えば、１０００Å）を仮定すれば）は、２０００Åの合計厚さを有する。
【００５６】
操作６８において、吸収体１２の第１部分３６または３８、およびアーム１４または１５を、パターニングを施すこと、およびドライエッチすることを介して、形成し得る。吸収体１２のこの部分、およびアーム１４または１５はｎ型であってもよい。
【００５７】
操作７０において、フォトレジストは除去され、さらに、Ｓｉおよびｐ型Ｓｉ／Ｇｅの交互層の第２組は、Ｓｉおよびｎ型ＳｉＧｅ、ならびに窒化ケイ素層の層の上に直接堆積される。一般に、フォトレジストは、どの領域がエッチングされてもよいか、および、どの領域がエッチングされなくてもよいかを画定する。
【００５８】
操作７２において、吸収体１２の第２部分３６または３８、およびアーム１４または１５（例えば、操作６８において形成されたその反対に）を、パターニングを施すこと、およびドライエッチすることを介して、形成し得る。
【００５９】
操作７４において、窒化ケイ素の第２層を、交互ｐ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層および交互ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層の両方の上に堆積する。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を示し得る。窒化ケイ素の両方の層は、交互量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層により検出器１０に加えられた圧縮応力を相殺し得る引張強度を提供する。
【００６０】
操作７６において、薄い金属膜を、照射の吸収を高めるために窒化ケイ素の第２層の上に堆積する。
【００６１】
操作７８において、窒化ケイ素の第２層の一部分およびＳｉとＳｉＧｅの交互層（例えば、ｎ型またはｐ型）を、ポリイミドに至るまで除去する。
【００６２】
操作８０において、薄い金属膜、窒化ケイ素の第１層および第２層、ＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層の各一部分を除去し、支柱２２、３０をそれぞれ形成するための開口部を画定する。
【００６３】
操作８２において、チタンおよびアルミニウムを、アーム１４、１５内の、形成された開口部に堆積する。チタンおよびアルミニウムは、開口部内に支柱２２、３０を形成するために堆積される。チタンだけが吸収体領域上に堆積される（図９Ｄを参照）。検出器１０のこの区画は、吸収体１２上の活性領域４０としても知られている。
【００６４】
操作８４において、ポリイミド膜の全体を、酸素プラズマドライエッチングにより除去する。ポリイミド膜の全体の除去によって、窒化ケイ素の第１層および第２層、ならびに、ＳｉおよびＳｉＧｅの交互層は、基板１６の上方に吊される。窒化ケイ素ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの吊された層は、支柱２２、３０を介してＲＯＩＣ  １９に結合される。
【００６５】
図９Ａ〜図９Ｄは、図８に関連して言及した通りに製造される場合の検出器１０の様々な成り立ちを示す。
【００６６】
図１０は、本発明の一実施形態による量子井戸熱電検出器１０の作製のための製造プロセスフロー１００を示す。プロセスフロー１００は、エッチング停止としての窒化ケイ素の使用を含む検出器１０の製造を示す。
【００６７】
操作１０１、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４および１１６は、図８に関連して言及した通りの、操作５１、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６にそれぞれ同等である。
【００６８】
操作１１８において、窒化ケイ素の第２層を、交互層ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの上に堆積する。ｐ型またはｎ型の量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅのいずれが堆積されてもよいと認識されている。上記の通り、窒化ケイ素が堆積される場合、窒化ケイ素の層は、引張応力の形態を示し得る。窒化ケイ素の両方の層は、ｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層により検出器１０に加えられた圧縮応力を相殺し得る引張強度を提供する。窒化ケイ素の第２層は、製造プロセスの後のほうで材料の付加的層が加えられる場合に窒化ケイ素の下方にある材料の層を保護するためのドライエッチングの停止として働く。
【００６９】
操作１２０において、窒化ケイ素の第２層、およびｎ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ層の交互層をドライエッチし、アーム１５および吸収体１２の第２部分３８を形成する（図１１Ｂを参照）。例えば吸収体１２の第２部分３８およびアーム１５は、ドライエッチングによって形成されてもよい。吸収体１２のこの部分、およびアーム１５は、ｎ型であってもよい。この操作において、Ｓｉ／ＳｉＧｅの層は、窒化ケイ素の第１層および第２層によって包み込まれ得る。この状況は、検出器１０内のアーム１５および第２部分３８を応力相殺し得る。
【００７０】
操作１２２において、フォトレジストを除去し、さらに、ｐ型量子井戸Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組が堆積する。ｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組は、窒化ケイ素の第１層および第２層の上に直接堆積される（図を１１Ｃ参照）。
【００７１】
操作１２４において、窒化ケイ素の第３の層を、ｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ材料の交互層の第２組の上に堆積する（図１１Ｃを参照）。
【００７２】
操作１２６において、窒化ケイ素の第３層、ならびに、Ｓｉおよびｐ型Ｓｉ／ＳｉＧｅの交互層の第２組をドライエッチし、第１アーム１４、および吸収体１２の第１部分３６を形成する。この操作で、Ｓｉおよびｐ型のＳｉ／ＳｉＧｅ材料の第２交互層の第１は、窒化ケイ素の第１層および第３層によって包み込まれ得る（図９Ｄを参照）。この状況は、検出器１０内の、アーム１４、１５ならびに第１部分３６および第２部分３８を応力相殺し得る。
【００７３】
操作１２８において、薄い金属膜を、吸収体１２の上の、窒化ケイ素の第２層および窒化ケイ素の第３層の上に堆積する。薄い金属膜は、ＩＲ吸収を高めるために構成される（図１１Ｅを参照）。
【００７４】
操作１３０において、窒化ケイ素の第２層および第３層の一部分ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの交互層（例えば、ｎ型またはｐ型）を、ポリイミドに至るまで除去し、サーモパイルのアームを形成する。
【００７５】
操作１３２において、アーム１４、１５の上の、薄い金属膜、窒化ケイ素の、第１層、第２層および第３層、ならびにＳｉおよびＳｉ／Ｇｅの交互層の各一部分を除去し、支柱２２、３０を形成するための開口部を画定する。
【００７６】
操作１３４において、チタンおよびアルミニウムを、アーム１４、１５内に形成された開口部に堆積する。チタンおよびアルミニウムを、開口部内に堆積し、支柱２２、３０を形成する。チタンだけが吸収体領域上に堆積される。検出器１０のこの区画は、吸収体１２上の活性領域４０としても知られている。
【００７７】
操作１３６において、ポリイミド膜の全体を、酸素プラズマドライエッチングにより除去する。ポリイミド膜の全体の除去によって、窒化ケイ素の第１層および第２層、ならびに、ＳｉおよびＳｉＧｅの交互層は、基板１６の上に吊される。窒化ケイ素ならびにＳｉおよびＳｉＧｅの吊された層は、支柱２２、３０を介してＲＯＩＣ  １９に結合される。
【００７８】
本発明の実施形態を図示し、記述してきたが、これらの実施形態が、本発明のあらゆる可能な形態を図示し、記述するということは意図しない。むしろ、本明細書で使用される言葉は、説明の言葉であって、限定するものではなく、かつ本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更が行なわれ得ることが理解される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線（ＩＲ）センサーにおいて、
基板と、
前記基板の上方に配置され、その隙間を形成する吸収体であって、現場からＩＲを受けるために、かつ前記現場の温度を示す電気的出力を生成するために配置される吸収体であり、吸収体が前記基板から熱的に隔離されるように、複数の交互にある第１層および第２層を含む超格子量子井戸構造で形成される、吸収体と、
第１包み込み層と、
第２包み込み層であって、前記複数の交互にある第１層および第２層が、前記隙間の上の前記吸収体を支持するために、前記第１包み込み層と前記第２包み込み層との間に配置される第２包み込み層と
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、赤外線（ＩＲ）センサー。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互にある第１層および第２層の総数が、８〜１０の層であることを特徴とする、センサー。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記第１層のおのおのがシリコンを含み、かつ前記第２層のおのおのがシリコンゲルマニウムを含むことを特徴とする、センサー。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサーにおいて、第１包み込み層および第２包み込み層をさらに含み、前記複数の交互にある第１層および第２層が、前記隙間の上方にある前記吸収体を支持するために、前記第１包み込み層と前記第２包み込み層との間に配置されることを特徴とする、センサー。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記吸収体の第１の側に配置された第１アームと、前記吸収体の第２の側に配置された第２アームとをさらに含み、前記吸収体が、前記第１アームおよび前記第２アームによって熱的に隔離されるように、前記第１アームおよび前記第２アームがおのおの前記超格子量子井戸構造で形成されることを特徴とする、センサー。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサーにおいて、前記超格子量子井戸構造が、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの複数の交互層を含むことを特徴とする、センサー。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサーにおいて、前記第１アームおよび前記第２アームの中の前記シリコンゲルマニウムが、ｎ型ドープおよびｐ型ドープのうちの１つであり、前記シリコンゲルマニウムのドーピング濃度が、５×ｌ０１８〜５×ｌ０１９原子／ｃｍ３の間であることを特徴とする、センサー。
【請求項８】
請求項６に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互層を応力相殺をするために、シリコンおよびシリコンゲルマニウムの前記複数の交互層が、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つの第１層、および前記窒化ケイ素と前記二酸化ケイ素のうちの１つの第２層によって包み込まれることを特徴とする、センサー。
【請求項９】
請求項１に記載のセンサーにおいて、前記複数の交互にある第１層および第２層が第１の面に延在するように、かつ前記電気的出力が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置されることを特徴とする、センサー。
【請求項１０】
検知装置において、
基板と、
前記基板の近くに配置された吸収体であって、外部の源から熱エネルギーを受けるための吸収体と、
第１アームであって、前記吸収体の第１の側に配置され、かつ熱的に第１アームを隔離する第１の複数の交互層を含む第１超格子量子井戸構造で形成される前記第１アームと、
第２アームであって、前記吸収体の第２の側に配置され、かつ熱的に第２アームを隔離する第２の複数の交互層を含む第２超格子量子井戸構造で形成される第２アームと
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、検知装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記第１の複数の交互層の第１の側に配置される第１包み込み層と、
前記第１の複数の交互層の第２の側に配置される第２包み込み層と
をさらに含み、前記第１包み込み層および前記第２包み込み層が、前記第１の複数の交互層を支持するために配置されることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記第１包み込み層および前記第２包み込み層が、前記第１の複数の交互層の応力相殺をするために、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置において、
前記第２の複数の交互層の第１の側に配置される第３包み込み層と、
前記第２の複数の交互層の第２の側に配置される第４包み込み層と
をさらに含み、前記第３包み込み層および前記第４包み込み層が、前記第２の複数の交互層を支持するために配置されることを特徴とする、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、前記第３包み込み層および前記第４包み込み層が、前記第２の複数の交互層の応力相殺をするために、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の装置において、前記第１の複数の交互層がｎ型であり、かつ前記第２の複数の交互層がｐ型であることを特徴とする、装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の装置において、前記第１の複数の交互層が、第１の面に延在するように、かつ電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置されることを特徴とする、装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の装置において、前記第２の複数の交互層が、第１の面に延在するように、かつ電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置されることを特徴とする、装置。
【請求項１８】
検知装置において、
熱エネルギーを示す電気的信号を提供するためのサーモパイルであって、
基板と
前記基板の近くに配置される吸収体であって、電気的信号を提供するために外部の源から熱エネルギーを受けるための吸収体と、
前記吸収体の第１の側に配置される第１アームであって、第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置される第１の複数の交互層を含む第１超格子量子井戸構造で形成される第１アームと
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の検知装置において、前記吸収体の第２の側に配置される第２アームであって、前記第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置される第２の複数の交互層を含む第２超格子量子井戸構造で形成される第２アームをさらに含むことを特徴とする、検知装置。
【請求項２０】
請求項１８の検知装置において、前記吸収体が、前記第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置される第３の複数の交互層を含む第３超格子量子井戸構造を含むことを特徴とする、検知装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の検知装置において、
前記第１の複数の交互層の第１の側に配置される第１包み込み層と、
前記第１の複数の交互層の第２の側に配置される第２包み込み層と
をさらに含み、前記第１包み込み層および前記第２包み込み層が、前記第１の複数の交互層を支持するために配置されることを特徴とする、検知装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記第１包み込み層および前記第２包み込み層が、前記第１の複数の交互層の応力相殺をするために、窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、装置。
【請求項２３】
請求項１８に記載の検知装置において、
前記第２の複数の交互層の第１の側に配置される第３包み込み層と、
前記第２の複数の交互層の第２の側に配置される第４の包み込み層と
をさらに含み、前記第３包み込み層および前記第４の包み込み層が、前記第２の複数の交互層を支持するために配置されることを特徴とする、検知装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の前記装置において、前記第３包み込み層および前記第４の包み込み層が、前記第２の複数の交互層の応力相殺をするために窒化ケイ素と二酸化ケイ素のうちの１つを含むことを特徴とする、装置。
【請求項２５】
検知装置において、
熱エネルギーを示す電気的信号を提供するためのサーモパイルであって、
基板と、
前記基板の近くに配置される吸収体であって、前記吸収体が、前記電気的信号を提供するために、源から熱エネルギーを受けるため配置され、前記吸収体が、第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置される第１の複数の交互層を含む超格子量子井戸構造で形成される、吸収体と
を含むサーモパイルを備えることを特徴とする、検知装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の検知装置において、前記吸収体の第１の側に配置される第１アームであって、前記第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１の面に沿って流れることを可能にするように配置される第１の複数の交互層を含む第１超格子量子井戸構造で形成される第１アームをさらに含むことを特徴とする、検知装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の検知装置において、前記吸収体の第２の側に配置される第２アームであって、前記第１の面に延在するように、かつ前記電気的信号が前記第１面に沿って流れることを可能にするように第２の複数の交互層を含む第２超格子量子井戸構造で形成される第２アームをさらに含むことを特徴とする、検知装置。
【請求項２８】
検知装置を形成する方法において、
基板を形成するステップと、
外部の源から熱エネルギーを受けるための吸収体を形成するステップと、
前記吸収体の第１の側に、複数の第１の複数の交互層を含む、第１量子井戸構造を有する第１アームを形成するステップと、
前記吸収体の第２の側に、第２の複数の交互層を含む、第２量子井戸構造を有する第２アームを形成するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
前記第１の複数の交互層の第１の側に、第１包み込み層を形成するステップと、
前記第１の複数の交互層を支持するために、前記第１の複数の交互層の第２の側に、第２包み込み層を形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、
前記第２の複数の交互層の第１の側に第３包み込み層を形成するステップと、
前記第２の複数の交互層を支持するために、前記第２の複数の交互層の第２の側に第４の包み込み層を形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【国際調査報告】
2013539053.tif 000036
2013539053.tif 000037