(57)【要約】  一実施形態において、ＭＥＭＳセンサは、ミラーと、ミラーから間隔をあけられた吸収体とを備え、吸収体は、ミラーの真上の領域にわたる蛇行状の経路を定義する、間隔をあけられた複数の導電性脚部を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーと、
前記ミラーの真上の領域にわたる蛇行状の経路を定義する、間隔をあけられた複数の導電性脚部を含み、前記ミラーから間隔をあけられた吸収体と、
を備える、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記吸収体において少なくとも１つの導電性端部をさらに備え、前記少なくとも１つの端部は、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部のうちの第１及び第２の導電性脚部と電気通信し、前記ミラーによって定義される平面上に投影される場合に、前記少なくとも１つの端部が９０度の角度を定義しないように構成される、
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの導電性端部が、前記ミラーによって定義される前記平面上に投影される場合に、前記少なくとも１つの導電性端部が内側の曲面及び外側の曲面を定義するように構成される、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部及び少なくとも１つの導電性端部が、前記平面上に投影される場合に、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部及び少なくとも１つの導電性端部が蛇行形状を定義するように構成される、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部の各々が、複数の層を含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記複数の層が、
基板層と、
前記基板層の上面上の導電層と、
前記導電層の上面上の絶縁層と、
を含む、請求項５に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部の各々が、全体的にＩ字形の梁の形状をした断面を定義する、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部の各々が、全体的にＵ字形の断面を定義する、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部及び少なくとも１つの導電性端部が、支持板内に形成され、前記支持板は、少なくとも前記ミラーの第１の端の真上から前記ミラーの第２の端の真上へ伸長する、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記平面の上方へ伸長し、前記吸収体の第１の端部を支持する第１の支柱と、
前記平面の上方へ伸長し、前記吸収体の第２の端部を支持する第２の支柱と、
をさらに備える、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
その上面上に前記ミラーを支持する絶縁層と、
前記絶縁層の前記上面上に支持されるボンドリングと、
前記絶縁層を通って前記ボンドリングの下へ伸長し、前記第１の支柱と電気通信する第１のフィードスルーと、
前記絶縁層を通って前記ボンドリングの下へ伸長し、前記第２の支柱と電気通信する第２のフィードスルーと、
をさらに備える、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記間隔をあけられた第１及び第２の導電性脚部が、前記平面上に投影される場合に、前記間隔をあけられた第１及び第２の導電性脚部間のギャップを定義し、前記ギャップは、前記ＭＥＭＳセンサの対象波長よりも小さい最小限の幅を有する、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部のうちの前記第１の導電性脚部が、前記平面上に投影される場合に、前記対象波長よりも小さい最小限の脚部幅を定義する、請求項１２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
絶縁層を提供するステップと、
前記絶縁層上にミラーを形成するステップと、
前記ミラーの真上の領域にわたる蛇行状の経路を定義する、間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成することによって、前記ミラーから間隔をあけられた吸収体を形成するステップと、
を含む、ＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項１５】
前記ミラーから間隔をあけられ、前記複数の導電性脚部のうちの第１及び第２の導電性脚部と電気通信し、前記ミラーによって定義される平面上に投影される場合に、９０度の角度を定義しないように構成される少なくとも１つの導電性端部を形成するステップ、
をさらに含む、請求項１４に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの導電性端部を形成するステップが、前記ミラーによって定義される前記平面上に投影される場合に、前記少なくとも１つの導電性端部が内側の曲面及び外側の曲面を定義するように、前記少なくとも１つの導電性端部を形成するステップを含む、請求項１５に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項１７】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成するステップ及び前記少なくとも１つの導電性端部を形成するステップが、前記平面上に投影される場合に、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部及び前記少なくとも１つの導電性端部が蛇行形状を定義するように、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成するステップ及び前記少なくとも１つの導電性端部を形成するステップを含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項１８】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成するステップが、
基板層を形成するステップと、
前記基板層の上面上に導電層を形成するステップと、
前記導電層の上面上に絶縁層を形成するステップと、
を含む、請求項１５に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項１９】
ＭＥＭＳセンサについての対象波長を識別するステップをさらに含み、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成するステップが、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部のうちの前記第１及び前記第２の導電性脚部を、前記対象波長よりも小さい距離だけ間隔をあけるステップを含む、
請求項１８に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【請求項２０】
前記間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成するステップが、前記間隔をあけられた複数の導電性脚部の各々を、前記ミラーに投影される場合に、前記対象波長よりも小さい最小限の脚部幅で形成するステップを含む、請求項１９に記載のＭＥＭＳセンサを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年８月３１日に出願された、米国仮出願第６１／６９５，３６１号の利益を主張し、その全内容が参照によって本明細書に組み込まれる。
[0001]本開示は、センサ装置及びそのような装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]任意の非ゼロ温度における物体は、プランクの放射法則、シュテファン・ボルツマンの法則、及び、ウィーンの変位則として知られる法則に従って、電磁波又は光子のどちらかとして説明され得る電磁エネルギーを放射する。ウィーンの変位則は、以下の関係式によって近似されるように、物体が最も放射する波長（λｍａｘ）は、その物体の温度に反比例することを示す。
【０００３】
【数１】
2015531872.tif 000003
【０００４】
[0003]それ故に、室温に近い温度を有する物体の場合、放出される電磁放射のうちの殆どは、赤外領域内にある。ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、並びに他の気体及び物質の存在に起因して、地球の大気は、特定の波長を有する電磁放射を吸収する。しかしながら、測定結果は、吸収が最小となる「大気窓（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｗｉｎｄｏｗｓ）」が存在することを示した。そのような「窓（ｗｉｎｄｏｗ）」の一例は、８μｍ〜１２μｍの波長範囲である。別の窓は、３μｍ〜５μｍの波長範囲において発生する。典型的には、室温に近い温度を有する物体は、波長が１０μｍに近い放射を放出する。そのため、室温に近い物体によって放出される電磁放射は、地球の大気によって最小限だけしか吸収されない。従って、周囲の室内温度よりも温かいか、又は冷たいかのどちらかである物体の存在の検出は、そのような物体によって放出される電磁放射を測定することが可能な検出器を使用することによって容易に達成される。
【０００５】
[0004]電磁放射検出器の一般に使用される適用の１つは、人間又は自動車が接近する場合に、ガレージのドアの明かりを自動的に点灯するためのものである。別の適用は、熱画像である。運転者支援用の暗視システムにおいて使用され得る熱画像において、あるシーンから得られる電磁放射は、検出器のアレイに集中させられる。熱画像は、任意の量の既存の微弱可視光を増幅するための光電子増倍管を使用する技法、又は、近赤外線（約１μｍの波長）照明及び近赤外線カメラを使用する技法とは異なる。
【０００６】
[0005]電磁放射検出器の２つのタイプは、「光子検出器（ｐｈｏｔｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）」と「熱検出器（ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）」である。光子検出器は、入射光子を、前記光子のエネルギーを使用して物質中の電荷担体を励起することによって検出する。次いで、物質の励起が電子的に検知される。熱検出器も光子を検出する。ただし、熱検出器は、前記光子のエネルギーを使用して、部品の温度を増加させる。温度の変化を測定することによって、温度の変化を生成する光子の強度が判定され得る。
【０００７】
[0006]熱検出器において、入射光子によって引き起こされる温度変化は、温度依存性抵抗器（サーミスタ）、焦電効果、熱電効果、気体膨張、及び他のアプローチを使用することによって測定され得る。特に、長波長の赤外線検出についての熱検出器の１つの利点は、光子検出器とは異なり、容認可能なレベルの性能を実現するために、熱検出器が極低温冷却を必要としないことである。
【０００８】
[0007]熱センサの１つのタイプは、「ボロメータ（ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）」として知られる。「ボロメータ」という単語の語源は、放射を測定するために使用される任意の装置を含むが、ボロメータは、一般に、長波長の赤外線窓（８μｍ〜１２μｍ）又は中波長の赤外線窓（３μｍ〜５μｍ）における放射を検出するためのサーミスタに依存する熱検出器であると理解される。
【０００９】
[0008]ボロメータの感度は、一般に、センサのその周囲からのより良好な熱隔離と共に、より高い赤外線吸収係数、より高い抵抗温度係数、より高い電気抵抗、及びより高いバイアス電流と共に増加する。従って、ボロメータは、まず、温度の変化を誘発する入射電磁放射を吸収しなければならないため、ボロメータ内の吸収体の効率は、ボロメータの感度及び精度に関連する。理想的には、入射電磁放射の１００％にできるだけ近い吸収率が望ましい。理論上は、光学的厚さｄの誘電ギャップ又は真空ギャップに被せられる、自由空間の特性インピーダンスに等しいシート抵抗（オーム／スクエア単位）を有する金属膜は、波長４ｄの電磁放射について１００％の吸収係数を有するであろう。以下の関係式は、自由空間の特性インピーダンス（Ｙ）の式を示す。
【００１０】
【数２】
2015531872.tif 000004
【００１１】
ただし、ε０は、真空誘電率であり、μ０は、真空透磁率である。
[0009]自由空間の特性インピーダンスの数値は、３７７オームに近い。ギャップの光路長は、「ｎｄ」として定義され、ただし、ｎは、誘電体、空気又は真空の屈折率である。
【００１２】
[0010]これまでに、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、その感度、空間分解能及び時間分解能、並びにＭＥＭＳ装置によって示される、より低い電力要件に起因して、様々な適用における効果的な解決策であることを証明してきた。１つのそのような適用は、ボロメータである。既知のボロメータは、吸収体として、及び機械的支持体としての機能を果たす支持材を使用する。典型的には、支持材は、窒化ケイ素である。感熱膜は、吸収体上に形成されて、サーミスタとして使用される。取り付けられたサーミスタを備える吸収体構造は、入射電磁放射にセンサ上で温度の大きな上昇を生じさせるために、高い熱抵抗を有する懸架脚部を通じて基板に固定される。
【００１３】
[0011]懸架される部材をマイクロマシニングするために使用される伝統的な技法は、「犠牲（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）」層の上への物質の堆積を含む。犠牲層は、最終的には、除去されるべきであり、犠牲層は、例えば、フォトレジストを使用するスピンコーティング又はポリマーコーティングによって堆積される。薄膜金属又は半導体の堆積は、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ：ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エピタキシャル成長、熱酸化、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、及び蒸発を含む種々の技法を用いて行われ得る。
【００１４】
[0012]しかしながら、既知のボロメータの殆どは、全体的に矩形の吸収体を有する。そのような吸収体は、減少された熱隔離及び低い電気抵抗を示し、装置の応答性を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
[0013]増加した感度を示した赤外線センサを提供することは有益であろう。効率的な熱吸収を提供するセンサも望ましい。そのようなセンサが増加された熱隔離及び高い電気抵抗を示すことは有益であろう。既知の製造処理を使用して製造され得る、増加した感度を備えるセンサは、さらに有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
[0014]一実施形態において、ＭＥＭＳセンサは、ミラーと、ミラーから間隔をあけられた吸収体とを備え、吸収体は、ミラーの真上の領域にわたる蛇行状の経路を定義する、間隔をあけられた複数の導電性脚部を含む。
【００１７】
[0015]別の実施形態において、ＭＥＭＳセンサを形成する方法は、絶縁層を提供するステップと、絶縁層上にミラーを形成するステップと、ミラーの真上の領域にわたる蛇行状の経路を定義する、間隔をあけられた複数の導電性脚部を形成することによって、ミラーから間隔をあけられた吸収体を形成するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】[0016]本開示の原理に係る、線形脚部を接続するための端部の４５度の角度をつけられたセクションの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する吸収体を含むボロメータ装置の、図２の線Ａ−Ａに沿った垂直断面図である。
【図２】[0017]図１のボロメータの平面図である。
【図３】[0018]矩形の断面を提供するための、異なる材料の複数の層を含むワイヤ吸収体の垂直断面図である。
【図４】[0019]補強を提供するためにＩ字形の梁の形状をしたワイヤ吸収体の垂直断面図である。
【図５】[0020]補強を提供するために「Ｕ」字の形状をしたワイヤ吸収体の垂直断面図である。
【図６】[0021]補強及び他の所望の特性を提供するために、複数の材料が重ねられ、且つ「Ｕ」字の形状をしたワイヤ吸収体の垂直断面図である。
【図７】[0022]本開示の原理に係る、本実施形態において基板上に形成された部分的な絶縁層を備える相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）である装置基板の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図８】[0023]フィードスルー及び関連付けられるボンドパッドが部分的な絶縁層上に形成された後の、図７の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図９】[0024]フィードスルー及び関連付けられるボンドパッドの上方に残りの絶縁層が形成された後の、図８の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１０】[0025]ボンドパッド及びフィードスルーの一部を露出させるために、絶縁層を貫いて形成された開口を備える、図９の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１１】[0026]絶縁層の頂部に形成されたミラー及びボンドリングを備える、図１０の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１２】[0027]犠牲層が基板の上に形成され、犠牲層を貫通してフィードスルーに達する開口が開口間のトレンチと共に形成された後の、図１１の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１３】[0028]ボンドリングの真上の犠牲層の一部内へ伸長することなく、開口内及びミラーの真上のトレンチ内に形成された吸収層を備える、図１２の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１４】[0029]犠牲層が除去された、図１３の装置の、図２の線Ａ−Ａと同様の線に沿った垂直断面図である。
【図１５】[0030]本開示の原理に係る、線形脚部を接続するための端部において９０度に曲げられた２つのピースの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する吸収体を含むボロメータ装置の、図１６の線Ａ−Ａに沿った垂直断面図である。
【図１６】[0031]図１５のボロメータの平面図である。
【図１７】[0032]線形脚部を接続するための端部において９０度の角度がつけられたピースの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する蛇行吸収体を含むボロメータ装置の簡略平面図である。
【図１８】[0033]線形脚部を接続するための端部において９０度の角度がつけられたピースの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する複雑な蛇行吸収体を含むボロメータ装置の簡略平面図である。
【図１９】[0034]線形脚部を接続するための端部において９０度の角度がつけられたピースの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する複雑な吸収体を含むボロメータ装置の簡略平面図である。
【図２０】[0035]線形脚部を接続するための端部において９０度に曲げられたピースの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する複雑な蛇行吸収体を含むボロメータ装置の簡略平面図である。
【図２１】[0036]本開示の原理に係る、非導電性の補強シート内に形成される線形脚部を接続するための端部の４５度の角度がつけられたセクションの組み合わせを使用して、増加された熱隔離及びより高い電気抵抗率を提供する吸収体を含むボロメータ装置の、図２２の線Ａ−Ａに沿った垂直断面図である。
【図２２】[0037]図２１のボロメータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[0038]本開示の原理の理解を促進する目的のために、ここで、図面において例示され、かつ、以下の明細書において説明される実施形態が参照されるであろう。本開示の範囲への限定は実施形態によって意図されないことが理解される。本開示は、例示される実施形態へのいかなる変更及び変形も含み、本開示が関連する技術分野における当業者が通常思いつくような本開示の原理のさらなる適用を含むことがさらに理解される。
【００２０】
[0039]半導体センサ組立体１００は、図１及び図２に描かれる。図１は、本実施形態ではボロメータである半導体センサ組立体１００の垂直断面図を描き、図２は、センサ組立体１００の平面図である。一実施形態におけるセンサ組立体１００は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板上又は別のタイプの基板上に形成される。センサ組立体１００は、基板１０２、絶縁層１０４、ミラー１０６及び吸収体１０８を含む。基板１０２は、本実施形態において、１つ又は複数のセンサ組立体１００を含み得るシリコンウェハであり、センサ組立体１００の出力にアクセスするために使用される電気回路を含む。
【００２１】
[0040]一実施形態における絶縁層１０４は、例えば、ＳｉＯ２のような堆積された誘電体である。絶縁層１０４は、絶縁層１０４内のボンドパッド１１４及び１１６へのアクセスをそれぞれ提供する点検用窓１１０及び１１２を含む。ボンドパッド１１４及び１１６は、それぞれの埋め込みフィードスルー１１８及び１２０に導電接続される。埋め込みフィードスルー１１８及び１２０は、絶縁層１０４内で導電支柱１２２及び１２４へ伸長する。
【００２２】
[0041]支柱１２２及び１２４は、埋め込みフィードスルー１１８及び１２０から上方へ伸長して、絶縁層１０４の上面の上方の位置において吸収体１０８を支持する。支柱１２２／１２４の各々は、それぞれの支持バー１２３／１２５を通じて吸収体１０８を支持する。
【００２３】
[0042]ミラー１０６は、ボンドリング１４２と共に、絶縁層１０４の上面上に位置する。ボンドリング１４２は、点検用窓１１０及び１１２の内部を除く、支柱１２２／１２４及び吸収体１０８の周囲に完全に伸長する。ボンドリング１４２は、キャップ（図示せず）との接合を形成するために使用され、それによって、吸収体１０８を保護し、点検用窓及び絶縁層１０４内の構造が、吸収体１０８と外部の電子機器との間の電気通信を可能にする。キャップは、吸収体１０８によって占有される空間における真空のカプセル化をさらに可能にして、センサ組立体１００の適切かつ信頼性のある動作を確保する。２つ以上のセンサ組立体１００が、同じキャップ構造下でカプセル化され得る。
【００２４】
[0043]ミラー１０６は、吸収体１０８の真下にあり、例えば、金属反射器又は多層の誘電体反射器であり得る。吸収体１０８は、約２．０〜３．０μｍのギャップによって、ミラー１０６から間隔をあけられている。本実施形態におけるギャップは、長波長の赤外線領域（８〜１５μｍ（８〜１５ミクロン））における吸収を最適化するように選択される。
【００２５】
[0044]吸収体１０８は、入射光子からのエネルギーを吸収することに加えて、良好な雑音等価温度差（ＮＥＴＤ：ｎｏｉｓｅ−ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を提供するように選択される。吸収体１０８が良好なＮＥＴＤを有するためには、吸収体１０８を形成するために選択される材料が、低い過剰雑音（１／ｆ雑音）を示す一方で、高い抵抗温度係数を示すべきである。酸化バナジウムなどの半導体材料は、それらの高い抵抗温度係数に起因して、マイクロマシニングされるボロメータにおいて一般的である。他の材料は、Ｓｉ（ポリシリコン／アモルファスシリコン）、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、Ｐｔ、ＴｉＮ、Ｔｉ、及びこれらの組み合わせを含む。金属は、酸化バナジウムなどのいくつかの半導体材料よりも低い抵抗温度係数を有するが、金属は、典型的には、多くの半導体材料よりもかなり低い過剰雑音を有し、従って、より良好なＮＥＴＤを提示する。
【００２６】
[0045]従って、一実施形態において、吸収体１０８は、金属を含む。チタニウム及びプラチナは、所望の特性を示す２つの金属である。例えば、チタニウムは、約７＊１０−７オームのバルク抵抗率を示す。７＊１０−７オームのバルク抵抗率を使用することで、自由空間のインピーダンス（３７７オーム／スクエア）に一致させるために必要な吸収体１０８の厚さは、約１．９ｎｍとなるべきである。しかしながら、約５０ｎｍよりも小さい厚さに形成される材料の抵抗率は、バルク値よりも数倍高くなり得る。従って、処理パラメータに応じて、吸収体１０８の厚さは、チタニウムから作られる場合、好適には約１０ｎｍである。必要に応じて抵抗率を調整するために、形成期間中に、不純物が吸収体１０８に導入されてもよい。
【００２７】
[0046]結果として、本実施形態における吸収体１０８の厚さは、約１０ｎｍであり、支柱１２２から支柱１２４までの吸収体１０８の長さは、典型的には、１５μｍから７０μｍまでの間である。この構成は、吸収体１０８の厚さと吸収体１０８の長さとの比率を１／１０００のオーダで、及び、吸収体１０８の厚さのギャップ幅に対する比率を約１／１００のオーダで提供する。しかしながら、支柱１２２／１２４間の吸収体１０８に沿った実際の距離は、吸収体１０８が蛇行するため、増加される。
【００２８】
[0047]吸収体１０８は、自立式の蛇行ワイヤ構造である。自立式の蛇行ワイヤ構造は、全体的に矩形である典型的な吸収体構造の大きさの増加なしに、より良好な熱隔離及びより高い電気抵抗（並びに、それ故に、より高い応答性）を提供する。例えば、吸収体１０８の蛇行性は、矩形の吸収体と比較して、支柱１２２／１２４間の吸収体１０８に沿った直線距離を５倍以上増加させる。
【００２９】
[0048]吸収体１０８は、脚部１４６を互いに又は支持バー１２３／１２５に接続する端部構造１４４も含む。端部構造１４４は、９０度の角度を使用して構成されない。むしろ、４５度の角度をつけられた４つのセクションが使用されて、脚部１４６間で１８０度の方向転換を生成する。従って、電流集中及び高い機械的応力場が回避される。
【００３０】
[0049]図１及び図２の実施形態において、吸収体１０８は、断面において全体的に矩形である（図１を参照）。特定の実施形態に応じて、単純な矩形の断面は、所望の剛性又は強度を提供しないことがある。従って、他の実施形態では、他の断面形状及び構成が使用される。例として、図３は、基層２０２、中間層２０４、及び上層２０６を含む吸収体断面２００を描く。吸収体断面２００における様々な層についての材料は、所望の強度、吸収率、及び他の性質のために選択される。図４は、補強のためにＩ字形の梁の形状に形成された吸収体断面２０８を描く。
【００３１】
[0050]図５は、「Ｕ字形（Ｕ−ｓｈａｐｅｄ）」のワイヤ吸収体２１０を描く。いくつかの実施形態におけるワイヤ吸収体２１０は、２０１２年３月８日に出願された米国特許出願第１３／４１５，４７９号(米国特許出願公開第２０１３／２３４２７０号)において説明される手法で構築され、この出願の全内容が参照によって本明細書に組み込まれる。Ｕ字形は、補強を提供する。図６は、異なる材料で形成された外側Ｕ字形セクション２１４及び内側Ｕ字形セクション２１６を含む同様の吸収体断面２１２を描く。
【００３２】
[0051]図１及び図２に戻ると、支柱１２２／１２４及び吸収体１０８にわたって測定されるセンサ組立体１００についての全抵抗は、以下の方程式によって定義される。
Ｒ＝ｎ＊Ｒａ
ただし、ｎは、線形脚部１３２の個数であり、Ｒａは、吸収体１０８を共に形成する複数の線形脚部のうちの１つの抵抗である。支持脚部と比較して、材料の比較的大きい体積及び短い長さが理由で、支柱１２２／１２４の抵抗は、僅少である。
【００３３】
[0052]吸収体１０８に電磁放射を作用させると、吸収体１０８の平均温度は、ΔＴだけ増加する。入射放射を受けたセンサの電気抵抗は、
ΔＲ＝αｎＲａΔＴ
によって与えられる量ΔＲだけ変化する。ただし、αは、薄膜の抵抗温度係数である。
【００３４】
[0053]一実施形態において、線形脚部の幅は、測定されるべき赤外線放射の波長（８μｍ〜１２μｍ又は３μｍ〜５μｍ）（「対象（ｔａｒｇｅｔ）」波長とも呼ばれる）よりも有意に小さい。そのため、線形脚部の組立体は、到来する赤外線放射によって有効媒質として見られ、効率的な吸収体を形成する。
【００３５】
[0054]一実施形態において、線形脚部間のギャップは、対象波長（８μｍ〜１２μｍ又は３μｍ〜５μｍ）よりも有意に小さい。そのため、線形脚部の組立体は、全体として、到来する赤外線放射によって有効媒質として見られ、効率的な吸収体を形成する。従って、到来するＩＲ放射は、増加した実効シート抵抗を経験し、前述の３７７オームの条件は、より大きい膜厚により達成されることができる。
【００３６】
[0055]電磁放射（例えば、赤外光）がセンサ組立体１００に到達する場合、電磁放射は、吸収体１０８の抵抗率、ミラー１０６の品質、吸収体１０８とミラー１０６との間のギャップ高さ、及び放射波長に応じた効率で、吸収体１０８の薄膜金属内に吸収される。入射放射を吸収すると、吸収体１０８は、温度の増加を受ける。この温度増加は、吸収体１０８の抵抗率の減少又は増加のどちらかを招く。次いで、吸収体１０８は、吸収体１０８の入射電磁放射の抵抗率を測定し、それによって、吸収体１０８の入射電磁放射の量を間接的に測定するために電気的に調べられる。
【００３７】
[0056]一実施形態において、堆積された金属及び半導体の典型的な抵抗率に起因して、懸架された薄膜吸収体１０８は、５０ｎｍに及ばない厚みを有する。原子層堆積として知られる堆積技法の特徴は、本実施形態について、吸収体１０８を形成する際に、伝統的なマイクロマシニング技法、例えば、スパッタリング及び蒸発よりも好適である。多くの既知の装置を上回る本装置の１つの利点は、図７〜図１４を参照しつつ解説される、製造の簡単さである。
【００３８】
[0057]センサ組立体１００などのセンサの製造は、図７に示される基板１５０の準備から始まる。基板１５０は、多数のセンサを形成するために使用される、より大きな基板の一部であり得る。最初の絶縁層部分１５２は、基板１５０の上面上に形成される。本例では、約１０００Ａの酸化膜が、基板１５０上に形成される。
【００３９】
[0058]次に、フィードスルー１５４及び１５６が、関連付けられるボンドパッド１５８及び１６０と共に、最初の絶縁層部分１５２の上面上に形成される（図８）。フィードスルー１５４／１５６及びボンドパッド１５８／１６０は、リソグラフィ及びプラズマエッチングを組み込む処理などの任意の容認可能な処理によって、導電性金属から形成される。次いで、残りの絶縁層１６２が形成され、それによって、フィードスルー１５４／１５６及びボンドパッド１５８／１６０をカプセル化する（図９）。絶縁層１６２は、所望により、平坦化される。いくつかの実施形態において、フィードスルー１５４／１５６のうちの１つ又は複数は、ＣＭＯＳ装置の別の部分、例えば、トランジスタに接続され得る。
【００４０】
[0059]図１０を参照すると、次いで、フィードスルー１５４／１５６及びボンドパッド１５８／１６０の一部は、絶縁層１６２を完全に貫通するトレンチをエッチングして、それぞれ開口１７０、１７２、１７４、及び１７６を形成することによって露出される。図１１において、ミラー１８０及びボンドリング１８２は、絶縁層１６２の上層上に形成される。ミラー１８０及びボンドリング１８２は、スパッタリング、リソグラフィ、及びエッチング、又は任意の他の容認可能な処理によって形成され得る。ボンドリング１８２及びミラー１８０は、所望により、同時に形成され得る。
【００４１】
[0060]次いで、犠牲層１８４が、絶縁層１６２、ミラー１８０、及びボンドリング１８２の頂部の上に形成され（図１２）、開口１８６及び１８８は、犠牲層１８４を完全に貫通するトレンチをエッチングして、それぞれフィードスルー１５４及び１５６の一部を露出させることによって形成される。蛇行トレンチ１９０も、開口１８６及び１８８を接続する犠牲層１８４において形成される。開口１８６／１８８及びトレンチ１９０は、スピンフォトレジスト及びリソグラフィを使用して形成され得る。
【００４２】
[0061]電気接点が基板１５０の背面において貫通シリコンビアを使用して提供される実施形態において、絶縁層１６２は必要とされない。さらに、ミラー１８０は、フィードスルー１５４／１５６を形成するために使用されるものと同じ材料を使用して形成されてもよい。従って、図７〜図１２において１６２及び１８４として描かれる層は、単一の層として形成されてもよい。
【００４３】
[0062]次いで、吸収層１９２は、犠牲層１８４の一部の上方、フィードスルー１５４／１５６の露出された表面部分上、開口１８６及び１８８の側面上、並びにトレンチ１９０の壁及び底部に沿って形成される。いくつかの実施形態において、開口１８６及び１８８が最初に充填され、その後に、トレンチ１９０の形成、及び吸収層によるトレンチ１９０の充填が続く。異なる実施形態では、吸収体を形成するために使用される材料と比較して異なる材料が使用されて、トレンチ部分が充填され、支持バー１２３／１２５及び／又は支柱１２２／１２４となる。そのような変形は、異なるトレンチ／開口を形成するタイミングの変形を単に必要とするだけである。
【００４４】
[0063]いくつかの実施形態における吸収層１９２は、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成される。ＡＬＤは、基板を数個の異なるプレカーソルに連続して曝すことによって、材料を堆積させるために使用される。典型的な堆積サイクルは、飽和に至るまで基板表面と反応するプレカーソル「Ａ」に基板を曝すことによって始まる。これは、「自己停止反応（ｓｅｌｆ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる。次に、基板は、飽和に至るまで表面と反応するプレカーソル「Ｂ」に曝される。第２の自己停止反応は、表面を再活性化する。再活性化は、プレカーソル「Ａ」が表面と反応することを可能にする。典型的には、ＡＬＤにおいて使用されるプレカーソルは、有機金属のプレカーソル、及び水蒸気又はオゾンなどの酸化剤を含む。
【００４５】
[0064]理想的には、堆積サイクルは、１つの原子層の形成をもたらす。その後、別の層は、処理を繰り返すことによって形成され得る。従って、吸収層１９２の最終的な厚みは、基板が曝されるサイクルの回数によって制御される。さらに、ＡＬＤ処理を使用する堆積は、材料が堆積されるべき特定の表面の向きによって実質的に影響を受けない。従って、材料の極めて均一な厚さが、水平面（犠牲層１８４、フィードスルー１５４／１５６の露出された表面部分、及びトレンチ１９０の底部）上と垂直面（開口１８６及び１８８の側面、トレンチ１９０の壁）上との双方で実現され得る。従って、いくつかの実施形態において、柱１２２／１２４は空洞であり、米国特許出願第１３／４１５，４７９号出願(米国特許出願公開第２０１３／２３４２７０号)において説明されるようにさらに固定され得る。
【００４６】
[0065]いくつかの実施形態において、ＡＬＤ材料の複数の層を使用した構造を形成することが望まれ得る。例えば、本例における装置は、単一の吸収層１９２を含むが、異なる実施形態では、積層された吸収体が有益であり得る。積層された吸収体又は他の構造は、異なる材料又は互い違いの材料から成る２層、３層、又はより多くの層を有し得る。例えば、絶縁材料の層は、導電性材料の層のための基板に、導電性材料の上方のまた別の絶縁材料を提供し得る。従って、非常に薄い導電層は、２つの非常に薄い絶縁層の間に挟まれることによって、保護及び強化され得る。Ａｌ２Ｏ３は、ＡＬＤを使用して堆積される絶縁層として使用され得る。
【００４７】
[0066]いったん吸収層１９２が形成されると、次いで、犠牲層１８４がエッチングされて、図１及び図２（図１４）のセンサ組立体１００などの最終的な装置が形成される。
[0067]いくつかの実施形態において、ワイヤ吸収体は、柱１２２／１２４などの柱によって支持されない。例として、図１５は、基板２０２を含むセンサ組立体２００を描く。空隙２０４は、基板２０２において形成され、ミラー２０６は、空隙の底部に位置する。吸収体２０８は、基板２０２によって直接支持される。フィードスルー２１０／２１２は、吸収体２０８からボンドリング２１４の下へ外側に伸長する。
【００４８】
[0068]図１６に示されるように、吸収体２０８は、脚部２１８を互いに接続する端部構造２１６を含む。端部構造２１６は、９０度の角度を使用して構成されない。従って、電流集中及び高い機械的応力場が回避される。従って、端部構造２１６は、より丸みを帯びてはいるが、端部構造１４４と同様である。
【００４９】
[0069]センサ組立体２００の製造は、センサ組立体１００よりも簡単である。例えば、基板２０２を提供した後に、空隙２０４が形成され、ミラー２０６が空隙２０４内に形成される。次いで、犠牲材料（図示せず）が使用されて、空隙２０４が充填され、トレンチは、基板２０２の上面及び犠牲材料（図示せず）において吸収体２０８及びフィードスルー２１０／２１２の所望の形状に形成される。次いで、トレンチが吸収体材料によって充填され、ボンドリング２１４が形成される。次いで、犠牲材料（図示せず）がエッチングされて、図１５〜図１６の構成がもたらされる。
【００５０】
[0070]前述の構成は、電流集中及び高い機械的応力場を低減するために選択されるが、吸収体１０８／２０８についての他の形状があり得る。いくつかの実施形態において、吸収体１０８／２０８は、９０度の角度を用いて形成される。例えば、図１７は、センサ組立体１００と同様のセンサ組立体２５０の簡略化された描写である。センサ組立体２５０は、蛇行吸収体２５２が９０度の角度を含む点において、センサ組立体１００と異なる。また、吸収体２５２は、吸収体材料とは異なる材料（異なるハッチングによって示される）から形成される支持バー２５４及び２５６によって支持される。
【００５１】
[0071]図１８は、センサ１００と同様のセンサ組立体２６０の別の実施形態の簡略化された描写である。センサ組立体２６０は、吸収体２６２が９０度の角度を含む点において、センサ組立体１００と異なり、蛇行吸収体１０８よりも複雑な形状である。
【００５２】
[0072]図１９は、センサ１００と同様のセンサ組立体２７０の別の実施形態の簡略化された描写である。センサ組立体２７０は、吸収体２７２が９０度の角度を含む点において、センサ組立体１００と異なり、蛇行吸収体１０８よりも複雑な形状である。
【００５３】
[0073]いくつかの実施形態において、吸収体２５２、２６２、及び２７２の９０度の角度は、電流集中及び高い機械的応力場を低減するために丸みがつけられる。例として、図２０は、吸収体２６２が丸みを帯びた角を含む点を除いて、センサ２６０と同様のセンサ組立体２８０の簡略化された描写である。
【００５４】
[0074]いくつかの実施形態において、さらなる剛性が提供される。例として、半導体センサ組立体３００が、図２１及び図２２において描写される。センサ組立体３００は、図１及び図２のセンサ組立体１００と同様であり、基板３０２、絶縁層３０４、ミラー３０６及び吸収体３０８を含む。
【００５５】
[0075]絶縁層３０４は、絶縁層３０４内のボンドパッド３１４及び３１６へのアクセスをそれぞれ提供する点検用窓３１０及び３１２を含む。ボンドパッド３１４及び３１６は、それぞれの埋め込みフィードスルー３１８及び３２０に導電接続される。埋め込みフィードスルー３１８及び３２０は、絶縁層３０４内で導電支柱３２２及び３２４へ伸長する。
【００５６】
[0076]支柱３２２及び３２４は、埋め込みフィードスルー３１８及び３２０から上方へ伸長して、絶縁層３０４の上面の上方の位置において吸収体３０８を支持する。支柱３２２／３２４の各々は、それぞれの支持バー３２３／３２５を通じて吸収体３０８を支持する。
【００５７】
[0077]ミラー３０６は、ボンドリング３４２と共に、絶縁層３０４の上面上に位置する。ボンドリング３４２は、点検用窓３１０及び３１２の内部を除く、支柱３２２／３２４及び吸収体３０８の周囲に完全に伸長する。ミラー３０６は、吸収体３０８の真下にある。
【００５８】
[0078]吸収体３０８は、脚部３４６が伸長する支持板３４４を含む、支持された蛇行構造である。支持板３４４は、吸収体３０８の電気的特性を変更することなく、吸収体３０８に強度／剛性を提供する非導電材料である。脚部３４６は、端部構造３４８によって電気的に接続される。一実施形態における支持板３４４は、吸収体３０８と同時に解放される。
【００５９】
[0079]いくつかの実施形態において、支持板３４４のような支持板は、図１６〜図２０において描かれる構造に追加される。
[0080]本開示は、図面及び前述の説明において詳細に例示及び説明されてきたが、本開示は、例示としてみなされるべきであって、特性を制限するものとしてみなされるべきではない。好適な実施形態のみが述べられ、本開示の精神内に収まるあらゆる変化、変形及びさらなる適用が保護されることが望まれ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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2015531872.tif 000028
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