(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルディテクターデバイス（１）を製作する方法であって、
（ｉ）表面及び裏面を有する連結層（５）であって、前記連結層（５）は前記表面及び裏面の間に複数の連結チャネル（８）を含むウェーハである、そのような連結層（５）とを提供する段階と、
（ｉｉ）サーマルディテクターエレメント（２）を、前記連結層（５）上で蒸着処理によりマイクロブリッジ構造（３）のアレーとして製作する段階であって、各マイクロブリッジ構造（３）は共通接点（６）及び出力接点（７）を含んでおり、前記共通接点のそれぞれは他の共通接点のそれぞれと電気的に接触しており、各連結チャネルは前記マイクロブリッジ構造（３）の内の１つの構造上の前記出力接点（７）と接続されている、そのような段階と、
（ｉｉｉ）続いて、マイクロブリッジ構造（３）が読出し集積回路と電気的接触状態にはあるが回路から分離された状態になるように、連結チャネル（８）を連結層（５）の裏面で読出しシリコン集積回路に接着する段階を特徴とするサーマルディテクターデバイス（１）を製作する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの追加的な支持層を前記マイクロブリッジ構造（３）の部分として製作する段階をさらに含んでいることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
【請求項３】
サーマルディテクターエレメント（２）のアレーの製作は、前記サーマルディテクターエレメント（２）をアニーリングする段階を含んでいることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記サーマルディテクターエレメント（２）の前記蒸着又は前記アニーリングの内少なくとも１つが、最低５００℃の温度で実行されることを特徴とする、上記請求項１又は３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記サーマルディテクターエレメント（２）の前記蒸着又は前記アニーリングの内少なくとも１つが、最低７００℃の温度で実行されることを特徴とする、上記請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、個別のサーマルディテクターエレメントのアレーから成る複合サーマルディテクターに関する。アレーは線形アレーでも２次元アレーでもよい。線形アレーは、特に、ディテクターヘッドと映し出される目的物との間に相対運動がある場合のアプリケーションに適している。２次元ディテクターアレーは、赤外線映像アプリケーションに広範に使用されている。
発明の背景
強誘電体ディテクター及び抵抗ボロメータのようなサーマルディテクターは、冷却用の低温モジュールを必要とする光子（又は半導体）ディテクターとは違って室温で作動するため関心がもたれている。サーマルディテクターの開発は、現在、エレメント間のピッチを小さくした多数のエレメントを有するアレーの実現と、ディテクターアレーの固有ノイズレベルを越える場面で観測される温度識別度と、ビデオ画像を見るために設計された映像システムとを向上させることを目指している。
線形及び２次元配列のサーマルディテクターは、照射感知エレメントとして、強誘電体材料と抵抗ボロメータ材料の両方を使用して構成されてきており、後者の材料は酸化物、金属、及び半導体材料の範囲から採られている。セラミックブロックから用意され薄い切片に磨かれた強誘電体ウェーハは、米国特許第４，１４２，２０７号に説明されているように、金属バンプボンディングによりシリコン読出し集積回路（ＩＣ）に直接接着されてきた。この特許は更に、シリコンＩＣ上に組み立てられた細い金属柱の先１つずつに１個のエレメントを接着することにより、シリコンＩＣからのディテクターエレメントの断熱性を改良することが望ましいという点を強調している。その場所から集束された赤外線放射を吸収するときに、エレメントからの高い応答度を確保するには、断熱性に優れていなければならない（即ちエレメントに対する熱コンダクタンスが低いことが必要である）。バンプボンディング加工には、シリコンＩＣのエレメント及び入力回路上での、金属面間の冷間圧接や湿潤性金属パッド間のはんだバンプボンディングが含まれる（１９８８年、Ｄ．Ｊ．ペダー、「ハイブリッド回路」第１５巻４頁）。
米国特許第５，４５０，０５３号では、１個のエレメント毎に１個のマイクロブリッジが付くように、シリコン読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の表面にマイクロブリッジ構造のアレーを構成することにより、ディテクターエレメントの断熱性が得られるようにしている。マイクロブリッジは、低い熱コンダクタンスを実現するため、ＩＣ上の細く狭い脚上にディテクターエレメントを支持している。ディテクターエレメント材は、マイクロブリッジ構造上に薄膜として、又はマイクロブリッジ構造そのものとして蒸着され、エレメントには、信号を収集し、脚を通してその信号をＩＣのシリコン読出し回路に流すのに適した電極が備けられている。抵抗ボロメータ材料を蒸着する技術により、抵抗マイクロボロメータの大きなアレーを製作することができるようになる。この技術により、バンプボンディング技術を用いて製作されたものよりも低い熱コンダクタンスが実現できることから、より性能の優れたディテクターアレーの製作が可能になる。
１９９２年に出版されたＲ．ワットンによる「強誘電体」の第１３３巻５−１０頁には、高性能の強誘電体サーマルディテクターアレーはマイクロブリッジ構造を使用して製作できるということが提示されていた。強誘電体材料は、様々な技法、即ち、ゾル−ゲル処理、ラジオ周波数マグネトロンスパッタリング、レーザーアブレーション、ＭＯＣＶＤ等により蒸着できる。しかしながら、マイクロブリッジ構造上に強誘電体膜を蒸着するときの厳しい制限が、マイクロブリッジ構造のアレーを持った基板として働くシリコンＩＣが蒸着中に到達できる温度についての限度となる。シリコンＩＣの最大温度は、アレー読出し機能（即ち、増幅及びエレメントマトリックス切替）を提供する回路への損傷を避けるために５００℃の範囲までに制限される。しかしながら、蒸着された強誘電体膜で良好な強誘電体特性を実現するためには、蒸着処理又はその後のアニーリングの何れにおいても高い基板温度が必要とされることが、Ｒ．ワットンの同書、及び１９９４年のＲ．ワットンによる「集積強誘電体」第４巻１７５−１８６頁で提言されている。
米国特許３，８０１，９４９は、ディテクターエレメントのアレーがディテクターエレメントのための読出し回路を含むシリコン基板上に製作されるサーマルディテクターデバイスに関する。前記基板に配置される二酸化ケイ素の薄層は、赤外線照射の検出中にはディテクターエレメントから前記基板を熱的に絶縁する。ディテクターエレメントは、ディテクター動作中に回路からディテクターエレメントを熱的に分離するのにも役立つ基板の開口部のエッチングより前にディテクター読出し回路を含む基板上に製作される。
サーマルディテクターアレーにとっての最も好ましい特性を得るための強誘電体膜の蒸着又はアニーリングの際に必要とされる温度と、シリコン読出しＩＣ上の金属被覆及び回路への損傷を避けることにより設定される制限温度との間に矛盾の存在することが知られている。例えば、強誘電体スカンジウム化タンタル塩酸鉛のスパタッリングされた膜を８００℃乃至９００℃の温度までアニーリングすると、結果的に膜の強誘電体特性が先に説明したバンプボンディング技術に使われるセラミック材料で計測されるものに近づくことになる（１９９１年、Ｒ．ワットン並びにＭ．Ａ．トッドによる「強誘電体」第１１８巻２７９−２９５ページ）。強誘電体特性のこのような値が、マイクロブリッジエレメント構造の優れた断熱性と組み合わせられれば、非常に高性能なサーマルディテクターアレーを実現させることができるであろう。
ジルコン酸チタン酸鉛及びスカンジウム化タンタル酸鉛両方の強誘電体膜は、５００℃の温度範囲で蒸着又はアニーリングできるが、サーマルディテクターアレーの表像性能を決める強誘電体特性の値が低下してしまうことも提示されている（１９９６年、Ｒ．ワットンによる「強誘電体」第１８４巻１４１−１５０ページ）。値が低下することにより、これらの処理により準備されたアレーから有効な表像性能が排除されるわけではないが、温度制限が無くなれば性能が著しく向上することが期待できる。
発明の概要
先に概要を説明した温度制限問題は、本発明により克服される。本発明は、読出し集積回路への損傷を避けるための制約による現時点で可能な温度よりも高い温度で、マイクロブリッジ構造上に強誘電体エレメントを組み立てることを可能とする、サーマルディテクターアレー用の複合構造に関するものである。
本発明のある態様によれば、
赤外線照射を検知し出力ディテクター信号を生成するためのサーマルディテクターエレメントのアレーと、
前記ディテクターエレメントを支えるマイクロブリッジ構造のアレーであって各マイクロブリッジ構造は共通接点及び出力接点を含み、共通接点はそれぞれ別の共通接点と電気的に接触している、そのようなアレーと、
出力ディテクター信号を処理するための、複数の入力接点を有する読出し集積回路と、
表面及び裏面を有し、マイクロブリッジ構造のアレーを読出し集積回路から熱的に分離し、前記表面と裏面の間に複数の連結チャネルを含んでいる連結層であって、前記連結チャネルが、マイクロブリッジ構造が読出し集積回路に電気的には接触しているが当該回路から隔離されるように、マイクロブリッジ構造の各々の出力接点と読出し集積回路上の関連する入力接点との間に電気的結合を提供する、そのような連結層とから成るサーマルディテクターデバイスにおいて、
前記連結層は、最後の製作中にマイクロブリッジ構造のアレーを支持するウェーハであり、前記読出し回路の入力接点は、実質的に前記出力接点に垂直に整列されることを特徴とするサーマルディテクターデバイスが提供される。
連結層の裏面で、連結チャネルは読出し集積回路の入力接点にバンプボンディングされている。
ディテクターエレメントの他にも、各マイクロブリッジ構造は追加的支持層を含んでいてもよい。追加的支持層は、マイクロブリッジ構造に十分な支えを提供しない細いディテクターエレメントから成るマイクロブリッジ構造にとって特に必要であろう。
ある好適実施例では、ディテクターエレメントは、強誘電体材料から成っている。
連結チャネルは各々、例えばポリシリコン、又は電気めっき、化学めっき、真空蒸着金属等、導電性材料のチャネルを含んでいる。各連結チャネルは、導電性材料を連結層材料から電気的に隔離するための誘電性材料のチャネルを更に含んでいてもよい。通常、誘電性材料は連結層材料から形成される酸化物層又は窒化物層である。
連結層は、シリコン、硝子、又はセラミック材料の内の１つでも、或は連結層の導電チャネルを支持できるなら他の何れの材料であってもよい。代わりに、連結層は導電性又は半導性材料であってもよい。連結層材は熱膨張特性が下層のシリコン層と熱的に整合していることが望ましい。
ディテクターエレメントはそれぞれ、１ピコファラド乃至１ナノファラドの間の電気容量を有しているのが普通で、各連結チャネルの電気容量は、各強誘電体ディテクターエレメントの電気容量より少なくとも１０分の１は小さいことが望ましい。
本発明の第２の態様によれば、サーマルディテクターデバイスを製作する方法において、（ｉ）表面と裏面を有する連結層であって、前記連結層が前記表面と裏面の間に複数の連結チャネルを含んでいるウェーハである、そのような連結層を提供する段階と、（ｉｉ）サーマルディテクターエレメントのアレーを連結層上のマイクロブリッジ構造のアレーとして作製する段階であって、各マイクロブリッジ構造は共通接点及び出力接点を含んでおり、前記共通接点のそれぞれは他の共通接点のそれぞれと電気的に接触しており、各連結チャネルはマイクロブリッジ構造の内の１つの構造上の前記出力接点と接続されている、そのような段階と、（ｉｉｉ）続いて、マイクロブリッジ構造が読出し集積回路と電気的接触状態にはあるが回路から分離された状態になるように、連結チャネルを連結層の裏面で読出しシリコン集積回路に接着する段階とから成るサーマルディテクターデバイスを製作する方法が提供される。
本方法は、少なくとも１個の追加的支えをマイクロブリッジ構造の一部として製作する段階を更に含んでいる。連結チャネルはリアクティブイオンエッチング技法により形成することもできる。
サーマルディテクターエレメントは、蒸着処理の手段によりマイクロブリッジ構造の一部分として製作してもよい。サーマルディテクターエレメントのアレーの製作は、サーマルディテクターエレメントをアニーリングする段階も含んでいる。蒸着処理又はアニーリング処理の内少なくとも１つが、シリコン読出しウェーハ上への処理に直接用いられる制限温度よりも相当高い温度で行われることが望ましい。例えば、蒸着処理又はアニーリング処理の内の少なくとも１つは、少なくとも５００℃の温度で実行されるのがよく、少なくとも７００℃の温度で行われることがより望ましい。
【図面の簡単な説明】
本発明について、例として、以下の図面を参照しながらこれより説明する。
図１は、シリコン連結層から成る、本発明のサーマルディテクターアレーの一部を示す概略断面図である。
図２は、多孔性セラミック連結層から成る、本発明のサーマルディテクターアレーの一部を示す概略断面図である。
図３は、図１のマイクロブリッジ構造の１つの拡大平面図である。
図４は、サーマルディテクターアレーにおけるマイクロブリッジ構造エレメントのアレーの概略平面図である。
図５は、サーマルディテクターアレーにおけるマイクロブリッジ構造エレメントのアレーの別の構成の概略平面図である。
発明の詳細な説明
図１は、マイクロブリッジ構造３のアレーとして製作されているディテクターエレメント２のアレーから成るサーマルディテクターデバイス１の部分の概略断面図を示している。完成品のデバイスは任意数のマイクロブリッジ構造を線形又は２次元アレー配列（例：２５６ｘ１２８又は２５６ｘ２５６）で含むことができるが、ここでは３個のマイクロブリッジ構造３を示している。
各マイクロブリッジ構造３は、２本の「脚」３ａ、３ｂを有する。図示されている例では、各マイクロブリッジ構造３は、ディテクターエレメント２を挟んでマイクロブリッジ構造３用の電極を提供する２個の電極層４が脚３ａ、３ｂそれぞれに１個ずつ付いて構成されている。ディテクターエレメント２は強誘電材料から成るのが普通で、蒸着処理又はアニーリング処理或はその両方によりマイクロブリッジ構造３として製作される。
ディテクターエレメント２は、マイクロブリッジ構造自体を形成するたの十分な支えを提供する（電極３は何の支えにもならない）。しかしながら、マイクロブリッジ構造を補強するには他の支持層（図示せず）も必要になるかもしれない。特に、十分な支えを提供することのできない細いディテクターエレメント２から成るマイクロブリッジ構造には、追加的な支持層が必要とされるであろう。
マイクロブリッジ構造３のアレーは、基板材料５のウェーハの表面上に製作される。本明細書での用途に限り、この基板材料５のウェーハを、「連結層」又は「連結ウェーハ」と称することにする。各マイクロブリッジ構造３上の２つの電極層４は、連結層５の表面上の金属層即ち電極６及び７に接している。金属層６は共通電極を形成しており、各マイクロブリッジ構造３の１本の脚３ｂに共通接点で繋がっている（即ち、金属層６はマイクロブリッジエレメント３の間に接合されている）。金属層７については、各マイクロブリッジ構造３に１つの金属層７が組み込まれているが、それは各独立マイクロブリッジ構造３のもう片方の脚３ａに接合されている。連結層５がシリコンウェーハであれば、ウェーハ５は、図１に示すように、表裏両方の面が受動誘電層５ａでコーティングされていてもよい。電極層４は、ディテクターエレメント２から出力信号を収集して、それらを脚３ａ、３ｂを通して金属層６、７まで送る。連結層５の重要な特性は、アクティブな回路を１つも保有していないということであって、共通金属層６が層５の上面を横切っているだけである。
連結層５はまた、導電性のチャネル８のアレーも含んでおり、マイクロブリッジ構造３の１つ毎に１チャネルずつ含んでいる。チャネル８を「連結チャネル」と称することにする。連結層５はシリコン、硝子、又はセラミック材料或は連結チャネル８を支持できるなら何れの材料であってもよい。材料は下層のシリコンと熱膨張特性が熱的に整合していることが望ましい。
連結チャネル８は、連結層５を通ってその表面から裏面へ実質的に垂直に走っている状態が示されている。導電性連結チャネル８は、連結層５を貫いている孔又は小孔に導電性フィラメント９を充填することにより形成される。これらの導電性フィラメント９は、例えばシリコン連結層が採用されている場合等には、連結層５の本体材料から電気的に隔離されるように、誘電性材料１０内に取り付けてもよい。
サーマルディテクターデバイス１はまた、ディテクターエレメント２からの出力信号を処理するための読出し集積回路（ＲＯＩＣ）も含んでおり、この回路は通常シリコンウェーハ１１でできている。連結層５の表面で、各連結チャネル８は、関連するマイクロブリッジ構造３の脚３ａと電極４を介して接触している金属層７と接触している。各連結チャネル８は、従って、関連するディテクターエレメント２と電気的に接触していることになる。ディテクターエレメント２からの出力信号は、従って、脚３ａ、３ｂを通して金属層６、７へ送られ、金属層７から当該信号は連結チャネル８を介して送られる。連結層５は従って、出力信号をディテクターエレメント２から読出しウェーハ１１へ導く手段を提供すると同時に、一方では連結層５は、マイクロブリッジ構造３を、ひいてはディテクターエレメント２を読出しウェーハ１１から隔離していることになる。
連結層５の裏面で、連結チャネル８は導電性パッド１２に接続されている。これらの導電性パッド１２をシリコン読出しウェーハ１１上の入力パッド１４に接続するために、はんだ接着剤１３が使用できる。はんだを使用したバンプボンディングの処理は、当業者にとっては従来からのものである。
シリコン読出しウェーハ１１上の入力パッド１４は、誘電不動態化又は金属間誘電層１５上に設けてもよい。実際には層１５は少なくとも２層の誘電層から成るものであるが、明快さを期すために、図１では層１５を単一層として示している。この層（又は複数の層）１５内で、入力パッド１４は、読出しウェーハ１１上の金属被覆構造の一部を形成している金属層１６に接続されている。金属層１６は、入力パッド１４の信号を次の増幅器前入力（図示せず）に接続する。
図１に示すサーマルディテクターデバイスに関して、マイクロブリッジ構造３の製作及び後続の強誘電体ディテクター材料２の蒸着又はアニーリングは、シリコン読出しウェーハ１１の連結層５へのバンプボンディングに先立って実行される。強誘電体材料２の蒸着又はアニーリングに関する温度制限は、従って、シリコン読出しウェーハ１１及びその回路の残存により左右されるのではなく、連結層５と共通電極用及び導電接点と導電チャネル用に使用される材料によってのみ制限を受けることになる。
より優れた強誘電体サーマルディテクター性能を実現するためには、マイクロブリッジ構造としての強誘電体材料の製作は、シリコン読出しウェーハがマイクロブリッジ構造エレメント及び強誘電体材料に直接接続される場合のデバイス構成の製作を実現することが可能な温度よりも高い温度で実行するのが望ましい。このような既知のデバイス構成については、この温度制限は４５０℃から５５０℃の間であるのが普通である。ディテクター性能は強誘電体材料の蒸着又はアニーリング温度に伴い向上することから、より高温で強誘電体蒸着又はアニーリングを実行すると、ディテクター性能が強化される。更に高温（例：７００℃−９００℃）では、更にデバイスの性能が向上する結果となる。本発明は、このような高い製作温度が使用できるようにしていることと、これにより性能のより優れた強誘電体サーマルディテクターアレーが製作できるようにしている点で有益である。
強誘電体材料２をマイクロブリッジ構造３として製作する過程は、強誘電体材料を５００℃より高い温度で蒸着することにより実現されることが望ましいが、７００℃より高い温度がより望ましい。代わりに、製作過程は、最初にマイクロブリッジ構造上に材料を蒸着して、次にその材料をアニールするという具合にしてもよく、その場合には蒸着処理はより低いより実用的な温度で実行され、アニーリングは必要とされるディテクター性能を実現するためにより高温で行われることになる。ディテクターエレメントの蒸着又はアニーリングの処理は、当業者には従来通りのことである。
連結層５、その共通電極６、そのウェーハを通しての連結材料は、使用されている何れの導電性材料及び絶縁性材料をも含め、強誘電体材料にとって高い蒸着温度又は高いアニーリング温度が使えるように選定される。材料は従って、５００℃を越える温度、より望ましくは７００℃より高い温度に耐えることができねばならない。本明細書の用途上、必要とされる蒸着又はアニーリング温度に耐えることのできる材料は、蒸着又はアニーリング温度で、溶融、割れ、裂け、又は離層を起こさない材料を指すものと捉えられるべきである。
連結層５は、シリコンウェーハ、又は例えば、パイレックス硝子又はアルミナのような熱膨張の点でシリコンとよく似ている硝子又はセラミック材料であってもよいし、又は連結チャネル８を支えられるものなら、そして望ましくは熱膨張特性が下層のシリコンに熱的に整合している材料であれば何れの材料であってもよい。連結チャネル８の導電性材料９は通常ポリシリコンであり、気相から蒸着できるのが便利である。代わりに、導電性フィラメントは、蒸気蒸着金属、電気めっき金属、化学めっき金属、例えば銅、金、タングステン、又はニッケルを使用して形成してもよいし、アルミニウムの拡散チャネルから形成してもよい。連結チャネル８の誘電性材料１０は、連結層材料から形成された酸化層又は窒化層でもよいし、蒸着膜又は誘電性材料であってもよい。
マイクロブリッジ構造アレーを、強誘電体特性を強化するために必要な高い温度で製作した後、連結層５は、金属パッド１２と１４を濡らすはんだ接着剤１３を介してシリコン読出し層１１にはんだバンプボンディングすることができる。これは、はんだ技術又はよく知られた技術を用いて行ってもよい。代わりに、金属パッド１２と１４の間の接着は、接合される面を適する金属でコーティングして接点上に冷間圧接し圧力を加えることによって行うこともできる。
はんだ接着に用いられる温度により生じる負荷及び損傷を避けるためには、連結ウェーハ５の材料の熱膨張特性が、シリコン読出しウェーハ１１の熱膨張特性とよく整合している必要がある。シリコン自体又はパイレックス硝子を含めたいくつかの硝子等の材料は、シリコンの熱膨張との差が３０％未満であるので特に適している。先に述べたように、シリコン連結層５が使われるなら、導電性チャネル９を連結層５の本体材料から電気的に隔離することが望ましい。
通常、連結層５は厚さが０．１−１ｍｍの範囲であってもよいが、その表裏面に実行される処理段階のための十分な剛性を提供できるように、０．５ｍｍ程度の厚さであるのが望ましい。普通は、連結チャネル８の直径は、１０−５０μｍの間でよい（図１及び２は縮尺通りには図示していない）。
代わりに、連結チャネル８を連結層５を通して容易に形成するため、層５は、周囲を取り囲む、より厚みのある支持材料の「額縁」内のアレーのエレメントの区域に亘って（即ちアレーのマイクロブリッジ構造３の区域に亘って）１００−２００μｍの厚さまで薄くしてもよい。このような層５も、マイクロブリッジ構造３のアレーの製作を可能にするのに機構的に安定しているであろう。
多孔性シリコン技術（例：１９９６年１月、Ｖ．リーマン、によるＪ．電気化学学会誌、第１４３巻、第１、３８５−３９０頁）が、シリコン連結ウェーハ５の連結チャネル８をエッチングするために使用できる。この技術により、小直径の小孔若しくはチャネルをシリコンウェーハを通して大きなアスペクト比（長さ／直径）でエッチングすることができる。この技術を用いると、シリコン連結層５内に連結チャネル８の実質的に規則正しいアレーを実現することができる。連結チャネル８の壁部は、例えばポリシリコン導電性材料９の蒸着前に酸化してもよい。連結チャネル８の壁部の酸化及びポリシリコン導電性材料９の蒸着は、超小型電子製造技術において使用されている従来の技術である。代わりに連結チャネル８は、反応性気体をプラズマ中で使用するリアクティブイオンエッチング技術により、シリコンウェーハを通して規則的なアレーにエッチングしてもよい。
図２は、アルミナ連結層５から成る、本発明の代わりの実施例を示す。先のように、マイクロブリッジ構造３は２本の脚３ａ、３ｂを有し、２個の電極層４の間に挟まれた強誘電体材料２から成っていることが分かる。この構成では、連結層５は、ウェーハを通しての接続が必要とされる領域（影付きのマイクロチャネル１８）を除いて、電気絶縁性材料５ａでキャップされたマイクロチャネル（又はマイクロポア）１７のアレーを有するものとして示される。この領域では、マイクロチャネル１８には、必要とされる導電手段を形成できるように、電気めっき、化学めっき、又は他の方法により金属が充填されている。代わりに、全マイクロチャネルに金属を充填して、接続を提供する必要の無いマイクロチャネルに電気絶縁性材料５ａをキャップする方がより便利であるかもしれない。セラミック又はガラス材料からできている連結層に関しては、導電フィラメントを本体の連結層材料自体から絶縁する必要はないであろう。
アルミナ連結ウェーハが使用されるなら、マイクロチャネル１７、１８を連結層５に形成するために電気化学陽極酸化技術を使用してもよい（例：１９９２、Ｊ．Ｐｈｙｓ、Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ第２５、１２５８−１２６３頁のＭ．サイトウ他による「アルミニウム上の多孔性酸化物増殖の理論的模型構成」）。電気化学陽極酸化の処理が使用される場合、連結層５内に形成されるマイクロチャネル１７、１８は、通常、図２に示すように、間隔が不規則になる。この事例で、マイクロチャネル１７、１８の間隔が規則的とはならない場合、又はマイクロチャネルの数がマイクロブリッジ構造３の数ひいてはディテクターエレメント２の数と整合しない場合、マイクロチャネルのグループを集合的に使用して、マイクロブリッジ構造電極７の位置に対応する位置に必要な連結が形成されるようにしてもよい。重要なことは、マイクロチャネルの連結グループは大体規則的な間隔となるので、規則的間隔であるマイクロブリッジ構造３に対して接続が提供できるということである。これは、マイクロチャネル１８に、層を通しての連結が必要な箇所を除き、酸化物（又は電気絶縁性材料）５ａを充填、又はキャップすることにより実現される。標準的な電気めっき技術を使用して、これら接触区域に金属充填を行うこともできる。例えば、アルミナ連結ウェーハ５をこの方法で使用すると、均一なマイクロチャネル、普通は直径が６０ｎｍまでのマイクロチャネルが、通常１００μｍ程度の深さまで形成されることになる。
ガラス連結層が使用され、アレーのエレメントの区域に亘って厚さが１００−２００μｍの範囲まで薄くされるなら、ガラスは機構的に安定しておりマイクロブリッジ構造のアレーを製作することが可能であろう。しかしながら、ディテクターエレメントの製作において蒸着又はアニーリングが可能な温度は、ガラスの軟化温度、即ち６００℃の領域に制限される。アルミナのようなセラミック膜はもっと高い温度が使用できるであろう。
漂遊電気容量が高いとデバイスの性能が下がるので、共通電極６と連結チャネルの形状及び構造が、シリコン読出しウェーハへの入力に高漂遊電気容量を負わせないことが重要である。強誘電体材料ディテクター材料が場面から表像される赤外線照射を吸収するとき、強誘電体ディテクター材料から引き出される応答度は、ディテクターエレメント電気容量と後続の増幅器（図示せず）への入力での漂遊容量との合計に反比例する。漂遊容量は、従ってディテクターエレメント電気容量と比べ小さく保たれなければならない。
本発明は、１００μｍ乃至２５μｍの範囲のエレメント間ピッチ（即ちディテクターエレメント２の間隔）を有するサーマルディテクターアレーに関係している。蒸着された強誘電体材料２の厚さは１μｍ乃至０．１μｍにばらつくであろう。ディテクターエレメント用に使用される強誘電体材料の相対誘電率は、実際の材料とその作動上の電気的なバイアス及び温度次第で、３００から５０００まで変化するであろう。エレメント電気容量は、従って、１ピコファラドから３ナノファラドまでの範囲であろうが、２乃至５０ピコファラドであれば望ましい。
例えば、図１に示すように、シリコン連結ウェーハを使用する場合、連結チャネル８は、連結層５を通して２０μｍほどの厚さのチャネルをエッチングして、そのチャネルを数ミクロンの厚さを有する酸化物でコーティングし、電気めっき金属の中芯９で充填することにより形成することができる。このような連結チャネル８は、シリコンの厚さ１ミリメートル当たり０．３ピコファラドの範囲の電気容量を有する。このように、連結層５はミリメートルレベルの厚さを有するので、所望されるように、漂遊容量はディテクターエレメント電気容量より相当下のレベルに確実に保持されることになる。
隣接する連結芯９の間の漂遊容量に起因するエレメント間のクロスカップリングを避けるためには、適した導電率を有する導電性又は半導電性連結ウェーハ５を使用して、共通電極６に接続され、アレーエレメントにとっての共通アースを形成できるようにすることが望ましい。例えば、シリコンの連結ウェーハは、必要な導電率を実現するために、超小型電子工学で使用される従来技術によりドーピングしてもよい。
図３は、図１のアレーの簡略化された単一のマイクロブリッジ構造３の拡大平面図である。２本の脚３ａ、３ｂが、上部電極層４の両側で下へ傾斜しているのが示され、その下にはディテクターエレメント２及び下部金属層５があって（層２及び層５は図３では隠れている）、脚３ａの基部は連結層５の表面の金属層７と接触している。接触の位置は、脚３ａの基部に沿った何れの点でもよいのであるが、この図では接触位置は脚３ａの基部の大凡真ん中に示されている。脚３ａの基部と金属層７との間に電極４を介して適切な接点を作るためには、少なくとも１μｍ2の接合域をあたえるために、連結層５の表面上に適した金属被覆を必要とする。この図では、連結チャネルの導電チャネル９は紙面の奥に向かっている。図３に示す構造の形状は、エレメントから連結ウェーハへの熱コンダクタンスを最低にすることを期待されておらず、エレメントの両側下向きに伸びる、又はその下に折り曲げられた狭く長い脚を有する構造が望ましく、当業者には周知である。
図４及び５は、複合サーマルディテクターデバイス１の平面図であり、マイクロブリッジ構造配列の異なる２通りの構成を示している。明快さを期すため、マイクロブリッジ構造３の全部及びそれらの全コンポーネントに番号を付けているわけではなく、各マイクロブリッジ及び連結層の詳細な構造は図示していない。図３では、マイクロブリッジ構造３は全て、脚３ａ、３ｂのようなよく似た配置を有し、従って金属接点６、７（図１参照）は規則的な間隔で配置されている。この配列は、図１及び２に示すように、規則的な間隔の連結チャネル８を有する連結層５と互換性がある。
連結層５を貫いて形成されるチャネルの直径は連結チャネルピッチのかなりのところまでばらつくので、２個以上のフィラメントコンダクターが、別々のコンダクターフィラメント間に電気的接続の無い状態で、独立した連結チャネル８内に確立されることになる。図５に示す構成では、マイクロブリッジ構造３は、４個の隣接するマイクロブリッジ構造３の脚３ａ上の接点が互いに近接するように構成されており、それにより連結層５の表面上の電極の形状の簡略化が図られている。幾何学的配置をこのようなものとすると、しかしながら、ＲＯＩＣのインタフェースのはんだ又はバンプボンディングにとっての幾何学的配置がより密に詰まったものとなることになる。
連結層の表面上のマイクロブリッジ構造３の配置は、図４及び５の例に示す特定の幾何学的形状に制限されるものではない。
サーマルディテクターデバイス１は、ディテクターエレメントをマイクロブリッジ構造上に蒸着又はアニーリングするためにより高い製作温度が使え、それにより優れた性能の強誘電体又はマイクロボロメータサーマルディテクターアレーの製作を可能にするという点で有用である。従って、本デバイス製作方法は、シリコン加工技術にも容易に適用できるものである。
【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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