(57)【要約】  ウェハ・レベル集積熱型検出器は、互いに接合された第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とを備える。第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板上に堆積された誘電体犠牲層１０２と、犠牲層又は基板上に堆積された支持層１０４と、支持層内の開口１０６に設けられた懸架アクティブ素子１０８と、懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞１１０及び第２の真空封止空洞１０６とを含む。第１の真空封止空洞１１０は、懸架アクティブ素子１０８の位置において犠牲層１０２へと延在する。第２の真空封止空洞１０６は、接合された第２のウェハによって閉じられた、支持層１０４の開口を含む。熱型検出器は、外部から第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置１２０と、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器１１２と、懸架アクティブ素子を読出し回路１１８に接続するための電気接続部１１４とをさらに備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、前記第１のウェハは、誘電体又は半導体の基板、前記基板の上に堆積されたウェハ幅の又はパターン形成された局所的な誘電体の犠牲層、前記誘電体若しくは半導体の犠牲層又は前記基板の上に堆積された支持層、及び前記支持層の開口内に設けられた懸架アクティブ素子を含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
前記懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、前記第１の真空封止空洞は、前記懸架アクティブ素子の位置において前記犠牲層に延在し、前記第２の真空封止空洞は、前記接合された第２のウェハによって閉じられている、前記支持層の前記開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
前記懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備える、ウェハ・レベル集積熱型検出器。
【請求項２】
前記第１のウェハ及び前記第２のウェハは、フュージョン活性化接合、プラズマ活性化接合、熱圧着接合、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用してウェハ接合されている、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項３】
前記電気接続部は、好ましくは熱圧着接合、別のタイプの金属ベースの接合、又はチップ接合によって、第３のウェハの上の集積読出し回路に接続されるように構成されている、請求項１又は２に記載の集積熱型検出器。
【請求項４】
前記前方光学装置は、透過性基板、基板内の窓、反射防止コーティング、レンズ、フィルタ、前方ミラー、制御可能な移動式前方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ以上を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項５】
前記後方反射器は、後方ミラー、金属の後方ミラー、分布ブラッグ反射器、制御可能な移動式後方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ以上を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項６】
前記後方反射器は、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、透過性基板若しくは窓の後ろの、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に設けられる、請求項１〜５の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項７】
前記支持層は、前記懸架アクティブ素子の機械的連結及び電気的接続のために、前記開口の周辺部に、より薄い肩部分をさらに備え、前記より薄い肩部分は、好ましくは前記第１のウェハの接合表面からオフセットされている、請求項１〜６の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項８】
前記後方反射器は、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、透過性基板若しくは窓の後ろの、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に設けられる、請求項１〜７の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項９】
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器を備え、前記可動反射器の両側に真空の空間が存在する、請求項１〜８の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項１０】
前記ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器と前記可動反射器との両方が、前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの同じ前記一方に、前記懸架アクティブ素子の前側に配置されている、請求項９に記載の集積熱型検出器チップ。
【請求項１１】
前記可動反射器は、前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの前記一方に、前記懸架アクティブ素子の裏側に配置されている、請求項９に記載の集積熱型検出器。
【請求項１２】
前記可動反射器は、前記後方反射器として機能するように構成されている、請求項１１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１３】
前記ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器は、前記懸架アクティブ素子の前側に配置されている、請求項１１又は１２に記載の集積熱型検出器。
【請求項１４】
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの前記一方の内部に前記可動反射器を機械的に支持するように構成された支持構造体を備える、請求項９〜１３の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項１５】
前記ファブリ・ペロー干渉計を同調させるために前記可動反射器を作動制御装置に接続するように構成された電気接続部を備える、請求項９〜１４の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項１６】
前記可動反射器の前記電気接続部は１対の静電駆動電極を備える、請求項１５に記載の集積熱型検出器。
【請求項１７】
前記熱型検出器は、紫外（ＵＶ）光、可視光、赤外（ＩＲ）光、テラヘルツ（ＴＨｚ）放射、及びＸ線の波長範囲のうちの１つの電磁放射を吸収するように構成されている、請求項１〜１６の何れか一項に記載の集積熱型検出器。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか一項に記載の複数の熱型検出器を備える、集積熱型検出器アレイ。
【請求項１９】
請求項１〜１７の何れか一項に記載の集積熱型検出器、又は請求項１８に記載の集積熱型検出器アレイを製造するための事前製造された中間製品であって、前記基板と、前記懸架アクティブ装置と、前記支持層と、前記懸架アクティブ装置を支持する前記誘電体の犠牲層とを含むように事前製造された前記第１のウェハを備える、事前製造された中間製品。
【請求項２０】
前記第１のウェハは、前記第１のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計、ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器、又はファブリ・ペロー干渉計の可動反射器を含むようにさらに事前製造されている、請求項１９に記載の事前製造された中間製品。
【請求項２１】
請求項１〜１７の何れか一項に記載の集積熱型検出器、又は請求項１８に記載の集積熱型検出器アレイを製造するための事前製造された中間製品であって、誘電体又は半導体の基板と、前記第２のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器とを含むように事前製造された前記第２のウェハを備える、事前製造された中間製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型センサ又は熱型検出器に関し、詳細には、抵抗ボロメータ又は熱電ボロメータなどの懸架式の熱型センサ又は熱型検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型検出器では、断熱された検出器素子によって入射ＩＲ光子が吸収され、それによって素子の温度が変化する。結果として生じる温度上昇は、ボロメータに当たる放射エネルギーの関数になる。温度変化により、検出器の、温度に対して感度をもつ電気的特性が変化し、この電気的特性は、たとえば熱電性の温度検知原理、焦電性の温度検知原理、抵抗性の温度検知原理、又は他の温度検知原理を用いて外部から測定することができる。測定を実施するために使用される回路は読出し集積回路（ＲＯＩＣ：Ｒｅａｄ  Ｏｕｔ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）として一般に知られており、通常はシリコン基板上に集積回路として製作される。熱型検出器は、紫外（ＵＶ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光、可視光、赤外（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）光、テラヘルツ（ＴＨｚ）放射、及びＸ線などの種々のタイプの電磁放射を吸収するように構成することができる。
【０００３】
熱型検出器では信号を生成するために温度変化が必要とされ、また雑音を最小限に抑えるために冷却される光検出器とは対照的に、一般に冷却が必要とされない。これらの検出器は、入射する放射から生じる温度変化に依存するので、その周囲から断熱されていなければならず、放射に対して迅速に応答するために熱容量が小さくなければならない。
【０００４】
従来の懸架検出器、たとえばマイクロボロメータの例示的な概略図が図１に示してある。通常、電磁放射は吸収メンブレン１０によって吸収され、この吸収メンブレン１０は、アンカー点又は支持スタッド８を介して基板１３に固定された断熱アーム９を用いて、反射金属層１２の上に懸架され上に懸架されている。メンブレン１０は、マイクロボロメータの感度を向上させるために基板から断熱されている。入射放射が吸収されると、断熱されたボロメータ・メンブレンは、その温度を上昇させる。温度変化は吸収された放射のエネルギーに相関し、またメンブレンのボロメータ・サーミスタ材料の電気抵抗など、測定可能な電気的パラメータの変化で測定される。メンブレン１０と反射金属層１２の間に共振空洞１１が形成される。空洞１１は、入射ＩＲ放射の吸収度を増幅させるとともに断熱を可能にするために使用される。
【０００５】
マイクロボロメータ検出器アレイを使用して、入射放射（通常は赤外線）の焦点面を検知することができる。２次元アレイでの熱型検出器の集合体は、焦点面アレイ（ＦＰＡ：ｆｏｃａｌ  ｐｌａｎｅ  ａｒｒａｙ）と呼ばれる。画素として機能する各マイクロボロメータを用いて、各マイクロボロメータの抵抗の変化を、モニタに表示されるか又はコンピュータに記憶され得る時間多重化された電気信号に変換することにより、入射赤外放射の２次元の画像表現又は図形表現を生成することができる。この変換を実施するために使用される回路は一般に読出し集積回路（ＲＯＩＣ）として知られており、一般にシリコン基板上に集積回路として製作される。次いで、ＲＯＩＣの上にマイクロボロメータ・アレイを製作することができる。
【０００６】
マイクロボロメータはいかなる冷却も受けないので、吸収材料は下部のＲＯＩＣから断熱されなければならず、懸架構造により、これを行うことが可能になる。画素のアレイが作られた後、マイクロボロメータは、装置の寿命を伸ばすために真空下でカプセル化される。場合によっては、製造プロセス全体が真空を破壊することなく実施される。ＭＥＭＳベースのボロメータ・アレイの重要な利点は、この技術が低コストのウェハ・レベル真空パッケージングをもたらす可能性があることである。手法の１つは、ＲＯＩＣ基板ウェハの上に設けられたボロメータ画素又は画素アレイＦＰＡの上にシリコンＩＲ窓を備えた蓋を形成するウェハ・スケール・パッケージである。
【０００７】
非特許文献１には、非冷却赤外ボロメータ技術の歴史的発展の概要、様々な技術概念、ボロメータの設計手法、及びボロメータ材料が示されている。
【０００８】
非特許文献２には、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）装置及び集積回路（ＩＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）構成要素を集積及びパッケージングするための様々な手法が開示されている。これらには、複数のチップのハイブリッド集積に基づく手法（マルチ・チップ・ソリューション）、並びにウェハ・レベルのモノリシックな集積技法及びヘテロジニアスな集積技法に基づくシステム・オン・チップ・ソリューションが含まれる。
【０００９】
非特許文献３には、ウェハ直接接合プロセスが開示されている。
【００１０】
非特許文献４には、ＭＥＭＳファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ：Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の概念、構造、及び製造プロセスの実例が開示されている。ＦＰＩは、同調可能な光学的バンド・パス・フィルタである。また、誘電体多層ミラー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）構造体が開示されており、具体的には、シリコン／空気複数層の特定のタイプのＤＢＲをベースとして小型ＦＰＩを生産するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の使用法が略述されている。
【００１１】
非特許文献５には、検出器又は撮像ＦＰＡにハイブリッド接合される同調可能なファブリ・ペロー空洞が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】MEMS-Based Uncooled Infrared Bolometer Arrays - A Review, F Niklaus et al, MEMS/MOEMS Technologies and Applications III, Proc. of SPIE Vol. 6836, 68360D, (2007)
【非特許文献２】Review Article: Integrating MEMS and ICs, AC Fischer et al, Microsystems & Nanoengineering (2015) 1, 15005; doi:10.1038/micronano.2015.5; 28 May 2015
【非特許文献３】Direct wafer bonding for MEMS and microelectronics, Suni T., VTT Publications 609, Espoo 2006, ISBN 951-38-6851-6
【非特許文献４】Silicon-based surface micromachined interferometers for infrared wavelengths, Mikko Tuohiniemi, Aalto University publication series, Doctoral dissertations 54/2015, 18 March 2015, ISBN 978-952-60-6177-8
【非特許文献５】Suspended Large-Area Mems-Based Optical Filters, Tripathi et al, Journal of Microelectromechanical Systems, August 2015, p. 1102-1110
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、新規なウェハ・レベル集積懸架熱型検出器構造体を提供することである。本発明の態様には、独立請求項に記載のウェハ・レベル集積懸架熱型検出器、検出器アレイ、及び事前製造された中間製品が含まれる。本発明の好ましい実施例は、従属請求項に開示されている。
【００１４】
本発明の一態様は、
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、第１のウェハが、誘電体又は半導体の基板と、基板上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層と、誘電体又は半導体の犠牲層又は基板上に堆積された支持層と、支持層内の開口に設けられた懸架アクティブ素子とを含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、第１の真空封止空洞が、懸架アクティブ素子の位置において犠牲層へと延在しており、第２の真空封止空洞が、接合された第２のウェハによって閉じられた、支持層の開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備える、ウェハ・レベル集積熱型検出器である。
【００１５】
熱型検出器の一実施例では、第１のウェハと第２のウェハは、フュージョン活性化接合（ｆｕｓｉｏｎ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｂｏｎｄｉｎｇ）若しくはプラズマ活性化接合（ｐｌａｓｍａ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｂｏｎｄｉｎｇ）、又は熱圧着若しくは別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用してウェハ接合される。
【００１６】
熱型検出器の一実施例では、電気接続部は、好ましくは熱圧着若しくは別のタイプの金属ベースの接合、又はチップ接合により、第３のウェハ上の集積読出し回路へと接続されるように構成される。
【００１７】
熱型検出器の一実施例では、前方光学装置は、透過性基板、基板内の窓、反射防止コーティング、レンズ、フィルタ、前方ミラー、制御可能な移動式前方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ又は複数を備える。
【００１８】
熱型検出器の一実施例では、後方反射器は、後方ミラー、金属の後方ミラー、分布ブラッグ反射器、制御可能な移動式後方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ又は複数を備える。
【００１９】
熱型検出器の一実施例では、後方反射器は、第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、又は透過性基板若しくは窓の後ろの、第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に提供される。
【００２０】
熱型検出器の一実施例では、支持層は、懸架アクティブ素子の機械的連結及び電気的接続のために、開口の周辺部に、より薄い肩部分をさらに備え、好ましくは、より薄い肩部分は第１のウェハの接合表面からオフセットされる。
【００２１】
熱型検出器の一実施例では、後方反射器は、第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、又は透過性基板若しくは窓の後ろの、第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は第１のウェハ及び第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に提供される。
【００２２】
熱型検出器の一実施例では、熱型検出器は、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの一方にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器をさらに備え、可動反射器の両側に真空の空間が存在する。
【００２３】
熱型検出器の一実施例では、ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器と可動反射器の両方が、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの同じ一方の、懸架アクティブ素子の前側に配置される。
【００２４】
熱型検出器の一実施例では、可動反射器は、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの一方の、懸架アクティブ素子の裏側にある方に配置される。
【００２５】
熱型検出器の一実施例では、可動反射器は、前記後方反射器として機能するように構成される。
【００２６】
熱型検出器の一実施例では、ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器は、懸架アクティブ素子の前側に配置される。
【００２７】
熱型検出器の一実施例では、熱型検出器は、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞のうちの一方の内部に可動反射器を機械的に支持するように構成された支持構造体をさらに備える。
【００２８】
熱型検出器の一実施例では、熱型検出器は、ファブリ・ペロー干渉計を同調させるために可動反射器を作動制御装置に接続するように構成された電気接続部をさらに備える。
【００２９】
熱型検出器の一実施例では、可動反射器の電気接続部は、１対の静電駆動電極を備える。
【００３０】
熱型検出器の一実施例では、熱型検出器は、以下の波長範囲、すなわち紫外（ＵＶ）光、可視光、赤外（ＩＲ）光、テラヘルツ（ＴＨｚ）放射、及びＸ線のうちの１つの電磁放射を吸収するように構成される。
【００３１】
本発明の一態様は、熱型検出器の任意の実施例に記載の複数の熱型検出器を備える集積熱型検出器アレイである。
【００３２】
本発明の一態様は、集積熱型検出器の任意の実施例に記載の集積熱型検出器、又は集積熱型検出器アレイの任意の実施例に記載の集積熱型検出器アレイを製造するための事前製造された中間製品であって、基板と、懸架アクティブ装置と、支持層と、懸架アクティブ装置を支持する誘電体犠牲層とを含むように事前製造された第１のウェハを備える、事前製造された中間製品である。
【００３３】
事前製造された中間製品の一実施例では、第１のウェハは、第１のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計、ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器、又はファブリ・ペロー干渉計の可動反射器を含むようにさらに事前製造される。
【００３４】
本発明の一態様は、集積熱型検出器の任意の実施例に記載の集積熱型検出器、又は集積熱型検出器アレイの任意の実施例に記載の集積熱型検出器アレイを製造するための事前製造された中間製品であって、誘電体又は半導体の基板と、第２のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器とを含むように事前製造された第２のウェハを備える、事前製造された中間製品である。
【００３５】
以下では、添付図面を参照し、例示的な実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示的な従来の懸架検出器の概略図である。
【図２Ａ】本発明の一態様による例示的な懸架検出器の概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一態様による例示的な懸架検出器の概略図である。
【図３Ａ】本発明の一態様による例示的な懸架検出器アレイの概略図である。
【図３Ｂ】本発明の一態様による例示的な懸架検出器アレイの概略図である。
【図３Ｃ】本発明の一態様による例示的な懸架検出器アレイの概略図である。
【図４Ａ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図４Ｅ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図４Ｆ】本発明の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに提供され得る前方光学装置の実例を示す図である。
【図５Ａ】ウェハＷ１において懸架アクティブ熱型素子への電気接続部を実施する実例を示す図である。
【図５Ｂ】ウェハＷ１において懸架アクティブ熱型素子への電気接続部を実施する実例を示す図である。
【図５Ｃ】ウェハＷ１において懸架アクティブ熱型素子への電気接続部を実施する実例を示す図である。
【図５Ｄ】ウェハＷ１において懸架アクティブ熱型素子への電気接続部を実施する実例を示す図である。
【図６Ａ】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図６Ｂ】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図６Ｃ】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図７】ウェハＷ２の裏側に位置する後方反射器１１２を備えた例示的な懸架検出器を提供する概略図である。
【図８Ａ】後方反射器が分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として実施されている例示的な懸架検出器の概略図である。
【図８Ｂ】後方反射器が分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として実施されている例示的な懸架検出器の概略図である。
【図８Ｃ】後方反射器が分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として実施されている例示的な懸架検出器の概略図である。
【図９Ａ】熱圧着ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図９Ｂ】熱圧着ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図９Ｃ】熱圧着ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図１０】熱圧着ウェハ接合を使用した、本発明の一態様による別の例示的な懸架検出器２０の概略図である。
【図１１】熱圧着ウェハ接合を使用した、本発明の一態様による本発明の態様による複数の熱型検出器を備える例示的な懸架検出器アレイの概略図である。
【図１２】熱圧着ウェハ接合を使用した、本発明の一態様による複数の熱型検出器を備える例示的な懸架検出器アレイの概略図である。
【図１３Ａ】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図１３Ｂ】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図である。
【図１４Ａ】真空中に提供されたファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の可動反射器を有する、本発明の一態様による例示的なウェハ・レベル集積熱型検出器２０の概略図である。
【図１４Ｂ】真空中に提供されたファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の可動反射器を有する、本発明の一態様による例示的なウェハ・レベル集積熱型検出器２０の概略図である。
【図１５】フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用した、図１４Ｂの態様による例示的な懸架検出器２０のより詳細な概略図である。
【図１６】熱圧着ウェハ接合を使用した、図１４Ｂの態様による例示的な懸架検出器２０のより詳細な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本明細書に提示されている概略図には、電気絶縁層、真空封止層、保護層、反射防止層、接合層などの、検出器に存在する場合がある種々の任意選択の特徴及び詳細、代替の特徴及び詳細、並びに好ましい特徴及び詳細が示されていない場合があることを理解されたい。こうした特徴の実例は、さらに以下の様々な実施例において示される。誘電体又は半導体の基板上にＭＥＭＳ装置を製造し、ウェハ接合するための詳細な製造プロセス及び材料の実例は、上記の刊行物である、非特許文献４及び非特許文献３に示されており、これらの刊行物は参照により本明細書に援用される。本発明の実施例は、紫外（ＵＶ）光、可視光、赤外（ＩＲ）光、テラヘルツ（ＴＨｚ）放射、及びＸ線を含めた幅広い波長に適用することができる。誘電体基板材料の実例には、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が含まれる。ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３は、特に４μｍ未満の波長に使用することができる。半導体基板材料の実例は、単結晶シリコン、又はポリシリコン若しくはポリＳｉとも呼ばれる多結晶シリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳなどの化合物半導体である。本発明の実施例は、半導体装置の電気的特性の温度依存性（たとえば電流電圧曲線）を使用して温度を検知する熱電素子、抵抗性熱型素子、又はアクティブ半導体構成要素をベースとする熱型素子など、任意のタイプの懸架アクティブ熱型素子に適用することができる。図２Ａ及び図２Ｂには、本発明の一態様によるいくつかの基本原理を示す例示的な懸架検出器の概略図が示してある。ウェハ・レベル集積熱型検出器２０は、互いに接合された第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とを備える。第１のウェハＷ１は、基板１００と、誘電体又は半導体の基板１００上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２、又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２の周りの基板１００上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けられた懸架アクティブ熱型素子１０８とを含むことができる。図２Ａに概略的に示すように、懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護するウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層１０２の上に位置することができる。第２のウェハＷ２は、懸架熱型素子１０８に光を反射するように構成された後方反射器１１２を備えることができる。
【００３８】
本発明の実施例では、ウェハＷ１及びＷ２のうちの少なくとも一方は、事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００３９】
本発明の実施例によれば、ウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００上に少なくとも局所的に堆積された誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層上の懸架アクティブ熱型素子１０８とを少なくとも含み、好ましくは誘電体又は半導体の支持層１０４も含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４０】
本発明の実施例では、ウェハＷ１は、外部から懸架アクティブ熱型素子１０８に放射を入射するのに適した前方光学装置１２０をさらに含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４１】
本発明の実施例では、ウェハＷ２は、少なくとも後方反射器１１２を含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４２】
図２Ｂに概略的に示すように、犠牲層１０２は、懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前にアクティブ素子１０８をリリースするように設計され得る。犠牲層１０２へと延在するように第１の真空封止空洞１１０が設けられ、好ましくは、第１の真空封止空洞１１０は全体として、又は少なくとも部分的に、懸架アクティブ素子１０８の位置において犠牲層１０２の除去部分に画定される。第２の真空封止空洞が、たとえば接合された第２のウェハＷ２によって閉じられた、支持層１０４の開口又は凹部において、懸架アクティブ熱型素子１０８の反対裏側に提供され得る。前方光学装置１２０は、外部から第１の真空封止空洞１１０に放射を通過させるように構成され得る。後方反射器１１２は、第２の真空封止空洞１０６に光を反射するように構成され得る。
【００４３】
さらに、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）、又は別のタイプの読出し手段などの外部回路に懸架アクティブ素子１０８を接続するために、電気接続手段１１４を提供することができる。図２Ａ及び図２Ｂに示す実例では、検出器チップ２０はＲＯＩＣの上部にマウントされ、ＲＯＩＣに接続されている。
【００４４】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃには、本発明の一態様によるいくつかの基本原理を示す例示的な懸架検出器アレイの概略図が示してある。検出器アレイは、図２Ａ及び図２Ｂに示した本発明の態様による検出器などの複数の熱型検出器を備えるものと考えることができる。したがって、ウェハ・レベル集積熱型検出器アレイ・チップ２００は、互いに接合された第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とを備えることができる。アレイ２００は１次元又は２次元のＭ×Ｎアレイでもよく、Ｍ及びＮは正の整数である。第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２又は基板１００上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の対応する開口又は凹部１０６のＭ×Ｎアレイに設けられた、懸架アクティブ熱型素子１０８のＭ×Ｎアレイとを含むことができる。第２のウェハＷ２は、懸架熱型素子１０８に光を反射するように構成された後方反射器１１２を備えることができる。
【００４５】
本発明の実施例では、ウェハＷ１及びＷ２のうちの少なくとも一方は、事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４６】
本発明の実施例によれば、ウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層上の懸架アクティブ熱型素子１０８のＭ×Ｎアレイとを少なくとも含み、好ましくは誘電体又は半導体の支持層１０４も含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４７】
本発明の実施例では、ウェハＷ１は、外部から懸架アクティブ熱型素子１０８に放射を入射するのに適した前方光学装置１２０をさらに含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４８】
本発明の実施例では、ウェハＷ２は、後方反射器１１２の１次元又は２次元のＭ×Ｎアレイをさらに含むように事前製造された中間製品を備えてもよい。
【００４９】
図３Ａに概略的に示すように、それぞれの懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護するウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層１０２の上に位置することができる。図３Ｂに概略的に示すように、犠牲層１０２は、Ｍ×Ｎ個の懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前にアクティブ素子１０８をリリースするように構成され得る。やはり犠牲層１０２に延在するように第１の真空封止空洞１１０を提供することができ、好ましくは、第１の真空封止空洞１１０は全体として、又は少なくとも部分的に、各懸架アクティブ素子１０８の位置において犠牲層１０２の除去部分に画定される。これにより、図３Ｂに示すように、犠牲層１０２のうちの残された中間部分によって、又は基板上に堆積された支持層１０４によって互いから隔てられた、第１の真空封止空洞１１０の１次元又は２次元のＭ×Ｎアレイを提供することができる。別法として、犠牲層１０２は、真空封止空洞１１０が互いから隔てられるのではなく、図３Ｃに示すように互いに連結して広幅の１つの真空封止空洞２１０を形成するように、懸架アクティブ素子１０８のアレイ全体にわたって除去されるように構成されてもよい。第２の真空封止空洞が、たとえば接合された第２のウェハＷ２によって閉じられた、支持層１０４の開口又は凹部１０６において、各懸架アクティブ熱型素子１０８の反対側に提供され得る。それにより、第２の真空封止空洞１０６の１次元又は２次元のＭ×Ｎアレイが提供される。第１のウェハＷ１には、外部からそれぞれの第１の真空封止空洞１１０に放射を入射するのに適した前方光学装置１２０も設けることができる。後方反射器１１２の１次元又は２次元のＭ×Ｎアレイは、それぞれの第２の真空封止空洞１０６に光を反射するように構成され得る。
【００５０】
さらに、外部回路、こうした読出し集積回路（ＲＯＩＣ）、又は別のタイプの読出し手段に各懸架アクティブ素子１０８を別々に接続するために、電気接続手段１１４を提供することができる。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示した実例では、検出器アレイ・チップ２００はＲＯＩＣの上部にマウントされ、ＲＯＩＣに接続されている。
【００５１】
本発明の任意の態様による熱型検出器又は熱型検出器アレイに設けることができる前方光学装置１２０の実例が、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、及び図４Ｆに概略的に示してある。これらの概略図には、前方光学装置の種々の実装形態に存在する場合がある種々の任意選択の特徴及び詳細、代替の特徴及び詳細、並びに好ましい特徴及び詳細が示されていない場合があることを理解されたい。各実例には２つの熱型検出器からなるアレイ向けの前方光学装置が示されているが、同様の前方光学装置は、本発明の任意の態様及び実施例による任意の熱型検出器アレイ又は個々の熱型検出器に適用することができる。
【００５２】
複数の実施例では、前方光学装置１２０は、反射を軽減するために、ウェハＷ１の前表面に反射防止コーティングを備えることができる。図４Ａには、単一膜４００を備えた例示的な反射防止コーティングが示してある。図４Ｂには、膜又は層４０２、４０４、及び４０６の積層を備えた例示的な反射防止コーティングが示してある。積層は、誘電体の膜又は層の積層によって分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が形成され得るように、屈折率が対照的な交互になる層（屈折率が低い材料、及び屈折率がより高い材料）を備えることができる。各膜又は層の厚みは、標的波長λの４分の１になり得ることが好ましい。ＩＲ波長に適した材料の実例には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳが含まれる。反射防止コーティングは、事前製造プロセス又は製造プロセス中の適した段階で、ウェハＷ１の前表面に堆積させることができる。
【００５３】
複数の実施例では、前方光学装置１２０は、反射を軽減するために、ウェハＷ１の前表面に反射防止構造体を備えることができる。図４Ｃに概略的に示すように、反射防止構造体の一実例は、交互になったポリＳｉ層４１０、４１４と空気間隙４１２、４１６の多層構造をもつポリ／空気（ｐｏｌｙ−ａｉｒ）分布ブラッグ反射器である。
【００５４】
図４Ｄに概略的に示すように、複数の実施例では、前方光学装置１２０は、懸架アクティブ素子１０８に放射を集束及び集中させるように構成された少なくとも１つのマイクロレンズ４２０を備えることができる。単一素子のレンズが存在する場合もあり、（マイクロレンチキュラ・アレイ又はレンズレット・アレイとも呼ばれる）マイクロレンズ・アレイが存在する場合もある。マイクロレンズ・アレイは、１次元又は２次元のアレイに形成された複数のレンズを含む。マイクロレンズは、事前製造プロセス又は製造プロセス中の適した段階で、ウェハＷ１の前表面に成長させ、又は配置することができる。
【００５５】
複数の実施例では、前方光学装置１２０は、事前製造プロセス又は製造プロセス中の適した段階でウェハＷ１の前表面に提供される少なくとも１つの格子、たとえば溝又は他のエンボス加工のパターンを備えることができる。
【００５６】
図４Ｅに概略的に示すように、複数の実施例では、前方光学装置１２０は、懸架アクティブ素子１０８に放射を集束及び集中させるように構成された少なくとも１つのフレネル・マイクロレンズを備えることができる。フレネル・マイクロレンズは、それぞれのゾーンが平滑な外形になった、分割された多くの環状ゾーン３０、３２、３４、３６及び３８で構築することができる。フレネル・マイクロレンズは、格子（たとえば溝又は他のエンボス加工のパターン）と、事前製造プロセス又は製造プロセス中の適した段階でウェハＷ１の前表面に提供される事前製造された単一素子のレンズ又はマイクロレンズ・アレイとによって実施することができる。
【００５７】
図４Ｆに概略的に示すように、複数の実施例では、前方光学装置１２０は少なくとも１つのファブリ・ペロー干渉計を備えることができる。ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）は、光周波数での電磁放射用のバンド・パス・フィルタであり、透過ピークとして知られている狭いパス・バンドを生じさせる。その動作は、光学的１次元共振器を形成する中間空洞４５４における、平行でしばしば平坦な、向き合った２つの反射器（ミラー）４５０と４５２の間の光学的干渉に基づく。共振波長、すなわち透過波長では、退出信号、すなわち透過信号が漏れ出し、透過ピークのスペクトルが入射信号の初期方向に伝搬する。入射信号が結合し、透過信号が出て行くために、反射器（ミラー）は、反射率が１００％であることを特徴としないが透過率も限られている半透過性の反射器でもよい。透過ピーク又は透過波長の最も重要な設計要因は、向き合った反射器の間の間隔又は間隙である。複数の実施例では、同調可能なファブリ・ペロー干渉計を備えた前方光学装置が提供され、透過ピークのスペクトル位置を同調させるために、平行な反射器又はミラーのうちの一方を動かすことができる。
【００５８】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、及び図５Ｄには、ウェハＷ１の懸架アクティブ熱型素子１０８から外部回路、こうした読出し集積回路（ＲＯＩＣ）、又は別のタイプの読出し手段への電気接続部１１４を提供する方式の実例が概略的に示してある。
【００５９】
複数の実施例では、支持層１０４は、金属、又はポリシリコン若しくはポリＳｉとも呼ばれる多結晶シリコンなど、導電性材料又は半導電性材料で作製することができる。したがって、ウェハＷ１の電気接続部１１４は、個別配線の必要なしに支持層１０４によって作製され得る。次いで、ウェハＷ１の支持層１０４を、ウェハＷ２又はＲＯＩＣなどの外部回路の電気接続部に接続することができる。
【００６０】
図５Ａでは、ウェハＷ１は、反射防止層などの前方光学装置１２０と、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２又は基板１００上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けられた懸架アクティブ熱型素子１０８とを備えることができる。支持層１０４は、導電性材料、又はポリＳｉなどの半導体材料で作製することができる。支持層１０４は、懸架アクティブ素子１０８の機械的連結及び電気的接続のために、開口又は凹部１０６の周辺部に、より薄い肩部分１０４ａをさらに備えることができる。このように、特にウェハＷ１とＷ２がフュージョン活性化ウェハ接合されているか又はプラズマ活性化ウェハ接合されているとき、肩部分１０４ａ及び支持層１０４により、懸架アクティブ熱型素子１０８からウェハＷ２への電気接続部１１４が提供されることになる。複数の実施例では、より薄い肩部分１０４ａは第１のウェハＷ１の内側表面からオフセットされ得るのが好ましく、より好ましくは、支持層１０４は、開口１０６の底面で犠牲層１０２上に堆積され得る。オフセットしたより薄い肩部分１０４ａを使用すると、ウェハＷ１の内側面の平滑性を損なうことなく、したがって、ウェハＷ２とのウェハ接合の質を損なうことなく、懸架素子１０８と支持層１０４を機械的に連結し電気的に接続することが可能になる。
【００６１】
図５Ｂでは、懸架アクティブ熱型素子１０８は開口又は凹部１０６の直径と等しい外径を有することができ、それにより、懸架アクティブ熱型素子１０８を支持層１０４に直接連結することができる。支持層１０４は、導電性材料又は半導体材料、こうしたポリＳｉで作製することができる。したがって、特にウェハＷ１とＷ２がフュージョン活性化ウェハ接合されているか又はプラズマ活性化ウェハ接合されているとき、支持層１０４により、懸架アクティブ熱型素子１０８からウェハＷ２への電気接続部１１４が提供されることになる。
【００６２】
図５Ｃには、より薄い肩部分１０４ａの内側表面から懸架アクティブ熱型素子１０８の内側表面へと延在するように構成された別の導電性層又は配線５０２を除いて、図５Ａに示したものと同様であるウェハＷ１が示してある。導電性層又は配線５０２は、金属又は他の導電性材料、たとえばポリＳｉなどの任意の導電性材料で作製することができる。懸架素子１０８と支持層１０４の機械的連結及び電気的接続は、開口１０６の内側表面又はウェハＷ１の内側面に導電性材料を堆積させることなく行うことができる。したがって、ウェハＷ１の内側面の平滑性は損なわれず、したがってウェハＷ２とのウェハ接合の質も損なわれない。
【００６３】
図５Ｄには、別の導電性層又は配線が開口又は凹部１０６の内側表面から懸架アクティブ熱型素子１０８の内側表面へと延在するように配置されていることを除いて、図５Ｂに示したものと同様であるウェハＷ１が示してある。導電性層又は配線は、金属又は他の導電性材料若しくは半導電性材料、たとえばポリＳｉなど、任意の導電性材料で作製することができる。懸架素子１０８と支持層１０４の機械的連結及び電気的接続は、ウェハＷ１の内側面に材料を堆積させることなく行うことができる。したがって、ウェハＷ１の内側面の平滑性は損なわれず、したがってウェハＷ２とのウェハ接合の質も損なわれない。しかし、図５に示した実施例と比較すると、ウェハＷ１の内側表面が影響を受けないように導電性層の堆積を制御することがより難しくなる。
【００６４】
本発明の実施例では、フュージョン活性化接合若しくはプラズマ活性化接合、又は熱圧着若しくは別のタイプの金属ベースの接合を使用して、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２をウェハ接合することができる。
【００６５】
本発明の実施例では、好ましくは熱圧着若しくは別のタイプの金属ベースの接合、又はチップ接合により、好ましくは第３のウェハ上の集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８に電気接続手段１１４を接続することができる。
【００６６】
図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃには、フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して、本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図が示してある。
【００６７】
図６Ａでは、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２が互いに取り付けられ、接合される。第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００の内側面に堆積されたウェハ大か又は局所的にパターン形成された誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２の内側面又は基板１００上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けられた懸架アクティブ熱型素子１０８とを含む。図６Ａに概略的に示すように、懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護するウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層１０２の上に位置することができる。第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、基板１１６の内側面に設けられた後方反射器１１２とを含むことができる。任意選択で、後方反射器１１２の位置を除く、基板１１６の内側面の誘電体犠牲層６０１。犠牲層６０１を利用して、後続のフュージョン・プロセスを円滑化するか若しくは改善し、且つ／又はウェハＷ１とウェハＷ２の間に電気的な絶縁を提供することができる。別法として、ウェハＷ２の犠牲層６０１の代わりに、又はウェハＷ２の犠牲層６０１に加えて、対応する犠牲層がウェハＷ１の支持層１０４の内側面に提供されてもよい。
【００６８】
本発明の実施例では、支持層１０４は、懸架アクティブ素子１０８の機械的連結、及び任意選択で電気的接続のために、開口又は凹部１０６の周辺部に、より薄い肩部分１０４ａをさらに備える。より薄い肩部分１０４ａは、第１のウェハＷ１の内側表面からオフセットされ得るのが好ましく、より薄い肩部分１０４ａは、開口１０６の底面で犠牲層１０２上に堆積され得ることがより好ましい。
【００６９】
本発明の実施例では、支持層１０４は導電性又は半導電性の材料で作製することができ、したがって、より薄い肩部分１０４ａを含めた支持層１０４により、個別配線の必要なしに、機械的連結と電気的接続の両方を懸架素子１０８に提供することができる。本発明の実施例では、支持層１０４の電気的に隔離された局所的領域を懸架素子１０８の周りに提供するために、１つ又は複数のトレンチ６００を支持層１０４にエッチングし、又は残すことができる。
【００７０】
次いで、図６Ａの矢印によって示されているように、フュージョン活性化ウェハ接合又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して、ウェハＷ１とウェハＷ２を互いに接合させることができる。図示の実例では、ウェハＷ１及びＷ２の内側面又は内側表面が互いに接合されて、図４Ｂに示すような検出器チップ２０を形成する。支持層１０４の内側表面が、犠牲層６０１の内側表面に接合され得る。
【００７１】
犠牲層１０２は、少なくとも懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば以下により詳細に述べる真空封止層６０５を堆積させる前にアクティブ素子１０８をリリースすることができる。真空空洞１１０及び１０６は、懸架アクティブ素子１０８を通るか又はバイパスする流体連通部を有することができる。したがって、検出器チップの裏側から犠牲層１０２をエッチングすることができ、アクティブ素子１０８のリリースと真空封止空洞１０６、１１０の形成とを１つのプロセスで行うことができる。アクティブ素子１０８のリリース・エッチングのために、ウェハＷ２の裏側にリリース穴がエッチングされてもよい。
【００７２】
本発明の実施例では、電気接続部１１４は、基板１１６の外側表面から犠牲層６０１の内側表面へと延在するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ：ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｖｉａ）６０６を備えることができる。基板貫通ビア６０５は、基板貫通ビアの長さにわたって実質的に一定の直径を有することができるのが好ましい。高い解像度が必要とされるとき、ＴＳＶの直径は小さくなければならない。ＴＳＶの直径と長さの比は約１：１０であることが好ましく、これは、基板１１６も非常に薄くなければならないことを意味する。ウェハＷ２のハンドリングでは、ウェハを接合する前は基板１１６がより厚く、小画素（高解像度）用途において必要とされる小さい厚みを得るために、ウェハを接合した後に基板１１６の薄型化を行うことが必要とされる場合もある。
【００７３】
複数の実施例では、導電性支持層１０４、又は支持層１０４に設けられた電気配線に電気的接続を与えるために、ＴＳＶ６０６には導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、導電性層６０７をウェハＷ２の外側面又は裏側に堆積させることができる。さらに、真空封止層６０５をウェハＷ２の外側面又は裏側、たとえば導電性層６０７に堆積させることができる。真空封止層６０５は、たとえばリリース穴を封止するために、局所的に堆積されてもよい。
【００７４】
本発明の実施例では、トレンチ６０４がウェハＷ２の裏側から犠牲層６０１へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などのウェハＷ２の接続領域が、ウェハＷ２の残りの部分から電気的に隔離され得る。
【００７５】
本発明の実施例では、トレンチ６０２がウェハＷ２の裏側又は真空封止層１０５から真空封止空洞１０６へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶなどのウェハＷ２の接続領域が、互いから、且つ／又は基板１１６のうち後方反射器１１２を支持する部分から電気的に隔離され得る。
【００７６】
本発明の実施例では、トレンチ６０８が導電性層４０６に、任意選択で真空封止層６０７に提供、たとえばエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などのウェハＷ２の接続領域が互いから電気的に隔離され得る。
【００７７】
本発明の実施例では、検出器チップ２０は、集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８にフリップ・チップ接合することができる。図６Ｃの実例では、ウェハＷ２の接続領域６０６、６０７とＲＯＩＣ１１８との間に、シード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ６１０が提供される。
【００７８】
たとえば図７に示すように、複数の実施例では、後方反射器１１２はウェハＷ２の裏側に位置してもよい。後方反射器１１２の配置を除き、懸架検出器２０図６Ｃ及び図７の構造は互いに同様になり得る。
【００７９】
本明細書に示す実例では、後方反射器１１２は後方ミラーとして示されている。しかし、後方反射器１１２は種々の様々な構造で実施され得ることを理解されたい。後方反射器の実例には、後方ミラー、金属の後方ミラー、分布ブラッグ反射器、制御可能な移動式後方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ又は複数が含まれ得る。
【００８０】
後方ミラーは、複数の材料、又はそれらの組合せで作製することができる。たとえば、後方ミラーは金属の後方ミラーでもよい。たとえば、金属ミラーは、窒化チタンＴｉＮ、アルミニウムＡｌ、銀Ａｇ、ウォルフラムＷ、チタンＴｉ、チタン・タングステンＴｉＷ、又はモリブデンＭｏで作製することができる。金属ミラーは、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、酸化ケイ素ＳｉＯ２、又は窒化ケイ素ＳｉＮｘなどの保護層によって保護されてもよい。後方ミラーは、単結晶又は多結晶のＳｉなどの、高濃度にドープされた半導体材料で作製することもできる。
【００８１】
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃには、後方反射器８１２が分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として実施された、本発明の一態様によるいくつかの基本原理を示す例示的な懸架検出器の概略図が示してある。
【００８２】
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに示したウェハＷ１は、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示したウェハＷ１と同様でもよい。図８Ａ〜図８Ｃの実例では、誘電体犠牲層６０１は、基板１１６の内側面ではなく、ウェハＷ１の支持層１０４の内側面に堆積させることができる。誘電体犠牲層６０１は、最初は開口又は凹部１０６の内側表面に沿って懸架熱型素子１０８へも延在することができる。
【００８３】
後方反射器のタイプが異なることを除き、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに示したウェハＷ２は、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示したウェハＷ２と同様になり得る。ウェハＷ１とウェハＷ２が互いに接合されたときに真空封止チャンバ１０６のための十分な空間が保証されるように、ＤＢＲ後方反射器８１２は基板の凹部８００に設けることができる。
【００８４】
分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）８１２は、屈折率が対照的な交互になる層（屈折率が低い材料、及び屈折率がより高い材料）の積層を備えることができる。各膜又は層の厚みは、標的波長λの４分の１になり得ることが好ましい。ＩＲ波長に適した材料の実例には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳが含まれる。ＤＢＲ８１２は、事前製造プロセス又は製造プロセス中の適した段階で、内側表面ウェハＷ２に堆積させることができる。
【００８５】
図８Ａ〜図８Ｃに示す例示的な実施例では、後方反射器は、交互になったポリＳｉ層８０５と空気間隙８０４の多層構造を有するポリ／空気分布ブラッグ反射器８１２でもよい。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ＤＢＲ８１２は、最初は交互になったポリＳｉ層８０５と犠牲層８０２を備えることができる。犠牲層８０２により、製造プロセス中にブラッグ反射器構造体が支持及び保護される。犠牲層８０２は、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば真空封止層６０５を堆積させる前に除去されて、ポリ／空気分布ブラッグ反射器８１２をリリースする。真空空洞１１０及び１０６は、懸架アクティブ素子１０８を通るか又はバイパスする流体連通部を有することができる。したがって、検出器チップの裏側から犠牲層１０２をエッチングすることができ、アクティブ素子１０８及びポリ／空気分布ブラッグ反射器８１２のリリースと真空封止空洞１０６、１１０の形成とを１つのプロセスで行うことができる。また、犠牲層６０１のうち、真空封止チャンバ１０６へと延在する部分があれば、それも同時に除去することができる。アクティブ素子１０８及びＤＢＲ８１２のリリース・エッチングのために、ウェハＷ２の裏側にリリース穴がエッチングされてもよい。
【００８６】
本発明の実施例では、電気接続部１１４は、基板１１６の外側表面から支持層１０４の内側表面へと延在するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ）６０６を備えることができる。複数の実施例では、導電性支持層１０４、又は支持層１０４に設けられた電気配線に電気的接続を与えるために、ＴＳＶ６０６には導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、導電性層６０７をウェハＷ２の外側面又は裏側に堆積させることができる。さらに、真空封止層６０５をウェハＷ２の外側面又は裏側、こうした導電性層６０７に堆積させることができる。真空封止層６０５は、たとえばリリース穴を封止するために、局所的に堆積されてもよい。１つ又は複数のトレンチ６０２、６０４、及び６０８がウェハＷ２に裏側からエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などのウェハＷ２の接続領域がウェハＷ２の残りの部分から、互いから、且つ／又は後方反射器構造体８１２から電気的に隔離され得る。検出器チップ２０は、集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８にフリップ・チップ接合することができる。図８０Ｃの実例では、ウェハＷ２の接続領域６０６、６０７とＲＯＩＣ１１８との間に、シード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ６１０が示されている。
【００８７】
図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃには、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用して本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図が示してある。熱圧着は、力及び熱を同時に印加することにより、接合すべきウェハの表面の２つの特定の材料、通常は金属が原子接触するウェハ接合技法である。拡散には、原子の運動による表面間の原子接触が必要とされる。原子は、結晶格子振動に基づいて、一方の結晶格子から他方の結晶格子へと移動する。この原子の相互作用により、界面が互いに貼り付く。熱圧着に適した材料ペアの実例には、金／金（Ａｕ／Ａｕ）、銅／銅（Ｃｕ／Ｃｕ）、アルミニウム／アルミニウム（Ａｌ／Ａｌ）、銀／シリコン（Ａｕ／Ｓｉ）、及び銅／スズ（Ｃｕ／Ｓｎ）が含まれる。銀／シリコン（Ａｕ／Ｓｉ）の接合では、シリコン材料はシリコン基板又はポリＳｉ基板自体でもよい。
【００８８】
第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００の内側面に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２の内側面又は基板上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けられた懸架アクティブ熱型素子１０８とを含むことができる。図９Ａに概略的に示すように、懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護する犠牲層１０２の上に位置することができる。
【００８９】
第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、基板１１６の内側面に設けられた後方反射器１１２と、基板１１６の内側面に堆積された絶縁層９０１（たとえばＳｉＯ２）とを含むことができる。絶縁層９０１により、ウェハＷ１とウェハＷ２の間に電気絶縁材が提供され得る。別法として、ウェハＷ２の絶縁層９０１の代わりに、又はウェハＷ２の絶縁層９０１に加えて、ウェハＷ１の支持層１０４の内側面に絶縁層が提供されてもよい。別法として、電気絶縁材は、適当に位置付けられたトレンチ、又はトレンチと絶縁層の組合せによって構成されてもよい。
【００９０】
第１の接合材料のパターン形成された接合材料層をウェハＷ１の内側表面に設けることができ、対応する第２の接合材料のパターン形成された接合材料層をウェハＷ１の内側表面に設けることができる。たとえば、第１の複数の接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２Ａ、９０３ＡをウェハＷ１の内側表面に設けることができ、対をなす第２の複数の接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２Ｂ、９０３ＢをウェハＷ２の内側表面に設けることができる。図９Ａ〜図９Ｃに示す例示的な実施例では異なる材料のパターン形成された接合材料層が示されているが、両方の接合材料層が同じ材料である場合もある。適した接合材料ペアの実例は上に示してある。
【００９１】
本発明の実施例では、支持層１０４は、懸架アクティブ素子１０８の機械的連結、及び任意選択で電気的接続のために、開口又は凹部１０６の周辺部に、より薄い肩部分１０４ａをさらに備える。より薄い肩部分１０４ａは第１のウェハＷ１の内側表面からオフセットされ得るのが好ましく、開口又は凹部１０６の底面で犠牲層１０２上に堆積され得ることがより好ましい。
【００９２】
本発明の実施例では、支持層１０４は導電性材料で作製することができ、したがって、より薄い肩部分１０４ａを含めた支持層１０４により、個別配線の必要なしに、機械的連結と電気的接続の両方を懸架素子１０８に提供することができる。本発明の実施例では、支持層１０４の電気的に隔離された局所的領域を懸架素子１０８の周りに提供するために、１つ又は複数のトレンチ６００を支持層１０４にエッチングし、又は残すことができる。
【００９３】
次いで、図９Ａの矢印によって示されているように、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用して、ウェハＷ１とウェハＷ２を互いに接合させることができる。図示の実例では、ウェハＷ１及びＷ２の内側面又は内側表面が互いに接合されて、図９Ｂに示すような検出器チップ２０を形成する。内側表面ウェハＷ１のパターン形成された金属接合層、たとえば接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２、９０３が、ウェハＷ２の内側表面の対応し一致する接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２Ｂ、９０３Ｂに接合され得る。
【００９４】
犠牲層１０２は、少なくとも懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば真空封止層６０５を堆積させる前にアクティブ素子１０８をリリースすることができる。真空空洞１１０及び１０６は、懸架アクティブ素子１０８を通るか又はバイパスする流体連通部を有することができる。したがって、検出器チップの裏側から犠牲層１０２をエッチングすることができ、アクティブ素子１０８のリリースと真空封止空洞１０６、１１０の形成とを１つのプロセスで行うことができる。アクティブ素子１０８のリリース・エッチングのために、穴９０９などのリリース穴がウェハＷ２の裏側にエッチングされてもよい。
【００９５】
本発明の実施例では、電気接続部１１４は、基板１１６の外側表面から絶縁層９０１の内側表面へと延在して接合金属バンプ９０２Ｂと接触するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６を備えることができる。
【００９６】
複数の実施例では、基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６に絶縁コーティングが堆積されてもよい。複数の実施例では、基板１１６の裏側に絶縁層９０８が堆積されてもよい。
【００９７】
複数の実施例では、パターン形成された接合金属層、たとえば接合金属バンプ９０２に電気的接続を与え、それにより、導電性支持層１０４、又は支持層１０４に設けられた電気配線に電気的接続を与えるために、基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６には導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、導電性層９０７をウェハＷ２の外側面又は裏側に、好ましくは絶縁層９０８上に堆積させることができる。さらに、真空封止層６０５をウェハＷ２の外側面又は裏側、こうした導電性層６０７に堆積させることができる。真空封止層６０５は、リリース穴９０９などのリリース穴を封止するために、局所的に堆積されてもよい。
【００９８】
本発明の実施例では、検出器チップ２０は、集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８にフリップ・チップ接合することができる。図９Ｃの実例では、ウェハＷ２の接続領域９０６、９０７とＲＯＩＣ１１８との間に、シード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ６１０が示されている。
【００９９】
複数の実施例では、後方反射器１１２は、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用する実施例においても、たとえば図７に示したものと同様の方式でウェハＷ２の裏側に位置してもよい。後方反射器１１２の配置を除き、こうした検出器チップ２０は、図９Ａ〜図９Ｃに示したものと同様になり得る。
【０１００】
複数の実施例では、後方反射器は、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用する実施例においても、たとえば図８Ａ〜図８Ｃに示した分布ブラッグ反射器と同様の方式で分布ブラッグ反射器によって実施されてもよい。後方反射器のタイプが異なることを除き、こうした検出器チップ２０は、図９Ａ〜図９Ｃに示したものと同様になり得る。
【０１０１】
各概略図には、電気絶縁層、真空封止層、保護層、反射防止層、接合層など、検出器に存在する場合がある種々の任意選択の特徴及び詳細、代替の特徴及び詳細、並びに好ましい特徴及び詳細が示されていない場合があることを理解されたい。
【０１０２】
図１０には、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用した、本発明の一態様による別の例示的な懸架検出器２０の概略図が示してある。この例示的な検出器は図９Ｃに示したものと同様でもよいが、いくつかの修正が加えられる。反射を軽減するために、単一膜４００を有する反射防止コーティングを備えた前方光学装置１２０をウェハＷ１の前表面に提供することができ、反射をさらに軽減するために、ウェハ大か又はパターン形成された局所的な別の反射防止コーティング１００１を基板１００の反対側と真空空洞１１０との間に提供することができる。さらに、支持層１０４は、ここでは、懸架アクティブ素子１０８の厚みとほぼ等しいか又はさらに薄い厚みをもつ導電性又は半導電性の膜の形をとることができる。懸架アクティブ素子１０８と後方反射器１０８の間の真空チャンバ１００２は、パターン形成された接合材料層、たとえば接合金属バンプ、パッド又はリード９０２によって画定され得る。
【０１０３】
図１１には、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用した、本発明の一態様による複数の熱型検出器（図１１には２つの検出器が示してある）を備える例示的な懸架検出器アレイの概略図が示してある。ウェハ接合。アレイの各検出器２０は図９Ｃに示したものと同様でもよいが、いくつかの修正が加えられる。反射を軽減するために、単一膜４００を有する反射防止コーティングを備えた前方光学装置１２０をウェハＷ１の前表面に提供することができ、反射をさらに軽減するために、ウェハ大か又はパターン形成された局所的な別の反射防止コーティング１００１を基板１００の反対側と真空空洞１１０との間に提供することができる。
【０１０４】
図１２には、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用した、本発明の一態様による複数の熱型検出器（図１２には２つの検出器が示してある）を備える例示的な懸架検出器アレイの概略図が示してある。アレイの各検出器２０は、図１０に示したものと同様でもよい。
【０１０５】
図１３Ａ及び図１３Ｂには、フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して、本発明の一態様による例示的な懸架検出器２０を提供する概略図が示してある。ウェハ・レベル集積熱型検出器２０は、互いに接合された第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とを備える。しかし、この例示的な実施例では、第２のウェハＷ２が検出器の前側を形成し、放射はそこから検出器に入る。第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６を備え、任意選択で誘電体犠牲層６０１を備えることができる。第２のウェハＷ２は、たとえば上述の例示的な実施例における第１のウェハＷ１と同様の方式で、前方光学装置１２０をさらに備えることができる。第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００上に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２、又はパターン形成された局所的な誘電体犠牲層１０２の周りの基板１００上に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けることができる懸架アクティブ熱型素子１０８とを含むことができる。図１３Ａに概略的に示すように、懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護するウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層１０２の上に位置することができる。犠牲層６０１を利用して、後続のフュージョン・プロセスを可能にするか若しくは改善し、且つ／又はウェハＷ１とウェハＷ２の間に電気絶縁材を提供することができる。別法として、ウェハＷ２の犠牲層６０１の代わりに、又はウェハＷ２の犠牲層６０１に加えて、対応する犠牲層がウェハＷ１の支持層１０４の内側面に提供されてもよい。
【０１０６】
第１のウェハＷ１は、基板１００の反対側又は裏側に事前製造された後方反射器１１２をさらに備えることができる。また、後方反射器１１２は、検出器の製造中に基板１００の反対側又は裏側に製造されてもよい。基板１１６の材料は、放射を透過させることができる。複数の実施例では、検出器２０の製造中に、後方反射器１１２の位置において基板１１６に開口が提供されてもよい。
【０１０７】
図１３Ａの矢印によって示されているように、ウェハＷ１とウェハＷ２は、フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して互いに接合され得る。図示の実例では、ウェハＷ１及びＷ２の内側面又は内側表面が互いに接合されて、図１３Ｂに示すような検出器チップ２０を形成する。支持層１０４の内側表面が、犠牲層６０１の内側表面に接合され得る。
【０１０８】
犠牲層１０２は、少なくとも懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば以下により詳細に述べる真空封止層６０５を堆積させる前にアクティブ素子１０８をリリースすることができる。また、第１の真空封止空洞１１０が懸架アクティブ素子１０８の位置で犠牲層１０２の除去部分に提供される。第２の真空封止空洞が、接合された第２のウェハＷ２によって閉じられた、支持層１０４の開口１０６において、懸架アクティブ熱型素子１０８の反対側に提供される。犠牲層６０１の一部を除去することにより、真空空洞１０６を拡大することができる。真空空洞１１０及び１０６は、懸架アクティブ素子１０８を通るか又はバイパスする流体連通部を有することができる。したがって、検出器チップの裏側から犠牲層１０２及び１０６をエッチングすることができ、アクティブ素子１０８のリリースと真空封止空洞１０６、１１０の形成とを１つのプロセスで行うことができる。アクティブ素子１０８のリリース・エッチングのために、ウェハＷ２の裏側にリリース穴がエッチングされてもよい。
【０１０９】
複数の実施例では、電気接続部は、基板１００の外側表面から内側表面へと延在するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ）６０６を備えることができる。基板貫通ビア６０５は、基板貫通ビアの長さにわたって実質的に一定の直径を有することができるのが好ましい。高い解像度が必要とされるとき、ＴＳＶの直径は小さくなければならない。ＴＳＶの直径と長さの比は約１：１０であることが好ましく、これは、基板１００も非常に薄くなければならないことを意味する。ウェハＷ２のハンドリングでは、ウェハを接合する前は基板１００がより厚く、小画素（高解像度）用途において必要とされる小さい厚みを得るために、ウェハを接合した後に基板１００の薄型化を行うことが必要とされる場合もある。
【０１１０】
複数の実施例では、導電性支持層１０４、又は支持層１０４に設けられた電気配線に電気的接続を与えるために、ＴＳＶ６０６には導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、導電性層６０７をウェハＷ１の外側面又は裏側に堆積させることができる。さらに、真空封止層６０５をウェハＷ１の外側面又は裏側、たとえば導電性層６０７に堆積させることができる。真空封止層６０５は、たとえばトレンチ又はリリース穴を封止するために、局所的に堆積されてもよい。
【０１１１】
本発明の実施例では、トレンチ６０４がウェハＷ１の裏側から犠牲層１０２へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などのウェハＷ１の接続領域がウェハＷ１の残りの部分から電気的に隔離され得る。
【０１１２】
本発明の実施例では、トレンチ６０２がウェハＷ１の裏側又は真空封止層６０５から真空封止空洞１１０へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶなどのウェハＷ１の接続領域が、互いから、且つ／又は基板１００のうち後方反射器１１２を支持する部分から電気的に隔離され得る。
【０１１３】
本発明の実施例では、検出器チップ２０は、集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８にフリップ・チップ接合することができる。図１３Ｂの実例では、ウェハＷ１の接続領域６０６、６０７とＲＯＩＣ１１８との間に、シード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ６１０が提供される。
【０１１４】
本発明の一態様によれば、ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）が熱型検出器に一体化される。前方光学装置１２０にファブリ・ペロー干渉計を設ける手法が、図４Ｆに関連して上で論じられている。
【０１１５】
本発明の一態様によれば、ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の可動反射器が、ウェハ・レベル集積熱型検出器チップ内部の真空中に設けられる。真空中に設けられた可動ミラーなどの可動反射器は、より迅速に移動及び動作することができ、それにより、ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）をより素早く同調させることが可能になる。
【０１１６】
図１４Ａ及び図１４Ｂには、真空中に提供されたファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の可動反射器を有する、本発明の一態様による例示的なウェハ・レベル集積熱型検出器２０の概略図が示してある。ウェハ・レベル集積熱型検出器２０は、たとえばＦＰＩがない例示的な実施例に関して上に述べたのと同様の方式でフュージョン活性化ウェハ接合若しくはプラズマ活性化ウェハ接合、又は金属圧縮接合若しくはその他の金属ベースのウェハ接合がなされ得る第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２とを備えることができる。これらの概略図には、電気絶縁層、真空封止層、保護層、反射防止層、接合層など、検出器に存在する場合がある種々の任意選択の特徴及び詳細、代替の特徴及び詳細、並びに好ましい特徴及び詳細が示されていない場合があることを理解されたい。こうした特徴の実例は、本明細書の様々な実施例において与えられる。図１４Ａ及び図１４Ｂには、前方光学装置１２０、具体的には反射防止層４００が示してある。
【０１１７】
図１４Ａの実例では、ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）は、固定反射器１４５０及び可動反射器１４５２、並びに中間の真空空洞又は間隙１４５４を備える。ＦＰＩの可動反射器１４５２は、ウェハ・レベル集積熱型検出器２０内部の懸架アクティブ素子１０８の前側の真空空洞に配置される。互いから離された可動ＦＰＩ反射器１４５２と懸架アクティブ素子１０８との間に、真空空洞１１０が構成される。ＦＰＩの固定反射器１４５０は、ウェハ・レベル集積熱型検出器２０内部の可動ＦＰＩ反射器４５２の前側に、たとえばウェハＷ１の基板１００の内側面に配置することができる。中間の真空ＦＰＩ空洞又は間隙１４５４は、固定ＦＰＩ反射器１４５０と可動ＦＰＩ反射器の間に構成される。ＦＰＩの動作は、光学的１次元共振器を形成する中間真空空洞４５４における、反射器（ミラー）１４５０と反射器（ミラー）１４５２との間の光学的干渉に基づく。入射放射又は入射光は固定ＦＰＩ反射器１４５０から共振器に入り、複数回の反射を経ることになり、共振器の共振波長では共振ピークが作り出され、この共振波長、すなわち透過波長では、透過放射又は透過光が可動ＦＰＩ共振器１４５２を通って真空空洞１１０へと、さらには懸架アクティブ素子１０８へと、共振器から漏れ出る。入射信号が結合し、透過信号が出て行くために、反射器（ミラー）は、反射率が１００％であることを特徴としないが透過率も限られている半透過性の反射器でもよい。ＦＰＩ空洞１４５４の長さＬ、すなわちＦＰＩミラー１４５０とＦＰＩミラー１４５２の間の間隔は、半波長λ／２の整数、つまりＬ＝ｍλ／２となり、λ＝共振波長であり、ｍは正の整数である。ウェハＷ１は、ウェハＷ１に対して可動ＦＰＩ反射器１４５２を機械的に支持する支持構造体と、集積読出し回路ＲＯＩＣなどの外部制御源から可動ＦＰＩ反射器１４５２への同調信号又は動作信号を接続する電気接続部とを有することができる。同調信号又は動作信号により、ＦＰＩ反射器１４５２の動き、及びＦＰＩ反射器１４５０とＦＰＩ反射器１４５２の間の間隔（空洞１４５４の長さＬ）が制御され、それにより、懸架アクティブ素子１０８へと透過する透過ピークのスペクトル位置が制御される。
【０１１８】
懸架アクティブ素子１０８は、ウェハＷ１の支持層１０４の開口又は凹部に設けることができ、また支持層１０４に電気的に接続され、且つ機械的に連結され得る。懸架アクティブ素子１０８、支持体１０４、並びに電気的接続及び機械的連結に関しては、ウェハＷ１は、たとえばＦＰＩがないウェハ・レベル集積熱型検出器２０の例示的な実施例に関して上に述べたのと実質的に同様の方式で実施することができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２も、支持体１０４、又は同様の構造体に電気的に接続され、且つ機械的に連結され得る。しかし、懸架アクティブ素子の電気接続部と可動ＦＰＩ反射器１４５２の電気接続部は、互いから電気的に隔離されているものとする。
【０１１９】
懸架熱型素子１０８は、最初は、可動ＦＰＩ反射器１４５２の裏側に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層（図示せず）の上に位置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８が支持及び保護され、可動ＦＰＩ反射器１４５２も支持及び保護される。同様に、可動ＦＰＩ反射器１４５２は、最初は、固定ＦＰＩ反射器１４５０の裏側に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層（図示せず）の上に位置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に可動ＦＰＩ反射器１４５２が支持及び保護される。１つ又は複数の犠牲層は、少なくとも懸架アクティブ素子１０８の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば最終的な真空封止前に、アクティブ素子１０８、及び任意選択で可動ＦＰＩ反射器１４５２をリリースすることができる。懸架アクティブ素子１０８と可動ＦＰＩ反射器１４５２の間の犠牲層の除去部分に代わって、真空封止空洞１１０を設けることができる。同様に、可動ＦＰＩ反射器１４５２と固定ＦＰＩ反射器１４５０の間の人工層の除去部分に代わって、真空封止ＦＰＩ空洞１４５４を設けることができる。
【０１２０】
第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、懸架熱型素子１０８に光を反射するように構成された後方反射器１１２とを備えることができる。第２のウェハＷ２は、たとえばＦＰＩがないウェハ・レベル集積熱型検出器２０の例示的な実施例に関して上に述べたのと実質的に同様の方式で構成されてもよい。さらに、集積読出し回路ＲＯＩＣなどの外部制御源からウェハＷ１へと、可動ＦＰＩ反射器の同調信号又は動作信号を接続するための電気接続部が存在してもよい。
【０１２１】
ＦＰＩを備えた検出器チップ２０は、たとえばＦＰＩがない検出器チップ２０の例示的な実施例に関して上に述べたのと同様の方式で、集積読出し回路ＲＯＩＣにフリップ・チップ接合されてもよく、その他の方法で接続されてもよい。しかし、懸架アクティブ素子１０８の電気接続部と可動ＦＰＩ反射器１４５２の電気接続部は、互いから電気的に隔離されているものとする。
【０１２２】
図１４Ｂの実例では、ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の固定反射器１４５０は、ウェハ・レベル集積熱型検出器２０内部の懸架アクティブ素子１０８の前側で、たとえばウェハＷ１の基板１００の内側面で、真空空洞１１０に配置され得る。ファブリ・ペロー干渉計（ＦＰＩ）の可動反射器１４５２は、ウェハ・レベル集積熱型検出器２０内部の懸架アクティブ素子１０８の裏側で、たとえばウェハＷ２の内側面で、真空空洞１０６に配置され得る。真空空洞１１０と１０６は、一緒にＦＰＩの真空ＦＰＩ共振空洞１０５４を形成することができる。固定ＦＰＩ反射器１４５０と可動ＦＰＩ反射器１４５２の間でウェハ・レベル集積熱型検出器の内部に形成された真空ＦＰＩ共振空洞１０５４に、懸架アクティブ素子１０８が配置されているとも言える。複数の実施例では、可動ＦＰＩ反射器１４５２は懸架アクティブ素子１０８用の後方反射器１１２としても機能することができ、個別の後方反射器は省かれてもよい。別の真空空洞１０６ｂが、可動ＦＰＩ反射器１４５２の裏側に、たとえば可動ＦＰＩ反射器１４５２とウェハＷ２の基板１１６の間に構成されてもよい。
【０１２３】
ＦＰＩの動作は、光学的１次元共振器を形成する中間空洞１４５４（真空空洞１１０及び１０６）における、反射器（ミラー）１４５０と反射器（ミラー）１４５２との間の光学的干渉に基づく。入射放射又は入射光は固定ＦＰＩ反射器１４５０から共振器に入り、複数回の反射を経ることになり、共振器の共振波長では放射又は光の共振ピークが作り出される。ＦＰＩ空洞１４５４の長さＬ、すなわちＦＰＩミラー１４５０とＦＰＩミラー１４５２の間の間隔は、半波長λ／２の整数、つまりＬ＝ｍλ／２になり、λ＝共振波長、ｍは正の整数である。懸架アクティブ素子１０８は固定ＦＰＩ反射器１４５０と可動ＦＰＩ反射器１４５２の間のＦＰＩ共振空洞１０５４に配置されているので、懸架アクティブ素子１０８は、共振波長での放射又は光を検出することになる。懸架アクティブ素子１０８は放射エネルギーの一部を吸収することになるが、共振器空洞１４５４での損失が共振器空洞１４５４に入る放射エネルギーよりも小さいと、共振は継続されることになる。入射信号が共振器空洞１４５４に結合するために、固定ＦＰＩ反射器（ミラー）１４５０は、反射率が１００％であることを特徴としないが透過率も限られている半透過性の反射器でもよい。可動ＦＰＩ反射器１４５２は、ほぼ１００％の反射率をもつ非透過性の反射器でもよく、これは透過信号は必要とされず、可動ＦＰＩ反射器でのエネルギー損失を最小限に抑えることが好ましい可能性があるからである。
【０１２４】
固定ＦＰＩ反射器１４５０を除いて、ウェハＷ１は、たとえばＦＰＩがないウェハ・レベル集積熱型検出器２０の実施例に関して上に述べたように実施されてもよい。懸架アクティブ素子１０８は、ウェハＷ１の誘電体又は半導体の支持層１０４の開口又は凹部１０６に設けることができ、支持体１０４に電気的に接続され且つ機械的に連結され得る。懸架熱型素子１０８は、最初は、固定ＦＰＩ反射器１４５０の裏側に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層（図示せず）の上に位置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８が支持及び保護される。懸架アクティブ素子１０８と固定ＦＰＩ反射器１４５０の間の犠牲層の除去部分に代わって、真空封止空洞１１０を設けることができる。
【０１２５】
第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、可動ＦＰＩ反射器１４５２とを備えることができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２は、ウェハＷ２の内側面に設けられた支持構造体（図示せず）に電気的に接続し且つ機械的に連結することができ、それにより、真空空洞１０６ｂが可動ＦＰＩ反射器の裏側に構成される。可動ＦＰＩ反射器１４５２は、最初は、基板の裏側に堆積されたウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層（図示せず）の上に位置するように配置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に可動ＦＰＩ反射器１４５２が支持及び保護される。犠牲層は、少なくとも可動反射器１４５２の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば最終的な真空封止前に、好ましくは懸架アクティブ素子１０８をリリースするのと同時に、可動ＦＰＩ反射器１４５２をリリースすることができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２と基板１１６の間の犠牲層の除去部分に代わって、真空封止空洞１０６ｂを設けることができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２は懸架アクティブ素子１０８用の後方反射器１１２としても機能することができ、個別の後方反射器は省かれてもよい。可動ＦＰＩ反射器１４５２が後方反射器の代わりとみなされるとき、第２のウェハＷ２は、たとえば、ＦＰＩがないウェハ・レベル集積熱型検出器２０の例示的な実施例に関して上に述べたのと実質的に同様の方式で構成されてもよい。たとえば、懸架アクティブ素子１０８から集積読出し回路ＲＯＩＣなどの外部回路への電気接続部は、ウェハＷ２を通って同様の方式で配置されてもよい。さらに、集積読出し回路ＲＯＩＣなどの外部制御源から可動ＦＰＩ反射器１４５２の同調信号又は動作信号を接続するための電気接続部が存在してもよい。懸架アクティブ素子１０８の電気接続部と可動ＦＰＩ反射器１４５２の電気接続部は、互いから電気的に隔離されているものとする。
【０１２６】
ＦＰＩを備えた検出器チップ２０は、ＦＰＩがない検出器チップ２０の実施例に関して上に述べたのと同様の方式で、集積読出し回路ＲＯＩＣにフリップ・チップ接合されてもよく、その他の方法で接続されてもよい。懸架アクティブ素子１０８の電気接続部と可動ＦＰＩ反射器１４５２の電気接続部は、互いから電気的に隔離されているものとする。
【０１２７】
図１５には、フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用した、図１４Ｂの態様による例示的な懸架検出器２０のより詳細な概略図が示してある。
【０１２８】
図１５では、第１のウェハＷ１と第２のウェハＷ２が互いに取り付けられ、接合される。第１のウェハＷ１は、誘電体又は半導体の基板１００と、基板１００の内側面に設けられた半透過性の固定ＦＰＩ反射器（ミラー）１４５０と、基板１００の内側面に（また好ましくは、最初は固定ＦＰＩ反射器１４５０の内側面にも）堆積されたウェハ大か又は局所的にパターン形成された誘電体犠牲層１０２と、誘電体犠牲層１０２の内側面、又は基板１００に堆積された誘電体又は半導体の支持層１０４と、支持層１０４内の開口又は凹部１０６に設けられた懸架アクティブ熱型素子１０８とを含む。懸架熱型素子１０８は、最初は、製造プロセス中に懸架熱型素子１０８を支持及び保護するウェハ大か又はパターン形成された局所的な犠牲層１０２の上に位置することができる。本発明の実施例では、支持層１０４は、懸架アクティブ素子１０８の機械的連結、及び任意選択で電気的接続のために、開口又は凹部１０６の周辺部に、より薄い肩部分１０４ａをさらに備える。より薄い肩部分１０４ａは、第１のウェハＷ１の内側表面からオフセットされ得るのが好ましく、開口１０６の底面で犠牲層１０２上に堆積され得ることがより好ましい。
【０１２９】
本発明の実施例では、支持層１０４は導電性材料で作製することができ、したがって、より薄い肩部分１０４ａを含めた支持層１０４により、個別配線の必要なしに、機械的連結と電気的接続の両方を懸架素子１０８に提供することができる。本発明の実施例では、支持層１０４の電気的に隔離された局所的領域を懸架素子１０８の周りに提供するために、１つ又は複数のトレンチ６００を支持層１０４にエッチングし、又は残すことができる。
【０１３０】
第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、基板１１６の内側面に支持された可動ＳＰＩ反射器（ミラー）１４５２とを含むことができる。図１５に示す例示的な実施例では、基板１１６の内側面から内向きに突出する導電性接続要素１５０２によって可動ＳＰＩ反射器１４５２を支持することができ、それにより、真空空洞１０６ｂが可動ＦＰＩ反射器の裏側と基板１１６の内側面の間に構成される。接続要素１５０２の下端部は基板１１６に接続され、突出している自由端部は、可動ＦＰＩ反射器１４５２をその周辺区域で支持するように構成される。接続要素１５０２及び／又は可動ＦＰＩ反射器１４５２は、最初は、基板の裏側に堆積されたパターン形成された局所的な犠牲層の上に位置するように配置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に接続要素１５０２及び可動ＦＰＩ反射器１４５２が支持及び保護される。犠牲層は、少なくとも可動反射器１４５２の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば最終的な真空封止前に、好ましくは懸架アクティブ素子１０８をリリースするのと同時に、可動ＦＰＩ反射器１４５２をリリースすることができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２と基板１１６の間の犠牲層の除去部分に代わって、真空封止空洞１０６ｂを設けることができる。支持構造体を補強するために、犠牲層１５０６の一部が接続要素１５０２の自由端部の下に残されてもよい。導電性の要素、又は層、又は配線は、金属又は他の導電性材料、たとえばポリＳｉなどの任意の導電性材料で作製することができる。接続要素１５０２は、可動ＦＰＩ反射器１４５２を動かし、又は駆動するための第１の電極を提供することができる。複数の実施例では、駆動は静電駆動を含むことができる。しかし、圧電駆動などの別のタイプの駆動が代わりに使用されてもよい。
【０１３１】
図示の実例では、静電駆動のための別の接続層又は電極１５０４が、基板１１６の内側面に堆積され得る。別法として、基板１１６がポリＳｉなどの導電性又は半導電性の材料で作製されている場合、基板１１６が静電駆動のための下部電極として使用されてもよい。任意選択で、後続のフュージョン・プロセスを可能にするか若しくは改善し、且つ／又はウェハＷ１とウェハＷ２の間に電気絶縁材を提供するために、誘電体犠牲層６０１を基板１１６の内側面に堆積させてもよい。別法として、ウェハＷ２の犠牲層６０１の代わりに、又はウェハＷ２の犠牲層６０１に加えて、対応する犠牲層がウェハＷ１の支持層１０４の内側面に提供されてもよい。
【０１３２】
ウェハＷ１とウェハＷ２は、フュージョン活性化ウェハ接合、又はプラズマ活性化ウェハ接合を使用して互いに接合されて、検出器チップ２０を形成することができる。支持層１０４の内側表面が、犠牲層６０１の内側表面に接合され得る。真空空洞１１０及び真空空洞１０６、また任意選択で真空空洞１０６ｂは、懸架アクティブ素子１０８を通るか又はバイパスし且つ任意選択で可動ＦＰＩ反射器１５０２を通るか又はバイパスする流体連通部を有することができる。したがって、検出器チップの裏側から犠牲層１０２を、及び任意選択で可動ＦＰＩ反射器１５０２をエッチングすることができ、アクティブ素子１０８のリリースと真空封止空洞１０６、１１０、及び任意選択で真空封止空洞１０６ｂの形成とを１つのプロセスで行うことができる。アクティブ素子１０８のリリース・エッチングのために、ウェハＷ２の裏側にリリース穴６０８がエッチングされてもよい。さらに、真空封止層６０５をウェハＷ２の外側面又は裏側に堆積させることができる。真空封止層６０５は、たとえばリリース穴６０８を封止するために、局所的に堆積されてもよい。
【０１３３】
本発明の実施例では、懸架アクティブ素子１０８への電気接続部は、基板１１６の外側表面から犠牲層６０１の内側表面へと延在するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ）６０６を備えることができる。同様に、基板貫通ビア（ＴＳＶ）１５０８及び１５０９が、それぞれ作動電極１５０２及び１５０４に提供され得る。基板貫通ビアの寸法は、ＦＰＩがない実施例に関して上に述べたものと同様になり得ることが好ましい。複数の実施例では、導電性支持層１０４、若しくは支持層１０４に設けられた電気配線、又は電極１５０２及び１５０４に電気的接続を与えるために、ＴＳＶには導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、導電性層６０７をウェハＷ２の外側面又は裏側に堆積させることができる。
【０１３４】
複数の実施例では、トレンチ６０４がウェハＷ２の裏側から犠牲層６０１へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などのウェハＷ２の接続領域が、ウェハＷ２の残りの部分から電気的に隔離され得る。
【０１３５】
複数の実施例では、トレンチ１５１０がウェハＷ２の裏側から犠牲層６０１へとエッチングされ、それにより、ＴＳＶ６０６などの懸架アクティブ素子１０８の接続領域が、ＴＳＶ１５０８及び１５０９などの作動電極１５０２及び１５０２の接続領域から電気的に隔離され得る。
【０１３６】
複数の実施例では、トレンチ６０２がウェハＷ２の裏側から真空封止空洞１０６ｂへとエッチングされ、それにより、ＴＳＶ１５０８及び１５０９などの作動電極１５０２及び１５０２の接続領域が、互いから電気的に隔離され得る。
【０１３７】
ＦＰＩを備えた検出器チップ２０は、集積読出し回路ＲＯＩＣにフリップ・チップ接合されてもよく、その他の方法で接続されてもよい。図１５の実例では、懸架アクティブ素子１０８を接続するために、ウェハＷ２の接続領域６０６、６０７とＲＯＩＣ１１８との間にシード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ６１０が提供される。同様に、作動電極１５０２及び１５０４をそれぞれ接続するために、ウェハＷ２の接続領域１５０８及び１５０９とＲＯＩＣ１１８との間にシード層を備えたフリップ・チップ接合バンプ１５１２及び１５１４が提供される。
【０１３８】
可動ＦＰＩ反射器１４５２の静電駆動においては、作動電極１５０２と作動電極１５０４の間に作動電位差が接続され得る。たとえば、電位差によって印加される静電引力により、可動ＦＰＩ反射器が基板１１６に向かって、また固定ＦＰＩ反射器１５０２から離れるように引き付けられ得る。ＦＰＩの間隙は拡大し、共振ピークのスペクトル位置はより長い波長へとシフトする。電位差によって印加される静電引力により、可動ＦＰＩ反射器１５０４が基板１１６から離れるように、また固定ＦＰＩ反射器１５０２に向かって逸らされる。ＦＰＩの間隙は縮小し、共振ピークのスペクトル位置はより短い波長へとシフトする。
【０１３９】
図１６には、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用した、図１４Ｂの態様による例示的な懸架検出器２０のより詳細な概略図が示してある。
【０１４０】
第１の接合材料のパターン形成された接合材料層をウェハＷ１の内側表面に設けることができ、対応する第２の接合材料のパターン形成された接合材料層をウェハＷ１の内側表面に設けることができることを除いて、ウェハＷ１は、図１５を参照して上に述べたものと実質的に同様でもよい。たとえば、第１の複数の接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２Ａ、９０３ＡをウェハＷ１の内側表面に設けることができ、対をなす第２の複数の接合金属バンプ又はパッド又はリード９０２Ｂ、９０３ＢをウェハＷ２の内側表面に設けることができる。図９Ａ〜図９Ｃに示した例示的な実施例では、異なる材料で作製された、パターン形成された接合材料層が示されているが、両方の接合材料層が同じ材料でもよい。適した接合材料ペアの実例は、図９Ａ〜図９Ｃに関連して上に示してある。
【０１４１】
第２のウェハＷ２は、基板１１６の内側面に絶縁層９０１（たとえばＳｉＯ２）が堆積されていることを除いて、図１５を参照して上に述べたものと実質的に同様でもよい。絶縁層９０１により、ウェハＷ１とウェハＷ２の間に電気絶縁材が提供され得る。別法として、ウェハＷ２の絶縁層９０１の代わりに、又はウェハＷ２の絶縁層９０１に加えて、ウェハＷ１の支持層１０４の内側面に絶縁層が提供されてもよい。別法として、電気絶縁材は、適当に位置付けられたトレンチ、又はトレンチと絶縁層の組合せによって構成されてもよい。第２のウェハＷ２は、誘電体又は半導体の基板１１６と、基板１１６の内側面に支持された可動ＳＰＩ反射器（ミラー）１４５２とを含むことができる。図１６に示した例示的な実施例では、絶縁層９０１の内側面から内向きに突出する導電性接続要素１５０２によって可動ＦＰＩ反射器１４５２を支持することができ、それにより、真空空洞１０６ｂが可動ＦＰＩ反射器の裏側と基板１１６の内側面との間に構成される。接続要素１５０２及び／又は可動ＦＰＩ反射器１４５２は、最初は、基板の裏側に堆積されたパターン形成された局所的な犠牲層の上に位置するように配置することができ、この犠牲層により、製造プロセス中に接続要素１５０２及び可動ＦＰＩ反射器１４５２が支持及び保護される。犠牲層は、少なくとも可動反射器１４５２の位置では除去されて、すべてのウェハ・レベル製造プロセスが終了する前に、たとえば最終的な真空封止前に、好ましくは懸架アクティブ素子１０８をリリースするのと同時に、可動ＦＰＩ反射器１４５２をリリースすることができる。可動ＦＰＩ反射器１４５２と基板１１６の間の犠牲層の除去部分に代わって、真空封止空洞１０６ｂを設けることができる。支持構造体を補強するために、犠牲層１５０６の一部が接続要素１５０２の自由端部の下に残されてもよい。導電性の要素、又は層、又は配線は、金属又は他の導電性材料、たとえばポリＳｉなどの任意の導電性材料で作製することができる。接続要素１５０２は、可動ＦＰＩ反射器１４５２を動かし、又は駆動するための第１の電極を提供することができる。複数の実施例では、駆動は静電駆動を含むことができる。図示の実例では、静電駆動のための別の接続層又は電極１５０４が、真空空洞１０６ｂの底面において基板１１６の内側面に堆積され得る。別法として、基板１１６がポリＳｉなどの導電性材料で作製されている場合、基板１１６が静電駆動のための下部電極として使用されてもよい。
【０１４２】
ウェハＷ１とウェハＷ２は、熱圧着、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用して互いに接合され得る。図示の実例では、ウェハＷ１及びウェハＷ２の、対面する内側面又は内側表面の対をなす接合材料層が互いに接合されて、検出器チップ２０を形成する。
【０１４３】
本発明の実施例では、懸架アクティブ素子１０８への電気接続部は、基板１１６の外側表面から絶縁層９０１の内側表面へと延在して接合材料パターン９０２Ｂと接触するようにエッチングされ得る基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６を備えることができる。同様に、基板貫通ビア（ＴＳＶ）１５０８及び１５０９が、それぞれ作動電極１５０２及び１５０４に提供され得る。複数の実施例では、基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６、１５０８及び１５０９に絶縁コーティングが堆積されてもよい。複数の実施例では、基板１１６の裏側に絶縁層９０８が堆積されてもよい。
【０１４４】
複数の実施例では、パターン形成された接合材料層、たとえば接合金属バンプ９０２Ｂ、及び作動電極１５０２及び１５０４のそれぞれに電気的接続を与えるために、基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６、１５０８、及び１５０９には導電性材料を充填、たとえば堆積させることができる。さらに、基板貫通ビア（ＴＳＶ）９０６、１５０８、及び１５０９の位置では、導電性層接点９０７をウェハＷ２の外側面又は裏側に、好ましくは絶縁層９０８上に堆積させることができる。さらに、絶縁層９０８など、ウェハＷ２の外側面又は裏側に真空封止層６０５を堆積させることができる。真空封止層６０５は、穴９０９などのリリース穴を封止するために、局所的に堆積されてもよい。
【０１４５】
ＦＰＩを備えた検出器チップ２０は、たとえば図１５の実例と同様の方式で、集積読出し回路ＲＯＩＣ１１８にフリップ・チップ接合されてもよく、その他の方法で接続されてもよい。
【０１４６】
複数の実施例では、ＦＰＩを備えた懸架検出器アレイが、たとえばＦＰＩがない懸架検出器アレイに関して上に述べたものと同様の方式で提供されてもよい。
【０１４７】
本発明の実施例では、ウェハＷ１及びウェハＷ２のうちの少なくとも一方は、固定ＦＰＩ反射器、可動ＦＰＩ反射器、可動ＦＰＩ反射器用の支持構造体、懸架アクティブ装置、懸架アクティブ装置用の支持構造体、及び懸架アクティブ装置を支持する犠牲層のうちの１つ又は複数を含め、事前製造された中間製品を備えてもよい。
【０１４８】
本発明及びその実施例は上述の実例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々でもよい。
【図１】
2020531861.tif 000003
【図２Ａ】
2020531861.tif 000004
【図２Ｂ】
2020531861.tif 000005
【図３Ａ】
2020531861.tif 000006
【図３Ｂ】
2020531861.tif 000007
【図３Ｃ】
2020531861.tif 000008
【図４Ａ】
2020531861.tif 000009
【図４Ｂ】
2020531861.tif 000010
【図４Ｃ】
2020531861.tif 000011
【図４Ｄ】
2020531861.tif 000012
【図４Ｅ】
2020531861.tif 000013
【図４Ｆ】
2020531861.tif 000014
【図５Ａ】
2020531861.tif 000015
【図５Ｂ】
2020531861.tif 000016
【図５Ｃ】
2020531861.tif 000017
【図５Ｄ】
2020531861.tif 000018
【図６Ａ】
2020531861.tif 000019
【図６Ｂ】
2020531861.tif 000020
【図６Ｃ】
2020531861.tif 000021
【図７】
2020531861.tif 000022
【図８Ａ】
2020531861.tif 000023
【図８Ｂ】
2020531861.tif 000024
【図８Ｃ】
2020531861.tif 000025
【図９Ａ】
2020531861.tif 000026
【図９Ｂ】
2020531861.tif 000027
【図９Ｃ】
2020531861.tif 000028
【図１０】
2020531861.tif 000029
【図１１】
2020531861.tif 000030
【図１２】
2020531861.tif 000031
【図１３Ａ】
2020531861.tif 000032
【図１３Ｂ】
2020531861.tif 000033
【図１４Ａ】
2020531861.tif 000034
【図１４Ｂ】
2020531861.tif 000035
【図１５】
2020531861.tif 000036
【図１６】
2020531861.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月13日(2020.5.13)
【手続補正１】
【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】
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、前記第１のウェハは、誘電体又は半導体の基板、前記基板の上に堆積されたウェハ幅の又はパターン形成された局所的な誘電体の犠牲層、前記誘電体又は半導体の犠牲層の上に堆積された支持層、及び前記支持層の開口内に設けられた懸架アクティブ素子を含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
前記懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、前記第１の真空封止空洞は、前記懸架アクティブ素子の位置において前記犠牲層に延在し、前記第２の真空封止空洞は、前記接合された第２のウェハによって閉じられている、前記支持層の前記開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
前記懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備える、ウェハ・レベル集積熱型検出器。
【請求項２】
前記第１のウェハ及び前記第２のウェハは、フュージョン活性化接合、プラズマ活性化接合、熱圧着接合、又は別のタイプの金属ベースのウェハ接合を使用してウェハ接合されている、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項３】
前記電気接続部は、好ましくは熱圧着接合、別のタイプの金属ベースの接合、又はチップ接合によって、第３のウェハの上の集積読出し回路に接続されるように構成されている、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項４】
前記前方光学装置は、透過性基板、基板内の窓、反射防止コーティング、レンズ、フィルタ、前方ミラー、制御可能な移動式前方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ以上を備える、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項５】
前記後方反射器は、後方ミラー、金属の後方ミラー、分布ブラッグ反射器、制御可能な移動式後方ミラー、ファブリ・ペロー干渉計、同調可能ファブリ・ペロー干渉計のうちの１つ以上を備える、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項６】
前記後方反射器は、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、透過性基板若しくは窓の後ろの、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に設けられる、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項７】
所定の厚さを有する前記支持層は、前記懸架アクティブ素子の機械的連結及び電気的接続のために、前記開口の周辺部に、より薄い肩部分をさらに備え、前記より薄い肩部分の厚さは、前記支持層の前記所定の厚さより薄く、前記より薄い肩部分は、好ましくは前記第１のウェハの接合表面からオフセットされている、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項８】
前記後方反射器は、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの内側面、透過性基板若しくは窓の後ろの、前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハの外側面、又は前記第１のウェハ及び前記第２のウェハのうちの他方のウェハに設けられた開口に設けられる、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項９】
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器を備え、前記可動反射器の両側に真空の空間が存在する、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１０】
前記ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器と前記可動反射器との両方が、前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの同じ前記一方に、前記懸架アクティブ素子の前側に配置されている、請求項９に記載の集積熱型検出器チップ。
【請求項１１】
前記可動反射器は、前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの前記一方に、前記懸架アクティブ素子の裏側に配置されている、請求項９に記載の集積熱型検出器。
【請求項１２】
前記可動反射器は、前記後方反射器として機能するように構成されている、請求項１１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１３】
前記ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器は、前記懸架アクティブ素子の前側に配置されている、請求項１１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１４】
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの前記一方の内部に前記可動反射器を機械的に支持するように構成された支持構造体を備える、請求項９に記載の集積熱型検出器。
【請求項１５】
前記ファブリ・ペロー干渉計を同調させるために前記可動反射器を作動制御装置に接続するように構成された電気接続部を備える、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１６】
前記可動反射器の前記電気接続部は１対の静電駆動電極を備える、請求項１５に記載の集積熱型検出器。
【請求項１７】
前記熱型検出器は、紫外（ＵＶ）光、可視光、赤外（ＩＲ）光、テラヘルツ（ＴＨｚ）放射、及びＸ線の波長範囲のうちの１つの電磁放射を吸収するように構成されている、請求項１に記載の集積熱型検出器。
【請求項１８】
複数のウェハ・レベル集積熱型検出器を備える、ウェハ・レベル集積熱型検出器のアレイであって、各ウェハ・レベル集積熱型検出器は、
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、前記第１のウェハは、誘電体又は半導体の基板、前記基板の上に堆積されたウェハ幅の又はパターン形成された局所的な誘電体の犠牲層、前記誘電体又は半導体の犠牲層の上に堆積された支持層、及び前記支持層の開口内に設けられた懸架アクティブ素子を含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
前記懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、前記第１の真空封止空洞は、前記懸架アクティブ素子の位置において前記犠牲層に延在し、前記第２の真空封止空洞は、前記接合された第２のウェハによって閉じられている、前記支持層の前記開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
前記懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備える、ウェハ・レベル集積熱型検出器のアレイ。
【請求項１９】
ウェハ・レベル集積熱型検出器、又はウェハ・レベル集積熱型検出器のアレイを製造するための事前製造された中間製品であって、各ウェハ・レベル集積熱型検出器は、
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、前記第１のウェハは、誘電体又は半導体の基板、前記基板の上に堆積されたウェハ幅の又はパターン形成された局所的な誘電体の犠牲層、前記誘電体又は半導体の犠牲層の上に堆積された支持層、及び前記支持層の開口内に設けられた懸架アクティブ素子を含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
前記懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、前記第１の真空封止空洞は、前記懸架アクティブ素子の位置において前記犠牲層に延在し、前記第２の真空封止空洞は、前記接合された第２のウェハによって閉じられている、前記支持層の前記開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
前記懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備え、
前記中間製品は、前記基板と、前記懸架アクティブ装置と、前記支持層と、前記懸架アクティブ装置を支持する前記誘電体の犠牲層とを含むように事前製造された前記第１のウェハを備え、前記第１のウェハは、前記第１のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計、ファブリ・ペロー干渉計の固定反射器、又はファブリ・ペロー干渉計の可動反射器を含むようにさらに事前製造されている、中間製品。
【請求項２０】
ウェハ・レベル集積熱型検出器、又はウェハ・レベル集積熱型検出器のアレイを製造するための事前製造された中間製品であって、各ウェハ・レベル集積熱型検出器は、
互いに接合された第１のウェハ及び第２のウェハであって、前記第１のウェハは、誘電体又は半導体の基板、前記基板の上に堆積されたウェハ幅の又はパターン形成された局所的な誘電体の犠牲層、前記誘電体又は半導体の犠牲層の上に堆積された支持層、及び前記支持層の開口内に設けられた懸架アクティブ素子を含む、第１のウェハ及び第２のウェハと、
前記懸架アクティブ素子の両側の第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞であって、前記第１の真空封止空洞は、前記懸架アクティブ素子の位置において前記犠牲層に延在し、前記第２の真空封止空洞は、前記接合された第２のウェハによって閉じられている、前記支持層の前記開口を含む、第１の真空封止空洞及び第２の真空封止空洞と、
外部から前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの一方に放射を入射するための前方光学装置と、
前記第１の真空封止空洞及び前記第２の真空封止空洞のうちの他方に放射を反射するように構成された後方反射器と、
前記懸架アクティブ素子を読出し回路に接続するための電気接続部と
を備え、
誘電体又は半導体の基板と、前記第２のウェハの内側面にファブリ・ペロー干渉計の可動反射器とを含むように事前製造された前記第２のウェハを備える中間製品。
【国際調査報告】
2020531861.tif 000038
2020531861.tif 000039