JP2012514753A - 電磁放射センサおよび製造方法 - Google Patents

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Abstract

半導体センサ（１００）を形成する方法には、基板（１０２）を提供するステップと、基板の上に反射層（１０４）を形成するステップと、反射層の上に犠牲層を形成するステップと、犠牲層の上に厚さが約５０ｎｍ未満の吸収体層（１０６）を形成するステップと、吸収体層の中に少なくとも１つの懸垂脚（１１０）と一体の吸収体を形成するステップと、犠牲層を除去するステップが含まれている。
【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、半導体センサデバイスおよびこのようなデバイスの製造方法に関する。
[0002]任意の非ゼロ温度の物体は、プランクの放射の法則、ステファン−ボルツマンの法則およびウィーンの変位法則として知られている法則に従って電磁波または光子のいずれかとして記述することができる電磁エネルギーを放射する。ウィーンの変位法則によれば、物体が最大量（λｍａｘ）を放射する波長は、次の式によって近似されているようにその物体の温度に反比例する。
Figure 2012514753
[0003]したがって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ほとんどは赤外領域に存在する。ＣＯ２、Ｈ２Ｏおよび他の気体ならびに物質の存在により、地球の大気は特定の波長を有する電磁放射を吸収する。しかしながら測定によれば、吸収が最小になる「大気窓」が存在している。このような「窓」の一例は、８μｍ〜１２μｍの波長範囲である。もう１つの窓は、３μｍ〜５μｍの波長範囲で生じる。通常、室温に近い温度を有する物体は、１０μｍに近い波長の放射を放出する。したがって室温に近い物体によって放出される電磁放射は、その最小量が地球の大気によって吸収されるにすぎない。したがって周囲の室温より暖かい物体または冷たい物体の存在の検出は、こ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できる検出器を使用することによって容易に達成される。
[0004]広く使用されている電磁放射検出器のアプリケーションの１つは、人または車が接近すると自動的にエネルギーが供給される車庫扉ライトのためのアプリケーションである。他のアプリケーションは熱画像化である。運転者を補助するための夜光システムに使用することができる熱画像化では、景色から入射する電磁放射が検出器のアレイ上に集束する。熱画像化は、フォトマルチプライヤを使用して任意の量の既存の微弱可視光を増幅する技法、あるいは近赤外（〜１μｍ波長）照明および近赤外カメラを使用する技法とは全く異なっている。
[0005]「光子検出器」および「熱検出器」の２つのタイプの電磁放射検出器が存在している。光子検出器は、前記光子のエネルギーを使用して入射光子を検出し、材料中の電荷担体を励起する。次に、材料の励起が電子的に検出される。熱検出器も同じく光子を検出する。しかしながら、熱検出器は、前記光子のエネルギーを使用してコンポーネントの温度を高くしている。この温度変化を測定することにより、温度変化をもたらしている光子の強度を決定することができる。
[0006]熱検出器の場合、入射する光子に起因する温度変化は、温度依存抵抗体（サーミスタ）、焦電効果、熱電効果、ガス膨張および他の手法を使用して測定することができる。とりわけ長波長赤外検出の場合における熱検出器の利点の１つは、熱検出器の場合、光子検出器とは異なり、許容可能なレベルの性能を実現するための低音冷却を必要としないことである。
[0007]熱センサの１つのタイプは「ボロメータ」として知られている。「ボロメータ」という語の語源には、放射を測定するために使用されるあらゆるデバイスが包含されているが、ボロメータは、一般的には、サーミスタを利用して長波長赤外窓（８μｍ〜１２μｍ）あるいは中間波長赤外窓（３μｍ〜５μｍ）内の放射を検出する熱検出器として理解されている。
[0008]ボロメータは、最初に入射電磁放射を吸収して温度変化を誘導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、ボロメータの感度および精度に関係している。理想的には、入射する電磁放射のほぼ１００％が吸収されることが望ましい。理論的には、自由空間の特性インピーダンスに等しいシート抵抗（平方当たりのオーム）を有する、光学厚さがｄの誘電体または真空ギャップ上に位置している金属膜は、波長４ｄの電磁放射に対して１００％の吸収係数を有することになる。次の式は、自由空間の特性インピーダンス（Ｙ）の表現式を示している。
Figure 2012514753
上式で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」で画定され、ｎは、誘電体、空気または真空の屈折率である。
[0010]過去において、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、感度、空間的および時間的分解能、ならびにＭＥＭＳデバイスに必要な電力要求がより少ないため、様々なアプリケーションにおいて有効な解決法であることを立証してきた。このようなアプリケーションの１つは、ボロメータとしてのアプリケーションである。知られているボロメータには、吸収体として作用し、かつ、機械的サポートとして作用する支持材料が使用されている。通常、支持材料は窒化ケイ素である。吸収体の上には、サーミスタとして使用される感熱膜が形成されている。サーミスタが取り付けられた吸収体構造は、入射する電磁放射によってセンサの温度が大きく上昇するよう、大きい熱抵抗を有する懸垂脚を介して基板に固定されている。
[0011]懸垂部材を微細機械加工するために使用されている従来の技法の場合、例えばフォトレジストを使用したスピン塗布または重合体塗布などによって、最終的には除去されることになる「犠牲」層の上に材料を堆積させなければならない。薄膜金属または半導体の堆積は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、エピタキシャル成長法、熱酸化法、プラズマ増速化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタ法および蒸着法を始めとする様々な技法を使用して実施することができる。
[0012]しかしながら、知られているプロセスには、ボロメータの製造に関する固有の限界がある。例えば、機能を維持するためにはシリコンウェーハを約４５０℃より高い温度に露出してはならない。この温度制限により、上で言及した堆積技法のうちのいくつかが排除される。
[0013]さらに、ステップカバレージが乏しく、厚さの一様性および制御に欠け、また応力制御に欠ける問題のため、スパッタ法、蒸着法またはＰＥＣＶＤの従来の堆積技法を使用して懸垂薄膜金属を高い信頼性で製造することは極めて困難である。
[0014]有効で、かつ、正確なボロメータが必要である。さらに、製造が容易で、かつ、安価なボロメータが必要である。
[0015]一実施形態によれば、半導体センサを形成する方法であって、基板を提供するステップと、基板の上に反射層を形成するステップと、反射層の上に犠牲層を形成するステップと、犠牲層の上に厚さが約５０ｎｍ未満の吸収体層を形成するステップと、吸収体層の中に少なくとも１つの懸垂脚と一体の吸収体を形成するステップと、犠牲層を除去するステップとを含む方法が提供される。
[0016]他の実施形態では、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサデバイスには、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板と、基板の上に形成された少なくとも１つの反射型コンポーネントと、少なくとも１つの反射型コンポーネントから間隔を隔てて配置された少なくとも１つの吸収体であって、原子層堆積によって形成された少なくとも１つの吸収体が含まれている。
[0017]さらに他の実施形態では、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサデバイスには、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板と、基板の上に形成された少なくとも１つの反射型コンポーネントと、少なくとも１つの反射型コンポーネントから間隔を隔てて配置された少なくとも１つの吸収体であって、最大厚さが５０ｎｍ未満であり、良好な雑音等価温度差（ＮＥＴＤ）を示す少なくとも１つの吸収体が含まれている。
[0018]本発明の原理によるサーミスタの機能を提供する吸収体を備えたボロメータデバイスの上面斜視図である。 [0019]図１のボロメータの側平面図である。 [0020]本発明の原理によるサーミスタの機能を提供する吸収体を備えたボロメータデバイスの他の実施形態の上面斜視図である。 [0021]図３のボロメータの側平面図である。 [0022]この実施形態では相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）である基板であって、本発明の原理によるデバイスを形成するために使用することができる基板の横断面図である。 [0023]図５の基板の上に犠牲層が形成され、かつ、犠牲層の中にチャネルがエッチングされた横断面図である。 [0024]エッチングされたチャネルの中に導電性ピラーが形成された後の図６の基板の横断面図である。 [0025]導電性ピラーの上、および導電性ピラーの間の犠牲層の一部の上に吸収体層が堆積した図７の基板の横断面図である。 [0026]懸垂脚および吸収体を形成するために、吸収体層を貫通して犠牲層までトレンチがエッチングされた後の図８の基板の平面図である。 [0027]本発明の原理によるサーミスタの機能を提供する吸収体を備えたボロメータデバイスの他の実施形態の上面斜視図である。 [0028]図１０のデバイスの平面図である。 [0029]この実施形態では相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）である基板であって、その上に反射層が形成された基板の横断面図である。 [0030]図１２の基板の上に犠牲層が形成され、かつ、犠牲層の中にチャネルがエッチングされた横断面図である。 [0031]エッチングされたチャネルの中に導電性ばねピラーのベース部分が形成された後の図１３の基板の横断面図である。 [0032]図１４の基板の上に他の犠牲層が形成され、かつ、その犠牲層の中にチャネルがエッチングされた横断面図である。 [0033]エッチングされたチャネルの中に導電性ばねピラーの下部横方向部分が形成され、基板の上に他の犠牲層が形成され、かつ、その犠牲層の中にチャネルがエッチングされた後の図１５の基板の横断面図である。 [0034]エッチングされたチャネルの中に導電性ばねピラーの中央直立部分が形成された後の図１６の基板の横断面図である。 [0035]基板の上に他の犠牲層が形成され、かつ、その犠牲層の中にチャネルがエッチングされた図１５の基板の横断面図である。 [0036]エッチングされたチャネルの中に導電性ばねピラーの上部横方向部分が形成され、基板の上に他の犠牲層が形成され、かつ、その犠牲層の中にチャネルがエッチングされた後の図１８の基板の横断面図である。 [0037]エッチングされたチャネルの中に導電性ばねピラーの上部直立部分が形成され、かつ、導電性ばねピラーの上および導電性ピラーの間の犠牲層の一部の上に吸収体層が堆積された後の図１９の基板の横断面図である。 [0038]犠牲層が除去された図２０のデバイスの横断面図である。
[0039]次に、本発明の原理の理解を促進するために、図面に示され、かつ、以下の成文明細書に記述されている実施形態を参照する。これらの実施形態には本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解されたい。さらに、本発明には、示されている実施形態に対するあらゆる変更および修正が包含されていること、および本発明に関連する当業者に普通に生じる本発明の原理の他のアプリケーションが包含されていることを理解されたい。
[0040]図１は、この実施形態ではボロメータである半導体センサ１００の斜視図を示したものである。センサ１００は、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板の上または他のタイプの基板の上に形成することができる。センサ１００には、基板１０２、鏡１０４および吸収体１０６が含まれている。この実施形態では１つまたは複数のセンサ１００を含むことができるシリコンウェーハである基板１０２には、センサ１００の出力にアクセスするために使用される電子回路が含まれている。
[0041]鏡１０４は、例えば金属反射体または多層誘電体反射体であってもよい。吸収体１０６は、懸垂脚１０８および１１０によって鏡１０４から間隔を隔てている。この実施形態では、鏡１０４と吸収体１０６の間のギャップは約２．５μｍである。ギャップは、この実施形態では、長波長赤外領域における吸収が最適化されるように選択される。
[0042]吸収体１０６は、入射する光子からエネルギーを吸収するだけでなく、良好な雑音等価温度差（ＮＥＴＤ）を提供するように選択される。吸収体１０６に良好なＮＥＴＤを持たせるためには、吸収体１０６を形成するために選択される材料は、低過剰雑音（１／ｆ雑音）を示す一方で高い抵抗温度係数を示さなければならない。微細機械加工ボロメータの場合、抵抗温度係数が高いため、酸化バナジウムなどの半導体材料が一般的である。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低い抵抗温度係数を有しているが、通常、金属は、多くの半導体材料よりはるかに低い過剰雑音を有している。
[0043]したがって一実施形態では、吸収体１０６は金属からなっている。チタンおよび白金は、望ましい特性を示す２つの金属である。チタンは、例えば、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場合、吸収体１０６の厚さは、自由空間のインピーダンス（３７７オーム／平方）と整合させるためには約１．９ｎｍでなければならない。しかしながら、約５０ｎｍ未満の厚さで形成される材料の抵抗率は、バルク値より数倍大きくすることができる。したがって、チタンでできている場合、吸収体１０６の厚さは、プロセスパラメータに応じて約１０ｎｍであることが好ましい。また、形成中、必要に応じて抵抗率を調整するために吸収体１０６に不純物を導入することも可能である。
[0044]したがって吸収体１０６の厚さは、この実施形態では約１０ｎｍであり、また、懸垂脚１０８から懸垂脚１１０ までの吸収体１０６の長さは約２５μｍである。この構成によれば、吸収体１０６の厚さと吸収体１０６の長さの間に１／１０００程度の比率が提供され、また、ギャップ幅に対する吸収体１０６の厚さの比率、約１／１００、が提供される。
[0045]脚１０８および１１０は、吸収体１０６のための機械的サポートを提供しており、大きい熱抵抗率を有するように設計されている。脚１０８および１１０ならびに吸収体１０６の両端間で測定されるセンサの総抵抗は、次の式によって定義される。
Ｒ＝２Ｒｓ＋Ｒａ
上式でＲｓは懸垂脚１０８および１１０の各々の抵抗であり、Ｒａは薄膜吸収体１０６の抵抗である。
[0046]吸収体１０６に電磁放射が衝突すると、吸収体１０６の温度がΔＴだけ上昇する。懸垂脚１０８および１１０に沿った温度プロファイルが線形であると仮定すると、懸垂脚１０８および１１０の平均温度上昇はΔＴ／２である。センサに放射が入射すると、センサの電気抵抗は、
Figure 2012514753
によって与えられる量ΔＲだけ変化する。上式でαは薄膜の抵抗温度係数である。上記の式を解くと、次の式が得られる。
ΔＲ＝αΔＴ（Ｒｓ＋Ｒａ）
[0047]脚１０８および１１０は大きい熱抵抗率を有するように設計されているため、センサ１００の総電気抵抗は、懸垂脚１０８および１１０の電気抵抗に支配され（つまりＲｓはＲａよりはるかに大きい）、したがって
Figure 2012514753
である。
[0048]したがって電磁放射（例えば赤外光）がセンサ１００に到達すると、その電磁放射は吸収体１０６の薄膜金属内で吸収され、その効率は、吸収体１０６の抵抗率、鏡１０４の品質、吸収体１０６と鏡１０４の間のギャップ高さ、および放射波長で決まる。吸収体１０６は、入射する放射を吸収すると、その温度が上昇する。この温度上昇により、吸収体１０６の抵抗率が小さくなるか、あるいは大きくなる。吸収体１０６は、次に電気的にプローブされてその抵抗率が測定され、延いては吸収体１０６に入射する電磁放射の量が間接的に測定される。
[0049]図３は、代替半導体センサ１２０を示したものである。この実施形態の半導体センサ１２０も、同じく、ＣＭＯＳ基板の上に形成することができるボロメータである。センサ１２０には、基板１２２、鏡１２４および吸収体１２６が含まれている。この実施形態では１つまたは複数のセンサ１２０を含むことができるシリコンウェーハである基板１２２には、センサ１２０の出力にアクセスするために使用される電子回路が含まれている。
[0050]吸収体１２６は、懸垂脚１２８および１３０によって支持されている。しかしながら、吸収体１２６と鏡１２４の間のギャップは、この実施形態では、ピラー１３２および１３４によって制御されている。ピラー１３２および１３４は、吸収体１２６と鏡１２４の間のギャップを確立しているだけでなく、さらに、懸垂脚１２８および１３０との電気接触を提供している。センサ１２０の動作は、センサ１００の動作と実質的に全く同じである。
[0051]堆積した金属および半導体の典型的な抵抗率のため、懸垂薄膜は、５０ｎｍ未満の厚さを有していなければならない。原子層堆積として知られている堆積技法の特徴は、従来の微細機械加工技法、例えばスパッタ法および蒸着法より好ましい。現況技術に勝るこのデバイスの利点の１つは、その製造が単純であることである。
[0052]センサ１２０の製造は、図５に示されている、鏡１４２がその上に形成された基板１４０を準備することによって開始される。次に、材料の犠牲層１４４が基板１４０の上に堆積され、かつ、チャネル１４６および１４８がエッチングされる（図６参照）。次に、図７に示されているようにチャネル１４６および１４８の中に導電性ピラー１５０および１５２が形成される。次に、導電性ピラー１５０および１５２の上、ならびに導電性ピラー１５０と１５２の間の犠牲層１４４の上に吸収体層１５４が形成される（図８参照）。「吸収体層」は、入射する光子からの有効なエネルギー吸収、および良好な雑音等価温度差（ＮＥＴＤ）を示す材料の層である。本明細書において使用されているように、「良好なＮＥＴＤ」は、材料がサーミスタならびに吸収体として機能することを意味している。
[0053]吸収体層１５４は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって形成されることが好ましい。ＡＬＤは、基板をいくつかの異なる先駆体に逐次露出する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、飽和するまで基板の表面と反応する先駆体「Ａ」に基板を露出することによって開始される。これは、「自己終息反応」と呼ばれている。次に、飽和するまで表面と反応する先駆体「Ｂ」に基板が露出される。この第２の自己終息反応によって表面が再活性化される。この再活性化により、先駆体「Ａ」は表面と反応することができる。堆積サイクルにより、理想的には１つの原子層が形成され、その上に他の層を形成することができる。したがって吸収体層１５４の最終的な厚さは、基板を露出させるサイクル数によって制御される。
[0054]通常、ＡＬＤに使用される先駆体には、有機金属先駆体および水蒸気またはオゾンなどの酸化剤が含まれている。原子層堆積は、比較的低い温度で、かつ、優れた厚さ制御、一様性および共形性で超薄膜を成長させるその能力のため、近年、注目を集めている。
[0055]吸収体層１５４が形成されると、懸垂脚１５６および１５８ならびに吸収体１６０を形成するために吸収体層１５４がエッチングされる（図９）。次に犠牲層１４４が除去されて吸収体１６０が開放され、図３および４を参照して説明した構成が得られる。
[0056]図１０は、代替半導体センサ２００を示したものである。この実施形態の半導体センサ２００も、同じく、ＣＭＯＳ基板の上に形成することができるボロメータである。センサ２００には、基板２０２、鏡２０４および吸収体２０６が含まれている。この実施形態では１つまたは複数のセンサ２００を含むことができるシリコンウェーハである基板２０２には、センサ２００の出力にアクセスするために使用される電子回路が含まれている。
[0057]吸収体２０６は、懸垂脚２０８および２１０によって支持されている。吸収体２０６と鏡２０４の間のギャップは、この実施形態では、ばねピラー２１２および２１４によって制御されている。ばねピラー２１２および２１４は、吸収体２０６と鏡２０４の間のギャップを確立しているだけでなく、さらに、懸垂脚２０８および２１０との電気接触を提供している。センサ２００の動作は、センサ１００の動作と実質的に全く同じである。
[0058]センサ２００の製造は、図１２に示されている、鏡２２２がその上に形成された基板２２０を準備することによって開始される。次に、材料の犠牲層２２４が基板２２０の上に堆積され、かつ、チャネル２２６および２２８がエッチングされる（図１３参照）。次に、図１４に示されているようにチャネル２２６および２２８の中に導電性ピラーのベース部分２３０および２３２が形成される。次に、犠牲層２２４の上に材料の他の犠牲層２３４が堆積され、かつ、チャネル２３６および２３８がエッチングされる（図１５参照）。チャネル２３６および２３８の中に導電性ピラーの下部横方向部分２４０および２４２が形成されると（図１６参照）、次に、犠牲層２２４の上に材料の犠牲層２４４が堆積され、かつ、チャネル２４６および２４８がエッチングされる。次に、チャネル２３６および２３８の中に中間直立部分２５０および２５２が形成される（図１７）。
[0059]次に、犠牲層２４４の上に材料の他の犠牲層２５４が堆積され、かつ、チャネル２５６および２５８がエッチングされる（図１８参照）。チャネル２５６および２５８の中に導電性ピラーの上部横方向部分２６０および２６２が形成されると（図１９参照）、次に、犠牲層２５４の上に材料の犠牲層２６４が堆積され、かつ、チャネル２６６および２６８がエッチングされる。次に、チャネル２６６および２６８の中に頂部直立部分２７０および２７２が形成され（図２０）、次に、頂部直立部分２７０および２７２の上、および導電性ピラー頂部直立部分２７０と２７２の間の犠牲層２６４の上に吸収体層２７４が形成される。
[0060]吸収体層２７４が形成されると、懸垂脚（図１１の脚２０８および２１０参照）および吸収体（図１１の吸収体２０６）を形成するために吸収体層２７４がエッチングされる。次に、同じ材料であってもよい犠牲層２２４、２３４、２４４、２５４および２６４が除去されて吸収体２０６が開放され（図２０）、図１０および１１を参照して説明した構成が得られる。
[0061]以上、本発明について、図面に詳細に示し、かつ、上記説明の中で詳細に説明したが、以上の内容は、実例による本発明の説明と見なすべきであり、本発明を制限するものと見なしてはならない。好ましい実施形態のみが示されていること、また、本発明の精神の範疇であるあらゆる変更、修正および他のアプリケーションは、保護されることが望ましいことを理解されたい。

Claims (22)

  1. 半導体センサを形成する方法であって、
    基板を提供するステップと、
    前記基板の上に反射層を形成するステップと、
    前記反射層の上に犠牲層を形成するステップと、
    前記犠牲層の上に厚さが約５０ｎｍ未満の吸収体層を形成するステップと、
    前記吸収体層の中に少なくとも１つの懸垂脚と一体の吸収体を形成するステップと、
    前記犠牲層を除去するステップと
    を含む方法。
  2. 前記犠牲層の中に少なくとも１つのチャネルを形成するステップと、
    前記少なくとも１つのチャネル内に少なくとも１つの導電性ピラーを形成するステップであって、吸収体を形成するステップが、前記少なくとも１つの導電性ピラーの上に前記少なくとも１つの懸垂脚の少なくとも一部を形成するステップを含むステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 吸収体層を形成するステップが、前記犠牲層の上に約１０ｎｍの厚さの吸収体層を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 吸収体層を形成するステップが、
    前記犠牲層の表面を第１の自己終息反応物に露出するステップと、
    前記犠牲層の前記表面を前記第１の自己終息反応物に露出した後に、前記犠牲層の前記表面を第２の自己終息反応物に露出するステップと
    を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板と、
    前記基板の上に形成された少なくとも１つの反射型コンポーネントと、
    前記少なくとも１つの反射型コンポーネントから間隔を隔てて配置された少なくとも１つの吸収体であって、原子層堆積によって形成された少なくとも１つの吸収体と
    を備えた相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサデバイス。
  6. 前記少なくとも１つの吸収体が５０ｎｍ未満の最大厚さを有する、請求項５に記載のセンサデバイス。
  7. 前記少なくとも１つの吸収体が約１０ｎｍの最大厚さを有する、請求項６に記載のセンサデバイス。
  8. 前記少なくとも１つの吸収体が前記少なくとも１つの反射型コンポーネントから約２．５μｍだけ間隔を隔てた、請求項６に記載のセンサデバイス。
  9. 前記ＣＭＯＳ基板から上に向かって延在している少なくとも１つの導電性ピラーと、
    前記少なくとも１つのピラーによって支持された少なくとも１つの懸垂脚であって、前記少なくとも１つの吸収体を支持している少なくとも１つの懸垂脚と
    をさらに備えた、請求項５に記載のセンサデバイス。
  10. 前記少なくとも１つの懸垂脚が原子層堆積によって形成される、請求項９に記載のセンサデバイス。
  11. 前記ＣＭＯＳ基板から上に向かって延在している少なくとも１つの懸垂脚であって、前記少なくとも１つの吸収体を支持している少なくとも１つの懸垂脚
    をさらに備えた、請求項５に記載のセンサデバイス。
  12. 前記少なくとも１つの懸垂脚が原子層堆積によって形成される、請求項１１に記載のセンサデバイス。
  13. 前記少なくとも１つの反射型コンポーネントが複数の反射型コンポーネントを備え、
    前記少なくとも１つの吸収体が原子層堆積によって形成された複数の吸収体を備えた
    請求項５に記載のセンサデバイス。
  14. 前記少なくとも１つの吸収体が、チタンおよび白金からなる金属およびそれらの合金のグループのうちの少なくとも１つから形成される、請求項５に記載のセンサデバイス。
  15. 相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板と、
    前記基板の上に形成された少なくとも１つの反射型コンポーネントと、
    前記少なくとも１つの反射型コンポーネントから間隔を隔てて配置された少なくとも１つの吸収体であって、最大厚さが５０ｎｍ未満であり、良好な雑音等価温度差（ＮＥＴＤ）を示す少なくとも１つの吸収体と
    を備えた相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサデバイス。
  16. 前記少なくとも１つの吸収体が原子層堆積によって形成される、請求項１５に記載のセンサデバイス。
  17. 前記少なくとも１つの吸収体が約１０ｎｍの最大厚さを有する、請求項１６に記載のセンサデバイス。
  18. 前記少なくとも１つの吸収体が前記少なくとも１つの反射型コンポーネントから約２．５μｍだけ間隔を隔てた、請求項１５に記載のセンサデバイス。
  19. 前記少なくとも１つの反射型コンポーネントの上方で前記少なくとも１つの吸収体を支持している少なくとも１つの懸垂脚
    をさらに備えた、請求項１５に記載のセンサデバイス。
  20. 前記少なくとも１つの懸垂脚が原子層堆積によって形成される、請求項１９に記載のセンサデバイス。
  21. 前記少なくとも１つの反射型コンポーネントが複数の反射型コンポーネントを備え、
    前記少なくとも１つの吸収体が原子層堆積によって形成された複数の吸収体を備えた
    請求項２０に記載のセンサデバイス。
  22. 前記少なくとも１つの吸収体が、チタンおよび白金からなる金属およびそれらの合金のグループのうちの少なくとも１つから形成される、請求項１５に記載のセンサデバイス。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015531868A (ja) * 2012-08-22 2015-11-05 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ Ｃｍｏｓボロメータ
CN106989828A (zh) * 2016-01-20 2017-07-28 优利斯公司 制造具有微囊的电磁辐射探测器的方法
KR102057714B1 (ko) 2017-05-02 2019-12-19 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 박층의 이동에 의해 캡슐화된 전자기 방사선 검출기 및 전자기 방사선 검출기의 적어도 하나의 감응 소자를 캡슐화하는 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101922119B1 (ko) 2011-12-22 2019-02-14 삼성전자주식회사 적외선 검출기 및 이를 사용하는 적외선 검출 방법
US8900906B2 (en) * 2012-03-08 2014-12-02 Robert Bosch Gmbh Atomic layer deposition strengthening members and method of manufacture
US9368658B2 (en) 2012-08-31 2016-06-14 Robert Bosch Gmbh Serpentine IR sensor
US8993966B2 (en) * 2012-09-26 2015-03-31 Honeywell International Inc. Flame sensor integrity monitoring
EP2909591B1 (en) * 2012-10-17 2023-06-21 Robert Bosch GmbH Multi-stack film bolometer
KR101902920B1 (ko) * 2012-12-11 2018-10-01 삼성전자주식회사 광대역 표면 플라즈몬 공진기를 포함하는 적외선 검출기
US9257587B2 (en) * 2012-12-21 2016-02-09 Robert Bosch Gmbh Suspension and absorber structure for bolometer
US9199838B2 (en) 2013-10-25 2015-12-01 Robert Bosch Gmbh Thermally shorted bolometer
WO2015160412A2 (en) * 2014-01-24 2015-10-22 The Regents Of The University Of Colorado Novel methods of preparing nanodevices
WO2016004408A2 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Flir Systems, Inc. Vertical microbolometer contact systems and methods
DE102014213369B4 (de) * 2014-07-09 2018-11-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Strahlungsdetektor und verfahren zur herstellung eines strahlungsdetektors und array von solchen strahlungsdetektoren
US10006810B2 (en) 2014-10-10 2018-06-26 Robert Bosch Gmbh Method to modulate the sensitivity of a bolometer via negative interference
US10171919B2 (en) * 2016-05-16 2019-01-01 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Thermal and thermoacoustic nanodevices and methods of making and using same
CN108458789A (zh) * 2018-04-20 2018-08-28 国家纳米科学中心 一种基于硫化钽薄膜的测辐射热计及其制备方法和用途
WO2020185970A2 (en) * 2019-03-11 2020-09-17 Flir Commercial Systems, Inc. Microbolometer systems and methods
KR102369495B1 (ko) * 2020-07-29 2022-03-04 주식회사 보다 볼로미터 장치 및 이의 제조방법
KR102284749B1 (ko) * 2020-07-29 2021-08-02 주식회사 보다 볼로미터 장치 및 이의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5288649A (en) * 1991-09-30 1994-02-22 Texas Instruments Incorporated Method for forming uncooled infrared detector
JP2001356057A (ja) * 2000-06-13 2001-12-26 Denso Corp 赤外線イメージセンサ及びその製造方法
JP2002071452A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Nec Corp 熱型赤外線検出器
JP2003509682A (ja) * 1999-09-13 2003-03-11 ハネウェル・インコーポレーテッド 熱検出器及びその製造方法
JP2003517731A (ja) * 1999-12-17 2003-05-27 ジエヌス・インコーポレイテツド 原子層堆積中の寄生化学気相成長を最小限に抑える装置と方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5021663B1 (en) * 1988-08-12 1997-07-01 Texas Instruments Inc Infrared detector
US5286976A (en) * 1988-11-07 1994-02-15 Honeywell Inc. Microstructure design for high IR sensitivity
US5260225A (en) * 1991-12-20 1993-11-09 Honeywell Inc. Integrated infrared sensitive bolometers
US5512748A (en) * 1994-07-26 1996-04-30 Texas Instruments Incorporated Thermal imaging system with a monolithic focal plane array and method
US6515285B1 (en) * 1995-10-24 2003-02-04 Lockheed-Martin Ir Imaging Systems, Inc. Method and apparatus for compensating a radiation sensor for ambient temperature variations
US6690014B1 (en) * 2000-04-25 2004-02-10 Raytheon Company Microbolometer and method for forming
US6621083B2 (en) * 2000-12-29 2003-09-16 Honeywell International Inc. High-absorption wide-band pixel for bolometer arrays
US6777681B1 (en) 2001-04-25 2004-08-17 Raytheon Company Infrared detector with amorphous silicon detector elements, and a method of making it
FR2844635B1 (fr) 2002-09-16 2005-08-19 Commissariat Energie Atomique Dispositif detecteur de rayonnement electromagnetique avec boitier integre comportant deux detecteurs superposes
FR2862160B1 (fr) * 2003-11-10 2006-05-12 Ulis Dispositif de detection de rayonnements infrarouges a detecteurs bolometriques
EP1738413A4 (en) * 2004-03-23 2008-05-28 Bae Systems Information MULTI-SPECTRAL NON-COOLED MICROBOLOMETER TYPE DETECTORS
US20050275750A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Salman Akram Wafer-level packaged microelectronic imagers and processes for wafer-level packaging
FR2875336B1 (fr) * 2004-09-16 2006-11-17 Ulis Soc Par Actions Simplifie Dispositif de detection de rayonnements infrarouges a detecteurs bolometriques
US7655909B2 (en) * 2006-01-26 2010-02-02 L-3 Communications Corporation Infrared detector elements and methods of forming same
US7459686B2 (en) * 2006-01-26 2008-12-02 L-3 Communications Corporation Systems and methods for integrating focal plane arrays
KR100685748B1 (ko) * 2006-02-09 2007-02-22 삼성전자주식회사 박막 형성 방법 및 이를 이용한 게이트 구조물의 제조 방법
US7711239B2 (en) * 2006-04-19 2010-05-04 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Microelectromechanical device and method utilizing nanoparticles
US20080185522A1 (en) 2007-02-06 2008-08-07 Shih-Chia Chang Infrared sensors and methods for manufacturing the infrared sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5288649A (en) * 1991-09-30 1994-02-22 Texas Instruments Incorporated Method for forming uncooled infrared detector
JP2003509682A (ja) * 1999-09-13 2003-03-11 ハネウェル・インコーポレーテッド 熱検出器及びその製造方法
JP2003517731A (ja) * 1999-12-17 2003-05-27 ジエヌス・インコーポレイテツド 原子層堆積中の寄生化学気相成長を最小限に抑える装置と方法
JP2001356057A (ja) * 2000-06-13 2001-12-26 Denso Corp 赤外線イメージセンサ及びその製造方法
JP2002071452A (ja) * 2000-08-29 2002-03-08 Nec Corp 熱型赤外線検出器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013034794; ＬＥＥ，Ｈ．-Ｋ．　他: '"Ａ　Ｈｉｇｈ　Ｆｉｌｌ-Ｆａｃｔｏｒ　ＩＲ　Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉ-Ｌｅｖｅｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ"' Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ　１９９８　［ＩＥＤＭ　９８］ , 1998, Ｐａｇｅｓ　４６４-４６６ *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015531868A (ja) * 2012-08-22 2015-11-05 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ Ｃｍｏｓボロメータ
CN106989828A (zh) * 2016-01-20 2017-07-28 优利斯公司 制造具有微囊的电磁辐射探测器的方法
KR102057714B1 (ko) 2017-05-02 2019-12-19 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스 박층의 이동에 의해 캡슐화된 전자기 방사선 검출기 및 전자기 방사선 검출기의 적어도 하나의 감응 소자를 캡슐화하는 방법

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