JP6758052B2 - 排出口を有する封入構造を有する電磁放射検出装置 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、少なくとも１つの熱検知器と、熱検知器を内包する密封キャビティを構成する封入構造とを有し、封入構造が少なくとも１つの排出口を有する、電磁放射、特に赤外又はテラヘルツ放射を検出する装置である。本発明は、特に赤外線イメージング及びサーモグラフィの分野に応用可能である。

例えば赤外又はテラヘルツ放射などの電磁放射を検出する装置は、少なくとも１つの熱検知器と、典型的には基本的熱検知器と称される熱検知器のマトリックスと、を有し、それぞれの熱検知器は検出すべき放射を吸収できる部位を有する。熱検知器の断熱を確保する目的で、典型的には各部位は基板の上方に展張された薄膜の形態とり、断熱支持素子によって基板から断熱されている。また、これらの支持素子は、一般的に基板に配置される読み出し回路に、熱検知器を電気的に接続するという電気的機能をもたらす。

最適な検出器の動作を確保するためには、低圧力レベルが必要である。このため、検知器は、１つであるか２個以上の群であるかを問わず、一般に、真空又は低圧下の密封キャビティ中に閉じ込められ又は封入される。

図１は、赤外放射の検出に好適な、例示的な検出装置１を示し、より詳細には、“Dumont et al., “Current progress on pixel level packaging for uncooled IRFPA”, Proc. SPIE 8353, Infrared Technology and Applications XXXVIII, 83531I 2012.”で説明されているような、基板３上に設けられ、キャビティ４に単独で配置されたボロメトリック検知器２によって構成される検出装置の１つのピクセルを示している。

この例では、検出装置１は、カプセルとも称される、ボロメトリック検知器２が配置されたキャビティ４を規定する封入構造５を有する。封入構造５は、基板３と共にキャビティ４を規定する薄い封入層６と、封入層６を覆い、かつ、キャビティ４の封入を確保する薄い密閉層７と、を有する。封入層６と密閉層７とは、検出すべき電磁放射に対して、透明である。

検出装置１は、薄層、特に犠牲層を堆積する技術を用いて作製される。製造プロセスの間、封入層６に設けられた１以上の排出口８を介して、犠牲層がキャビティから剥離、除去される。犠牲層が除去されてキャビティ４が真空下に置かれた後、密閉層７は排出口８を塞ぐために用いられる。

しかし、検出装置は、薄膜の製造工程後のいくつかの製造工程で修正され又は劣化した薄膜の光学的及び／又は電気的特性、特に吸収薄膜の光学的及び／又は電気的特性を確認することとなり得る。

本発明の目的は、特に光学的及び／又は電気的特性、特に吸収薄膜の特性が薄膜の製造工程の後の工程で維持される電磁放射検出装置を提供することにより、先行技術の欠点を少なくとも部分的に解決することである。

本発明の他の目的は、検知器及び／又は封入構造の機械的劣化のリスクが最小化される検出装置を提供することである。

この目的のため、本発明は、基板と、断熱支持素子で基板から断熱されて基板上方に展張され、検出する放射の吸収に好適な薄膜を有する、基板上に設けられた少なくとも１つの熱検知器と、少なくとも１つの熱検知器が内部に配置されるキャビティを基板と共に規定する、少なくとも１つの熱検知器の周囲又は上方に延在する封入層を有する、単一の熱検知器を封入する封入構造と、を有する。

本発明によれば、封入層は、排出口と称される少なくとも１つのオリフィスを有し、少なくとも１つの熱検知器が、対応する吸収薄膜に対向する、望ましくは吸収薄膜の中心と垂直に配置される単一の排出口を有するように、各排出口が配置される。

一実施形態によれば、複数の熱検知器が前記キャビティ内に配置され、封入層は複数の排出口を有し、複数の排出口は、少なくとも熱検知器の一部のそれぞれが、対応する吸収薄膜に面して配置された単一の排出口を有するように配置される。また、単一の熱検知器がキャビティに配置され、封入層は、熱検知器の吸収薄膜に対向して配置される単一に排出口を有する。換言すれば、単一の排出口は、吸収薄膜と垂直に配置される。よって、単一の排出口は、アンカーピン又は断熱アームに面しては配置されない。

各吸収薄膜は、対応する排出口と垂直に配置され、前記排出口以上の寸法のオリフィスを有してもよい。換言すれば、排出口に対向する前記吸収薄膜は、対応する排出口と垂直に配置され、前記排出口以上の寸法のオリフィスを有してもよい。

吸収薄膜は、ボロメトリック層、２つの分離された部分を形成するように構成された誘電層及び３つの電極を形成するように構成された導電層の積層を有してもよく、、同じ電位に昇圧される電極の２つは、中央電極であり、かつ、異なる電位に昇圧される第３の電極の側面に位置し、各電極はボロメトリック層と接触し、中央電極は誘電層によって他の電極と電気的に絶縁され、スルーオリフィスは、中央電極と、誘電層の部分の間に位置する領域のボロメトリック層と、を貫通してもよい。

封入構造は、キャビティを密閉するために封入層を覆う密閉層を更に有し、密閉層の材料の付着性を確保するのに好適な、対応する薄膜のスルーオリフィスに面して配置された固定層を有してもよい。

固定層は、対応する薄膜全体の下に延在してもよく、かつ、検出すべき電磁放射を更に反射するのに好適な材料からなっていてもよい。

排出口は、基板面に直交する面において、幅が基板からの距離に従って増加する横断面を有してもよい。

封入構造は、キャビティを密閉するために封入層を覆う密閉層を更に有し、密閉層は、基板面に直交する軸に対して０ではない角度αにて、密閉層の厚み方向に排出口の境界から延在する境界を有し、排出口の横断面は、同一の直交軸に対して、角度αよりも大きな角度βをなしてもよい。

排出口の長手方向の端部は、円弧形状を有してもよく、又は、互いに傾いている実質的に直線状の部分の連結からなってもよい。

封入層が少なくとも１つの部分を有する、熱検知器のマトリックスを有し、少なくとも１つの部分は内部支持部又はサポート部分と称され、２つの隣接する検知器の間に配置され、基板に対して直接的に配置されてもよい。

内部支持部は、基板面と平行な面において、好適には丸みを帯びた端部を有する細長い形状のプロファイルを有してもよい。

内部支持部は側壁と底部とを有し、側壁は基板の面に実質的に直交する面においてキャビティ全体の高さを超えて延在し、底部は前記基板と接触してもよい。

少なくとも１つの内部支持部が２つの隣接する吸収薄膜と２つの隣接する支持ピンとの間に配置され、支持ピンのそれぞれは、隣接する薄膜の支持に関与し、内部支持部は長手方向が薄膜に並行して指向されてもよい。

封入層は、検知器のマトリックスを囲み、かつ、基板面と平行な面において角が丸みを帯びている正方形又は長方形の断面を有する周囲壁を有してもよい。

断熱支持素子は支持ピンを有し、固定層は支持ピンが設けられた部分、及び／又は、封入層の内部支持部が設けられた部分を有し、かつ、支持ピン及び／又は支持部の付着性を確保できる材料からなってもよい。

本発明の他の態様、目的、効果及び特徴は、以下の好適な実施の形態の詳細な説明によってより明確になるであろう。この説明は、上述の図１の説明とは別のものであり、例を限定することなく、かつ、添付した図面を参照して与えられる。
赤外放射の検出に好適な、例示的な検出装置を示す図である。 検知器あたり１つの排出口が検知器の展張された薄膜に面して配置される場合の一実施の形態にかかる検出装置の模式的断面図である。 展張された薄膜が中間誘電層を有する場合の他の実施の形態にかかる検出装置の模式的な上面図である。 展張された薄膜が中間誘電層を有する場合の他の実施の形態にかかる検出装置の模式的な断面図である。 排出口が円形の端部を有する細長い形状を有する場合の一実施の形態にかかる排出口の上面の模式図である。 排出口の横断面プロファイルが密閉層に向かって広がっている他の実施の形態にかかる検出装置の模式的断面図である。 封入構造が内部支持部を有する他の実施の形態にかかる検出装置の模式図である。 封入構造が内部支持部を有する他の実施の形態にかかる検出装置の模式図である。 封入構造が内部支持部を有する他の実施の形態にかかる検出装置の模式図である。 製造工程の各段階における、図７に示す検出装置の断面図である。 製造工程の各段階における、図７に示す検出装置の断面図である。 製造工程の各段階における、図７に示す検出装置の断面図である。 壁が曲線部位を有する一実施の形態にかかる封入層の周囲壁の上面の部分模式図である。 壁が曲線部位を有する一実施の形態にかかる封入層の周囲壁の上面の部分模式図である。

図及び以降の記載においては、同一の符号は同一又は類似する要素を示す。

図２に、一実施の形態にかかる電磁放射検出装置の一例を示す。

この例では、電磁放射検出装置１は赤外又はテラヘルツの放射を検出するのに好適であり、基本的検知器と称される熱検知器２のマトリックスを有する。図１は、検出装置の部分図であり、１つのキャビティ中に配置された単一の検知器のみを示している。

熱検知器は、例えばシリコンからなる基板３を有する。基板３は、例えばＣＭＯＳ技術で作製される、検知器を動作させ、かつ、検知器から出力される情報の読み取りに必要なバイアスを印加することを可能とする読み出し回路（不図示）を有する。

熱検知器２は、検出すべき放射を吸収するのに好適な部位を有する。この吸収部は、一般に、基板に対して断熱され、断熱アーム１１ｂと関連するアンカーピン１１ａのような断熱支持素子１１によって基板３上に展張される、吸収薄膜とも称される薄膜９上に配置されてもよい。検知器が８μｍから１４μｍの波長の赤外線を検出するように設計されている場合には、薄膜９は、典型的には１μｍから５μｍ、望ましくは２μｍの距離で基板３から離間される。

以下では、熱検知器２はボロメータであり、このボロメータの吸収薄膜９は、誘電率が薄膜の加熱の関数として変化するサーミスタ材料を含む。しかし、この例は、説明を目的とするものであり、これに限定されるものではない。例えば強誘電体もしくは焦電気性の検知器、又は、熱電対列などの、他のいかなる種類の熱検知器を用いてもよい。

この例では、検知装置のピクセルは、検知器２とそのアンカーピン１１ａ及び断熱アーム（不図示）とを有する。特に検知器のマトリックスが同一キャビティに配置されている場合、その他の構成をとり得る。この場合、特に隣接する各熱検知器の断熱アームをアンカーピンに接続することによって、検知器を相互に接近して配置してもよく、欧州特許出願公開第１１０６９８０号明細書及び欧州特許出願公開第１３５９４００号明細書に記載されているような熱検知器の読み取り機構が構成される。断熱アームの長さの増加及び各ピクセルの電磁放射を吸収しない面積の減少による充填率の増加によって、検知器の感度が改善する。これにより、検出装置は、例えば２５μｍから、１７μｍもしくは１２μｍまでの間の、小さなマトリックスピッチに特に好適である。

検出装置１は、内部に熱検知器２が設けられる密封キャビティ４を基板３と共に規定する、封入構造５又はカプセルを有する。封入構造５は、周囲壁６ａが検知器２を囲むように、かつ、天井壁６ｂが検知器２の上方に延在するように堆積された封入層６で形成される。天井壁６ｂは、実質的に平坦であり、例えば０．５μｍから５μｍ、望ましくは１．５μｍの距離で、展張された薄膜９の上方に延在している。封入層は、排出口と称されるスルーオリフィスを少なくとも１つ有し、スルーオリフィスは装置の製造プロセスの間に犠牲層を取り除けるようにすることを目的とするものである。排出口は、封入層６においてキャビティ４に通じる局所的な開口を構成する。

また、封入構造は、封入層を覆い、かつ、排出口を塞ぐ密閉層を有する。この密閉層は、慣例的に、付加的な反射防止機能を有する。

封入層６は、少なくとも１つの排出口８を有し、キャビティ４に存在する少なくとも１つの熱検知器２は、吸収薄膜９に面して、望ましくは吸収薄膜９の中心に対して垂直な排出口８を有する。換言すれば、単一の排出口８は、吸収薄膜９に対して垂直、すなわち吸収薄膜９に対して直交する。よって、単一の排出口８は、アンカーピン１１ａ又は断熱アーム１１ｂには面しないように配置される。

発明者らは、単一の排出口を熱検知器の吸収薄膜に面して配置することで、犠牲層を除去した後に、薄膜に付着する犠牲層の残渣が生じるのを回避することができることに気付いた。これらの残渣の発生は、検知器あたり少なくとも２つの排出口が薄膜の何れかの側に設けられる場合に特に見られるものである。残渣は、一般に、個々の排出口から等距離の領域に位置し、その領域には展張された薄膜が配置されている。これらは、薄膜の光学的及び／又は電気的及び／又は熱的特性に影響し（例えば、薄膜の質量を増やすことで、熱検知器の反応時間を短縮できる）、緩やかなデガスの影響下での残存圧力レベルにも影響する。また、排出口の形成は、トレンチであるハイ・トポグラフィー領域からの距離によって単純化されるので（以下で説明する）、排出口の良好な寸法制御を得ることができる。

キャビティ４が単一の熱検知器２を内包する場合、封入層６は、熱検知器の吸収薄膜９に面した単一の排出口８を有する。一般に、検出装置は、熱検知器２のマトリックスを有し、各々の検知器が単一のキャビティに封入されている。そして、封入構造は、全て同じ封入層に形成されるキャビティのマトリックスを有する。各キャビティにおいては、封入層は、キャビティに内包された検知器の吸収薄膜に面した単一の排出口を有する。

キャビティ４が複数の熱検知器２を内包する場合、封入層は少なくとも１つの排出口を有し、望ましくは複数の排出口を有し、少なくとも熱検知器２の一部は、それぞれ、対応する吸収薄膜９に面して配置された単一の排出口８を有する。マトリックスの各熱検知器は、対応する吸収薄膜に面して配置された単一の排出口を有してもよい。また、熱検知器のうちの一部だけが、それぞれ、対応する薄膜に面して配置された単一の排出口を有してもよい。これは、熱検知器の列または行に対して、一様でないＮ番目の各検知器上に配置される排出口において有利である。これにより、排出口が設けられていない検知器の吸収薄膜上の犠牲層の残渣の発生を回避することができる。例として、Ｎ＝３の場合、排出口が設けられていない２つの隣接する検知器が、それぞれに単一の排出口が設けられた２つの隣接する検知器の間に配置される。この例では、排出口が設けられているか否かに関わらず、熱検知器では、犠牲層の残渣の発生により吸収薄膜が劣化することはない。この変形例は、小さなマトリックスピッチの場合、例えば検知器の位置ピッチが約１２μｍよりも小さい場合に、特に有利である。

検知器の薄膜９に、対応する排出口８に垂直に配置され、かつ、排出口８の寸法以上の寸法のスルーオリフィス１９を設けることは、排出口及び／又は薄膜のオリフィスの、約２００ｎｍから５００ｎｍの位置ズレに対して安全な許容マージンを実現する上で、有利である。これにより、密閉層を堆積する間に、排出口を通じて降下するおそれがある密閉材料が、薄膜上に堆積せず、その代わりに、薄膜のオリフィスを通過して基板上に堆積する。

降下密閉物塊が存在する場合にそれを１か所に集めることを保証するためには、薄膜９の下にスルーオリフィス１９と一致した固定層を設けることが有利である。これにより、キャビティを密閉する工程で多量の密閉層材料が排出口を通過する場合、通過した量が固定層に堆積し、かつ付着する。これにより、特に基板表面に存在する材料の種類の制限、より詳細には、基板表面の不動態化に用いられる材料の制限を緩和することができる。

固定層１４は、排出口８に落とし込まれる密閉材料の付着性を確保するために、連続又は不連続にキャビティの各領域上に延在してもよく、より詳細には、薄膜９の下にスルーオリフィス１９に面して延在してもよい。固定層１４は、検出すべき放射の反射を可能とする光学的機能をもたらすため、薄膜９全体の下に延在してもよい。固定層１４は、トレンチの形成及び基板に対する封入層６への付着を向上させるために用いられるエッチング工程の間に基板３を保護するため、各トレンチと同じ高さで延在してもよい。固定層１４は、基板に対するピンの付着を向上させるため、かつ、ピンと基板に配置された読み取り回路との間の電気的接続を向上させるため、アンカーピン１１ａと同一の高さで延在してもよい。固定層の厚みは、好適にはその全範囲で、具体的には前記した各領域のそれぞれで一定である。この固定層は、クロム又はチタニウム、アルミニウム又は窒化チタニウムからなってもよく、これらの材料又は他の材料からなるサブレイヤの積層構造を任意にとってもよく、約１００ｎｍ〜４００ｎｍの厚みを有してもよい。

図３及び４に示す一実施の形態によれば、薄膜９がスルーオリフィス１９を有している検知器２は、欧州特許出願公開第１０６７３７２号明細書に記載されるような中間電気的絶縁性を有する薄膜構造を有する。

図３は、この種類の構造を有するボロメトリック検知器の吸収薄膜９の上面図である。この吸収薄膜９は、４本のアンカーピン１１ａと結合され、かつ、２つの断熱アーム１１ｂによって展張されている。図４は、図３のＡ−Ａ平面での断面図である。

薄膜９は、例えばドープされたアモルファスシリコン又は酸化バナジウムなどの、ボロメトリック（それゆえに抵抗性の）材料の層２０を有する。また、薄膜９は、ボロメトリック層２０上に配置され、２つの分離された領域２１ａ、２１ｂにおいてボロメトリック層２０を覆う、誘電性材料層２１を有する。

また、薄膜９は、導電性材料の層２２を有し、この層は誘電層２１及びボロメトリック層２０上に堆積され、かつ、３つの離隔した導電部２２ａ、２２ｂ、２２ｃが形成されるように、薄膜の幅方向の全域にわたって誘電層まで部分的にエッチングされている。導電層２２は、３つの部位２２ａ、２２ｂ、２２ｃを読み出し回路に電気的に接続するように、絶縁アーム１１ｂまで延在している。３つの導電部の間では、薄膜９の端に位置する２つの部位２２ａ、２２ｃが、同じ絶縁アーム１１ｂの２つの部位に結合され、これにより、同じ電位に昇圧される２つの電極が構成される。これら２つの端部２２ａ、２２ｃは、他の電位に昇圧される他の絶縁アームに結合される中央部２２ｂの側方に位置する。

誘電層２１は、電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃのそれぞれがボロメトリック材料２０と電気的に接触するように、かつ、端部電極２２ａ、２２ｃが中央電極２２ｂに対して電気的に絶縁されるようにエッチングされる。

本実施の形態では、吸収薄膜９は、中央電極２２ｂの中央に配置された、ここでは長方形のプリファイルのスルーオリフィス１９を有する。好ましくは、オリフィス１９は、誘電層２１がエッチングされる位置と同じ高さに配置される。これにより、オリフィス１９は、中央電極２２ｂ及びボロメトリック層２０のみを貫いている。好ましくは、オリフィス１９の幅方向で測定される、オリフィスの境界とオリフィスに面する誘電層２１の境界との間の距離は、この領域で中央電極２２ｂと接触するボロメトリック層２０の厚み以上である。吸収薄膜の電気的特性へのオリフィスのいかなる影響も、オリフィスをこのように配置することで、最小化ないしは抑制される。

図３及び４を参照して説明する例は、上方に誘電層２１、電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられている薄膜９の底部のボロメトリック層２０を示している。しかし、電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃが薄膜９の底部に位置し、薄膜９の上に誘電層２１及びボロメトリック層２０が設けられた、層の逆転配置も構成可能である。

図５に示す一実施の形態によれば、基板の面と平行な面における排出口８のプルファイルは長方形、すなわち細長い形状である。排出口の幅方向で測定される小寸法Ｘは、排出口の効果的な密閉を保証できるように選択され、排出口の長さ方向にて測定される大寸法Ｙは、除去の間に犠牲層材料のエッチングでの反応種及び反応生成物を通過させるように調整されてもよく、これにより犠牲層の除去に要する時間を最適化できる。この点において、幅Ｘが典型的には約１５０ｎｍから６００ｎｍの間であるのに対し、大寸法Ｙは約数μｍ、例えば５μｍであってもよい。

また、排出口８の長方形は、丸みを帯びた長手方向端部を少なくとも１つ有し、好ましくは両端が丸みを帯びている。長手方向端部は、排出口の長手方向の軸に沿った端部である。例として、端部の曲線形状は、曲率半径が排出口の平均幅Ｘの半分と等しい円弧であってもよい。より一般的には、端部は、図５の例のような、連続した円、楕円もしくは曲線に対応してもよく、又は、直角ぐ若しくは実質的に曲線状の部分の連続に対応してもよい。

発明者は、この排出口の形状により、封入層６でクラックが生じて密閉層７に伝搬するリスクを防止できることを示した。具体的には、局所的な密閉の欠陥は装置全体の動作不良に繋がるので、とりわけ１つのキャビティが検知器のマトリックスを内包している場合には、キャビティの密閉性を損ない得るあらゆるクラックのリスクを防止することが必要である。また、特に犠牲層除去の所要時間の観点から、長方形の排出口と、検知器に対する長方形の中心位置との複合効果により、犠牲層の除去工程が最適化される。

図６が示すように、発明者らは、特に、低圧スパッタリング又は蒸着などの真空薄膜堆積法が用いられる場合、排出口８に隣接する密閉層７が垂直に、すなわち、法線、換言すれば基板の面に対して直交する軸に対して０ではない角度αにて、層の厚み方向に延在する傾向が有ることを見出した。排出口の平均幅Ｘは、密閉層７の厚みｅに依存して、実際に密閉を保証する密閉層の小部位の厚みＢに依存して、成長角αに依存して、以下の関係性から選択されてもよい。

Ｘ ＝ ２・ｅ・（１−Ｂ）・ｔａｎ（α）

例として、密閉層の堆積に蒸着法が用いられた場合に、角度αは典型的には約１５°〜２０°である。１８００ｎｍの密閉層の厚みｅに対して、密閉を保証するために１２００ｎｍの層（Ｂ＝２／３）が望ましい場合、約３２０ｎｍ〜４１０ｎｍの排出口の平均幅Ｘが得られる。

更に、図６に示すように、排出口８は、基板３からの距離と共に幅が大きくなる形状の、基板面に対して垂直な断面を有することが好ましい。換言すれば、排出口８は、キャビティの外部に向けて広がる横断面形状を有する。よって、排出口８は、キャビティに向けて開いている底部オリフィスでは狭く、キャビティの外部に向けて開いている頂部オリフィスでは広い。例としては、底部オリフィスにおける幅Ｘ_ｉｎｆは約１００ｎｍ〜３５０ｎｍとしてよいのに対し、頂部オリフィスにおける幅Ｘ_ｓｕｐは約２５０ｎｍ〜８００ｎｍとしてよい。この例では、封入層６は約８００ｎｍの厚みを有する。排出口８のこのような断面形状は、排出口の密閉品質の改善に帰結する。より詳細には、与えられた密閉層の厚みｅに対し、発明者らは、排出口が直線状の断面の場合には、実際に密閉を提供する層の小片Ｂが大きくなり、その結果として密閉性が向上することを見出した。

このような排出口断面は、当業者に知られているように、排出口をエッチングする前のレジストの側面に傾斜を設けること、現像後のリフロー又はレジストの露光及び／又は現像条件（露光量、焦点、現像後アニールの温度及び時間）の修正のいずれかによって得てもよい。また、このような排出口断面は、等方性成分を加えること、例えば排出口のエッチングに用いられる化学物質に酸素を加えることで、排出口のドライエッチング中に得ることもできる。また、封入層６がシリコンで形成されている場合には、エッチング物質へのＳＦ_６やＣＦ_４のようなフッ素含有ガスの添加が、エッチングの等方性成分の増加に寄与する。

この特定の排出口プロファイルの有益な効果は、排出口のプロファイルが基板の法線に対して成す角度βが上記で定義された角度αよりも大きくなる場合に、特に発現する。例として、封入層の厚みが８００ｎｍ、オリフィス幅Ｘ_ｉｎｆが１００ｎｍのとき、頂部オリフィスの幅Ｘ_ｓｕｐは５３０ｎｍ（β＝１５°）よりも大きくてもよく、６８０ｎｍ（β＝２０°）より大きくてもよい。

図７、８及び９に示す一実施の形態によれば、検出装置は、同一のキャビティ４内に配置された検出器マトリックスを有する。封入構造５は、更に、隣接する２つの検出器２の間に配置された少なくとも１つの内部支持部１２、好適には複数の内部支持部を有する。ある内部支持部は、更に、検出器２のマトリックスの周囲に、キャビティ４を縁どるように配置されてもよい。内部支持部１２は薄い封入層６で形成され、これにより封入層６は周囲壁６ａ、天井壁６ｂ及び内部支持部１２を含むこととなる。

内部支持部１２は、基板３上に（に接触して）直接的に置かれる（配置される）。換言すれば、内部支持部１２は基板に直接接触する。これにより、これらの内部支持部１２は、カプセル５の機械的強度を強化することができる。これにより、一方ではキャビティ周囲の基板に置かれた封入層６の周囲壁６ａの底部によって、また他方ではキャビティ内に配置された１以上の内部支持部１２によって、基板３へのカプセル５の付着性が確保される。キャビティとその内部を縁どるように分散された接触領域の多重性によって、カプセルの機械的強度を増加させることができる。

基板に対して直接的に置かれた又は配置することで、基板を構成する材料や例えばパッシベーション層や固定層のような基板表面上に堆積された薄層に関係なく、これらの薄層が連続的に延在しているかに関係なく、内部支持部１２は基板３と直接接触する。よって、内部支持部は、展張された薄膜を支持する素子のような３次元素子を介して基板上に置かれることはない。

具体的には、発明者らは、封入層の支持部が基板上ではなく展張された薄膜を支持する素子の上、より詳細にはアンカーピンの上に置かれた場合に、カプセルの剥離や破壊を引き起こし得る、基板へのカプセルの付着性にかかる問題が生じることを見出した。具体的には、アンカーピンは、封入層の支持部の良好な付着性を確保するには、不十分な接触領域及び平面性をもたらすと考えられる。よって、本発明にかかる検出装置は、カプセルが剥離するリスクを低減させる。このリスクは、カプセルの薄層の機械的ストレスに関係し、薄層の内在的するストレスであるか、基板に対するカプセルの相違する熱膨張につながる外在的ストレスであるかに関わらない。

よって、封入構造５は、熱検知器２のマトリックスを内包する密封キャビティ４を規定し、密封キャビティ４は相互に繋がった、熱検知器サブアセンブリをそれぞれ内包するサブキャビティ又はセルのネットワークの形態をとる。セルは、それぞれ内部支持部によって相互に分離される。上述したように、このセルのネットワークは、周囲壁６ａ及び天井壁６ｂ、内部支持部１２を形成するように延在する同一の封入層６によって区切られる。

これにより、放射検出装置１は、複数の熱検知器２を内包する密封キャビティ４を含み、キャビティの機械的強度は、基板上に直接置かれた１以上の内部支持部１２によって強化されることとなる。例えば、マトリックスのピッチを減少さることで、又は、吸収薄膜９のサイズを大きくすることで、或いは、アンカーピン１１ａを共有化することで、キャビティに複数の熱検知器２を内包させることにより、充填率を増加させることができる。また、内部支持部１２がアンカーピンに接触しないかぎり、検知器２間の寄生電気容量を避けることができる。更に、この装置により、吸収薄膜９の断熱性を向上させるために断熱アーム１１ｂの長さを増加させることができる。

図８は、図７に示す検出装置１のＡ−Ａ平面における断面図である。図８は、キャビティ４を形成するために検知器２のマトリックスの周囲及び上方に延在する封入層６の更なる詳細について示している。周囲壁６ａはキャビティの境界を形成し、天井壁６ｂは検知器２の上方に延在している。周囲壁６ａは、基板に対するカプセルの付着性を確保するために、基板に対して（基板上に）直接的に配置された（置かれた）周縁底部６ｃを有する。

図９は、図７に示す検出装置１のＢ−Ｂ平面における断面図である。この図では、内部支持部１２のそれぞれは、周囲側壁１２ａ及び底部１２ｂを有し、底部壁１２ｂを介して基板３に対して直接的に配置される。換言すれば、基板３の構成材料や、上述したように、基板表面に堆積された薄層にかかわらず、内部支持部１２のそれぞれは基板３と直接的に接触している。

図７に示すように、内部支持部１２は、基板面において、長方形、すなわち長細い形状のプロファイルを有してもよい。これらは、それぞれ、充填率を最適化するように、隣接する２つの展張された薄膜の間、かつ、隣接する２つのアンカーピンの間に配置される。内部支持部１２の長方形のプロファイルの端部は、機械的強度の分布を改善することで基板への内部支持部１２の付着性を強化できるように、丸みを帯びていていもよい。内部支持部１２の幅は、１．５μｍよりも小さく、例えば０．５μｍから０．８μｍの間であってもよく、長さは、検知器と、特にアンカーピンと、の間で利用できるスペースに依存して調整してもよい。

図７の例では、断熱アーム１１ｂは、主として、隣接する２つの展張された薄膜９の間、かつ、隣接する２つのアンカーピン１１ａの間で、第１の軸に沿って延在し、カプセル５の内部支持部１２は、第１の軸に対して直交する第２の軸に沿って延在する。内部支持部の幅及び長さは、断熱アームが存在しない領域における自由な領域を利用することで最適化されてもよい。これにより、基板に接触する内部支持部の領域を大きくすることができるので、カプセルの付着性及び機械的強度を強化できる。

ここで、図７に示す検出装置のＣ−Ｃ軸における断面図である図１０〜１２を参照して、例示的な製造工程について説明する。

検出装置１は、熱検知器２を読み取り、かつ、制御する回路が設けられた基板３を有する。基板３は、例えば酸化シリコンＳｉＯ又は窒化シリコンＳｉＮからなるパッシベーション層１３を有してもよい。以下で説明する一実施の形態によれば、基板３は、任意に、パッシベーション層１３上に堆積された、連続的な固定層１４を有してもよい。固定層１４は、チタニウム又はクロムからなっていてもよく、かつ、例えば約１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有していてもよい。

周知の通り、第１の犠牲層１５が堆積され、アンカーピン１１ａ、断熱アーム１１ｂ及び吸収薄膜９は、この犠牲層１５又は犠牲層１５上に形成される。犠牲層は、ポリイミドや酸化シリコン、ポリシリコン又はアモルファスシリコンのような無機材料であってもよい。

フォトリソグラフィー及びエッチングが、吸収薄膜９にスルーオリフィス１９を設けるために行われる。

それから、図１１に示すように、第２の犠牲層１６が、第１の犠牲層１５、アンカーピン１１ａ及び断熱アーム１１ｂ及び吸収薄膜９の上に堆積される。第２の犠牲層１６は、第１の犠牲層１５と同じ材料からなり、かつ、例えば０．５μｍ〜５μｍの厚みを有することが望ましい。

犠牲層の厚みを貫通する、すなわち基板に達する、より好ましくは固定層１４に達するトレンチ１７及び１８を形成するためのフォトリソグラフィー、及び、例えばＲＩＥエッチングなどのエッチングの工程が、好ましくは一般的な工程の間に行われる。後段の封入構造の周囲壁の形成のための第１のトレンチ１７が、検知器２のマトリックスの周囲に連続して延在するように形成され、少なくとも１つの、好ましくは複数のトレンチ１８が、内部支持部が連続的に形成され得るように、隣接する２つの検知器の間に形成される。第１及び第２のトレンチ１７、１８は実質的に同じ深さを有し、封入構造の周囲壁及び支持部の側壁は、結局として、実質的に同じ高さを有することとなる。これにより、特にエッチング深さに関して、工程が単純化される。

犠牲層１５、１６は、ポリイミドからなり、トレンチを作製する工程は、例えばＳｉＮ又はＳｉＯあるいはアモルファスシリコンからなる、第２の犠牲層１６上への無機保護層（図示せず）の堆積を含んでもよい。フォトリソグラフィー工程により、トレンチのエッチングが行われるべき位置のレジスト層に、開口が規定される。そして、トレンチのエッチングは、例えばＲＩＥエッチングによって、保護層をレジストの開口に垂直にエッチングする第１の工程と、例えばＲＩＥエッチングによって、第１及び第２の犠牲層を第１のエッチング工程で得られた保護層の開口に垂直に基板までエッチングする第２の工程と、の２工程で行われる。この段階では、保護層は除去されてもよい。

この工程の順序は、存在する層の化学的適合性の制約により、かつ、幾何学的制約（トレンチのアスペクト比）によって正当化される。具体的には、レジスト層はポリイミドをエッチングする第２の工程で、これらの層が全て有機性であるために第２の工程におけるエッチングの化学的性質に対して同様に反応するため、消失する。これにより、保護層の開口は、トレンチを形成することが望まれる領域のエッチングの制限を継続するためのリレーとして用いられる。また、第２のエッチング工程は高い異方性を保証するように構成されるので、アンダーカットが生ずることなく、高いアスペクト比及び垂直な側壁を得ることができる。更に、一方では保護層（ＳｉＮ又はＳｉＯからなる）に対して、他方では、一般にＳｉＯ又はＳｉＮからなる絶縁パッシベーション層で覆われた基板表面に対する、高い選択性を保証するように構成される。この高い選択性は、保護層の厚みを（典型的には、３０ｎｍに）低減することが可能となるので、後段で保護層を除去する性質上有利である。

トレンチ１７、１８、特に内部支持部を形成するための第２のトレンチ１８は、高いアスペクト比を有する。例としては、例えば０．５μｍ〜０．８μｍを含む１．５μｍ以下の幅のトレンチが、２μｍ〜６μｍを含む、例えば４μｍの厚みのポリイミド層に形成されてもよい。第２のトレンチの長さは、カプセルの集積性及び頑健性に依存して構成されてもよく、数ミクロンから数ミリメータであってもよい。これらのトレンチの寸法により、例えば１７μｍあるいは１２μｍといった、とりわけ小さなマトリックスピッチを有する熱検知器のマトリックスを形成することができる。

固定層１４は、基板のエッチングを避けるため、好適にはトレンチのエッチングにとって選択的ではない材料からなる。この材料は、チタニウム又はクロムであってもよく、固定層は約１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有していてもよい。

図１２に示すように、薄い封入層６は、検出すべき放射に対して透明であり、実質的に一定の層厚にてトレンチ１７、１８の垂直な側面を良好に被覆するのに好適なコンフォーマル堆積法を用いて堆積される。例えば、ＣＶＤやｉＰＶＤで形成された、平面上で測定した場合に典型的には約２００ｎｍ〜２０００ｎｍの厚みのアモルファスシリコン層が挙げられる。少なくとも１つの連続的な周辺トレンチ１７（外周は閉じている）を含むトレンチが設けられた表面への封入層６の堆積は、封入層の材料で形成され、基板３に接触し、検出器のマトリックスを内包するキャビティ４を形成する、カプセル５の形成につながる。封入層６による内部トレンチ１８の側面の被覆により、好ましくは丸みを帯びた端部を有する細長い形状の内部支持部１２を形成するために、内部トレンチの形状を再形成できる。なお、これらの内部支持部１２のそれぞれは、内部トレンチ１８の幅が封入層６の厚みに対して小さいか否かに依存して、中空でなくても、（空間的に離隔した２つの壁で形成された）中空であってもよい。

そして、キャビティ４からの犠牲層１５、１６の除去を可能とする排出口８を構成するスルーオリフィスは、フォトリソグラフィーと封入層６のエッチングにより形成され、薄膜９のスルーオリフィス１９に対して垂直に配置される。排出口８のそれぞれは、基板面に平行な面において、円形の端部を有する細長いプロファイルを有する。好ましくは、排出口のそれぞれのプロファイルは、基板面に直交する面において、基板からの距離に従って広がる裾広がりの形状を有する。

次に、犠牲層１５、１６が、好適には（犠牲層の性質に依存して）気相又は液相の化学攻撃（ここで説明するポリイミドの場合には気相攻撃が用いられる）によって除去され、検知器２のマトリックスを内包するキャビティ４と内部支持部１２とが形成される。排出口の長方形によって、時間の観点から工程が最適化される。

それから、密閉層（図１２では不図示）は、排出口８の密閉又は閉塞を保証するのに十分な厚みにて、封入層６上に堆積される。排出口８の長方形の丸みを帯びた端部によって、かつ、排出口の裾広がりの形状によって、密閉品質が強化される。

密閉層は、検出すべき電磁放射に対して透明であり、封入構造を介した放射の透過を最適化するための反射防止機能を有していてもよい。この点において、密閉層は、検出すべき放射が８μｍ〜１２μｍの波長範囲である場合、ゲルマニウムと硫化亜鉛のサブレイヤから構成されてもよい。例えば、ゲルマニウムの第１のサブレイヤは約１．７μｍの厚みであり、硫化亜鉛の第２のサブレイヤは約１．２μｍの厚みである。密閉層は、好適には、電子ビーム真空蒸着法、イオンビーム又はカソードスパッタリングなどの真空薄膜堆積法（ＥＢＰＶＤ）で堆積される。これにより、熱検知器２のマトリックスを内包する、真空下又は低圧下の密封キャビティ４が得られる。

一実施の形態によれば、図７、１３、１４に示すように、封入層６が検知器２のマトリックスの周囲に堆積されるので、基板面に平行な面におけるレイヤの断面は、丸みを帯びた角を有する形状を有する。

これにより、角のそれぞれにおいて、互いに直交する軸Ｘ１、Ｘ２に沿って、それぞれが実質的に直線状に延在する２つの部位６ａ−１、６ａ−２からなる、封入層６の周囲壁６ａが形成される。直線部位６ａ−１及び６ａ−２は、直角に接続されることはなく、曲線部位６ａ−３によって接続される。

曲線部位は、少なくとも１つの、例えば円形または楕円形の曲がった部分や、少なくとも１つの、直線部位の軸に対して同一線上にはない軸に沿って延在する直線部分、好適には複数の直線部分を有する部位である。

図１３は、直線部位６ａ−１及び６ａ−２を接続する円弧部分の形態をとる曲線部位６ａ−３の例を示す。曲線部位６ａ−３の外表面、すなわちキャビティの外部に向いた表面から測定される円弧（傍接円）の半径は、周囲壁の幅Ｌの２倍以上であってもよい。好適には、曲線部位の寸法は、曲線部位の内接円、すなわちキャビティに向いている面に接する円の半径は、幅Ｌの２倍以上である。

幅Ｌは、周囲壁６ａの、実質的に直線状の部位６ａ−１及び６ａ−２の平均幅によって定義される。曲線部位６ａ−３は、好適には直線部位と実質的に同じ幅を有する。

図１４は、図１３の曲線部位の変形である、曲線部位の他の例を示す。この例では、曲線部位６ａ−３は、他方に対して傾いている２つの直線部分の連結によって構成される。各部分の外表面に接する傍接円を規定することが可能である。部分の配置は、傍接円の半径が周囲壁の幅Ｌの２倍以上になるようなものであってもよい。好適には、部分の配置は、内接円、すなわち部分内側の面に接する円の半径が、幅Ｌの２倍以上となるようなものである。

例としては、封入層の周囲壁の幅Ｌは、約２００ｎｍ〜２μｍであってもよい。内接円又は傍接円の半径は、幅Ｌに依存して、４００ｎｍ〜４μｍ間の値、例えば幅Ｌが８００ｎｍであるときには２μｍ以上である。

発明者らは、カプセルの角に丸みを帯びた部位を形成することがカプセルの付着性を向上させることを見出した。具体的には、カプセルの付着性は周囲壁に沿って一様ではなく、丸みを帯びた部位が形成された場合にカプセルの角は付着性が強化されることが見出された。

これにより、カプセルが丸みを帯びた角と内部支持部とを有する場合、支持領域の多重性とキャビティ角の付着性の局所的強化との複合効果によって、カプセルの基板に対する全体的な付着性が強化される。

もちろん、検知器を内包する同一のキャビティを有する、ここで説明したような丸みを帯びた角を有する封入構造は、それぞれが単一の検知器を内包する、複数の密封キャビティが形成される場合に用いられてもよい。

Claims (16)

1. 基板（３）と、
   前記基板上に設けられ、検出すべき放射の吸収に好適な、前記基板（３）の上方に展張され且つ断熱支持素子（１１）によって前記基板（３）から断熱された吸収薄膜（９）を有する、少なくとも１つの熱検知器（２）と、
   少なくとも１つの熱検知器（２）を内包し、前記少なくとも１つの熱検知器（２）が配置されるキャビティ（４）を前記基板（３）と共に規定するように前記少なくとも１つの熱検知器（２）の周囲及び上方に延在する封入層（６）を有する、封入構造（５）と、を備え、
   前記封入層（６）は、前記少なくとも１つの熱検知器（２）のそれぞれの吸収薄膜（９）に面するように配置されたスルーオリフィスとして設けられた少なくとも１つの排出口（８）を有することを特徴とする、
   電磁放射検出装置。
2. 複数の熱検知器（２）が前記キャビティ（４）内に配置され、
   前記封入層（６）は複数の前記排出口（８）を有し、前記複数の排出口（８）は、少なくとも前記熱検知器（２）の一部のそれぞれが、対応する前記吸収薄膜（９）に面して配置された単一の排出口（８）を有するように配置され、又は、
   単一の熱検知器（２）が前記キャビティ（４）内に配置され、
   前記封入層（６）は、前記熱検知器（２）の前記吸収薄膜（９）に面して配置された単一の排出口（８）を有する、
   請求項１に記載の電磁放射検出装置。
3. 前記排出口（８）に面して配置される前記吸収薄膜（９）は、前記排出口（８）に対して垂直に配置され、かつ、前記排出口（８）以上の寸法のスルーオリフィス（１９）を有する、
   請求項１又は２に記載の電磁放射検出装置。
4. 前記吸収薄膜（９）は、ボロメトリック層（２０）、２つの分離した部分（１２ａ、２１ｂ）を形成するように構成された誘電層（２１）、及び、３つの電極（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を形成するように構成された電気伝導層（２２）の積層を有し、
   同じ電位に昇圧される前記電極の２つ（２２ａ、２２ｃ）は、中央電極であり、かつ、異なる電位に昇圧される第３の電極の側面に位置し、
   各電極は、前記ボロメトリック層（２０）と接触し、
   前記中央電極（２２ｂ）は、前記誘電層（２１）によって他の電極（２２ａ、２２ｃ）と電気的に絶縁され、
   オリフィス（１９）は、前記中央電極（２２ｂ）と、前記誘電層（２１）の前記部分（２１ａ、２１ｂ）の間に位置する領域の前記ボロメトリック層（２０）と、を貫通する、
   請求項３に記載の電磁放射検出装置。
5. 前記封入構造（５）は、前記キャビティ（４）を密閉するために前記封入層（６）を覆う密閉層（７）を更に備え、
   前記基板（３）は、前記密閉層（７）の材料の付着性を確保するのに好適な、対応する薄膜（９）の前記スルーオリフィス（１９）に面して配置された固定層（１４）を備える、
   請求項３又は４に記載の電磁放射検出装置。
6. 前記固定層（１４）は、前記吸収薄膜（９）全体の下に延在しており、かつ、検出すべき電磁放射を更に反射するのに好適な材料からなる、
   請求項５に記載の電磁放射検出装置。
7. 前記排出口（８）は、前記基板の面に直交する面において、幅が前記基板からの距離に従って増加する横断面を有する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。
8. 前記封入構造（５）は、前記キャビティ（４）を密閉するために前記封入層（６）を覆う密閉層（７）を更に備え、
   前記密閉層（７）は、前記基板の面に直交する軸に対して０ではない角度αにて、前記密閉層（７）の厚み方向に前記排出口（８）の境界から延在する境界を有し、
   前記排出口（８）の前記横断面は、同一の直交軸に対して、前記角度αよりも大きな角度βをなす、
   請求項７に記載の電磁放射検出装置。
9. 前記排出口（８）の長手方向の端部は、円弧形状を有する、又は、互いに傾いている実質的に直線状の部分の連結からなる、
   請求項７又は８に記載の電磁放射検出装置。
10. 前記封入層（６）が少なくとも１つの部分（１２）を有する、熱検知器（２）のマトリックスを備え、
    前記少なくとも１つの部分（１２）は、内部支持部と称され、隣接する２つの検知器（２）の間に配置され、前記基板に対して直接的に配置される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。
11. 前記内部支持部（１２）は、前記基板（３）の面に対して平行な面において長方形のプロファイルを有する、
    請求項１０に記載の電磁放射検出装置。
12. 前記内部支持部（１２）は側壁（１２ａ）と底部（１２ｂ）とを備え、
    前記側壁（１２ａ）は前記基板（３）の面に実質的に直交する面において前記キャビティ（４）全体の高さを超えて延在し、
    前記底部（１２ｂ）は、前記基板（３）と接触する、
    請求項１０又は１１に記載の電磁放射検出装置。
13. 少なくとも１つの内部支持部（１２）が隣接する２つの吸収薄膜（９）と隣接する２つの支持ピン（１１ａ）との間に配置され、
    前記支持ピンのそれぞれは、前記隣接する吸収薄膜の支持に関与し、
    前記内部支持部（１２）は、長手方向が前記吸収薄膜（９）に並行に指向される、
    請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。
14. 前記封入層（６）は、前記熱検知器のマトリックスを囲み、かつ、前記基板の面と平行な面において、角が丸い正方形又は長方形の断面を有する周囲壁（６ａ）を備える、
    請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。
15. 前記断熱支持素子（１１）は支持ピン（１１ａ）を有し、
    前記固定層（１４）は、前記支持ピン（１１ａ）が設けられた部分、及び／又は、前記封入層（６）の内部支持部（１２）が設けられた部分を有し、かつ、前記支持ピン及び／又は前記内部支持部の付着性を確保できる材料からなる、
    請求項５又は６のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。
16. 前記排出口（８）は、前記吸収薄膜（９）の中心に対し垂直になるように配置される、
    請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の電磁放射検出装置。