專利名稱：具有微封裝的電磁輻射檢測器和使用這種檢測器檢測電磁輻射的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測電磁輻射、具體地涉及成像和熱高溫測定的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā) 明涉及一種包括單位熱檢測器陣列的用于檢測紅外線輻射的器件。
背景技術(shù)：
在用于紅外線成像或者溫度記錄(高溫測定)的檢測器領(lǐng)域中，已知使用以陣列 形式配置并且能夠工作于環(huán)境溫度的如下器件，這些器件利用材料或者適當材料的組件的 在約300K溫度下(即非冷卻)的物理單位變化。在最廣泛使用的測輻射熱檢測器的具體情 況下，這一物理單位為電阻率。可以利用其它電學(xué)單位如介電常數(shù)、極化和甚至非電學(xué)單位 如差熱膨脹、折射率等。這些檢測器一般稱為熱檢測器，這與僅恰當工作于極低溫度的(光 導(dǎo)或者光電)量子檢測器形成對比。這樣的非冷卻檢測器在它準備好工作的狀態(tài)下通常通過組裝以下元件來獲得-襯底，包括對靈敏元件(單位輻射熱測定器)進行尋址并且基于各元件來形成電 信號的矩陣裝置。這一襯底慣稱為讀出集成電路(ROIC)。襯底的表面載有靈敏結(jié)構(gòu)的矩陣 組件，每個靈敏結(jié)構(gòu)實質(zhì)上由極精細的窄臂來懸置的膜形成；-通常高度耗盡的密封封閉罩(或者封裝)，該罩具有受照面，該面具有對待檢測 的輻射透明的窗口和為器件的外部管腳設(shè)計的電連接?！罢婵铡庇脕泶_保在襯底與靈敏元件 之間的高度隔熱。對于確保檢測器極度靈敏極為重要的熱阻由懸臂的形狀和制造它們的材 料所限定。設(shè)置有靈敏元件的襯底通過焊接(bonding)或者釬接(brazing)來與窗口相對地 配置在封裝內(nèi)的腔中，并且襯底的電連接通過線焊來單獨地裝配在封裝的內(nèi)部輸入/輸出 上。該封裝還包括-電或者熱激活的捕獲器(getter)元件，被設(shè)計成在部件已被耗盡和密封封閉之 后，在其整個工作壽命期間維持部件內(nèi)的充分的部分真空；-熱電冷卻器(TEC)，能夠控制襯底的溫度并且通過焊接或者釬接插入在封裝的 殼與襯底之間。使用該模塊意圖消除當使用檢測器時溫度變化對焦平面的影響；目前只有 最昂貴的部件配備有這樣的模塊。為了使用該檢測器來獲得場景，通過適當光學(xué)器件將場景投射到單位檢測器陣列 上，并且經(jīng)由讀出電路向每個單位檢測器或者向這些檢測器的每行施加鐘控的電激勵來獲 得模擬和/或數(shù)字視頻型電信號，該信號代表每個所述單位檢測器達到的溫度并且用來形 成例如，所觀測場景的熱圖像。目前通常使用晶片級封裝(WLP)技術(shù)，通過組裝由兩個不同襯底形成的兩個部分 來制作與上文描述相比相對簡單的部件。文獻WO 95/17014描述了一種這種類型的實物和 制作方法。因此首先獲得包含薄膜捕獲器的減壓罩，該罩由兩個襯底部件和外圍密封珠界 定。襯底中的一個包括讀出電路和靈敏元件，另一襯底提供窗口。
這一類技術(shù)的主要著眼于如下事實可以通過使用相對有限數(shù)目的部分和操作來 同時獲得大量密封封閉部件，因此節(jié)省成本。在原理上，通過在例如使用印刷電路板(PCB) 技術(shù)并且具有標準金屬軌而且也可以包括鄰近電子電路的基座上集成單個組件來在第二 階段中獲得在通過機械切割兩個襯底來單體化之后與部件的外部環(huán)境對接。然而制造減壓罩的整個過程(包括由于必須露出形成在讀出電路的襯底上的罩 以外的電輸入/輸出連接而不能同時對兩個襯底進行的最終切割)仍然相對復(fù)雜。使用兩 個不同襯底也使得有必要運用各襯底特有的多種技術(shù)以便獲得其運轉(zhuǎn)所必須的各種特性。 例如對于提供窗口的襯底，必須形成與各靈敏陣列相向的高度平坦腔，并且必須在高度平 坦腔中沉積局部化的抗反射層。另外，兩個襯底必須具有為了將襯底釬接在一起而提供的 多層金屬化物。盡管可以掌握所有這些技術(shù)，但它們需要多項昂貴設(shè)備。此外必須掌握在 釬接大面積襯底使得共同地密封所有最終部件時涉及到的技術(shù)，而這會造成在待接合的兩 個表面的平坦性和幾何質(zhì)量方面的特定約束。最后，當極度脆弱的靈敏元件暴露于讀出電 路襯底的表面上時完成這些操作，而就結(jié)構(gòu)的完整性和粒子污染風(fēng)險而言，這會使得操作 尤其難以處理。雖然這些技術(shù)無疑地代表了在工業(yè)制造方面的進步，但它們卻仍然相對復(fù)雜和昂貴。在文獻FR 2 822 541中描述了一種部分地克服這些限制的方法。該文獻描述了 如下實物，該實物包括通過使用通用的微電子技術(shù)來形成與各檢測部位相向的微腔，因此 使制作工藝適于應(yīng)用以便實現(xiàn)功能性的低壓。根據(jù)在所述文獻中公開的信息，不再需要第 二襯底，并且除WLP技術(shù)的固有困難，限制了操作的數(shù)量并避免了采用較多類型的技術(shù)的 需要。另外，結(jié)構(gòu)的脆弱性和在制作期間的粒子污染風(fēng)險(即相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)量降低或者用于 防止產(chǎn)量降低的必備預(yù)防的成本)可以視為實際上為零。然而，產(chǎn)生微囊或者微腔涉及到在每個單位檢測器的整個覆蓋區(qū)之上的空間缺 失，并且，簡單地說，由于與表面積P2相比而言與靈敏膜的表面積有關(guān)的填充因子減少，因 此這會對部件的最終靈敏度產(chǎn)生影響，其中P表示熱成像器的單元元件(像素)陣列的重 復(fù)節(jié)距。此外，錨定各膜的支撐臂的結(jié)構(gòu)必需嚴格地形成在由側(cè)壁(這些側(cè)壁將各微囊與 其相鄰微囊分離)所界定的內(nèi)部表面區(qū)域以內(nèi)。這造成與所述臂的實際長度上的限制相關(guān) 聯(lián)的靈敏度降低；該長度限定在膜與襯底之間的熱阻。然而熱阻是決定熱檢測器靈敏度的 關(guān)鍵因子。如果陣列的節(jié)距相對寬地隔開(通常下限為35或者30 μ m或者甚至25 μ m)，則這 些弊端并不特別地有害。然而目前越來越需要節(jié)距下限為20 μ m或者甚至15 μ m的具有極 高空間分辨率的成像陣列而實質(zhì)上無需因此承受單位熱輻射測定器的靈敏度損耗。因此需 要設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)這種結(jié)果而保持先前技術(shù)的制造優(yōu)點的結(jié)構(gòu)。參照圖IA和IB描述在后一文獻中公開的信息的基本原理。圖IA示意地示出了檢測器陣列的部分平面圖，該圖忽略了為允許耗盡以及密封 封閉微部位而提供的特殊特征。該實物具有■初始襯底1，結(jié)構(gòu)共同地形成于該襯底上；該襯底的表面包括用于器件運轉(zhuǎn)的 所有必需電子元件，在此無需詳述這一點；
■靈敏膜2，布置在具有重復(fù)節(jié)距ρ的陣列中并且由靈敏膜的支撐臂6懸置；■錨定結(jié)構(gòu)3，臂6的端部置于該結(jié)構(gòu)上；■微囊的壁或者外圍壁4，其分離檢測微部位；■頂蓋或者窗口 5，其實質(zhì)上透明并且通過置于壁4的上端來閉合微囊。圖IB補充說明并且示出了沿著圖IA中的虛線的橫截面。這里無需具體描述這些 元件的構(gòu)造或者幾何結(jié)構(gòu)，但是適合于指定組件的近似尺寸和幾何結(jié)構(gòu)。眾所周知，如果反射體(未示出)形成在襯底的表面上，則在襯底與膜之間的空間 通常約為2 μ m，以便優(yōu)化波長為8至14 μ m之間的常用紅外線波段上的靈敏度。在膜2與 窗口 5之間的空間也通常約為2μπι以便防止一旦腔被耗盡則元件相互太近。這種結(jié)構(gòu)的 節(jié)距P通常多余25 μ m。清楚的是，錨定結(jié)構(gòu)3(在圖1中示出了四個，并且如果膜的機械穩(wěn)定性允許則這 一數(shù)目可能被減少至兩個)的覆蓋區(qū)明顯限制了各膜2能高效收集的、與整個表面面積P2 上接收的總能量成比例的輻射能量。此外，壁4的覆蓋區(qū)和在壁4與膜2之間的微囊內(nèi)的相鄰?fù)鈬臻g也部分地限制 了膜能夠收集的輻射能量。換言之，這些幾何上的補償對填充因子造成明顯限制(尤其在更窄節(jié)距的情況 下)。與沒有微囊但具有兩個(或者甚至四個)相鄰膜所共有的錨定點的結(jié)構(gòu)相比，在 可以使用形成在壁內(nèi)的錨定結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的支撐臂6的長度方面存在其它限制。在本領(lǐng)域 中，在沒有微囊的情況下使用以往技術(shù)時，通過沿著兩個(或者四個)靈敏部位之間的對稱 軸形成錨定點而獲得這種有利布局是常規(guī)的，并且實際上設(shè)定了已知技術(shù)的性能水平。本發(fā)明的目的因此在于提供這樣的結(jié)構(gòu)及其制作方法以便最終形成從增強的性 能中獲益而仍然享有真空密閉微部位技術(shù)提供的益處的檢測器。本發(fā)明的另一目的在于提出具體器件及其制作方法，這些器件具有在本發(fā)明的范 圍有利地獲得的光電特性·具有分別在若干光譜帶中靈敏的微部位的檢測器，·具有對紅外線輻射不靈敏的局部地布置的基準微部位的檢測器， 有能力檢測輻射的僅某些極化定向或者輻射入射方向或者具有若干截止波長的 均勻或者分布式像素高通濾波器的檢測器，·配備有抗密集輻射的保護的檢測器。在本說明書的其余部分中主要基于本發(fā)明所適合的最普遍情況的架構(gòu)細節(jié)和特 別令人感興趣的內(nèi)容——在與8至14 μ m紅外線氣氛傳輸窗口對應(yīng)的長波紅外線(LWIR) 區(qū)域中的檢測——來詳述本發(fā)明。然而有可能調(diào)整本發(fā)明的構(gòu)造細節(jié)以便在其它紅外線波 段中(甚至超出所謂“太赫”域中的紅外線區(qū)域)利用本發(fā)明。這是在此與更具限制性的 術(shù)語“紅外線”相比有時優(yōu)選使用術(shù)語“電磁輻射”的原因。另外，在本說明書的其余部分中，術(shù)語“關(guān)注輻射”或者具體為“關(guān)注光譜帶”(其 限定范圍隨后由Xmin和λ_來表示)將理解為檢測器被既定(或者設(shè)計)為靈敏的波長 范圍。在微型輻射熱測定器的情況下，膜本身通常對很寬范圍的輻射頻率靈敏(換言之，它 并非對特別波長靈敏)，因而“關(guān)注光譜帶”事實上由窗口(在這一情況下為窗蓋)在其中基本上透明的光譜限定。術(shù)語“優(yōu)選光譜靈敏度”或者“優(yōu)選光譜”也將理解為借助窗蓋的如下光譜傳輸掩 模來獲得檢測器在所述關(guān)注光譜帶內(nèi)的特定波長λ p附近的最大靈敏度(或者光學(xué)響應(yīng))， 該掩模在該波長附近表現(xiàn)最大靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，本發(fā)明的目的在于一種基本上克服與現(xiàn)有技術(shù)關(guān)聯(lián)的限制的密封封閉 的微囊的壁和構(gòu)成單位檢測器的膜的支撐臂的錨定點的特定布置。因此，本發(fā)明涉及一種電磁輻射檢測器，用于在優(yōu)選波長λρ的附近操作，所述優(yōu) 選波長λρ包括在限定于Xmin與λ_之間的關(guān)注光譜帶內(nèi)，該檢測器包括多個單位檢測微 部位，每個微部位包括具有至少對關(guān)注光譜帶中的輻射靈敏的膜的微檢測器，并且每個微 部位設(shè)置在由襯底、用作窗口的上壁和側(cè)壁限定的微腔或者微囊中，其中對于多個微部位 中的至少一些微部位，該窗口對在關(guān)注光譜帶中的所述輻射透明，所述膜借助包括導(dǎo)電層 的至少兩個支撐臂來懸置于襯底上方，其中每個微腔或者微囊內(nèi)通常為真空或者低壓。在下文中，與采用比如“真空(密閉)”或者任何具體壓強的術(shù)語的概念相比，優(yōu)選 使用術(shù)語“密封封閉”，因為微囊的基本特征是它們有能力在成品的整個工作壽命(數(shù)年) 內(nèi)，并且在考慮到優(yōu)選存在與腔連通的捕獲器元件的情況下，維持足夠穩(wěn)定的內(nèi)壓，從而免 對其中容納的靈敏元件的運轉(zhuǎn)的干擾。雖然一般嘗試實現(xiàn)通常低于5. 10_3毫巴的壓強(通 常視之為“真空”)，但是內(nèi)壓高得多的低導(dǎo)熱率氣體(Ar、Xe、Kr)可以滿足工作壽命要求并 且在上文所言意義上意味著具有氣密性。根據(jù)本發(fā)明，支撐臂的端部錨定于側(cè)壁中。在本發(fā)明的一個實施例中，限定所述微腔或者微囊的側(cè)壁由兩個最終接合的部分 構(gòu)成-第一下方部分，粘附到襯底并且在每個檢測微部位形成外圍壁的拼用式基座，并 且局部地包括確保與支撐臂的導(dǎo)電層的電連續(xù)性的導(dǎo)電豎直連接；-第二部分，在每個微囊的外圍周圍，所述第二部分的基座疊加在并且物理地附著 在第一部分的頂面，并且支撐與襯底大致平行的上壁或者窗口。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，支撐膜的臂的端部的錨定點和電連接形成在這兩個部分 之間的分界面處。因此，基本上消除了由于對臂的長度和錨定點的覆蓋區(qū)施加限制所致的 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的檢測器中固有的靈敏度損失。根據(jù)本發(fā)明的一個有利方面，在側(cè)壁附近的上壁或者窗口處設(shè)置外周面以便實質(zhì) 地補償由于所述壁的覆蓋區(qū)所致的填充因子的剩余減少。具體而言，這些外周面朝向襯底 傾斜或者具有圓形輪廓，所述外周面能夠在兩個微部位之間的邊界附近大多數(shù)入射電磁輻 射向相鄰微腔中的一個或者另一個偏轉(zhuǎn)而實質(zhì)上不對可用于形成圖像的信號造成任何中 間損耗。有利地，襯底被將入射輻射向靈敏膜反射的層所覆蓋，所述反射體全部或者部分 由能夠收集微囊或者捕獲器中俘獲的殘留氣體分子的材料構(gòu)成，該材料例如由鈦構(gòu)成。有利地，通過在側(cè)壁的兩個部分之間的焊線處相對于所述臂的軸線橫向地延伸至 與所述襯底電導(dǎo)通的豎直連接元件(16)的導(dǎo)通來獲得在包括導(dǎo)電層的至少兩個支撐臂與襯底之間的電連續(xù)性。有利地，根據(jù)本發(fā)明的檢測器除了限定微囊或者微腔的側(cè)壁之外，沒有任何用于 錨定靈敏膜的支撐臂的結(jié)構(gòu)。有利地，使用如下材料來獲得微腔的密封封閉，這些材料粘附到上壁或者窗口或 者與上壁或者窗口集成并且穩(wěn)固地置于如下元件上，這些元件部分地布置于窗口的下面并 且側(cè)向地錨定到側(cè)壁的上部。在例如文獻FR 2 822 541中并且以更實用方式在文獻FR 2 864 340中公開了允 許去除在微囊或者微腔內(nèi)暫時俘獲的犧牲材料的技術(shù)和用于密封地閉合所述微囊的技術(shù)。 在本發(fā)明的具體說明中陳述由于尤其適合于這種背景因而有利的布局。在本發(fā)明一個具體應(yīng)用的背景中，微檢測器由微型輻射熱測定器構(gòu)成，并且微囊 的上壁或者窗口由從硅、硅鍺合金或者硫化鋅中選擇的材料制成為單層或者多層。在本發(fā)明的一個特定實施例中，微部位的第一部分具有與微部位的第二部分的優(yōu) 選光譜明顯不同的優(yōu)選光譜，這歸因于在所述部分之一的窗口中或者窗口上形成與其它部 分相比不同的至少一層。在另一特定實施例中，微部位的第一部分對關(guān)注輻射靈敏，而微部位的第二部分 則實質(zhì)上不透射，這歸因于在第二部分的窗口中或者窗口上沉積的不透明金屬層。在一個特定實施例中，由于在所述部分的窗口中或者窗口上布置的導(dǎo)體網(wǎng)格，至 少一些微部位對入射輻射的極化或者入射角靈敏。在另一特定實施例中，微部位的第一部分包括密封封閉的微腔，而微部位的第二 部分的內(nèi)部腔與微囊以外的氣氛連通。在另一特定實施例中，微部位的第一部分包括密封封閉的微腔，而微部位的第二 部分的內(nèi)部體積完全被材料填充。在另一特定實施例中，通過在窗口中形成至少一個特殊層而使檢測器具有高通濾 波器。在一個特定實施例中，微部位的第一部分具有第一高通濾波器，而至少第二部分 具有第二高通濾波器。換言之，微部位的第一部分包括具有第一截止波長的高通濾波器，而 微部位的至少第二部分包括具有至少第二截止波長的高通濾波器。在另一特定實施例中，至少一些微部位包括形成在窗口中或者窗口上的至少一 層，該層使檢測器具有根據(jù)入射電磁通量而改變的靈敏度。本發(fā)明還涉及一種用于使用這樣的檢測器來檢測電磁輻射的器件。


通過下文描述將使本發(fā)明更加容易理解，與附圖相結(jié)合地提供僅以示例的形式給 出的該描述的詳情，附圖中相同的標記涉及相同部件■圖IA以一般方式示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的微囊陣列的部分示意平面圖；■圖IB示出了為了僅示出圖IA中的實物的主要元件而簡化的豎直截面圖；■圖2A是為了使說明清楚而以簡化方式布置的根據(jù)本發(fā)明的微囊陣列的部分示 意平面圖；■圖2B示出了為了僅示出圖2A中的結(jié)構(gòu)的主要元件而簡化的沿著虛線的截面圖；■圖3A和3C示出了使用在兩個不同制作階段形成壁的第一方法的根據(jù)本發(fā)明的 微囊陣列的部分平面圖；■圖;3B和3D分別示出涉及圖3A和3C的結(jié)構(gòu)的截面圖；■圖3E示出了用于形成電連接的替代方法的相同截面圖；■圖4A示出了使用形成壁的第二方法并且在其中已經(jīng)形成構(gòu)成檢測器的膜的步 驟之后的根據(jù)本發(fā)明的微囊陣列的部分平面圖；■圖4B是圖4A中的結(jié)構(gòu)的截面圖；■圖4C示出了使用在其中已經(jīng)形成構(gòu)成檢測器的膜的步驟之后出于電學(xué)目的而 插入支撐臂的特定方法的根據(jù)本發(fā)明的微囊陣列的部分平面圖；■圖5A示出了使用形成微囊的壁和蓋的上部的優(yōu)選方法并且在各個制作階段的 根據(jù)本發(fā)明的微囊陣列的部分平面圖；■圖5B和5C示出了圖5A中的結(jié)構(gòu)在形成所述結(jié)構(gòu)的兩個不同階段沿著虛線的 截面圖；■圖6A示出了使用在各個制作階段形成微囊的壁和蓋的上部的替代有利方法的 根據(jù)本發(fā)明的微囊陣列的部分平面圖；■圖6B至6D是示出了圖6A中的結(jié)構(gòu)在形成所述結(jié)構(gòu)的三個不同階段的截面圖；■圖7是示出了具有兩個優(yōu)選波長的根據(jù)本發(fā)明的檢測器的雙靈敏度的圖。為了使平面圖中的附圖更清楚，出于圖示目的而僅標明為了獲得對相關(guān)文字的充 分理解而必需的那些堆疊層的限制。完全是為了圖示的目的而使截面圖僅根據(jù)所需地被詳 細示出，應(yīng)當理解各種材料可以采用與所建議的形式不同的形式或者具有與所提示的細節(jié) 不同的細節(jié)而不因此超出本發(fā)明的范圍。還應(yīng)當注意，術(shù)語“一層”能夠根據(jù)技術(shù)上是否有在設(shè)計細節(jié)層面的要求而被理解 為“一層或者多層”，而不因此實質(zhì)地改變或者擴展所陳述的原理。這同樣適用于為了闡明 各種特定實施例而陳述的進展。
具體實施例方式圖2A以避免用于電布線、耗盡和密封封閉微部位的功能性元件的形式示意地示 出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計。這些元件如下·初始襯底1，所有結(jié)構(gòu)共同地形成于其上；·在具有重復(fù)節(jié)距ρ的陣列中的檢測器的靈敏膜2，由它們的支撐臂6所支撐，這 些臂6延伸直至它們插入到外圍壁4 ；·壁或者側(cè)壁4，由疊加部分4A和4B形成； 上蓋或者窗口 5。圖2B補充與膜2的支撐臂6的插入有關(guān)的描述?，F(xiàn)在已經(jīng)消除在圖IA和IB中 以其傳統(tǒng)形式示意地示出的錨定結(jié)構(gòu)，并且臂6延伸直至在壁4的兩個部分4A與4B之間 的接合處，這些壁用作為在靈敏部位之間的對稱軸上形成的錨定結(jié)構(gòu)，這在已知最高性能 的技術(shù)的情況下是慣有的。這使得熱阻的大量增加并且產(chǎn)生相比于文獻FR 2 822 541中 描述的技術(shù)的檢測器的提高的靈敏度。類似地，消除圖IA中所示錨定結(jié)構(gòu)3的覆蓋區(qū)和相關(guān)聯(lián)分離空間使得填充因子的顯著提高。這一布局變成幾乎等效(除了壁的覆蓋區(qū)之外) 于如下到常規(guī)器件這些器件沒有微囊，但是以本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易理解的方式，這些 器件有利地配備有各自在兩個或者甚至四個檢測部位之間共享的連接和錨定點。根據(jù)本發(fā)明的檢測器的結(jié)構(gòu)的一個明顯的結(jié)果在于變得有可能構(gòu)造如下的熱 檢測器，這些檢測器的陣列節(jié)距約為25 μ m或者甚至下限為約15 μ m的針對長波紅外線 (LffIR)輻射的可用物理極限，而代價為與使用已知技術(shù)來產(chǎn)生但沒有微囊的結(jié)構(gòu)(即如在 前序中所述的必須使用常規(guī)技術(shù)來集成而具有這些技術(shù)的所有固有限制，尤其是經(jīng)濟上的 限制的結(jié)構(gòu))相比可忽略不計的靈敏度損耗。另外，如下文說明的那樣，可以基本上消除與 壁的覆蓋區(qū)關(guān)聯(lián)的殘留損耗。下文參照圖2A和:3B說明使用形成壁的第一優(yōu)選非限制方法的這種檢測器的一個 實施例。處理始于在襯底1的表面上進行沉積并通過蝕刻來限定反射金屬層11，例如基于 鈦和/或鋁的層。以已知方式，所述襯底由本領(lǐng)域中熟知的多個介電層7鈍化。這一鈍化 具有朝向金屬塊接觸10的局部化開口，這些接觸被設(shè)計成提供向靈敏膜2的電接入。反射 層11被設(shè)計成形成本領(lǐng)域中常規(guī)地使用的四分之一波片的下部。有利地并且如已經(jīng)提出 的那樣，該層11全部或者部分地由捕獲器元件構(gòu)成，捕獲元件通常在出現(xiàn)一旦囊被最終形 成則要求維持囊內(nèi)的低壓時有用。通過在靈敏元件的中心部分處添加最終厚度約為2μπι的極化層12 (該極化層12 通常為有機層如聚酰亞胺)來繼續(xù)該處理。然后沉積厚度通常小于0. 1 μ m的、例如由氧化硅或者氮化硅制成的第一電介質(zhì) 材料層13，然后沉積厚度約為0. 1至0. 2 μ m的鋁或者非晶硅層14，并且通過蝕刻來形成寬 度近似0. 5 μ m的槽8的網(wǎng)格。通過對層12的各向異性來繼續(xù)這一蝕刻以暴露圖案10和襯 底的鈍化表面。在這一實施例中，在圖案10的附近，槽的寬度增加例如0.5μπι。然后通過 使用業(yè)內(nèi)已知的技術(shù)在這些槽中和在層14的表面上沉積大約0. 5至1 μ m厚的介電層或者 依從性非晶硅層15。層15的厚度使得槽的窄部被完全填充并且它們的較寬部分留下0. 5 至Iym的無阻礙開口。其余描述基于圖3C和3D。然后各向異性地蝕刻層15以便暴露層14以及槽的加寬部分的向接觸10敞開的 底部。槽的窄部始終被添滿，而加寬部分的豎直輪廓則由層15覆蓋。然后使用如下技術(shù)來 金屬化由槽的加寬部分形成的腔，這些技術(shù)是微電子領(lǐng)域中已知的并且通常運用例如，鎢 或者硅化鎢以及化學(xué)氣相沉積(CVD)或者涉及到銅的電化學(xué)處理。金屬化物16填充剩余 的豎直腔并且覆蓋隨后通過無掩模地蝕刻金屬化物16而被暴露的層14。如圖3D中所見， 然后僅保留該層16的豎直元件。然后還通過無掩模的蝕刻在各處去除層14以便有選擇地 暴露層13。層14起到與用于蝕刻槽的硬掩模相同的作用，并且還用作為蝕刻阻止層以便有 助于消除金屬化物16而不損壞層13。然而如果使用高選擇性的處理，則有可能省卻使用該 層14。如已經(jīng)提示的那樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)蝕刻層14是由鋁還是硅制成而了解用于蝕 刻層14的適當處理。在這一階段形成壁4的下方部分4A以及如下元件，這些元件允許電連接到膜的有
11源結(jié)構(gòu)。形成膜2所特有的結(jié)構(gòu)，并且這獲得在圖4A和4B中以簡化方式示出的實物，從而 繼續(xù)該方法。在根據(jù)結(jié)合圖3D描述的組件的先前的步驟期間，圖4B呈現(xiàn)出層16和14的完全 水平化。在這種情況下，在這一階段適合例如，在層13上沉積金屬層17，然后沉積與層13 實質(zhì)上相同的第二介電層18以便以已知構(gòu)造形成用于支撐臂6的材料。如圖3C中的平面 圖中所示，與上述豎直金屬化物16連續(xù)地形成為了確保每個膜至少兩個臂的電連續(xù)性而 設(shè)計的例如由氮化鈦制成的層17?？梢愿鶕?jù)圖3E(未示出層17以求簡化)中提出的變化來實現(xiàn)臂與接觸10的電連 續(xù)性。在這一特定實施例中，在層13與14之間依次插入層17是有用的。在上述操作期間， 為了蝕刻層16和14并且暴露層17，將法蘭19保留在緊鄰于豎直元件16的附近。使用這 一變化以更傳統(tǒng)的方式獲得電連續(xù)性。在此，無需給出如何形成膜2的具體描述，或者具體描述與層17有電連續(xù)性的一 個或者多個溫度靈敏層的沉積和定義，因為可以在文獻FR 2 752 299 (US 5，912，464)或 者FR 2 796 148 (US 6，426，539)中找到這些溫度靈敏層的典型實施例。應(yīng)當注意，根據(jù)用來形成膜的材料的性質(zhì)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)易于決定是留 下外圍形成物4A頂面上的材料還是去除這些材料。無需在平面和截面圖中指定膜的細節(jié)， 并且以下各圖未在平面圖中示出膜的外形以便簡化各圖；在截面圖中用粗線示出外形，而 該粗線從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上講并不詳細。如圖2A所提示的，易于形成并非意圖提供電連續(xù)性的支撐臂，S卩，如果有這樣的 支撐臂，則這些支撐臂具有嚴格機械目的而不會浪費腔內(nèi)的空間，因為構(gòu)成臂的層至少將 延伸足夠遠以與這樣形成的壁4A接觸或者位于其上方。為了確保(如果需要的話)層 13(或者一般而言，在蝕刻槽之前沉積、然后為了構(gòu)成臂的插入點而保留的層)的邊緣插入 到壁4A中，有用的是在沉積層15之前，通過實施例如短暫的氧等離子體處理來進行對犧牲 材料12的略微各向同性蝕刻以便在礦物表面層的邊沿下方略微地加寬槽。隨后沉積的填 充物15粘附到層13外周圍的下表面。在上面參照圖3D說明的在形成導(dǎo)體16之后沉積層17的變型中，還可以形成用于 如下臂的支撐點，這些臂被設(shè)計成確保在壁4A上任何點處的電連續(xù)性，只要在壁4A上層17 被連續(xù)地保留到直至到達至少一個豎直連接元件16。圖4C示出了利用這一可能性的特定布局的例子，其中元件16相對于電連續(xù)臂的 軸以交錯方式形成在壁4A的網(wǎng)格中。事實上，如圖4A中提出的那樣與豎直連接16相對地 錨定電支撐臂僅為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)構(gòu)造所啟發(fā)的一個布局例子。由此進一步增加電臂 的所及范圍，因為在這一情況下在所述臂被插入的點處槽未被加寬。因此在圖4C中，在豎 直連接16與電臂的錨定點之間保留層17(對于該層無需表示在臂的位置處和在膜中的細 節(jié))以便保證從在襯底處的接觸10到膜2的電連續(xù)性。換言之，通過在側(cè)壁的部分4A與4B之間的焊線處相對于所述臂的軸線橫向地延 伸至豎直連接元件16 (豎直連接元件16與所述襯底電導(dǎo)通)的導(dǎo)通來獲得在臂6與襯底 1之間的電連續(xù)性?？梢钥紤]保留層16以不僅形成上文已經(jīng)描述的法蘭延伸19而且形成根據(jù)所述原理從金屬化區(qū)域16到提供電連續(xù)性的臂的錨定點的向壁4A的頂面的局部延伸，從根據(jù)結(jié) 合圖3E說明的變型來實施延伸至壁4A的頂面的這一偏移連接器技術(shù)的特定形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠通過維持或者中斷各種層的連續(xù)性以便保證在用于膜的 必要連接之間的適當接通或者隔離來有利地利用這些獨特的特征。在繼續(xù)描述組件之前，在下文中與已經(jīng)考察的圖4A和4B相關(guān)聯(lián)地給出關(guān)于如何 根據(jù)第二優(yōu)選非限制性實施例制作下方的壁4A的元件的說明。如前述那樣，這一處理始于在襯底的表面上與接觸10有連續(xù)性地沉積和限定反 射體11。反射圖案11的具體切割與圖3B、3D和3E中的切割相比有所修改，但是這在本例 中僅為意圖使得更易于表示由提出的處理所產(chǎn)生的最終形貌的另一示例形式。然后使用本 領(lǐng)域中的常規(guī)手段來沉積由本領(lǐng)域中的常規(guī)材料(即硅石或者氧化硅或者中間物)制成的 大約2μπι厚的介電層20。有利地，通過化學(xué)機械拋光(CMP)來平坦化該層20，然后在將要成為豎直電連接 的位置處通過貫穿層20的各向異性蝕刻來產(chǎn)生豎直開口。尤其是，在各處沉積金屬化物16 以便尤其使用熟知的專用技術(shù)(通常為CVD和/或電化學(xué)沉積)來填充這些開口。通常使用作為本領(lǐng)域中的常用技術(shù)的CMP來使層16最終向下與層20的表面齊平。然后根據(jù)圖5Α中舉例的圖案，各向異性地蝕刻層20來限定部分4Α直至用作蝕刻 停止層的反射體11的表面。如圖4Β所示，在圖案11之間的空間在這一操作之后略微鋸齒 狀地出現(xiàn)而這對希望的結(jié)果沒有任何不利影響。然后涂敷平坦化層12 (通常為聚酰亞胺)以便填充并大致地拉平整個表面紋理， 然后通過蝕刻或者優(yōu)選地通過CMP來平坦化該層以便暴露結(jié)構(gòu)4Α的頂表面。應(yīng)當注意如 果層16在把腔形成在層20中的步驟之前保留在水平表面上，則僅能夠在這一步驟中使用 一次CMP來平坦化該結(jié)構(gòu)。沉積介電層13來繼續(xù)該處理，其中通過在金屬化物16附近進行蝕刻來僅局部地 打開該介電層13。然后在該結(jié)構(gòu)上沉積層17以便提供與元件16的頂面的電連續(xù)性。已經(jīng) 根據(jù)功能要求限定了該層17的臂和膜，沉積并通過蝕刻限定優(yōu)選地與層13類似的第二介 電層18，并且該處理繼續(xù)直至完成實際的支撐臂和膜2的元件，在這點上無需詳述這些步
馬聚ο這產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的如下結(jié)構(gòu)，從復(fù)雜性(步驟數(shù)目)和壁4Α頂面上實質(zhì)為零形 來說，有利的是該結(jié)構(gòu)具有相同通用對接特征以及形成由根據(jù)本發(fā)明的外圍壁所支撐的可 選機械結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合圖5Α、5Β和5C描述壁的上部4Β和蓋(或者窗口)5的一個優(yōu)選實施例。圖5Α分成四個象限，這些象限描述了構(gòu)造如何在僅描繪出主要元件的平面圖的 箭頭方向上的若干獨特步驟中進展。該處理始于沉積類型實質(zhì)上與層12相同并且厚度為例如2μπι的平坦化層30。然 后在表面上沉積并且通過蝕刻局部地截斷壁4Α路線的每個微部位至少一個緊湊圖案來限 定近似0. 1至0. 2 μ m厚并且由硅或者氮化硅或者非晶硅制成的礦物層31。在所得到的結(jié) 構(gòu)盡可能少地破壞成品質(zhì)量的范圍內(nèi)，如圖5A(左上)中所示在四個微部位所共有的角落 中布置圖案31以便形成四個微部位所共有的多邊形是有利的。然而，很明顯對于其它布局
13也是可行的。沉積類型實質(zhì)上與層30和12相同、通常約為0. 1至0. 2 μ m厚的新的極化層32， 然后通過光刻和蝕刻32、31、30來形成槽4B的十字形圖案(圖5A中的左下)直至到達結(jié) 構(gòu)4A的頂部。槽的寬度和圖案實質(zhì)上可以疊加于圖案4A的幾何結(jié)構(gòu)上。實質(zhì)上對于待檢測的輻射透明的礦物層33沉積于組件上以便形成用于槽4B的填 充物，這些槽形成微囊的側(cè)壁4的上部4B。材料33優(yōu)選地由厚度適合于填充槽4B (即通常 為0.5至Ιμπι)的非晶硅或者非晶硅和鍺的合金構(gòu)成。可以通過使用相對薄的中間層(例 如0. 1至0. 3 μ m厚的層)來使槽4B的蝕刻更容易以便形成類型與層33相同、但是在光刻 槽4B之前沉積的硬掩膜，這是本領(lǐng)域中的通常做法。然后根據(jù)圖5A(右下)通過蝕刻層33來制成限于剩余圖案31內(nèi)(即遠離槽4B) 的穿孔34。在這一點，通過使用例如氧等離子體來消除微囊12、30和32內(nèi)的所有犧牲有機層 是有用的。開孔34用作為用于氧化劑種子的穿透孔并且用于根據(jù)已知技術(shù)來去除蝕刻副 產(chǎn)物。一旦這些材料已被完全消除(甚至從微部位的中間)，組件可選地在與原位材料兼容 的溫度下(通常在約200至400°C )在真空中預(yù)先脫氣充分的時間(例如一至數(shù)小時)，并 且通過沉積對于待檢測的輻射透明并且通常通過物理手段而且優(yōu)選地通過熱噴濺來獲得 的一層或者多層35來密封封閉微囊。該技術(shù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟知的。所用材 料優(yōu)選地具有在熱檢測的背景中為8至14 μ m的波長、比如硅、硅鍺的合金、硫化鋅。它們 可以布置于有利地適合于優(yōu)化窗蓋33、35的透明度的多層結(jié)構(gòu)中。這里無需詳述所討論的 堆疊層，這些層通常具有若干微米的總厚度，該厚度在要求最小內(nèi)壓的通常情況下容易充 分地密封封閉開口 34，從而真空密封微囊。眾所周知，還可以通過在沉積層35之前沉積透明窗口 5的非組成層來實現(xiàn)對微囊 的密封封閉。該封閉層可以是不透明的并且可以由金屬(例如鋁)制成，并優(yōu)選地通過噴 濺來獲得。在這種情況下，需要通過使用掩模和額外的蝕刻操作，通常使用與元件31相同 的圖案在沉積組件35之前從光學(xué)區(qū)去除該層。根據(jù)已知技術(shù)，在微囊內(nèi)形成至少一種如下材料也是有利的，該材料能夠收集微 囊中俘獲的氣體殘留分子、例如鈦分子，該材料可以是例如制成反射體11的材料或者材料 之一。這一材料然后作為捕獲器工作。在密封封閉步驟期間，還能夠提供如已知其本身為在低壓在熱導(dǎo)率低的氣體，比 如氬、氪或者氙。這些氣體不干擾捕獲器材料，這些材料對于必須在微囊中保持在最低的可 能水平的氛圍氣體(氧、氮)、揮發(fā)性有機殘留物和氫繼續(xù)實現(xiàn)它們的作用。這樣形成的完整結(jié)構(gòu)與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的不同點在于支撐膜2的臂的長度 不再受到在微部位內(nèi)形成錨定結(jié)構(gòu)3的限制并且由于所述錨定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)消除，靈敏膜留 下的可用空間的填充因子明顯提高。即便在設(shè)計有極小節(jié)距的如下熱成像器的情況下，這 也會獲得與沒有微囊的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的靈敏度類似的靈敏度，這些節(jié)距同時具有的優(yōu)點在 于不要求在具有透明窗口的封裝中進行后續(xù)的密封集成處理?，F(xiàn)在結(jié)合圖6A至6D描述附加的有利布置。在沉積層31的步驟之后，該處理繼續(xù)沉積0. 1至0. 2 μ m厚的鋁層36 (或者具有 使得后續(xù)顯影能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)特性的任何其它材料)，隨后用已經(jīng)描述的相同圖案蝕刻該層至層31。這一步驟對應(yīng)于圖6A中的左上部分。然后沉積約為1至2 μ m厚的犧牲層32。然后如圖6A中所示，通過一方面在圖案 31附近蝕刻而另一方面在圖案4A附近蝕刻來局部地去除該層32。形成層32的邊緣使得 它向基底傾斜約30°至45°。這在蝕刻層32之前使用已知技術(shù)(比如利用光刻掩模的抗 蝕劑回流處理)來實現(xiàn)。圖6B呈現(xiàn)出規(guī)則輪廓，但還優(yōu)選適用或多或少圓化的輪廓。對層32的蝕刻首先 停止于層36的表面，其次停止于層30和32的厚度之中，但這并非特別關(guān)鍵。在圖6A的左 下部分中示意地示出了這一步驟。該處理繼續(xù)形成槽4B。出于這一目的，首先蝕刻層32和30，然后是層30 (如果保 留有層30的任何部分厚度)，然后是36直至壁4A暴露于槽的底部。然后通過沉積層33來 獲得4B的形成和窗蓋的基底。如上所述，貫通層33地進行蝕刻來形成開口 34，開口 34限制在由層36形成的圖 案內(nèi)；蝕刻停止于層36。在圖6A(右下)中示出這一點。然后通常通過濕法蝕刻來橫向地 蝕刻或者甚至完全各向同性地蝕刻層36以便提供向?qū)?2的接入。圖6C繼續(xù)接下來的操作，在該操作期間通過孔34和層36留下的自由空間來消除 所有犧牲層12、30、32。在圖6A(右上)和6D中示意地示出了上述使用物理真空沉積的最 終密封封閉步驟。該處理的首要結(jié)果是形成透明窗蓋，這些窗蓋的外圍具有如下面，這些面朝向襯 底傾斜或者具有沉降至支撐表面4A而在層堆疊和厚度方面沒有光學(xué)特性的重大改變的圓 形形狀，該形狀首先在每個微部位產(chǎn)生與微透鏡(即如下透鏡，該透鏡的功能是朝向相鄰 腔中的任意一個偏轉(zhuǎn)微部位之間邊界附近的入射射線，這些射線將在該腔處最終由靈敏膜 吸收)等效的光學(xué)結(jié)構(gòu)。如果沒有這種結(jié)構(gòu)，則這些射線將在壁4上被吸收或者漫射、即在 圖像形成上產(chǎn)生損耗。該效果在圖6D中由虛線箭頭示意地表示。這造成個別檢測部位的 靈敏度的額外增益。處理的另一有利結(jié)果在于使得蝕刻處理并且因此還使得槽4B的填充更容易，因 為這一效果明顯減少要在暴露結(jié)構(gòu)4A之前蝕刻的層30的殘留厚度。實際上，有可能相對于 期望的傾斜或者圓化邊緣(面)的深度相關(guān)聯(lián)地調(diào)節(jié)層30和32的厚度以便優(yōu)化所有處理 和所得最終幾何形狀?？梢允褂美缛我獗?0來無困難地將槽4B的深度減小至0. 5 μ m 或者甚至更少。此外，層33的厚度有利地適于完全填充槽4B，即它的厚度大于槽的寬度的一半， 使得形成在層35上(更一般地，在所有層)的衍射圖案的側(cè)面鄰接(不具有任何近乎豎直 的部分)以便分離在兩個相鄰微部位之間的入射光束而不造成中間損耗。這一結(jié)果可以在 例如通過使用硅、鍺或者使用CVD獲得的中間合金來形成層35時通過使用通過CVD獲得的 至少一層來實現(xiàn)。這種布置還使得能夠一旦開口 34被關(guān)閉，使微腔的密封封閉更為可靠?，F(xiàn)在描述用來通過至少部分地修改根據(jù)本發(fā)明形成的個別窗蓋的性質(zhì)和/或組 成來給出微部位的一些或者所有不同光電特性的一系列特定定實施例。在一個特定實施例中，構(gòu)成一些微部位的窗蓋5的系列層包括如下層，該層在整 個紅外線光譜內(nèi)不透明并且基本上在所述微部位的整個表面區(qū)域上延伸而且基本上是連 續(xù)的并且為金屬。例如在如上文所述的微囊封閉操作期間已經(jīng)使用了這樣的層。在這種情況下，在包含如下微檢測器的那些部位保留這一層就足夠了，使來自場景的輻射“不透過” 該微檢測器或者至少基本上不靈敏是必要或有利的。在這種情況下，這一附加層是所討論 的微部位上的“窗口”的一部分，該部分然后由術(shù)語“蓋”更好地描述，因為它實際上充當光 學(xué)屏蔽。如果在封閉期間不需要所述金屬層，則可以容易地另外沉積該金屬層，然后在形成 層35之前或者之后在光學(xué)靈敏部位蝕刻該層。如本領(lǐng)域中所周知的，獲得的有利結(jié)果通常是能夠以略微增加復(fù)雜度為代價形成 對來自場景的輻射不靈敏的特殊輻射熱測定結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為基準或者補償輻射熱測定 器并且通常是形成不受共模噪聲影響的干凈信號所需要的。這些結(jié)構(gòu)通常布置于靈敏陣列 表面的邊緣處或者外圍周圍并且通常生產(chǎn)起來很復(fù)雜，這不在本發(fā)明的范圍內(nèi)(無微囊)。在本發(fā)明的另一特定實施例中，至少一些微部位包括在所述微部位的窗口 5中或 者窗口 5上形成的平行導(dǎo)電帶的網(wǎng)格，這些帶基本上在所述微部位的整個表面區(qū)域上延伸 并且具有小于待檢測波長的重復(fù)節(jié)距。術(shù)語“小于”取作意為不大于近似λω η/3。以這一方式獲得的入射輻射的極化濾波具有的效果在于很明顯地衰減所述輻射 的與導(dǎo)體網(wǎng)格成直角的分量而與之平行的分量實質(zhì)上由口 5透射。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如 何優(yōu)化位于這樣的窗之后的、用于這種極化輻射的靈敏膜的光學(xué)吸收，或者恰好相反，根據(jù) 所尋求的目標，如何來形成實質(zhì)上對極化不靈敏的膜。在例如文獻FR 2 752 299 (US 5 912 464)中提供的細節(jié)與此方面相關(guān)?？梢允褂美邕@樣的檢測器來放大，或者相反地衰減來自場景元件的如下輻射， 該輻射在與金屬網(wǎng)格的定向大致地平行的平面上反射(例如地面上熱物體的反射)后撞擊 焦平面。使用這一方法在單個陣列中構(gòu)造一方面在一個極化方向上優(yōu)選為靈敏的微部位 而另一方面在正交方向上優(yōu)選為靈敏的微部位，產(chǎn)生如下檢測器，該檢測器提供來自場景 的輻射的“水平”和“豎直”分量的兩個通常同時出現(xiàn)的子圖像，例如交織圖像。這提供與 觀測的場景有關(guān)的更豐富的信息。在本發(fā)明的另一特定實施例中，至少一些微部位包括形成在窗口 5中或者窗口 5 上并且基本上在所述微部位的整個表面區(qū)域上延伸而且重復(fù)節(jié)距與待檢測的優(yōu)選波長入ρ 的數(shù)量級相同的導(dǎo)電帶的網(wǎng)格。術(shù)語“數(shù)量級”取作意為近似于入5至λρ/2。換言之，重復(fù) 節(jié)距為人￡)至λρ/2。術(shù)語“單位圖案”取作意為如下最小圖案，該圖案通過在與焦平面平行的平面上在 兩個方向(未必成直角)上規(guī)則地重復(fù)來產(chǎn)生完整的衍射圖案。所述單位衍射圖案可以是 線形、圓形、十字形或者盤形元件，僅以示例而非限制的方式給出這些例子。這樣，由于網(wǎng)格圖案的衍射，根據(jù)輻射的入射角來調(diào)制檢測器的靈敏度。例如，可 以利用這一效果，根據(jù)場景的要素相對于其中安裝有檢測器的系統(tǒng)的光軸的角度來增加， 或者相反地降低檢測器的靈敏度。在給定用于限定金屬層的適當設(shè)計的掩模的情況下，使用與上述相同的技術(shù)(這 一技術(shù)是為了形成不透明屏蔽而開發(fā)的)在窗口 5的組成中形成這些極化或者衍射濾波 器。優(yōu)選地選擇導(dǎo)通帶的寬度以使其明顯小于重復(fù)節(jié)距。類似地，選擇單位圖案的不透明 表面區(qū)域以使其明顯小于在重復(fù)所述單位圖案的兩個方向上的重復(fù)節(jié)距的乘積以避免與 具有這樣的網(wǎng)格的窗口相向的微檢測器的靈敏度降低。
在本發(fā)明的另一特定實施例中，微部位中一部分微部位的窗口 5的系列層包括至 少一個如下層，該層在關(guān)注光譜帶內(nèi)透明并且在厚度和/或類型方面不同于微部位中另一 部分微部位的窗口 5的系列層以便向各部分給出不同道優(yōu)先光譜靈敏度。換言之，這一特定實施例提供位于相同電子視網(wǎng)膜上的(至少)兩類微部位，這些 微部位分別對共同的關(guān)注光譜帶上的兩個優(yōu)選波長λρ1和λρ2附近的(至少)兩個部分更 靈敏，因為與各微檢測器相向形成的窗口 5分別具有不同的傳輸光譜。兩個傳輸光譜未必 不連續(xù)，并且這不能使用構(gòu)成窗口 5的少量幾個層來實現(xiàn)。這一方面使得能夠例如，借助由 至少兩個鄰近微部位提供的信號來獲得如下信息，能夠基于該信息辨別所觀測的場景中的 特定物體的發(fā)射溫度。沒有可能具體描述這一實施例的細節(jié)，因為多層系統(tǒng)的光學(xué)傳輸光譜很大程度上 依賴于各層的厚度和相應(yīng)的折射率。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員具有充分的知識和技能來有利地 利用這一方面并且使用一個或者兩個不同層來分別產(chǎn)生各種類型的靈敏部位。顯然，如上 所述，必須根據(jù)各微部位所要求光譜響應(yīng)，使用一個或者多個適當?shù)难谀：拖嚓P(guān)聯(lián)的已知 的實施技術(shù)來局部地保留或者消除不同的一層或者多層。例如，將針對微部位中的一部分微部位獲得在8到10 μ m之間的增強的響應(yīng)而對 于ΙΟμπι以上的減弱的響應(yīng)，而對于微部位中的另一部分則相反。還能夠針對中紅外(從3 至5μπι)和遠紅外(從8至14 μ m)波長形成所謂的雙光譜視網(wǎng)膜而不會面臨使用傳統(tǒng)技 術(shù)集成于封裝中的檢測器(其中窗口僅能為陣列的所有靈敏像素所共有，因為它的位置遠 離焦平面)所面臨的有關(guān)于窗口的“寬帶”透明度的約束。應(yīng)理解這一實施例賦予以相對簡單方式形成雙光譜或者甚至多光譜成像器的可 能性，該成像器的空間靈敏度分布(例如棋盤格或者交織線)僅由一個或者多個在制作處 理結(jié)束時應(yīng)用的掩模的設(shè)計所限定，其中該掩模確定如何保留或者消除靈敏視網(wǎng)膜的各區(qū) 域(部分)之間的各個層。結(jié)合圖7圖示了這種差動靈敏度分別在兩個優(yōu)選波長λ pl和λ ρ2附近的檢測器。 在所述例子中，下文描述的高通函數(shù)(在這一情況下超出Xmin)為所有微部位所共有。在本發(fā)明的一個特定實施例中，微部位中的第一部分包括密封封閉的微腔，而微 部位中的第二部分包括與外部氣氛連通的微腔。例如通過在微部位中的第二部分上層35 的沉積進行掩模處理或者通過不提供與所述微部位的開口 34相對的層31來獲得這一方這產(chǎn)生對用于微部位中的第一部分的輻射靈敏的一些微檢測器和對用于第二部 分的輻射不靈敏的一些微檢測器。后者通?？梢杂米骰鶞蕶z測器以便在補償之后形成無共 模噪聲的信號，或者更一般地用作對器件以外的壓強不靈敏的檢測器。在本發(fā)明的一個特定實施例中，微部位中的第一部分包括密封封閉的微腔，而微 部位中的第二部分包括使用實質(zhì)上相同的處理同時形成的、但完全被材料填充的“微囊”。 這是優(yōu)選使用術(shù)語“微囊”而不是“微腔”的原因，后者由如下空間構(gòu)成，該空間由固體材料 界定，但其本身不包含固體材料。這一方面通過不在所述第二微部位的覆蓋區(qū)中提供開口 34來直接獲得。這樣，犧牲材料層12、30、32在去除犧牲層的操作期間被保留而不產(chǎn)生除了 在內(nèi)部微檢測器與襯底之間形成熱短路以外的任何隨后的功能。這樣有可能首先獲得對用于微部位的第一部分的輻射靈敏的微檢測器，其次獲得
17對輻射不靈敏的微檢測器并且連續(xù)地保持于用于第二部分的襯底(熱沉)的溫度而無需形 成額外的不透明層。第二微部位通?？梢杂米骰鶞蕶z測器以便在補償之后形成無共模噪聲的信號，或 者更一般地用作僅對襯底的溫度靈敏的檢測器并且可以例如用作溫度傳感器。下文現(xiàn)在描述結(jié)合檢測器或者借助所述檢測器形成的器件(這里，這一術(shù)語表示 集成度更高的組件)的光譜響應(yīng)的高通濾波來實施本發(fā)明的各種方式。尤其對于工作在8至14 μ m的大氣透過波段中的檢測器，常見的做法是從焦平面 上游插入稱為“高通”濾波器的光學(xué)元件；這一濾波器的主要功能在于，如果關(guān)注光譜帶為 從8至14 μ m的遠紅外線，則阻止波長在閾值(該閾值通常設(shè)置成約為7. 5至7. 7 μ m)以 下的輻射。這一高通濾波器通常借助如下涂層來形成，該涂層通過在厚的鍺片或者硅片的一 個面上或者一般地在厚的鍺片或者硅片的兩個面上分布的多層沉積來獲得。該片的兩個面 還通常具有一般來說對上至12. 5到16 μ m透明的防反射處理物，這也通過多層沉積來獲 得。窗片(或者在術(shù)語的通常意義上為窗口)密封地附著到根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的檢測器的罩或 者傳統(tǒng)封裝的光學(xué)有源面并且與該面集成。這一窗的總傳輸掩模在輻射熱測定檢測器的情 況下實際上限定用于檢測器或者包含所述檢測器的器件的“關(guān)注光譜帶”或者“關(guān)注輻射”。在這些優(yōu)選的高通濾波條件下實施根據(jù)本發(fā)明的檢測器的第一方式是在具有傳 統(tǒng)窗口(比如上述窗口)的封裝中集成器件。這種組件主要著眼于透明掩模(關(guān)注光譜 帶)由封裝的窗口所限定。這樣，根據(jù)熟知的并完全掌握的制作方法，通過使用較大數(shù)量的 層，可以獲得設(shè)定繁復(fù)約束的傳輸掩模。此外，密封封閉所述封裝的需要被消除或者至少被 明顯降低，并且這實現(xiàn)了成品封裝時在資源和制造產(chǎn)出方面的明顯節(jié)約。在這些集成條件之下，同樣有利的是進行準備以在封裝內(nèi)提供中等壓強的氣氛 (例如壓強為10毫巴至2巴的低擴散率氣體，比如Ar、Kr或者Xe)以便優(yōu)化根據(jù)本發(fā)明的 并且配用于本發(fā)明中的檢測器的工作壽命。這極大地糾正了窗口 5中的原本可能危及微囊 的密封封閉的任何長期滲透或者甚至微裂縫所造成的影響。然而明顯的是，使用這種具有 復(fù)雜窗的封裝會導(dǎo)致的相當高的成本，更不用說與額外的窗口在關(guān)注光譜帶中的部分透明 度關(guān)聯(lián)的略微性能損耗。實施本發(fā)明并且阻止短波的第二方式涉及到在至少一些微部位的窗口 5中或者 窗口上形成在光譜傳輸方面向所述窗口 5直接給予“高通”濾波能力的至少一層。這一特殊層可以有利地在處理結(jié)束時沉積在窗口的表面上以便允許使用如下材 料，這些材料是有效的但不能經(jīng)受甚至是有限的溫度，例如超過150°C的溫度，因為這時已 經(jīng)完成檢測器制作過程。有利地，這一層由具有如下光學(xué)帶隙的半導(dǎo)體材料形成，該光學(xué)帶隙適合于檢測 器的設(shè)計所針對的輻射范圍。材料中的直接光電轉(zhuǎn)換的效果將有效地阻止與超過所述光 學(xué)帶隙的能量對應(yīng)的波長。例如“III-V”族二元化合物hSb在約7.3μπι產(chǎn)生截止，而 “III-V”族二元化合物InAs在約4μπι產(chǎn)生截止?！癐II-V”族三元合金如h(1_x)AlxSb或者 ha_x)AlxAs(其中0彡χ彡1)根據(jù)所選組份χ提供在中紅外線與遠紅外線之間的截止調(diào) 節(jié)。類似地，選擇材料的組分χ如“II-VI”族三元Hg(1_y)CdyTe(其中0.2彡y<0.6)使得 有可能將透明度閾值從可見波段下調(diào)至通常8 μ m，窗口 5在所述閾值以下實質(zhì)上不透明。選擇近似0. 4的χ在3 μ m附近產(chǎn)生截止，而選擇近似0. 2的χ在約7_8 μ m產(chǎn)生可調(diào)截止 閾值，這在遠紅外線波長適合于根據(jù)本發(fā)明的檢測。還應(yīng)當提到在約3 μ m產(chǎn)生截止的硫化 鉛I^bS。這些例子僅作為信息給出而不是限制。需要獲得高純度或者高度結(jié)晶化以便獲得希望的效果。沉積這些材料的薄膜的常 規(guī)方法(例如用來獲得0.5至2μπι厚度的方法)適合于所望望的目的，并且這里無需描述 它們。在1.8μπι以下的波長，無需過濾輻射光譜，因為在許多紅外線檢測系統(tǒng)或者成像 系統(tǒng)中慣常地具有對低波長而言不透明的鍺光學(xué)器件。因此直接獲得對入射輻射光譜的高 通(波長)濾波而無需在系統(tǒng)的光路上的檢測器上游插入額外的窗口。本發(fā)明還提出在微部位的第一部分形成具有第一傳輸閾值的第一高通濾波器而 在微部位的第二(或者更多)部分上形成具有第二傳輸閾值的第二(或者更多)高通濾波 器。這一結(jié)果通過選擇分別在各微部位使用的“高通”層的制作材料(例如從上文聲明的 材料之中選擇不同材料)或者在微部位的一部分上疊加第一高通材料層而在微部位的另 一部分上分別疊加兩個不同高通材料層來獲得。這通過與形成上述防反射涂層(用來在波 長λρ1和λ ρ2周圍提供優(yōu)選靈敏度)結(jié)合或者取而代之的入射輻射截止濾波根據(jù)討論的微 部位實現(xiàn)微檢測器的分布式光譜靈敏度。換言之，在這一特定實施例中，檢測器的關(guān)注光譜帶在短波側(cè)上由最低截止頻率 限定，并且光譜在兩個截止頻率之間的部分只能由一些微部位感測。 在又一實施例中，至少一些微部位包括窗口 5，該窗口的至少一層根據(jù)入射電磁通 量具有可變的透明度。具體而言，可以使用如下特定層，該層的透明度在作為材料特性的輻 射功率閾值以外迅速下降?？梢岳缤ㄟ^使用在工業(yè)說法中稱為“非線性”的材料來獲得這樣的層，這些材料 比如是InSb.In (i-x)AlxSb、In(1_x)AlxAs (其中 0 ^ χ ^ 1) ；Hg(1_y)CdyTe (其中 0. 2 ^ χ ^ 0. 6) 和釩氧化物(在本領(lǐng)域中通常由通式VOx表示)并且根據(jù)標準工業(yè)技術(shù)的使用形式為具有 厚度0. 5至2μπι的薄膜。這在通常來自場景中的具有極高溫度的源的密集輻射通量投射于檢測器的焦平 面上(例如通過偶然地觀測到太陽)的情況下提供對位于微囊內(nèi)的靈敏輻射熱測定元件的 至少部分的但很有利的個別(基于像素的)保護。這種源實際上可能引起對所討論的微檢 測器的特性的持續(xù)或者甚至永久損壞。由于這一特殊“保護”層實際上位于焦平面上，所以入射能量也實質(zhì)上僅集中在實 際檢測器處，并且這相對于檢測器接收的通量使效率最大。應(yīng)當理解，即便在任何密集輻射 時段期間也仍然保留器件在圖像對于用戶連續(xù)可用方面的功能。在本領(lǐng)域中使用的常規(guī)技 術(shù)造成一個影響用戶的明顯缺陷局部地由于從過度曝光的像素獲得的信號飽和所致的圖 像缺失或者由于如果系統(tǒng)配備有這樣的自動特征則在檢測到認為發(fā)射強度太大的場景之 后自動關(guān)閉快門所致的完全圖像缺失。
權(quán)利要求
1.一種電磁輻射檢測器，用于在優(yōu)選波長λ p的附近操作，所述優(yōu)選波長λρ包括在 限定于與λ_之間的關(guān)注光譜帶內(nèi)，所述電磁輻射檢測器包括多個單位檢測微部位， 每個微部位包括具有對至少在所述關(guān)注光譜帶中的輻射靈敏的膜(2)的微檢測器，并且每 個微部位設(shè)置在由襯底(1)、用作窗口的上壁(5)和側(cè)壁(4)限定的微腔或者微囊中，其中 對于所述多個微部位中的至少一些微部位，所述窗口對在所述關(guān)注光譜帶內(nèi)的所述輻射透 明，所述膜⑵借助包括導(dǎo)電層(17)的至少兩個支撐臂(6)來懸置于襯底⑴上方，其特 征在于，所述臂(6)的端部錨定在所述側(cè)壁(4)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微腔中的至少一些微腔 被密封封閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，被密封封閉的所述微腔包含 低熱導(dǎo)率氣體，如氬、氪或者氙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，限定所述微腔 或者微囊的側(cè)壁(4)由緊密接合的兩個部分構(gòu)成_第一下方部分(4Α)，粘附到襯底(1)并且在每個檢測微部位形成外圍壁的拼用式基 座，并且局部地包括確保與支撐臂(6)的所述導(dǎo)電層(17)的電連續(xù)性的導(dǎo)電豎直連接；-第二部分(4Β)，在每個微囊的外圍周圍，所述第二部分的基座疊加在并且物理地附 連到第一部分(4Α)的頂面，并且支撐與所述襯底大致平行的上壁或者窗口(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，包括靈敏膜(2)的導(dǎo)電層 (17)的所述至少兩個支撐臂(6)的端部錨定點和電連接形成在構(gòu)成側(cè)壁(4)的所述兩個部 分(4Α)與(4Β)之間的界面處。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，通過在所述側(cè)壁的部分 (4Α)與(4Β)之間的接合面處相對于所述臂的軸線橫向地延伸至與所述襯底電導(dǎo)通的豎直 連接元件(16)的導(dǎo)通來獲得所述至少兩個臂(6)與襯底(1)之間的電連續(xù)性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，除了限定所 述微囊的所述側(cè)壁之外，沒有任何用于錨定靈敏膜(2)的支撐臂(6)的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，在側(cè)壁(4)附 近，上壁或者窗口(5)具有朝向襯底(1)傾斜的外周面或者圓形輪廓的外周面，所述外周面 能夠在兩個微部位之間的邊界附近將入射輻射向任一相鄰微腔偏轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，襯底(1)覆蓋 有用作為反射體的層(11)，所述反射體用于將入射輻射向靈敏膜(2)反射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，反射體(11)全部或者部分地 由能夠收集所述微腔或者捕獲器中俘獲的殘留氣體分子的材料構(gòu)成，所述材料優(yōu)選地由鈦 構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微腔的 密封封閉由粘附到所述上壁或者窗口(5)或者與所述上壁或者窗口(5)集成并且穩(wěn)固地置 于元件(31)上的材料形成，所述元件(31)部分地布置于窗口(5)的下面并且被側(cè)向地錨 定到側(cè)壁(4)的上部(4Β)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微檢測 器由微型輻射熱測定器構(gòu)成，并且上壁或者窗口(5)至少部分地由從硅、硅鍺合金或者硫化鋅中選擇的材料構(gòu)成為單層或者多層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，與所述微部位的至少第二 部分的所述窗口相比不同的是，所述微部位的第一部分的窗口(5)包括在所述關(guān)注光譜帶 中實質(zhì)上透明的至少一層，從而使得所述第一部分的所述微檢測器的優(yōu)選波長λρ1明顯不 同于所述至少第二部分的優(yōu)選波長λρ2。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或者13所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部位中的一 些微部位的窗口(5)包括基本上連續(xù)并且基本上在所述微部位的整個表面區(qū)域上延伸而 且對紅外線光譜中的所有輻射不透明的層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部 位中的至少一些微部位的窗口(5)包括基本上覆蓋所述微部位的整個表面區(qū)域的導(dǎo)電圖 案的網(wǎng)格。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述網(wǎng)格由按照小于 Xmin/3的重復(fù)節(jié)距布置的平行的帶或者線形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部位的第一部分的 窗口(5)包括在第一方向上形成的網(wǎng)格，并且所述微部位的第二部分的窗口(5)包括在與 所述第一網(wǎng)格的方向成直角的方向上形成的網(wǎng)格。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，沿著與焦平面平行的平面 上的兩個方向，按照入￡)至λ p/2的重復(fù)節(jié)距使單位圖案進行重復(fù)來形成所述網(wǎng)格，所述單 位圖案具有等于或小于所述重復(fù)節(jié)距的尺度。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述不透 明層、所述平行的帶或者導(dǎo)電的單位圖案由金屬制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部位 中的一些微部位的所述微囊填充有固體材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20中任意一項權(quán)利要求所述的電磁輻射檢測器，其特征在于， 所述微部位中的至少一些微部位包括窗口(5)，所述窗口的至少一層由具有高通型傳輸光 譜的材料構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述材料是半導(dǎo)體。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述半導(dǎo)體選自于In(1_x) AlxAs、In(1_x)AlxSb，其中 0 < χ < 1 ；Hg(1_y)CdyTe，其中 0. 2 彡 y 彡 0. 6 ；以及 PbS。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部位的第一部分具 有包含第一截止波長的高通濾波器，并且所述微部位的至少第二部分具有包含至少第二截 止波長的高通濾波器。
25.根據(jù)權(quán)利要求12至20中任意一項所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述微部 位中的至少一些微部位包括窗口(5)，所述窗口的至少一層由透明度隨著入射電磁通量而 改變的材料構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電磁輻射檢測器，其特征在于，所述材料選自于In(1_x) AlxSb、In(1_x)AlxAs，其中 0 < χ < 1 ；Hg(1_y)CdyTe，其中 0. 2 彡 y 彡 0. 6 ；以及通式為 VOx 的釩 氧化物。
27.一種用于檢測電磁輻射的器件，設(shè)計成在優(yōu)選波長λ。附近操作，所述優(yōu)選波長λ。包括在限定于與λ_之間的關(guān)注光譜帶內(nèi)，所述器件包括 密封封閉的封裝，在該密封封閉的封裝的一面上設(shè)置有窗口，所述窗口在所述關(guān)注光 譜帶中基本上透明而在截止波長以下基本上不透明； 電磁輻射檢測器，與所述窗口相向地位于封裝內(nèi)；其特征在于，所述檢測器是權(quán)利要求12至20中任意一項權(quán)利要求所述的檢測器，并且 所述封裝內(nèi)的氣氛由低擴散率氣體或者低擴散率氣體的混合物構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的用于檢測電磁輻射的器件，其特征在于，所述氣體選自于 氬、氪和氙。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或者28所述的用于檢測電磁輻射的器件，其特征在于，所述封裝 內(nèi)的壓強為10毫巴至2巴。
全文摘要
電磁輻射檢測器由多個單位檢測微部位構(gòu)成，每個微部位包括具有對所討論的輻射靈敏的膜(2)的微檢測器，并且每個微部位設(shè)置于由襯底(1)、用作對所述輻射透明的窗口的上壁(5)和側(cè)壁(4)限定的微腔或者微囊中，所述膜(2)借助包括導(dǎo)電層(17)的至少兩個支撐臂(6)來懸置于襯底(1)上方，其中所述臂(6)的端部錨定于側(cè)壁(4)中。
文檔編號H01L31/0203GK102124311SQ200980131700
公開日2011年7月13日 申請日期2009年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者米歇爾·維蘭 申請人:Ulis股份公司