微測輻射熱計(jì)探測器層的制作方法
【專利摘要】實(shí)施例公開了一種微測輻射熱計(jì)，包括橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)和設(shè)置在底部電介質(zhì)上方的探測器層。該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料制成。該微測輻射熱計(jì)包括設(shè)置在探測器層上方的頂部電介質(zhì)。該微測輻射熱計(jì)可以是被耦合到讀出電路并形成焦平面陣列的多個(gè)微測輻射熱計(jì)中的一個(gè)。
【專利說明】微測輻射熱計(jì)探測器層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及紅外相機(jī)，并且更具體地，涉及微測輻射熱計(jì)探測器和焦平面陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]在十九世紀(jì)八十年代，開發(fā)了一種稱為測輻射熱計(jì)的紅外探測器。測輻射熱計(jì)的操作原理是:測輻射熱計(jì)材料的電阻相對于測輻射熱計(jì)的溫度改變，其響應(yīng)吸收的入射紅外輻射的量而依次改變。可以利用這些特性，以通過感測其電阻產(chǎn)生的變化來測量測輻射熱計(jì)上的入射紅外輻射。當(dāng)作為紅外探測器使用時(shí)，測輻射熱計(jì)通常與它的支撐基板或周圍熱絕緣，以允許吸收的入射紅外輻射產(chǎn)生測輻射熱計(jì)材料的溫度變化。
[0003]微測輻射熱計(jì)陣列一般通過構(gòu)造涂有吸收紅外輻射的溫度敏感電阻材料的小間距空氣橋結(jié)構(gòu)的二維陣列制造在單片硅基板或集成電路上。該空氣橋結(jié)構(gòu)提供了微測輻射熱計(jì)探測器和硅基板之間的熱絕緣。
[0004]在每個(gè)微測輻射熱計(jì)用作陣列中的像素的情況下，通過將每個(gè)微測輻射熱計(jì)的電阻變化轉(zhuǎn)換成可以顯示在監(jiān)測器上或存儲在存儲器中的時(shí)分復(fù)用電信號，可以產(chǎn)生入射輻射的二維圖像或圖畫表示。用于執(zhí)行這種轉(zhuǎn)換的電路通常被稱為讀出集成電路(ROIC)，并且可以被制造為在硅基板中的集成電路。微測輻射熱計(jì)陣列然后可以制造在ROIC的頂部上。ROIC和微測輻射熱計(jì)陣列的組合通常被稱為微測輻射熱計(jì)紅外焦平面陣列(FPA)。
[0005]常規(guī)的微測輻射熱計(jì)可具有不同的性能限制，例如由于熱絕緣不當(dāng)、電路元件的電阻溫度系數(shù)(TCR)失配、光吸收光譜的收縮和/或有限的光譜響應(yīng)范圍造成的靈敏度降低。結(jié)果，需要改進(jìn)的探測器和可提高探測器性能的制造工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本公開提供了各種有利的微測輻射熱計(jì)、焦平面陣列以及制造微測輻射熱計(jì)的方法。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種微測輻射熱計(jì)包括:橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)；設(shè)置在底部電介質(zhì)上方的探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成；和設(shè)置在探測器層上方的頂部電介質(zhì)。
[0007]根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施例，一種焦平面陣列包括:讀出電路(ROIC)，以及電耦合到ROIC的多個(gè)微測輻射熱計(jì)，每個(gè)微測輻射熱計(jì)包括如上文和此處描述的元件。
[0008]根據(jù)本公開的再另一個(gè)實(shí)施例，一種制造微測輻射熱計(jì)的方法，包括:形成橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)；在底部電介質(zhì)上方濺射沉積探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成；和在探測器層上方形成頂部電介質(zhì)。
[0009]本公開的范圍是由權(quán)利要求限定的，其作為參考包含在本節(jié)中。通過考慮下面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述，有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本公開的實(shí)施例，以及認(rèn)識到其另外的優(yōu)點(diǎn)。將參考首先將簡要描述的附圖的附加表?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有兩個(gè)端子互連的單個(gè)微測輻射熱計(jì)探測器的示意圖和透視圖。
[0011]圖2A和圖2B分別示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的兩個(gè)端子微測輻射熱計(jì)探測器的二乘二陣列的不意圖和透視圖。
[0012]圖3示出了讀出集成電路(ROIC)的例子。
[0013]圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有新穎探測器層的微測輻射熱計(jì)橋的截面圖。
[0014]圖5示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的制造微測輻射熱計(jì)探測器層的方法的流程圖。
[0015]圖6A-6C示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的制造具有有利的探測器層的微測輻射熱計(jì)的方法的流程圖。
[0016]圖7示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的示意用于捕捉圖像的系統(tǒng)的方塊圖。
[0017]參考下面的詳細(xì)描述，最好地理解本公開的實(shí)施例和它們的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該意識到，在一個(gè)或多個(gè)圖中，相同的附圖標(biāo)記用于指示相同的元素。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的具有兩個(gè)端子互連的單個(gè)微測輻射熱計(jì)探測器100的示意圖和透視圖。
[0019]微測輻射熱計(jì)100與其支撐基板或周圍熱絕緣，以允許吸收的入射紅外輻射102產(chǎn)生微測輻射熱計(jì)材料的溫度變化。這種絕緣是由探測器100周圍的虛線方框指定的。響應(yīng)入射輻射等級、基板溫度的變化和測量微測輻射熱計(jì)電阻期間探測器中消耗的電功率，熱絕緣的微測輻射熱計(jì)100改變溫度。
[0020]在使用單個(gè)探測器的系統(tǒng)中，兩個(gè)導(dǎo)電引線可以連接到微測輻射熱計(jì)材料，提供通過微測輻射熱計(jì)傳導(dǎo)電流以感應(yīng)其電阻的方式。圖1A和圖1B示出了微測輻射熱計(jì)探測器的電連接。在這種情況下，熱絕緣的微測輻射熱計(jì)100被示出為存在入射紅外輻射102，其具有連接到微測輻射熱計(jì)端子R+和R-的兩個(gè)引線。圖1B示出了微測輻射熱計(jì)100的物理實(shí)現(xiàn)的例子。與微測輻射熱計(jì)的R+和R-電連接建立在腿104的兩端上，其中微測輻射熱計(jì)與基板106接觸。
[0021]圖2A和圖2B分別示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的兩個(gè)端子微測輻射熱計(jì)探測器100的三乘三陣列200的示意圖和透視圖，示出了九個(gè)正和負(fù)互連端子。
[0022]在希望感測微測輻射熱計(jì)探測器陣列的電阻或溫度的情況下，為每個(gè)探測器提供各自的導(dǎo)線引腳連接是物理上不切實(shí)際的。圖2A、圖2B和圖3示出了互連到微測輻射熱計(jì)探測器陣列的方法。圖2A和圖2B中示出的是三乘三探測器陣列200，其需要9個(gè)正和負(fù)互連。陣列中用于各個(gè)微測輻射熱計(jì)探測器100的互連創(chuàng)建為制造工藝的一部分，并接觸硅基板106中的電路。
[0023]微測輻射熱計(jì)的大型二維陣列可以利用讀出集成電路(ROIC)，以提供所需要的測輻射熱計(jì)的接口，圖3示出了它的一個(gè)例子。ROIC包括被放置在接近探測器的空間中的電路，以執(zhí)行探測器接口和復(fù)用的功能。與特定的微測輻射熱計(jì)探測器相關(guān)的電路可直接位于探測器正下方的硅基板中，并且可稱為單位單元。[0024]通過微測輻射熱計(jì)探測器的時(shí)分復(fù)用信號，可以大大減少需要的電互連引腳的數(shù)量。為了簡化復(fù)用處理和系統(tǒng)接口，ROIC可包括數(shù)字邏輯電路，以產(chǎn)生控制陣列中行與列地址切換所需要的信號。
[0025]圖3示出了用于8X8微測輻射熱計(jì)探測器陣列的ROIC的例子。單位單元陣列、列放大器、列多路復(fù)用器306和行多路復(fù)用器308可以集成在單個(gè)ROIC硅片302上。微測輻射熱計(jì)陣列可以構(gòu)造在單位單元陣列的頂部上。ROIC進(jìn)一步包括:偏置產(chǎn)生定時(shí)控制電路304和輸出放大器310。ROIC為微測輻射熱計(jì)探測器陣列和外部系統(tǒng)提供臨界接口。ROIC和微測輻射熱計(jì)電路的進(jìn)一步描述可以在美國專利N0.6，028，309中找到，其為了所有目的通過參考全部包含在這里。
[0026]圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的沿著圖1B和圖2B中的Ι_1線的微測輻射熱計(jì)橋400的截面圖。微測輻射熱計(jì)橋400包括根據(jù)本公開的實(shí)施例的由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成的有利和新穎的探測器層。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，微測輻射熱計(jì)橋400包括底部電介質(zhì)410、設(shè)置在底部電介質(zhì)410上方的探測器層420和設(shè)置在探測器層420上方的頂部電介質(zhì)430。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，底部電介質(zhì)410和頂部電介質(zhì)430每個(gè)可以包括氮化硅層、氮氧化硅層、氧化硅層或它們的組合。換句話說，底部電介質(zhì)410和頂部電介質(zhì)430可以由單個(gè)電介質(zhì)層或多層電介質(zhì)組成。根據(jù)另一個(gè)方面，底部電介質(zhì)410可以具有與頂部電介質(zhì)430不同的折射率，或者折射率可以相似。根據(jù)另一個(gè)方面，底部電介質(zhì)410可以具
有大約200Α和大約2000Α之間的厚度，并且頂部電介質(zhì)430可以具有大約200Α和大約1200Α之間的厚度。 [0029]在一個(gè)例子中，上述的底部和頂部電介質(zhì)可通過使用硅烷(SiH4)、氮?dú)?N2)、氨(NH3)和/或一氧化二氮(N2O)前驅(qū)氣體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來沉積，但是也可以應(yīng)用各種其他沉積方法和前驅(qū)氣體。例如，底部和頂部電介質(zhì)可使用任何合適的工藝形成，如物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、高密度等離子體CVD (HDPCVD)、金屬有機(jī)CVD(MOCVD)、遠(yuǎn)程等離子體CVD(RPCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)、其它合適的方法和/或它們的組合，并使用任何合適的裝置或設(shè)備形成，如沉積/反應(yīng)室、電源、阻抗匹配單元、加熱元件、泵等。依據(jù)期望的電介質(zhì)層的組合，可以選擇各種反應(yīng)物，如硅烷、二乙基硅烷、氨氣、氧氣、一氧化二氮、碳氟化合物和/或正硅酸乙酯(TEOS)。也可以選擇稀釋和/或惰性氣體，如氮?dú)狻鍤夂?或氦氣。因此，底部和頂部電介質(zhì)可以由各種材料構(gòu)成，并且可以通過合適的工藝形成，以具有根據(jù)本公開的不同厚度。微測輻射熱計(jì)膜的進(jìn)一步描述和實(shí)例可以在2011年6月10日申請的、標(biāo)題為“Multilayered Microbolometer FilmD印osition”的美國申請N0.13/157，762中發(fā)現(xiàn)，其作為參考全部包含在本文，用于所有目的。
[0030]探測器層420是由摻雜金屬的五氧化f凡材料組成,其可通過金屬x:Va(2_x)05來表示，其中在一個(gè)實(shí)例中X在約0.1和約0.4之間。根據(jù)一個(gè)方面，探測器層420可以由選自由鎢(W)、錳(Mn)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鑰(Mo)、鈮(Nb)和鋯(Zr)組成的組的金屬構(gòu)成。根據(jù)
另一個(gè)方面，在一個(gè)例子中，探測器層420可以具有大約600A和大約1000A之間的厚度；在另一個(gè)例子中探測器層420可以具有約為800A的厚度。根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層420可以由WxVa(2_x)05構(gòu)成，其中X在約0.1至約0.4之間。根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層420可以具有大約3.4%的電阻溫度系數(shù)，以及大約200千歐的薄層電阻。
[0031]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，探測器層420可以通過在濺射室中反應(yīng)五氧化釩、金屬以及濺射氣體而濺射沉積形成。在一個(gè)例子中可以使用RF濺射法或DC脈沖濺射法。該金屬可以選自由鎢(W)、猛(Mn)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鑰(Mo)、鈮(Nb)和鋯(Zr)組成的組，并且濺射氣體可以選自由氬(Ar)、氙(Xe)和氪(Kr)組成的組。根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層420可以通過使五氧化釩、鎢和氬濺射氣體反應(yīng)以形成WxVa(2_x)05探測器層，其中x是介于約0.1至約0.4之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在濺射沉積期間沒有使用氧氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，濺射沉積可在約100攝氏度至約200攝氏度之間的溫度下進(jìn)行。
[0032]在一個(gè)例子中，探測器層420可以通過RF濺射沉積，功率在約100W和約300W之間，等離子體功率密度對于100W為約4.9ff/cm2以及對于300W為14.8ff/cm2,處理壓力在約5毫托至約50毫托之間，以及晶片溫度從大約室溫到約400攝氏度。
[0033]在另一個(gè)例子中，探測器層420可以通過RF濺射沉積，功率為約200W，功率密度為約9.9W/cm2，濺射氣體為氬氣，處理壓力為約5毫托，以及晶片溫度為約200攝氏度。
[0034]根據(jù)本公開的另一個(gè)方面，探測器層420可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或各種形式的CVD法、離子束淀積或其他適用的技術(shù)，在反應(yīng)沉積工藝中，形成至少一部分。在本公開的又一方面中，探測器層420可以基于沒有反應(yīng)過程的化學(xué)計(jì)量氧化物靶通過沉積形成。
[0035]根據(jù)又另一方面，探測器層420可以通過在氮?dú)猸h(huán)境中對沉積的摻雜金屬的五氧化釩材料進(jìn)行第一步退火，然后在氧氣環(huán)境中對第一步退火的摻雜金屬的五氧化釩材料進(jìn)行第二步退火而形成。在一個(gè)例子中，第一步退火和第二步退火每個(gè)都可以在約375攝氏度下進(jìn)行約10分鐘。在另一例子中，第一步退火可在富氮環(huán)境中在約375攝氏度下進(jìn)行約10分鐘，且第二步退火可以在富氧環(huán)境中在大約375攝氏度下進(jìn)行約5分鐘。
[0036]有利地，在形成探測器層后的附加處理期間，例如在附加退火、蝕刻步驟、圖案化等期間，本發(fā)明的探測器層420是穩(wěn)定的。
[0037]本公開還提供了一種有利的焦平面陣列(FPA)，包括:讀出電路(R0IC)，以及電耦合到ROIC的多個(gè)微測輻射熱計(jì)，每個(gè)微測輻射熱計(jì)包括上文和此處描述的元素。此外，F(xiàn)PA的每個(gè)微測輻射熱計(jì)可以通過設(shè)置在相鄰的微測輻射熱計(jì)之間的接觸腿電耦合到R0IC。FPA還可以進(jìn)一步包括:耦合到ROIC用于處理來自ROIC的圖像信息的處理器，和耦合到處理器用于顯示處理后的圖像信息的顯示器。
[0038]現(xiàn)在參照圖5，流程圖示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的制造微測輻射熱計(jì)的方法500。方法500包括:在塊502，形成橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)；和在塊504，在底部電介質(zhì)上方濺射沉積探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成。方法500進(jìn)一步包括:在塊506,在氮?dú)猸h(huán)境中對沉積的摻雜金屬的五氧化f凡材料進(jìn)行第一步退火；在塊508,在氧氣環(huán)境中對第一步退火的摻雜金屬的五氧化釩材料進(jìn)行第二步退火；和在塊510，在探測器層上方形成頂部電介質(zhì)。
[0039]注意，附加的處理可以提供在圖5的方法500之前、期間和之后，并且那些其他處理在本文可以只進(jìn)行簡要描述。
[0040]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，底部電介質(zhì)和頂部電介質(zhì)每個(gè)都可以形成為由氮化硅層、氮氧化硅層、氧化硅層或它們的組合構(gòu)成。[0041]根據(jù)另一個(gè)方面，可以通過使五氧化釩、選自由鎢(W)、錳(Mn)、鈦(Ti)、Cr、鑰(Mo)、鈮(Nb)和鋯(Zr)組成的組的金屬和選自由氬(Ar)、氙(Xe)和氪(Kr)構(gòu)成的組的濺射氣體反應(yīng)，來沉積探測器層。
[0042]根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層可以通過使五氧化釩、鎢和氬濺射氣體反應(yīng)，以形成WxVa(2_x)05探測器層來沉積，其中X在約0.1至約0.4之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在濺射沉積期間沒有使用氧氣。
[0043]根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層可以沉積為具有約600A至約1000A的厚度，約
3.4%的電阻的溫度系數(shù)，以及約200千歐的薄層電阻。
[0044]根據(jù)另一個(gè)方面，第一步退火和第二步退火每個(gè)都可以在約375攝氏度下進(jìn)行約10分鐘。在另一例子中，第一步退火可在富氮環(huán)境中在約375攝氏度下進(jìn)行約10分鐘，且第二步退火可以在富氧環(huán)境中在大約375攝氏度下進(jìn)行約5分鐘。
[0045]根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層可以通過射頻(RF)濺射法、直流(DC)脈沖濺射或它們的組合來沉積。
[0046]根據(jù)另一個(gè)方面，濺射沉積可在約100攝氏度至約200攝氏度之間的溫度下進(jìn)行。根據(jù)另一個(gè)方面，探測器層可以在高達(dá)約400攝氏度的溫度下和/或在沉積期間在晶片上用RF偏壓來沉積。
[0047]在一個(gè)例子中，探測器層可以在RF濺射腔室中沉積，RF濺射功率在約100瓦和大約300瓦之間，基板加熱溫度在環(huán)境溫度和約400攝氏度之間。
[0048]根據(jù)另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括:經(jīng)由接觸腿使微測輻射熱計(jì)電耦合到讀出電路(ROIC);將處理器耦合到R0IC，用于處理來自ROIC的圖像信息；和將顯示器耦合到處理器，用于顯示處理后的圖像信息。
[0049]現(xiàn)在參考圖6A-6C，流程圖分別示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的制造具有有利探測器層的微測輻射熱計(jì)的方法600A、600B和600C。圖6A示出了探測器層剝離后形成接觸金屬步驟；圖6B示出了在探測器層下方形成接觸金屬步驟，其中探測器層在沉積后被蝕刻，和圖6C示出了由晶圓級封裝(WLP)形成微測輻射熱計(jì)晶片。
[0050]圖6A的方法600A包括:在塊602，提供讀出集成電路(ROIC)晶片；和在塊604，在ROIC上方形成圖案化的金屬反射層。金屬反射層可以由各種金屬構(gòu)成，如鉬或金，并且可以通過濺射或蒸發(fā)形成。該反射層可通過多種技術(shù)圖案化，包括本領(lǐng)域已知的光刻和蝕刻技術(shù)。
[0051]方法600A還包括:在塊606，在金屬反射層上方形成犧牲層。犧牲層可以由各種材料構(gòu)成，包括但不限于氧化硅，并且可以通過合適的技術(shù)來形成，在一個(gè)例子中，包括但不限于PECVD法。方法600A進(jìn)一步包括:在塊608,例如,通過離子研磨或反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，在犧牲層中形成開口。
[0052]方法600A進(jìn)一步包括:在塊610，在犧牲層上方形成下部橋吸收層。下部橋吸收層可以由各種適合的材料構(gòu)成，在一個(gè)例子中包括但不限于通過各種合適的技術(shù)形成的氮化硅，在一個(gè)例子中包括但不限于PECVD。
[0053]方法600A進(jìn)一步包括:在塊612，在下部橋吸收層上方形成探測器層(例如，溫阻元件)。探測器可以由各種材料構(gòu)成，并且可通過如上面和本文所述的各種技術(shù)形成。在一個(gè)例子中，探測器層可以由通過用如上所述的兩步后沉積退火濺射沉積Va205、W和Ar形成的WxVa(2_x)05構(gòu)成，X在約0.1至約0.4之間。方法600A還包括:在塊614，圖案化該探測器層并在圖案化的探測器層上形成接觸層。
[0054]方法600A進(jìn)一步包括:在塊616，例如通過濕法蝕刻或RIE在下部橋吸收層中形成開口，然后在塊618，在下部橋吸收層上方且在ROIC和接觸層之間形成連接層。在一個(gè)例子中該連接層可以由NiFe構(gòu)成，在另一個(gè)例子中通過濺射或蒸發(fā)形成。
[0055]方法600A進(jìn)一步包括:在塊620，在探測器層、接觸層和連接層上方形成上部橋吸收層，然后通過圖案化下部橋吸收層、連接層和上部橋吸收層，在塊622形成測輻射熱計(jì)腿。該圖案化可以通過各種方式和方法來進(jìn)行，例如通過離子蝕刻、化學(xué)蝕刻或?yàn)R射蝕刻。
[0056]方法600A還包括:在塊624切割ROIC晶片以形成獨(dú)立的測輻射熱計(jì)器件，然后在塊626從獨(dú)立的測輻射熱計(jì)器件去除犧牲層。該犧牲層可以通過各種方式和方法去除，并且在一個(gè)例子中可包括氧等離子體蝕刻或CF4等離子體刻蝕。
[0057]圖6B的方法600B還包括:在塊601提供讀出集成電路(ROIC)晶片，并在塊603在ROIC上方形成圖案化的金屬反射層。該金屬反射層可以由各種金屬形成，如鉬或金，并且可以通過濺射或蒸發(fā)形成。該反射層可通過多種技術(shù)圖案化，包括本領(lǐng)域已知的光刻和蝕刻技術(shù)。
[0058]方法600B進(jìn)一步包括:在塊605,在金屬反射層上方形成犧牲層。該犧牲層可以由各種材料構(gòu)成，包括但不限于氧化硅，并且可以通過合適的技術(shù)形成，在一個(gè)例子中包括但不限于PECVD法。方法600A進(jìn)一步包括:在塊607，例如，通過離子研磨或反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，在犧牲層中形成開口。
[0059]方法600B進(jìn)一步包括:在塊609，在犧牲層上方形成下部橋吸收層。下部橋吸收層可以由各種合適的材料構(gòu)成，在一個(gè)例子中包括但不限于氮化硅，通過各種合適的技術(shù)形成，在一個(gè)例子中包括但不限于PECVD。
[0060]方法600B進(jìn)一步包括:在塊611，例如通過濕法蝕刻或RIE，在下部橋吸收層中形成開口，然后在塊613，在下部橋吸收層上方形成連接層。在一個(gè)例子中連接層可以由NiFe構(gòu)成，在另一個(gè)例子中，通過濺射或蒸發(fā)形成。
[0061]方法600B進(jìn)一步包括:在塊615，在下部橋吸收層和連接層上方形成探測器層(例如，溫阻元件)。該探測器層可以由各種材料構(gòu)成，并且由上文和本文所描述的各種技術(shù)形成。在一個(gè)例子中，探測器層可以由利用如上所述的兩步后沉積退火通過濺射沉積Va2O5' W和Ar形成的WxVa(2_x)05構(gòu)成，x在約0.1至約0.4之間。
[0062]方法600B進(jìn)一步包括:在塊617，在下部橋吸收層、連接層和探測器層上方形成上部橋吸收層，然后通過圖案化下部橋吸收層、連接層、上部橋吸收層，在塊619形成測輻射熱計(jì)腿。該圖案化可以通過各種方式和方法來進(jìn)行，例如通過離子蝕刻、化學(xué)蝕刻或?yàn)R射蝕刻。
[0063]方法600B進(jìn)一步包括:在塊621切割ROIC晶片以形成單獨(dú)的測輻射熱計(jì)裝置，然后在塊623從各測輻射熱計(jì)裝置去除犧牲層。該犧牲層可以通過各種方式和方法去除，并且在一個(gè)例子中可包括氧等離子體蝕刻或CF4等離子體刻蝕。
[0064]相對于上面圖6A的方法600A，圖6C的方法600C包括與上述類似的步驟，并且相似元件和/或步驟的相似描述在這里全部可應(yīng)用，雖然它們可能不被包括，以避免重復(fù)描述。方法600C還包括在塊652提供讀出集成電路(ROIC)晶片，以及在塊654在ROIC上方形成圖形化的金屬反射層。
[0065]方法600C進(jìn)一步包括:在塊656在該金屬反射層上方形成犧牲層，以及在塊658在犧牲層中形成開口。
[0066]方法600C進(jìn)一步包括:在塊660在犧牲層上方形成下部橋吸收層，并在塊662在下部橋吸收層上方形成探測器層(例如，溫阻元件)。該探測器層可以由各種材料構(gòu)成，并且由上文和本文所描述的各種技術(shù)形成。在一個(gè)例子中，探測器層可以由利用如上所述的兩步后沉積退火通過派射沉積Va205、W和Ar形成的WxVa(2_x)05構(gòu)成,x在約0.1至約0.4之間。方法600C進(jìn)一步包括:在塊664，圖案化探測器層和在圖案化的探測器層上形成接觸層。
[0067]方法600C進(jìn)一步包括:在塊666，例如通過濕法蝕刻或RIE，在下部橋吸收層中形成開口，然后在塊668，在下部橋吸收層上方和在ROIC和接觸層之間形成連接層。
[0068]方法600C進(jìn)一步包括:在塊670，在探測器層、接觸層和連接層上方形成上部橋吸收層，然后在塊672，通過圖案化下部橋吸收層、連接層和上部橋吸收層，形成測輻射熱計(jì)腿。
[0069]方法600C進(jìn)一步包括:圖案化和蝕刻塊656的犧牲層，用于在塊674后續(xù)形成密封環(huán)?？衫酶鞣N圖案化和蝕刻技術(shù)。
[0070]然后方法600C包括:在塊676，在圖案化的和蝕刻的犧牲層上方沉積密封環(huán)材料，以形成密封環(huán)。各種密封環(huán)的材料,如金屬和電介質(zhì),可以通過各種沉積技術(shù)淀積,如通過蒸發(fā)或?yàn)R射。
[0071]然后方法600C包括:在塊678，去除犧牲層以形成測輻射熱計(jì)晶片。該犧牲層可以通過各種方式和方法去除，在一個(gè)例子中可包括氧等離子體蝕刻或CF4等離子體刻蝕。
[0072]注意，附加的處理可以提供在圖6A-6C的方法600A-600C的之前、期間和之后，并且這些其它的工藝在本文可以僅簡要描述。微測輻射熱計(jì)處理、電路和元件的進(jìn)一步描述可以在美國專利N0.Re.36，706、美國臨時(shí)申請N0.61/469，651和美國申請N0.12/844，124中找到，其全部作為參考包含在這里，用于所有目的。
[0073]現(xiàn)在參照圖7，方框圖示意性示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于捕捉圖像和處理的系統(tǒng)700 (例如，紅外相機(jī))。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)700包括:處理部件710、存儲部件720、圖像捕獲部件730、控制部件740和/或顯示部件750。系統(tǒng)700可以進(jìn)一步包括感測部件760。
[0074]系統(tǒng)700可代表例如紅外成像裝置，用來捕捉和處理圖像，如場景770的視頻圖像。系統(tǒng)700可以代表任何類型的紅外相機(jī)，用于檢測紅外輻射，并提供有代表性的數(shù)據(jù)和信息(例如，場景的紅外圖像數(shù)據(jù))，或者可以更通常地代表任何類型的光電傳感器系統(tǒng)。在一個(gè)例子中，系統(tǒng)700可以代表:紅外相機(jī)；雙波段成像儀，如夜視成像儀，其操作以感測反射的可見光和/或高清晰度圖像的SWIR光和熱成像的LWIR輻射，或者為了提供獨(dú)立的圖像信息同時(shí)感測短波和長波輻射的成像儀。系統(tǒng)700可以包括便攜式設(shè)備，并且例如可以被合并入車輛(例如，汽車或其它類型的基于陸地的車輛、飛行器、水運(yùn)工具或太空飛行器)或要求存儲和/或顯示紅外成像的非移動裝置，并且可以包括分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0075]在各種實(shí)施例中，處理部件710可以包括任何類型的處理器或邏輯器件(例如，配置為執(zhí)行處理功能的可編程邏輯器件(PLD))。處理部件710可以適于與部件720、730、740和750連接和通訊，以執(zhí)行如本文所述的方法和處理步驟和/或操作，包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的常規(guī)的系統(tǒng)處理功能。
[0076]在一個(gè)實(shí)施例中，存儲部件720包括一個(gè)或多個(gè)存儲器裝置，用于存儲數(shù)據(jù)和信息，例如包括紅外數(shù)據(jù)和信息。存儲器裝置720可包括一個(gè)或多個(gè)不同類型的存儲裝置，包括易失性和非易失性存儲器，和/或能夠以機(jī)器可讀格式存儲數(shù)據(jù)的機(jī)器可讀介質(zhì)。處理部件710可以適于執(zhí)行存儲在存儲部件720中的軟件，以便執(zhí)行本文描述的方法和處理步驟和/或操作。
[0077]在一個(gè)實(shí)施例中，圖像捕捉部件730包括任何類型的圖像傳感器，例如一個(gè)或多個(gè)紅外傳感器(例如，任意類型的多像素紅外探測器，如本文所述的微測輻射熱計(jì)探測器和焦平面陣列)，用來捕捉表示圖像的紅外圖像數(shù)據(jù)(例如，靜止圖像數(shù)據(jù)和/或視頻數(shù)據(jù))，如場景770。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，圖像捕獲部件730的紅外傳感器提供用于將所捕獲的圖像數(shù)據(jù)表示(例如，轉(zhuǎn)換)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(例如，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括作為紅外線傳感器的一部分或與紅外傳感器分離作為系統(tǒng)700的一部分)。在一個(gè)方面中，紅外圖像數(shù)據(jù)(例如，紅外視頻數(shù)據(jù))可以包括圖像的非均勻數(shù)據(jù)(例如，實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù))，如場景770。處理部件710可以適于處理該紅外圖像數(shù)據(jù)(例如，以提供處理后的圖像數(shù)據(jù))，在存儲部件720中存儲紅外圖像數(shù)據(jù)和/或從存儲部件720中重新得到存儲的紅外圖像數(shù)據(jù)。例如，處理部件710可以適于處理存儲在存儲部件720中的紅外圖像數(shù)據(jù)，以提供處理后的圖像數(shù)據(jù)和信息(例如，捕獲和/或處理的紅外圖像數(shù)據(jù))。
[0078]在一個(gè)實(shí)施例中，控制部件740包括用戶輸入和/或接口裝置。例如，用戶輸入和/或接口裝置可以代表可轉(zhuǎn)動的旋鈕(如電位器)、按鈕、滑動條、鍵盤等，其適于生成用戶輸入控制信號。處理部件710可適于通過控制部件740感測來自用戶的控制輸入信號，并響應(yīng)由此接收的任何感測的控制輸入信號。處理部件710可適于將這樣的控制輸入信號解釋為一參數(shù)值，如通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
[0079]在一個(gè)實(shí)施例中，控制部件740可包括控制單元(例如，有線或無線手持式控制單元)，其具有適于與用戶接口并接收用戶輸入控制值的按鈕。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，控制單元的按鈕可以用來控制系統(tǒng)700的各種功能，如自動對焦、菜單使能和選擇、視場、亮度、對比度、噪聲濾波、高通濾波、低通濾波和/或各種本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的其他特征。
[0080]在一個(gè)實(shí)施例中，顯示部件750包括圖像顯示裝置(例如,液晶顯示器(IXD)或各種其它類型的公知的視頻顯示器或監(jiān)視器)。處理部件710可適于在顯示部件750上顯示圖像數(shù)據(jù)和信息。處理部件710可適于重新接收來自存儲部件720的圖像數(shù)據(jù)和信息，并在顯示部件750上顯示任何重新接收的圖像數(shù)據(jù)和信息。顯示部件750可包括電子顯示，其可以被處理部件710利用以顯示圖像數(shù)據(jù)和信息(例如，紅外圖像)。顯示部件750可以適于通過處理部件710直接從圖像捕獲部件730接收圖像數(shù)據(jù)和信息，或者圖像數(shù)據(jù)和信息可以經(jīng)由處理部件710從存儲部件720傳輸。
[0081]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的應(yīng)用或?qū)崿F(xiàn)的要求，感測部件760包括一個(gè)或多個(gè)不同類型的傳感器?？蛇x的感測部件760的傳感器至少向處理部件710提供數(shù)據(jù)和/或信息。在一個(gè)方面中，處理部件710可適于與感測部件760通訊(例如，通過從感測部件760接收傳感器信息)，并與圖像捕捉部件730通訊(例如，通過接收來自圖像捕獲部件730的數(shù)據(jù)和信息，并向系統(tǒng)700的一個(gè)或多個(gè)其它部件提供和/或接收命令、控制和/或其它信息)。
[0082]在各種實(shí)現(xiàn)方式中，感測部件760可以提供有關(guān)環(huán)境條件的信息，如外界溫度、光照條件(例如，白天、夜晚、黃昏和/或黎明)、濕度、特定的氣象條件(例如，日曬、雨淋和/或雪)、距離(例如，激光測距儀)和/或是否已進(jìn)入或退出隧道或其他類型的外殼。感測部件760可以代表本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知的常規(guī)傳感器，用于監(jiān)視可能對由圖像捕獲部件730提供的數(shù)據(jù)(例如，對圖像外觀)有影響的各種條件(例如，環(huán)境條件)。
[0083]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可選的感測部件760 (例如，一個(gè)或多個(gè)傳感器)可以包括通過有線和/或無線通信向處理部件710中繼信息的設(shè)備。例如，可選的感測部件760可適于通過本地廣播(例如，射頻(RF))傳輸、通過移動或蜂窩網(wǎng)絡(luò)和/或通過基礎(chǔ)設(shè)施中的信標(biāo)(例如，運(yùn)輸或高速公路信息基礎(chǔ)設(shè)施信標(biāo))、或各種其他的有線和/或無線技術(shù)，接收來自衛(wèi)星的信息。
[0084]在各種實(shí)施例中，根據(jù)需要或根據(jù)應(yīng)用或要求，是否組合和/或執(zhí)行系統(tǒng)700的部件，系統(tǒng)700表示相關(guān)系統(tǒng)的各種功能塊。在一個(gè)例子中，處理部件710可以與存儲部件720、圖像捕獲部件730、顯示部件750、和/或任選的感測部件760相結(jié)合。在另一個(gè)例子中，處理部件710可以與圖像捕獲部件730結(jié)合，只有通過圖像捕捉部件730內(nèi)的電路(例如，處理器、微處理器、邏輯器件、微控制器等)執(zhí)行處理部件710的某些功能。此外，系統(tǒng)700的各種部件可以是彼此遠(yuǎn)離的(例如，圖像捕捉部件730可包括具有表示計(jì)算機(jī)的處理部件710等的遠(yuǎn)程傳感器，該計(jì)算機(jī)可能會或可能不會與圖像捕獲元件730通信)。
[0085]鑒于本公開，將意識到，本文列出的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可有利地提供增加了靈敏性和/或增加了制造效率、重現(xiàn)性和耐用性的微測輻射熱計(jì)探測器。
[0086]應(yīng)當(dāng)理解，本公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。本文描述了部件和布置的具體實(shí)例，以簡化本公開。當(dāng)然，這些僅僅是例子并且不旨在進(jìn)行限制。此外，本文描述的在第二特征上方或上面形成第一特征可包括第一和第二特征直接接觸形成的實(shí)施例，并且還包括插在第一特征和第二特征之間形成其它特征，使得第一特征和第二特征不直接接觸的實(shí)施例。為了簡單和清楚，各種特征可以以不同尺度任意繪制。
[0087]上述實(shí)施例是說明性的但不限制本公開。還應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本公開的原理能夠進(jìn)行許多修改和變化。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種微測輻射熱計(jì)，其包括: 橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)； 設(shè)置在底部電介質(zhì)上方的探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成；和 設(shè)置在探測器層上方的頂部電介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微測輻射熱計(jì)，其中底部電介質(zhì)和頂部電介質(zhì)每個(gè)都包括氮化硅層、氮氧化硅層、氧化硅層或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微測輻射熱計(jì)，其中該探測器層是由選自由鎢(W)、錳(Mn)、鈦(Ti)、Cr、鑰(Mo)、鈮(Nb)和鋯(Zr)組成的組的金屬構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微測輻射熱計(jì)，其中該探測器層是由WxVa(2_x)05構(gòu)成的，其中X在約0.1至約0.4之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微測輻射熱計(jì)，其中該探測器層具有在約600人和約1000A之間的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微測輻射熱計(jì)，其中該探測器層具有約3.4%的阻抗溫度系數(shù)，以及約200千歐的薄層電阻。
7.一種焦平面陣列，其包括: 讀出電路(ROIC);和 電耦合到ROIC的多個(gè)微測輻射熱計(jì)，每個(gè)微測輻射熱計(jì)包括: 橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)； 設(shè)置在底部電介質(zhì)上方的探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成；和 設(shè)置在探測器層上方的頂部電介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦平面陣列，其中每個(gè)微測輻射熱計(jì)經(jīng)由布置在相鄰微測輻射熱計(jì)之間的接觸腿電耦合到R0IC。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦平面陣列，其中底部電介質(zhì)和頂部電介質(zhì)每個(gè)都包括氮化硅層、氮氧化硅層、氧化硅層或它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦平面陣列，其中該探測器層是由選自由鎢(W)、錳(Mn)、鈦(Ti)、Cr、鑰(Mo)、鈮(Nb)和鋯(Zr)組成的組的金屬構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦平面陣列，其中該探測器層是由WxVa(2_x)05構(gòu)成的，其中X在約0.1至約0.4之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦平面陣列，進(jìn)一步包括耦合到ROIC的處理器，用來處理從ROIC輸出的圖像信息；和耦合到處理器的顯示器，用來顯示處理后的圖像信息。
13.—種制造微測輻射熱計(jì)的方法，該方法包括: 形成橋結(jié)構(gòu)的底部電介質(zhì)； 在底部電介質(zhì)上方濺射沉積探測器層，該探測器層由摻雜金屬的五氧化釩材料構(gòu)成；和 在探測器層上方形成頂部電介質(zhì)。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中底部電介質(zhì)和頂部電介質(zhì)每個(gè)都形成為由氮化硅層、氧氮化硅層、氧化硅層或它們的組合構(gòu)成。
15.權(quán)利要求13所述的方法，其中該探測器層是通過使五氧化釩、選自由鎢(W)、錳(Mn)、鈦(Ti)、Cr、鑰(Mo)、銀(Nb)和鋯(Zr)組成的組的金屬和選自由氬(Ar)、氙(Xe)和氪(Kr)組成的組的濺射氣體反應(yīng)而沉積的。
16.權(quán)利要求13所述的方法，其中該探測器層是通過使五氧化釩、鎢和氬濺射氣體反應(yīng)而沉積的，以形成WxVa(2_x)05探測器層，其中X在約0.1至約0.4之間。
17.權(quán)利要求13所述的方法，其中該探測器層被沉積為具有約600A和約1000A之間的厚度，約3.4%的阻抗溫度系數(shù)，以及約200千歐的薄層電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 在氮?dú)猸h(huán)境中對沉積的摻雜金屬的五氧化釩材料進(jìn)行第一步退火；和 在氧氣環(huán)境中對第一步退火的摻雜金屬的五氧化釩材料進(jìn)行第二步退火。
19.權(quán)利要求18的方法，其中第一步退火在約375攝氏度下進(jìn)行約10分鐘，并且第二步退火在約375攝氏度下進(jìn)行約5分鐘。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 通過接觸腿使微測輻射熱計(jì)電耦合到讀出電路(ROIC)； 使處理器耦合到R0IC，用于處理從ROIC輸出的圖像信息；和 使顯示器耦合到該處理器，用于顯示處理后的圖像信息。
【文檔編號】G01J5/20GK103959024SQ201280058394
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月4日
【發(fā)明者】Y·佩特雷蒂斯, R·玻恩弗洛恩德, J·H·達(dá)拉姆, R·卡納塔 申請人:菲力爾系統(tǒng)公司