红外线传感器装置和用于制造红外线传感器装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种红外线传感器装置(100；200；300)，其具有半导体衬底(1)、至少一个在半导体衬底(1)中微机械构造的传感器元件(2)、和至少一个在半导体衬底(1)中微机械构造的用于传感器元件(2)的校准元件(3)，其中在半导体衬底(1)上在传感器元件(2)和校准元件(3)的区域内布置吸收材料(6)，其中在半导体衬底(1)中基本上在传感器元件(2)之下并且基本上在校准元件(3)之下分别构造洞穴(8)，其中传感器元件(2)和校准元件(3)借助洞穴(8)来与其余的半导体衬底(1)进行热分离和电分离。因此对于红外线传感器装置实现高灵敏度，实现用于传感器元件的校准功能，并且实现高信噪比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种红外线传感器装置和一种用于制造红外线传感器装置的方法。
技术介绍
在现有技术中，表面微机械（oberflachenmikromechanisch)制造的像素结构是 公知的。例如WO 9325877公开了嵌入在由SiO2或SixNx构成的钝化层中的薄的金属线路，所 述金属线路具有同样嵌入在钝化层中的福射热计层电阻（Bolometerschichtwiderstand)， 所述金属线路连接在与反射层一起以适合的距离构成λ /4吸收器的设备中。 从WO 2007147663中公知了热绝缘的洞穴（Kavernen)的批量微机械制造，在所述 洞穴上方通过Si膜或SOI膜的结构化来产生在尽可能长并且薄的臂上悬挂的传感器元件。 此外，公知一种基于借助周围钝化的SOI像素技术的IR传感器阵列。在该IR传 感器阵列中，悬挂小臂（Aufhangearmchen)布置在像素与列布线或行布线之间,其中pn 结延伸至表面。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种改进的红外线传感器装置。 借助红外线传感器装置来解决所述任务，其具有： -半导体衬底； -至少一个在半导体衬底中微机械构造的传感器元件；和 -至少一个在半导体衬底中微机械构造的、用于传感器元件的校准元件，其中在半导体 衬底上在传感器元件和校准元件的区域内布置由例如氧化硅构成的吸收材料，其中在半导 体衬底中基本上在传感器元件之下并且基本上在校准元件之下分别构造洞穴，其中传感器 元件和校准元件借助洞穴来与其余的半导体衬底进行热分离并且电分离。 根据另一方面，本专利技术实现红外线传感器场，其具有多个按照本专利技术的红外线传 感器装置。 根据另一方面，借助本专利技术提供一种用于制造红外线传感器装置的方法，其具有 如下步骤： -提供半导体衬底； -产生表面微机械的具有锚结构（Ankerstrukruren)的膜； -在膜中引入掺杂物； -淀积至少两层由例如氧化硅构成的吸收材料，其优选具有待检测辐射的1/4波长的 奇数倍的光学总厚度； -淀积和结构化至少两个用于行布线和列布线的导体线路； -结构化悬挂装置，并且引入穿过氧化材料的牺牲层腐蚀孔；和 -对膜进行时间控制的、优选各向同性的牺牲层腐蚀，至少直到移除在悬挂装置之下的 半导体衬底。 本专利技术的优点 借助洞穴，在按照本专利技术的红外线传感器装置中有利地提供传感器元件和校准元 件与其余的半导体衬底之间的热绝缘或去偶。因此，可以有利地实现高灵敏度的像素，借 助所述像素可以精确地采集待检测的热辐射。借助校准元件，可以以有利的方式按照消除 (Eliminierung)衬底温度的形式来执行传感器元件的校准。有利地，在热敏成像相机中使 用按照本专利技术的红外线传感器装置的情况下，可以提高像素密度和图像重复频率。可以有 利地成本低廉地借助APSM过程（英文：advanced porous silicon membrane,高级多孔娃 膜）来产生洞穴。 红外线传感器装置的优选扩展形式是从属权利要求的主题。 红外线传感器装置的优选实施方式规定，半导体衬底是单晶的硅衬底，在所述硅 衬底中针对传感器元件和针对校准元件分别构造至少一个二极管。在传感器元件和校准元 件中的二极管是熟知的半导体器件，其中温度上升导致与之成比例的电压降。借此，有利地 提供这样的传感器元件，其具有依赖于温度改变其值的特性。通过使用单晶的硅做为半导 体衬底，可以有利地生成在二极管上的依赖于温度的显著的电压降。此外，可以通过使用单 晶的半导体衬底，与多晶半导体材料相比较，达到明显改进的噪声特性。因此对于本专利技术， 利用由于红外线辐射引起的温度改变来分析因此在二极管上生成的电压降。 红外线传感器装置的有利扩展形式规定，借助悬挂装置将传感器元件固定在半导 体衬底上的两个区域内。因此，有利地获得与衬底之间的微小的热耦合，从而提高针对传感 器元件的传感精确度。 红外线传感器装置的有利扩展形式规定，在坚直方向上基本上对称地构造悬挂装 置，其中悬挂装置中的电导体线路基本上被布置在两个基本上相同厚度的氧化材料层之间 的中间，其中所述导体线路在侧面被吸收材料、例如氧化物（尤其是氧化硅）所覆盖。有利 地，因此产生悬挂结构的应力对称（Stresssymmetrisch)的结构，借此支持了悬挂装置的 各个元件的均衡的变形。借助氧化层的覆盖为导体线路提供电绝缘和机械保护。 理想地，传感器元件被完全地与半导体衬底热绝缘，并且被设计为针对红外线辐 射是高吸收的，而校准元件与半导体衬底热短接，并且校准元件对于红外线辐射应当是完 全透明的。因此根据本专利技术的红外线传感器装置的优选实施方式其特征在于，在传感器元 件的悬挂装置的区域内和在校准元件的二极管的区域内的氧化材料比在其余的红外线传 感器装置上的氧化材料具有更小的层厚度。因此，对于传感器元件，可以有利地提供与半导 体衬底之间的微小的热耦合。对于校准元件，以这种方式有利地提供针对入射的辐射的微 小辐射敏感度并且因此提供良好的校准效果。 红外线传感器装置的优选实施方式规定，传感器元件与半导体衬底良好地热去 耦。例如，可以借助具有微小横截面并且由具有微小导热值的吸收材料（例如氧化硅）和 导体线路材料（例如Ti、TiN、Ta、TaN)构成的长的悬挂装置来实现上述良好的热去耦，借 此由于辐射吸收，可以非常精确地采集二极管温度作为传感器元件的传感器参数。 红外线传感器装置的优选实施方式规定，校准元件与半导体衬底热耦合。例如可 以借助直接在列引线或行引线与二极管区域之间分布的热桥(W&mebriicke)来实现从校 准元件至衬底的上述良好的热耦合，所述热桥必要时可以包括例如由列线路或行线路的材 料构成的良好导热的金属化部，借此可以非常精确地采集衬底温度作为传感器元件的校准 参数。 红外线传感器装置的有利扩展形式规定，在传感器元件上布置的氧化材料的光学 厚度基本上对应于待检测的辐射的1/4波长的奇数倍。这是有利于吸收待检测的热辐射的 氧化层尺寸。 红外线传感器装置的优选实施方式在传感器元件的表面上在氧化材料上具有反 射层。有利地，借助反射层使待检测辐射的吸收路径延长并且因此增大吸收度。 红外线传感器装置的有利扩展形式的特征在于，电导体线路的材料是来自组Ti、 TiN、Ta、TaN中的至少一种和/或这些材料的组合。借助这些材料或者这些材料的组合来 在导电性和导热性之间达到有利的折衷，借此使得传感器元件在良好的电特性的情况下有 利地仅仅轻微地热耦合至衬底。 红外线传感器装置的有利扩展形式的特征在于，基本上在传感器元件之下在洞穴 的底部构造聚束装置（BUndelungseinrichtung)，用于对将要借助传感器元件检测的福射 进行聚束。借助聚束装置可以更有效地采集辐射，从而对于传感器元件有利地获得提高的 信噪比。 红外线传感器装置的有利扩展规定，在传感器元件和校准元件的表面的至少一个 片段上小块状（noppenartig)地构造由例如氧化娃组成的吸收材料。借助该措施来有利 地避免将传感器元件和校准元件粘贴至位于传感器元件和校准元件上方的专用集成电路 (AS本文档来自技高网...

【技术保护点】
红外线传感器装置(100；200；300)，具有：‑半导体衬底(1)；‑至少一个在半导体衬底(1)中微机械构造的传感器元件(2)；和‑至少一个在半导体衬底(1)中微机械构造的、用于传感器元件(2)的校准元件(3)，其中在半导体衬底(1)上在传感器元件(2)和校准元件(3)的区域内布置吸收材料(6)，其中在半导体衬底(1)中基本上在传感器元件(2)之下并且基本上在校准元件(3)之下分别构造洞穴(8)，其中传感器元件(2)和校准元件(3)借助洞穴(8)来与其余的半导体衬底(1)进行分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.16 DE 102012208220.41. 红外线传感器装置（100 ;200 ;300)，具有： -半导体衬底（1); -至少一个在半导体衬底（1)中微机械构造的传感器元件（2);和 -至少一个在半导体衬底（1)中微机械构造的、用于传感器元件（2)的校准元件（3)， 其中在半导体衬底（1)上在传感器元件（2)和校准元件（3)的区域内布置吸收材料 (6)，其中在半导体衬底（1)中基本上在传感器元件（2)之下并且基本上在校准元件（3)之 下分别构造洞穴（8)，其中传感器元件（2)和校准元件（3)借助洞穴（8)来与其余的半导体 衬底（1)进行分尚。2. 根据权利要求1所述的红外线传感器装置，其中所述半导体衬底（1)是单晶的硅 衬底，在所述硅衬底中针对传感器元件（2)和针对校准元件（3)分别构造至少一个二极管 (5)。3. 根据权利要求1或2所述的红外线传感器装置，其中借助悬挂装置（10)将所述传感 器元件（2)固定在半导体衬底（1)上的两个区域内。4. 根据权利要求3所述的红外线传感器装置，其中在坚直方向上基本上对称地构造悬 挂装置（10)，其中悬挂装置（10)内的电导体线路（4)基本上被布置在两个基本上相同厚度 的氧化材料￠)的层之间的中间，其中所述导体线路（4)在侧面被吸收材料（6)所覆盖。5. 根据权利要求3或4所述的红外线传感器装置，其中，在传感器元件（2)的悬挂装 置（10)的区域内和在校准元件（3)的二极管（5)的区域内的吸收材料（6)比在其余的红 外线传感器装置（100)上的吸收材料具有更小的层厚度。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的红外线传感器装置，其中，通过在列或行线路 区域（20, 30)与二极管区域（5)之间的桥（13)来将所述校准元件（3)和所述半导体衬底 (1) 进行热耦合，其中所述桥（13)能够包含金属结构（4)以便提升导热性。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的红外线传感器装置，其中，在所述传感器元件 (2) 上布置的吸收材料￠)的光学厚度基本上对应于待检测辐射（S)的四分之一波长的奇 数倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·赫尔曼，E·佐默，C·舍林，C·雷蒂希，M·哈塔斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE