红外装置制造方法及图纸

一种红外装置，其包括基板(1)。由基板(1)来支撑用于发射红外辐射的构造(3)。该构造(3)在介质层(34，35)之间包括厚度小于50nm的导电层布置(31)。此外，由基板(1)来支撑加热器(7)，其被布置为用于加热构造(3)，以发射红外辐射。

Infrared device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】红外装置
本专利技术涉及一种红外装置，并且涉及一种用于制造红外装置的方法。
技术介绍
基于红外辐射的传统气体传感器尺寸大，因此不适于集成到例如移动电子器件中。因此，期望提供一种特别能够用于气体感测应用的小规模红外装置。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种包括基板的红外装置。构造由基板来支撑，即，构造被布置在基板上或基板中。该构造适于发射红外辐射。根据本专利技术的另一方面，提供了一种包括基板的红外装置。构造由基板来支撑，即，构造布置在基板上或基板中。该构造适于吸收红外辐射。为此，该构造包括厚度小于50nm的导电层布置。该导电层布置被布置在介质层之间。该导电层布置可包括一个或多个导电层，而整个布置的厚度被限制为50nm或更小。在优选实施例中，导电层布置的厚度小于40nm，在不同实施例中，其小于30nm，并且在另一实施例中，其小于20nm。在介质层之间形成导电层布置优选地使得导电层布置被夹在介质层之间，即与介质层直接接触。因此，优选地，在导电层布置的上层的顶部上设置介质层并与其接触，而在导电层布置的底层的下面设置另一介质层并与其接触。在导电层布置仅由单个层构成的情况下，介质层与其顶表面和底表面接触。在该红外装置代表红外检测器的情况下，入射的红外辐射被包括导电层布置的构造吸收，该导电层布置优选显著地有助于吸收。由所吸收的红外辐射引起的温度增加会被该装置的热传感器感测到。在该红外装置代表红外发射器的情况下，该装置的加热器产生的热量会激发包括导电层布置的构造发射红外辐射。假定在红外检测器的情况下，入射的红外辐射在该构造中引起驻波，并且特别地引起在该构造的外表面之间的驻波。导电层布置具有增强吸收的厚度，假定对于具有更大厚度的层布置，可以认为是反射而不是吸收。虽然导电层布置的材料可以被认为是宽带红外吸收体，但是层布置的厚度、其在构造中的竖直布置以及优选地构造的厚度和/或导电层布置的顶部上的介质层的厚度可能对特定波长范围/波段(band)有影响，检测器对该特定波长范围/频带比对其它波长范围更敏感。因此，虽然该构造可以暴露于宽带红外辐射，但是优选地，仅限定波段中的红外辐射可以被吸收并且被转换为由热传感器测得的热量。在通过加热器来加热该构造的情况下，该构造优选地仅在限定波段中发射红外辐射。在优选的应用中，可能期望仅检测和量化给定波段的红外辐射，这由促进红外辐射的选择性吸收的构造来支持，即主要在限定的波段中，但在限定的波段外部、至少在红外光谱中的波段外部接近零吸收。这种波段限制的红外吸收可以用作例如确定该装置的环境中的气体化合物的存在的基础，该气体化合物例如可以专门吸收主体(subject)波段中的红外辐射。该波段可以窄到仅包含单个波长，但是实际上更确切地可以包含某一波长范围，优选地是在感兴趣的中心频率附近的波长范围，优选地代表周期性调制的相位。限定的波段可以小于宽带，并且优选地小于1微米，并且优选地小于0.5微米。在一个实施例中，中心波长可以是4.3微米，为此CO2的吸收光谱具有峰值。在这方面，并且特别是在检测器的情况下，该构造可以充当用于将主体波段的红外频率从更宽的波段中滤出的滤波器。在发射器的情况下，该构造优选地仅在主体波段中生成和发射红外频率。结果是，优选地仅被滤出的波段的红外辐射从该构造发射或被该构造吸收，用以进一步处理。因此，在发射器的情况下，提出一种优选在窄带中提供红外发射的装置，这进而可以有助于为装置供电并且增强在主体波段中每个供应的功率单位的光谱通量。另一个优点是，在窄带中的选择性发射有利于例如气体的分子或原子的选择性激发，这与辐射的选择性吸收类似。在该装置被设计为检测器的情况下，来自波段外部的频率的背景噪声可以通过优选的仅在该波段中的选择性吸收来降低或消除。因此，借助本实施例，红外辐射的发射光谱或接收光谱可以适应于期望的波段。在优选实施例中，提出的装置可以被认为是在对应于期望波段的波长范围内的波长选择，因此或者作为波长选择发射器或者波长选择检测器。本装置优选地可以无限制地用于气体感测、光谱仪、红外成像和/或信号发送应用。因此，导电层布置形式的宽带吸收层被设置在基板中/基板上，并且优选地被集成在跨越被制造在基板中的凹部的膜中，如将在下面说明的。导电层布置优选地取自沉积在基板上的标准层堆叠(例如，CMOS层堆叠)，如将在下面进一步说明的。因此，导电层布置可以从已经存在于后端(backend)堆叠中的材料和结构中得到，这使得层布置在工业规模上的集成变得容易。优选地，基板是半导体基板(诸如硅基板)，但是在不同实施例中，基板可以是陶瓷基板或不同材料的基板。构造在基板上的布置包括直接在基板的表面上的布置，或间接在沉积在基板上的任何中间层上的布置。因此，足以使基板支撑该构造。借助支撑热传感器或加热器以及该构造的基板，可以制造小规模装置。优选地，加热器的所有元件(如果有的话)、热传感器(如果有的话)和该构造以不可去除的方式直接或间接地布置和/或集成在基板上或基板中。这种紧密的布置可以减小操作红外发射器所需的电功率和/或降低在热传感器中生成足够幅值的信号所需的光功率，这进而可以减小装置自身的尺寸或包括在这种装置中的热传感器的尺寸。注意，该构造可包括或不包括热传感器和/或加热器。在优选的实施例中，在基板中设置凹部，并且膜跨越基板中的凹部的至少一部分。在这种实施例中，优选地，该构造被布置在膜上或膜中，或者代表膜。可以借助刻蚀或以其它方式去除材料而将凹部制造到基板中。凹部可以穿过整个基板，并且因此从基板的后侧打开基板，而在与后侧相对的基板的前侧处，膜被布置为跨越凹部的至少一部分。在不同的实施例中，凹部不穿过整个基板，而是在基板的前侧中形成空腔，膜至少部分地跨越该空腔。在一个实施例中，膜完全覆盖凹部，而没有气体通过膜从凹部交换到外部，并且反之亦然。在不同的变型中，膜可以包含用于允许这种交换的孔。膜也可以采取桥接凹部并允许气体在凹部与膜外部的体积之间交换的桥的形状。桥状的膜可应用于发射器装置和/或检测器装置。膜可以由施加到基板前侧的材料形成。这种材料可包括层堆叠，该层堆叠可以包含介质层和金属层，优选地交替，并且优选地诸如用于CMOS工艺(互补金属氧化物半导体)中。一旦例如从基板的后侧去除基板材料，膜可以保留，例如由所述堆叠的全部或至少一些层制成，或者由所述堆叠的全部层以及额外地由基板的一部分制成。热传感器(如果有的话)也可以被布置在膜上或膜中，例如，在热传感器包括一个或多个热电偶的情况下，该热电偶可被放置为使得其热接点(junction)布置在膜上或膜中，而其冷接点布置在膜的外部在基板上或与基板紧密热接触，以允许检测温度差。在不同实施例中，基于测量电阻变化设置温度传感器。这种电阻温度传感器的示例是辐射热仪，其优选包括由例如布置在堆叠中的金属线制成的电阻温度传感器，并且优选布置在膜(如果有的话)中或膜上。辐射热仪的热质量由该构造表示。加热器(如果有的话)优选地也布置在膜(如果有的话)上或膜中，并且因此可以加热该构造。由于膜的小尺寸，通过低功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.红外装置，包括：/n基板(1)，以及/n由所述基板(1)支撑的以下各项：/n-构造(3)，用于发射红外辐射，所述构造(3)包括布置在介质层(34，35)之间的厚度为50nm或更小的导电层布置(31)，/n-加热器(7)，被布置为用于加热所述构造(3)，以发射红外辐射。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 EP 17193760.01.红外装置，包括：
基板(1)，以及
由所述基板(1)支撑的以下各项：
-构造(3)，用于发射红外辐射，所述构造(3)包括布置在介质层(34，35)之间的厚度为50nm或更小的导电层布置(31)，
-加热器(7)，被布置为用于加热所述构造(3)，以发射红外辐射。


2.根据权利要求1所述的红外装置，包括：
位于所述基板(1)中的凹部(11)，
跨越所述凹部(11)的至少一部分的膜(21)，
其中，所述构造(3)被布置在所述膜(21)上或所述膜(21)中，或者其中，所述膜(21)代表所述构造(3)，以及
其中，所述加热器(7)被布置在所述膜(21)上或所述膜(21)中。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(31)是能够在布置于所述基板(1)上的层堆叠(2)中、特别地CMOS层堆叠中得到的层布置，
其中，沿着朝向所述基板(1)的竖直方向，所述导电层布置(31)下面的介质层(34)是所述层堆叠(2)的金属间介质(4)，以及
其中，所述导电层布置(31)是粘合层和扩散屏障中的一个或多个，所述粘合层用于将所述金属间介质(4)粘合到先前去除的层堆叠(2)的金属层(32)，所述扩散屏障用于防止所述金属间介质(4)与先前去除的金属层(32)之间的扩散。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(31)包括间隙化合物或由间隙化合物组成，该间隙化合物包括VI至VIII族金属中的一种。


5.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(31)包括Ti层和TiN层或由Ti层和TiN层组成，
优选地其中，所述Ti层具有范围在1nm至49nm内的厚度，优选范围在4nm与10nm之间的厚度，
优选地其中，所述TiN层具有范围在1nm至49nm内的厚度，优选范围在4nm与20nm之间的厚度。


6.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(31)包括Ta层和TaN层或由Ta层和TaN层组成。


7.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(31)包括Al、Cu、Pt、W中的一种的层或由Al、Cu、Pt、W中的一种的层组成。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的红外装置，
其中，沿着远离所述基板(1)的竖直方向，所述导电层布置(31)顶部上的介质层(35)包括钝化层(351)或由钝化层(351)组成，
特别地其中，所述钝化层(351)是氮化硅层或氧化硅层，
特别地其中，所述钝化层(351)具有400nm与800nm之间的厚度。


9.根据权利要求8所述的红外装置，
其中，所述导电层布置(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·扎克，M·维因格，N·戴克斯，S·拉布，T·于林格，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH