[發明專利]紅外線傳感器裝置和用于制造紅外線傳感器裝置的方法

有效

• 申請號: 201380025592.6
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN104412386B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: I·赫爾曼;E·佐默;C·舍林;C·雷蒂希;M·哈塔斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G01J5/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張濤,胡莉莉

技術領域

本發明涉及一種紅外線傳感器裝置和一種用于制造紅外線傳感器裝置的方法。

背景技術

在現有技術中，表面微機械制造的像素結構是公知的。例如WO 9325877公開了嵌入在由SiO₂或Si_xN_x構成的鈍化層中的薄的金屬線路，所述金屬線路具有同樣嵌入在鈍化層中的輻射熱計層電阻(Bolometerschichtwiderstand)，所述金屬線路連接在與反射層一起以適合的距離構成λ/4吸收器的設備中。

從WO 2007147663中公知了熱絕緣的洞穴(Kavernen)的批量微機械制造，在所述洞穴上方通過Si膜或SOI膜的結構化來產生在盡可能長并且薄的臂上懸掛的傳感器元件。

此外，公知一種基于借助周圍鈍化的SOI像素技術的IR傳感器陣列。在該IR傳感器陣列中，懸掛小臂布置在像素與列布線或行布線之間，其中pn結延伸至表面。

發明內容

本發明的任務是，提供一種改進的紅外線傳感器裝置。

借助紅外線傳感器裝置來解決所述任務，其具有：

-半導體襯底；

-至少一個在半導體襯底中微機械構造的傳感器元件；和

-至少一個在半導體襯底中微機械構造的、用于傳感器元件的校準元件，其中在半導體襯底上在傳感器元件和校準元件的區域內布置由例如氧化硅構成的吸收材料，其中在半導體襯底中基本上在傳感器元件之下并且基本上在校準元件之下分別構造洞穴，其中傳感器元件和校準元件借助洞穴來與其余的半導體襯底進行熱分離并且電分離。

根據另一方面，本發明實現紅外線傳感器場，其具有多個按照本發明的紅外線傳感器裝置。

根據另一方面，借助本發明提供一種用于制造紅外線傳感器裝置的方法，其具有如下步驟：

-提供半導體襯底；

-產生表面微機械的具有錨結構(Ankerstrukruren)的膜；

-在膜中引入摻雜物；

-淀積至少兩層由例如氧化硅構成的吸收材料，其優選具有待檢測輻射的1/4波長的奇數倍的光學總厚度；

-淀積和結構化至少兩個用于行布線和列布線的導體線路；

-結構化懸掛裝置，并且引入穿過氧化材料的犧牲層腐蝕孔；和

-對膜進行時間控制的、優選各向同性的犧牲層腐蝕，至少直到移除在懸掛裝置之下的半導體襯底。

本發明的優點

借助洞穴，在按照本發明的紅外線傳感器裝置中有利地提供傳感器元件和校準元件與其余的半導體襯底之間的熱絕緣或去偶。因此，可以有利地實現高靈敏度的像素，借助所述像素可以精確地采集待檢測的熱輻射。借助校準元件，可以以有利的方式按照消除(Eliminierung)襯底溫度的形式來執行傳感器元件的校準。有利地，在熱敏成像相機中使用按照本發明的紅外線傳感器裝置的情況下，可以提高像素密度和圖像重復頻率。可以有利地成本低廉地借助APSM過程(英文：advanced porous silicon membrane，高級多孔硅膜)來產生洞穴。

紅外線傳感器裝置的優選擴展形式是從屬權利要求的主題。

紅外線傳感器裝置的優選實施方式規定，半導體襯底是單晶的硅襯底，在所述硅襯底中針對傳感器元件和針對校準元件分別構造至少一個二極管。在傳感器元件和校準元件中的二極管是熟知的半導體器件，其中溫度上升導致與之成比例的電壓降。借此，有利地提供這樣的傳感器元件，其具有依賴于溫度改變其值的特性。通過使用單晶的硅做為半導體襯底，可以有利地生成在二極管上的依賴于溫度的顯著的電壓降。此外，可以通過使用單晶的半導體襯底，與多晶半導體材料相比較，達到明顯改進的噪聲特性。因此對于本發明，利用由于紅外線輻射引起的溫度改變來分析因此在二極管上生成的電壓降。

紅外線傳感器裝置的有利擴展形式規定，借助懸掛裝置將傳感器元件固定在半導體襯底上的兩個區域內。因此，有利地獲得與襯底之間的微小的熱耦合，從而提高針對傳感器元件的傳感精確度。

紅外線傳感器裝置的有利擴展形式規定，在豎直方向上基本上對稱地構造懸掛裝置，其中懸掛裝置中的電導體線路基本上被布置在兩個基本上相同厚度的氧化材料層之間的中間，其中所述導體線路在側面被吸收材料、例如氧化物(尤其是氧化硅)所覆蓋。有利地，因此產生懸掛結構的應力對稱(stresssymmetrisch)的結構，借此支持了懸掛裝置的各個元件的均衡的變形。借助氧化層的覆蓋為導體線路提供電絕緣和機械保護。