CN112384773B - 包括热检测器和补偿器件的基于敏感像素的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测系统，该检测系统包括读出衬底(10)、与反射器(51)相关联的至少一个热检测器(50)、包括补偿传感器(60)的至少一个补偿器件(30)，该补偿传感器与读出衬底热接触，设置在反射器(51)与读出衬底(10)之间，并且位于面向反射器(51)的位置，以便对入射的电磁辐射在光学上不敏感。
Description
技术领域
本发明的领域为电磁辐射检测器件的领域，该电磁辐射检测器件包括至少一个热检测器和至少一个补偿器件，其中，所述至少一个热检测器带有与衬底热绝缘的吸收膜。本发明尤其适用于红外或太赫兹成像、热成像或甚至气体检测的领域。
背景技术
电磁辐射检测系统可以包括敏感像素的矩阵，每个敏感像素均包含热检测器，该热检测器带有与衬底热绝缘的吸收膜。吸收膜包括用于吸收待检测电磁辐射的吸收器，该吸收器与测温传感器相关联，该测温传感器的电特性基于其发热而在强度方面变化。
然而，由于测温传感器的温度很大程度上取决于其环境，所以吸收膜通常与衬底以及与设置在该衬底中的读出电路热绝缘。因此，吸收膜通常通过锚定柱悬置在衬底上方，并通过支撑臂和绝热臂与其热绝缘。这些锚定柱和绝热臂还通过在悬置的膜与设置在衬底中的读出电路之间创建电连接而具有电功能。
然而，当在吸收电磁辐射时从热检测器读取电信号时，与测温传感器的发热相关联的来自该测温传感器的响应信号的有用部分保持较低，例如少于响应信号的10％或甚至1％，所述发热是由对待检测电磁辐射的吸收引起的。因此，检测系统通常包括补偿器件，该补偿器件旨在测量与热检测器的环境相关联的电信号的无用部分(也称为共模)，然后从响应信号中减去该无用部分，以便从中推算出有用部分。
然后，检测系统，特别是当它在“滚动快门”模式下工作时，可以包括敏感像素的矩阵、补偿器件以及设置在像素的每列的底部处的CTIA积分器。在工作期间，对敏感像素的矩阵进行逐行读取。积分器从热检测器接收响应信号Id，并从中减去由相应补偿器件所测量的共模电信号Ic。因此，包含在响应信号Id中的无用部分通过共模Ic来补偿。因此，获得了与待检测电磁辐射的吸收相关联的有用部分Id-Ic，而无需专门调节衬底的温度。
图1示出了如文献EP2840370中所述的补偿器件30的一个示例。补偿器件30的结构与热检测器的结构相似，然而吸收膜53通过将该膜53连接到读出衬底10的杆2来热化到读出衬底10，以创建热短路。另外，使得吸收膜53对入射的电磁辐射在光学上不敏感。
然而，需要一种具有增加的填充因子的检测系统，该因子定义为在平行于衬底平面的平面中的吸收膜的表面积与敏感像素的总表面积之比，同时考虑到补偿器件的存在。还需要一种检测系统，该检测系统可以更准确地确定由每个热检测器供应的响应信号的有用部分。
文献JPH04355331和EP3093633描述了用于热释电型热检测器的补偿器件，也就是说，其中的测温传感器是电容器。这些补偿器件包括电容器，并旨在对压电噪声而非共模噪声进行补偿。为此，补偿电容器通常与衬底热绝缘，以表现出与检测电容器相同的特性(如文献EP3093633中明确指出的)，但是不接收入射光。具体地，对于热释电检测器中使用的大多数材料而言，不可能使热释电效应与压电效应分离，尤其是一旦存在机械振动就会因此提出问题。还应注意，由于入射光通量的吸收而引起的温度波动也会产生热释电和压电电荷。为了消除这种压电噪声，已知的实践是串联连接热释电补偿器件，该热释电补偿器件在所有方面都与热释电检测器相同，只是其为反向偏置。
发明内容
本发明的目的是至少部分地改正现有技术的缺点。为此，本发明的主题是一种用于检测电磁辐射的系统，其包括：
о衬底，其被称为读出衬底；
о至少一个热检测器，其包括：
·用于吸收电磁辐射的吸收膜，其与读出衬底热绝缘并包括测温检测传感器；
·用于反射电磁辐射的反射器，其设置在吸收膜与读出衬底之间。
о至少一个补偿器件，其包括测温补偿传感器，与读出衬底热接触；
о读出电路，其设置在读出衬底中，并设计为将电信号施加到热检测器和补偿器件。
根据本发明，测温补偿传感器设置在反射器与读出衬底之间，并位于面向反射器的位置，以便对入射电磁辐射在光学上不敏感。
此外，测温传感器和补偿传感器选自p-n结或pin二极管、场效应晶体管或热敏电阻材料。因此，本发明涉及一种热检测器，其补偿器件使得可以从所测量的信号中减去共模。为此，测温传感器与读出衬底热接触。因此，本发明在其结构方面和补偿器件的目的方面不同于热释电检测器的上述示例，在这些示例中，补偿器件旨在从所测量的信号而非共模中去除压电噪声。
该检测系统的一些优选但非限制性的方面如下：
反射器可以覆盖测温补偿传感器。换言之，其在平行于读出衬底的主平面的平面中具有能够覆盖测温补偿传感器的表面范围。
测温补偿传感器可以通过至少一个绝缘层与读出衬底相接触，该至少一个绝缘层由介电材料制成，该介电材料的热导率基本上等于读出衬底的热导率。
测温补偿传感器可以在平行于读出衬底的主平面的平面中被绝缘层围绕，该绝缘层由介电材料制成，该介电材料的热导率基本上等于读出衬底的热导率。
在这种情况下，反射器可以放置在由介电材料制成的绝缘层上，该介电材料的热导率基本上等于读出衬底的热导率并且覆盖测温补偿传感器。
测温补偿传感器和测温检测传感器可以在结构上相同。
测温补偿传感器和测温检测传感器可以经由导电垫连接到读出电路，该导电垫基本上垂直于读出衬底的主平面延伸，
о用于连接测温检测传感器的导电垫与用于连接测温补偿传感器的导电垫基本上同轴，
о用于连接测温检测传感器的导电垫经由至少一个横向连接臂电连接到使吸收膜悬置的锚定柱，所述至少一个横向连接臂在平行于读出衬底的主平面的平面中延伸。
用于连接测温检测传感器的导电垫的高度均可以基本上等于用于连接测温补偿传感器的同轴导电垫的高度。
测温补偿传感器和测温检测传感器可以是场效应晶体管，每个场效应晶体管均包括形成源极、沟道和漏极的半导体部分以及形成栅极的导电层，该导电层通过形成栅氧化物的绝缘层来与沟道分隔开，每个栅极相对于相应的半导体部分位于读出衬底一侧。
测温补偿传感器和测温检测传感器可以经由导电垫连接到读出电路，该导电垫基本上垂直于读出衬底的主平面延伸，并且均连接源极、漏极或栅极。
本发明还涉及一种用于制造根据上述特征中任一项的检测系统的方法，其中测温补偿传感器和测温检测传感器是热敏电阻材料，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底；
-从该读出衬底的上部面制造补偿器件；
-从该补偿器件的上部面制造反射器；
-从该反射器的上部面制造热检测器的吸收膜。
本发明还涉及一种用于制造根据上述特征中任一项的检测系统的方法，其中测温补偿传感器和测温检测传感器是p-n结或pin二极管或场效应晶体管，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底；
-制造包括测温补偿传感器的功能化衬底，其被称为补偿衬底；
-通过键合将该功能化补偿衬底紧固到读出衬底；
-制造包括测温检测传感器的功能化衬底，其被称为检测衬底；
-通过键合将该功能化检测衬底紧固到先前获得的结构。
读出衬底、补偿衬底和检测衬底可以通过混合键合成对地紧固在所述功能化衬底的面上，该功能化衬底的面由介电材料的至少一个表面以及金属材料的至少一个表面限定。
本发明还涉及一种用于制造根据上述特征中任一项的检测系统的方法，其中测温补偿传感器是热敏电阻材料，且测温检测传感器是p-n结或pin二极管或场效应晶体管，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底；
-从该读出衬底的上部面制造补偿器件；
-从该补偿器件的上部面制造包括反射器的光学间隔中间层；
-制造包括测温检测传感器的功能化衬底，其被称为检测衬底；
-通过键合将该功能化检测衬底紧固到先前获得的结构。
附图说明
当参考附图并以非限制性示例的方式来阅读本发明优选实施例的以下详细描述时，本发明的其他方面、目的、优点和特征将变得更加明显，在附图中：
图1是已经描述的根据现有技术的一个示例的补偿器件的示意性局部剖视图；
图2是根据第一实施例的检测系统的示意性局部剖视图；
图3A至3F示出了用于制造根据第一实施例的检测系统的方法的各种步骤；
图4是根据第二实施例的检测系统的示意性局部剖视图；
图5A至5H示出了用于制造根据第二实施例的检测系统的方法的各种步骤。
具体实施方式
在附图和说明书的其余部分中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。另外，各种元件未按比例示出，以增强附图的清晰度。此外，各个实施例和变型不是互相排斥的，并可以彼此组合。除非另有说明，否则术语“基本上”、“大约”和“近似”是指10％以内，优选为5％以内。此外，除非另有说明，否则表述“包括/包括一个”应理解为“包括至少一个”。
本发明涉及一种系统，用于检测电磁辐射，例如红外或太赫兹辐射。因此，检测系统可以特别适合于检测LWIR(长波红外)范围内的红外辐射，其波长大约为8μm至14μm。该系统具体包括在吸收膜与反射器之间形成的四分之一波长干涉腔，从而使得可以最大化地吸收待检测红外辐射。
检测系统包括至少一个敏感像素，并且优选包括敏感像素的矩阵。敏感像素由热检测器和补偿器件形成，该热检测器旨在吸收感兴趣的电磁辐射，该补偿器件旨在测量敏感像素的共模。补偿器件也可以被称为参考器件或掠波器件。检测器件和补偿器件放置在包含控制电路和读出电路的功能化衬底上。
热检测器包括被称为检测传感器的测温传感器，该测温传感器位于与衬底热绝缘的吸收膜中。在此，测温传感器被理解为指具有随其发热而变化的电特性的元件。这种测温传感器可以是热敏电阻器，该热敏电阻器例如由氧化钒层或氧化钛层、非晶硅层、(pn结或pin)二极管或甚至金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)形成。
补偿器件包括被称为补偿传感器的测温传感器，该测温传感器热化到衬底，也就是说其与衬底热接触。换言之，测温补偿传感器的温度基本上等于衬底的温度，并因此基本上等于读出电路的温度。
根据本发明，测温补偿传感器位于热检测器的反射器下方，也就是说位于反射器与衬底之间。更精确地，该测温补偿传感器面向反射器设置，以便对待检测电磁辐射在光学上不敏感，同时对衬底具有改善的热化。
图2是根据第一实施例的检测系统1的示意性局部剖视图。在该示例中，测温补偿传感器40和测温检测传感器60由热敏电阻材料制成。该检测系统1可以在逐行读取(滚动快门)模式以及对敏感像素的同步读取(快照)模式下工作。该检测系统优选在滚动快门模式下工作，尤其是因为与热检测器50的读取相关联的电流通常约为一微安。
在此和说明书的其余部分定义正交三维直接参考系(X,Y,Z)，其中平面(X,Y)基本上平行于检测系统1的读出衬底10的主平面，并且其中Z轴定向为基本上正交于读出衬底10的主平面的方向，并且定向为朝向吸收膜53。在说明书的其余部分中，术语“下”和“上”理解为与当在+Z方向上远离衬底移动时的增加的位置有关。
检测系统1包括被称为读出衬底的功能化衬底10，该衬底在本示例中由硅制成，包括电子电路12以用于控制并读取热检测器50和补偿器件30。
读出电路12在此是位于支撑衬底11中的CMOS集成电路的形式。其包括导线(例如金属导线)的部分14、15，所述导线通过介电材料13彼此分开，该介电材料例如为基于硅的矿物材料，诸如氧化硅SiOx、氮化硅SiNx或其合金。该读出电路还可以包括有源电子元件(未示出)，例如二极管、晶体管、电容器、电阻器等，其通过电互连在一方面连接到热检测器和补偿器件，并且在另一方面连接到连接垫(未示出)，该连接垫旨在将检测系统1电连接到外部电子器件。
读出衬底10在此具有上部面10a，该上部面尤其由金属间绝缘层13的表面和最后电互连层的导电部分15的表面形成，这些导电部分15旨在将热检测器50和补偿器件30连接到读出电路12。
通过说明，导电部分14、15和导电通孔16可以例如由铜、铝或钨制成。铜或钨可以任选地位于氮化钛、氮化钽等的子层之间。金属间绝缘层13可以由基于硅的矿物材料制成，例如氧化硅SiOx或氮化硅SiNx，或者甚至由基于具有低相对介电常数的氧化硅的合金制成，诸如SiOF、SiOC、SiOCH等。
检测系统1可以包括连接中间层20，该连接中间层20由绝缘层21和导电垫22形成，该绝缘层由至少一种介电材料(例如氧化硅)制成，该导电垫旨在确保在补偿传感器40与导电部分15.1之间创建电连接。导电垫22穿过并在中间层20的两个相对面上开口。中间层20还被使吸收膜53悬置的锚定柱54穿过，该锚定柱54与导电部分15.2电接触。绝缘层21的热导率优选地基本上等于读出衬底10的热导率，以便改善补偿传感器40与所述读出衬底之间的热化。
补偿器件30包括测温补偿传感器40，该测温补偿传感器在此由热敏电阻材料(诸如非晶硅、氧化钒或氧化钛，或任何其他等效材料)的一部分形成。补偿传感器40在XY平面中的两端处与导电垫22相接触，以便允许其被读出电路12电偏置。该补偿传感器在此涂覆有保护薄膜31(可选)，该保护薄膜在中间层20和补偿传感器40上完全延伸。由诸如氧化硅的介电材料制成的绝缘封装层32覆盖保护薄膜31，并因此覆盖了补偿传感器40和中间层20。该绝缘封装层优选地具有基本上平坦的上部面。绝缘层32的热导率优选地基本上等于读出衬底12的热导率，并且特别地基本上等于读出衬底10的上层的热导率，例如约为硅的热导率130W/m.K，以便改善补偿传感器40与所述读出衬底之间的热化。
因此，补偿传感器40位于敏感像素中而非其外部。该补偿传感器电连接到读出电路12，并且具有到读出衬底10的改善的热化。换言之，该补偿传感器的温度基本上等于读出衬底10的局部温度。局部温度在此是读出衬底10在所讨论的敏感像素处的温度。当补偿传感器40封装在热导率基本等于读出衬底10的绝缘层21和32中时，热化得到了进一步改善。
在该示例中，补偿传感器40经由专用导电部分15.1来偏置，该专用导电部分与用于偏置检测传感器60的导电部分15.2分隔开。作为变型，可以共享导电部分15之一，以便将相同的电势施加到补偿传感器40和检测传感器60。
此外，补偿器件30，特别是其补偿传感器40的尺寸有利地确定为使得其具有与热检测器50基本相同的几何特性，并且对衬底10具有良好的导热性，并对红外辐射具有良好的透明度。该补偿器件使得可以减少辐射热计在偏置期间的发热，并减少系统对环境温度的依赖。
热检测器50在此包括反射器51和吸收膜53，它们一起限定了四分之一波长干涉光学腔，因此使得可以最大化吸收膜53检测到的电磁辐射的吸收。
反射器51由反射材料的一部分形成，例如由金属制成，该反射器放置在补偿器件30的绝缘封装层32上。其设置为使得补偿传感器40对入射电磁辐射不敏感。因此，该反射器定位成围绕Z轴面向补偿传感器40，并且在XY平面中的表面积优选地基本上等于或大于补偿传感器40的表面积。在此，该反射器涂覆有蚀刻停止薄膜52，该蚀刻停止薄膜在绝缘封装层32和反射器51上完全延伸。当吸收膜53在通过矿物牺牲层的湿法蚀刻悬置时，尤其需要该蚀刻停止层52，以便保护例如由氧化硅制成的底层绝缘层13、21、32。作为变型，蚀刻停止层52可以在绝缘封装层32的上部面上连续地延伸，然后可以由反射器51局部地涂覆。
热检测器50包括吸收膜53，该吸收膜经由锚定柱54来悬置在读出衬底10和反射器51上方，并且通过保持臂(未示出)与读出衬底10热绝缘。吸收膜53包括与测温检测传感器60相关联的吸收器，该吸收器用于吸收待检测电磁辐射。
吸收膜53在此按照常规方式由下部绝缘层61、两个电极62.1、62.2、中间绝缘层63和一部分热敏电阻材料60的堆叠形成，所述下部绝缘层由介电材料制成，所述两个电极通过横向间隔彼此电绝缘，所述中间绝缘层由介电材料制成，并且除了在通向电极62.1、62.2的两个孔径处之外覆盖电极62.1、62.2和横向间隔，所述一部分热敏电阻材料例如是非晶硅或氧化钒或氧化钛。热敏电阻部分60经由该孔径与两个电极62.1、62.2相接触。上部绝缘层64覆盖热敏电阻部分60。吸收器在此由电极62.1、62.2形成，所述电极由至少一种金属材料制成。
吸收膜53在此通过延伸到导电部分15.2的锚定柱54来悬置在反射器51上方。调整吸收膜53与反射器51之间沿Z轴的距离，以便形成四分之一波长干涉腔。
因此，检测系统1包括至少一个敏感像素，该敏感像素包含沿Z轴相互垂直布置的热检测器50和补偿器件30。该垂直布置更具体地涉及包含检测传感器60、反射器51和补偿传感器40的吸收膜53。因此，在补偿器件30基本上不占用已被热检测器50占用的任何额外表面积的情况下，填充因子特别低。
另外，由于补偿传感器40设置在反射器51与读出衬底10之间并且与读出衬底热接触，因此使其对入射电磁辐射不敏感，同时具有到读出衬底10的改善的热化。补偿传感器40离读出衬底10越近，热化就越有效。另外，其优选地放置在与读出衬底10相接触的绝缘层21上，并且其热导率基本上等于所述读出衬底的热导率。另外，其优选地封装在绝缘层32中，该绝缘层的热导率也基本上等于读出衬底10的热导率。
此外，由于补偿传感器40位于面向敏感像素中的检测传感器60的位置，并且具有到读出衬底10的改善的热化，因此其温度基本上等于敏感像素中的读出衬底10的局部温度，并因此使得可以测量所讨论的敏感像素的有效共模。然后，在通过敏感像素的有效共模补偿无用部分的情况下，可以以高精度确定由热检测器50供应的电信号的有用部分，该有效共模由补偿器件有效地测量。
图3A至3F示出了用于制造根据第一实施例的检测系统1的方法的各个步骤。在该方法的背景下，补偿器件30以及热检测器50通过沉积、光刻和蚀刻步骤直接从读出衬底10制造(该方法被称为在IC上方)。换言之，这是一种包括在单个支撑衬底11上实施的微电子制造操作的连续序列的方法。因此，该方法不包括将功能化衬底转移并彼此键合的任何步骤，这不同于根据下面进一步描述的第二实施例的制作方法。
参照图3A，制造由支撑衬底11形成的功能化衬底，其被称为读出衬底10，该支撑衬底11包含读出电路12，该读出电路设计为控制并读取补偿器件和热检测器。读出电路12因此包括导电部分15.1、15.2，该导电部分与基本上平坦的读出衬底10的上部面10a齐平。导电部分14、15和导电通孔16可以例如使用镶嵌法由铜、铝和/或钨等制成，在该镶嵌法中填充了形成在金属间绝缘层13中的沟槽。可以使用化学机械抛光(CMP)技术来使导电部分15.1、15.2与读出衬底10的上部面10a齐平。
然后，直接从读出衬底10的上部面10a来制造补偿器件30。为此，可以预先制造连接中间层20。因此沉积了由介电材料(例如氧化硅)制成的绝缘层21，以便连续地覆盖读出衬底10的上部面10a。有利地选择介电材料以使其热导率基本上等于读出衬底10的热导率，以便改善到补偿传感器的热化。然后，导电垫22形成为穿过绝缘层21，以便在导电部分15.1上开口，以用于偏置补偿器件。可以通过CVD沉积例如由TiN制成的键合薄膜，然后电解沉积铜来形成导电垫22。化学机械抛光步骤使得可以使导电垫22与中间层20的平坦上部面20a齐平。
参照图3B，然后通过沉积、光刻并然后蚀刻来制造补偿传感器40，其在此为合适的热敏电阻材料的一部分的形式。热敏电阻材料可以是非晶硅、氧化钒或任何其他的等效材料。热敏电阻部分40的尺寸尤其是在厚度方面可以确定为使其具有优选与热检测器基本相同的预定电特性和/或热特性。
然后，补偿传感器40可以涂覆保护层31，以便在以下一个或多个步骤期间保持其特性。该保护层31可以保形地沉积并且由介电材料形成，该介电材料选自氧化铝(例如Al2O3)或氧化铪(例如HfO2)、氮化铝AlN等。
然后，沉积绝缘封装层32，以便覆盖补偿传感器40和中间层20。绝缘封装层32可以由例如氧化硅的介电材料形成，并且优选地具有基本平坦的上部面。有利地选择介电材料以使其热导率基本上等于读出衬底10的热导率，特别是基本上等于衬底10的上部层的热导率，例如近似为130W/m.K。
参照图3C，然后制造热检测器的反射器51，其在此为由至少一种金属材料制成的一部分的形式。通过沉积、光刻并然后蚀刻来形成反射器51。金属材料可以选自铜、铝、铂、金等。反射器51沿Z轴位于面向补偿传感器40的位置，并且在XY平面中的表面积基本上等于或甚至大于补偿传感器40的表面积。该反射器设置为使得所述补偿传感器对入射电磁辐射在光学上不敏感。
然后可以沉积蚀刻停止层52，以便覆盖反射器51和绝缘封装层32。该蚀刻停止层52由对随后进行的化学蚀刻基本上惰性的材料制成，以便去除一层或多层矿物牺牲层，所述化学蚀刻诸如为在气相HF介质中的化学蚀刻。因此，蚀刻停止层52使得可以在去除牺牲层的步骤期间避免下方的矿物绝缘层13、21、32被蚀刻。其可以由氧化铝或氮化铝、三氟化铝或非故意掺杂的非晶硅来形成。该蚀刻停止层可以例如通过ALD(原子层沉积)来保形地沉积，并且其厚度可以近似为大约十纳米到几百纳米。其对入射电磁辐射至少部分透明。作为变型，蚀刻停止层52可以与封装层32相接触地连续延伸，并且反射器51可以放置在蚀刻停止层52上。
参照图3D，然后将牺牲层56沉积在蚀刻停止层52上，该牺牲层在此是矿物介电材料层，例如为通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积的氧化硅SiOx。该矿物材料能够通过湿法化学蚀刻，特别是通过在酸性介质中的化学侵蚀来去除，蚀刻剂优选为气相氢氟酸(HF)。沉积该矿物牺牲层56以使其在读出衬底10的基本整个表面上连续地延伸，并因此覆盖蚀刻停止层52。其在Z轴上的厚度有助于随后限定四分之一波干涉腔的高度。
然后制造垂直孔，该垂直孔旨在形成锚定柱54。该垂直孔通过光刻和蚀刻来制造，并穿过矿物牺牲层56、蚀刻停止层52、绝缘封装层32、保护层31(如果存在)和中间层20，以便在读出电路12的导电部分15.2上开口。垂直孔在(X,Y)平面中可以具有正方形、矩形或圆形的横截面，其表面积基本上等于例如0.25μm2。然后在垂直孔中制造锚定柱54。该锚定柱可以通过用一种或更多种导电材料填充孔来制造。作为示例，该锚定柱可以分别包括通过MOCVD(金属有机化学气相沉积)来沉积在孔的垂直侧壁上的TiN层，以及填充由TiN层横向限定的空间的铜芯或钨芯。然后，CMP步骤使得可以对由牺牲层56和锚定柱54形成的上部面进行抛光。
参照图3E，然后制造热检测器的吸收膜53。吸收膜53在此通过沉积、光刻和蚀刻步骤制造。因此，其可以由以下各项的叠层形成：
о下部绝缘层61和钝化子层，该下部绝缘层例如由薄的子膜形成，例如由厚度为10nm至50nm的Al2O3、HfO2或AlN制成，以保护其免受随后实施的化学蚀刻的影响，该钝化子层例如由厚度为10nm至30nm的SiN制成；
о两个电极62.1、62.2，其基本上共面并且彼此电绝缘，其由能够吸收待检测电磁辐射的至少一种材料制成，例如由Ti、TiN、TaN、WN等制成，并且其电阻约为每平方377Ω。厚度可以为3nm至20nm。电极62.1、62.2分别与锚定柱54相接触并且在XY平面中彼此以优选小于λ/5或甚至小于1μm的距离分隔开，以使得不会干扰对中心波长为λ的待检测电磁辐射的吸收；
о中间绝缘层63，其由介电材料制成，例如由Al2O3、HfO2或AlN制成，并且其除了在电极62.1、62.2上开口的孔径处之外覆盖了该电极及其之间的横向间隔；
о部分60，其由热敏电阻材料制成，例如由厚度例如为50nm至200nm的非晶硅或由氧化钒或氧化钛制成，热敏电阻部分60经由孔径与电极62.1、62.2电接触；
о上部绝缘钝化层64，其例如由厚度为10nm至50nm的SiN制成，其覆盖热敏电阻部分60。
参照图3F，通过对预先获得的叠层进行局部蚀刻来制造保持臂(未示出)，然后使吸收膜53悬置。可以在将热检测器50封装在限定旨在密封的腔的外壳(未示出)中之后来实施该悬置。该悬置可以通过对矿物牺牲层56进行化学蚀刻来实现，在此通过气相氢氟酸侵蚀进行湿法化学蚀刻来实现。
因此，图3A至3F所示的方法使得可以获得检测系统1，在该检测系统中，热检测器50和补偿器件30基本垂直地设置在同一敏感像素中。补偿传感器40具有到读出衬底10的改善的热化，同时通过反射器51使其对入射电磁辐射不敏感。然后使得与敏感像素有关的有效共模的测量更加精确，由此使得可以有效地确定来自热检测器50的响应信号的有用部分。
在该示例中，制作方法是整体式的，也就是说，其包括了从同一读出衬底上实施的一系列沉积、光刻和蚀刻步骤。与根据下面进一步描述的第二实施例的方法不同，其不包括制造彼此分隔开并通过直接键合来紧固在一起的多个功能化衬底。
当然，该方法可以允许对以矩阵形式设置的多个敏感像素进行共同制作。每个敏感像素可以包括补偿器件30，该补偿器件位于热检测器50的反射器51下方并且其具有到补偿传感器40的改善的热化。
一般来说，如已经提到的，补偿传感器和检测传感器可以是热敏电阻材料、pn结或pin(二极管)、MOSFET型晶体管或具有温度敏感电特性的任何其他元件。补偿传感器和检测传感器可以是或者可以不是相同的类型，或者甚至可以是相同的或不相同的。
有利的是，检测器件的传感器和补偿器件的传感器是MOSFET型晶体管，其被设计为在弱反转模式和饱和模式下工作。在文献WO2018055276中描述了这种检测传感器。具体地，这种传感器的TCC系数(电流温度系数)可以特别高，例如近似为10％/K。TCC系数等效于辐射热检测器的TCR系数，并且定义为源极与漏极之间的电流IDS随温度的相对变化。TCC系数的更精确定义在由E.Fuxa撰写的题为“Etude théorique du dimensionnement d’unematrice bolométrique au pas de 5μm,par report de dispositifs SOI surstructures suspendues pour des applications dans l’imagerie infrarouge nonrefroidie”的文献中给出，该博士学位论文于2016年12月15日进行答辩。
在这个方面，图4是根据第二实施例的检测系统100的示意性局部剖视图。特别由于流过传感器的电流通常近似为几纳米，因此该检测系统100优选地以同步读取模式在敏感像素上使用(快照)。然而，该检测系统也可以以逐行读取模式(滚动快门)来使用。
通过包括以下步骤的方法获得检测系统100：制造不同的单独的功能化衬底，然后优选地通过也被称为混合键合(hybrid bonding)(晶圆键合)的混合键合(mixed bonding)将这些衬底紧固在一起，该混合键合将特别是由铜制成的金属导电部分之间的热压键合与涉及例如由氧化硅制成的介电表面之间的范德华力的直接键合相结合。
检测系统100包括第一功能化衬底110，称为读出衬底，其对应于包含读出电路112的支撑衬底111。该结构与上述结构相同或相似，在此不再详细描述。其包括与介电材料的表面和导电部分115.1、115.2的表面齐平的上部面110a，以用于偏置补偿传感器140和检测传感器160。
检测系统100包括第二功能化衬底130，称为补偿衬底。补偿衬底130在此通过混合键合来紧固到读出衬底110。其包括补偿传感器140，该补偿传感器在此是MOSFET型晶体管，该晶体管的源极141.1、栅极143和漏极141.3经由导电垫134.1、134.2、134.3电连接到读出电路112。在该示例中，栅极143和漏极141.3通过横向连接臂123达到相同的电势，该横向连接臂将用于连接栅极143的导电垫134.2和用于连接漏极141.3的导电垫134.3连接到同一导电衬垫122.1。
更具体地，补偿衬底130在此包括连接中间层120(可选)，该连接中间层包括用于偏置补偿传感器140和检测传感器160的导电垫122以及横向连接臂123。这些导电垫122在由介电材料制成的绝缘层121中延伸。中间层120的厚度基本恒定，使得其下部面和上部面基本平行且共面。有利地，介电材料的热导率基本上等于读出衬底110的热导率。横向连接臂123在XY平面中在绝缘层121的上部面的水平处延伸，并且由至少一种导电材料制成。
补偿传感器140在此是MOSFET型晶体管。其包括由半导体材料制成，例如由硅制成的半导体部分141。其具有被称为源极的第一掺杂区141.1和被称为漏极的第二掺杂区141.3。源极141.1和漏极141.3是掺杂为例如n型或p型的第一导电类型的区域。它们通过称为沟道的中间区141.2而彼此分隔开，该中间区完全耗尽或掺杂为与第一类型相反的第二导电类型。通常称为栅氧化物的绝缘层142在半导体部分141的下部面的一部分上延伸，并且由至少一种电绝缘材料例如氧化硅形成。绝缘层142涂覆形成栅极的导电层143，该导电层由至少一种导电材料形成。
在该示例中，蚀刻停止层144可以覆盖补偿传感器140的自由剩余下部面及其侧壁。当共同制造该功能化衬底并旨在形成补偿衬底130或检测衬底150时，则尤其存在该蚀刻停止层144。
第一导电垫134.1在源极141.1与导电垫122.1之间沿Z轴延伸，并在它们之间创建电连接。第二导电垫134.2在栅极143与横向连接臂123之间沿Z轴延伸，并在它们之间创建电连接，第三导电垫134.3在漏极141.3与同一横向连接臂123之间沿Z轴延伸，并将它们电连接。导电垫134由至少一种导电材料制成。
补偿传感器140和导电垫134由至少一个绝缘层132、133封装在XY平面中，该至少一个绝缘层的厚度基本恒定，使得补偿衬底130的上部面和下部面基本上为平行且平坦的。第一绝缘层133在此从中间层120延伸到半导体部分141的上部面。第二绝缘层132覆盖第一绝缘层133以及补偿传感器140。其具有基本平坦的上部面。这两个绝缘封装层132、133由介电材料制成，该介电材料的热导率有利地等于读出衬底110的热导率，以便改善补偿传感器140与读出衬底110之间的热化。
检测系统100包括热检测器，该热检测器源自称为检测衬底(在下面进一步呈现)的第三功能化衬底150。在该示例中，热检测器150的测温传感器160是与补偿传感器140相同或相似的MOSFET型晶体管。
热检测器150包括反射器171，该反射器由至少一种反射材料(例如金属材料)制成的部分形成，该反射器放置在绝缘封装层132上。反射器171围绕Z轴位于面向补偿传感器140的位置，以使其对入射电磁辐射不敏感。其在XY平面中的表面积优选地大于或等于补偿传感器140的表面积。
在该示例中，蚀刻停止层172延伸以覆盖绝缘封装层132，并且在此还覆盖了反射器171。当在通过对矿物牺牲层进行湿法蚀刻，例如通过气相HF蚀刻来实施使检测传感器160悬置的步骤期间，需要保护下方的绝缘层113、121、132、133时，需要蚀刻停止层172。
热检测器150包括在此通过锚定柱154、横向连接臂183和导电垫157悬置在反射器171上方的吸收膜153。该吸收膜153包括与用于吸收待检测电磁辐射的吸收器相关联的检测传感器160。
锚定柱154是由至少一种导电材料制成的导电垫，其沿Z轴延伸到与连接中间层120的导电垫122.2相接触的一端。
横向连接臂183.1、183.2在XY平面中从锚定柱154的另一端延伸，并由至少一种导电材料制成。该横向连接臂旨在使吸收膜153保持悬置，并允许到检测传感器160的电连接。在该示例中，横向连接臂183.2使MOSFET型晶体管的栅极163和漏极161.3的电势相同。
检测传感器160包括半导体部分161，该半导体部分具有称为源极的第一掺杂区161.1、称为漏极的第二掺杂区161.3以及称为沟道的中间区161.2。两个掺杂区161.1、161.3具有第一导电类型，例如为n型或p型，并且沟道161.2是完全耗尽区，或者甚至是具有与第一类型相反的第二导电类型的区域。称为栅氧化物的绝缘层162在半导体部分161的下部面的一部分上延伸，并由至少一种电绝缘材料形成。绝缘层162涂覆形成栅极的导电层163，其由至少一种导电材料形成。源极161.1、栅极163和漏极161.3分别与第一导电垫、第二导电垫和第三导电垫157.1、157.2、157.3电接触。
因此，第一导电垫157.1沿Z轴从第一横向连接臂183.1延伸到检测传感器160的源极161.1。该第一导电垫在此有利地与用于连接补偿传感器140的源极141.1的导电垫134.1同轴。第二导电垫157.2沿Z轴从第二横向连接臂183.2延伸到栅极163。该第二导电垫在此有利地与用于连接补偿传感器140的栅极143的导电垫134.2同轴。第三导电垫157.3沿Z轴从同一第二横向连接臂183.2延伸到漏极161.3。该第三导电垫在此有利地与用于连接补偿传感器140的漏极141.3的导电垫134.3同轴。
在该示例中，半导体部分161的上部面优选地涂覆有上部绝缘层152，该上部绝缘层将半导体部分161与用于吸收待检测电磁辐射的吸收性上层155分隔开。在一个未示出的变型中，当吸收层155电连接到读出电路112时，该吸收层可以有助于调节MOSFET型晶体管的阈值电压。
最后，蚀刻停止层164在此覆盖检测传感器160以及绝缘层152和上部吸收层155。该蚀刻停止层164特别使得可以在通过对矿物牺牲层进行化学蚀刻，例如通过气相HF蚀刻来使所述结构悬置的步骤期间保留该组件。
因此，检测器系统100的优点在于，在敏感像素处包括补偿传感器140，该补偿传感器沿Z轴设置在检测传感器160的右侧。使得补偿传感器140对入射电磁辐射不敏感，这一方面是由于反射器171的存在，另一方面是由于到读出衬底110的热化。当绝缘封装层132、133以及中间层120的绝缘层121的热导率基本上等于读出衬底110的热导率时，补偿传感器140与读出衬底110之间的热化得到改善。此外，填充因子较低，使得敏感像素在XY平面中的横向尺寸可以近似为5μm。
另外，补偿MOSFET晶体管140和检测MOSFET晶体管160在此有利地设计为通过施加近似50mV至75mV的电压VGS在弱反转模式下工作，并经由相同数量级的电压VDS在饱和模式下工作，因此使得可以获得特别高的TCC系数，例如近似为10％/K-1。通过使栅极和漏极达到同一电势来容易地获得这些弱反转模式和饱和模式。电压VGS和VDS相等并且其强度较低的这一事实使得可以限制焦耳损耗、吸收膜的自发热，由此使得可以提高信噪比(SNR)。
另外，栅极163和漏极161.3通过同一横向连接臂183.2达到同一电势的这一事实，使得可以在两个电连接而非三个偏置热检测器的情况下改善吸收膜153的热绝缘。
此外，四分之一波干涉腔可以形成在反射器171与导电栅极层163之间，或者形成在反射器171与上部导电层155之间。后者可以进行电连接，使得可以通过将固定电荷引入到绝缘层152中来调节晶体管的阈值电压。
图5A至5H示出了用于制造根据第二实施例的检测系统100的方法的各个步骤。该方法与图3A至3F所示的方法基本不同，不同之处在于其包括了制造各种单独的功能化衬底，然后尤其是通过混合键合技术将这些衬底紧固在一起的步骤。
参照图5A，制造了称为读出衬底的第一功能化衬底110。该衬底包括支撑衬底111，该支撑衬底包含读出电路112，该读出电路设计为控制并读取补偿器件130和热检测器150。读出电路112因此包括导电部分115.1、115.2，其与支撑衬底111基本上平坦的上部面齐平。此外，导电部分114、115和导电通孔116可以例如使用镶嵌法来由铜、铝或钨等制成，在该镶嵌法中填充了形成在金属间介电层中的沟槽。可以使用化学机械抛光(CMP)技术来使导电部分115与读出衬底110的上部面齐平。
参照图5B，制造了称为补偿衬底的第二功能化衬底130。补偿衬底130包括例如由硅制成的支撑衬底131、绝缘层132和半导体部分141的叠层。该叠层可以从SOI衬底获得，该SOI衬底的半导体部分141通过硅薄膜的光刻和蚀刻来形成。绝缘层132由介电材料例如氧化硅制成，并且其厚度为例如20nm至145nm。半导体部分141由半导体材料例如硅制成，并且其厚度为例如20nm至70nm。半导体材料有利地为完全耗尽的(FDSOI衬底，即绝缘体上完全耗尽硅)。
绝缘层142(栅氧化物)形成在半导体部分141的自由面的一部分上，并且由至少一种介电材料制成。该绝缘层可以由厚度为3nm至30nm的SiO2子层和厚度为2nm至10nm的HfO2子层的叠层形成，所述SiO2子层通过对半导体部分的硅进行热氧化来获得，所述HfO2子层通过ALD(原子层沉积)来获得。
形成栅极的导电层143形成在绝缘层142的自由面上，并且由至少一种导电材料制成。该导电层可以由厚度为5nm至20nm的TiN子层和厚度为30nm至100nm的多晶硅子层的叠层形成，所述TiN子层例如通过物理气相沉积(PVD)来沉积，所述多晶硅子层通过LPCVD(低压化学气相沉积)来获得。
制造栅氧化物142和栅极143的步骤通常使该结构达到400℃以上的温度，例如大约为950℃以用于形成热SiO2，大约为650℃以用于形成多晶硅。由于这些温度高于400℃，这一温度值基本上对应于CMOS读出电路的热预算，因此该温度意味着补偿器件130经由与读出衬底110分隔开的功能化衬底来制造的。
绝缘层142和栅极143通过光刻和蚀刻来构造，使得它们仅覆盖半导体部分141的自由面的一部分，因此允许在形成晶体管的源极141.1和漏极141.3的半导体部分141的掺杂横向区域处的电接触。
源极141.1和漏极141.3通过在半导体部分141未被栅极143覆盖的区域中离子注入掺杂剂来形成。该源极和漏极具有相同的第一导电类型，例如n型或p型。沟道141.2是完全耗尽的，或者甚至具有与第一类型相反的第二导电类型。源极141.1的上部自由面、栅极143的上部自由面和漏极141.3的上部自由面可以涂覆有通过PVD来沉积的例如为镍和TiN的金属薄膜(未示出)，随后进行硅化阶段，使得然后去除了未反应的Ni和TiN的区域。因此，仅源极141.1、栅极143和漏极141.3的上部面覆盖有金属薄膜。该金属薄膜使得可以改善与下面进一步描述的导电垫134的电接触。
在该示例中，蚀刻停止层144可以覆盖半导体部分141、绝缘层142(侧壁)以及栅极143的侧壁和自由面。当在制造方法期间为了形成补偿衬底或检测衬底来制造该功能化衬底时，存在该蚀刻停止层144，这两个功能化衬底随后具有结构上相同的传感器。蚀刻停止层144由对于蚀刻剂基本上为惰性的材料制成，所述蚀刻剂在通过对矿物牺牲层进行湿法蚀刻，例如通过气相HF蚀刻来使热检测器悬置的吸收膜的步骤期间使用。惰性材料可以是例如Al2O3、AlN或HfO2。
然后沉积了由介电材料制成的绝缘封装层133，以便覆盖由此形成的补偿传感器144。然后实施化学机械抛光(CMP)步骤，以使上部自由面基本平坦。绝缘封装层133的介电材料的热导率优选地基本上等于读出衬底110的热导率，因此改善了补偿传感器140与读出衬底110之间的热化。介电材料可以是例如氧化硅或氮化硅。
然后制造导电垫134，以便允许与源极141.1、栅极143和漏极141.3的电接触。为此，形成了穿过绝缘封装层133和蚀刻停止层144(如果存在)的孔，以便在源极141.1、栅极143以及漏极141.3的上部自由面上开口。通过沉积至少一种导电材料，例如通过依次沉积钛Ti、氮化钛TiN和钨W，然后进行化学机械抛光以使上部面基本平坦，来制造导电垫134。
然后，从所获得的结构的上部面来制造中间层120。因此，首先通过沉积至少一种导电材料来制造横向连接臂123，以便与用于连接栅极143和漏极141.3的导电垫134.2、134.3进行电接触。然后，沉积由介电材料，例如氧化硅或氮化硅制成的绝缘层121以便覆盖所获得的结构。然后，通过制造通孔、沉积至少一种导电材料、并然后进行化学机械抛光，将导电垫122.1、122.2制造为穿过绝缘层121。在该示例中，两个导电垫122.2旨在与导电部分115.2相接触以偏置热检测器150，并且两个导电垫122.1旨在与导电部分115.1相接触以偏置补偿器件130。这些导电垫122.1与横向连接臂123和导电垫134.1电接触，以连接源极141.1。
参照图5C，然后将由此获得的补偿衬底130紧固到读出衬底110。为此，补偿衬底130的自由上部面与读出衬底110的自由上部面相接触。导电垫122.1与导电部分115.1相接触，导电垫122.2与导电部分115.2相接触。优选地使用混合键合技术来紧固这两个功能化衬底。
参照图5D，然后例如通过研磨(英文为grinding)来从补偿衬底130去除支撑衬底131。绝缘层132可以变薄或者可以不变薄。然后制造光学间隔中间层170，该光学间隔中间层包括反射器171，并有助于限定四分之一波干涉腔的尺寸。然后在由此获得的结构的上部面上制造反射器171。为此，沉积了反射入射电磁辐射的至少一种材料，例如铝Al、铝铜AlCu、铜Cu、金Au等。然后通过光刻和蚀刻来构造该层，以使其位于面向补偿传感器140的位置，目的是使其对入射电磁辐射在光学上不敏感。
然后，制造蚀刻停止层172以覆盖绝缘层132。在该示例中，该蚀刻停止层也涂覆反射器171，但作为变型，其可以在绝缘层132上连续地延伸，并由反射器171来局部涂覆。当热检测器150的吸收膜153通过对矿物牺牲层进行湿法蚀刻，例如通过气相HF蚀刻来悬置时，需要该蚀刻停止层172。例如由Al2O3或AlN或HfO2制成的蚀刻停止层对于蚀刻剂基本上是惰性的，并保护下方的矿物绝缘层。
参照图5E，制造了四分之一波干涉腔的一部分以及一些锚定柱。为此，沉积了牺牲层173以覆盖蚀刻停止层172和反射器171，然后进行化学机械抛光以使上部面基本平坦。该牺牲层可以由例如氧化硅的矿物材料制成，并且在检测8μm至14μm(LWIR范围)的红外辐射的情况下，其厚度为1.5μm至2.5μm。通过形成穿过牺牲层173、蚀刻停止层172、绝缘层132、133的孔以在导电垫122.2上开口，然后沉积至少一种导电材料，例如金属键合层和铜，来制造锚定柱154。实施化学机械抛光步骤以使上部面基本平坦。由此获得的叠层形成了光学间隔中间层170。因此，其包括反射器171、蚀刻停止层172和牺牲层173。其被锚定柱154穿过。
参照图5F，制造了称为检测衬底的第三功能化衬底150。在该示例中，该检测衬底150的传感器与补偿衬底140的传感器相同。因此，不再详细描述。检测传感器160由SOI衬底，并且优选由FDSOI衬底形成。其放置在覆盖支撑衬底151的绝缘层152上。如上所述，其由半导体部分161形成，该半导体部分包括掺杂有第一导电类型并形成源极的第一区161.1、掺杂有第一导电类型并形成漏极的第二区161.3，以及完全耗尽或掺杂有第二导电类型并形成沟道的中间区161.2。沟道161.2被形成栅极的导电层163，以及被置于栅极163与沟道161.2之间的绝缘层162覆盖。检测传感器160有利地以与补偿传感器140相同或相似的方式制造，使得它们具有基本相同的热电特性。
如上所述，制造栅氧化物162和栅极163通常会使结构达到高于400℃的温度，这意味着热检测器150经由与读出衬底110分隔开的功能化衬底制造。
在此，蚀刻停止层164覆盖半导体部分161、绝缘层162以及栅极163的侧壁和自由面。在包含检测传感器160的吸收膜153旨在通过蚀刻牺牲层来悬置的情况下，在此存在该蚀刻停止层164。蚀刻停止层164由对蚀刻剂基本上惰性的材料制成，该蚀刻剂在例如通过气相HF蚀刻来使吸收膜悬置的步骤中使用。惰性材料可以是例如Al2O3、AlN或HfO2。
然后沉积例如由矿物介电材料制成的牺牲层156，以便覆盖由此形成的检测传感器160。然后实施化学机械抛光(CMP)步骤，以使上部面基本平坦。牺牲层156的材料可以是例如氧化硅或氮化硅。
然后制造导电垫157，以便允许与源极161.1、栅极163和漏极161.3电接触。为此，形成了穿过牺牲层156和蚀刻停止层164的孔，以便在源极161.1、栅极163以及漏极161.3的上部自由面上开口。通过沉积至少一种导电材料，例如通过依次沉积钛Ti、氮化钛TiN和钨W，然后进行化学机械抛光以使上部面基本平坦，来制造导电垫157。
然后，从所获得结构的上部面来制造连接中间层180。当检测传感器160的结构与补偿传感器140的结构相同时，特别是当连接垫157和连接垫134成对同轴时，需要该中间层180。然后，其包括至少两个横向连接臂183.1、183.2，该连接臂使得可以横向偏置用于连接源极、栅极和漏极的导电垫157的电接触。
因此，首先通过沉积至少一种导电材料来制造第一横向连接臂183.2，以便与用于连接栅极163和漏极161.3的导电垫157.2、157.3电接触。然后制造第二横向连接臂183.1，以便与用于连接源极161.1的导电垫157.1电接触。然后，沉积例如由矿物介电材料(例如氧化硅或氮化硅)制成的牺牲层181，以便覆盖所获得的结构。然后，通过制造通孔、沉积至少一种导电材料、并然后进行化学机械抛光，将导电垫182制造为穿过牺牲层181。在该示例中，两个导电垫182旨在与锚定柱154相接触。这些导电垫182与横向连接臂183电接触。
参照图5G，然后将由此获得的检测衬底150紧固到由读出衬底和补偿衬底形成的结构。为此，使由检测衬底150和连接中间层180形成的结构的自由上部面与读出结构和补偿结构，更确切地与光学间隔中间层170的自由上部面相接触。使导电垫182与锚定柱154相接触以便允许热检测器150电连接至读出电路112。使牺牲层181的介电表面与牺牲层173的介电表面相接触。如上所述，检测衬底优选地通过混合键合来紧固到读出结构和补偿结构。
参照图5H，例如通过研磨来去除支撑衬底151，并且绝缘层152可以变薄。吸收层155可以沉积在绝缘层152上，以便改善对待检测电磁辐射的吸收。然后通过光刻和蚀刻来构造绝缘层152，以便在XY平面中仅面向半导体部分161延伸。然后沉积优选与蚀刻停止层164.1相同的蚀刻停止层164.2，以便连续覆盖绝缘层152和吸收层155的自由表面。作为变型，蚀刻停止层164.2可以直接沉积在绝缘层152上并由吸收层155局部涂覆。如上所述，吸收层155可以电连接到读出电路，以便能够调节晶体管的阈值电压。
然后通过对牺牲层173、181、156进行蚀刻来使热检测器150的吸收膜153悬置。当这些牺牲层由矿物材料(例如氧化硅)制成时，该去除可以通过湿法HF气相蚀刻来实施。蚀刻停止层172使得可以保留下方的矿物层，并且蚀刻停止层164保护该悬置的膜。
由此制造出的是敏感像素，并且优选是集体敏感像素的矩阵，其沿着热检测器150、反射器171和补偿器件130的Z轴具有垂直布置。因此使补偿传感器140通过反射器171来对入射电磁辐射不敏感，并且具有到读出衬底110的良好的热化。因此增加了填充因子，并由于补偿传感器140位于敏感像素中的这一事实，使得更精确地确定了与待检测电磁辐射的吸收相关联的有用信号。
刚刚描述了一些特定实施例。各种变型和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
因此，中间层120由补偿衬底130制造，但是可以由读出衬底110制造。同样，中间层180由检测衬底150制造，但是可以由键合到读出衬底的补偿衬底形成的结构制造。
更一般地，补偿传感器可以直接由读出衬底制造，并例如可以是热敏电阻材料，并且检测传感器可以经由转移并然后键合到由补偿器件和读出衬底形成的结构的功能化衬底来制造，并例如可以是pn结或pin二极管或与上述晶体管相同或相似的晶体管。作为变型，补偿传感器可以经由转移并然后键合到读出衬底的功能化衬底来制造，并例如可以是pn结或pin二极管或与上述晶体管相同或相似的晶体管，并且检测传感器可以直接由补偿器件和读出衬底形成的结构来制造，并例如可以是热敏电阻材料。
Claims (14)
1.一种电磁辐射的检测系统(1；100)，所述检测系统包括：
○衬底，其被称为读出衬底(10；110)；
○至少一个热检测器(50)，其包括：
●用于吸收电磁辐射的吸收膜(53；153)，
■其与所述读出衬底(10；110)热绝缘，并且
■其包括测温检测传感器(60；160)，所述测温检测传感器选自pn结或PIN二极管、场效应晶体管或热敏电阻材料；
●用于反射电磁辐射的反射器(51；171)，
■其设置在所述吸收膜(53；153)与所述读出衬底之间；
○至少一个补偿器件(30)，其包括：
●测温补偿传感器(40；140)，所述测温补偿传感器选自pn结或PIN二极管、场效应晶体管或热敏电阻材料，
■其与所述读出衬底热接触；
○读出电路(12；112)，
●其设置在所述读出衬底中，并设计为将电信号施加到所述热检测器(50)和所述补偿器件(30)；
其特征在于，所述测温补偿传感器(40；140)：
●设置在所述反射器(51；171)与所述读出衬底(10；110)之间，并且
●位于面向所述反射器(51；171)的位置，以便对入射的电磁辐射在光学上不敏感。
2.根据权利要求1所述的检测系统(1，100)，其中，所述反射器(51；171)覆盖所述测温补偿传感器(40；140)。
3.根据权利要求1所述的检测系统(1，100)，其中，所述测温补偿传感器(40；140)通过至少一个绝缘层(21；121，133)与所述读出衬底(10；110)相接触，所述至少一个绝缘层由介电材料制成，所述介电材料的热导率基本上等于所述读出衬底的热导率。
4.根据权利要求1所述的检测系统(1，100)，其中，所述测温补偿传感器(40；140)在平行于所述读出衬底的主平面的平面中被绝缘层(32；133)围绕，所述绝缘层由介电材料制成，所述介电材料的热导率基本上等于所述读出衬底的热导率。
5.根据权利要求4所述的检测系统(100)，其中，所述反射器(171)放置在由介电材料制成的绝缘层(32；132)上，所述介电材料的热导率基本上等于所述读出衬底的热导率，并且所述绝缘层覆盖所述测温补偿传感器(140)。
6.根据权利要求1所述的检测系统(1，100)，其中，所述测温补偿传感器(40；140)和测温检测传感器(60；160)在结构上相同。
7.根据权利要求6所述的检测系统(1,100)，其中，所述测温补偿传感器(140)和测温检测传感器(160)经由导电垫(134)连接到所述读出电路(112)，所述导电垫基本上垂直于所述读出衬底的主平面延伸，
○用于连接所述测温检测传感器(160)的导电垫(157)与用于连接所述测温补偿传感器(140)的导电垫(134)基本上同轴，
○用于连接所述测温检测传感器(160)的导电垫(157)经由至少一个横向连接臂(183.1，183.2)电连接到使所述吸收膜(153)悬置的锚定柱(154)，所述至少一个横向连接臂在平行于所述读出衬底的主平面的平面中延伸。
8.根据权利要求7所述的检测系统(1，100)，其中，用于连接所述测温检测传感器(160)的导电垫(157)的高度均基本上等于用于连接所述测温补偿传感器(140)的同轴导电垫(134)的高度。
9.根据权利要求1所述的检测系统(1，100)，其中，所述测温补偿传感器(140)和测温检测传感器(160)是场效应晶体管，每个场效应晶体管包括形成源极(141.1；161.1)、沟道(141.2；161.2)和漏极(141.3；161.3)的半导体部分(141；161)以及形成栅极(143；163)的导电层，所述栅极通过形成栅氧化物(142；162)的绝缘层与所述沟道(141.2；161.2)分隔开，每个栅极(143；163)相对于相应的半导体部分(141；161)位于所述读出衬底的一侧。
10.根据权利要求9所述的检测系统(1,100)，其中，所述测温补偿传感器(140)和测温检测传感器(160)经由导电垫(134；157)连接至所述读出电路(112)，所述导电垫基本上垂直于所述读出衬底的主平面延伸，并且均连接源极(141.1；161.1)、漏极(141.3；161.3)或栅极(143；163)。
11.一种用于制造根据权利要求1所述的检测系统(1)的方法，所述测温补偿传感器(40)和测温检测传感器(60)是热敏电阻材料，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底(10)；
-从所述读出衬底的上部面制造补偿器件(30)；
-从所述补偿器件(30)的上部面制造反射器(51)；
-从所述反射器(51)的上部面制造热检测器(50)的吸收膜(53)。
12.一种用于制造根据权利要求1所述的检测系统(100)的方法，所述测温补偿传感器(140)和测温检测传感器(160)是pn结或PIN二极管或场效应晶体管，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底(110)；
-制造包括所述测温补偿传感器(140)的功能化衬底，其被称为补偿衬底(130)；
-通过键合将补偿衬底(130)紧固到所述读出衬底(110)；
-制造包括所述测温检测传感器(160)的功能化衬底，其被称为检测衬底(150)；
-通过键合将检测衬底(150)紧固到先前获得的结构。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述读出衬底(110)、补偿衬底(130)和检测衬底(150)通过混合键合成对地紧固在所述功能化衬底的面上，所述功能化衬底的面由介电材料的至少一个表面和金属材料的至少一个表面限定。
14.一种用于制造根据权利要求1所述的检测系统(1、100)的方法，所述测温补偿传感器是热敏电阻材料，并且所述测温检测传感器是pn结或PIN二极管或场效应晶体管，所述方法包括以下步骤：
-制造读出衬底；
-从所述读出衬底的上部面制造补偿器件；
-从所述补偿器件的上部面制造包括反射器的光学间隔物中间层；
-制造包括所述测温检测传感器的功能化衬底，其被称为检测衬底；
-通过键合将功能化检测衬底紧固到先前获得的结构。
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