DE102008002157B4 - Sensor element for measuring infrared radiation and process for its manufacture - Google Patents

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Abstract

Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung, insbesondere für spektroskopische Messungen, wobei das Sensorelement (35, 36, 37) mindestens aufweist: ein Substrat (1), eine auf der Oberseite des Substrates (1) ausgebildete Membran (33, 33a, 34) und eine unterhalb der Membran (33, 33a, 34) in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18), eine Thermopile-Struktur (30, 32) mit mindestens einem Thermopile-Paar (32), das einen ersten Thermoschenkel (3a, 26) aus einem ersten Halbleitermaterial und einen zweiten Thermoschenkel (6a, 26) aus einem zweiten Halbleitermaterial aufweist, wobei die Seebeck-Koeffizienten (S1, S2) des ersten Halbleitermaterials und des zweiten Halbleitermaterials verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleitermaterial der ersten Thermoschenkel (3a) und das zweite Halbleitermaterial der zweiten Thermoschenkel (6a) Dotierungen des gleichen Ladungsträgertyps (p, n) aufweisen, und der erste Thermoschenkel (3a) und der zweite Thermoschenkel (6a) eines Thermopile-Paares (32) direkt in mindestens einer Kontaktfläche (37) miteinander kontaktiert sind.Sensor element for measuring infrared radiation, in particular for spectroscopic measurements, the sensor element (35, 36, 37) having at least: a substrate (1), a membrane (33, 33a, 34) formed on the top of the substrate (1) and a cavity (9, 18) formed below the membrane (33, 33a, 34) in the substrate (1), a thermopile structure (30, 32) with at least one thermopile pair (32), which has a first thermopile ( 3a, 26) made of a first semiconductor material and a second thermal limb (6a, 26) made of a second semiconductor material, the Seebeck coefficients (S1, S2) of the first semiconductor material and the second semiconductor material being different, characterized in that the first semiconductor material the first thermal limb (3a) and the second semiconductor material of the second thermal limb (6a) have dopings of the same charge carrier type (p, n), and the first thermal limb (3a) and the second thermal limb (6a) it thermopile pair (32) are in direct contact with one another in at least one contact surface (37).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung, das insbesondere als IR-Sensor oder spektroskopischer Sensor bzw. als Teil eines InfrarotSensors oder spektroskopischen Sensors eingesetzt werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a sensor element for measuring infrared radiation, which can be used in particular as an IR sensor or spectroscopic sensor or as part of an infrared sensor or spectroscopic sensor, and a method for its production.

Mikromechanische Sensorelemente zur Detektion von Infrarot(IR)-Strahlung werden insbesondere in Infrarot-Kameras sowie in spektroskopischen Sensoren eingesetzt. Derartige spektroskopische Sensoren dienen insbesondere zum Nachweis einer Gaskonzentration, z. B. von Kohlendioxid, in der Umgebungsluft, wozu ergänzend optische Filter zur Selektion eines relevanten Wellenlängenbereichs eingesetzt werden.Micromechanical sensor elements for the detection of infrared (IR) radiation are used in particular in infrared cameras and in spectroscopic sensors. Such spectroscopic sensors are used in particular to detect a gas concentration, e.g. B. carbon dioxide, in the ambient air, including additional optical filters are used to select a relevant wavelength range.

Die mikromechanischen Sensoren können insbesondere als Thermopile-Sensoren ausgebildet werden, die mindestens ein Thermopile-Paar aus zwei miteinander kontaktierten Thermoschenkeln aus Materialen mit unterschiedlichen Seebeck-Koeffizienten aufweisen. Die heiße Kontaktstelle der Thermoschenkel ist zur thermischen Isolation gegenüber dem weiteren Substratmaterial im Allgemeinen auf einer Membran ausgebildet und wird bei einfallender IR-Strahlung erwärmt, z. B. durch ein auf der Membran aufgetragenes Absorbermaterial, z. B. einer Ru-haltigen Widerstandspaste, so dass aus der sich bei der Erwärmung bildenden elektrischen Spannung auf die Intensität der einfallenden IR-Strahlung geschlossen werden kann. DE 10 2004 002 163 A1 offenbart beispielsweise einen solchen Gassensor, bei dem eine Thermopile-Struktur auf einer freitragenden Membran über einer durch Unterätzen gebildeten Kavität ausgebildet ist.The micromechanical sensors can in particular be designed as thermopile sensors which have at least one thermopile pair made up of two thermopile legs that are in contact with one another and are made of materials with different Seebeck coefficients. The hot contact point of the thermal legs is generally formed on a membrane for thermal insulation from the other substrate material and is heated when IR radiation is incident, e.g. B. by an applied to the membrane absorber material, z. B. a Ru-containing resistor paste, so that the intensity of the incident IR radiation can be inferred from the electrical voltage that forms during heating. DE 10 2004 002 163 A1 discloses, for example, such a gas sensor in which a thermopile structure is formed on a self-supporting membrane over a cavity formed by undercutting.

Als Materialsysteme bzw. Materialpaare der Thermopile-Sensoren werden insbesondere Silizium und Aluminium, oder p-Silizium und n-Silizium sowie weitere Materialsysteme verwendet. US 6 348 650 B1 offenbart etwa in einem solchen Sensor eine Thermopile-Struktur, welche durch abwechselnde Verschaltung von n-dotierten Siliziumschenkeln und Metallschenkeln gebildet wird. Der für die Empfindlichkeit der Thermopile-Sensoren relevante Seebeck-Koeffizient S ergibt sich als Differenz der Seebeck-Koeffizienten der Materialien S1 und S2 der beiden Thermoschenkel. Typische Werte bei Thermopile-Paaren (Thermopaaren) aus Silizium und Aluminium liegen bei S = -280,3 µV/K. Aluminium ermöglicht zwar einen guten elektrischen Kontakt zu dem zweiten Thermopartner Silizium, es bewirkt aufgrund seiner hohen Wärmleitfähigkeit jedoch auch eine Wärmeableitung von der Membran und somit eine Reduktion der Membran-Temperatur im Bereich der heißen Thermokontakte. Weiterhin sind aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperatur von Aluminium von 660°C die nach der Aufbringung der Aluminium-Schicht nachfolgenden Prozesse auf niedrigere Prozesstemperaturen beschränkt. Auch ergibt sich bei Einsatz in einer CMOS-Prozesstechnologie aufgrund möglicher Querkontamination eine Einschränkung der nachfolgenden Prozessschritte.In particular, silicon and aluminum, or p-silicon and n-silicon and other material systems are used as material systems or material pairs for the thermopile sensors. US 6,348,650 B1 discloses a thermopile structure in such a sensor, which is formed by alternating interconnection of n-doped silicon legs and metal legs. The Seebeck coefficient S, which is relevant for the sensitivity of the thermopile sensors, results from the difference between the Seebeck coefficients of the materials S1 and S2 of the two thermo legs. Typical values for thermopile pairs (thermocouples) made of silicon and aluminum are S = -280.3 µV / K. Although aluminum enables good electrical contact with the second thermal partner silicon, due to its high thermal conductivity it also causes heat to be dissipated from the membrane and thus a reduction in the membrane temperature in the area of the hot thermal contacts. Furthermore, due to the relatively low melting temperature of aluminum of 660 ° C, the processes that follow after the application of the aluminum layer are limited to lower process temperatures. When used in a CMOS process technology, there is also a restriction in the subsequent process steps due to possible cross-contamination.

Typische Werte von Thermopile-Paaren aus p-Silizium und n-Silizium liegen im Bereich von S = -360 µV/K. Der Nachteil bei dieser Materialpaarung ist die Ausbildung von Raumladungszonen bei direkter Kontaktierung der unterschiedlich dotierten Silizium-Bereiche entsprechend von bipolaren pn-Dioden. Bei einer Reihenschaltung von Thermoschenkeln zur Erhöhung des Messsignals kommt es somit zwangsweise zu einer Reihenschaltung von pn-Dioden, die immer im Wechsel in Durchlass- und Sperrrichtung geschaltet sind und somit einen hohen Innenwiderstand aufweisen. Daher werden die beiden Thermoschenkel im Allgemeinen über eine Metallisierungsebene als Hilfsebene elektrisch kontaktiert, so dass wiederum eine zusätzliche Metallisierungsschicht mit dem entsprechenden Aufwand und den genannten Nachteilen bei der Prozessierung erforderlichist. US 6 779 347 B2 offenbart ein Peltier-Kühlsystem, welches zwei direkt miteinander kontaktierte Halbleiterschenkel des gleichen Ladungsträgertyps aufweist.Typical values of thermopile pairs made of p-silicon and n-silicon are in the range of S = -360 µV / K. The disadvantage of this material pairing is the formation of space charge zones when the differently doped silicon regions are directly contacted, corresponding to bipolar pn diodes. When thermo legs are connected in series to increase the measurement signal, there is inevitably a series connection of pn diodes, which are always switched alternately in the forward and reverse directions and thus have a high internal resistance. Therefore, the two thermal legs are generally electrically contacted via a metallization level as an auxiliary level, so that again an additional metallization layer with the corresponding complexity and the disadvantages mentioned is required during processing. US 6,779,347 B2 discloses a Peltier cooling system which has two semiconductor legs of the same charge carrier type that are directly contacted with one another.

Die Ausbildung der Membran kann unterschiedlich erfolgen und ist z. B. in Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. beschrieben, wobei insbesondere volumenmikromechanische oder oberflächenmikromechanische Herstellungsverfahren eingesetzt werden können.The formation of the membrane can be done differently and is z. B. in Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. described, wherein in particular volume micromechanical or surface micromechanical manufacturing processes can be used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, den Thermopile-Sensor unter Verwendung zweier Halbleitermaterialien mit einer Dotierung vom gleichen Ladungsträgertyp und unterschiedlicher Konzentration der Dotierung auszubilden, wobei die beiden Thermoschenkel direkt miteinander kontaktiert werden. Unter einem Ladungsträgertyp wird erfindungsgemäß die Art bzw. das Vorzeichen der Dotierung verstanden, d. h. p-Dotierung oder n-Dotierung.The invention is based on the idea of constructing the thermopile sensor using two semiconductor materials with doping of the same charge carrier type and different concentration of doping, the two thermo legs being in direct contact with one another. According to the invention, a charge carrier type is understood to mean the type or the sign of the doping, ie. H. p-doping or n-doping.

Das Thermopile-Paare (Thermopaar) kann insbesondere hergestellt werden, indem die beiden Halbleiterschichten der Thermoschenkel übereinander bzw. sich zumindest teilweise überlappend ausgebildet werden mit einer isolierenden Zwischenschicht, die an Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen geöffnet ist. Dies wird prozesstechnisch vorteilhafterweise realisiert, indem zunächst die erste Halbleiterschicht abgeschieden wird, vorteilhafterweise auf einer auf dem Substrat ausgebildeten ersten isolierenden Zwischenschicht, nachfolgend eine zweite isolierende Zwischenschicht auf der strukturierten Halbleiterschicht ausgebildet und mit den Kontaktöffnungen strukturiert wird, und nachfolgend die zweite Halbleiterschicht abgeschieden wird.The thermopile pair (thermocouple) can in particular be produced in that the two semiconductor layers of the thermo legs are formed one above the other or at least partially overlap with an insulating intermediate layer which is opened at contact points or contact surfaces. This is advantageously implemented in terms of process technology in that the first semiconductor layer is first deposited, advantageously on a first insulating intermediate layer formed on the substrate, subsequently a second insulating intermediate layer is formed on the structured semiconductor layer and structured with the contact openings, and subsequently the second semiconductor layer is deposited.

Die Strukturierung der Halbleiter- und Isolationsschichten kann hierbei derartig erfolgen, dass eine Reihenschaltung aus mehreren Thermopile-Paaren ausgebildet wird. Hierdurch lassen sich hohe Seebeck-Koeffizienten, z. B. etwa 200 µV/K, und entsprechend hohe Thermospannungen erreichen.The structuring of the semiconductor and insulation layers can be done in such a way that a series circuit is formed from several thermopile pairs. This allows high Seebeck coefficients, e.g. B. about 200 µV / K, and achieve correspondingly high thermal voltages.

Indem erfindungsgemäß weder zur Ausbildung der Thermoschenkel selbst noch zu ihrer Kontaktierung eine Metallschicht verwendet wird, insbesondere somit auch nicht Aluminium oder ein anderes niedrig schmelzendes Metall, treten die eingangs genannten prozesstechnischen Nachteile der Beschränkung auf niedrige Prozesstemperaturen und einer möglichen Querkontamination nicht auf. Da erfindungsgemäß Halbleitermaterialien mit einer Dotierung vom gleichen Ladungsträgertyp eingesetzt werden, wird somit auch die Ausbildung von pn-Übergängen vermieden. Somit ist auch die Reihenschaltung mehrerer Thermopile-Paare zur Erzielung eines hohen Signals unproblematisch.Since, according to the invention, a metal layer is not used either to form the thermal legs themselves or to make contact, in particular not aluminum or another low-melting metal, the aforementioned procedural disadvantages of the restriction to low process temperatures and possible cross-contamination do not occur. Since, according to the invention, semiconductor materials with doping of the same charge carrier type are used, the formation of pn junctions is also avoided. The series connection of several thermopile pairs to achieve a high signal is therefore also unproblematic.

Erfindungsgemäß kann auch das Absorbermaterial in einer Weise aufgebracht werden, die bei metallisierten Substraten nicht zugänglich ist, z. B. in Epitaxie-Anlagen.According to the invention, the absorber material can also be applied in a manner that is not accessible in the case of metallized substrates, e.g. B. in epitaxy systems.

Die Ausbildung der Kaverne unterhalb der Membran kann insbesondere oberflächenmikromechanisch durch die isolierenden Zwischenschichten und Halbleiterschichten hindurch erfolgen, d. h. unter Ausbildung von Zugangsöffnungen bzw. Ätzzugängen durch die Halbleiterschichten und Isolationsschichten hindurch zu dem BulkMaterial des Substrates, um die Kaverne zu ätzen. Diese Zugangsöffnungen können erfindungsgemäß auch als Zugangsgräben zum lateralen Strukturieren bzw. Trennen der einzelnen Thermopile-Paare verwendet werden.The formation of the cavern below the membrane can in particular take place in a surface micromechanical manner through the insulating intermediate layers and semiconductor layers; H. with the formation of access openings or etching accesses through the semiconductor layers and insulation layers to the bulk material of the substrate in order to etch the cavern. According to the invention, these access openings can also be used as access trenches for laterally structuring or separating the individual thermopile pairs.

Erfindungsgemäß kann der Abschluss der Thermopile-Messstruktur nach oben zum einen durch Waferbonden mit einem geeigneten Kappensubstrat erfolgen. Alternativ hierzu kann jedoch auch eine geeignete Schicht oberhalb der Messstruktur bzw. Thermopile-Struktur ausgebildet werden, wodurch zwar eine geringere thermische Isolierung der Thermopile-Struktur nach oben erreicht wird, der zeit- und kostenaufwendige Schritt der Herstellung und des Aufbondens des zusätzlichen Kappenwafers jedoch entfallen kann.According to the invention, the top of the thermopile measurement structure can be closed on the one hand by wafer bonding with a suitable cap substrate. As an alternative to this, however, a suitable layer can also be formed above the measuring structure or thermopile structure, whereby a lower thermal insulation of the thermopile structure is achieved upwards, but the time-consuming and costly step of manufacturing and bonding the additional cap wafer is omitted can.

Die erfindungsgemäße Herstellung der Thermopile-Strukturen ist kostengünstig und ermöglicht eine hohe Packungsdichte, wobei auch mehrere Thermopile-Zellen aus jeweils einer Vielzahl von Thermopile-Paaren kombiniert und gemeinsam kontaktiert werden.The production of the thermopile structures according to the invention is inexpensive and enables a high packing density, with several thermopile cells each consisting of a large number of thermopile pairs being combined and contacted together.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:Show it:

1 bis 13 Prozessschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen:

  • 1 bis 3 Prozessschritte zur Herstellung eines Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform mit Kappenchip;
  • 4 eine von 2 ausgehende Prozessvariante zur Herstellung eines Sensors mit Dünnschichtkappe;
  • 5 bis 12 eine weitere Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 1 zur Herstellung eines Sensors mit Dünnschichtkappe;
  • 13 einen Sensor mit Kappenchip gemäß einer Ausführungsform;
  • 14 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sensor mit mehreren Thermopile-Paaren gemäß einer Ausführungsform;
  • 15 die Anordnung mehrerer Thermopile-Zellen gemäß einer Ausführungsform in Aufsicht.
1 to 13th Process steps for producing a sensor according to the invention according to different embodiments:
  • 1 to 3 Process steps for producing a sensor according to a first embodiment with a cap chip;
  • 4th one of 2 outgoing process variant for the production of a sensor with a thin-film cap;
  • 5 to 12th another process variant with starting point in 1 for producing a sensor with a thin-film cap;
  • 13th a sensor with a cap chip according to an embodiment;
  • 14th a plan view of a sensor according to the invention with a plurality of thermopile pairs according to an embodiment;
  • 15th the arrangement of several thermopile cells according to one embodiment in a plan view.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorelementes wird gemäß 1 auf einem Substrat 1 aus z. B. dotiertem Silizium eine erste isolierende Zwischensicht 2 abgeschieden. Die erste Zwischenschicht 2 kann eine einzige Schicht, z. B. SiO2-Schicht, oder auch ein Schichtstapel sein, z. B. aus Oxid/Nitrid/Oxid, insbesondere Siliziumoxid/Siliziumnitrid/Siliziumoxid. Auf der ersten Zwischenschicht 2 wird eine erste Halbleiterschicht 3 aus einem ersten Halbleitermaterial mit Seebeck-Koeffizienten S1, vorzugsweise ausTo produce the sensor element according to the invention, according to 1 on a substrate 1 from z. B. doped silicon, a first insulating intermediate layer 2 deposited. The first intermediate layer 2 can be a single layer, e.g. B. SiO2 layer, or a layer stack, z. B. of oxide / nitride / oxide, in particular silicon oxide / silicon nitride / silicon oxide. On the first intermediate layer 2 becomes a first semiconductor layer 3 from a first semiconductor material with Seebeck coefficient S1, preferably from

Silizium erster Dotierung, zur Ausbildung des ersten Thermoschenkels abgeschieden und strukturiert. Hierbei werden in der ersten Halbleiterschicht mehrere durch Freiräume voneinander getrennte Bereiche 3a ausgebildet. Diese Strukturierung wie auch die nachfolgenden Strukturierungen erfolgen mit den üblichen prozesstechnischen Mitteln wie Maskieren, Ätzen usw.First doped silicon, deposited and structured to form the first thermal leg. In this case, a plurality of areas separated from one another by free spaces are created in the first semiconductor layer 3a educated. This structuring as well as the subsequent structuring are carried out with the usual process engineering means such as masking, etching, etc.

Auf der strukturierten Halbleiterschicht 3 wird nachfolgend eine isolierende zweite Zwischenschicht 4, insbesondere ein Oxid, z. B. SiO2, abgeschieden und derartig strukturiert, dass in der zweiten Zwischenschicht 4 oberhalb jedes Bereichs 3a mindestens eine erste Kontaktöffnung 5 ausgebildet ist.On the structured semiconductor layer 3 is subsequently an insulating second intermediate layer 4th , in particular an oxide, e.g. B. SiO2, deposited and structured in such a way that in the second Intermediate layer 4th above each area 3a at least one first contact opening 5 is trained.

Nachfolgend wird gemäß 2 eine zweite Halbleiterschicht 6 aus einem zweiten Halbleitermaterial mit Seebeck-Koeffizienten 82 auf der zweiten Zwischenschicht 4 abgeschieden und strukturiert. Hierbei füllt die zweite Halbleiterschicht 6 auch die ersten Kontaktöffnungen 5 und kontaktiert die erste Halbleiterschicht 3 in Kontaktflächen 37; vorteilhafterweise werden in der zweiten Halbleiterschicht 6 wiederum lateral getrennte Bereiche 6a ausgebildet, so dass jeweils ein Bereich 6a mit einem darunterliegenden Bereich 5a als ein Thermopile-Paar 32 ausgebildet wird, wobei insbesondere auch eine Reihenschaltung von mehreren Thermopile-Paaren 32 gebildet werden kann.
Die Halbleitermaterialien der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 6 weisen unterschiedliche Seebeck-Koeffizienten S1 und S2 auf und sind mit gleicher Dotierung bzw. gleichem Ladungsträgertyp dotiert, d. h. beide p-dotiert oder n-dotiert, aber mit unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration.
In the following, according to 2 a second semiconductor layer 6 made from a second semiconductor material with Seebeck coefficients 82 on the second intermediate layer 4th secluded and structured. The second semiconductor layer fills here 6 also the first contact openings 5 and contacts the first semiconductor layer 3 in contact areas 37 ; are advantageously in the second semiconductor layer 6 again laterally separated areas 6a formed so that each one area 6a with an underlying area 5a as a pair of thermopiles 32 is formed, in particular also a series connection of several thermopile pairs 32 can be formed.
The semiconductor materials of the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 6 have different Seebeck coefficients S1 and S2 and are doped with the same doping or the same charge carrier type, ie both p-doped or n-doped, but with different charge carrier concentrations.

Nachfolgend wird gemäß 3 eine dritte isolierende Zwischenschicht 7, vorzugsweise als Oxid, z. B. SiO2, abgeschieden, die somit die strukturierte zweite Halbleiterschicht 6 und die freiliegenden Bereiche der zweiten isolierenden Zwischenschicht 4 bedeckt. Nachfolgend wird eine Hilfsschicht 8 als Absorberschicht abgeschieden und derartig strukturiert, dass sie in einem mittleren Bereich oberhalb der Thermopile-Paare 32 ausgebildet ist. Die Hilfsschicht 8 kann eine einzige Schicht oder auch ein Schichtstapel aus mehreren Zwischenschichten sein. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann z. B. auch eine hochdotierte epitaktische Siliziumschicht als Hilfsschicht 8 verwendet werden. Die isolierenden Zwischenschichten 4 und 7 werden hierbei derartig strukturiert, dass lateral außerhalb ein Kontaktierbereich 3c der ersten Halbleiterschicht 3, ggf. auch ein entsprechender Bereich der zweiten Halbleiterschicht 6, freigelegt ist, auf denen nachfolgend eine erste Metallisierungsschicht 10 als Bondpad-Metallisierung zur Kontaktierung abgeschieden und strukturiert wird.In the following, according to 3 a third intermediate insulating layer 7th , preferably as an oxide, e.g. B. SiO2, deposited, which thus the structured second semiconductor layer 6 and the exposed areas of the second interlayer insulating layer 4th covered. Below is an auxiliary layer 8th deposited as an absorber layer and structured in such a way that it is in a central area above the thermopile pairs 32 is trained. The auxiliary layer 8th can be a single layer or a layer stack made up of several intermediate layers. Due to the method according to the invention, for. B. also a highly doped epitaxial silicon layer as an auxiliary layer 8th be used. The insulating intermediate layers 4th and 7th are structured in such a way that laterally outside a contact area 3c the first semiconductor layer 3 , possibly also a corresponding area of the second semiconductor layer 6 , is exposed, on which subsequently a first metallization layer 10 is deposited and structured as a bond pad metallization for contacting.

Im lateral mittleren Bereich wird gemäß 3 im Substrat 1 eine Kaverne 9 unterhalb des Absorbermaterials 8 ausgebildet, so dass oberhalb der Kaverne 9 die Zwischenschichten 2, 4 und 7 und Halbleiterschichten 3, 6 sowie der Absorber 8 eine Membran 33 ausbilden, die freitragend und somit vom Bulkmaterial des Substrats 1 thermisch weitgehend isoliert ist. Die Kaverne 9 kann hierbei in an sich bekannter Weise ausgebildet werden, d. h. wie eingangs beschrieben volumenmikromechanisch (bulkmikromechanisch) oder oberflächenmikromechanisch.In the laterally central area, according to 3 in the substrate 1 a cavern 9 below the absorber material 8th formed so that above the cavern 9 the intermediate layers 2 , 4th and 7th and semiconductor layers 3 , 6 as well as the absorber 8th a membrane 33 form the self-supporting and thus from the bulk material of the substrate 1 is largely thermally insulated. The cavern 9 can be designed in a manner known per se, ie, as described at the outset, volume micromechanical (bulk micromechanical) or surface micromechanical.

Nachfolgend wird ein Kappensubstrat 12bzw. Kappenchip, in dem durch Ätzen, z. B. KOH-Ätzen, von einer Seite her eine Kaverne 12a ausgebildet ist, auf der Oberseite des Substrates 1, das heißt z. B. auf der dritten Zwischenschicht 7, mittels vakuumdichter Sealglas-Zwischenschichten 11 befestigt, so dass die Membran 33 mitsamt dem Absorber 8 zwischen den Kavernen 9 und 12a angeordnet ist.A cap substrate 12 or Cap chip, in which by etching, z. B. KOH etching, a cavern from one side 12a is formed on top of the substrate 1 , that is z. B. on the third intermediate layer 7th , by means of vacuum-tight sealing glass intermediate layers 11 attached so that the membrane 33 including the absorber 8th between the caverns 9 and 12a is arranged.

Der Kappenchip 12 ist hierbei im relevanten Spektralbereich der zu detektierenden IR-Strahlung transparent; das Absorbermaterial der Absorberschicht 8 absorbiert einfallende IR-Strahlung und erwärmt sich und die gesamte Membran 33 entsprechend. Somit zeigt 3 ein Sensorelement 35, auf dem gegebenenfalls noch ein wellenlängenselektives Filter anzubringen ist.The cap chip 12th is transparent in the relevant spectral range of the IR radiation to be detected; the absorber material of the absorber layer 8th absorbs incident IR radiation and heats up and the entire membrane 33 corresponding. Thus shows 3 a sensor element 35 on which a wavelength-selective filter may have to be attached.

4 zeigt eine Prozessvariante einer Ausführungsform mit Ausgangspunkt in 2. Hierbei wird von 2 ausgehend die isolierende dritte Zwischenschicht 7 abgeschieden und derartig strukturiert, dass mindestens eine zweite Kontaktöffnung 13oder auch mehrere Kontaktöffnungen 13 in der dritten Zwischenschicht 7 ausgebildet werden. Nachfolgend wird auf der dritten Zwischenschicht 7 eine dritte Halbleiterschicht 14 abgeschieden, die in der Kontaktöffnung 13 die zweite Halbleiterschicht 6 kontaktiert. Die dritte Halbleiterschicht 14 kann insbesondere epitaktisch abgeschiedenes Silizium sein. Danach ist die Herstellung von z. B. Dünnschichtkappen durch Weiterprozessierung möglich. 4th shows a process variant of an embodiment with the starting point in FIG 2 . Here is from 2 starting with the insulating third intermediate layer 7th deposited and structured in such a way that at least one second contact opening 13th or even several contact openings 13th in the third intermediate layer 7th be formed. The following is done on the third intermediate layer 7th a third semiconductor layer 14th deposited in the contact opening 13th the second semiconductor layer 6 contacted. The third semiconductor layer 14th can in particular be epitaxially deposited silicon. Thereafter, the production of z. B. Thin-film caps possible through further processing.

5 zeigt eine zu 4 alternative Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 1. Hierbei wird die zweite Halbleiterschicht 6 aufgebracht, vorzugsweise als epitaktisches Silizium. Nachfolgend wird gemäß 6 die dritte Zwischenschicht 7, vorzugsweise als Oxid, aufgebracht und derartig strukturiert, dass eine erste Grabenöffnung 15 und eine zweite Grabenöffnung 16 ausgebildet werden; die zweiten Grabenöffnungen 16 sind hierbei breiter als die ersten Grabenöffnungen 15. 5 shows one to 4th alternative process variant with starting point in 1 . Here, the second semiconductor layer 6 applied, preferably as epitaxial silicon. In the following, according to 6 the third intermediate layer 7th , preferably as oxide, applied and structured in such a way that a first trench opening 15th and a second trench opening 16 be formed; the second trench openings 16 are wider than the first trench openings 15th .

Nachfolgend wird gemäß 7 die zweite Halbleiterschicht 6 unter Verwendung der dritten Zwischenschicht 7 als Ätzmaske strukturiert. Hier kann insbesondere Plasma-Ätzen eingesetzt werden bzw. ein anderes Ätzverfahren, das die Ausbildung im Wesentlichen vertikaler Gräben ermöglicht. Gemäß 7 werden die Grabenöffnungen 15 und 16 vertikal nach unten durch die zweite Halbleiterschicht 6 bis zu der zweiten Zwischenschicht 4 ausgebildet.In the following, according to 7th the second semiconductor layer 6 using the third intermediate layer 7th structured as an etching mask. In particular, plasma etching can be used here, or another etching process that enables the formation of essentially vertical trenches. According to 7th become the trench openings 15th and 16 vertically down through the second semiconductor layer 6 up to the second intermediate layer 4th educated.

Gemäß 8 wird nachfolgend eine Hilfsschicht 29 als Passivierung an den Wänden der Grabenöffnungen 15 und 16 ausgebildet. Die Ausbildung dieser Hilfsschicht 29 kann insbesondere durch thermische Oxidation des Silizium-Materials der zweiten Halbleiterschicht 6, oder auch durch Aufbringen einer PECVD-Oxidschicht erfolgen (PECVD: plasma enhanced chemical vapour deposition-Oxidschicht). Hierdurch werden die schmaleren ersten Grabenöffnungen 15 gefüllt und an den Wänden der breiteren zweiten Grabenöffnungen 16 wird ein Seitenwandschutz ausgebildet.According to 8th is subsequently an auxiliary layer 29 as passivation on the walls of the trench openings 15th and 16 educated. The formation of this auxiliary layer 29 can in particular by thermal oxidation of the silicon material of the second semiconductor layer 6 , or by applying a PECVD oxide layer (PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition oxide layer). This creates the narrower first trench openings 15th filled and on the walls of the wider second trench openings 16 a side wall protection is formed.

Gemäß 9 werden nachfolgend Perforationsöffnungen 17 am Boden der Grabenöffnungen 16 ausgebildet, die durch die isolierenden Zwischenschichten 4 und 2 bis in das Bulkmaterial des Substrates 1 verlaufen. Dies erfolgt durch einen gerichteten Ätzschritt zum Ätzen von Oxid, z. B. durch ein Plasma-Ätzverfahren.
Nachfolgend wird gemäß 10 die Grabenöffnung 16 als Zugang zum Ätzen der Kaverne 18 im Substrat 1 verwendet. Dieser Ätzvorgang kann insbesondere durch ein siliziumselektiv ätzendes Gas, z. B. durch CIF3-Ätzen, erfolgen. Die Zwischenschicht 2 und die Hilfsschicht 29 dienen als Schutz der nicht zu ätzenden Strukturen.
According to 9 are perforation openings below 17th at the bottom of the trench openings 16 formed by the insulating interlayers 4th and 2 right down to the bulk material of the substrate 1 run away. This is done by a directional etching step to etch oxide, e.g. B. by a plasma etching process.
In the following, according to 10 the ditch opening 16 as access for etching the cavern 18th in the substrate 1 used. This etching process can in particular by a silicon-selective etching gas, for. B. by CIF3 etching. The intermediate layer 2 and the auxiliary layer 29 serve to protect the structures that are not to be etched.

Gemäß 11 werden nachfolgend die zweiten Grabenöffnungen 16 durch Aufbringen einer Verschlussschicht 19, vorzugsweise einer PECVD-Oxidschicht 19, verschlossen. Hierdurch ergibt sich eine hermetisch dichte Verpackung der erzeugten Membran 34 in der Kaverne 18.According to 11 are subsequently the second trench openings 16 by applying a sealing layer 19th , preferably a PECVD oxide layer 19th , locked. This results in a hermetically sealed packaging of the membrane produced 34 in the cavern 18th .

Gemäß 12 werden nachfolgend die dritte Zwischenschicht 7 und die Verschlussschicht 19 strukturiert und hierdurch die zweite Kontaktöffnung 13 ausgebildet, auf der die Metallisierungsschicht 10 mit entsprechender Strukturierung abgeschieden wird, die als optischer Reflektor und als elektrische Kontaktschicht für Bondpads dient.According to 12th subsequently become the third intermediate layer 7th and the closure layer 19th structured and thereby the second contact opening 13th formed on which the metallization layer 10 is deposited with appropriate structuring, which serves as an optical reflector and as an electrical contact layer for bond pads.

Nachfolgend kann bei dieser Ausführungsform direkt ein optischer Filter 21 mit einem geeigneten, im IR-Bereich transparenten und einen geeigneten Brechungsindex aufweisenden Kleber 20 aufgeklebt werden, wobei der Filter 21 in an sich bekannter Weise eine wellenlängenselektive Transmission von IR-Strahlung zulässt. 12 zeigt somit ein Sensorelement 36 mit Dünnschichtkappe und ohne Verwendung eines KappenchipsIn this embodiment, an optical filter can then be used directly 21st with a suitable adhesive that is transparent in the IR range and has a suitable refractive index 20th be glued, the filter 21st allows a wavelength-selective transmission of IR radiation in a manner known per se. 12th thus shows a sensor element 36 with thin-layer cap and without using a cap chip

13 zeigt eine weitere Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 11. Von 11 ausgehend werden zunächst die Verschlussschicht 19 und die darunter liegende dritte Zwischenschicht 7 derartig strukturiert, dass wiederum - entsprechend 12 - zweite Kontaktöffnungen 13 ausgebildet werden, woraufhin eine Metallisierungsschicht 10 als optischer Reflektor und elektrische Kontaktschicht abgeschieden und strukturiert wird. Nachfolgend wird das Kappensubstrat 12 bzw. Kappenchip gebondet, z. B. wiederum mittels Seal-Glas-Verbindungen, wobei entsprechend 3 die Kaverne 12a oberhalb der Messstruktur ausgebildet ist, so dass sich eine freitragende Membran 33aergibt. Auf der Oberseite des Kappenchips 12 wird das optische Filter 21 mit einem optisch geeigneten Kleber 20 befestigt. 13th shows another process variant with the starting point in 11 . From 11 starting out first the sealing layer 19th and the underlying third intermediate layer 7th structured in such a way that in turn - accordingly 12th - second contact openings 13th are formed, whereupon a metallization layer 10 is deposited and structured as an optical reflector and electrical contact layer. Below is the cap substrate 12th or cap chip bonded, e.g. B. in turn by means of seal-glass connections, whereby accordingly 3 the cavern 12a is formed above the measuring structure, so that a self-supporting membrane 33a results. On the top of the cap chip 12th becomes the optical filter 21st with an optically suitable adhesive 20th attached.

Das Sensorelement 37 der 13 mit dem Kappensubstrat 12 ermöglicht hierbei eine bessere thermische Isolation als das Sensorelement 35 aus 12, bei dem das direkt auf der Oberseite der Membran 34 großflächig befestigte optische Filter 21zur lateralen Wärmleitung beiträgt. Da in 12 jedoch die zusätzliche Ausbildung des Kappensubstrats 12 und der zusätzliche Prozessschritt der Anbringung des Kappensubstrats 12 entfallen, kann das Sensorelement 36 aus 12 kostengünstiger hergestellt werden.The sensor element 37 of the 13th with the cap substrate 12th enables better thermal insulation than the sensor element 35 out 12th where that's right on top of the membrane 34 Large-area attached optical filter 21 contributes to the lateral heat conduction. There in 12th however, the additional formation of the cap substrate 12th and the additional process step of attaching the cap substrate 12th can be omitted, the sensor element 36 out 12th can be produced more cheaply.

14 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil der Sensorausbildungen der zweiten und dritten Ausführungsform, wobei zur Verdeutlichung die Merkmale nur teilweise eingezeichnet sind. Lateral außen sind bereits die Bondpads 22 ausgebildet. Die Perforationslöcher 25 entsprechen den Grabenöffnungen 16 und dienen der Ausbildung der Kaverne 18, wobei in 14 die Ätzfront 24 im Silizium-Material des Substrates 1 nach dem CIF3-Ätzen eingezeichnet ist. Es kann bei dieser Ausbildung somit eine kreuzförmige Kaverne 18 ausgebildet werden, oberhalb derer der Absorberbereich 23 vorgesehen ist. Die einzelnen Thermoschenkel 26 erstrecken sich somit lateral vom Rand her oberhalb der Kaverne 18 zum mittleren Bereich der Membran, auf dem der Absorber 23 vorgesehen ist. Durch Reihenschaltung einer Vielzahl von Thermoschenkel 26 kann somit ein hohes Messsignal erreicht werden. Die Bereiche 27 stellen Wärmesenken dar. 14th shows a plan view of part of the sensor configurations of the second and third embodiment, the features being only partially drawn in for clarity. The bond pads are already laterally outside 22nd educated. The perforation holes 25 correspond to the trench openings 16 and serve to form the cavern 18th , where in 14th the etched front 24 in the silicon material of the substrate 1 after the CIF3 etching. With this design, it can therefore be a cross-shaped cavern 18th are formed, above which the absorber area 23 is provided. The individual thermos legs 26th thus extend laterally from the edge above the cavern 18th to the middle area of the membrane on which the absorber is located 23 is provided. By connecting a large number of thermal legs in series 26th a high measurement signal can thus be achieved. The areas 27 represent heat sinks.

In 15 ist entsprechend die Ausbildung mehrerer Thermopile-Zellen 30 mit Zwischenstegen 28 als Stabilisierungselementen in dem Substrat 1 gezeigt; 15 ist hierbei insbesondere für die Ausbildungsform nach Prozessvariante 2, d. h. gemäß 4 bis 12, relevant.In 15th is accordingly the formation of several thermopile cells 30th with dividers 28 as stabilizing elements in the substrate 1 shown; 15th is in particular for the form of training according to the process variant 2 , ie according to 4th to 12th , relevant.

Erfindungsgemäß können somit direkte Kontaktflächen 37 zwischen den beiden Thermoschenkeln bzw. den Halbleiter-Bereichen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 6 ausgebildet werden.According to the invention, direct contact surfaces can thus 37 between the two thermal legs or the semiconductor regions of the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 6 be formed.

Die Halbleitermaterialien der ersten Halbleiterschicht 3 und zweiten Halbleiterschicht 6 sind mit gleicher Dotierung bzw. gleichem Ladungsträgertyp dotiert, d. h. beide p-dotiert oder n-dotiert, mit unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration. Vorteilhafte Kombinationen sind insbesondere n-Silizium und n+-Silizium, oder p-Silizium und p+-Silizium, n-Germanium und n+-Germanium, d. h. ein Halbleitermaterial mit einfacher Dotierung in einer Halbleiterschicht und ein entsprechend hoch dotiertes Halbleitermaterial in der anderen Halbleiterschicht. Weiterhin sind jedoch auch Kombinationen wie z. B. n-Silizium und n+-SiGe vorteilhaft.The semiconductor materials of the first semiconductor layer 3 and second semiconductor layer 6 are doped with the same doping or the same charge carrier type, ie both p-doped or n-doped, with different charge carrier concentrations. Advantageous combinations are in particular n-silicon and n + -silicon, or p-silicon and p + -silicon, n-germanium and n + -germanium, ie a semiconductor material with single doping in one semiconductor layer and a correspondingly highly doped semiconductor material in the other semiconductor layer. However, combinations such as B. n-silicon and n + -SiGe advantageous.

Zwar unterscheiden sich die Seebeck-Koeffizienten S1 und S2 der beiden Halbleitermaterialien zunächst nicht so stark wie bei herkömmlichen Kombinationen, d. h. die Differenz ist relativ klein; erfindungsgemäß kann durch die direkte Kontaktierung jedoch eine hohe Anzahl von Thermopile-Paaren ausgebildet werden, so dass insgesamt hohe Seebeck-Koeffizienten S von z. B. 200 µv/K hergestellt werden können.It is true that the Seebeck coefficients S1 and S2 of the two semiconductor materials initially do not differ as much as in conventional combinations. H. the difference is relatively small; According to the invention, however, a large number of thermopile pairs can be formed through the direct contact, so that overall high Seebeck coefficients S of z. B. 200 µv / K can be produced.

Claims (22)

Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung, insbesondere für spektroskopische Messungen, wobei das Sensorelement (35, 36, 37) mindestens aufweist: ein Substrat (1), eine auf der Oberseite des Substrates (1) ausgebildete Membran (33, 33a, 34) und eine unterhalb der Membran (33, 33a, 34) in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18), eine Thermopile-Struktur (30, 32) mit mindestens einem Thermopile-Paar (32), das einen ersten Thermoschenkel (3a, 26) aus einem ersten Halbleitermaterial und einen zweiten Thermoschenkel (6a, 26) aus einem zweiten Halbleitermaterial aufweist, wobei die Seebeck-Koeffizienten (S1, S2) des ersten Halbleitermaterials und des zweiten Halbleitermaterials verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleitermaterial der ersten Thermoschenkel (3a) und das zweite Halbleitermaterial der zweiten Thermoschenkel (6a) Dotierungen des gleichen Ladungsträgertyps (p, n) aufweisen, und der erste Thermoschenkel (3a) und der zweite Thermoschenkel (6a) eines Thermopile-Paares (32) direkt in mindestens einer Kontaktfläche (37) miteinander kontaktiert sind.Sensor element for measuring infrared radiation, in particular for spectroscopic measurements, the sensor element (35, 36, 37) having at least: a substrate (1), a membrane (33, 33a, 34) formed on the top of the substrate (1) and a cavity (9, 18) formed below the membrane (33, 33a, 34) in the substrate (1), a thermopile structure (30, 32) with at least one thermopile pair (32), which has a first thermopile ( 3a, 26) made of a first semiconductor material and a second thermal limb (6a, 26) made of a second semiconductor material, the Seebeck coefficients (S1, S2) of the first semiconductor material and the second semiconductor material being different, characterized in that the first semiconductor material the first thermal limb (3a) and the second semiconductor material of the second thermal limb (6a) have dopings of the same charge carrier type (p, n), and the first thermal limb (3a) and the second thermal limb (6a) ei nes thermopile pair (32) are in direct contact with one another in at least one contact surface (37). Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Thermoschenkel (3a, 6a) eines Thermopile-Paares (32) entweder beide p-dotiert oder beide n-dotiert sind.Sensor element after Claim 1 , characterized in that the two thermo legs (3a, 6a) of a thermopile pair (32) are either both p-doped or both n-doped. Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Halbleiterschicht (3) des ersten Thermoschenkels (3a) eine isolierende Zwischenschicht (4) ausgebildet ist, und auf der isolierenden Zwischenschicht (4) eine zweite Halbleiterschicht (6) des zweiten Thermoschenkels (6a) ausgebildet ist, wobei in der isolierenden Zwischenschicht (4) mindestens eine Kontaktöffnung (5) ausgebildet ist, in der die mindestens eine Kontaktfläche (37) zwischen dem ersten Thermoschenkel (3a) und dem zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet ist.Sensor element after Claim 1 or 2 , characterized in that an insulating intermediate layer (4) is formed on a first semiconductor layer (3) of the first thermal leg (3a), and a second semiconductor layer (6) of the second thermal leg (6a) is formed on the insulating intermediate layer (4), wherein at least one contact opening (5) is formed in the insulating intermediate layer (4), in which the at least one contact surface (37) is formed between the first thermal limb (3a) and the second thermal limb (6a). Sensorelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aufweist: eine erste isolierende Zwischenschicht (2), die das Substrat (1) außerhalb der Kaverne (9, 18) bedeckt und sich über die Kaverne (9, 18) erstreckt, eine erste Halbleiterschicht (3), in der die ersten Thermoschenkel (3a) strukturiert sind, eine isolierende zweite Zwischenschicht (4), die die erste isolierende Zwischenschicht (2) und die strukturierte erste Halbleiterschicht (3) bedeckt und in der Kontaktöffnungen (5) ausgebildet sind, eine auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) aufgetragene zweite Halbleiterschicht (6), in der die zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet sind, wobei die zweiten Thermoschenkel über in den Kontaktöffnungen (5) ausgebildete Kontaktflächen (37) mit den ersten Thermoschenkeln (3a) kontaktiert sind, und eine isolierende dritte Zwischenschicht (7), die die zweite Halbleiterschicht (6) bedeckt.Sensor element after Claim 3 , characterized in that the membrane has: a first insulating intermediate layer (2) which covers the substrate (1) outside the cavity (9, 18) and extends over the cavity (9, 18), a first semiconductor layer (3) , in which the first thermal legs (3a) are structured, an insulating second intermediate layer (4), which covers the first insulating intermediate layer (2) and the structured first semiconductor layer (3) and in which contact openings (5) are formed, one on the second insulating intermediate layer (4) applied second semiconductor layer (6), in which the second thermal legs (6a) are formed, wherein the second thermal legs are contacted via contact surfaces (37) formed in the contact openings (5) with the first thermal legs (3a), and an insulating third intermediate layer (7) covering the second semiconductor layer (6). Sensorelement nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dritten Zwischenschicht (7) eine Absorberschicht (8) zur Absorption der einfallenden IR-Strahlung aufgetragen und strukturiert ist.Sensor element after Claim 4 , characterized in that an absorber layer (8) for absorbing the incident IR radiation is applied and structured on the third intermediate layer (7). Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine strukturierte Metallschicht (10) zur Kontaktierung der ersten und/oder der zweiten Halbleiterschicht (3, 6) aufgetragen ist.Sensor element after Claim 4 or 5 , characterized in that a structured metal layer (10) for contacting the first and / or the second semiconductor layer (3, 6) is applied. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermopile-Struktur (30, 32) mehrere lateral nebeneinander in oder auf der Membran (33, 33a, 34) angeordnete Thermopile-Paare (32) aufweist, wobei jedes Thermopile-Paar (32) aus einem ersten Thermoschenkel (3a) und einem über dem ersten Thermoschenkel (3a) und mit diesem kontaktierten zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the thermopile structure (30, 32) has several thermopile pairs (32) arranged laterally next to one another in or on the membrane (33, 33a, 34), wherein each thermopile pair ( 32) is formed from a first thermal leg (3a) and a second thermal leg (6a) which is in contact with the first thermal leg (3a). Sensorelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lateral neben einander angeordneten Thermopile-Paare (32) durch in der Membran (33, 33a, 34) ausgebildete und nachfolgend mit einer Verschlussschicht (19) aufgefüllte Gräben (15, 16) getrennt sind.Sensor element after Claim 7 , characterized in that the thermopile pairs (32) arranged laterally next to one another are separated by trenches (15, 16) formed in the membrane (33, 33a, 34) and subsequently filled with a sealing layer (19). Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einigen Gräben (16) Zugangslöcher (25) zum Ätzen der Kaverne (9, 18) unterhalb der Membran (33, 33a, 34) ausgebildet sind.Sensor element after Claim 8 , characterized in that at least in some trenches (16) access holes (25) for etching the cavern (9, 18) are formed below the membrane (33, 33a, 34). Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem beschichteten und strukturierten Substrat (1) ein Kappensubstrat (12) in vakuumdichten Verbindungen (11) befestigt ist, wobei in dem Kappensubstrat (12) eine Kaverne (12a) derartig ausgebildet ist, dass die Membran (33, 33a) zwischen der Kaverne (12a) des Kappensubstrats (12) und der in dem Substrat (1) ausgebildeten Kaverne (9, 18) angeordnet ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that a cap substrate (12) is attached to the coated and structured substrate (1) in vacuum-tight connections (11), a cavity (12a) being formed in the cap substrate (12) in such a way that that the membrane (33, 33a) is arranged between the cavity (12a) of the cap substrate (12) and the cavity (9, 18) formed in the substrate (1). Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filtereinrichtung (21) zur wellenlängenselektiven Transmission der IR-Strahlung über eine Klebeschicht (20) auf der Membran (34) angebracht ist. Sensor element according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that a filter device (21) for wavelength-selective transmission of the IR radiation via an adhesive layer (20) is attached to the membrane (34). Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Halbleitermaterialien niedrig dotiert und das andere der beiden Halbleitermaterialien hochdotiert ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that one of the two semiconductor materials is lightly doped and the other of the two semiconductor materials is highly doped. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der beiden Halbleitermaterialien der beiden Halbleiterschichten (3, 6) aus der folgenden Gruppe entnommen ist: n-Silizium und n+-Silizium, p-Silizium und p+-Silizium, n-Germanium und n+-Germanium, n-Silizium und n+-SiGe.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the combination of the two semiconductor materials of the two semiconductor layers (3, 6) is taken from the following group: n-silicon and n + silicon, p-silicon and p + silicon, n-germanium and n + germanium, n-silicon and n + -SiGe. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Thermopile-Zellen (30) aufweist, wobei jede Thermopile-Zelle (30) jeweils eine in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18) und eine oberhalb der Kaverne ausgebildete Membran (33, 33a, 34) mit mehreren Thermopile-Paaren (32) aufweist, wobei die Thermopile-Zellen (30) lateral nebeneinander ausgebildet und gemeinsam kontaktiert sind.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that it has several thermopile cells (30), each thermopile cell (30) each having a cavity (9, 18) formed in the substrate (1) and one formed above the cavern Has membrane (33, 33a, 34) with a plurality of thermopile pairs (32), the thermopile cells (30) being formed laterally next to one another and being contacted together. Verfahren zum Herstellen eines Sensorelementes, mit mindestens folgenden Schritten: Auftragen oder Ausbilden mindestens einer ersten isolierenden Zwischenschicht (2) auf einem Substrat (1), Auftragen und Strukturieren einer ersten Halbleiterschicht (3) aus einem ersten Halbleitermaterial auf der mindestens einen isolierenden Zwischenschicht (2), wobei in der ersten Halbleiterschicht (3) mehrere erste Thermoschenkel (3a) strukturiert werden, Auftragen und Strukturieren mindestens einer zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) auf der ersten Halbleiterschicht (3), Auftragen und Strukturieren einer zweiten Halbleiterschicht (6) aus einem zweiten Halbleitermaterial auf der mindestens einen zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) und Strukturieren mehrerer zweiter Thermoschenkel (6a) in der zweiten Halbleiterschicht (6), wobei mehrere Thermopile-Paare (32) aus jeweils einem ersten Thermoschenkel (3a) und einem zweiten Thermoschenkel (6a) gebildet werden, die sich jeweils in mindestens einer Kontaktfläche (37) direkt kontaktieren, Ausbilden einer Kaverne (9, 18) in dem Substrat (1) und einer oberhalb der Kaverne (9, 18) angeordneten Membran (33, 33a, 34), in der eine Thermopile-Struktur (30, 32) aus mehreren Thermopile-Paaren (32) mit jeweils einem ersten und zweiten Thermoschenkel (3a, 6a) und ihren Kontaktflächen (37) aufgenommen ist, wobei das erste Halbleitermaterial und das zweite Halbleitermaterial unterschiedliche Seebeck-Koeffizienten (S1, S2) aufweisen und mit demselben Ladungsträgertyp (n, p) dotiert sind.A method for producing a sensor element with at least the following steps: applying or forming at least one first insulating intermediate layer (2) on a substrate (1), applying and structuring a first semiconductor layer (3) made from a first semiconductor material on the at least one insulating intermediate layer (2 ), several first thermal legs (3a) being structured in the first semiconductor layer (3), application and structuring of at least one second insulating intermediate layer (4) on the first semiconductor layer (3), application and structuring of a second semiconductor layer (6) from a second Semiconductor material on the at least one second insulating intermediate layer (4) and structuring of several second thermal limbs (6a) in the second semiconductor layer (6), with several thermopile pairs (32) each consisting of a first thermal limb (3a) and a second thermal limb (6a) are formed, each in at least one Contact the contact surface (37) directly, forming a cavity (9, 18) in the substrate (1) and a membrane (33, 33a, 34) arranged above the cavity (9, 18) in which a thermopile structure (30 , 32) is received from several thermopile pairs (32) each with a first and second thermal leg (3a, 6a) and their contact surfaces (37), the first semiconductor material and the second semiconductor material having different Seebeck coefficients (S1, S2) and are doped with the same charge carrier type (n, p). Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) oberhalb der ersten Thermoschenkel (3a) Kontaktöffnungen (5) strukturiert werden, und die zweiten Thermoschenkel (6a) oberhalb der ersten Thermoschenkel (3a) ausgebildet werden derartig, dass die Kontaktflächen (37) in den Kontaktöffnungen (5) ausgebildet werden.Procedure according to Claim 15 , characterized in that contact openings (5) are structured in the second insulating intermediate layer (4) above the first thermal legs (3a), and the second thermal legs (6a) are formed above the first thermal legs (3a) in such a way that the contact surfaces (37 ) are formed in the contact openings (5). Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorberschicht (8) aus einem Infrarot-Strahlung absorbierenden Material auf der Membran oder als Teil der Membran aufgetragen wird.Procedure according to Claim 15 or 16 , characterized in that an absorber layer (8) made of an infrared radiation absorbing material is applied to the membrane or as part of the membrane. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der zweiten Halbleiterschicht (6) eine isolierende dritte Zwischenschicht (7) aufgetragen wird, und auf der isolierenden dritten Zwischenschicht (7) im Bereich der Membran (33, 33a) eine Absorberschicht (8) aufgetragen wird, und ein Kappensubstrat (12) auf dem beschichteten Substrat (1) vakuumdicht befestigt wird derartig, dass die Membran (33, 33a) zwischen der Kaverne (9, 18) des Substrates und einer in dem Kappensubstrat (12) ausgebildeten Kaverne (12a) angeordnet ist.Method according to one of the Claims 15 to 17th , characterized in that an insulating third intermediate layer (7) is applied above the second semiconductor layer (6), and an absorber layer (8) is applied to the insulating third intermediate layer (7) in the region of the membrane (33, 33a), and a Cap substrate (12) is fastened vacuum-tight on the coated substrate (1) in such a way that the membrane (33, 33a) is arranged between the cavity (9, 18) of the substrate and a cavity (12a) formed in the cap substrate (12). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterschicht (6) auf der strukturierten zweiten Zwischenschicht (4) aufgetragen wird, nachfolgend die isolierende dritte Zwischenschicht (7) auf der zweiten Halbleiterschicht (6) aufgetragen wird, nachfolgend Gräben oder Grabenöffnungen (15, 16) durch die Zwischenschichten und Halbleiterschichten bis zum Substrat (1) ausgebildet werden, nachfolgend die Kaverne (9, 18) im Substrat (1) durch zumindest einige der Gräben (16) hindurch Silizium-selektiv geätzt wird, nachfolgend die Gräben (16) verschlossen werden.Method according to one of the Claims 15 to 17th , characterized in that the second semiconductor layer (6) is applied to the structured second intermediate layer (4), subsequently the insulating third intermediate layer (7) is applied to the second semiconductor layer (6), then trenches or trench openings (15, 16) through the intermediate layers and semiconductor layers are formed up to the substrate (1), subsequently the cavity (9, 18) in the substrate (1) is etched silicon-selectively through at least some of the trenches (16), and the trenches (16) are subsequently closed. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ätzen der Kaverne (9, 18) ein Teil der Gräben (15) verschlossen wird und lediglich durch den anderen Teil der Gräben (16) hindurch geätzt wird.Procedure according to Claim 19 , characterized in that, before the cavern (9, 18) is etched, part of the trenches (15) is closed and only the other part of the trenches (16) is etched through. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die verschlossenen Gräben (15, 16) nachfolgend laterale Trennungen der Thermopile-Paare (32) bilden.Procedure according to Claim 19 or 20th , characterized in that the closed trenches (15, 16) subsequently form lateral separations of the thermopile pairs (32). Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Thermopile-Zellen (30) ausgebildet werden, die jeweils eine in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18) und eine oberhalb der Kaverne ausgebildete Membran (33, 33a, 34) mit mehreren Thermopile-Paaren (32) aufweist, lateral nebeneinander ausgebildet und gemeinsam kontaktiert werden.Method according to one of the Claims 15 to 21st , characterized in that several thermopile cells (30) are formed, each of which has a cavity (9, 18) formed in the substrate (1) and a membrane (33, 33a, 34) with a plurality of thermopile pairs (32) formed above the cavity, formed laterally next to one another and contacted together.
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