DE102015206745B4

DE102015206745B4 - Strahler und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102015206745B4
Application number: DE102015206745.9A
Authority: DE
Inventors: Thoralf Kautzsch; Heiko Fröhlich; Mirko Vogt; Maik Stegemann; Steffen Bieselt
Original assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Current assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2035-04-16
Also published as: US20160308084A1; DE102015206745A1; US20180159034A1; US10290805B2; US9887355B2

Abstract

Verfahren (100; 400) zur Herstellung eines Strahlers (50; 60; 70; 80), das Folgendes umfasst:das Bereitstellen (110; 410) eines Halbleitersubstrats (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet, so dass ein an der Trägerstruktur (18) angeordnetes Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren, worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt;worin das Bereitstellen (110; 410) des Halbleitersubstrats (12) Folgendes umfasst:das Anordnen (112) des Halbleitersubstrats (12);das Ausbilden (114) des Hohlraums (16) in dem Halbleitersubstrat (12) mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren, sodass der Hohlraum (16) durch das Halbleitersubstrat (12) verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) einstückig gebildet sind; unddas Ausbilden (114) zumindest eines zweiten Hohlraums (32), der zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist, sodass der zweite Hohlraum (32) zwischen der Trägerstruktur (18) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist und sodass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (12), der die Hauptoberfläche (14) umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur (18) bedeckt, wobei zwischen dem Hohlraum (16) und dem zweiten Hohlraum (32) Material des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist.

Description

Fachgebiet
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren, das zur Strahlerfertigung, insbesondere zur Fertigung eines Emitters von Wärme- oder Infrarotstrahlung, angewandt werden kann. Weitere Ausführungsformen betreffen einen Strahler und einen Sensor, der einen Strahler umfasst.
Hintergrund
IR-Strahler (IR = Infrarot) ermöglichen eine grundlegende Analyse von Materialsystemen im Bereich der Sensortechnologie. Beispielsweise können feste Materialien, Fluide oder Gase im Nah- und Mittelinfrarotspektrum durch Untersuchen einer Absorption von Infrarotstrahlung durch die zu charakterisierenden Materialien analysiert werden. Substanzspezifische Absorptionsspektren können durch eine spektrometrische Einheit detektiert werden. Aufgrund eines Vergleichs mit katalogisierten Absorptionscharakteristika kann eine Kombination aus Substanzen und eine Konzentration einzelner Komponenten bestimmt werden.
In DE 103 42 800 A1 ist eine Vorrichtung zur Absorption und/oder Emission von Strahlung beschrieben.
In DE 10 2004 032 176 A1 ist ein beschichteter mikromechanischer Strahler beschrieben, der eine Kappe aufweist.
Kurzfassung
Es ist ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes umfasst:

das Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einer Hauptoberfläche, wobei das Halbleitersubstrat einen zu der Hauptoberfläche benachbarten Hohlraum umfasst. Ein zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats bildet eine Trägerstruktur aus. An der Trägerstruktur ist ein Strahlerelement angeordnet, wobei das Strahlerelement konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung des Strahlers zu emittieren, wobei der Hohlraum eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat bereitstellt. Das Bereitstellen des Halbleitersubstrats Folgendes umfasst dabei das Anordnen des Halbleitersubstrats; das Ausbilden des Hohlraums in dem Halbleitersubstrat mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren, sodass der Hohlraum durch das Halbleitersubstrat verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat und die Trägerstruktur einstückig gebildet sind; und das Ausbilden zumindest eines zweiten Hohlraums, der zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche angeordnet ist, sodass der zweite Hohlraum zwischen der Trägerstruktur und der Hauptoberfläche angeordnet ist und sodass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats, der die Hauptoberfläche umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur (18) bedeckt, wobei zwischen dem Hohlraum und dem zweiten Hohlraum Material des Halbleitersubstrats angeordnet ist.

Weitere Ausführungsformen stellen einen Strahler, der ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche umfasst, bereit, wobei das Halbleitersubstrat einen zu der Hauptoberfläche benachbarten Hohlraum umfasst. Ein zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats bildet eine Trägerstruktur aus. An der Trägerstruktur ist ein Strahlerelement angeordnet, wobei das Strahlerelement konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung des Strahlers zu emittieren. Der Hohlraum stellt eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat bereit. Der Hohlraum ist in dem Halbleitersubstrat mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren erzeugt ist, wobei der Hohlraum durch das Halbleitersubstrat verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat und die Trägerstruktur einstückig gebildet sind. Zumindest ein zweiter Hohlraum ist ausgebildet, der zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei der zweite Hohlraum zwischen der Trägerstruktur und der Hauptoberfläche angeordnet ist und wobei ein Abschnitt des Halbleitersubstrats, der die Hauptoberfläche umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur bedeckt, wobei zwischen dem Hohlraum und dem zweiten Hohlraum Material des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
Bevor die Ausführungsformen unter Verwendung der beigeschlossenen Figuren beschrieben werden, gilt es darauf hinzuweisen, dass den jeweils gleichen oder funktionell gleichen Elementen in den Figuren die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind und dass eine wiederholte Beschreibung bei mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Elementen vermieden wird. Somit sind Beschreibungen, die für Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bereitgestellt sind, jeweils gegenseitig austauschbar.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform, das zum zumindest teilweisen Implementieren eines in 1 dargestellten Schrittes herangezogen werden kann;
3 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform, das zum zumindest teilweisen Implementieren eines anderen in 1 dargestellten Schrittes herangezogen werden kann;
4 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform;
5a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitersubstrats gemäß einer Ausführungsform;
5b zeigt schematisch eine Draufsicht auf das in 5a gezeigte Halbleitersubstrat gemäß einer Ausführungsform;
5c zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Halbleitersubstrats, worin zumindest ein Graben an einer Hauptoberfläche ausgebildet ist und sich in einen Hohlraum erstreckt, gemäß einer Ausführungsform;
5d zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlers, der erhalten werden kann, wenn eine Isolierschicht an der Hauptoberfläche und an der Trägerstruktur angeordnet wird, gemäß einer Ausführungsform;
6a zeigt ein Bild eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform;
6b zeigt eine Detailansicht eines Schnitts des in 6a gezeigten Strahlers gemäß einer Ausführungsform;
7a zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Halbleitersubstrats, das den Hohlraum umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform;
7b zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7a dargestellten Halbleitersubstrats, worin ein Graben zwischen der Hauptoberfläche und dem Hohlraum ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform;
7c zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7b dargestellten Halbleitersubstrats, worin ein Opfermaterial an der Hauptoberfläche angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform;
7d zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7c dargestellten Halbleitersubstrats, worin eine Öffnung in einem Abdichtungsmaterial ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform;
7e zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7d dargestellten Halbleitersubstrats, worin ein weiteres Abdichtungsmaterial an dem Abdichtungsmaterial angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform;
7f zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform;
8a zeigt die in 7a gezeigte Querschnittsansicht gemäß einer Ausführungsform;
8b zeigt die in 7b gezeigte Querschnittsansicht gemäß einer Ausführungsform;
8c zeigt die in 7c gezeigte Querschnittsansicht gemäß einer Ausführungsform;
8d zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die z.B. erhalten werden kann, wenn ein Graben durch das in 8c angeordnete Abdichtungsmaterial ausgebildet wird, gemäß einer Ausführungsform;
8e zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 8d dargestellten Halbleitersubstrats, nachdem das Abdichtungsmaterial angeordnet wurde, wie es in Bezug auf 7e beschrieben ist, gemäß einer Ausführungsform;
8f zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlers 80 gemäß einer Ausführungsform, der nach einem leitfähigen Element gemäß einer Ausführungsform erhalten wurde;
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines als gesondertes Element gemäß einem bekannten Konzept ausgebildeten Infrarotstrahlers; und
10 zeigt einen IR-Strahler gemäß einem bekannten Konzept.

Ausführliche Beschreibung
Gleiche oder gleichwertige Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion sind in der folgenden Beschreibung mit gleichen oder äquivalenten Bezugszeichen angegeben, wenn sie in unterschiedlichen Figuren auftreten.
In der folgenden Beschreibung ist eine Vielzahl von Details dargelegt, um eine eingehendere Erläuterung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Fachleuten wird sich jedoch erschließen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese konkreten Details angewandt werden können. In anderen Fällen werden hinlänglich bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockschaltbildform und nicht im Detail dargestellt, um ein Verunklaren von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Außerdem können Merkmale der im Folgenden beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht konkret Gegenteiliges angemerkt ist.
1 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren 100 zur Herstellung eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 110, worin ein Halbleitersubstrat bereitgestellt wird. Das Halbleitersubstrat umfasst eine Hauptoberfläche. Das Halbleitersubstrat umfasst einen zu der Hauptoberfläche benachbarten Hohlraum. Ein zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats kann eine Trägerstruktur ausbilden. Das Halbleitersubstrat kann z.B. ein Substrat sein, das ein Siliziummaterial und/oder ein Galliumarsenidmaterial umfasst. Das Halbleitersubstrat kann z.B. ein zu verarbeitender Wafer sein.
Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 120, in dem ein Strahlerelement an der Trägerstruktur angeordnet ist. Das Strahlerelement ist konfiguriert, eine Wärmestrahlung des Strahlers zu emittieren. Der Hohlraum kann eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat bereitstellen. Das Strahlerelement kann z.B. ein an der Trägerstruktur angeordnetes leitfähiges Material umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Strahlerelement ein leitfähiges Element oder eine leitfähige Struktur umfassen, das/die zum Emittieren der Wärmestrahlung konfiguriert ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Strahlerelement durch das Dotieren zumindest eines Abschnitts der Trägerstruktur z.B. unter Verwendung von Phosphor oder Bor angeordnet werden.
Die Trägerstruktur kann aus einem Abschnitt des Halbleitersubstrats ausgebildet sein. Insbesondere kann die Trägerstruktur einstückig mit dem Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Beispielsweise können das Halbleitersubstrat und die Trägerstruktur ein einkristallines Material umfassen oder aus einkristallinem Material ausgebildet sein. Die Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat ermöglicht eine reduzierte Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat. Wenn beispielsweise das Strahlerelement zum Ändern (z.B. Erhöhen) einer Temperatur des Strahlerelements konfiguriert ist, wenn es aktiviert ist, kann eine Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat zu Verlusten und/oder einem reduzierten Wirkungsgrad des Strahlers führen. Indem die Wärmekopplung reduziert wird, kann ein Ausmaß solcher Verluste ebenfalls so gesenkt werden, dass ein Wirkungsgrad des Strahlers im Vergleich zu einem keine Wärmeentkopplung umfassenden Strahler erhöht wird, oder kann hoch sein.
2 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren 200, das zum zumindest teilweisen Implementieren des in 1 dargestellten Schrittes 110 herangezogen werden kann. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 112, worin ein Halbleitersubstrat angeordnet wird. Das Halbleitersubstrat kann z.B. ein Wafer sein, der ein Halbleitermaterial umfasst, z.B. ein Siliziummaterial. Das Siliziummaterial kann z.B. eine Einkristallstruktur umfassen.
In einem Schritt 114 des Verfahrens 200 ist der Hohlraum in dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Zum Ausbilden des Hohlraums in dem Halbleitersubstrat kann ein sogenanntes Silizium-auf-Nichts(SON, silicon-on-nothing)-Verfahren oder ein Venezia-Verfahren angewandt werden. Der Hohlraum kann in dem Halbleitersubstrat verkapselt sein. Eine Struktur des Halbleitersubstrats und eine Struktur der zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche angeordneten Trägerstruktur kann die Einkristallstruktur umfassen.
Der Schritt 110 kann vor dem Schritt 120 ausgeführt werden. Alternativ dazu kann der Schritt 120 vor dem Schritt 110 ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Strahlerelement durch das zumindest teilweise Dotieren des Halbleitermaterials der Trägerstruktur angeordnet werden. Der Hohlraum kann durch das Implementieren des SON-Verfahrens und/oder des Venezia-Verfahrens angeordnet werden. Während dieses Verfahrens kann die Dotierung während eines epitaktischen Wachstums des Halbleitermaterials angeordnet werden. Alternativ dazu kann vor dem epitaktischen Wachstum zur Ausbildung des Hohlraums das leitfähige Material oder eine leitfähige Schicht an der Trägerstruktur angeordnet werden, d.h. das Strahlerelement kann während einer Ausbildung des Hohlraums so angeordnet werden, dass das Halbleitersubstrat das Strahlerelement umfassend angeordnet werden kann.
Das Silizium-auf-Nichts-Verfahren kann auch als Leerraum-in-Silizium(ESS, empty space in silicon)-Verfahren bezeichnet werden und wurde vom Toshiba-Konzern entworfen. Das Venezia-Verfahren wurde von STMicro Electronics nahezu gleichzeitig entworfen. Die beiden Verfahren mögen ähnlich sein, unterscheiden sich jedoch durch Details. Basierend auf gewöhnlichen Siliziumwafern kann eine Vielzahl von Gräben ausgebildet oder geöffnet werden. Die Gräben können nach einem epitaktischen Wachstum oxidiert werden. Der Ätzschritt kann selektiv ausgeführt oder auf alle Oberflächen eines späteren Chips ausgedehnt werden. Oxidierte vergrabene Kanäle und Hohlräume, die im Inneren des einkristallinen Siliziums erhalten werden können, ermöglichen eine Herstellung billiger Substrate, z.B. Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrate. Nach dem Ausbilden der Gräben, z.B. durch Anwenden von Temperaturen von z.B. mehr als 1000 °C, mehr als 1100 °C oder mehr als 1200 °C, und beim Aufbringen eines Wasserstoffmaterials kann das Siliziummaterial so rekombinieren, dass der Hohlraum im Inneren des Halbleitersubstrats ausgebildet wird. Die Rekombination kann ein epitaktisches Wachstum und/oder eine Dotierung des rekombinierenden Materials umfassen. Ein Abschnitt des Halbleitersubstrats, der den Hohlraum bedeckt und zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche angeordnet ist, kann die Trägerstruktur ausbilden.
Ein Schritt 116 des Verfahrens 200 umfasst das Ausbilden zumindest eines zweiten Hohlraums, der zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche angeordnet ist, sodass der zweite Hohlraum zwischen der Trägerstruktur und der Hauptoberfläche angeordnet ist und sodass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats, der die Hauptoberfläche umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur bedeckt. Vereinfacht kann der Abschnitt des Halbleitersubstrats, der die Hauptoberfläche umfasst, so angeordnet werden, dass er die Trägerstruktur zumindest teilweise so bedeckt, dass der zweite Hohlraum zwischen der Hauptoberfläche und der Trägerstruktur ist. Das ermöglicht einen Schutz des Strahlerelements von einem Umwelteinfluss und/oder einen Schutz mechanischer Einflüsse. Insbesondere können Verluste aufgrund von Konvektion und/oder Wärmeleitung durch Anordnen zumindest des zweiten Hohlraums reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können weitere Hohlräume zwischen der Trägerstruktur und der Hauptoberfläche und/oder zwischen dem Hohlraum und dem Halbleitersubstrat angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können weitere Hohlräume seitlich zu dem Hohlraum beabstandet angeordnet werden.
3 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren 300 gemäß einer Ausführungsform. Das Halbleitersubstrat kann z.B. zum Anordnen des in Bezug auf das Verfahren 100 beschriebenen Strahlerelements nach Schritt 120 verwendet werden. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 122, worin eine Oxidschicht an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats und an der Trägerstruktur so hergestellt wird, dass die Oxidschicht die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats und die Hauptoberfläche der Trägerstruktur verbindet.
Im Schritt 124 des Verfahrens 300 wird ein Wärme emittierendes Material an der Oxidschicht in einer an der Trägerstruktur angeordneten Region davon angeordnet. Das emittierende Material kann zum Emittieren der Wärmestrahlung, wenn es aktiviert ist, konfiguriert sein, was z.B. umfasst, dass es unter elektrischen Strom gesetzt wird.
Alternativ dazu kann das Strahlerelement durch das Dotieren zumindest eines Abschnitts der Trägerstruktur, sodass die Trägerstruktur als Strahlerelement in den dotierten Regionen davon verwendet werden kann, angeordnet werden.
4 zeigt schematisch ein Verfahrensablaufsbeispiel für ein Verfahren 400 zur Herstellung eines Strahlers gemäß einer Ausführungsform. Im Schritt 410 wird ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat umfasst einen zu der Hauptoberfläche benachbarten Hohlraum, worin ein zwischen dem Hohlraum und der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordneter Abschnitt eine Trägerstruktur ausbildet. Beispielsweise kann der Schritt 410 der Schritt 110 sein.
Im Schritt 420 des Verfahrens 400 ist ein Strahlerelement an der Trägerstruktur angeordnet. Das Strahlerelement ist konfiguriert, eine Wärmestrahlung des Strahlers zu emittieren. Der Hohlraum stellt eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement und dem Halbleitersubstrat bereit. Beispielsweise kann der Schritt 420 der Schritt 120 sein.
Im Schritt 430 des Verfahrens 400 kann eine Abdichtungsstruktur an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hergestellt werden. Die Abdichtungsstruktur kann so produziert werden, dass zumindest ein Abschnitt der Trägerstruktur von der Abdichtungsstruktur unbedeckt bleibt und dass ein (dritter) Hohlraum an der Trägerstruktur erhalten wird, die von der Abdichtungsstruktur unbedeckt ist. Vereinfacht kann der dritte Hohlraum außerhalb des Halbleitersubstrats zwischen der Hauptoberfläche und der Abdichtungsstruktur angeordnet sein. Die Abdichtungsstruktur kann so hergestellt werden, dass das Strahlerelement zwischen dem Hohlraum und dem dritten Hohlraum angeordnet ist. Im Vergleich mit dem in Bezug auf 2 beschriebenen zweiten Hohlraum kann der dritte Hohlraum zumindest teilweise außerhalb des Halbleitersubstrats angeordnet sein, wobei der im Schritt 116 erhaltene zweite Hohlraum zumindest teilweise im Inneren des Halbleitersubstrats angeordnet sein kann. Die Abdichtungsstruktur kann den Schutz des Strahlerelements ermöglichen. Der dritte Hohlraum kann eine Reduktion oder Verringerung von Verlusten aufgrund von Konvektion und Wärmeleitung ermöglichen.
In einem Schritt 440 des Verfahrens 400 kann eine Verbindung (Öffnung des Halbleitersubstrats) zwischen dem ersten Hohlraum und dem dritten Hohlraum durch die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet werden. Die Verbindung kann zu der Trägerstruktur benachbart ausgebildet werden, d.h. an einer seitliche Position durch die Hauptoberfläche neben der Trägerstruktur, sodass eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur und dem Halbleitersubstrat reduziert wird. Vereinfach ausgedrückt kann durch Ausbilden der Öffnung zwischen den Hohlräumen das Material des Halbleitersubstrats und/oder jenes der Trägerstruktur teilweise zwischen der Trägerstruktur und dem Halbleitersubstrat entfernt werden, sodass eine Wärmekopplung und eine Wärmeleitung zwischen der Trägerstruktur und dem Halbleitersubstrat durch die Öffnung reduziert werden kann. Der Schritt 440 kann auch nach dem Schritt 116 ausgeführt werden, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum auszubilden.
In einem fakultativen Schritt 450 des Verfahrens 400 können die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat voneinander getrennt werden, sodass die Trägerstruktur durch die Abdichtungsstruktur oder durch ein zwischen der Abdichtungsstruktur und der Hauptoberfläche angeordnetes Opfermaterial mechanisch fixiert wird. Die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat können getrennt werden, sodass die Trägerstruktur nicht durch das Halbleitersubstrat fixiert wird. Beispielsweise können die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat voneinander in einem ersten Abschnitt (Graben) getrennt werden. Die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat können zumindest teilweise bedeckt (rekombiniert) werden, z.B. durch ein an der Hauptoberfläche angeordnetes Abdichtungsmaterial. Die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat können durch das Abdichtungsmaterial aneinander fixiert (mechanisch miteinander verbunden) werden. Danach kann ein verbleibender Abschnitt des Halbleitermaterials zwischen der Trägerstruktur und dem Halbleitersubstrat entfernt werden, sodass die Trägerstruktur und das Halbleitersubstrat nicht durch das Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats aneinander fixiert (miteinander verbunden) sind.
Zusätzlich dazu kann zwischen der Hauptoberfläche und dem Abdichtungsmaterial ein Hohlraum angeordnet werden, z.B. der dritte Hohlraum. Das kann eine weitere Erhöhung der Wärmeentkopplung zwischen der Trägerstruktur und dem Halbleitersubstrat bereitstellen.
5a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitersubstrats 12 gemäß einer Ausführungsform. Das Halbleitersubstrat 12 umfasst eine Hauptoberfläche 14. Die Hauptoberfläche 14 kann die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 12 (z.B. eines Wafers) sein, die den geringsten Abstand zu einem Hohlraum 16 umfasst. Das Halbleitersubstrat 12 kann durch ein Silizium-auf-Nichts-Verfahren erhalten werden, d.h. das Halbleitersubstrat 12 kann als Silizium-auf-Nichts-Struktur bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 12 ein Halbleiterwafer sein. Beispielsweise, aber ohne darauf beschränkt zu sein, kann ein Wafer eine erste und eine zweite Hauptoberfläche umfassen. Die Hauptoberflächen können eine obere und eine untere Oberfläche sein, worin die Begriffe „oben“ und „unten“ im Sinne der Klarheit verwendet und durch jegliche andere Bezeichnung ausgetauscht werden können, besonders wenn der Wafer gedreht wird.
Ein zwischen dem Hohlraum 16 und der Hauptoberfläche 14 angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats 12 bildet eine Trägerstruktur 18 aus. Zwischen der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 können sich zwei Säulenstrukturen 20a und 20b durch den Hohlraum 16 erstrecken. Die Säulenstrukturen 20a und 20b können einstückig mit der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 ausgebildet werden. Die Säulenstrukturen 20a und 20b können sich zumindest teilweise entlang einer (Dicke-) Richtung parallel zu einer Normalen 22 der Hauptoberfläche 14 erstrecken. Vereinfacht und nur als nicht einschränkendes Beispiel können die Säulenstrukturen 20a und 20b, wenn die Hauptoberfläche 14 als obere Oberfläche bezeichnet wird, unterhalb der Trägerstruktur 18 angeordnet sein.
5b zeigt schematisch eine Draufsicht auf das in 5a gezeigte Halbleitersubstrat 12. Die gepunkteten Linien zeigen an, dass die Säulenstrukturen 20a und 20b und der Hohlraum 16 im Inneren des Halbleitersubstrats 12 vergraben und von der Hauptoberfläche 14 bedeckt sein können.
5c zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Halbleitersubstrats 12, worin zumindest ein Graben 24 an der Hauptoberfläche 14 ausgebildet ist und sich in den Hohlraum 16 erstreckt. In Bezug auf 5b kann der zumindest eine Graben 24 entlang einem Außenumfang des Hohlraums 16 (gepunktete Linie in 5b) oder zu diesem benachbart angeordnet sein. Die Trägerstruktur 18 kann zumindest teilweise von dem Halbleitersubstrat 12 getrennt sein, mit Ausnahme der Säulenstrukturen 20a und 20b. In einer Region des zumindest einen Grabens 24 kann eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 reduziert werden. Der zumindest eine Graben 24 kann auch ein oder mehrere Löcher umfassen, die die Trägerstruktur 18 und das Halbleitersubstrat 12 an der Hauptoberfläche 14 nur teilweise trennen.
Vereinfacht stellen die Säulenstrukturen 20a und 20b einen verringerten Wärmekontakt bereit. Die Säulenstrukturen 20a und 20b können jedwedes Querschnittsprofil umfassen. Beispielsweise kann ein Querschnittsprofil eine Kreis-, eine Ellipsen- oder eine Vieleckform umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Hohlraum 16 jedwedes Querschnittsprofil, wie z.B. Kreis, Ellipse oder Vieleck, umfassen.
5d zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlers 50, der erhalten werden kann, wenn eine Isolierschicht 26 an der Hauptoberfläche 14 und an der Trägerstruktur 18 angeordnet wird. Die Isolierschicht 26 kann ein elektrisch und/oder thermisch isolierendes Material, wie z.B. ein Oxidmaterial, umfassen. Die Isolierschicht 26 kann z.B. durch ein sogenanntes Hochdichteplasmaverfahren (Hochdichteplasma - HDP) angeordnet werden. Die Isolierschicht 26 kann den zumindest einen Graben 24 so bedecken, dass der Hohlraum 16 durch die Isolierschicht 26 abgedichtet wird. Das kann geringe Wärmeverluste der Struktur ermöglichen. Ein Strahlerelement 28 ist an der Isolierschicht 26 angeordnet und zum Emittieren einer Wärmestrahlung 30, wenn es aktiviert ist, konfiguriert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Isolierschicht 26 ein PSG(Phosphorsilikatglas)-Material umfassen.
Die Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials der Isolierschicht 26 kann geringer sein als eine Wärmeleitfähigkeit des Halbleitersubstrats. Die Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials kann um einen Faktor (oder Quotienten) von 10 oder mehr, d.h. um eine Größenordnung, geringer um einen Faktor (oder Quotienten) von 100 oder mehr, d.h. um zwei Größenordnungen, geringer als ein Faktor 100, ein Wert zwischen 50 % und 0,1 % oder weniger, sein.
Das Strahlerelement 28 kann ein leitfähiges Material, wie z.B. ein Metall oder ein Halbleitermaterial, umfassen. Beispielsweise kann das Strahlermaterial ein Wolframmaterial, ein Goldmaterial, ein Kupfermaterial, ein Aluminiummaterial oder dergleichen umfassen. Alternativ dazu kann das Strahlerelement z.B. ein dotiertes oder undotiertes Polysilizium umfassen. Die Isolierschicht 26 kann eine elektrische und/oder Wärmeisolierung des Strahlerelements 28 und des Halbleitersubstrats 12 bereitstellen. Die Isolierschicht 26 kann eine Verkappungsstruktur des Halbleitersubstrats 12 ausbilden und kann ein Abdichten des Hohlraums 16 ermöglichen. Der Strahler 50 kann als Infrarotstrahler betrieben werden.
Anders ausgedrückt ist der Strahler 50 eine einfache Ausführungsform. Primäre Verluste aufgrund von Wärmeleitung in das Substrat werden reduziert oder vermieden.
6a zeigt ein Bild eines Strahlers 60 gemäß einer Ausführungsform. Der Strahler 60 umfasst den Hohlraum 16, einen zweiten Hohlraum 32 und einen weiteren Hohlraum 34. Der zweite Hohlraum 32 und der weitere Hohlraum 34 können z.B. beim Ausführen des Schrittes 116 erhalten werden. Während eines SON-Verfahrens oder eines Venezia-Verfahrens kann eine Vielzahl von Hohlräumen entlang der Dickerichtung erhalten werden. Der zweite Hohlraum 32 kann zwischen dem Hohlraum 16 und der Hauptoberfläche 14 angeordnet sein. Die Trägerstruktur 18 kann einen Abschnitt davon umfassen, der ein dotiertes Siliziummaterial umfasst und das Strahlerelement ausbildet. Eine Form der Trägerstruktur und/oder anderer zwischen Hohlräumen angeordneter Strukturen des Halbleitersubstrats 12 und/oder der Hauptoberfläche kann einer Lamellenstruktur folgen. Ein Schnitt 36 der 6a ist in 6b detaillierter dargestellt.
6b zeigt eine Detailansicht des Schnitts 36 des Strahlers 60. Zwischen der Trägerstruktur 18 und der Hauptoberfläche 14 ist der zweite Hohlraum 32 angeordnet. Eine Erstreckung h₁ entlang der Dickerichtung parallel zur Normalen 22 der Hauptoberfläche 14 kann z.B. etwa 1 µm, z.B. 1,08 µm, betragen. Der Hohlraum 16 kann eine Erstreckung h₂ entlang der Richtung parallel zur Normalen 22 umfassen, die etwa 1,1 µm, z.B. 1,12 µm, beträgt. Der zweite Hohlraum 32 kann eine Erstreckung h₃ entlang der Richtung parallel zur Normalen 22 umfassen, die z.B. etwa 1,3 µm, z.B. 1,29 µm, beträgt. Eine Erstreckung h₄ des zwischen der Hauptoberfläche 14 und dem zweiten Hohlraum 32 angeordneten Halbleitersubstrats kann z.B. etwa 1,2 µm, z.B. 1,234 µm, betragen. Eine Erstreckung h₅ entlang der Richtung parallel zur Normalen 22 kann etwa 0,5 µm, z.B. 0,503 µm, betragen. Die Erstreckung h₅ kann eine sogenannte Absenkung der Hauptoberfläche 14 sein, worin die Absenkung z.B. während des Silizium-auf-Nichts-Verfahrens oder des Venezia-Verfahrens erhalten werden kann. Die Erstreckungen h₁ bis h₄ können einen Wert umfassen, der größer oder gleich 20 nm und kleiner oder gleich 1 mm, größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 100 µm oder größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 10 µm ist. Die Erstreckung h₅ kann einen Wert umfassen, der größer oder gleich 0 nm und kleiner oder gleich 1 mm, größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 10 µm oder größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 5 µm ist.
Anders ausgedrückt zeigen die 6a und 6b eine mehrschichtige SON-Struktur. Die Struktur bietet die Möglichkeit, eine Bedeckung des Strahlers bereits während des Wasserstofftemperns (SON-Verfahren) zu verwirklichen.
7a zeigt eine schematische Querschnittsansicht des den Hohlraum 16 umfassenden Halbleitersubstrats 12. Im Vergleich mit der in 5a gezeigten Querschnittsansicht kann das Halbleitersubstrat 12 ohne die Säulenstrukturen 20a und 20b ausgebildet sein.
7b zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7a dargestellten Halbleitersubstrats 12, worin ein Graben 38 zwischen der Hauptoberfläche 14 und dem Hohlraum 16 ausgebildet ist. Der Graben 38 ist so ausgebildet, dass zumindest eine Verbindung zwischen der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 verbleibt. Der Graben 38 kann z.B. durch ein Laserschneideverfahren oder ein Ätzverfahren, z.B. ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren, erhalten werden.
7c zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7b dargestellten Halbleitersubstrats 12, worin ein Opfermaterial 40 an der Hauptoberfläche 14 angeordnet ist. Das Opfermaterial 40 ist so angeordnet, dass der Graben 38 von dem Opfermaterial 40 teilweise oder vollständig bedeckt ist. Zusätzlich dazu kann die Trägerstruktur 18 zumindest teilweise von dem Opfermaterial 40 bedeckt sein. Das Opfermaterial 40 kann z.B. ein Kohlenstoffmaterial oder ein sonstiges Material sein, das selektiv (d.h. schneller oder mit höherer Entfernungsgeschwindigkeit) in Bezug auf das Halbleitersubstrat und in Bezug auf ein Abdichtungsmaterial 42 entfernt werden kann. Das Abdichtungsmaterial 42 kann an der Hauptoberfläche 14 angeordnet sein und das Opfermaterial 40 bedecken. Vereinfacht zeigt 7c eine Anordnung einer Kohlenstoffverkappung und einer Abdichtung. Das Abdichtungsmaterial 42 kann das Opfermaterial 40 teilweise oder vollständig bedecken, sodass das Opfermaterial 40 einen Raum oder ein Volumen eines Hohlraums in dem Abdichtungsmaterial 42 ausbildet. Das Opfermaterial 40 kann zusätzlich dazu an dem Graben 38 angeordnet sein und kann das Abdichtungsmaterial 42 daran hindern, den Hohlraum 16 zu erreichen.
7d zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7c dargestellten Halbleitersubstrats 12, worin eine Öffnung 44 (ein Graben) in dem Abdichtungsmaterial 42 ausgebildet ist. Der Graben 44 kann in dem Abdichtungsmaterial 42 so ausgebildet werden, dass das Opfermaterial 40 für ein zum zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen, Entfernen des Opfermaterials konfiguriertes Ätzverfahren zugänglich ist. Das Opfermaterial 40 kann durch das Ätzverfahren mit einer höheren Ätzgeschwindigkeit entfernt werden als das Halbleitersubstrat 12 und/oder das Abdichtungsmaterial 42. Das kann das Entfernen des Opfermaterials 40 selbst von langen Strecken ermöglichen, ohne dabei die verbleibende Struktur in unangemessenem Maße zu beschädigen. An einer Stelle, an der das Kohlenstoffmaterial entfernt wurde, kann ein dritter Hohlraum 46 erzeugt werden. Der dritte Hohlraum 46 und der Hohlraum 16 können durch den Graben 38 verbunden sein, sodass der Graben 38 als Verbindung zwischen dem Hohlraum 16 und dem dritten Hohlraum 46 bezeichnet werden kann.
7e zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 7d dargestellten Halbleitersubstrats 12, worin ein weiteres Abdichtungsmaterial 48 an dem Abdichtungsmaterial 42 angeordnet ist, sodass die Öffnung 44 geschlossen werden kann. Das Abdichtungsmaterial 42 kann ein Oxidmaterial sein. Das Abdichtungsmaterial 42 und/oder 48 kann so angeordnet oder erzeugt werden, wie es in Bezug auf die Isolierschicht 26 beschrieben wurde. Das Abdichtungsmaterial 42 und das Abdichtungsmaterial 48 können gleich sein. Alternativ dazu kann das Abdichtungsmaterial 42 sich von dem Abdichtungsmaterial 48 unterscheiden, z.B. ein anderes oxidiertes Material sein und/oder eine andere Struktur (amorph, kristallin oder dergleichen) umfassen. Die Abdichtungsmaterialien 42 und/oder 48 können in Bezug auf die Wärmestrahlung 30 transparent sein.
Die Hohlräume 16 und 46 können durch das Abdichtungsmaterial 42 und/oder das Abdichtungsmaterial 48 abgedichtet sein. Gegebenenfalls können die Hohlräume 16 und/oder 46 zumindest teilweise evakuiert sein, d.h. die Hohlräume 16 und/oder 46 können einen anderen Druck umfassen als eine Umgebungsbedingung des Halbleitersubstrats 12. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Gas oder eine Flüssigkeit in die Hohlräume 16 und/oder 46 eingefüllt sein. Die Abdichtungsmaterialien 42 und 48 können eine Abdichtungsstruktur 52 ausbilden, die konfiguriert ist, die Hohlräume 16 und/oder 46 gegenüber einer Umgebung des Halbleitersubstrats 12 abzudichten. Die Abdichtungsstruktur 52 kann konfiguriert sein, die Hohlräume 16 und 46 hermetisch abzudichten und/oder einen Zustand aufrechtzuerhalten, z.B. einen Druck im Inneren der Hohlräume 16 und/oder 46. Die Hohlräume 16 und 46 können vor dem Abdichten der Hohlräume evakuiert werden. Beispielsweise kann ein Druck z.B. weniger als 100 Millitorr, weniger als 20 Millitorr oder weniger als 10 Millitorr, z.B. 1 Millitorr, betragen.
Das Strahlerelement 28 kann z.B. zumindest ein Abschnitt der Trägerstruktur 18 sein, der eine Dotierung umfasst. Durch das Abdichten der Hohlräume 16 und 46 kann das Strahlerelement 28 verkapselt und abgedichtet werden. Das ermöglicht ein hohes Ausmaß an Reduktion von Verlusten aufgrund von Konvektion (z.B. kann Luftstrom, der Wärmeenergie transportiert, unterbunden werden) und Wärmekopplung (eine geringe Menge an Gasmolekülen oder sogar ein Vakuum kann Wärmekopplung reduzieren oder verringert diese).
7f zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Strahlers 70, der z.B. erhalten werden kann, wenn eine leitfähige Struktur (eine elektrische Verbindung) 54 durch die Abdichtungsstruktur 52 hindurch angeordnet wird. Die leitfähige Struktur 54 kann z.B. ein leitfähiges Material, z.B. ein Metall (z.B. Silber, Gold, Kupfer oder dergleichen), durch die Abdichtungsstruktur 52 hindurch umfassen, um einen elektrischen Kontakt mit dem Strahlerelement 28 herzustellen. Beispielsweise kann ein elektrischer Kontakt dem Halbleitersubstrat 12 oder einer dotierten Region davon bereitgestellt werden, wenn das Halbleitersubstrat 12 ein dotiertes Halbleitermaterial ist. Die leitfähige Struktur 54 ermöglicht eine seitliche elektrische Verbindung des Strahlerelements.
Anders ausgedrückt kann eine Verknüpfung (Verbindung) des Strahlers mit einer Oxidbrücke gleichzeitig mit einer Verarbeitung der Abdichtungsstruktur verwirklicht werden. Nach dem Anordnen der Opferschicht kann eine HDP-Oxid-Verkappung abgeschieden werden. Die Verkappung kann Gräben zwischen dem Strahler und dem Substrat an einer Oberseite (d.h. zu der Hauptoberfläche 14 benachbart) bedecken.
Im Folgenden wird auf die 8a bis f Bezug genommen, die ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlers 80 darstellen. Die in den 8a bis c dargestellten ersten Schritte können gleich den unter Bezugnahme auf die 7a bis c beschriebenen Schritten sein, d.h. das in 8c dargestellte Halbleitersubstrat 12 kann dem in 7c dargestellten Halbleitersubstrat 12 gleich sein.
8d zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die z.B. erhalten werden kann, wenn ein Graben 44' durch das Abdichtungsmaterial 42 ausgebildet wird und sich durch die Hauptoberfläche 14 in das Halbleitersubstrat 12 erstreckt. Der Graben 44' kann so ausgebildet werden, dass er sich in den Hohlraum 16 erstreckt. Der Graben 44' kann an einer zu der Trägerstruktur 18 benachbarten seitlichen Position ausgebildet werden, d.h. er kann sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, sodass er zumindest einen Abschnitt der Trägerstruktur 18 von einem verbleibenden Abschnitt des Halbleitersubstrats befreit. Durch das Ausbilden des Grabens 44' kann ein verbleibender Abschnitt des Halbleitersubstrats 12, der eine Verbindung zwischen der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 (der z.B. nicht durch den Graben 38 entfernt wurde) teilweise oder vollständig entfernt werden kann. Die Trägerstruktur 18 kann von dem Halbleitersubstrat 12 getrennt werden, mit Ausnahme des Abdichtungsmaterials 42.
Vereinfacht kann die Trägerstruktur durch das Abdichtungsmaterial 42 mechanisch an dem Halbleitersubstrat 12 fixiert werden und kann durch das Halbleitersubstrat 12 nicht fixiert werden. Das Abdichtungsmaterial 42 kann das Material der Isolierschicht 26 sein. Beispielsweise kann das Abdichtungsmaterial 42 eine im Vergleich mit der Wärmeleitfähigkeit des Halbleitersubstrats 12 geringere Wärmeleitfähigkeit umfassen, wie das oben in Bezug auf die Isolierschicht 26 beschrieben wurde. Durch vollständiges Trennen der Trägerstruktur 18 und des Halbleitersubstrats 12 mit Ausnahme des Abdichtungsmaterials 42 kann ein Wärmeverlust weiter reduziert werden.
8e zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 8d dargestellten Halbleitersubstrats 12, nachdem das Abdichtungsmaterial 48 angeordnet wurde wie in Bezug auf 7e beschrieben, worin die Abdichtungsstruktur 52 den Graben 44' bedecken und/oder verschließen (abdichten) kann. Die Hohlräume 16 und 46 können zumindest teilweise evakuiert und gegenüber einer Umgebung des Halbleitersubstrats 12 verschlossen sein.
8f zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Strahlers 80, die erhalten wurde, nachdem das leitfähige Element 54 so angeordnet wurde, dass die Trägerstruktur 18 und das Strahlerelement 28 jeweils elektrisch verbunden werden können. Vereinfacht kann eine Verbindung 44 oder 44' zwischen dem Hohlraum 16 und dem dritten Hohlraum 46 durch die Hauptoberfläche 14 zu der Trägerstruktur 18 benachbart ausgebildet werden. Das ermöglicht, dass eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur 18 und dem Halbleitersubstrat 12 reduziert wird.
Die Evakuierung der durch die Abdichtungsstruktur 52 abgedichteten Hohlräume 16 und/oder 46 kann z.B. erhalten werden, wenn die Abdichtungsstruktur 52 zumindest teilweise angeordnet wird, wenn eine evakuierte Umgebung vorliegt, z.B. in einer Vakuumkammer. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Abdichtungsstruktur 52 ein Gettermaterial umfassen, das konfiguriert ist, Gasmoleküle zu absorbieren, die in den durch die Abdichtungsstruktur 52 abgedichteten Hohlräumen vorliegen. Das Gettermaterial kann aktiviert werden (d.h. die Hohlräume können evakuiert werden), nachdem die Hohlräume abgedichtet wurden. Eine Aktivierung des Gettermaterials kann z.B. durch Anlegen einer Temperatur durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Evakuierung erhalten werden, nachdem nach dem Abdichten (zunächst) das Strahlerelement aktiviert wurde.
Wenngleich der Strahler 80 als die Trägerstruktur 18 beschrieben ist, die durch die Abdichtungsstruktur 52 nur mit dem Halbleitersubstrat 12 verbunden ist, kann auch ein verbleibender Abschnitt des Opfermaterials 40, wenn er nicht entfernt wird, eine Verbindung ausbilden.
Wenngleich die oben beschriebenen Ausführungsformen einen Strahler zum Emittieren von Wärmestrahlung und/oder einer Infrarotstrahlung (IR-Strahler) betreffen, können andere Ausführungsformen auch einen Strahler zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung betreffen, der eine Wellenlänge umfasst, die sich von einer Wellenlänge des Infrarot- oder Nahinfrarotbereichs unterscheidet, d.h. andere Quellen elektromagnetischer Strahlung können als Strahlerelement angeordnet werden, z.B. eine Lichtquelle.
Die Strahler 70 und 80 können alternativ dazu ein zumindest teilweise unbedecktes Strahlerelement 28 umfassen, d.h. es kann sein, dass das Strahlerelement 28 nicht (vollständig) abgedichtet ist. Das kann von Vorteil sein, z.B. wenn der Strahler in einem Sensor zum Abfühlen einer Wärmekopplung von Gasen angeordnet ist. Wenn das Strahlerelement 28 unbedeckt (nicht abgedichtet) ist, kann das abzufühlende Gas einen oder mehrere Hohlräume erreichen und das Strahlerelement so kontaktieren, dass die Wärmestrahlung sich durch das Material (das Gas) hindurchbewegt. Das kann integrierte Sensoren ermöglichen. Beispielsweise kann der Strahler 50, 60, 70 oder 80 ein Sensorelement 58 umfassen, das zum Abfühlen einer Spektralabsorption des Materials konfiguriert ist. Das Sensorelement 58 kann z.B. an der Abdichtungsstruktur 52 oder an dem Abdichtungsmaterial 42 angeordnet sein, z.B. wenn das Abdichtungsmaterial 48 nicht vorhanden ist.
Ausführungsformen beziehen sich auf einen integrierten Sensor, der einen Strahler und ein Sensorelement umfasst, das zum Abfühlen oder Detektieren einer Spektralabsorption der durch das Strahlerelement emittierten Wärmestrahlung konfiguriert ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können ein Herstellungsverfahren mit im Vergleich zu bekannten Konzepten geringer Komplexität bereitstellen. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9, die eine schematische Querschnittsansicht eines als gesondertes und nicht verkleinertes Element ausgebildeten Infrarotstrahlers zeigt, wird ein mit Nitrid beschichtetes Polysiliziumfilament 1002 zum Emittieren von Infrarotstrahlung durch ein Siliziumnitridfenster 1004 verwendet. Ein solches Verfahren kann eine Vielzahl von Ätzschritten, das Erzeugen eines Polysiliziumelements und das Bedecken des Polysiliziumelements erfordern. Ein Siliziumsubstrat wird durch chemisches Nassätzen strukturiert. Danach wird ein IR-Strahler (Polysilizium) in einer PSG-Opferschicht (PSG: Phosphorsilikatglas) eingebettet. Nach einer Strukturierung einer Nitridschicht wird die Opferschicht entfernt und der Hohlraum evakuiert und abgedichtet. Dieses Konzept verlangt eine hohe Komplexität und das Erzeugen von Polysiliziumelementen. Insbesondere die Kombination aus einer Erzeugung des Heizelements und einer Evakuierung ist noch nicht ausreichend gelöst. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können hingegen durch Strukturierung des Halbleitersubstrats erhalten werden, was ein einfaches und präzises Verfahren ermöglichen kann.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 10, die einen IR-Strahler 2000 gemäß einem bekannten Konzept zeigt, verwendet der IR-Strahler einen SOI-Wafer (SOI = Silizium-auf-Isolator) als Ausgangsmaterial des Integrationskonzepts. Eine Kragbalkenstruktur 2002 wird aus einer oberen Siliziumschicht strukturiert. Das Konzept leidet an einer hohen Wärmeleitung und einem folglich geringen Wirkungsgrad. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können eine Wärmeisolation durch die Oxidschicht 26 und/oder durch das Abdichten von Hohlräumen und folglich wirksamere Strahler ermöglichen.
Die in den 9 und 10 gezeigten bekannten Konzepte arbeiten mit einer beschwerlichen, teilweise kostspieligen Integrationsreihenfolge. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können im Vergleich zu bekannten Konzepten so in ein CMOS-Verfahren integriert werden, dass die Herstellung der Strahler in bestehende Herstellungsverfahren integriert werden kann.
Anders ausgedrückt ermöglichen die oben beschriebenen Ausführungsformen eine Integration eines Strukturelements, das Silizium als Heizelement (Strahlerelement) für einen Infrarotstrahler umfasst. Das kann die Anwendung eines Silizium-auf-Nichts-Verfahrens (eines Venezia-Verfahrens) zum Strukturieren eines hochohmischen, freiliegenden Siliziumelements (einer Trägerstruktur) umfassen. Dieses Siliziumelement kann durch Anwendung eines Kohlenstoffopferschichtverfahrens mit einer Verkappung (Abdeckung) ausgestattet werden. Die Verkappung kann ein Oxid oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Aufgrund eines Evakuierungs-Abdichtungs-Verfahrens kann die emittierende Struktur verkapselt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen das Erzeugen eines Infrarotstrahlers unter Rückgriff auf zugelassene und kostengünstige Verfahren und Materialien. Ferner kann sogar ein evakuiertes Strahlerelement erzeugt werden.
Die Silizium-auf-Nichts-Schicht kann in ihrer Dotierung und ihrer Leitfähigkeit mithilfe von epitaktischem Wachstum vor ihrer Erzeugung und gemäß einer Ausführungsform definiert werden. Eine geometrische Ausdehnung, insbesondere eine Höhe der Hohlräume (Erstreckung entlang der Richtung parallel zur Normalen der Hauptoberfläche), kann so gewählt werden, dass eine Emission ausgewählter Spektralbereiche unterstützt werden kann, z.B. basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Höhe des Hohlraums und der IR-Wellenlänge. Die geometrische Ausdehnung des Strahlerelements kann basierend auf Grabenätzung beliebig ausgelegt werden, z.B. als eine Spule, ein Ring, ein Mäander oder dergleichen. Gemäß manchen Ausführungsformen können die oben stehend beschriebenen Strahler in einem CMOS-Verfahren hergestellt werden. Das Opferschichtverfahren zum Verkapseln kann die Entfernung der Opferschicht umfassen. Die Entfernung kann durch Verwendung eines Materials unterstützt werden, das eine hohe Selektivität in Bezug auf die Ätzgeschwindigkeit und in Bezug auf die Ätzgeschwindigkeiten der umgebenden Materialien umfasst. So kann die vollständige Opferschicht gewiss sogar von weit entfernten Punkten (Graben 44 oder 44') entfernt werden. Zusätzlich dazu kann die Herstellung durch ausschließlichen Rückgriff auf Trockenätzverfahren erreicht werden, sodass Probleme wie Kleben nicht auftreten.
Ein Aspekt der oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine Integration eines Infrarotstrahlers unter Anwendung eines Silizium-auf-Nichts-Verfahrens. Das umfasst das Erzeugen einer im Wesentlichen freistehenden Struktur aus einem oberflächlichen Siliziumelement. Das Element kann mit dem Substrat mit der SON-Lamelle verbunden werden. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Wärme emittierende Schicht an der Lamelle angeordnet. Die Wärme emittierende Schicht kann z.B. Wolfram, Polysilizium oder dergleichen umfassen. In diesem Fall dient die Lamelle als Wärmeisolierung auf der Unterseite.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine seitliche Verbindung des Strahlers durch ein Oxid verwirklicht, worin das SON-Silizium selbst als Strahler dient.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das emittierende Siliziumelement mit einer Verkapselung bereitgestellt, indem ein Kohlenstoffopferschichtverfahren ausgeführt wird, worin der entstehende Hohlraum evakuiert und abgedichtet wird.
Wenngleich manche Aspekte im Kontext einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen im Kontext eines Verfahrensschrittes beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Details anderen Fachleuten klar sind. Die Absicht ist daher, nur durch den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche und nicht durch die mittels Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsformen hierin dargebrachten konkreten Details eingeschränkt zu sein.

Claims

Verfahren (100; 400) zur Herstellung eines Strahlers (50; 60; 70; 80), das Folgendes umfasst: das Bereitstellen (110; 410) eines Halbleitersubstrats (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet, so dass ein an der Trägerstruktur (18) angeordnetes Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren, worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; worin das Bereitstellen (110; 410) des Halbleitersubstrats (12) Folgendes umfasst: das Anordnen (112) des Halbleitersubstrats (12); das Ausbilden (114) des Hohlraums (16) in dem Halbleitersubstrat (12) mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren, sodass der Hohlraum (16) durch das Halbleitersubstrat (12) verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) einstückig gebildet sind; und das Ausbilden (114) zumindest eines zweiten Hohlraums (32), der zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist, sodass der zweite Hohlraum (32) zwischen der Trägerstruktur (18) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist und sodass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (12), der die Hauptoberfläche (14) umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur (18) bedeckt, wobei zwischen dem Hohlraum (16) und dem zweiten Hohlraum (32) Material des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Strahlerelement (28) so angeordnet ist, dass die Trägerstruktur (18) zwischen dem Hohlraum (16) und dem Strahlerelement (28) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Hohlraum (16) so ausgebildet ist, dass die Trägerstruktur (18) und das Halbleitersubstrat (12) miteinander durch eine integral ausgebildete Säulenstruktur (20a, 20b) verbunden sind, die sich von der Trägerstruktur (18) entlang einer Richtung parallel zu einer Normalen (22) der Hauptoberfläche (14) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner das dauerhafte Reduzieren eines atmosphärischen Drucks in dem Hohlraum (16) im Vergleich zu einem Umgebungsdruck des Halbleitersubstrats (12) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner das Herstellen einer elektrischen Verbindung (54) mit dem Strahlerelement (28) umfasst.
Verfahren (100; 400) zur Herstellung eines Strahlers (50; 60; 70; 80), das Folgendes umfasst: das Bereitstellen (110; 410) eines Halbleitersubstrats (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet; und das Anordnen (120; 420) eines Strahlerelements (28) an der Trägerstruktur (18), wobei das Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren, worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; worin das Bereitstellen (110; 410) des Halbleitersubstrats (12) Folgendes umfasst: das Anordnen (112) des Halbleitersubstrats (12); das Ausbilden (114) des Hohlraums (16) in dem Halbleitersubstrat (12) mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren, sodass der Hohlraum (16) durch das Halbleitersubstrat (12) verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) einstückig gebildet sind; und worin der Hohlraum (16) so ausgebildet ist, dass die Trägerstruktur (18) und das Halbleitersubstrat (12) miteinander durch eine integral ausgebildete Säulenstruktur (20a, 20b) verbunden sind, die sich von der Trägerstruktur (18) entlang einer Richtung parallel zu einer Normalen (22) der Hauptoberfläche (14) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Strahlerelement (28) durch ein Dotieren zumindest eines Abschnitts der Trägerstruktur (18) oder das Anordnen eines Wärme emittierenden Materials an der Trägerstruktur (18) erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, das Folgendes umfasst: das Herstellen (122) einer Oxidschicht (26) an der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) und an der Trägerstruktur (18), sodass die Oxidschicht (26) die Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) und die Hauptoberfläche der Trägerstruktur (18) verbindet; und das Anordnen (124) des Wärme emittierenden Materials an der Oxidschicht (26) in einer an der Trägerstruktur (18) angeordneten Region davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das ferner Folgendes umfasst: das Herstellen (430) einer Abdichtungsstruktur (52) an der Hauptoberfläche (14), sodass zumindest ein Abschnitt der Trägerstruktur (18) von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt bleibt und sodass ein dritter Hohlraum (46) an der Trägerstruktur (18) erhalten wird, die von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt ist, und sodass das Strahlerelement (28) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Herstellen der Abdichtungsstruktur (52) Folgendes umfasst: das Abscheiden eines Opfermaterials (40) an dem Abschnitt der Trägerstruktur (18); das Abscheiden eines Abdichtungsmaterials (42) der Abdichtungsstruktur an der Hauptoberfläche (14) und an dem Opfermaterial (40); und das Entfernen des Opfermaterials (40), sodass der dritte Hohlraum (46) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, worin das Abscheiden des Abdichtungsmaterials (42) das Abscheiden eines Oxidmaterials mit einem Hochdichteplasmaverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, das ferner Folgendes umfasst: das Ausbilden einer Verbindung (38; 44) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) durch die zu der Trägerstruktur (18) benachbarte Hauptoberfläche (14) hindurch, sodass eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur (18) und dem Halbleitersubstrat (12) reduziert wird.
Strahler (50; 60; 70; 80), der Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet, an der ein Strahlerelement (28) angeordnet ist, wobei das Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren; worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; wobei der Hohlraums (16) in dem Halbleitersubstrat (12) mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren erzeugt ist, wobei der Hohlraum (16) durch das Halbleitersubstrat (12) verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) einstückig gebildet sind; und wobei zumindest ein zweiter Hohlraums (32) ausgebildet ist, der zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist, wobei der zweite Hohlraum (32) zwischen der Trägerstruktur (18) und der Hauptoberfläche (14) angeordnet ist und wobei ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (12), der die Hauptoberfläche (14) umfasst, zumindest teilweise die Trägerstruktur (18) bedeckt, wobei zwischen dem Hohlraum (16) und dem zweiten Hohlraum (32) Material des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist.
Strahler nach Anspruch 13, worin das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) ein einkristallines Halbleitermaterial umfassen.
Strahler nach einem der Ansprüche 13 bis 14, worin ein atmosphärischer Druck in dem Hohlraum (16) im Vergleich zu einem Umgebungsdruck des Strahlers (60; 70; 80) reduziert ist.
Strahler nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin der Hohlraum (16) eine Erstreckung (h₂) entlang einer Richtung parallel zu einer Normalen (22) der Hauptoberfläche (14) umfasst, wobei die Erstreckung (h₂) zumindest 20 nm und höchstens 1 mm beträgt.
Strahler (50; 60; 70; 80), der Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet; und ein an der Trägerstruktur (18) angeordnetes Strahlerelement (28), wobei das Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren; worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; wobei der Hohlraums (16) in dem Halbleitersubstrat (12) mit einem Silizium-auf-Nichts-Verfahren oder einem Venezia-Verfahren erzeugt ist, wobei der Hohlraum (16) durch das Halbleitersubstrat (12) verkapselt ist und sodass das Halbleitersubstrat (12) und die Trägerstruktur (18) einstückig gebildet sind; und wobei der Hohlraum (16) so ausgebildet ist, dass die Trägerstruktur (18) und das Halbleitersubstrat (12) miteinander durch eine integral ausgebildete Säulenstruktur (20a, 20b) verbunden sind, die sich von der Trägerstruktur (18) entlang einer Richtung parallel zu einer Normalen (22) der Hauptoberfläche (14) erstreckt.
Strahler nach Anspruch 17, der ferner eine Abdichtungsstruktur (52) an der Hauptoberfläche (14) umfasst, worin ein dritter Hohlraum (46) an einem Abschnitt der Trägerstruktur (18) angeordnet ist, der von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt ist, worin das Strahlerelement (28) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) angeordnet ist.
Sensor, der Folgendes umfasst: einen Strahler (50; 60; 70; 80) nach einem der Ansprüche 13 bis 18; ein Sensorelement (58), das zum Empfangen der Wärmestrahlung (30) und zum Bestimmen einer Spektralabsorption der Wärmestrahlung eines zwischen dem Sensorelement (58) und dem Strahlerelement (28) angeordneten Materials konfiguriert ist, wobei die Spektralabsorption dadurch verursacht wird, dass die Wärmestrahlung (30) sich durch das zwischen dem Sensorelement (58) und dem Strahlerelement (28) angeordnete Material hindurchbewegt.
Verfahren (100; 400) zur Herstellung eines Strahlers (50; 60; 70; 80), das Folgendes umfasst: das Bereitstellen (110; 410) eines Halbleitersubstrats (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet; und das Anordnen (120; 420) eines Strahlerelements (28) an der Trägerstruktur (18), wobei das Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren, worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; das Herstellen (430) einer Abdichtungsstruktur (52) an der Hauptoberfläche (14), sodass zumindest ein Abschnitt der Trägerstruktur (18) von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt bleibt und sodass ein dritter Hohlraum (46) an der Trägerstruktur (18) erhalten wird, die von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt ist, und sodass das Strahlerelement (28) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) angeordnet ist; das Ausbilden einer Verbindung (38; 44) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) durch die zu der Trägerstruktur (18) benachbarte Hauptoberfläche (14) hindurch, sodass eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur (18) und dem Halbleitersubstrat (12) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner Folgendes umfasst: das Trennen der Trägerstruktur (18) und des Halbleitersubstrats (12), sodass die Trägerstruktur (18) durch ein Abdichtungsmaterial (42) oder durch ein Opfermaterial (40) mechanisch fixiert ist und durch das Halbleitersubstrat (12) nicht fixiert ist.
Strahler, der Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (12) mit einer Hauptoberfläche (14), wobei das Halbleitersubstrat (12) einen zu der Hauptoberfläche (14) benachbarten Hohlraum (16) umfasst, worin ein zwischen dem Hohlraum (16) und der Hauptoberfläche (14) des Halbleitersubstrats (12) angeordneter Abschnitt des Halbleitersubstrats (12) eine Trägerstruktur (18) ausbildet; und ein an der Trägerstruktur (18) angeordnetes Strahlerelements (28), wobei das Strahlerelement (28) konfiguriert ist, eine Wärmestrahlung (30) des Strahlers (50; 60; 70; 80) zu emittieren, worin der Hohlraum (16) eine Reduktion einer Wärmekopplung zwischen dem Strahlerelement (28) und dem Halbleitersubstrat (12) bereitstellt; eine Abdichtungsstruktur (52) an der Hauptoberfläche (14), sodass zumindest ein Abschnitt der Trägerstruktur (18) von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt bleibt und sodass ein dritter Hohlraum (46) an der Trägerstruktur (18) erhalten wird, die von der Abdichtungsstruktur (52) unbedeckt ist, wobei das Strahlerelement (28) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) angeordnet ist; eine Verbindung (38; 44) zwischen dem Hohlraum (16) und dem dritten Hohlraum (46) durch die zu der Trägerstruktur (18) benachbarte Hauptoberfläche (14) hindurch, sodass eine Wärmekopplung zwischen der Trägerstruktur (18) und dem Halbleitersubstrat (12) reduziert wird.
Strahler nach Anspruch 22, worin die Trägerstruktur (18) durch die Abdichtungsstruktur (52) oder durch ein sich von einem Material eines Halbleitersubstrats (12) unterscheidendes Opfermaterial (40) mechanisch fixiert ist und durch das Halbleitersubstrat (12) nicht fixiert ist.
Strahler nach einem der Ansprüche 22 bis 23, der ferner eine elektrische Verbindung (54) mit dem Strahlerelement (28) umfasst, worin die elektrische Verbindung (54) durch die Abdichtungsstruktur (52) hindurch angeordnet ist.