DE3333410A1

DE3333410A1 - Halbleiter-strahlungsdetektor mit waermegedaemmter aufhaengung

Info

Publication number: DE3333410A1
Application number: DE19833333410
Authority: DE
Inventors: Ottmar Dipl.-Ing. 8000 München Koeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-15
Filing date: 1983-09-15
Publication date: 1985-04-11

Description

Halbleiter-Strahlungsdetektor mit wärmegedämmter Auf-
hängunq.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Strahlungsdetektor, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Bekannt ist es, eine Halbleiterdiode mit entsprechender Ausgestaltung als Strahlungsdetektor für insbesondere Infrarot-Strahlung zu verwenden. Als Halbleitermaterial kommt insbesondere Silizium in Frage. Da sich die temperaturempfindliche Wirkung einer solchen Diode auf einen an sich relativ kleinen Volumenbereich einer solchen Diode beschränkt, wird angestrebt, eine solche Diode so aufzubauen, daß sie möglichst kleine Wärmekapazität besitzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für eine als Halbleiter-Strahlungsdetektor zu verwendende Halbleiterdiode anzugeben, die hohe Temperaturempfindlichkeit besitzt und nach Art eines Bolometers verwendet werden kann Diese Aufgabe wird mit einem Halbleiter-Strahlungsdetektor gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweIst.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die als Strahlungsdetektor zu verwendende erfindungsgemäße Halbleiterdiode (nicht nur) geringe Wärmekapazität haben darf, sondern daß sie außerdem auch so - z.B. in einer größeren Schaltung, z.B. einer integrierten Schaltung - konstruktiv aufgebaut werden muß, daß sie mit wärmegedämmten Halterungen konstruktiv befestigt ist.
Weitere Erläuterungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung zu den beigfügten Figuren erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine geschnittene Seitendarstellung eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors und Fig.2 ein Fließbild zum Herstellungsverfahren.
Mit 1 ist in Fig.1 die eigentliche Halbleiterdiode des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors bezeichnet. Sie besteht aus einem Halbleiterkörper 2 aus z.B. Silizium. Mit 3 ist ein elektrischer Kontakt bezeichnet, der sich auf der einen Oberfläche des Körpers 2 befindet. Durch eine in dem Oxidfilm 4 befindliche lochartige Öffnung hindurch besteht elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 3 und dem Halbleiterkörper 2. Mit 5 ist eine elektrische Leiterbahn bezeichnet, z.B. aus Gold, Polysilizium oder anderem an sich hierfür bekanntermaßen verwendeten Material. Diese Leiterbahn verbindet den Kontakt 3 mit dem z.B. angebondeten Anschluß 6. Mit 7 ist der als Gegenelektrode dienende Kontakt bezeichnet, der auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 2 an diesem anliegt. Vorzugsweise ist dieser Kontakt 7 eine ganzflächige Metallbeschichtung. Dieser Kontakt 7 kann z.B. der Masse-Anschluß einer gesamten integrierten Schaltung sein, in der die Diode 1 ein Anteil ist.
Mit 8 ist auf einen elektrischen Anschluß für diesen Kontakt 7 hingewiesen.
Mit 10 ist der nur teilweise dargestellte Körper eines Substrates, z.B. des Substratkörpers der gesamten integrierten Schaltung, bezeichnet. Die Diode 1 befindet sich - wie aus der Figur ersichtlich - in einem Innenbereich dieses Substrates 10, wobei dieser Bereich für die Aufnahme der Diode 1 z.B. kreisförmig oder ähnlich gestaltet ist. Es kann aber auch vorteilhaft sein, unter Anwendung einer Epitaxie die Diode auf dem Substrat aufzubauen.
Noch weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines für die Erfindung geeigneten Herstellungsverfahrens hervor.
Man geht zunächst von einem Substrat 10 aus Halbleitermaterial aus, das gleichmäßige Dicke hat. Mit Hilfe fotolithografischer Ätztechnologie wird von der in der Figur oberen Seite her eine beispielsweise ringförmige Vertiefung in das Substrat 10 hereingeätzt, in deren Zentrum diejenige Erhebung (Mesa-Struktur) aus Halbleitermaterial stehenbleibt, die dem oben beschriebenen Körper 2 entspricht.
Auf die (in der Fig.1 obere) Oberfläche des Substrates wird dann ganzflächig der Oxidfilm 4 aus z.B. Siliziumdioxid aufgebracht bzw. in dieser Fläche erzeugt. Die Erzeugung des Oxidfilms kann durch Abscheidung (Pyrolyse, Aufsputtern oder dergleichen) bewirkt oder durch thermische Oxidation erfolgt sein. Die Dicke h dieses Oxidfilms 4 wird z.B. zwischen 0,1 und 1,0 Mm, insbesondere mit 0,5 Mm, bemessen. Wie ersichtlich, erstreckt sich dieser Oxidfilm sowohl über das Material des Substrates 10 als auch über den aus dem Substrat 10 hervorgegangenen Körper 2.
Anschließend wird die Rückseite, d.h. die in der Fig.1 untere Seite des Substrates 10, einer Ätzbehandlung unterworfen. Es wird der aus der Fig.1 ersichtliche Raumbereich 11 aus dem Substrat 10 herausgeätzt. Dabei wird der Oxidfilm 4 als Ätzstop verwendet. Als Ätzmittel wird in an sich be- kannter Weise eine entsprechende, für das Ätzen des Halbleitermaterials und für das Nichtätzen des Oxidfilms geeignete Ätze benutzt.
Das voranstehend beschriebene Ätzen des Substrates 10 von der Rückseite führt dazu, daß der Halbleiterkörper 2 nur noch von dem Oxidfilm gehalten ist. Die mit 7 bezeichnete metallische Beschichtung wird abschließend aufgebracht.
Die metallische Beschichtung 7 ist bekanntermaßen sehr dünn und hat entsprechend geringe laterale Wärmeleitungseigenschaft. Eine weitere Verminderung der Wärmeleitungseigenschaft der Schicht 7 kann dadurch erreicht werden, daß im ringförmigen Bereich zwischen dem Substrat 10 und dem Halbleiterkörper 2 nur einzelne Metallstege die notwendige elektrische Verbindung bilden.
Die eigentliche Halterung des Halbleiterkörpers 2 innerhalb des Substrates 10 bewirkt der Oxidfilm 4. Dieser hat - abgesehen von elektrischer Isolationseigenschaft - ebenfalls nur relativ geringe spezifische Wärmeleitfähigkeit, so daß der Halbleiterkörper 2 innerhalb des Substrates 10 mit optimal geringem Wärmekontakt, jedoch mechanisch fest mit dem Substrat 10 verbunden ist.
Mit 20 ist auf Möglichkeiten der Einstrahlung zu detektierender Strahlung hingewiesen.
Da der erfindungsgemäße Detektor aufgrund seines inneren Aufbaues, d.h. als Halbleiterstruktur, im wesentlichen ein Temperatursensor ist, wird zur Umsetzung der eingestrahlten Intensität in ein äquivalentes elektrisches Signal in erster Linie der thermische Effekt der Strahlung genutzt. Gegebenenfalls wird zusätzlich auch - z.B. für Silizium für Wel- lenlängen kleiner 1,2 Mm - ein außerdem vorhandener optischer Quanteneffekt ausgenutzt. Wesentlich ist die durch die auf den Detektor auffallende Strahlung erzeugte Temperaturerhöhung. Es kann dabei sogar offenbleiben, ob die Strahlung tatsächlich in das Halbleitermaterial eindringt.
Wichtig ist, daß die Strahlung nicht zu stark reflektiert, sondern daß sie absorbiert wird und somit eine Temperaturerhöhung des Detektors bewirkt. Um diese Temperaturerhöhung maximal zu machen, wird die mit 20' bezeichnete Art der Einstrahlung bevorzugt, wobei die Beschichtung 7 zum weiteren Vorteil so gewählt wird, daß in dieser eine möglichst hohe, nahezu wellenlängenunabhängige Absorption erreicht wird. Beispielsweise läßt sich dies dadurch erreichen, daß für die für den Kontakt 7 vorgesehene Metallisierungsbeschichtung Aluminium verwendet wird und daraufliegend eine weitere Schicht 17 aus absorbierendem Material, z.B. sogenanntem schwarzen Gold (siehe 'sInfluence of black coding on pyroelectric detectors, W.A. Blevin & Jong, "Applied Optics", Mai 1974, Vol.13, No.5, S.1171 ff.) vorgesehen ist.
Wenn ein bereits oben erwähnter optischer Quanteneffekt für einen erfindungsgemäßen Detektor eine wesentliche Rolle spielt, können z.B. Einstrahlungen 20" von Vorteil sein.

4 P't ansprüche

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche: (1. Halbleiter-Strahlungsdetektor mit einer Halbleiterdiode (1), die mittels einer Aufhängung gehaltert ist, g e k e n n z e i c h n e t dadurch daß die Halbleiterdiode (1) einen Halbleiterkörper (2) besitzt, der mittels eines Oxidfilms (4) innerhalb eines Substrates (10) gehaltert ist, ohne daß zwischen dem Halbleiterkörper (2) der Diode (1) und dem Substrat (10) eine mechanische Verbindung aus Material dieses Substrates (10) und dem Material des Halbleiterkörpers (2) besteht, und daß das Substrat (10) und der Halbleiterkörper (2) aus demselben Halbleitermaterial bestehen.
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß die eine Elektrode eine ganzflächige, dünne Metallisierungsschicht ist, die sich über wenigstens einen Anteil des Substrates (10), über die eine Fläche des Halbleiterkörpers (2) und über denjenigen Ane teil des Oxidfilms (4) erstreckt, der sich zwischen dem Halbleiterkörper (2) und dem Substrat (10) befindet.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß der Halbleiterkörper (2) eine Mesa-Struktur innerhalb des Substrates (10) ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß zunächst ein Substrat (10) aus Halbleitermaterial von der einen Substratfläche her derart geätzt wird, daß ein Halbleiterkörper (2) als Mesa-Struktur innerhalb des Substrates (10) entsteht, daß die Oberfläche dieses Halbleiterkörpers (2) mit Mesastruktur mit einem Oxidfilm (4) versehen ist, der sich wenigstens zu einem Anteil auf die Oberfläche des stehengebliebenen Substrates (10) erstreckt, daß dann das Substrat (10) von der gegenüberliegenden Seite desselben bis auf den zuvor aufgebrachten Oxidfilm (4) im Bereich des Halbleiterkörpers (2) derart abgeätzt wird, daß der noch am Oxidfilm (4) anhaftende Halbleiterkörper (2) stehenbleibt, daß dann die zuletzt geätzte Oberfläche mit einer Metallisierung (7) als Gegenelektrode versehen wird und daß die Vorderseite des Halbleiterkörpers (2) in an sich bekannter Weise mit einem elektrischen Kontakt (3) versehen wird.