DE69123575T2 - Thermischer infrarotdetektor des bolometertyps mit halbleiterfilm - Google Patents

Thermischer infrarotdetektor des bolometertyps mit halbleiterfilm

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor, eine zweidimensionale Anordnung aus solchen Detektoren und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Detektors.
  • Der erfindungsgemäße Detektor betrifft Widerstandsbolometerdetektoren. Dabei wird auf den Detektor treffende Strahlung absorbiert, die einen Anstieg der Detektortemperatur und eine Änderung des elektrischen Widerstands bewirkt. Die Widerstandsänderung kann man als Änderung des elektrischen Einspeisestroms, der durch den Detektor fließt, bzw. der Vorspannung, die am Detektor anliegt, erkennen. Widerstandsbolometer, in denen Dünnfilme verwendet werden, sind bekannt. Man kann dabei auf einen Artikel von K.C. Liddiard mit dem Titel "Thin Film Resistance Bolometer IR Detectors" Bezug nehmen, der in Infrared Physics, Vol. 24, NO. 1, p. 57, January 1984, veröffentlicht wurde, sowie auf die dort angegebenen Quellen. Gemäß WO82/01066 (entsprechend EPA No. 0 060 854) wird ein Infrarotdetektor bereitgestellt mit einem tragenden Substrat und einem darin gebildeten Hohlraum, einer dielektrischen Membrane aus Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, die über dem Hohlraum im Substrat aufgehängt ist, und einer auf der Membrane abgelagerten wärmeempfindlichen Schicht mit dünnen Metallkontakten daran. Der genannte Artikel und die veröffentlichte Patentschrift beziehen sich jedoch auf Metallfilm-Bolometerdetektoren, bei denen das wärmeempfindliche Material ein dünner Metallfilm ist. Diese Detektoren weisen einen kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR, TCR = Temperature Coefficient of Resistance) und einen niedrigen elektrischen Widerstand auf. Die beiden Eigenschaften zusammen ergeben sehr kleine Signalpegel im Nanovoltbereich. Folglich ist die Infrarotempfindlichkeit gemessen als Verhältnis der Signalspannung zur einfallenden Strahlungsleistung ebenfalls klein, üblicherweise kleiner als 100 Volt pro Watt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Erfaßbarkeit dadurch zu verbessern, daß man einen Halbleiterfilm als wärmeempfindliches Material verwendet. Dabei sind der TCR und der elektrische Widerstand wesentlich größer. Man erhält Signale im Mikrovoltbereich und entsprechende Empfindlichkeiten, die größer sind als 10000 Volt pro Watt. Durch solch große Signalpegel zusammen mit einem geringeren Leistungsverlust eignet sich das Halbleiterbolometer besserfür große Brennebenenanordnungen. Das US-Patent 4,116,063 beschreibt ein Bolometer, das besonders dafür entworfen wurde, bei sehr niedrigen Temperaturen zu arbeiten. Es weist als Fühlbauteil einen Halbleiterkristall auf, der auf zwei Flächen mit Trägern aus dem gleichen Material verlängert ist, die jedoch einen geringeren Querschnitt haben und metallisiert sind. Das US-Patent 3,069,644 beschreibt ein Bolometer, umfassend eine evakuierte Hülle, die einen Glasrahmen hat, einen Dünnfilm aus Isoliermaterial mit beabstandeten Streifen aus Metallfilm auf dem Isolierfilm, und eine dünne längliche Schicht aus Halbleitermaterial, das sich quer zum Streifen erstreckt. Ein Halbleiterfilm-Bolometerinfrarotdetektor ist in dem Artikel von K.C. Liddiard mit dem Titel "Thin Film Resistance Bolometer IR Detectors - II", veröffentlicht in Infrared Physics, Vol. 26, No. 1, p. 43, January 1986 beschrieben. EP-A-0354369 beschreibt einen Infrarotdetektor, der einen Halbleiterwiderstand enthält, der über einem Substrat aufgehängt ist. Damit man Wärme wirksam bei einer bestimmten Wellenlänge (λ) erkennen kann, ist der Halbleiterwiderstand über dem Substrat in einer Höhe von λ/4 im Vakuum aufgehängt, so daß er ein Interferenzlichtfilter bildet. Die erforderlichen Herstellungsverfahren zum Fertigen eines derartigen Detektors sind jedoch kompliziert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Infrarotdetektor mit einem tragenden Substrat bereitgestellt mit einem darin gebildeten Hohlraum, einer dielektrischen Membrane aus Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, die über dem Hohlraum im Substrat aufgehängt ist, und einer auf der Membrane abgelagerten wärmeempfindlichen Schicht mit dünnen Metallkontakten daran, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Membrane Löcher oder Schlitze enthält, durch die der Hohlraum durch Ätzen gebildet wird, und die wärmeempfindliche Schicht mit dünnen Metallkontakten ein Interferenzlichtfilter ist, in dem eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht zwischen als Schichten ausgebildeten ersten und zweiten Dünnfilm-Metallkontakten angeordnet ist, wobei die Stärke der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der zu erkennenden Infrarotwellenlänge multipliziert mit ihrer Brechzahl ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine zweidimensionale Anordnung aus Infrarotdetektoren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarotdetektors mit folgenden Schritten bereitgestellt:
  • (a) thermische Oxidierung der Oberfläche eines Siliziumsubstrats und Strukturierung eines Fensters durch die sich ergebende oxidierte Oberfläche;
  • (b) Ablagern einer Schicht im Fenster, die im Vergleich zum Substrat und der oxidierten Oberfläche verhältnismäßig leicht zu ätzen ist;
  • (c) Ablagern eines dielektrischen Films geringer Wärmeleitfähigkeit über dem so gebildeten Substrat;
  • (d) Bilden eines ersten Dünnmetallfilms auf dem dielektrischen Film mit einer vorgewählten Leiterstruktur;
  • (e) Bilden einer wärmeempfindlichen Halbleiterschicht auf ausgewählten Bereichen des ersten Metallfilms, wobei die Schicht eine Stärke aufweist, die im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der zu erkennenden Infrarotstrahlung multipliziert mit ihrer Brechzahl ist;
  • (f) Bilden eines zweiten Dünnmetallfilms auf der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht mit einer vorgewählten Leiterstruktur, wobei der erste und zweite Metallfilm und die wärmeempfindliche Halbleiterschicht ein Interferenzlichtfilter bilden; und
  • (g) Strukturieren von Löchern oder Schlitzen bis zu der im Schritt b) ausgebildeten Schicht und Wegätzen dieser Schicht, um die dielektrische Membrane über einer Öffnung im oxidierten tragenden Substrat hängen zu lassen.
  • Es wird nun beispielhaft Bezug auf die Zeichnungen genommen.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Draufsichtsskizze eines Detektorbauteils, das die Erfindung ausführt;
  • Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1;
  • Fig. 3 zwei Querschnittsansichten von Schritten in einem Verfahren, das einen Aspekt der Erfindung ausführt;
  • Fig. 4 zwei mögliche Kontaktanordnungen in einem Detektor, der die Erfindung ausführt; und
  • Fig. 5 eine Detektoranordnung und eine zugehörige Mikroelektronikschaltung auf dem gleichen Substrat.
  • Es wird nun Bezug auf Fig. 1 und 2 genommen. Sie zeigen die Draufsicht eines Detektorbauteils 1, das auf einem Substrat aus einem monokristallinen Siliziumwafer (oder Scheibchen) mit einer (1-0-0) Oberflächenorientierung bereitgestellt ist, wie man es zum Herstellen von monolithischen Mikroschaltungen verwendet. Das Detektorbauteil 1 umfaßt einen unteren elektrischen Kontakt 2, eine Halbleiterschicht 3 und einen oberen elektrischen Kontakt 4. Die Membran ist mit 5 bezeichnet, das Siliziumwafersubstrat mit 6 und die Siliziumdioxid-Isolierschicht mit 7. Die Ätzlöcher sind mit 8 numeriert und der elektrische Anschluß, der das Detektorbauteil mit dem nahegelegenen elektronischen Verstärker verbindet, ist mit 9 bezeichnet.
  • Der Detektor wird wie folgt hergestellt.
  • Das Substrat wird zuerst gemäß der bekannten Vorgehensweise thermisch oxidiert, und es werden Fenster in der Sili ziumdioxidschicht strukturiert, und zwar mit herkömmlichen photolithographischen Techniken, wobei man ein Ätzmittel mit Flußsäure verwendet. Diese Fenster, die sich bis zur Oberfläche des Siliziumwafers erstrecken, bestimmen den Bereich, in dem die Membran ausgebildet wird.
  • Anschließend wird ein geeignetes Material abgeschieden, das später wieder entfernt wird, im Augenblick jedoch das Fenster im Siliziumdioxid ausfüllt. Dieses Material, das wir als Unterätzschicht bezeichnen, ist als Komponente 10 in Fig. 3 dargestellt. Die Unterätzschicht kann polykristallines oder amorphes Silizium sein, das man durch chemische Dampfabscheidung, Sputterabscheidung oder thermisches Verdampfen abscheidet. In einer weiteren Ausführungsform kann die Unterätzschicht ein amorphes dielektrisches Material sein, z. B. ein Glas oder Siliziumdioxid, das durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden wird. Schichten der letztgenannten Art verwendet man beim Herstellen von Mikroschaltkreisen häufig. Die Hauptanforderung besteht darin, daß die Unterätzschicht mit einem geeigneten Ätzmittel mit einer deutlich schnelleren Ätzgeschwindigkeit entfernbar ist als die Fenster- und Membranmaterialien.
  • Die Unterätzschichten sind ungefähr genauso dick wie das Fenster, so daß die Schichtoberfläche mit der oberen Fläche des oxidierten Wafers in einer Ebene liegt. Es werden nun wiederum herkömmliche lithographische Techniken dazu verwendet, die Unterätzschicht zu strukturieren und die gewünschte Geometrie zu erzeugen. In der anderen Ausführungsform kann die Unterätzschicht als Komponentenschicht des besonderen Mikroschaltungsprozesses abgeschieden und geebnet werden, den man zum Herstellen des zugehörigen elektronischen Schaltkreises verwendet.
  • Anschließend wird ein dünner dielektrischer Film auf dem gesamten Wafer abgeschieden. Dieser Film, in Fig. 1, 2 und 3 als Membran 5 dargestellt, muß aus einem Material be stehen, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um die seitlichen Wärmeverluste aus dem Detektorbauteil so klein wie möglich zu halten. Es ist auch wünschenswert, die Abscheideparameter so zu wählen, daß ein Film mit geringer mechanischer Spannung erzeugt wird, damit nach dem Entfernen der Unterätzschicht kein Bruch auftritt. Die bevorzugten Membranmaterialien sind durch chemische Dampfabscheidung hergestelltes Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid. Es hat sich gezeigt, daß auch ein durch thermisches Verdampfen abgeschiedener Aluminiumoxidfilm oder ein mit bewährten mikroelektronischen Verarbeitungsverfahren hergestellter Polyimidfilm eine geeignete Möglichkeit zur Membranerzeugung bietet. Die Dicke der Membranschicht liegt normalerweise im Bereich von 50 bis 250 Nanometer. Polyimidschichten können aufgrund der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit, die für dieses Material typisch ist, dicker sein.
  • Der erste bzw. untere Kontaktfilm wird dann wie folgt hergestellt.
  • Auf der Membranschicht wird durch Sputterabscheidung oder thermisches Verdampfen eine dünne Metallschicht abgeschieden. Diese Schicht dient als unterer elektrischer Kontakt für die wärmeempfindliche Halbleiterschicht. Sie kann auch als elektrischer Leiter dienen, der das Detektorbauteil mit der äußeren elektronischen Schaltung verbindet. Die Metallschicht ist auch eine ganz wesentliche Komponente des Infrarotabsorptionsmechanismus beim Detektorentwurf.
  • Die gewünschte geometrische Form der Metallschicht erzeugt man mit einer herkömmlichen Photolithographie, wobei man die Lift-Off-Technik verwendet, oder wahlweise durch Sputtern oder Plasmaätzen. Die Schicht muß möglichst dünn sein, damit Wärmeverluste in Querrichtung so klein wie möglich gehalten werden. Aus dem gleichen Grund muß die Breite der Schicht dort, wo die Schicht den elektrischen Verbindungsleiter bildet (siehe 9 in Fig. 1), ebenfalls klein sein.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktmaterial ein Dünnfilm aus Platin oder einem hochschmelzenden Metall, beispielsweise Tantal. Man beachte, daß das thermische Glühen während der Detektorherstellung das Metall abhängig von der Glühtemperatur in ein Silizid überführen kann. Dies wird durch die Diffusion und Reaktion mit der Halbleiterschicht bewirkt, die das wärmeempfindliche Bauteil des Detektors bildet. Als andere geeignete Möglichkeiten, insbesondere zu Forschungszwecken, haben sich Metalle erwiesen, die Nickel oder eine Nickel-Chrom-Legierung enthalten.
  • Der nächste Verfahrensschritt besteht im Abscheiden der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht. Das bevorzugte Material ist amorphes Silizium, hergestellt durch chemische Niederdruck-Dampfabscheidung (LPCVD, LPCVD = Low Pressure Chemical Vapour Depositon) oder durch plasmagestützte chemische Dampfabscheidung (PECVD, PECVD = Plasma-Enhanced Chemical Vapour Depositon). Letztere ist auch als Hochfrequenz-Glühentladungsabscheidung bekannt. Diese Techniken erzeugen amorphe Siliziumschichten durch chemische Zersetzung von Silangas. Die entstehende Schicht enthält einen veränderlichen Wasserstoffanteil, um ein Material zu erzeugen, das hydriertes amorphes Silizium (a-Si : H) heißt. Die Sputterabscheidung aus einer Siliziumkathode in Anwesenheit von Wasserstoff erzeugt eine Schicht mit ähnlichen Eigenschaften. Diese Technik wurde als ein mögliches Herstellungsverfahren erfolgreich angewendet.
  • Eine Alternative zu einer a-Si : H-Schicht ist eine polykristalline Siliziumschicht, die durch thermisches Glühen einer LPCVD-Siliziumabscheidung auf eine Weise hergestellt wird, die beim Fertigen von VLSI-Mikroschaltkreisen gängig ist. Dieses Verfahren kann bevorzugt werden, wenn man den Detektor durch eine Hochtemperaturbehandlung zusammen mit einem zugehörigen Mikroschaltkreis herstellt. Im Vergleich dazu werden a-Si : H-Schichten bei niedrigeren Temperatur er zeugt und normalerweise nach dem Herstellen der Mikroschaltung abgeschieden.
  • Abhängig von den Abscheidebedingungen und der Detektorgeometrie kann der elektrische Widerstand der Halbleiterschicht die korrekte Größenordnung für ein zufriedenstellendes Detektorverhalten aufweisen. Es kann jedoch auch erwünscht sein, einen geeigneten Dotierstoff hinzuzufügen, beispielsweise Bor oder Phosphor, und zwar durch die Zugabe des gewünschten Gases, z. B. Diboran oder Phosphin, mit einem geringen Partialdruck während des Abscheidens. Wahlweise kann man den Dotierstoff durch Ionenimplantation zufügen. Aus diese Weise ist es möglich, den festgelegten elektrischen Volumenwiderstand und damit den Widerstand des Detektors zu erzielen. Das gewählte Verfahren stellt in der Regel einen Kompromiß zwischen dem gewünschten elektrischen Volumenwiderstand und dem Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) dar.
  • Die Dicke der Halbleiterschicht wird so gewählt, daß man eine bestmögliche Infrarotabsorption erhält; dies ist später beschrieben. Die Schicht wird mit herkömmlicher Photolithographie strukturiert, wobei man ein chemisches Ätzmittel oder Sputter-, Plasma- oder reaktives Ionenätzen verwendet.
  • Es wird nun Bezug auf Fig. 4 genommen. Sie zeigt zwei mögliche Kontaktanordnungen. Die obere Kontaktschicht ist normalerweise - jedoch nicht zwingend - genauso zusammengesetzt wie die untere Kontaktschicht, und sie hat eine Dicke, die für die bestmögliche Infrarotabsorption gewählt wurde. Die Schicht wird wiederum mit der Lift-Off-Technik oder durch Sputter- bzw. Plasmaätzen strukturiert.
  • Die Untersuchungen haben ergeben, daß die elektrischen Eigenschaften der Detektorkontakte dadurch vorteilhaft veränderbar sind, daß man den Halbleiter oberflächlich dotiert.
  • Dies unterstützt das Erzielen eines geringen Kontaktwiderstands. Einen ohmschen Kontakt kann man auch durch einen dünnen Film aus reinem amorphen Silizium zwischen der Metall- und der Halbleiterschicht erzielen.
  • Die Verwendung eines zweiten (oberen) Kontakts ermöglicht es wie beschrieben, durch Ausbilden eines Interferenzlichtfilters eine verstärkte Absorption zu erzielen. Die Theorie dieses Filters hat P.A. Silberg in einem Artikel mit dem Thema "Infrared Absorption of Three-Layer Film", J. Opt. Soc. Amer., Vol. 47, No. 7 p. 575, 1957, angegeben. Die Anwendung auf pyroelektrische Infrarotdetektoren ist in dem Artikel mit dem Titel "Thin Film Absorber Structures for Advanced Thermal Detectors", J. Vac. Sci. Technol. A, Vol. 6 (3), p 1688, May/June 1988, beschrieben.
  • Für die Anwendung dieser Technik auf monolithische Dünnfilm-Infrarotdetektor-Bolometer ist jedoch keine Quelle bekannt. In diesem Fall sollte der untere Dünnfilm-Metallkontakt bei Infrarotwellenlängen ein perfekter Reflektor sein. Dagegen sollte der obere Kontakt einen Nenn-Flächenwiderstand der Schicht von 377 Ohm aufweisen. Die wärmeempfindliche Halbleiterschicht muß nun λ/4n dick sein, wobei λ die Wellenlänge der größten Absorption und n die Brechzahl der Halbleiterschicht ist. Die Dicke wird normalerweise so gewählt, daß man bei 10 um Wellenlänge die stärkste Infrarotabsorption erhält.
  • Die Praxis hat gezeigt, daß der Widerstand der metallischen Kontaktschichten nicht kritisch ist. Eine Absorption von mindestens 90% erhält man im Wellenlängenbereich von 8 bis 12 um, wenn der Flächenwiderstand des unteren Kontakts weniger als 10 Ohm beträgt und der Flächenwiderstand des oberen Kontakts 300 bis 500 Ohm.
  • Der letzte Verfahrensschritt ist die thermische Isolation des Detektorbauteils. Während dieses Schritts muß das Detektorbauteil durch Ablagern einer Schicht aus einem geeigneten Metall oder einem dielektrischen Material geschützt werden, das als Ätzsperre wirkt. Diese Schicht kann Aluminium, Gold, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid sein. Anschließend werden durch chemisches Ätzen, Sputter-, Plasma- oder reaktives Ionenätzen (oder eine Kombination dieser Verfahren) Löcher bzw. Schlitze strukturiert, die sich von der Oberfläche bis zur Unterätzschicht erstrecken. In dieser Stufe ist es auch wünschenswert, das Substrat mit einer Mikroschaltkreis-Dicingsäge teilweise zu zerschneiden, damit eine einfache Trennung der einzelnen Detektoranordnungen nach der thermischen Isolation möglich ist.
  • Wird eine Unterätzschicht verwendet, die nicht aus Silizium besteht, so muß diese Schicht nun durch Ätzen mit einem geeigneten chemischen Ätzmittel durch die Löcher bzw. Schlitze entfernt werden. Besteht die Unterätzschicht nur aus Silizium, so kann man diesen Schritt weglassen.
  • Das Substrat wird dann in einen Halter aus Glas oder Teflon gegeben und in einem Kolben angeordnet, der mit einem Rückflußkühler versehen ist. Der Kolben enthält ein nichtisotropes Siliziumätzmittel, das man durch Eintauchen in ein temperaturgeregeltes Glyzerin- oder Ölbad auf der erforderlichen Temperatur hält. Durch den Kolben leitet man hochreinen Stickstoff, und das Ätzmittel wird durch magnetisches Rühren vorsichtig bewegt. Das bevorzugte Ätzmittel ist Ethylendiaminpyrocatechin (EDP). Es sind auch Hydrazin oder Kaliumhydroxid verwendbar. Die Wahl des Ätzmittels kann auch eine geeignete Auswahl des Schutzschichtmaterials vorschreiben.
  • In diesem Verfahrensschritt (bzw. in diesen Schritten) wird die Unterätzschicht sehr rasch geätzt und durch die Ätzlöcher entfernt, um das darunterliegende monokristalline Siliziumsubstrat freizulegen. Der Fortschritt an diesem Punkt ist in Fig. 3 dargestellt (zur Vereinfachung ist die Schutzschicht nicht dargestellt). Das Siliziumsubstrat wird dann geätzt, damit es unter dem Detektorbauteil eine pyramidenförmige Höhlung ausbildet, die exakt mit den Ebenen der Kristallsymmetrie übereinstimmt.
  • Es folgen das Entfernen des restlichen Ätzmittels und das Abspülen und Trocknen. Die Schutzschicht wird entfernt, und die Detektorbauteile hängen nun auf Membranen über den Höhlungen, die im Substrat ausgebildet sind. Es sei angemerkt, daß eine Schutzschicht, beispielsweise Siliziumnitrid, beibehalten werden kann, um die Membran zusätzlich zu festigen. Diese Schicht trägt jedoch zu einer erhöhten Wärmekapazität und einem zusätzlichen Wärmeverlust bei.
  • Die einzelnen Detektoranordnungen können nun vom Substrat getrennt werden. In dieser Hinsicht sollte klar sein, daß üblicherweise eine Anzahl der Anordnungen auf einem Einzelsubstrat hergestellt werden, und zwar mit Hilfe einer Kopier-Ätzvorlage, die man auf photolithographischen Maskensätzen erzeugt.
  • Andere thermische Isolierverfahren, bei denen durch die rückwärtige Fläche des Substrats anisotrop geätzt wird, sind in den Quellen beschrieben, die in diesem Patent zitiert wurden. Die Erfindung betrifft jedoch nur die monolithische einseitige Waferbearbeitung. Eine dargestellte Alternative zum obigen Vorgehen besteht darin, das Höhlungsätzen vor dem Abscheiden der Unterätzschicht abzuschließen. Alle weiteren Verfahrensschritte bleiben gleich.
  • Die Detektoranordnung kann wie erwähnt mit einem mikroelektronischen Schaltkreis integriert werden, der auf dem gleichen Siliziumwafersubstrat ausgebildet wird. Diese Schaltung enthält normalerweise die Vorspannungs-, Signalverstärkungs-, die Abtastungs- und Multiplexkomponenten, die mit Herstellungstechniken für VLSI-Mikroschaltkreise erzeugt werden. Die Wahl der Detektormaterialien bestimmt die Abfolge der Handlungen in einem voll integrierten Verarbeitungsprogramm. Polysilizium und Hochtemperatur-Silicidmetallisierungen können den hohen Temperaturen der VLSI-Verarbeitung widerstehen. Dagegen müssen amorphes Silizium und Metallisierungen auf Platinbasis nach dem Abschluß der Mikroschaltkreisherstellung abgeschieden werden.
  • Nach der Verarbeitung werden die Chips mit den einzelnen Anordnungen in einem geeigneten Gehäuse für Mikroschaltkreise montiert und gebondet. Im Gehäuse wird ein Infrarotfenster dicht angebracht, das aus einem Material aus der Gruppe mit Germanium, Silizium, Zinksulfid oder Zinkselenid besteht. Jede Seite des Fensters überzieht man mit einer Antireflexionsschicht, die auf eine Infrarotdurchlässigkeit im Wellenlängenbereich von 8 bis 12 um optimiert ist. Das Gehäuse wird in einer Stickstoffatmosphäre verschlossen oder bevorzugt in einem Gas, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, z. B. Xenon. Es wurde eine neue Vakuumverkapselungstechnologie entwickelt, die ein wünschenswertes, jedoch nicht unerläßliches Merkmal der Erfindung darstellt. Man sollte nicht übersehen, daß der Einschluß im Vakuum oder in einem Gas mit kleiner Wärmeleitfähigkeit die Wärmeverluste aus dem Detektorbauteil verringert, wodurch die Detektorantwort größer wird.

Claims (9)

1. Infrarotdetektor mit einem tragenden Substrat (6) mit einem darin gebildeten Hohlraum, einer dielektrischen Membrane (5) aus Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, die über dem Hohlraum im Substrat (6) aufgehängt ist, und einer auf der Membrane (5) abgelagerten wärmeempfindlichen Schicht (1) mit dünnen Metallkontakten (9) daran, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Membrane (5) Löcher oder Schlitze (e) enthält, durch die der Hohlraum durch Ätzen gebildet wird, und die wärmeempfindliche Schicht (1) mit dünnen Metallkontakten (9) ein Interferenzlichtfilter ist, in dem eine wärmeempfindliche Halbleiterschicht (3) zwischen als Schichten (2, 4) ausgebildeten ersten und zweiten Dünnfilm-Metallkontakten angeordnet ist, wobei die Stärke der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht (3)im wesentlichen gleich einem Viertel dar Wellenlänge (λ) der zu erkennenden Infrarotwellenlänge multipliziert mit ihrer Brechzahl (n) ist.
2. Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das tragende Substrat (6) ein monokristalliner Siliziumwafer ist und der Hohlraum durch anisotropes Ätzen unter Verwendung eines unter Hydrazin, Ethylendiaminpyrocatechin oder Kaliumhydroxid ausgewählten chemischen Ätzmittels gebildet wird.
3. Infrarotdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leiterschicht (2) einen Widerstand von weniger als 10 Ohm pro Quadrat und die zweite Leiterschicht. (4) einen Widerstand von zwischen 300 und 500 Ohm pro Quadrat aufweist, wobei die zweite Schicht (4) über der ersten Schicht (2) angeordnet ist, um die erste Infrarotstrahlung zu empfangen.
4. Infrarotdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch - gekennzeichnet, daß die wärmeempfindliche Halbleiterschicht (3) eine Siliziumschicht ist, die durch Aufsputtern oder chemische Aufdampfung hergestellt wird.
5. Infrarotdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilm- Metallschichten (2, 4) aus einer oder mehreren Schichten von Nickel, Nickelchrom, Platin, Platinsilizid oder Tantalsilizid gebildet werden.
6. Infrarotdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (5) aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder einer Polyimidschicht gebildet wird.
7. Infrarotdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im tragenden Substrat (6) zugehörige elektronische Signalverstärker- Vorspannungs-, Abtast-und-Halte- und Multiplexschaltungen ausgebildet werden.
8. Zweidimensionale Anordnung von Infrarotdetektoren, wobei jeder Infrarotdetektor einem der vorhergehenden Ansprüche entspricht und auf einem tragenden Substrat (6) bereitgestellt wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines Infrarotdetektors mit folgenden Schritten: (a) thermische Oxidierung der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (6) und Strukturierung eines Fensters durch die sich ergebende oxidierte Oberfläche (7);
(b) Ablagern einer Schicht (10) im Fenster, die im Vergleich zum Substrat (6) und der oxidierten Oberfläche (7) verhältnismäßig leicht zu ätzen ist;
(c) Ablagern eines dielektrischen Films (5) geringer Wärmeleitfähigkeit über dem so gebildeten Substrat;
(d) Bilden eines ersten Dünnmetallfilms (2) auf dem dielektrischen Film (5) mit einer vorgewählten Leiterstruktur;
(e) Bildern einer wärmeempfindlichen Halbleiterschicht (3) auf ausgewählten Bereichen des ersten Metallfilms (2), wobei die Schicht (3) eine Stärke aufweist, die im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge (λ) der zu erkennenden Infrarotstrahlung multipliziert mit ihrer Brechzahl (n) ist;
(f) Bilden eines zweiten Dünnmetallfilms (4) auf der wärmeempfindlichen Halbleiterschicht (3) mit einer vorgewählten Leiterstruktur, wobei der erste und zweite Metallfilm (2, 4) und die wärmeempfindliche Halbleiterschicht (3) ein Interferenzlichtfilter bilden; und
(g) Strukturieren von Löchern oder Schlitzen (8) bis zu der im Schritt b) ausgebildeten Schicht (10) und Wegätzen dieser Schicht (10), um die dielektrische Membrane (5) über einer Öffnung im oxidierten tragenden Substrat (6, 7) hängen zu lassen.
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