WO2008028512A1 - Bolometer und verfahren zum herstellen eines bolometers - Google Patents

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WO2008028512A1
WO2008028512A1 PCT/EP2006/008790 EP2006008790W WO2008028512A1 WO 2008028512 A1 WO2008028512 A1 WO 2008028512A1 EP 2006008790 W EP2006008790 W EP 2006008790W WO 2008028512 A1 WO2008028512 A1 WO 2008028512A1
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layer
contact
spacer
membrane
bolometer
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PCT/EP2006/008790
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Holger Vogt
Marco Russ
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14669—Infrared imagers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices

Definitions

  • the present invention relates to a bolometer and a method of making a bolometer, and more particularly to a scalable microbolometer structure.
  • a bolometer is a device for measuring an electromagnetic radiation intensity of a certain wavelength range (about 3-15 ⁇ m). It comprises an absorber, which converts the electromagnetic radiation into heat, and a device for measuring a temperature increase. Depending on the heat capacity of the material, there is a direct correlation between an amount of absorbed radiation and the resulting increase in temperature. Thus, the temperature increase can serve as a measure of an intensity of a sunken radiation. Particularly interesting are bolometers for measuring infrared radiation, where most bolometers have the highest sensitivity.
  • a bolometer may be used in the art as an infrared sensor, night vision imaging imager or thermal imaging camera.
  • a bolometer which serves as an infrared sensor comprises a thin layer, which is arranged thermally isolated in the sensor, eg suspended as a membrane. The infrared radiation is absorbed in this membrane, thereby increasing its temperature. If this membrane consists of a metallic or preferably a semiconducting material, then the electrical resistance changes depending on the temperature increase and the temperature coefficient of resistance of the material used. Examples of different materials are in the document: RA Wood: “Monolithic Silicon Microbolometer Arrays," Semiconductor Semimetals, vol. 47, pp. 43-121, 1997. alternative the membrane is an insulator (silicon oxide or silicon nitride) on which the resistor has been deposited as a further thin layer. In other embodiments, insulating layers and an absorber layer are provided in addition to the resistive layer.
  • I 0 I 0 * (Exp ⁇ eU D / kT ⁇ -l)
  • T is the temperature
  • k is the Boltzmann constant
  • e is the elementary electric charge
  • I 0 and U D are a current and voltage in the diode
  • Io is a voltage-independent constant.
  • Bolometers can serve as individual sensors, but can also be constructed as rows or 2D arrays. Lines and arrays are typically produced today using microsystem technology in surface micromachining on a silicon substrate. This is called microbolometer arrays.
  • a preferred wavelength of the infrared radiation to be detected is 8-14 microns, since in this wavelength range radiates matter that has approximately room temperature (300 K).
  • the wavelength range of 3-5 ⁇ m is also interesting because of a permeable atmospheric window.
  • thermal bolometers over other (IR) photonic IR (IR) detectors is that they are at room temperature, i. can be operated without cooling.
  • the aim of further development is to arrange as many bolometer cells (pixels) as possible in an array.
  • pixels bolometer cells
  • the array has a higher pixel count and provides a better resolution of an image with the same total area (chip area) of the array. So an arrangement of 160 x 120 pixels is common, 320 x 240 also available, 640 x 480 pixels (VGA resolution) are announced, but only at considerable additional cost soon available. At the same time, it makes sense to minimize the cost of the array in order to open up new markets, such as the automotive sector.
  • the usual dimensions of a single pixel in the array include a pixel area of 35 x 35 ⁇ m 2 to 50 x 50 ⁇ m 2 .
  • FIG. 5 shows two of a prior art bolometer disclosed in R.A. Wood: “Monolithic Silicon Microbolometer Arrays," Semiconductor Semimetals, vol. 47, pp. 43-121, 1997.
  • FIG. 5 a shows a single-level pixel with a sensor 51, electronics 52, which is located on a substrate 54 and has a pixel size 53.
  • FIG. 5b shows a two-level pixel where the electronics 52 are mounted below the sensor 51.
  • This bolometer also corresponds to the state of the art and has a higher fill factor (ratio of IR-sensitive area to total area) compared to the bolometer shown in FIG. 5a.
  • the membrane is produced, for example, by making the resistor or sensor 51 on a wafer surface 55 and then under-etching the region so that a cavity 56 is created.
  • a structure of Fig. 5b is more advantageous in which the resistor 51 is mounted in a second plane on a membrane above the read-out circuit 52.
  • two contact points are necessary. They can be formed by arranging feed lines on upwardly inclined sections of the membrane. The bevels also serve as spacers for the membrane.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a corresponding structure with a membrane 10 consisting of a carrier 35 and a resistance layer 18.
  • a membrane 10 consisting of a carrier 35 and a resistance layer 18.
  • the membrane 10 is held by oblique support arms 20 having an electrically conductive layer 32 and a thermal insulating layer 22.
  • a contact of the membrane 10 via the support arms 20 has an overlap 33 and the support arms 20 extend into an epitaxial pit 14, where the corresponding circuit (not shown in the figure) is located.
  • the epitaxial layer 14 is located between a substrate 12 and an insulating layer 24.
  • Fig. 7 shows a perspective view of such a conventional structure with a membrane 10 on two contact plugs 26a and 26b spaced at a distance 72 from one another Underground 73 is held.
  • the membrane 10 having a size 75 has a thickness 74 and the substrate 73 comprises a reflector.
  • a thermal insulation to the substrate 73 is thereby produced via the bridges 76a, b.
  • On the substrate 73 is a ROIC Input Päd 77, via which the bolometer is contacted.
  • the contacting of the membrane 10 in this case has an overlap 78 in comparison to a diameter of the contact plugs 26a and 26b. This overlap 78 reduces the fill factor.
  • Optimum absorption of the IR radiation is obtained by the membrane 10 corresponding to a sheet resistance a propagation resistance of an electromagnetic wave in air (377 ⁇ / D) and in the amount of ⁇ / 4 (about 2.5 microns at the preferred wavelength ⁇ , for example, 8-14 microns) is disposed over a reflector 73.
  • FIG. 8 shows a section.
  • FIG. 8 a shows a cross-section through a contacting of the membrane 10, the cross-sectional plane being shown by a dashed-dotted line in FIG. 8 b with a viewing direction 81.
  • the contact plug 26b contacts a connection pad 77 and at the same time a contact layer 23.
  • Further layers of the bolometer are a reflection layer 21, a sacrificial layer 22, the bolometer or resistance layer 27 and transition layers 24 and 25.
  • the electrical contacting of the resistance layer 27 is established via the contact layer 23 and the transition layers 24 and 25 serve for better contacting of the contact layer 23.
  • the contact layer 23 extends in a serpentine fashion along the resistance layer 27 from a contact plug 26a to the contact plug 26b.
  • the serpentine configuration of the electrode layer 23 is shown by a dashed line 82 in FIG. 8b.
  • the serpentine configuration of the electrode layer 23 serves to better absorption of the infrared radiation.
  • the contact plug 26b and the membrane 10 has an overlap.
  • the overlap of the contact plug 26b is marked with x and the overlap of the membrane 10 with y.
  • the sacrificial layer 22 is present only in the intermediate step shown here and will be removed later.
  • a sacrificial layer 22 of polyimide is deposited on an integrated circuit disk (eg, CMOS technology not shown in the figure). mid applied as a spacer.
  • the sacrificial layer 22 is opened in the form of a contact hole.
  • a metallic contact layer 25 is now deposited and patterned, then a contact metal for the contact plugs 2 ⁇ a, b is deposited. This metal is etched so that it overlaps an edge of the contact hole.
  • the resistance layer 27 is deposited and patterned.
  • the sacrificial layer 22 under the membrane 10 is removed, so that it, held by the contact plugs 26a, b, floats above the reflection layer 21 and thus produces a ⁇ / 4 absorber.
  • Fig. 9 shows a conventional contacting as it is also used in the example of Fig. 8.
  • the contact plug 26b has an overlap x over a diameter z of the contact plug 26b and the membrane 10 has an overlap by a value y on the contact plug 26b.
  • FIG. 10 shows how the prior art bolometers scale to reduce pixel size 75.
  • Fig. 10a shows a plan view of the membrane 10 with conventional contacting by the contact plugs 26a and 26b, wherein the membrane 10 is connected via the bridges 76a, b with the contact plugs 26a, b.
  • the bridges 76a, b serve for thermal insulation.
  • the diaphragm 10 overlaps the contact plug 26b by the value y and the contact plug 26b overlaps the diameter z of the contact plug 26b by the value x.
  • the size of the contact plug is not scaled due to technology and accordingly the fill factor decreases.
  • the conventional manufacturing process on photosensitive polyimide is biased as a sacrificial layer 22 and therefore limited to a minimum hole size greater than about 3 ⁇ m (further comments below).
  • FIG. 10a thus shows that, as can also be seen in FIG. 7, the contact plugs 26a, b with their contact with the membrane 10 are relatively large, but their area proportion is still relatively small with a pixel of approximately 50 .mu.m edge length. However, it can already be seen in FIG. 6 that the actual membrane surface 35 has only a relatively small proportion of the total area of the pixel and the fill factor in this embodiment is less than 50%.
  • the contact plug 26b is connected to the membrane 10 via a thin arm 20 or 76b.
  • the arm 20 or 76b serves in addition to the mechanical support and the electrical supply in addition to the thermal insulation of the membrane 10 of the contact plug 26b. Its long length and small cross-sectional area provide high thermal resistance between membrane 10 and substrate.
  • FIGS. 10a and 10b show that this is only insufficiently solvable with pixels of conventional technology.
  • the contact plugs 26a, b occupy a disproportionate amount of the entire pixel area. This is because the metal of the plug is ne opening through the membrane 10 surmounted by x, also the membrane 10 is typically still larger by y than the overlap x. For a given total area, the proportion of an active area on the membrane 10 becomes smaller, the fill factor decreases, and thus also a sensitivity of the pixels for the IR radiation.
  • the present invention has the object to provide a bolometer and a method for producing a bolometer, wherein the bolometer has no overlap of the membrane 10 or the contact plug and thereby a reduction (scaling) of the pixel dimensions is possible and in which the active area of the membrane 10 is kept as large as possible.
  • the present invention is based on the finding that it is possible to produce a pixel structure using process steps which are customary, for example, in CMOS technology, which allows significant scaling.
  • the starting substrate used is, for example, a CMOS wafer which, in the region of the membrane 10 of the bolometer, has a reflector, for example in the form of an Al layer.
  • a respective connection pad eg of Al
  • CVD c_hemical vapor deposition
  • a first protective layer is deposited (eg a thin layer of silicon oxide in the CVD method, approximately 50-200 nm) so that a layer sequence of the first protective layer / sacrificial layer is formed.
  • a stress-compensated layer of, for example, oxide and nitride is deposited instead.
  • the layer sequence is now opened in the area of the spacers. This can be done, for example, by an etching process, wherein in a phototechnics a small contact opening (for example, approximately 0.5 ⁇ 0.5 ⁇ m 2 to 1.5 ⁇ 1.5 ⁇ m 2 ) is exposed in a resist mask.
  • the layer sequence with the resist mask is anisotropically, ie vertically etched, so that a hole extends down to the connection pad (metal connection of the readout circuit).
  • the sacrificial layer under the first protective layer can be easily undercut so that the first protective layer overhangs slightly.
  • a thin intermediate layer for example, of Ti / TiN (eg 20 nm / 80 nm) is sputtered so that a bottom and a perforated wall are at least partially covered.
  • a conductive material is deposited (for example, tungsten in the CVD method) until the hole is completely filled up to a surface.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a contact layer for example a thin Ti / TiN layer, is applied to the basic structure and patterned. Then a temperature-sensitive resistive layer (in For example, from a-silicon, optionally also from vanadium oxide (VO x ) or an organic semiconductor) deposited.
  • the actual measuring resistor of the bolometer is formed by the resistance layer above a narrow gap (gap) in the contact layer.
  • the gap is preferably arranged as centrally as possible between the spacers in the course of this process control.
  • the membrane has a sheet resistance of 377 ⁇ / D and is therefore suitable as ⁇ / 4 absorber, regardless of the actually higher resistance of the resistance layer.
  • the resistive layer is now also patterned (for example with lithography and etching step).
  • a second protective layer (covering layer, for example of oxide, optionally of an organic material) is deposited and patterned so that all layers above the sacrificial layer are removed between the membranes, for example in a bolometer array, and between the support arms and the associated membrane are.
  • the resistive layer remains protected all around by the second protective layer and / or an organic overcoat.
  • the sacrificial layer is completely removed through the resulting openings.
  • etching with XeF 2 which is described in Chu, PB; JT Chen; R. Yeh; G. Lin; JCP Huang; BA Warneke; KSJ Pister "Controlled Pulse Etching with Xenon Difluoride”; 1997 International Conference on Solid State Sensors and Actuators - TRANSDUCERS '97, Chicago, USA, June 16-19, p. 665-668, which at high rate, isotropic, ie undirected, but with high selectivity, for example, to oxide and organic materials, only the Op- Fer Mrs removed.
  • This is particularly effective when the sacrificial layer comprises amorphous silicon.
  • the membrane is exposed, only supported and contacted by the spacers.
  • the well-protected resistive layer is not etched in this exemplary process.
  • the membrane rests on the spacers.
  • the material of the spacer does not project beyond the resistance layer.
  • a thin resistance layer eg of amorphous silicon, VO x , organic semiconductor
  • an insulating layer for example of oxide
  • these two layers are structured, so that the spacers, which consist for example of tungsten, are exposed.
  • a contact layer for example a thin layer of TiN, 3-15 nm
  • a second protective layer which may have, for example, an oxide.
  • thermal insulation of the membrane connections to the spacers are now reduced to two narrow webs. This can be done for example by a series of etching steps. In the design of the webs is to make sure that it allows a high fill factor and on the other hand, that the membrane is mechanically stable.
  • the contact layer contacts both spacers with a low resistance parallel to actual resistance layer.
  • the contact layer is therefore interrupted in two narrow areas (webs) so that a parallel current conduction through the contact layer is prevented. This can be done, for example, in a further etching step.
  • the entire structure is now passivated by a thin protective layer (for example, by an oxide layer) to protect the resistive layer.
  • a thin protective layer for example, by an oxide layer
  • the sacrificial layer is removed, exposing the membrane.
  • an i-sotropic etching process with XeF 2 can also be used in this process sequence.
  • the sacrificial layer can be removed even before a definition of the webs and the insulation of the contact layer.
  • the resistive layer is protected on all sides against attack of the etching process used by way of example with XeF 2 without additional passivation.
  • the spacers adjoin or end at the bottom of the contact layer without piercing the contact layer.
  • the processing according to the invention allows the production of bolometers or bolometer arrays with a significantly smaller pixel size at lower costs.
  • FIGS. 2a-j show steps for producing a bolometer according to process sequence B of the present invention and a plan view of the bolometer;
  • 4a shows a plan view of a membrane with contact areas without overlap
  • 4b is a plan view of a scaled membrane with contact areas without overlap
  • Fig. 4c is a cross-sectional view through a portion of a membrane and a spacer
  • FIGS. 5a-b are cross-sectional views through conventional microbolometer structures
  • Fig. 6 is a perspective view of a conventional structure with membrane
  • FIG. 7 shows a perspective view of a conventional structure with a membrane on two contact plugs with metal overlap
  • Fig. 8a is a cross-sectional view through a conventional structure having a contact plug and a portion of a membrane and sacrificial layer still present;
  • Fig. 8b is a plan view of the conventional structure of Fig. 8a;
  • Fig. 10a is a plan view of a membrane with conventional
  • Fig. 10b is a plan view of a scaled membrane with conventional contact with contact plug.
  • FIG. 1a-h show cross-sectional views of a sequence of steps for a first embodiment of the present invention
  • Fig. 1i shows a corresponding plan view with a marked sectional plane 199 of the cross-sectional views.
  • Figure 1a shows a cross-section of a substrate 100 (e.g., CMOS wafer) on which a pad 110a and a pad 110b are deposited, and also a reflector 120 has been deposited.
  • a connection of the terminal pad 110a and the pad 110b to a underlying CMOS circuit is not shown. Both connection pads 110a, 110b serve for a later contacting of the bolometer.
  • a sacrificial layer 130 and a first protective layer 140 are deposited as shown in FIG. 1 b in a subsequent step.
  • the sacrificial layer 130 is removed again in a later step and has a layer thickness, so that the bolometer a represents ⁇ / 4 absorber.
  • the sacrificial layer 130 comprises amorphous silicon and the first protective layer 140 comprises an oxide.
  • through holes 150a 'and 150b' are formed through the protective layer 140 and the sacrificial layer 130 in a next step.
  • the passage opening 150a ' is positioned such that it ends on the connection pad 110a, and the passage opening 150b' is analogously positioned so that it ends on the connection pad 110b.
  • the passage opening 150a 'and the passage opening 150b' is filled up with a conductive material and excess material is removed, so that a flat surface 142 is formed.
  • a contact layer 160 is deposited on the surface 142 in a subsequent step.
  • the contact layer 160 is patterned and a resistance layer 170 is deposited.
  • the structured contact layer 160 has a gap 162 which separates a first part 160a from a second part 160b of the contact layer 160.
  • the minimum distance from the first spacer 150a to the gap 162 should be as close as possible to a minimum distance from the second spacer 150b to the gap 162.
  • the gap 162 preferably has a width such that the measuring resistance of the bolometer is in a range of, for example, 0.1 k ⁇ to 1 G ⁇ and preferably between 1 k ⁇ and 100 M ⁇ .
  • the resistive layer 170 is then patterned and a second protective layer 180 is applied. This is shown in Fig. If. As shown in FIG. In the subsequent step, the surface of the bolometer is structured such that the second protective layer 180 and the contact layer 160 are substantially flush with the spacers 150a and 150b. The patterned resistive layer 170 extends to an interior region of a later-developed membrane surface 192 such that the patterned resistive layer 170 is out of contact with an edge region 190a and 190b. In this step, the first protective layer 140 is also patterned such that the first protective layer 140 is located between the contact layer 160 and the sacrificial layer 130.
  • the sacrificial layer 130 is removed.
  • the resulting bolometer has a membrane 10 which has a layer sequence with the first protective layer 140, the contact layer 160 with the first part 160a and the second part 160b, the resistance layer 170 and the second protective layer 180.
  • the bolometer has a surface 192 which is substantially flush with the spacers 150a and 150b.
  • the spacers 150a and 150b have a height 198 which is selected such that the membrane 10 is maintained at a distance 198 and the distance 198 ideally corresponds to one fourth of the wavelength to be detected.
  • Fig. Ii shows a plan view of the surface 192 of the bolometer with contact surfaces at which the spacers 150a and 150b contact the membrane 10.
  • a dashed line 199 marks the cross-sectional plane which passes through the gap 162 and which is shown in FIGS. 1a to 1h in a viewing direction 81.
  • Figs. 2a to 2g show a second embodiment of the present invention.
  • 2 a to 2 f show cross-sectional views with reference to a sequence of steps for the manufacture of a bolometer
  • FIG. 2 g shows a corresponding plan view with a marked sectional plane 230 the cross-sectional views.
  • the first steps of the second embodiment correspond to a sequence of steps that have been described in Fig. Ia to Ic. A repetition of the explanations for the individual steps is here omitted.
  • FIG. 2 a further shows the substrate 100, the first connection pad 110 a with the first spacer 150 a, the second connection pad 110 b with the second spacer 150 b, the reflector 120, the sacrificial layer 130 and the first protective layer 140.
  • the resistive layer 170 and the insulating layer 210 are then patterned and the result is shown in FIG. 2b.
  • the structuring takes place in such a way that the resistive layer 170 has no contact with the spacers 150a and 150b, and furthermore the insulating layer 210 does not completely cover the resistive layer 170, so that a first contact point 175a and a second contact point 175b remain free.
  • a contact layer 160 is applied thereon, which makes contact between the resistive layer 170 and the spacers 150a and 150b.
  • the contact layer 160 is first patterned, wherein in particular the contact layer 160 is severed twice by gaps 250 a and 250 b.
  • the contact layer 160 is divided into a layer 160a having contact with the spacer 150a as well as the resistive layer 170, a layer 160b in contact with the spacer 150b and the resistive layer 170 as well as a layer 160c extending from the layers 160a and the layer 160b is separated. Consequently, the layers 160a and 160b are separated, so that an electric current from the an electric current from the first spacer 150a to the second spacer 150b passes through the resistive layer 170.
  • the layer 160c further has no contact with the resistance layer 170 and has the task of adjusting a sheet resistance of the membrane 10 in accordance with the characteristic impedance of an electromagnetic wave in air.
  • a second protective layer 180 is then applied on the contact layer 160.
  • the result is shown in Fig. 2e. Further structuring of the protective layer 180 defines a surface 192 of the membrane 10 of the bolometer.
  • the columns 220a and 220b shown in Fig. 2g are generated.
  • the gaps 220a and 220b sever the membrane 10 with the first protective layer 140, the resistive layer 170, the insulating layer 210, the contact layer 160, and the second protective layer 180. Since a sectional plane associated with the cross-sectional views 2a to 2f does not include the gaps 220a and 220b 220b, columns 220a and 220b are not shown in the cross-sectional views of Figs. 2a to 2f. In the plan view of FIG. 2g, the sectional plane is indicated by the dashed line 230. The arrows 240 show the viewing direction on the cutting plane.
  • the first and second protective layers (140, 180) are patterned such that the surface 192 of the membrane 10 terminates substantially flush with the spacers 150a and 150b, and finally the sacrificial layer 130 becomes away.
  • the structuring of the contact layer 160 takes place asymmetrically, ie the contact layer is only separated by a gap.
  • the steps are all the way to the structure 2c, identical to the embodiment described above, and a repetition of the description is omitted here.
  • the structure shown in Fig. 2c is structured in this embodiment as shown in Fig. 2h, i. In particular, only a gap 250 is created, which cuts through the contact layer 160. This results in a layer 160 a, which has contact with the spacer 150 a as well as the resistance layer 170, a layer 160 b, which has contact with the spacer 150 b and the resistance layer 170. Consequently, the layers 160a and 160b are also separated here so that an electric current from the first spacer 150a to the second spacer 150b passes through the resist layer 170.
  • the sheet resistance of the diaphragm 10 according to the characteristic impedance of an electro-magnetic wave in air can be made by adjusting, for example, the layer 160b or the layer 160a.
  • FIG. 2i shows the steps shown in FIG. 2i (deposition of the second protective layer 180 and structuring) again correspond to the steps described in FIG. 2e.
  • FIG. 2j shows the resulting booter with the membrane 10 and the asymmetrical gap 250.
  • the specified sequence of steps is only an example and can be changed in further embodiments.
  • the generation of the gaps 220a and 220b or the formation of the webs 76a and 76b can also take place at the end.
  • the gaps 220a, b are formed such that the largest possible area of the resistive layer 170 is thermally insulated from the spacers 150a, b, and thus the fill factor is as large as possible. At the same time they should provide sufficient support for the membrane 10.
  • the structure shown in FIG. 3 a corresponds to the structure shown in FIG. 1 c and has the first protective layer 140 as the uppermost layer.
  • the contact layer 160 is now deposited and structured as the first further layer.
  • the result is shown in Fig. 3b.
  • the structuring takes place in such a way that on the one hand the contact layer 160 is substantially flush with the spacers 150a and 150b and on the other hand has a gap 250 which separates the contact layer 160 into the layer 160a and the layer 160b.
  • the layer 160a is in contact with the spacer 150a and the layer 160b with the spacer 150b.
  • the insulating layer 210 is deposited thereon and patterned so that the insulating layer substantially fills the gap 250 and also exposes the first pad 175a to the layer 160a and the second pad 175b to the layer 160b.
  • the resistive layer 170 is deposited thereon and patterned so that the resistive layer 170 terminates substantially flush with the standoffs 150a and 150b.
  • the second protective layer 180 is again applied and patterned on it, so that the Membrane 10 is defined with the surface 192.
  • the result is shown in Fig. 3f.
  • the sacrificial layer 130 is removed, so that the structure of FIG. 3g is formed.
  • FIG. 4 a shows a plan view of the membrane 10 with contact surfaces, where the spacers 150 a and 150 b contact the membrane 10.
  • Fig. 4b shows the scaled membrane 10, i. a correspondingly reduced membrane 10.
  • the contact surfaces 150a and 150b also corresponding to a size of the membrane 10.
  • the membrane 10 shows no overlap over contact surfaces where the spacers 150a and 150b, the membrane 10 contact.
  • Fig. 4c shows a scaled contact between the membrane 10 and the spacer 150b.
  • the membrane 10 lies without overlapping on the spacer 150b.
  • a method according to the invention is advantageous in several respects compared with the prior art.
  • a process according to the invention with the spacers 150a and 150b, which preferably have tungsten, and with the sacrificial layer 130, which preferably comprises amorphous silicon (a-Si) permits a reduction of the IR-sensitive pixel.
  • a conventional process with photosensitive polyimide has a minimum hole size that must be greater than about 3 microns. Even if smaller holes in the polyimide would be possible (eg by a multi-layer mask of photoresist and oxide on the polyimide, which can then be opened with an anisotropic etching process with oxygen plasma), these can not or insufficiently filled, for example, with tungsten.
  • tungsten deposition in the CVD process typically requires temperatures above 45O 0 C, at which the polyimide is no longer stable.
  • use of a-Si as the sacrificial layer 130 is temperature-resistant and allows spacers 150a and 150b to be deposited, for example, from tungsten in good quality, as is customary in CMOS technology in multilayer metallization.
  • holes of very small diameter and high aspect ratio (depth / diameter) can be etched in the a-Si layer, as known from the production of trenches in DRAMs.
  • the a-Si layer is stable, so that a relatively strong etching-back process, eg with Ar ions, is possible before the deposition of the contact layer 160 (for example by sputtering of Ti / TiN). This lowers a contact resistance between the spacers 150a, b and the contact layer 160 and improves the adhesion of the contact layer 160 to the spacer 150a, b.
  • the resulting structure with membrane 10 overlying spacers 150a, b can be scaled to a small size because the stated process steps (except for the deposition and isotropic removal of exemplary a-Si sacrificial layer 130) can be taken from an advanced CMOS process.
  • a 0.25 .mu.m process allows a diameter for the spacers 150a, b which is smaller than 0.5 .mu.m, the holding arms can be as wide as a diameter of the spacers 150a, b and have a distance of 0.25 .mu.m from the membrane 10.
  • Substantial advantages of a processing according to the invention are thus that the spacers 150 a, b can be scaled to significantly smaller dimensions and still have sufficient adhesion to the membrane 10. Therefore, it is not necessary to pass the spacers 150a, b through the membrane 10 and overlap by the values x and y, as was the case with the plugs 26a, b.
  • the processing according to the invention allows the production of bolometers or bolometer arrays with a significantly smaller pixel size at lower costs.
  • the distance between the membranes 10 in a bolometer array can be 0.5 ⁇ m, for example, so that a pixel pitch (distance from center of the pixel to the center of the pixel) can also be 15-20 ⁇ m.
  • CMOS membrane e.g. made of thin Al (e.g., 100-200 nm, therefore only small)
  • Tungsten CVD method for filling through holes 150a 'and 150b' CMP process for removing the tungsten and Ti / TiN from the surface
  • Etching the contact layer 160 by means of photo technology removing TiN below the actual resistance, forming a gap 162
  • second protective layer 180 (about 30 nm)
  • CMOS membrane e.g. made of thin Al (e.g., 100-200 nm, therefore only small)
  • second protective layer 180 (about 30 nm)
  • Contact layer 160 a-Si (resistance layer 170) and again oxide (first protection layer 140).
  • the above materials are only examples that allow very good process control.
  • some alternatives include the following substitutions.
  • the sacrificial layer 130 of a-Si can be etched with an alternative ClF 3 (Clorfluorid) or with an isotropic SF 6 plasma (pivoting ⁇ felfluorid plasma).
  • the sacrificial layer 130 may also include a temperature resistant polymer (eg, polyimide).
  • the through holes 150a 'and 150b' for the spacers 150a and 150b can then be etched with anisotropic O 2 plasma, the sacrificial layer 130 can then also be removed by a 0 2 ⁇ plasma.
  • the sacrificial layer 130 When the sacrificial layer 130 is removed in an etching step, it is important to protect the resistive layer 170 and / or the contact layer 160 during the etching step. For this, the presence of the protective layer 140 is advantageous.
  • the material is preferably selected such that it is not or hardly attacked during the step of removing the sacrificial layer 130.
  • the first protective layer 140 may be dispensed with in another embodiment.
  • the temperature-dependent resistance layer 170 may comprise, for example, another semiconductor material (VO x , GaAs, organic semiconductor or the like). Instead of the silicon oxide layers, it is also possible to use layers of silicon nitride (or a combination of both).

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Abstract

Ein Bolometer umfasst eine Membran, einen ersten Abstandshalter und einen zweiten Abstandshalter, wobei die Membran eine Widerstandsschicht und eine Kontaktschicht umfasst. Die Kontaktschicht weist an einer einem Untergrund zugewandten Seite einen ersten Kontaktbereich auf, an dem der erste Abstandshalter die Kontaktschicht elektrisch kontaktiert, und einen zweiten Kontaktbereich auf, an dem der zweite Abstandshalter die Kontaktschicht elektrisch kontaktiert. Dadurch wird die Membran in einem vorbestimmten Abstand zu dem Untergrund gehalten. Die Kontaktschicht ist lateral durch einen Spalt unterbrochen, so dass sich die Kontaktschicht zumindest in zwei Teile gliedert, von denen der erste Teil den ersten Kontaktbereich und der zweite Teil den zweiten Kontaktbereich aufweist und innerhalb der Kontaktschicht keine direkte Verbindung von dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich existiert, und wobei sich die Widerstandsschicht in Kontakt zu dem ersten Teil der Kontaktschicht und zu dem zweiten Teil der Kontaktschicht befindet.

Description

Bolometer und Verfahren zum Herstellen eines Bolometers
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bolometer und ein Verfahren zum Herstellen eines Bolometers und insbesondere auf eine skalierbare Mikrobolometerstruktur .
Ein Bolometer ist ein Gerät zum Messen einer elektromagnetischen Strahlungsintensität eines bestimmten Wellenlängenbereiches (ca. 3-15 μm) . Es umfasst einen Absorber, der die elektromagnetische Strahlung in Wärme umwandelt, und eine Vorrichtung zur Messung einer Temperaturerhöhung. In Abhän- gigkeit von einer Wärmekapazität des Materials besteht ein direkter Zusammenhang zwischen einer Menge an absorbierter Strahlung und der resultierenden Temperaturerhöhung. Damit kann die Temperaturerhöhung als ein Maß für eine Intensität einer eingefallenen Strahlung dienen. Besonders interessant sind Bolometer zum Messen einer Infrarotstrahlung, wo die meisten Bolometer eine höchste Sensitivität aufweisen.
Ein Bolometer kann in der Technik als Infrarotsensor, Bildaufnehmer für ein Nachtsichtgerät oder als Wärmebildkamera verwandt werden.
Ein Bolometer, welches als Infrarotsensor dient umfasst eine dünne Schicht, die thermisch isoliert in dem Sensor angeordnet ist, z.B. als Membran aufgehängt. Die Infrarot- Strahlung wird in dieser Membran absorbiert, die dadurch ihre Temperatur erhöht. Besteht diese Membran aus einem metallischen oder vorzugsweise einem halbleitenden Material, so ändert sich der elektrische Widerstand abhängig von der Temperaturerhöhung und dem Temperaturkoeffizienten des Wi- derstandes des verwendeten Materials. Beispielwerte für verschiedene Materialien sind in dem Dokument: R. A. Wood: "Monolithic Silicon microbolometer arrays," Semiconductor Semimetals, vol. 47, pp. 43-121, 1997 zu finden. Alternativ ist die Membran ein Isolator (Siliziumoxid oder Siliziumnitrid) , auf der der Widerstand als weitere dünne Schicht abgeschieden wurde. Bei anderen Ausführungen sind zusätzlich zur Widerstandsschicht Isolationsschichten und eine Absorberschicht angebracht.
Die Temperaturabhängigkeit von Metallschichtwiderständen ist linear, Halbleiter als Widerstandsmaterial haben eine exponentielle Abhängigkeit. Eine ebenfalls hohe Abhängig- keit versprechen Dioden als Wärmedetektoren mit ihrer Strom-Spannungskennlinie nach
I0 = I0*(Exp{eUD/kT}-l)
wobei T die Temperatur, k die Boltzmann Konstante, e die elektrische Elementarladung, I0 und UD eine Stromstärke und Spannung in der Diode bezeichnet sowie Io eine Spannungsunabhängige Konstante ist.
Bolometer können als einzelne Sensoren dienen, aber auch als Zeilen oder 2D-Arrays aufgebaut sein. Zeilen und Arrays werden heute typisch mit Verfahren der Mikrosystemtechnik in Oberflächenmikromechanik auf Siliziumsubstrat hergestellt. Hier spricht man von Mikrobolometer-Arrays .
Eine bevorzugte Wellenlänge der zu detektierenden Infrarotstrahlung liegt bei 8-14 μm, da in diesem Wellenlängenbereich Materie strahlt, die in etwa Raumtemperatur (300 K) hat. Der Wellenlängenbereich von 3-5 μm ist ebenfalls inte- ressant wegen eines durchlässigen atmosphärischen Fensters.
Ein wesentlicher Vorteil der thermischen Bolometer gegenüber anderen (photonischen) IR-Detektoren (IR = jLnfrarot) ist, dass sie bei Raumtemperatur, d.h. ungekühlt betrieben werden können.
Ziel der Weiterentwicklung ist es, möglichst viele Bolome- terzellen (Pixel) in einem Array anzuordnen. Somit weist der Array eine höhere Pixelzahl auf und liefert eine bessere Auflösung eines Bildes bei gleicher Gesamtfläche (Chipfläche) des Arrays. So ist eine Anordnung von 160 x 120 Pixel üblich, 320 x 240 ebenfalls verfügbar, 640 x 480 Pixel (VGA-Auflösung) sind angekündigt, aber nur zu erheblichen Mehrkosten demnächst erhältlich. Gleichzeitig ist es sinnvoll, die Kosten des Arrays zu minimieren, um neue Märkte, z.B. den Automobilbereich, zu erschließen.
Die üblichen Abmessungen eines einzelnen Pixels im Array umfassen eine Pixelfläche von 35 x 35 μm2 bis 50 x 50 μm2. Damit beträgt eine Chipfläche bei 320 x 240 Pixel mindestens 12,2 x 8,4 mm2 = 94 mm2 (reine Pixelfläche) zuzüglich einer Fläche für eine Ausleseschaltung (z.B. 2 mm zusätz- lieh je Kante), in der Summe ca. 137 mm2. Da eine Ausbeute (die Anzahl guter Chips bezogen auf die Gesamtzahl auf einer Scheibe) stark abnimmt mit zunehmender Chipfläche, ist eine wirtschaftliche Fertigung eines solchen Arrays kaum noch möglich. Somit sollte eine Erhöhung der Pixelzahl mit einer Reduktion der Pixelfläche einhergehen. IR- Bildaufnehmer mit 35 x 35 μm2 sind mittlerweile kommerziell verfügbar. Wie in dem Dokument http: //www- leti.cea. fr/commun/AR-2005/pdf/t7-2-Mottin.pdf beschrieben, finden sich 25 x 25 μm2 Arrays in der Entwicklung. Aber auch diese bereits skalierte Fläche führt bei Bildaufnehmern mit VGA-Auflösung zu einer unvertretbar großen Chipfläche (abgeschätzt ca. 250 mm2) . Eine weitere Skalierung der Pixelfläche ist deshalb unbedingt notwendig. Ziel sind Pixel mit einer Pixelfläche von ca. 15 x 15 μm2. Einer wei- teren Verkleinerung steht dann entgegen, dass die dann eingesetzten Optiken eine sehr hohe Güte haben müssten, die wiederum nur zu sehr hohen Kosten machbar wäre.
Eine Detektion von Infrarot-Strahlung im Mikrobolometer be- ruht darauf, dass die Strahlung einen thermisch gut isolierten Widerstand erwärmt. Dieser ist temperaturabhängig und ändert daher seinen Widerstandswert als Funktion der Erwärmung. Eine Widerstandsänderung wird über ein ROIC (ROIC = read out i.ntegrated circuit) ausgelesen. Typische Temperaturerhöhungen am Widerstand liegen im Bereich weniger Millikelvin (mK) je Grad Temperaturveränderung eines beobachteten Ziels. Damit diese Temperaturerhöhung am Bolometer möglich wird, muss der Widerstand thermisch sehr gut isoliert sein. Dies erreicht man, indem man den Widerstand auf einer Membran anordnet (oder ihn selbst als Membran ausbildet) , die mit einem Abstand von einigen μm oberhalb einer Scheibenoberfläche angeordnet und an nur wenigen Punkten mit geringer Wärmeleitfähigkeit mit der Scheibenoberfläche bzw. mit einem Substrat verbunden ist.
Fig. 5 zeigt zwei ein Bolometer gemäß dem Stand der Technik, die in R. A. Wood: "Monolithic Silicon microbolometer arrays," Semiconductor Semimetals, vol. 47, pp. 43-121, 1997, beschrieben sind. In Fig. 5a ist ein Single-Level- Pixel dargestellt mit einem Sensor 51, einer Elektronik 52, die sich auf einem Substrat 54 befindet, und eine Pixelgröße 53 aufweist. Fig. 5b zeigt ein Two-Level-Pixel, wo die Elektronik 52 unterhalb des Sensors 51 angebracht ist. Dieses Bolometer entspricht ebenfalls dem Stand der Technik und weist im Vergleich zu dem Bolometer, welches in Fig. 5a gezeigt ist, einen höheren Füllfaktor (Verhältnis aus IR- empfindlicher Fläche zur Gesamtfläche) auf.
Die Membran wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass der Widerstand bzw. Sensor 51 auf einer Scheibenoberfläche 55 hergestellt wird und dann der Bereich unterätzt wird, so dass ein Hohlraum 56 entseht. Durch lokales Entfernen von beispielsweise Silizium (Si) , erhöht sich der Wärmewiderstand zwischen Widerstand auf der Membran 51 und dem Substrat 54. Eine Ausleseschaltung 52 wird neben der Membran 51 integriert und kostet somit zusätzliche Chipfläche. Daher ist eine Struktur aus Fig. 5b vorteilhafter, in der der Widerstand 51 in einer zweiten Ebene auf einer Membran o- berhalb der Ausleseschaltung 52 angebracht ist. Zur Messung des Widerstands sind zwei Kontaktpunkte notwendig. Sie können gebildet werden, indem Zuleitungen auf nach oben schrägen Abschnitten der Membran angeordnet sind. Die Schrägen dienen gleichzeitig als Abstandshalter für die Membran. Fig. 6 zeigt eine Raumsicht auf eine entsprechende Struktur mit einer Membran 10, die aus einem Träger 35 und einer Widerstandsschicht 18 besteht. Eine derartige Anordnung ist in der Abb. 2 in dem US Patent US 5,688,699 ( Nov. 2, 1997; B. T. Cunningham, B. I. Patel: "Microbolometer") be- schrieben. Die Membran 10 wird dabei durch schrägen Stützarmen 20, die eine elektrisch leitende Schicht 32 und eine thermischen Isolierschicht 22 aufweist, gehalten. Ein Kontakt der Membran 10 über die Stützarme 20 weist eine Überlappung 33 auf und die Stützarme 20 reichen bis in eine E- pitaxieschicht 14, wo sich die entsprechende Schaltung (in der Figur nicht gezeigt) befindet. Die Epitaxischicht 14 befindet sich zwischen einem Substrat 12 und einer Isolierschicht 24.
Ist die Membran 10 eben (ohne Schrägen) , so erfolgt die Signalzufuhr über metallische Stöpsel, die gleichzeitig als Abstandshalter dienen. Diese Struktur ist in http: //www- leti . cea . fr/commun/AR-2003/T5-Photodetection/25-J- LTissot.pdf beschrieben und Fig. 7 zeigt eine Raumsicht auf eine derartige herkömmliche Struktur mit einer Membran 10 auf zwei Kontaktstöpsel 26a und 26b, die in einem Abstand 72 über einen Untergrund 73 gehalten wird. Die Membran 10 mit einer Größe 75 weist eine Dicke 74 auf und der Untergrund 73 umfasst einen Reflektor. Eine thermische Isolie- rung zu dem Untergrund 73 wird dabei über die Brücken 76a, b hergestellt. Auf dem Untergrund 73 befindet sich ein ROIC Input Päd 77, über den das Bolometer kontaktiert wird. Die Kontaktierung der Membran 10 weist dabei einen Überlapp 78 im Vergleich zu einem Durchmesser der Kontaktstöpsel 26a und 26b auf. Dieser Überlapp 78 verringert den Füllfaktor.
Optimale Absorption der IR-Strahlung erhält man dadurch, dass die Membran 10 einen Schichtwiderstand entsprechend einem Ausbreitungswiderstands einer elektromagnetischen Welle in Luft (377 Ω/D) aufweist und in Höhe von λ/4 (ca. 2.5 μm bei der bevorzugten Wellenlänge λ von beispielsweise 8-14 μm) über einem Reflektor 73 angeordnet ist.
In dem US Patent US 5,912,464 ist ein solches Bolometer und ein Verfahren zur Herstellung angeführt und in Fig. 8 ist ein Ausschnitt gezeigt. Fig. 8a zeigt einen Querschnitt durch eine Kontaktierung der Membran 10, wobei die Quer- schnittsebene durch eine Strich-Punkt-Linie in Fig. 8b mit einer Blickrichtung 81 gezeigt ist.
Der Kontaktstöpsel 26b kontaktiert ein Anschlusspad 77 und gleichzeitig eine Kontaktschicht 23. Weitere Schichten des Bolometers sind eine Reflexionsschicht 21, eine Opferschicht 22, die Bolometer- oder Widerstandsschicht 27 und Übergangsschichten 24 und 25. Die elektrische Kontaktierung der Widerstandsschicht 27 wird über die Kontaktschicht 23 hergestellt und die Übergangsschichten 24 und 25 dienen zur besseren Kontaktierung der Kontaktschicht 23. Die Kontaktschicht 23 erstreckt sich dabei schlangenförmig entlang der Widerstandsschicht 27 von einem Kontaktstöpsel 26a zu dem Kontaktstöpsel 26b. Die schlangenförmige Ausgestaltung der Elektrodenschicht 23 ist durch eine gestrichelte Linie 82 in Fig. 8b gezeigt. Die schlangenförmige Ausgestaltung der Elektrodenschicht 23 dient dabei einer besseren Absorption der Infrarotstrahlung.
Auch in diesem Bolometer gemäß dem Stand der Technik weist der Kontaktstöpsel 26b als auch die Membran 10 einen Überlapp auf. In Fig. 8a ist der Überlapp des Kontaktstöpsel 26b mit x gekennzeichnet und der Überlapp der Membran 10 mit y. Die Opferschicht 22 ist nur in dem hier gezeigten Zwischenschritt vorhanden und wird später entfernt.
Bei einer entsprechenden Prozessierung wird auf eine Scheibe mit integrierter Schaltung (z.B. in CMOS-Technologie; nicht in der Figur gezeigt) eine Opferschicht 22 aus Polyi- mid als Abstandshalter aufgebracht. Im Bereich der Kontaktstöpsel 26a, b wird die Opferschicht 22 in Form eines Kontaktlochs geöffnet. In einer Ausführung, die in Fig. 8a gezeigt ist, wird nun eine metallische Kontaktschicht 25 ab- geschieden und strukturiert, dann ein Kontaktmetall für die Kontaktstöpsel 2βa,b abgeschieden. Dieses Metall wird so geätzt, dass es einen Rand des Kontaktlochs überlappt. Die Widerstandsschicht 27 wird abgeschieden und strukturiert. Zum Schluss wird die Opferschicht 22 unter der Membran 10 entfernt, so dass diese, gehalten von den Kontaktstöpseln 26a, b, über der Reflexionsschicht 21 schwebt und so ein λ/4-Absorber entsteht.
Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Kontaktierung wie sie auch in dem Beispiel von Fig. 8 verwendet wird. Der Kontaktstöpsel 26b weist dabei einen Überlapp x über einen Durchmesser z des Kontaktstöpsels 26b auf und die Membran 10 weist einen Überlapp um einen Wert y über den Kontaktstöpsel 26b auf.
Allen Ausführungsformen, die in dem US Patent US 5,912,464 beschrieben sind, aber auch den Strukturen nach dem US Patent US 5,688,699 oder aus dem Dokument http: //www- leti.cea.fr/commun/AR-2003/T5-Photodetection/25-J- LTissot.pdf ist gemein, dass das Kontaktmetall über den Durchmesser z des Kontaktstöpsels 26b hinausragt (Abstand x in Fig. 9) . Die Membran 10 selbst ragt noch weiter hinaus (Abstand y in Fig. 9) . Die Überlappungen x und y geben einen Ausgleich für Justiertoleranzen, sie sorgen dafür, dass der Bereich des Kontaktstöpsels (die Kontaktfläche in Fig. 7) nicht angeätzt wird.
Fig. 10 zeigt wie die Bolometer gemäß dem Stand der Technik bei einer Verkleinerung der Pixelgröße 75 skalieren. Fig. 10a zeigt eine Aufsicht auf die Membran 10 mit herkömmlicher Kontaktierung durch die Kontaktstöpsel 26a und 26b, wobei die Membran 10 über die Brücken 76a, b mit den Kontaktstöpseln 26a, b verbunden ist. Die Brücken 76a, b dienen zur thermischen Isolierung. Wie in Fig. 9 erläutert, überlappt die Membran 10 um den Wert y den Kontaktstöpsel 26b und der Kontaktstöpsel 26b überlappt den Durchmesser z des Kontaktstöpsels 26b um den Wert x. Bei einer Verkleinerung (Skalierung) der Pixelgröße 75, wie es in Fig. 10b gezeigt ist, wird die Größe der Kontaktstöpsel technologiebedingt nicht skaliert und dementsprechend sinkt der Füllfaktor. Ein Grund dafür ist, dass der herkömmliche Herstellungspro- zess auf fotoempfindlichem Polyimid als Opferschicht 22 ba- siert und daher begrenzt ist auf eine minimale Lochgröße, die größer als ca. 3 μm sein muss (weitere Bemerkungen weiter unten) .
Fig. 10a zeigt also, dass, wie auch in Fig. 7 sichtbar, die Kontaktstöpsel 26a, b mit ihrem Kontakt zur Membran 10 zwar relativ groß, bei einem Pixel von ca. 50 μm Kantenlänge sein Flächenanteil jedoch noch relativ gering sind. Allerdings ist in Fig. 6 bereits ersichtlich, dass die eigentliche Membranfläche 35 nur einen relativ kleinen Anteil an der Gesamtfläche des Pixels hat und der Füllfaktor in dieser Ausführung unter 50 % liegt.
Wie in Fig. 6, Fig. 8b oder Fig. 10a ersichtlich, ist der Kontaktstöpsel 26b über einen dünnen Arm 20 bzw. 76b, mit der Membran 10 verbunden. Der Arm 20 bzw. 76b dient neben dem mechanischen Halt und der elektrischen Zuführung zusätzlich der thermischen Isolation der Membran 10 von dem Kontaktstöpsel 26b. Seine große Länge und seine kleine Querschnittsfläche sorgen für einen hohen Wärmewiderstand zwischen Membran 10 und Substrat.
Wie bereits beschrieben, ist es wünschenswert die Pixel möglichst klein zu machen. Ein direkter Vergleich der Fig. 10a und 10b zeigt, dass dies bei Pixel herkömmlicher Tech- nik nur unzureichend lösbar ist. Beim skalierten Pixel in Fig. 10b nehmen die Kontaktstöpsel 26a, b einen unverhältnismäßig großen Anteil an der gesamten Pixelfläche in Anspruch. Dies liegt daran, dass das Metall des Stöpsels sei- ne Öffnung durch die Membran 10 um x überragt, zudem ist die Membran 10 typisch noch um y größer als der Überlapp x. Bei vorgegebener Gesamtfläche wird der Anteil einer aktiven Fläche auf der Membran 10 kleiner, der Füllfaktor nimmt ab, und damit auch eine Empfindlichkeit der Pixel für die IR- Strahlung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bolometer und ein Verfahren zum Herstellen eines Bolometers zu schaffen, wobei das Bolometer keinen Überlapp der Membran 10 oder der Kontaktstöpsel aufweist und dadurch eine Verkleinerung (Skalierung) der Pixelabmessungen möglich ist und bei dem die aktive Fläche der Membran 10 möglichst groß gehalten ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bolometer gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 24 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung von Prozessschritten, die beispielsweise in der CMOS-Technologie üblich sind, eine Pixelstruktur hergestellt werden kann, die eine deutliche Skalierung erlaubt .
Grundzüge eines Lösungsweges können wie folgt beispielhaft zusammengefasst werden.
Als Ausgangssubstrat dient beispielsweise ein CMOS-Wafer, der im Bereich der Membran 10 des Bolometers einen Reflektor, z.B. in Form einer AI-Schicht, aufweist. Im Bereich der Kontaktstöpsel bzw. Abstandshalter wird je ein Anschlusspad (z.B. aus Al) mit einer Ausleseschaltung verbunden. Auf dieses Substrat wird eine Opferschicht, bei- spielweise eine ca. 2.5 μm dicke amorphe Siliziumschicht (a-Si-Schicht) , abgeschieden. Dies kann beispielsweise in einem CVD-Verfahren (CVD = c_hemical vapour deposition) , ggf. durch Plasma unterstützt, geschehen. Anschließend wird eine erste Schutzschicht abgeschieden (z.B. eine dünne Schicht aus Siliziumoxid im CVD-Verfahren; ca. 50 - 200 nm) , so dass eine Schichtfolge erste Schutz- schicht/Opferschicht entsteht. Gegebenfalls wird stattdessen eine stresskompensierte Schicht beispielsweise aus Oxid und Nitrid abgeschieden. Die Schichtenfolge wird nun im Bereich der Abstandshalter geöffnet. Dies kann beispielsweise durch einen Ätzprozess geschehen, wobei in einer Fototech- nik eine kleine Kontaktöffnung ( beispielsweise ca. 0.5 x 0.5 μm2 bis 1.5 x 1.5 μm2) in einer Lackmaske belichtet wird. Anschließend wird die Schichtfolge mit der Lackmaske anisotrop, d.h. senkrecht geätzt, so dass ein Loch hinunter bis zum Anschlusspad (Metallanschluss der Ausleseschaltung) reicht. Gegebenfalls kann die Opferschicht unter der ersten Schutzschicht leicht unterätzt werden, so dass die erste Schutzschicht etwas überhängt. Eine dünne Zwischenschicht beispielsweise aus Ti/TiN (z.B. 20 nm/80 nm) wird gesput- tert, so dass ein Boden und eine Lochwand zumindest teil- weise bedeckt sind. Darauf wird ein leitfähiges Material abgeschieden (beispielsweise Wolfram im CVD-Verfahren) , bis das Loch vollständig bis zu einer Oberfläche aufgefüllt ist. Z.B. mittels eines CMP-Verfahren (CMP = chemisch mechanisches Polieren) wird nun das leitfähige Material von der Oberfläche wegpoliert (einschließlich der Zwischenschicht) . Dabei bleibt das Loch mit dem leitfähigen Material gefüllt. Die erste Schutzschicht wird nur anpoliert, jedoch nicht vollständig entfernt.
Als Resultat liegt eine Grundstruktur vor, auf deren Basis zwei verschiedene Fortführungen des Prozesses möglich.
Prozessfolge A
Eine Kontaktschicht, z.B. ein dünne Ti/TiN-Schicht, wird auf die Grundstruktur aufgebracht und strukturiert. Darauf wird eine temperaturempfindliche Widerstandsschicht (bei- spielsweise aus a-Silizium, gegebenenfalls auch aus Vanadiumoxid (VOx) oder einem organischen Halbleiter) abgeschieden. Der eigentliche Messwiderstand des Bolometers wird durch die Widerstandsschicht oberhalb einer schmalen Lücke (Spalt) in der Kontaktschicht gebildet. Um eine möglichst hohe thermische Isolierung des Messwiderstandes von den Abstandshaltern und somit auch vom Untergrund zu erhalten, ist bei der dieser Prozessführung der Spalt vorzugsweise möglichst mittig zwischen den Abstandshalter angeordnet.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kontaktschicht, beispielsweise durch geeignete Wahl der Schichtdicke bzw. Schichtmaterials, hat die Membran einen Schichtwiderstand von 377 Ω/D und ist daher als λ/4-Absorber geeignet, unab- hängig vom eigentlich höheren Widerstand der Widerstandsschicht.
Die Widerstandsschicht wird nun ebenfalls strukturiert (beispielsweise mit Lithographie und Ätzschritt) . Als nächstes wird eine zweite Schutzschicht (Deckschicht, beispielsweise aus Oxid, gegebenenfalls aus einem organischen Material) abgeschieden und strukturiert, so dass zwischen den Membranen, beispielsweise in einem Bolometer-Array, und zwischen den Trägerarmen und der zugehörigen Membran alle Schichten oberhalb der Opferschicht entfernt sind. Die Widerstandsschicht bleibt ringsum durch die zweite Schutzschicht und/oder eine organische Deckschicht geschützt.
Jetzt wird durch die entstandenen Öffnungen die Opfer- Schicht vollständig entfernt. Hierzu eignet sich besonders ein Ätzerfahren beispielsweise mit XeF2, welches in Chu, P.B.; J. T. Chen; R. Yeh; G. Lin; J. C. P. Huang; B. A. Warne- ke; K. S. J. Pister "Controlled PulseEtching with Xenon Difluoride"; 1997 International Conference on Solid State Sensors and Actuators - TRANSDUCERS '97, Chicago, USA, June 16-19, p. 665-668 beschrieben ist, welches mit hoher Rate, isotrop, d.h. ungerichtet, aber mit hoher Selektivität beispielsweise zu Oxid und organischen Materialien nur die Op- ferschicht entfernt. Dies ist insbesondere dann effektiv, wenn die Opferschicht amorphes Silizium aufweist. Damit ist die Membran freigelegt, nur gestützt und kontaktiert durch die Abstandshalter. Die allseits geschützte Widerstands- Schicht wird in diesem beispielhaften Prozess nicht angeätzt. Die Membran liegt auf den Abstandshaltern auf. Das Material der Abstandshalter überragt nicht die Widerstandsschicht .
Dieser Lösungsweg erfordert nur eine geringe Anzahl von Prozessschritten zur Realisation eine Bolometerstruktur . Im Folgenden wird eine alternative Prozessführung beschrieben, welche den zusätzlichen Vorteil einer möglichst großen Fläche der aktiven Widerstandsschicht aufweist.
Prozessfolge B
Ausgehend von der gleichen Grundstruktur wie vor der Pro- zessfolge A, wird eine dünne Widerstandsschicht (z.B. aus amorphem Silizium, VOx, organischem Halbleiter) und eine Isolierschicht (beispielsweise aus Oxid) abgeschieden. Anschließend werden diese beiden Schichten strukturiert, so dass die Abstandshalter, die beispielsweise aus Wolfram be- standen, freiliegen. Zur Anpassung des Schichtwiderstandes der Membran wird eine Kontaktschicht (beispielsweise eine dünne Schicht aus TiN, 3-15 nm) aufgebracht, gegebenenfalls gefolgt von einer zweiten Schutzschicht, die beispielsweise ein Oxid aufweisen kann. Zur thermischen Isolation der Membran werden Verbindungen zu den Abstandshaltern nun auf zwei schmale Stege reduziert. Dies kann beispielsweise durch eine Folge von Ätzschritten geschehen. Bei der Ausgestaltung der Stege ist zum einen darauf zu achten, dass sie einen hohen Füllfaktor erlaubt und zum anderen, dass die Membran mechanisch stabil gehalten wird.
Zu diesem Zeitpunkt kontaktiert die Kontaktschicht beide Abstandshalter mit einem geringen Widerstand parallel zur eigentlichen Widerstandsschicht. Die Kontaktschicht wird daher in zwei schmalen Bereichen (Stege) so unterbrochen, dass eine parallele Stromführung durch die Kontaktschicht verhindert wird. Dies kann beispielsweise in einem weiteren Ätzschritt erfolgen.
Die gesamte Struktur wird nun durch eine dünne Schutzschicht passiviert (beispielsweise durch eine Oxidschicht) , um die Widerstandsschicht zu schützen. Abschließend wird die Opferschicht entfernt und so die Membran freigelegt. Auch bei dieser Prozessfolge kann beispielsweise ein i- sotroper Ätzprozess mit XeF2 verwendet werden.
Alternativ kann die Opferschicht schon vor einer Definition der Stege und der Isolation der Kontaktschicht entfernt werden. In diesem Fall ist die Widerstandsschicht auch ohne zusätzliche Passivierung allseitig vor einem Angriff des beispielhaft verwendeten Ätzprozess mit XeF2 geschützt.
Wesentliche Vorteile einer erfindungsgemäßen Prozessierung sind somit, dass die Abstandshalter zu deutlich kleineren Abmessungen skaliert werden können und trotzdem noch eine ausreichende Haftung zur Membran 10 aufweisen. Deshalb sind keine Öffnungen in der Membran 10 und Überlappungen x und y notwendig, wie es bei den Stöpsel 26a, b der Fall war; siehe Fig. 9.
In anderen Worten ausgedrückt, grenzen die Abstandshalter an die Unterseite der Kontaktschicht an bzw. enden an der- selben, ohne die Kontaktschicht zu durchstoßen.
Außerdem erlaubt die erfindungsgemäße Prozessierung die Herstellung von Bolometer bzw. Bolometerarrays bei deutlich kleinerer Pixelgröße bei geringeren Kosten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. la-i Schritte zur Herstellung eines Bolometers gemäß Prozessfolge A der vorliegenden Erfindung und eine Aufsicht auf das Bolometer;
Fig. 2a-j Schritte zur Herstellung eines Bolometers gemäß Prozessfolge B der vorliegenden Erfindung und eine Aufsicht auf das Bolometer;
Fig. 3a-g Schritte zur Herstellung eines Bolometers mit einer veränderten Prozessreihenfolge; ran und einen Abstandshalter;
Fig. 4a eine Aufsicht auf eine Membran mit Kontaktberei- chen ohne Überlapp;
Fig. 4b eine Aufsicht auf eine skalierte Membran mit Kontaktbereichen ohne Überlapp;
Fig. 4c eine Querschnittsansicht durch einen Teil einer Membran und einen Abstandshalter;
Fig. 5a-b Querschnittsansichten durch herkömmliche Mikrobo- lometerStrukturen;
Fig. 6 eine Raumsicht auf eine herkömmliche Struktur mit Membran;
Fig. 7 eine Raumsicht einer herkömmlichen Struktur mit einer Membran auf zwei Kontaktstöpseln mit Me- tallüberlappung;
Fig. 8a eine Querschnittsansicht durch eine herkömmliche Struktur mit einem Kontaktstöpsel und einem Teil einer Membran sowie noch vorhandener Opferschicht; Fig. 8b eine Draufsicht auf die herkömmliche Struktur aus Fig. 8a;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht durch einen Kontaktstöp- sei und einen Teil einer Membran und markierten
Überlappungen;
Fig. 10a eine Aufsicht auf eine Membran mit herkömmlicher
Kontaktierung mit Kontaktstöpsel; und
Fig. 10b eine Aufsicht auf eine skalierte Membran mit herkömmlicher Kontaktierung mit Kontaktstöpsel.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weglassen wird.
Fig. la-h zeigen Querschnittsansichten einer Schrittfolge für ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Fig. Ii zeigt eine entsprechende Draufsicht mit markierter Schnittebene 199 der Querschnittsansichten.
Fig. Ia zeigt einen Querschnitt eines Substrats 100 (z.B. CMOS-Wafer) , auf dem ein Anschlusspad 110a und ein Anschlusspad 110b abgeschieden ist und außerdem ein Reflektor 120 aufgebracht wurde. Eine Verbindung des Anschlusspads 110a und des Anschlusspads 110b zu einer dar- unter liegenden CMOS-Schaltung ist nicht gezeigt. Beide Anschlusspads 110a, 110b dienen zu einer späteren Kontaktierung des Bolometers.
Auf die in Fig. Ia gezeigte Struktur wird in einem Folge- schritt eine Opferschicht 130 und eine erste Schutzschicht 140 wie in Fig. Ib gezeigt, abgeschieden. Die Opferschicht 130 wird in einem späteren Schritt wieder entfernt und weist eine Schichtdicke auf, so dass das Bolometer einen λ/4-Absorber darstellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Opferschicht 130 amorphes Silizium auf und die ersten Schutzschicht 140 ein Oxid auf.
Wie in Fig. Ic gezeigt, werden in einem nächsten Schritt Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' durch die Schutzschicht 140 und durch die Opferschicht 130 hergestellt. Die Durchgangsöffnung 150a' ist dabei derart positioniert, dass sie auf dem Anschlusspad 110a endet und die Durchgangsöffnung 150b' ist analog dazu derart positioniert, dass sie auf dem Anschlusspad 110b endet. In einem nächsten Schritt wird die Durchgangsöffnung 150a' und die Durchgangsöffnung 150b' mit einem leitfähigen Material aufgefüllt und überstehendes Material entfernt, so dass eine ebene Oberfläche 142 ent- steht.
Wie in Fig. Id gezeigt, wird in einem Folgeschritt auf die Oberfläche 142 eine Kontaktschicht 160 abgeschieden. In einem nächsten Schritt, der in Fig. Ie gezeigt ist, wird die Kontaktschicht 160 strukturiert und eine Widerstandsschicht 170 abgeschieden. Die strukturierte Kontaktschicht 160 weist als Folge einen Spalt 162 auf, der einen ersten Teil 160a von einem zweiten Teil 160b der Kontaktschicht 160 trennt. Um eine möglichst gute thermische Isolierung des Spaltes 162 von den Abstandshaltern 150a und 150b zu erreichen, sollte die minimale Entfernung vom ersten Abstandshalter 150a zum Spalt 162 möglichst gleich einer minimalen Entfernung vom zweiten Abstandshalter 150b zum Spalt 162 sein.
Der Spalt 162 weist dabei vorzugsweise eine Breite auf, so dass der Messwiderstand des Bolometers in einem Bereich von beispielsweise 0,1 kΩ bis 1 GΩ und vorzugsweise zwischen 1 kΩ und 100 MΩ liegt.
Die Widerstandsschicht 170 wird anschließend strukturiert und eine zweite Schutzschicht 180 wird aufgebracht. Dies ist in Fig. If gezeigt. Wie in Fig. Ig gezeigt, wird in ei- nem Folgeschritt die Oberfläche des Bolometers strukturiert, so dass die zweite Schutzschicht 180 und die Kontaktschicht 160 im Wesentlichen bündig mit den Abstandshaltern 150a und 150b abschließen. Die strukturierte Wider- Standsschicht 170 erstreckt sich auf einen Innenbereich einer später entstehenden Membranoberflache 192, so dass die strukturierte Widerstandsschicht 170 keinen Kontakt zu einem Randbereich 190a und 190b aufweist. In diesem Schritt wird ebenfalls die erste Schutzschicht 140 strukturiert, so dass sich die erste Schutzschicht 140 zwischen der Kontaktschicht 160 und der Opferschicht 130 befindet.
In einem letzten Schritt, der in Fig. Ih gezeigt ist, wird die Opferschicht 130 entfernt. Das resultierende Bolometer weist eine Membran 10 auf, die eine Schichtfolge mit der ersten Schutzschicht 140, der Kontaktschicht 160 mit dem ersten Teil 160a und dem zweiten Teil 160b, der Widerstandsschicht 170 und der zweiten Schutzschicht 180 aufweist. Das Bolometer weist eine Oberfläche 192 auf, die im Wesentlichen bündig mit den Abstandshaltern 150a und 150b abschließt. Die Abstandshalter 150a und 150b weisen eine Höhe 198 auf, die derart gewählt wird, dass die Membran 10 in einem Abstand 198 gehalten wird und der Abstand 198 im Idealfall einem Viertel der zu detektierenden Wellenlänge entspricht.
Fig. Ii zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche 192 des Bolometers mit Kontaktflächen, an denen die Abstandshalter 150a und 150b die Membran 10 kontaktieren. Eine gestrichel- te Linie 199 markiert die Querschnittsebene, die den Spalt 162 passiert und die in den Figuren Ia bis Ih in einer Blickrichtung 81 dargestellt ist.
Fig. 2a bis 2g zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigen Fig. 2a bis 2f Querschnittsansichten Bezug nehmend auf eine Schrittfolge für die Herstellung eines Bolometers und Fig. 2g zeigt eine entsprechende Draufsicht mit markierter Schnittebene 230 der Querschnittsansichten. Die ersten Schritte des zweiten Ausführungsbeispieles entsprechen dabei einer Schrittfolge, die in Fig. Ia bis Ic beschrieben wurden. Auf eine Wiederholung der Erklärungen zu den einzelnen Schritten wird da- bei hier verzichtet.
Auf die in Fig. Ic gezeigte Struktur wird zuerst eine Widerstandsschicht 170 und eine Isolierschicht 210 aufgebracht, so dass die in Fig. 2a gezeigte Struktur erhalten wird. Die Fig. 2a zeigt weiterhin das Substrat 100, das erste Anschlusspad 110a mit dem ersten Abstandshalter 150a, das zweite Anschlusspad 110b mit dem zweiten Abstandshalter 150b, den Reflektor 120, die Opferschicht 130 und die erste Schutzschicht 140.
Die Widerstandsschicht 170 und die Isolierschicht 210 werden anschließend strukturiert und das Ergebnis ist in Fig. 2b gezeigt. Die Strukturierung erfolgt dabei derart, dass die Widerstandsschicht 170 keinen Kontakt zu den Abstands- haltern 150a und 150b aufweist und darüber hinaus die Isolierschicht 210 die Widerstandsschicht 170 nicht vollständig bedeckt, so dass eine erste Kontaktstelle 175a und eine zweite Kontaktstelle 175b frei bleibt.
Wie Fig. 2c zeigt, wird darauf eine Kontaktschicht 160 aufgebracht, die einen Kontakt zwischen der Widerstandsschicht 170 und den Abstandshaltern 150a und 150b herstellt.
Daran anschließend wird (wie in Fig. 2d gezeigt) die Kontaktschicht 160 zunächst strukturiert, wobei insbesondere die Kontaktschicht 160 zweimal durch Spalten 250a und 250b durchtrennt wird. Als Resultat unterteilt sich die Kontaktschicht 160 in eine Schicht 160a, die Kontakt zum Abstandshalter 150a als auch zur Widerstandsschicht 170 hat, eine Schicht 160b, die Kontakt zum Abstandshalter 150b und zur Widerstandsschicht 170 hat als auch eine Schicht 160c, die von der Schicht 160a und der Schicht 160b getrennt ist. Folglich sind die Schichten 160a und 160b getrennt, so dass ein elektrischer Strom vom ein elektrischer Strom vom ersten Abstandshalter 150a zum zweiten Abstandshalter 150b die Widerstandsschicht 170 passiert. Die Schicht 160c hat im Weiteren keinen Kontakt zur Widerstandsschicht 170 und besitzt die Aufgabe, einen Schichtwiderstand der Membran 10 entsprechend dem Wellenwiderstand einer elektro-magnetischen Welle in Luft einzustellen.
Auf die Kontaktschicht 160 wird anschließend eine zweite Schutzschicht 180 aufgebracht. Das Resultat ist in Fig. 2e gezeigt. Eine weitere Strukturierung der Schutzschicht 180 definiert eine Oberfläche 192 der Membran 10 des Bolome- ters .
In einem nächsten Schritt werden die in Fig. 2g gezeigten Spalten 220a und 220b erzeugt. Die Spalten 220a und 220b durchtrennen die Membran 10 mit der ersten Schutzschicht 140, der Widerstandsschicht 170, der Isolierschicht 210, der Kontaktschicht 160 und der zweiten Schutzschicht 180. Da eine Schnittebene, die zu den Querschnittsansichten 2a bis 2f gehört, nicht die Spalten 220a und 220b kreuzt, sind die Spalten 220a und 220b nicht in den Querschnittsansichten von Fig. 2a bis 2f gezeigt. In der Draufsicht von Fig. 2g ist die Schnittebene durch die gestrichelte Linie 230 gekennzeichnet. Die Pfeile 240 zeigen die Blickrichtung auf die Schnittebene.
In einem letzten Schritt, der in Fig. 2f gezeigt wird, wird die erste und zweite Schutzschicht (140, 180) derart strukturiert, dass die Oberfläche 192 der Membran 10 im wesentlichen bündig mit den Abstandshaltern 150a und 150b abschließt und schließlich wird die Opferschicht 130 entfernt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Strukturierung der Kontaktschicht 160 asymmetrisch, d.h. die Kontaktschicht wird nur durch einen Spalt getrennt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schritte bis hin zu der Struk- tur, die in Fig. 2c gezeigt ist, identisch zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel und auf eine Wiederholung der Beschreibung wird hier verzichtet.
Die in Fig. 2c gezeigte Struktur wird bei diesem Ausführungsbeispiel so wie in Fig. 2h gezeigt strukturiert, d.h. insbesondere wird nur ein Spalt 250 erzeugt, der die Kontaktschicht 160 durchtrennt. Dadurch entsteht eine Schicht 160a, die Kontakt zum Abstandshalter 150a als auch zur Wi- derstandsschicht 170 hat, eine Schicht 160b, die Kontakt zum Abstandshalter 150b und zur Widerstandsschicht 170 hat. Folglich sind auch hier die Schichten 160a und 160b getrennt, so dass ein elektrischer Strom vom ersten Abstandshalter 150a zum zweiten Abstandshalter 150b die Wider- Standsschicht 170 passiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Schichtwiderstand der Membran 10 entsprechend dem Wellenwiderstand einer elektro-magnetischen Welle in Luft durch eine Anpassung beispielsweise der Schicht 160b oder der Schicht 160a erfolgen.
Die in Fig. 2i gezeigten Schritte (Abscheiden der zweiten Schutzschicht 180 und Strukturierung) entsprechen wieder den bei Fig. 2e beschriebenen Schritten. Das Gleiche gilt für die anderen Schritte (Erzeugen der Spalten 220a und 220b, weitere Strukturierung und Entfernen der Opferschicht 130), die im Kontext der Fig. 2f bereits beschrieben wurden. Auf eine erneute Wiederholung wird deshalb hier verzichtet. Fig. 2j zeigt schließlich das resultierende BoIo- meter mit der Membran 10 und dem asymmetrischen Spalt 250.
Die angegebene Reihenfolge der Schritte ist nur eine Beispiel und kann bei weiteren Ausführungsbeispielen verändert werden. So kann z.B. das Erzeugen der Spalten 220a und 220b bzw. das Herausbilden der Stege 76a und 76b auch zum Schluss geschehen. Die Spalten 220a, b sind dabei derart ausgebildet, dass ein möglichst großer Bereich der Widerstandschicht 170 thermisch isoliert ist von den Abstandshalter 150a, b und so der Füllfaktor möglichst groß ist. Gleichzeitig sollen sie aber eine ausreichende Halterung für die Membran 10 liefern.
Neben der bisher diskutierten Prozessreihenfolge ist auch eine Umkehrung denkbar, bei der die Kontaktschicht 160 vor der Widerstandsschicht 170 abgeschieden wird. Dies ist in den Fig. 3a-3g gezeigt. Es sind wiederum Querschnittsansichten gezeigt, wobei die ersten Schritte wieder einer Schrittfolge entsprechen, die in Fig. Ia bis Ic beschrieben wurde. Auf eine Wiederholung der Erklärungen zu den einzelnen Schritten wird hier erneut verzichtet.
Die in Fig. 3a gezeigte Struktur entspricht der in Fig. Ic gezeigten Struktur und weist als oberste Schicht die erste Schutzschicht 140 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nun als erste weitere Schicht die Kontaktschicht 160 abgeschieden und strukturiert. Das Resultat ist in Fig. 3b gezeigt. Die Strukturierung erfolgt dabei derart, dass zum Einen die Kontaktschicht 160 im wesentlichen bündig mit den Abstandshaltern 150a und 150b abschließt und zum Anderen einen Spalt 250 aufweist, der die Kontaktschicht 160 in die Schicht 160a und die Schicht 160b trennt. Die Schicht 160a steht dabei in Kontakt zu dem Abstandshalter 150a und die Schicht 160b zu dem Abstandshalter 150b.
Wie in Fig. 3c gezeigt, wird darauf die Isolierschicht 210 abgeschieden und strukturiert, so dass die Isolierschicht den Spalt 250 im wesentlichen auffüllt und außerdem die erste Kontaktstelle 175a an der Schicht 160a und die zweite Kontaktstelle 175b an der Schicht 160b freilässt.
Wie in Fig. 3d gezeigt, wird darauf die Widerstandsschicht 170 abgeschieden und strukturiert, so dass die Widerstandsschicht 170 im wesentlichen bündig mit den Ab- Standshaltern 150a und 150b abschließt.
Wie in Fig. 3e gezeigt, wird darauf wieder die zweite Schutzschicht 180 aufgebracht und strukturiert, so dass die Membran 10 mit der Oberfläche 192 definiert ist. Das Resultat ist in Fig. 3f gezeigt. Als letzter Schritt wird wiederum die Opferschicht 130 entfernt, so dass die Struktur aus Fig. 3g entsteht.
Fig. 4a zeigt eine Aufsicht auf die Membran 10 mit Kontaktflächen, wo die Abstandshalter 150a und 150b die Membran 10 kontaktieren.
Fig. 4b zeigt die skalierte Membran 10, d.h. eine entsprechend verkleinerte Membran 10. Dabei skalieren, im Gegensatz zum Stand der Technik, die Kontaktflächen 150a und 150b ebenfalls entsprechend einer Größe der Membran 10. In beiden Fällen zeigt die Membran 10 keinen Überlapp über Kontaktflächen, an denen die Abstandshalter 150a und 150b die Membran 10 kontaktieren.
Fig. 4c zeigt einen skalierten Kontakt zwischen der Membran 10 und dem Abstandshalter 150b. Die Membran 10 liegt dabei ohne Überlappung auf dem Abstandshalter 150b.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist, im Vergleich zum Stand der Technik, in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. So erlaubt eine erfindungsgemäße Prozessführung mit den Abstandshal- tern 150a und 150b, die vorzugsweise Wolfram aufweisen, und mit der Opferschicht 130, die vorzugsweise amorphes Silizium (a-Si) aufweist, eine Verkleinerung des IR-empfindlichen Pixels. Ein herkömmlicher Prozess mit fotoempfindlichem Po- lyimid hat eine minimale Lochgröße, die größer als ca. 3 μm sein muss. Selbst wenn kleinere Löcher im Polyimid möglich wären (z.B. durch eine Mehrschichtmaske aus Fotolack und Oxid auf dem Polyimid, das dann mit einem anisotropem Ätzverfahren mit Sauerstoffplasma geöffnet werden kann) , können diese nicht oder nur unzureichend beispielsweise mit Wolfram aufgefüllt werden. Die Wolfram-Abscheidung im CVD- Verfahren benötigt typischerweise Temperaturen über 45O0C, bei denen das Polyimid nicht mehr stabil ist. Andererseits ist eine Verwendung von a-Si als Opferschicht 130 temperaturfest und erlaubt es, Abstandshalter 150a und 150b beispielsweise aus Wolfram in guter Qualität abzuscheiden, wie sie in der CMOS-Technik in der Mehrlagenme- tallisierung üblich sind. In die a-Si-Schicht können beispielsweise Löcher mit sehr kleinem Durchmesser und hohem Aspektverhältnis (Tiefe/Durchmesser) geätzt werden, wie es aus der Herstellung von Trenches in DRAMs bekannt ist. Die a-Si-Schicht ist stabil, so dass vor dem Abscheiden der Kontaktschicht 160 (beispielsweise durch Sputtern von Ti/TiN) ein relativ starker Rückätzprozess, z.B. mit Ar- Ionen, möglich ist. Dies erniedrigt einen Kontaktwiderstand zwischen den Abstandshalter 150a, b und der Kontaktschicht 160 und verbessert die Haftung der Kontaktschicht 160 auf den Abstandshalter 150a, b.
Die resultierende Struktur mit auf den Abstandshaltern 150a, b aufliegender Membran 10 kann zu kleinen Abmessungen skaliert werden, da die genannten Prozessschritte (bis auf das Abscheiden und isotrope Entfernen der beispielhaften a- Si Opferschicht 130) einem fortschrittlichen CMOS-Prozess entnommen werden können. So erlaubt ein 0.25 μm-Prozess einen Durchmesser für die Abstandshalter 150a, b, der kleiner als 0.5 μm ist, die Haltearme können so breit wie ein Durchmesser der Abstandshalter 150a, b sein und 0.25 μm Abstand zur Membran 10 haben.
Wesentliche Vorteile einer erfindungsgemäßen Prozessierung sind somit, dass die Abstandshalter 150a, b zu deutlich kleineren Abmessungen skaliert werden können und trotzdem noch eine ausreichende Haftung zur Membran 10 aufweisen. Deshalb ist kein Durchführen der Abstandshalter 150a, b durch die Membran 10 und Überlapp um die Werte x und y notwendig, wie es bei den Stöpsel 26a, b der Fall war. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann weiterhin auf ein Ausbilden von Stegen 76a, b verzichtet werden, was zu einer weiteren Erhöhung des Füllfaktors und zu einer verbesserten mechanischen Stabilität führt. Außerdem erlaubt die erfindungsgemäße Prozessierung die Herstellung von Bolometer bzw. Bolometerarrays bei deutlich kleinerer Pixelgröße bei geringeren Kosten.
Damit sind Pixel mit 20 x 20 μm2, oder 15 x 15 μm2 bei konstant hohem Füllfaktor möglich. Der Abstand zwischen den Membranen 10 in einem Bolometer-Array kann beispielsweise 0.5 μm betragen, so dass ein Pixel-Pitch (Abstand von Pi- xelmitte zu Pixelmitte) ebenfalls 15-20 μm sein kann.
Wie zuvor dargelegt, basieren zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf zwei Prozessabläufen. Unter Angabe von bevorzugten Materialien, Schichtdicken, verwende- ten Verfahren etc. lassen sich beide Prozessabläufe wie folgt zusammenfassen.
Prozessablauf A
- Bereitstellen einer CMOS-Scheibe mit passivierter Oberfläche
- Abscheiden eines metallischen Reflektors 120 und von zwei Anschlusspads 110a, 110b für eine Verbindung CMOS- Membran, z.B. aus dünnem Al (z.B. 100 - 200 nm, daher nur kleiner Stufe)
- Abscheiden von a-Si ca. 2.5 μm (als Opferschicht 130)
- evtl. Glätten der Oberfläche durch ein CMP-Verfahren
- Oxidabscheidung einer ersten Schutzschicht 140 (ca. 200 nm) - Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' mittels Fototechnik definieren (Durchmesser ca. 0.5-1 μm)
- Oxid-Ätzen, Silizium-Ätzen anisotrop, Stopp auf Padmetall von Anschlusspads 110a und 110b
- Ti/TiN Barriere Sputtern in den Durchgangsöffnungen 150a' und 150b'
- Wolfram-CVD Verfahren zum Auffüllen der Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' - CMP-Verfahren zum Entfernen des Wolfram und Ti/TiN von der Oberfläche
- Rücksputtern
- Sputtern der Kontaktschicht 160; TiN dünn (für Schichtwi- derstand von 377 Ω/D)
- Ätzen der Kontaktschicht 160 mittels Fototechnik (Entfernen TiN unter dem eigentlichen Widerstand) , Bilden eines Spaltes 162
- Abscheiden von a-Si, dotiert für Bolometer-Widerstand 170 - Fototechnik, Ätzen a-Si, Strukturieren der Widerstandsschicht 170
- Abscheidung von Oxid in einem CVD-Verfahren um zweite Schutzschicht 180 zu bilden (ca. 30 nm)
- Fototechnik zur Definition der Membranfläche und Freile- gen der Anschlussarme
- Ätzen der Schichten bis in die a-Si-Opferschicht 130 hinein
- Entfernen der a-Si-Opferschicht 130, z.B. mit hochselektivem (Oxid wird kaum angegriffen) , isotropem Ätzen in gasförmigem XeF2-
Prozessablauf B
- Bereitstellen einer CMOS-Scheibe mit passivierter Oberfläche
- Abscheiden eines metallischen Reflektors 120 und von zwei Anschlusspads 110a und 110b für eine Verbindung CMOS- Membran, z.B. aus dünnem Al (z.B. 100 - 200 nm, daher nur kleiner Stufe)
- Abscheiden von a-Si ca. 2.5 μm (als Opferschicht 130)
- evtl. Glätten der Oberfläche durch ein CMP-Verfahren
- Oxidabscheidung einer ersten Schutzschicht 140 (ca. 200 nm) - Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' mittels Fototechnik definieren (Durchmesser ca. 0.5-1 μm)
- Oxid-Ätzen, Silizium-Ätzen anisotrop, Stopp auf Padmetall von Anschlusspads 110a und 110b - Ti/TiN Barriere Sputtern in den Durchgangsöffnungen 150a' und 150b'
- Wolfram-CVD Verfahren zum Auffüllen der Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' - CMP zum Entfernen des Wolfram und Ti/TiN von der Oberfläche
- Rücksputtern
- Abscheiden a-Si, dotiert für Bolometer-Widerstand 170
- Abscheidung von Oxid in einem CVD-Verfahren um die Iso- lierschicht 210 zu bilden (ca. 30 nm)
- Fototechnik zur Strukturierung des Oxids der Isolierschicht 210
- Fototechnik zur Strukturierung des Bolometer-Widerstandes 170 - Sputtern der Kontaktschicht 160; TiN dünn (für Schichtwiderstand von 377 Ω/D)
- Abscheidung von Oxid in einem CVD-Verfahren als zweite Schutzschicht 180 (ca. 30 nm)
- Fototechnik zur Definition der schmalen Stegbereiche 76a und 76b, Ätzen von Oxid (zweiten Schutzschicht 180), TiN
(Kontaktschicht 160) , a-Si (Widerstandsschicht 170) und wieder Oxid (erste Schutzschicht 140) .
- Fototechnik zur Isolation der TiN-Schicht 160 der Membran 10 - Ätzen von Oxid der zweiten Schutzschicht 180 und TiN der Kontaktschicht 160 und erzeugen der Spalten 250a und 250b
- Abscheidung von Oxid in einem CVD-Verfahren zum Schutz der Kontaktschicht 160 (ca. 30 nm)
- Entfernen der a-Si-Opferschicht 130, z.B. mit hochselek- tivem (Oxid wird kaum angegriffen) , isotropem Ätzen in gasförmigem XeF2
Die oben angegebenen Materialien sind nur Beispiele, die eine sehr gute Prozessführung erlauben. Einige Alternativen umfassen beispielsweise die folgenden Ersetzungen. Die Opferschicht 130 aus a-Si kann alternativ mit ClF3 (Clorfluorid) oder mit einem isotropen SF6-Plasma (Schwe¬ felfluorid-Plasma) geätzt werden. Die Opferschicht 130 kann auch ein temperaturbeständiges Polymer (z.B. Polyimid) um- fassen. Die Durchgangsöffnungen 150a' und 150b' für die Abstandshalter 150a und 150b können dann mit anisotropem O2- Plasma geätzt werden, die Opferschicht 130 kann dann ebenfalls durch ein 02~Plasma entfernt werden.
Wenn die Opferschicht 130 in einem Ätzschritt entfernt wird, ist es wichtig die Widerstandsschicht 170 und/oder die Kontaktschicht 160 während des Ätzschrittes zu schützen. Dazu ist die Anwesenheit der Schutzschicht 140 vorteilhaft. Das Material wird dabei vorzugsweise derart aus- gewählt, dass es nicht oder kaum bei dem Schritt es Entfer- nens der Opferschicht 130 angegriffen wird. Wenn jedoch ein Verfahren verfügbar ist, welches die Opferschicht 130 entfernt ohne die Widerstandsschicht 170 und/oder die Kontaktschicht 160 anzugreifen, kann bei einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel auf die erste Schutzschicht 140 auch verzichtet werden.
Die temperaturabhängige Widerstandsschicht 170 kann beispielsweise ein anderes Halbleitermaterial (VOx, GaAs, or- ganischer Halbleiter o.a.) aufweisen. Statt der Siliziumoxidschichten können auch Schichten aus Siliziumnitrid (o- der eine Kombination aus beidem) verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Bolometer mit folgenden Merkmalen:
einer Membran (10);
einem ersten Abstandshalter (150a); und
einem zweiten Abstandshalter (150b),
wobei die Membran (10) eine Widerstandsschicht (170) und eine Kontaktschicht (160) umfasst, wobei die Kontaktschicht (160) an einer einem Untergrund zugewandten Seite einen ersten Kontaktbereich aufweist, an dem der erste Abstandshalter (150a) die Kontaktschicht (160) elektrisch kontaktiert, und einen zweiten Kontaktbereich aufweist, an dem der zweite Abstandshalter (150b) die Kontaktschicht (160) elektrisch kontaktiert, und der erste und zweite Abstandshalter (150a), (150b) die Membran (10) in einem vorbestimmten Abstand (198) zu dem Untergrund halten, und
wobei die Kontaktschicht (160) lateral durch einen Spalt (162) unterbrochen ist, so dass sich die Kon- taktschicht (160) zumindest in zwei Teile gliedert, von denen der erste Teil (160a) den ersten Kontaktbereich und der zweite Teil (160b) den zweiten Kontaktbereich aufweist und innerhalb der Kontaktschicht (160) keine direkte Verbindung von dem ersten Kontakt- bereich und dem zweiten Kontaktbereich existiert, und
wobei sich die Widerstandsschicht (170) in Kontakt zu dem ersten Teil (160a) der Kontaktschicht (160) und zu dem zweiten Teil (160b) der Kontaktschicht (160) be- findet.
2. Bolometer gemäß Anspruch 1, wobei die Membran (10) ferner eine erste Schutzschicht (140); und
eine zweite Schutzschicht (180) aufweist,
wobei sich die Widerstandsschicht (170) und die Kontaktschicht (160) zwischen der ersten Schutzschicht (140) und der zweiten Schutzschicht (180) erstreckt.
3. Bolometer gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Membran (10) lateral im Wesentlichen bündig mit dem ersten Abstandshalter (150a) und dem zweiten Abstandshalter (150b) abschließt.
4. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vorbestimmte Abstand (198) gleich einem Viertel einer Infrarotwellenlänge ist.
5. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontaktschicht (160) eine Schichtdicke aufweist, so dass ein Schichtwiderstand der Membran (10) dem Wellenwiderstand elektromagnetischer Wellen in Luft entspricht.
6. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Untergrund einen Reflektor (120) aufweist.
7. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Membran (10) in einer Draufsicht von einer dem Unter- grund abgewandten Seite eine im wesentlichen viereckige Form aufweist und der erste Abstandshalter (150a) und der zweite Abstandshalter (150b) sich an gegenüberliegenden Eckpunkten befinden.
8. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis I1 wobei der Spalt (162) eine Breite derart aufweist, dass der Widerstandsbeitrag zu einem Messwiderstand des Bolome- ters durch einen Stromfluss zwischen dem ersten Kon- taktbereich und dem zweiten Kontaktbereich etwa zwischen 1 kΩ und 100 MΩ liegt.
9. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ei- ne Position des Spaltes (162) derart gewählt ist, dass ein elektrischer Strom von dem ersten Abstandshalter (150a) zu dem zweiten Abstandshalter (150b) den Spalt (162) nach Passieren einer Wegstrecke erreicht und die Wegstrecke möglichst gleich einer Strecke ist, die der elektrische Strom vom Spalt (162) zum zweiten Abstandshalter (150b) zurücklegt.
10. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Membran (10) ferner eine Isolierschicht (210) auf- weist, die zwischen der Widerstandsschicht (170) und der Kontaktschicht (160) angeordnet ist und die Widerstandsschicht (170) sich auf der dem Untergrund zugewandten Seite befindet.
11. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Membran (10) ferner eine Isolierschicht (210) aufweist, die zwischen der Kontaktschicht (160) und der Widerstandsschicht (170) angeordnet ist und die Kontaktschicht (160) sich auf der dem Untergrund zuge- wandten Seite befindet.
12. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Membran (10) ferner einen ersten Steg (76a) und einen zweiten Steg (76b) aufweist und der erste Steg (76a) die Membran (10) mit dem ersten Abstandshalter
(150a) verbindet und der zweite Steg (76b) die Membran
(10) mit dem zweiten Abstandshalter (150b) verbindet, so dass die Membran (10) von dem ersten Abstandshalter
(150a) und dem zweiten Abstandshalter (150b) thermisch isoliert ist.
13. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Widerstandsschicht (170) amorphes Silizium oder Vanadiumoxid aufweist.
14. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kontaktschicht (160) Titannitrid aufweist.
15. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der erste Abstandshalter (150a) und/oder der zweite Abstandshalter (150b) Wolfram oder Kupfer aufweisen.
16. Bolometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Untergrund ferner einen ersten Anschlusspad (110a) und einen zweiten Anschlusspad (110b) zur Kontaktie- rung des ersten Abstandshalters (150a) und des zweiten Abstandshalters (150b) aufweisen.
17. Verfahren zum Herstellen eines Bolometers, mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Substrats (100);
b) Aufbringen einer Opferschicht (130) auf das Substrat (100);
c) Bilden einer ersten Durchgangsöffnung (15Oa') und einer zweiten Durchgangsöffnung (15Ob');
d) Bilden eines ersten und eines zweiten Abstands- halters (150a), (150b) in der ersten bzw. der zweiten Durchgangsöffnung (15Oa'), (15Ob');
e) Aufbringen einer Kontaktschicht (160) derart, dass die Kontaktschicht (160) an einer dem Sub- strat (100) zugewandten Seite einen ersten Kontaktbereich aufweist, an dem derselbe durch den ersten Abstandshalter (150a) kontaktiert wird, und einen zweiten Kontaktbereich aufweist, an dem derselbe durch den zweiten Abstandshalter (150b) kontaktiert wird;
f) Strukturieren der Kontaktschicht (160), um einen Spalt (162) in derselben zu bilden, so dass sich die Kontaktschicht (160) in zwei Teile gliedert, von denen der erste Teil (160a) den ersten Kontaktbereich und der zweite Teil (160b) den zweiten Kontaktbereich aufweist und innerhalb der Kontaktschicht (160) keine direkte Verbindung von dem ersten Kontaktbereich zu dem zweiten Kontaktbereich existiert;
g) Aufbringen einer Widerstandsschicht (170) derart, dass sich die Widerstandsschicht (170) in Kontakt zu dem ersten Teil (160a) der Kontaktschicht (160) und zu dem zweiten Teil (160b) der Kontaktschicht (160) befindet, wobei die Widerstandsschicht (170) und die Kontaktschicht (160) eine Membran (10) des Bolometers bilden;
h) Strukturieren eines Umrisses der Membran (10) ; und
i) Entfernen der Opferschicht (130) .
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, welches zwischen dem Schritt a) und dem Schritt b) ferner einen Schritt eines Abscheidens eines Reflektors (120) aufweist.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, welches zwischen dem Schritt f) und dem Schritt g) ferner einen Schritt eines Aufbringens einer Isolierschicht (210) derart aufweist, dass die Isolierschicht (210) den ersten Teil (160a) an einer ersten Kontaktstelle (175a) und den zweiten Teil (160b) an einer zweiten Kontaktstelle (175b) freilässt.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Schritt des Aufbringens einer Opferschicht (130) derart ausgeführt wird, dass die Opferschicht (130) eine Schichtdicke aufweist, die einem Viertel einer Infrarotwellenlänge entspricht.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Schritt des Aufbringens einer Kontaktschicht (160) derart erfolgt, dass die Kontaktschicht (160) eine Schichtdicke aufweist, so dass der Flächenwiderstand der Membran (10) einem Wellenwiderstand einer elektromagnetischen Welle in Luft entspricht.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der Schritt a) die Unterschritte aufweist:
al) Bereitstellen eines Substrats (100) ; und
a2) Bilden eines ersten Anschlusspads (110a) und zweiten Anschlusspads (110b),
wobei das erste das erste Anschlusspad (110a) den ersten Abstandshalter (150a) und das zweite Anschlusspad (HOb) den zweiten Abstandshalter (150b) kontaktiert.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der Schritt des Aufbringens einer Opferschicht (130) eine Verwendung von amorphem Siliziumoxid, oder Vana- diumoxid umfasst.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei der Schritt des Aufbringens einer Kontaktschicht (160) eine Verwendung von Titannitrid umfasst und der Schritt des Auffüllens der ersten und der zweiten Durchgangsöffnung (15Oa'), (15Ob') eine Verwendung von Wolfram oder Kupfer umfasst.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei der Schritt b) ein chemisches Abscheiden aus der Gasphase aufweist.
26. Verfahren zum Herstellen eines Bolometers mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines Substrats (100) ;
b) Aufbringen einer Opferschicht (130) auf das Substrat (100) ;
c) Bilden einer ersten Durchgangsöffnung (15Oa') und einer zweiten Durchgangsöffnung (15Ob');
d) Bilden eines ersten Abstandshalter (150a) in der ersten Durchgangsöffnung (15Oa') und eines zweiten Abstandshalter (150b) in der zweiten Durchgangsöffnung (15Ob');
e) Aufbringen einer Widerstandsschicht (170) lateral derart, dass die Widerstandsschicht (170) keinen Kontakt zu dem leitfähigen Material in der ersten und der zweiten Durchgangsöffnung (15Oa' ) , (15Ob') aufweist;
f) Aufbringen einer Isolierschicht (210) auf einer dem Substrat (100) abgewandten Seite der Widerstandsschicht (170), so dass die Isolierschicht (210) die Widerstandsschicht (170) an einer ersten Kontaktstelle (175a) und an einer zweiten Kontaktstelle (175b) freilässt;
g) Aufbringen einer Kontaktschicht (160) derart, dass die Kontaktschicht (160) an einer dem Substrat (100) zugewandten Seite einen ersten Kontaktbereich aufweist, an dem derselbe durch den ersten Abstandshalter (150a) kontaktiert wird, und einen zweiten Kontaktbereich aufweist, an dem derselbe durch den zweiten Abstandshalter (150b) kontaktiert wird, und die Kontaktschicht (160) einen Kontakt zur ersten Kontaktstelle (175a) und zur zweiten Kontaktstelle (175b) der Widerstandsschicht (170) aufweist;
h) Strukturieren eines Umrisses der Membran (10);
i) Strukturieren der Kontaktschicht (160) , um zumindest einen Spalt (250a) in derselben zu bilden, so dass sich die Kontaktschicht (160) in zumindest zwei Teile gliedert, von denen der erste Teil (160a) den ersten Kontaktbereich sowie die erste Kontaktstelle (175a) der Widerstandsschicht
(170) und der zweite Teil (160b) den zweiten Kontaktbereich sowie die zweite Kontaktstelle (175b) der Widerstandsschicht (170) aufweist und innerhalb der Kontaktschicht (160) keine direkte Ver- bindung von dem ersten Kontaktbereich zu dem zweiten Kontaktbereich existiert;
j) Entfernen der Opferschicht (130).
27. Verfahren gemäß Anspruch 26, welches ferner den Schritt aufweist:
Strukturieren der Membran (10), um in derselben einen ersten Steg (76a) und einen zweiten Steg (76b) zu bil- den, wobei der erste Steg (76a) einen Kontakt zum ersten Abstandshalter (150a) und der zweite Steg (76b) einen Kontakt zum zweiten Abstandshalter (150b) aufweist und der erste Steg (76a) und der zweite Steg (76b) einen möglichst großen Teil der Widerstands- schicht (170) thermisch von dem ersten Abstandshalter (150a) und dem zweiten Abstandshalter (150b) isoliert.
28. Verfahren gemäß Anspruch 26 oder Anspruch 27, welches zwischen Schritt a) und Schritt b) ferner folgende Schritte aufweist:
Abscheiden eines Reflektors (120) ;
Bilden eines ersten Anschlusspads (110a) und eines zweiten Anschlusspads (110b); und
wobei das erste Anschlusspad (110a) den ersten Abstandshalter (150a) und das zweite Anschlusspad (110b) den zweiten Abstandshalter (150b) kontaktiert.
29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei der Schritt des Aufbringens einer Opferschicht (130) eine Schichtdicke derart ausgeführt wird, dass die Opferschicht (130) eine Schichtdicke aufweist, die einem Viertel einer Infrarotwellenlänge anspricht.
30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, welches ferner einen Schritt eines Abscheidens einer ersten Schutzschicht (140) und/oder einen Schritt eines Abscheidens einer zweiten Schutzschicht (180) aufweist, wobei der Schritt des Abscheidens der ers- ten Schutzschicht (140) zwischen dem Schritt b) und dem Schritt c) und der Schritt des Abscheidens der zweiten Schutzschicht (180) zwischen dem Schritt i) und dem Schritt j) erfolgt.
31. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei der Schritt des Strukturierens des Kontaktschicht (160) ein Bilden eines zweiten Spaltes (250b) umfasst, so dass die Kontaktschicht (160) ferner einen dritten Teil (160c) aufweist, und wobei der Schritt des Auf- bringens einer Kontaktschicht (160) derart ausgeführt wird, dass der dritte Teil (160c) eine Schichtdicke aufweist, so dass ein Flächenwiderstand der Membran (10) einem Wellenwiderstand einer elektromagnetischen Welle in Luft entspricht.
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