專利名稱：輻射傳感器、晶片、傳感器模塊和用于制造輻射傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)獨立的權(quán)利要求的前序部分，本發(fā)明涉及一種輻射傳感器、晶片、傳感器模塊和用于制造輻射傳感器的方法。
背景技術(shù)：
類輻射傳感器可被設(shè)計成使入射輻射(例如紅外輻射(λ＞700nm))通過加熱根據(jù)溫度或溫度改變而產(chǎn)生電信號的傳感器元件而引起改變。因為溫度改變經(jīng)常相對較小，所以需要實際傳感器元件具有良好的熱絕緣性以最低限度地限制比較低的熱入射量擴散到非熱敏區(qū)(熱短路)。已知在框架上提供薄膜并在所述薄膜上形成傳感器元件，以使傳感器元件本身不會直接接觸大塊熱凹部。圖11中顯示典型的實施例框架(例如，硅框架)圍繞矩形空腔112，該矩形空腔112也可以是一個通孔。膜113展開并固定在空腔112上方，傳感器元件104安裝在所述膜上，以使電有效區(qū)域位于膜上而不是在大塊熱凹部(massive heat valley)上方。觸點105到達傳感器元件114的電極(pole)下方并可用于電提取所得的電信號。觸點的結(jié)合墊(bonding pad)115a，115b位于框架的上方，通常位于框架的加寬條101a上方，以使在結(jié)合期間不會損壞膜113。傳感器元件的尺寸通常包括幾毫米的邊緣長度、為傳感器元件的邊緣長度的50％到90％的空腔直徑和幾微米的膜厚度。這種構(gòu)造的缺點在于歸因于空腔112的拐角，膜的懸置(suspension)在所述拐角處不能連續(xù)，從而會發(fā)生變形和皺折。需要在所述相當(dāng)寬的橋上方提供觸點115的結(jié)合墊，使得總構(gòu)造變得相對“大”。
此外，已知在襯底中形成大約為圓形的孔的壓力傳感器。所述孔全部被膜覆蓋，所述膜根據(jù)前側(cè)和后側(cè)之間的差壓(可以(例如)電容、電流或壓阻的方式估計)而偏移。這些傳感器的幾何尺寸通?；旧洗笥谳椛鋫鞲衅鞯膸缀纬叽?，使得在與孔的形成相關(guān)的制造精度方面的要求不是那么嚴(yán)格。且在小壓力傳感器的情況下，覆蓋孔的膜比輻射傳感器中的更厚且更具抗性(因為它們必須承受機械力)，使得在這方面可以不同的和特別原始的方式形成所述孔。
一般可通過遮蓋不移除任何東西的表面區(qū)域和通過使剩余的暴露區(qū)域接受蝕刻劑作用來實現(xiàn)從襯底的表面選擇性地移除材料。然后，從未被遮蓋的部分開始，可將材料移除入襯底的深處。然而，就此而言，會遇到一些問題
——蝕刻劑不僅會從所述暴露表面區(qū)域移除掉也會從掩模材料移除掉。根據(jù)影響時間，可能發(fā)生稀釋或完全移除掩模，且其后會移除受保護的襯底表面。
——可能發(fā)生下蝕刻(under-etching)。這意味著從形成的空腔的側(cè)壁發(fā)生掩模下方的側(cè)面蝕刻，使得掩模層下方的邊緣看起來粗糙且無清楚的界定。除此之外，所得的空腔的壁并不光滑。
——在單個空腔內(nèi)和/或越過襯底上的復(fù)數(shù)個空腔的不相等的蝕刻速率產(chǎn)生不定的深度。
——不希望發(fā)生的的蝕刻材料的再沉積。已被移除的襯底和/或掩模材料可以我們所不希望發(fā)生的方式沉積或沉積在襯底和/或蝕刻裝置上的不適宜位置處，且可導(dǎo)致無用的結(jié)果或不再起任何作用的蝕刻裝置。
——在制造深空腔(深度T＞200μm)期間，蝕刻速率可能會很慢而不能產(chǎn)生經(jīng)濟上有益的結(jié)果。
蝕刻過程可以是各向同性的(即在所有方向上具有相同效果)或各向異性的(在某一特定的方向上比其它方向更有效)。濕蝕刻一般是各向同性的蝕刻過程，然而，其速率相對較慢且不適于蝕刻較深的空腔(例如，在硅晶片中)。各向異性濕蝕刻在業(yè)界用于蝕刻空腔，然而，其缺陷在于具有一個傾斜角度導(dǎo)致了空間的浪費或幾何缺點。這個過程也是相對較慢的，但可同時處理復(fù)數(shù)個晶片。
干蝕刻具有較高的蝕刻速率(單元時間內(nèi)的移除)。此處制備蝕刻用等離子體(例如SF6)并涂覆到待蝕刻的區(qū)域。此處“等離子體”還指集合體的高度離子化(未完全離子化)狀態(tài)。此又稱為RIE(“反應(yīng)性粒子蝕刻”)。當(dāng)要制備深空腔時，如果使用干蝕刻的話，那么將此稱為DRIE(“深反應(yīng)性離子蝕刻”)。在此情況下，對蝕刻過程均勻性和掩模材料的堅固性提出了特殊要求。使用ICP蝕刻可獲得進一步增加的蝕刻速率。此處，由電感能量耦合產(chǎn)生高度離子化的等離子體(ICP＝以電感方式耦合的等離子體)。在此情況下，蝕刻速率很高，使得在與襯底一起移除掉掩模層之前，用常規(guī)的聚合物或氧化物掩模層僅可實現(xiàn)較小的空腔深度。
另一方面，已知利用含有或完全(＞98重量％)由金屬材料(尤其是鋁)組成的掩模層。它們具有如此堅固的特性，以至于即使在薄掩模層的情況下也可不用過早地移除掩模層而形成深的空腔。然而，也從掩模層蝕刻掉材料。其另外沉積在蝕刻裝置中并也位于承載電感耦合的導(dǎo)管上或其中。它們將接著變成金屬導(dǎo)電，使得電感耦合和因此的蝕刻速率最初退化并將最終崩潰。結(jié)果是昂貴且復(fù)雜的設(shè)備清洗。
由美國5501893中已知的方法預(yù)先提出對掩模層執(zhí)行下蝕刻。簡要說來，在此情況下實現(xiàn)了向待蝕刻的表面交替供應(yīng)(數(shù)秒的周期)蝕刻氣體和鈍化氣體。在合適的布局的情況下，將鈍化氣體中的鈍化劑置于空腔的側(cè)壁上，使蝕刻氣體僅將蝕刻掉空腔的底部，從而避免了下蝕刻并形成了近乎垂直的壁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種輻射傳感器、晶片、傳感器陣列、傳感器模塊和用于制造輻射傳感器的方法，其產(chǎn)生相當(dāng)小且機械上穩(wěn)定的輻射傳感器。
通過獨立的權(quán)利要求的特征而解決所述目的。附屬權(quán)利要求書涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
輻射傳感器包含支撐件，在所述支撐件的一個表面上形成以凹陷或通孔形式的空腔。在空腔上方形成完全或部分覆蓋所述空腔的膜，所述膜被固定在支撐件上。在所述膜上提供實際傳感器元件。所述支撐件的表面上的空腔具有完全或部分為圓形的輪廓。特定而言，所述輪廓可以是圓形、環(huán)形或橢圓形的。其也可具有拐角。其不需要用直線來界定。
雖然輻射傳感器的支撐件中的空腔具有完全或部分為圓形的輪廓，但支撐件的外輪廓優(yōu)選是矩形或正方形的。然而，(例如)菱形、三角形或六邊形的外輪廓和橢圓孔等也是可行的?？稍谳椛鋫鞲衅鞯墓战遣糠种刑峁╇娪|點，尤其是其結(jié)合片(bond pad)。結(jié)合片可特定地位于輻射傳感器的對角線相對的拐角處，且其至少部分或完全不置于空腔上方而是于大塊支撐件(massive support)的上方，特別是以空腔的圓形輪廓與支撐件的外輪廓的拐角之間的角處。通過從后側(cè)蝕刻，尤其通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)或通過DRIE(深反應(yīng)性離子蝕刻)而產(chǎn)生空腔。也可使用ICP(ICP＝“以電感方式耦合的等離子體”)。此處獲得高蝕刻速率。
所述傳感器元件可以是熱電堆，其特定而言具有熱的和冷的觸點，其中熱觸點提供在膜上的空腔上方。
在制造輻射傳感器期間，在晶片上形成復(fù)數(shù)個傳感器，然后在蝕刻完空腔后，所述晶片被分離或切割成包括復(fù)數(shù)個輻射傳感器的單獨的輻射傳感器或傳感器陣列。輻射傳感器的排列或它們在晶片上或傳感器陣列中的空區(qū)可遵循矩形網(wǎng)格，優(yōu)選是方網(wǎng)格，或者也可以是菱形網(wǎng)格。
傳感器模塊包含如上所述形成的輻射傳感器或如上所述形成的傳感器陣列；和外殼，所述輻射傳感器或傳感器陣列置于其中；外殼中的光學(xué)窗口；和電端子。


下文將參考附圖描述本發(fā)明的個別實施例，在附圖中圖1是輻射傳感器元件的透視圖；圖2是根據(jù)圖1的配置的橫截面圖；圖3是晶片的示意性仰視圖；圖4是傳感器陣列的示意性俯視圖；圖5是傳感器模塊的橫截面圖；圖6到圖9是用于解釋蝕刻過程的視圖；圖10顯示另一實施例；和圖11是已知的輻射傳感器的示意圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的輻射傳感器的示意性透視圖。膜3形成于支撐件1的表面上。所述膜完全或部分覆蓋空腔2，其在圖2的橫截面圖中清晰可見。如果空腔2是通孔，那么支撐件1具有框架的形式，且膜3展開于框架上框架主表面之上。就此而言，應(yīng)注意框架無需在所有側(cè)都是封閉的，其也可(例如)在一側(cè)具有開放部分。
空腔2在支撐件1的表面具有完全或部分圓形的輪廓2a。在圖1中，輪廓2a用虛線表示，因為其被膜3覆蓋而在圖1中的透視圖中不可見。圖1中顯示空腔2具有完全圓形的輪廓2a的特殊情形。輪廓可以是環(huán)形或橢圓形。然而，支撐件1自身可具有至少部分或完全由直線、特定菱形、矩形或正方形界定的外輪廓1a。因此，在支撐件的拐角的部分6a-d處形成相當(dāng)“大塊”的區(qū)域，即支撐件1此處并沒有凹進去。在所述區(qū)域上方，可提供結(jié)合片或一般提供端子5、5a、5b的電觸點。如果電端子5a、5b的結(jié)合片置于框架1的大塊部分上方，那么隨后的所述區(qū)域到接線的連接在機械方面將不太緊要。
具有與溫度或溫度改變和電值(例如電壓)相關(guān)的一定特性的實際傳感器元件4、4a、4b位于膜3上，特定而言部分地位于空腔2上方。其可以是熱電堆。傳感器元件的熱敏區(qū)域全部或部分地安置于膜上和空腔2上方。因此，熱敏部分與熱凹部熱絕緣。特別是支撐件1自身將充當(dāng)熱凹部且因此如果未給予任何熱絕緣，那么將大大減弱信號強度。
空腔2可以是完全穿透支撐件1的通孔，或其僅是鍋狀的凹口，其表面也可以是完全或部分圓形的輪廓且其被膜3完全或部分覆蓋。
圖1和圖2顯示傳感器元件4自身可由復(fù)數(shù)個組件4a、4b組成。電端子5可適當(dāng)形成和位于金屬層上(例如鋁或銅層)，其一方面具有可從外部接入的區(qū)域(例如結(jié)合片)，另一方面，具有連接到實際傳感器元件4、4a、4b的端子。
用于支撐件的材料包含硅和/或砷化鎵和/或其它可能的半導(dǎo)體材料。膜材料包含一或多個介電層(例如硅石和/或氮化硅)，或其可全部由這些材料中的一者或兩者組成。
輻射傳感器的尺寸可滿足一或多個以下規(guī)格支撐件的高度H(在橫截面上)＞50μm，優(yōu)選＞200μm，＜1,500μm，優(yōu)選是600μm，支撐件1的一個或兩個邊緣的邊緣長度L＜3μm，優(yōu)選＜1.5μm，優(yōu)選＜1μm，空腔的直徑D＞55％，優(yōu)選＞65％，＜90％，優(yōu)選＜支撐件邊緣長度L的80％，膜厚度＜3μm，優(yōu)選＜2μm，優(yōu)選＜1μm。
圖3顯示產(chǎn)生所述輻射傳感器10期間的晶片30的截面。所述晶片是從“底側(cè)”顯示的，其是指隨后將成為輻射傳感器10的底側(cè)的一側(cè)(即，根據(jù)圖1和圖2的底側(cè))。在圖3中，可看到許多空腔2形成為矩陣或?qū)⒃谖g刻過程期間以類似矩陣的方式形成。每個單獨的空腔2對應(yīng)于將來的一個單獨的輻射傳感器2。甚至在蝕刻過程之前，可在晶片的另一側(cè)上形成隨后用來形成膜3的層。且在晶片的表面與膜層之間很有可能形成一額外的蝕刻終止層以用于當(dāng)蝕刻劑“從底側(cè)”到達膜層或蝕刻終止層時停止蝕刻過程。
可看出，優(yōu)選的橢圓或圓形和特別是環(huán)形空腔優(yōu)選是排列成矩形網(wǎng)格或正方形網(wǎng)格。用后文描述的合適的掩模法實現(xiàn)根據(jù)單獨的空腔2確定待蝕刻的位置。沿著晶片30上的列31和行32而實現(xiàn)對應(yīng)于單獨的輻射傳感器10的空腔2的類矩陣排列。
圖4示意性顯示傳感器陣列40(仍然是俯視圖)。陣列40包含復(fù)數(shù)個輻射傳感器10，在所示實例中為4×4，其沿著四列41和四行42而排列。它們分別包含實際傳感器元件4且適當(dāng)?shù)匚挥诮佑|表面5上。其每一者分別以如上所述形成。其可以但不必是相等的。利用這些傳感器陣列與所示的光學(xué)系統(tǒng)一起，與將由輻射傳感器檢測到的輻射源相關(guān)的定位精度(positional resolution)成為可能。傳感器陣列40作為一個整體可如圖3中所示的那樣從晶片30切除。與圖4相比，陣列40的輻射傳感器10的單獨的傳感器元件4的電端子5可位于陣列40的圓周區(qū)域中。特定而言，可在外部傳感器元件10的區(qū)域中提供用于所有輻射傳感器的接觸表面。
圖5顯示傳感器模塊50。在傳感器模塊中，提供一輻射傳感器10或一傳感器陣列40。另外，可在模塊50中提供其它電路組件，諸如多路裝置或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置和用于信號處理和傳輸?shù)臄?shù)字存儲器和處理器。所述模塊進一步包含電端子53，其從外殼突出且(例如)經(jīng)由結(jié)合片54而或多或少地直接連接到傳感器元件或輻射傳感器或傳感器陣列或相關(guān)的電子裝置。
所述模塊包含外殼51a、51b，其由(例如)底板51b和在其上滑動的罩51a組成。所述外殼可以是標(biāo)準(zhǔn)的外殼，例如TOS等。此外，在所述外殼中提供能供待檢測的輻射沖擊的輻射窗口52。另外，可提供一光學(xué)投影元件，用于將所述沖擊輻射在輻射傳感器或陣列的表面上。舉例而言，可提供透鏡52，其用于實現(xiàn)聚焦/投影和輻射的透射。然而，例如，還可提供焦點在傳感器陣列的平面內(nèi)的鏡面。
用于制造輻射傳感器10的方法可包含以下步驟產(chǎn)生平面晶片。所述晶片由組成輻射傳感器的支撐件的材料組成。晶片可足夠大以能同時產(chǎn)生以矩陣陣列形式排列的復(fù)數(shù)個輻射傳感器。晶片的厚度可對應(yīng)于所得的輻射傳感器的高度H。接著，向晶片的未來的上側(cè)(根據(jù)圖1和圖2的上側(cè))涂覆一蝕刻終止層，再在其上涂覆一隨后形成膜3的機械穩(wěn)定層。
接著，將具有開口的蝕刻掩模涂覆到晶片的其它表面，所述掩模的輪廓對應(yīng)于襯底1中的空腔2的所要輪廓2a。因此，蝕刻掩模還包含具有完全或部分圓形的輪廓的開口。
接著蝕刻晶片，優(yōu)選使用干蝕刻，從涂布有蝕刻掩模的晶片的側(cè)面開始，直到蝕刻穿所述晶片為止，即直到到達晶片的另一表面上的蝕刻終止層為止。
在制造過程期間的合適時間，涂覆用于電端子5的金屬層，附接實際傳感器元件4，且將晶片切割成單獨的輻射傳感器或包含復(fù)數(shù)個輻射傳感器的傳感器陣列。
下文中將描述一移除過程以及用于襯底(諸如上文提到的晶片)的掩模材料，和包含此一掩模材料的襯底或晶片。此處所述的技術(shù)可用于制造所述的輻射傳感器。
其特定涉及硅或鎵中或一般在半導(dǎo)體或適用于半導(dǎo)體襯底的材料中的深結(jié)構(gòu)化。
為了在(例如)用于輻射傳感器10的襯底(諸如上文所述的襯底)中制造一空腔，此處使用干蝕刻方法。其特別適用于形成具有完全或部分圓形的輪廓的空腔，因為蝕刻方向不受晶體取向的影響。在開始移除之前，用金屬材料(優(yōu)選是鋁或特定合金)全部或部分地遮蓋所述晶片。最終進行測量以防止經(jīng)蝕刻的掩模材料(金屬)特別是在蝕刻裝置上再沉積。優(yōu)選地，在蝕刻過程(IPC)期間電感能量耦合到蝕刻介質(zhì)。通過使基板離電感耦合足夠遠(yuǎn)而防止在裝置的敏感組件上發(fā)生再沉積。該距離應(yīng)為至少8cm，優(yōu)選至少10cm，優(yōu)選至少13cm。所述距離也可以至少是等離子原子的平均自由程長度的兩倍，優(yōu)選至少3倍。待產(chǎn)生的空腔的深度優(yōu)選至少80μm、優(yōu)選至少150μm，優(yōu)選至少300μm。蝕刻也可以穿過整個晶圓(往下到晶片的另一側(cè)上的蝕刻終止層)。
圖6顯示蝕刻過程期間的狀態(tài)。68表示真空容器，其在蝕刻過程期間被抽空。蝕刻過程期間的壓力優(yōu)選小于5Pa，優(yōu)選小于3Pa。提供一開口68a，用于插入和隨后移除承載掩模61的晶片30。承載掩模61的晶片30置于桌子上，此處示意性地顯示為電容器的板62a，其相對板62b安裝在腔室68的上側(cè)。在蝕刻過程期間，將優(yōu)選20-100V的直流電壓65以及交流電壓66(頻率為(例如)13.56MHz)施加到電容器。71表示氣體入口，其一方面用于引入蝕刻氣體，且另一方面也可在電容器的板62a、62b之間引入鈍化氣體。為此目的，提供一流量控制72，其從對應(yīng)的儲存容器73和74向出口71交替地供應(yīng)一種氣體或另一種氣體。
由具有幾個線圈(線圈的數(shù)目n＜6，優(yōu)選＜4)的繞組63實現(xiàn)電感能量耦合。所述繞組安置于(例如)管狀的襯底64上，所述襯底64可由介電材料組成，諸如氧化鋁、氮化鋁、石英、硅玻璃、石英玻璃或含有上述材料中的一者或多者的混合物，且向繞組供應(yīng)頻率為(例如)13.56MHz或通常范圍在4MHz到41MHz內(nèi)且功率為0.5到5KW的交流電壓。蝕刻速率優(yōu)選大于1μm/min，優(yōu)選大于2μm/min。
可在電容器的板62b的上或下直接提供襯底64。可提供復(fù)數(shù)個永久磁鐵，其可串聯(lián)連接，使得北極和南極是交替的?？稍谥苓吷蟽?yōu)選以規(guī)則的間隔且優(yōu)選在支撐件64的外部提供復(fù)數(shù)個永久磁鐵(未圖示)。由永久磁體產(chǎn)生的磁場的極性可在襯底64的軸向上隔開。永久磁鐵可以是長方形的，且其可在襯底64的軸向中或氣流方向中延伸。在此情況下，磁鐵可以以交替模式逆平行地(N-S，接著S-N，接著又N-S)分布在周邊周圍。永久磁鐵具有使用于離子和電子的電感效應(yīng)相等并減小晶片處的電子溫度的絕對值的功能。
69表示真空容器68內(nèi)的其它組件，例如處理裝置等。控制或調(diào)整裝置75控制或調(diào)整個別的組件。未顯示用于在操作期間抽空所述容器的泵。
晶片30的掩模61含有或完全由(＞98重量％)金屬材料或合金組成，優(yōu)選包含鋁。待蝕刻的表面與繞組襯底64的下邊緣或繞組63自身之間的距離A為至少8cm，優(yōu)選至少10cm，優(yōu)選至少12cm或是蝕刻原子的平均自由程長度的至少兩倍，優(yōu)選是平均自由程長度的至少三倍。這確保了防止經(jīng)蝕刻的鋁在繞組襯底64的內(nèi)壁上再沉積。因此，其不會變得導(dǎo)電且因而不會阻斷耦合磁場。
掩?？苫蛘呋虺虽X之外包含Cr或Ni或Pt或Au或Fe作為主要成分(＞90重量％，優(yōu)選＞96重量％)。還可使用鋁或鎳合金，例如AlCu、AlSi、AlTi、NiFe、NiCr或鉻合金CrAu。以下合金特別可用作掩模材料AlNiFe，例如11-13Al、21-23Ni，剩余為Fe，“AlNi090”，AlNiFe，例如13-15Al、27-29Ni，剩余為Fe，“AlNi120”，AlNiCo，例如9-11Al、19-21Ni、14-16Co，＞1CuTi，剩余優(yōu)選為Fe“AlNiCo160”，AlNiCo，例如11-13Al、18-20Ni、14-16Co、3-5Cu，剩余優(yōu)選為Fe“AlNiCo190”，AlCu，例如0.5-2Cu，剩余為Al，AlSi，例如0.5-2Si，剩余為Al，AITi，例如最大3，優(yōu)選最大1.5Ti，剩余為Al，NiFe，例如35-37Ni，剩余為Fe，“Hyperm 36M”，NiFe，例如49-51Ni，剩余為Fe，“Hyperm 52k”，NiCr，例如78-82Ni，剩余為Cr，CrAu，例如45-55Cr，剩余為Au。
上述無量綱數(shù)字是重量或體積百分比值。尤其優(yōu)選的是所指示的范圍各自的平均值。
圖7是晶片30的放大的示意性橫截面圖。掩模61安置于晶片30上。掩模61包含或完全由金屬或合金或含金屬的復(fù)合材料組成。優(yōu)選的材料是鋁或鋁合金。合金可含有至少90重量％的金屬或鋁。2表示制備的空腔，其蝕刻入晶片中至一定深度。即時深度用T表示。晶片的厚度D可以是幾百μm，例如在150μm與600μm之間。掩模層61的高度H小于1μm，優(yōu)選小于500nm。該等壁可基本上成正交。一壁或所有壁與底部相關(guān)的的角度α可在85°到95°的范圍內(nèi)。如果需要，其也可小于90°?？涨粚⒔又撞孔儗?，且較薄的分隔壁仍然保留在空腔之間朝著底部，這在當(dāng)(例如)想要進行穿過蝕刻且空腔2之間的橋要固持膜以用于傳感器(特別是紅外檢測器)的熱絕緣支撐件時會是有利的。
在ICP蝕刻入晶片的深度中期間可實現(xiàn)蝕刻和鈍化氣體的交替供應(yīng)。這可由流量控制72來實現(xiàn)，其可能取決于更高的分級控制75。從用于蝕刻氣體74和鈍化氣體的儲蓄器73中供應(yīng)氣體。單獨的階段可分別持續(xù)若干秒(特定而言分別小于10s，優(yōu)選小于6s)且相互直接跟隨在彼此之后。可連續(xù)地進行抽空排氣。
圖8顯示一段晶片的示意性俯視圖。顯示了重復(fù)的凹口圖案，該圖案的個別元件沿著行95和列94而排列。虛線僅意味可見性且并沒有實際展示。圖8顯示都成角形的空腔輪廓。然而，結(jié)合上文所述的蝕刻方法，這些也是本發(fā)明的標(biāo)的物。然而，代替角形輪廓的是，可如圖3中所示蝕刻出完全或部分圓形的輪廓。
在每個單獨的圖案中提供不同的凹口91、92和93。它們對應(yīng)于掩模96中的空缺部，所述掩模較佳完全覆蓋剩余的晶片表面且較佳也覆蓋晶片30的(垂直的)周邊側(cè)。以此方式，可在形成凹口后，在一晶片上一步同時形成相互隔離的復(fù)數(shù)個均一凹口圖案。
待蝕刻的區(qū)域可覆蓋至少8％，優(yōu)選至少20％，優(yōu)選大于35％的襯底表面。襯底自身可以是圓盤形晶片，其(例如)可以是基本上環(huán)形的，直徑為至少10cm，優(yōu)選至少15cm。晶片自身可包含或全部由硅組成。其優(yōu)選由晶體硅組成。
圖9顯示在穿過蝕刻襯底或晶片30期間的比率。在所述狀態(tài)中展示，晶片從頂部到底部幾乎完全被蝕刻穿過。根據(jù)本實施例，在蝕刻過程之前將蝕刻終止層108涂覆到孔的通道區(qū)域中的另一襯底表面(圖9中的底面)。在所述蝕刻終止層上提供一薄膜109，在所述薄膜109上稍后可形成一待支撐的熱絕緣電子組件107。
上文所述的蝕刻過程可導(dǎo)致以下結(jié)果完成了進一步從空腔2的中心向下蝕刻到具有比較光滑表面103的蝕刻終止層108，而保留具有比較粗糙表面的襯底材料的拐角部分102。有時由于掩模粒子的再沉積而形成針狀物。
通過深度傳感器105、106可認(rèn)識圖9中所示的狀態(tài)。所述傳感器可以是(例如)光源，特別是一激光源105，其優(yōu)選照射空腔2的中心(距邊緣的距離E＞橫截面尺寸Q(直徑或邊緣長度)的20％，優(yōu)選＞40％)。傳感器106評估反射光。由虛線示意性地顯示光學(xué)路徑。只要激光是由將還要通過蝕刻加以移除的襯底的相對粗糙的表面(如102示意性地表示)進行反射，那么該反射就比較無定向，且因此由傳感器接收到的反射光就較弱。另一方面，當(dāng)暴露所述蝕刻終止層108時，一般從中心處開始，則由光滑表面103反射逐漸定向的光，使由傳感器106接收到的強度增加。
因而，例如，可以檢查所接收到的反射光的強度，得一臨界值。也可檢驗第一偏差(derivative)(所接收到的信號的變化)，得一臨界值。可以離散時間產(chǎn)生第一偏差。一般可通過評估反射光而進行深度測量。
如果所述蝕刻終止層108已經(jīng)部分暴露，那么可實施另一蝕刻方法；優(yōu)選使用各向同性蝕刻過程以一方面保護蝕刻終止層108而另一方面通過蝕刻移除拐角部分102中的針狀物104。這仍可通過ICP而實現(xiàn)。然而，可增加氣體壓力和/或減小所施加的偏壓。通過增加壓力將減小自由程長度，而且粒子的移動方向較不嚴(yán)格地對準(zhǔn)所施加的直流電壓場，使得蝕刻過程變得更加各向同性。通過減小所施加的直流電壓可完成一類似過程，即更各向同性的蝕刻過程。
所述第二蝕刻過程之后，最終可實施第三蝕刻過程，其中所施加的偏壓優(yōu)選是零。否則可再執(zhí)行干蝕刻和/或使用電感能量耦合的等離子體的蝕刻。第三蝕刻過程優(yōu)選是各向同性的。
蝕刻過程結(jié)束后，移除掩模61。這通過濕蝕刻而實現(xiàn)。在此之前可移除安置于掩模上的殘余鈍化劑(殘余聚合物)。這可通過(例如)氧等離子體而實現(xiàn)。可(例如)通過磷酸蝕刻用混合物在濕化學(xué)蝕刻過程中移除掩模自身。或者或然后可進行使用TMAH(氫氧化四甲基銨，優(yōu)選在水溶液中-TMAHW)的處理。
從中移除材料的材料優(yōu)選是一環(huán)形的晶體晶片，其直徑為至少10cm，優(yōu)選至少15cm。
掩模材料優(yōu)選包含鋁作為其主要成分(比率＞90重量％，優(yōu)選＞95重量％)?？商砑悠渌M分，例如銅(量0.5到2重量％，優(yōu)選小于1重量％)和/或硅(量0.5到2重量％)和/或鈦(量；小于3重量％，優(yōu)選小于1.5重量％)。掩模材料被看作是本發(fā)明的獨立部分。被此一掩模材料完全或部分覆蓋的晶片也被看作是本發(fā)明的獨立部分。
本發(fā)明可一般用于微機械元件中的深結(jié)構(gòu)化，例如用于制造具有可變質(zhì)量的加速傳感器或具有保持熱絕緣的IR傳感器。
圖10示意性顯示另一實施例。雖然在根據(jù)圖1、圖3和圖4的實施例中分別為一個傳感器元件提供一個空腔和一個膜，但也可提供能在一個空腔122(1)-(4)上方分別發(fā)射信號的復(fù)數(shù)個傳感器元件124(1)-(8)。在具有相等尺寸的傳感器元件網(wǎng)格的情況下，單個的空腔將會大于上文所述的那些空腔。接著，還分別為每個傳感器元件提供單獨的端子125(1)-(8)。然而，可連接(特別是串聯(lián)連接)復(fù)數(shù)個傳感器元件，例如排列于設(shè)計以(例如)增加信號強度的相同空腔上方的傳感器元件。120表示虛擬的(不真實存在的)數(shù)行網(wǎng)格，傳感器元件根據(jù)這些網(wǎng)格而對準(zhǔn)。還可在邊緣或拐角部分中提供端子的接觸表面。
除了遵循一矩形網(wǎng)格形狀之外，傳感器元件還可以三角形網(wǎng)格(60°)或六邊形網(wǎng)格(120°)的方式排列。在此情況下，復(fù)數(shù)個傳感器元件也可位于一個空腔上方。特定而言，在矩形網(wǎng)格的情況下可在一個空腔上方提供兩個(參閱圖10)或四個傳感器元件。在三角形網(wǎng)格(60°)的情況下，特定而言，其可以是兩個(以兩個三角形組成的菱形的一個空腔)、四個(以四個較小的三角形組成的大三角形的一個空腔)或六個(六個小三角形的六邊形的一個空腔)；和在六邊形網(wǎng)格的情況下，特定而言，其可以是六個。
如果若干傳感器元件安置于一個空腔上方，那么它們將優(yōu)選保持物理連接，且然后將優(yōu)選用于包含復(fù)數(shù)個傳感器元件的一個傳感器模塊中。
用于連接傳感器元件的導(dǎo)體路徑可經(jīng)設(shè)計，使得它們在單獨的傳感器元件之間的區(qū)域中延伸，且單從電方面它們還可大于(寬于、高于)所需要的大小(寬度、高度)。接著，它們還可通過——一方面，形成熱容量以防止單獨的傳感器元件之間的熱轉(zhuǎn)移和信號失真(signal falsification)；以及另一方面，使熱沿導(dǎo)體路徑偏轉(zhuǎn)并從而遠(yuǎn)離傳感器元件，此具有相同的效果——來作為傳感器元件之間的熱絕緣。
還可形成空腔，使得用于位于其上方的膜的一或多個橋(“島”)仍處于空腔中。特別在具有大空腔和用于復(fù)數(shù)個傳感器元件的對應(yīng)膜的情況下，這是合理的。圖10中指示此一橋。
一種用于從襯底的表面選擇性地移除材料從而形成空腔的方法，其包含以下步驟根據(jù)所需要的選擇性移除將掩模涂覆到襯底的表面，以及干蝕刻所述襯底，且其特征在于使用金屬(優(yōu)選是鋁)以形成所述掩模。在干蝕刻期間，能量可以電感的方式耦合到蝕刻介質(zhì)。襯底可與電感耦合間隔開相當(dāng)于等離子原子的平均自由程長度的至少兩倍且優(yōu)選是其三倍的距離。襯底與電感耦合之間的距離可保持在至少10cm。蝕刻過程中，壓力可保持在低于5Pa，優(yōu)選低于3Pa?？蓪涨坏膫?cè)壁執(zhí)行交替的蝕刻和鈍化步驟。材料可被向下移除到至少80μm、優(yōu)選至少300μm的深度。材料移除可向下執(zhí)行到襯底的另一側(cè)。可形成厚度小于1.5μm、優(yōu)選小于0.6μm的掩模。襯底可遮蓋到邊緣。通過蒸鍍或濺鍍金屬(優(yōu)選是鋁)而實現(xiàn)掩模的涂覆。當(dāng)涂覆掩模時，可根據(jù)所需的選擇性移除而蝕刻金屬層。所使用的金屬可含有至少90重量％的Al。深度方向上的蝕刻位置(T)可反復(fù)測定，在此情況下當(dāng)?shù)竭_某一特定位置時，蝕刻過程將終止或轉(zhuǎn)換到第二蝕刻過程，所述第二蝕刻過程從質(zhì)量方面看與先前的蝕刻過程相異或以不同于先前的蝕刻過程的操作參數(shù)而操作?？墒褂眉す饬藖頊y定深度，所述激光的特性是在其從底部反射后加以評估的，特別是指與所檢測的信號的第一偏差。在上文所提到的第二蝕刻過程期間，可執(zhí)行使用電感能量耦合的等離子體的干蝕刻，其中氣體壓力較高和/或所施加的偏壓較低。第二蝕刻過程后，可實施第三蝕刻過程，第三蝕刻過程從質(zhì)量方面看與第二蝕刻過程不同或在不同的操作參數(shù)下工作。在第三蝕刻過程期間可執(zhí)行干各向同性蝕刻，優(yōu)選使用電感能量耦合的等離子體，且所施加的偏壓可為0。在移除掩模之前，可在掩模上執(zhí)行煅燒聚合物殘留物的步驟，優(yōu)選通過濕蝕刻。可使用氧等離子體來實現(xiàn)煅燒作用。煅燒之后，可用磷酸蝕刻混合物和/或氫氧化四甲基銨執(zhí)行處理。上述方法可具有以下特征中的一個或多個襯底含有Si，優(yōu)選是晶體硅，在多于8％、優(yōu)選多于20％的襯底表面上執(zhí)行材料移除，襯底是圓盤形晶片，其直徑為至少10cm，優(yōu)選至少15cm。
還描述了將鋁或含有至少90重量％的Al的鋁合金或含有至少90重量％的Al的復(fù)合材料用作將使用電感能量耦合等離子體來干蝕刻襯底的掩模材料。
包含鋁的用于遮蓋待蝕刻的晶片的掩模材料含有的鋁的比率大于90重量％，優(yōu)選大于95重量％，且所添加的銅的比率是0.5到2重量％，優(yōu)選小于1重量％和/或硅的比率是0.5到2重量％和/或鈦的比率是0.2到3重量％，優(yōu)選小于1.5重量％。
具有掩模層的晶片包含如上所述的掩模材料。
權(quán)利要求
1.一種輻射傳感器(10)，其包含支撐件(1)，空腔(2)，其可以是形成于所述支撐件(1)的一個表面中的凹口或通孔，傳感器元件(4、4a、4b)，其形成于所述空腔(2)上方，優(yōu)選是于覆蓋所述空腔(2)的膜(3)上，和電端子(5、5a、5b)，其用于所述傳感器元件(4、4a、4b)，其特征在于所述支撐件(1)的所述表面中的所述空腔(2)具有完全或部分圓形的輪廓(2a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述支撐件(1)具有矩形或特別是正方形的輪廓(1a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述空腔(2)具有橢圓或圓形的輪廓(2a)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輻射傳感器(10)，其特征在于在所述傳感器(10)的拐角部分(6、6a-6d)中提供一或多個電端子(5、5a、5b)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述空腔(2)的側(cè)壁至少部分地垂直于所述支撐件表面。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述空腔(2)是由干蝕刻制成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述傳感器元件(4、4a、4b)是熱電堆。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于復(fù)數(shù)個傳感器元件是形成于一個空腔上方。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于所述支撐件(1)的所述表面中的所述空腔(2)具有并非僅能由直線界定的輪廓(2a)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于以下特征中的一或多個所述膜材料包含電介質(zhì)，特別是硅石和/或氮化硅，在所述膜下方提供含有氧化物、特別是硅石的蝕刻終止層，所述支撐件材料含有硅和/或GaAs和/或半導(dǎo)體材料。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)，其特征在于以下尺寸中的一或多個支撐件高度H；大于50μm，優(yōu)選大于200μm，小于1，500μm，優(yōu)選小于600μm，支撐件邊緣長度L小2mm，優(yōu)選小于1.5mm，空腔直徑D大于所述支撐件邊緣長度的55％，優(yōu)選大于65％和/或小于90％，優(yōu)選小于80％，膜厚度D小于3μm，優(yōu)選大于0.1μm。
12.一種晶片(30)，其包含形成于其上的用于根據(jù)上述權(quán)利要求中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)的復(fù)數(shù)個空區(qū)，其特征在于所述空區(qū)以矩形、菱形或六邊形網(wǎng)格(31、32)的形式排列于所述晶片(30)上。
13.一種傳感器陣列(40)，其包含復(fù)數(shù)個根據(jù)權(quán)利要求1到11中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器陣列(40)，其特征在于復(fù)數(shù)個輻射傳感器(10)是以兩行或更多行(41)和以兩列或更多列(42)的方式而排列的。
15.一種傳感器模塊(50)，其包含根據(jù)權(quán)利要求1到11中的一或多個權(quán)利要求所述的輻射傳感器(10)或根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的傳感器陣列(20)，外殼(51)，其中容納有所述輻射傳感器(10)或所述傳感器陣列(20)，光學(xué)窗口(52)，其位于所述外殼(51)中，和電端子(53)，其從所述外殼(51)突出，所述電端子(53)被連接到所述端子(5、5a、5b)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器模塊(50)，其特征在于光學(xué)投影元件，特別是透鏡(52)或鏡面。
17.一種用于制造輻射傳感器(10)的方法，其包含以下步驟產(chǎn)生平面晶片，在所述晶片的第一表面上涂覆一蝕刻終止層并在其頂部上形成機械穩(wěn)定膜，在所述晶片的所述第二表面上涂覆一蝕刻掩模，所述蝕刻掩模具有一或多個具至少部分圓形的輪廓的開口，和以朝所述蝕刻終止層的方向從所述第二表面干蝕刻所述晶片中的空腔。
全文摘要
一種輻射傳感器(10)，其包含支撐件(1)；下部區(qū)域(2)，其處于所述支撐件(1)的表面內(nèi)且可代表凹陷或通孔；傳感器元件(4，4a，4b)，其處于所述下部區(qū)域(2)的上方，優(yōu)選位于橫越所述下部區(qū)域(2)的膜上；和電觸點(5，5a，5b)，其用于所述傳感器元件(4，4a，4b)。所述下部區(qū)域(2)在所述支撐件(1)的所述表面內(nèi)具有全部或部分圓形的輪廓(2a)。
文檔編號H01L35/32GK1784355SQ200480012190
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者馬丁·豪斯納, 于爾根·席爾茨, 弗瑞德·普洛茨, 赫爾曼·卡拉格左克魯 申請人:珀金埃爾默光電子有限責(zé)任公司