光子传感器以及制造该传感器的方法技术

本申请涉及光子传感器以及制造该传感器的方法。一种光子传感器，包括：平台、平台上的温度传感器、以及形成在平台上或者作为平台一部分的结构。

【技术实现步骤摘要】
光子传感器以及制造该传感器的方法
本专利技术涉及一种光子传感器，例如红外传感器，而且涉及一种制造该传感器的方法。
技术介绍
基于热电偶的传感器是已知的，其中将热电偶结形成为非常靠近红外接收区域。从红外(IR)辐射传递的到达热电偶处和/或与热电偶相关的IR采集器处的每单位面积的热能可能非常小，而且期望能够很好地对其进行利用。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种光子传感器，包括：由至少一个修长元件支撑的平台；平台上的温度传感器；以及形成在平台上或者作为平台一部分的结构。由此，可以提供一种传感器（例如，红外传感器），其中平台的适当压型可减小质量，并因此减小平台的热容量。可以通过平台的微加工来完成压型。该微加工可以在形成平台期间执行，并使得能够形成改进的平台，而且与形成具有平坦表面的平台相比基本上不增加成本。通过使用可将平台悬于衬底上方的修长支撑件，可以减少作为红外辐射捕获元件的平台以及支撑衬底之间的热传递。根据本专利技术另一方面，提供了一种形成光子传感器的方法，包括处理半导体衬底的一部分从而形成被至少一个支脚保持至支撑结构的平台，而且进一步包括在平台的上表面形成子波长结构，所述结构包括多个隔离的或互连的直立区域。温度传感器可以是热电偶、热电堆、测辐射热仪或任意其他适当的感测技术。附图说明将仅仅通过非限制性示例的方式并参考附图来描述本专利技术的实施例，其中：图1是红外传感器的第一实施例的透视图；图2是红外检测器平台中具有开孔阵列的实施例的透视图；图3是在红外检测平台中形成开孔阵列的实施例的平面图；图4是图3所示的平台与图1所示的不具有开孔的平台的综合损耗比较示图；图5是具有从红外检测平台的基层向上延伸的吸收组件的阵列的实施例的平面图；图6是图5所示的平台与类似于图1所示的具有平坦表面的平台的综合损耗比较示图；图7是示出了作为入射在图5所示类型的红外检测平台上的光的波长的函数的损耗的示图；图8是构成本专利技术的另一实施例的红外检测器中的金属层的平面图；图9是图7的具有金属层的实施例与直立支柱相关的性能与图1所示类型的平台的比较示图；图10a和10b示出了红外光子检测器的实施例中的金属层上的支柱和其它红外采集结构的轮廓；以及图11示出了平台的一个角落处的热电偶的定位。具体实施方式图1中以透视图示意性地示出了第一实施例。通过半导体制造工艺中常用的掩模和刻蚀步骤形成的平台2被保持为附接至支撑结构，例如从衬底8崛起的壁4和6。平台2通过修长支撑支脚10和12被保持为附接至壁4和6，修长支撑支脚10和12提供了平台2与壁4和6之间的长条形的薄的连接，从而将其保持在衬底8上方。这个长条形的薄的路径在平台2和衬底8之间提供了高的热阻抗。由于入射在平台2上的红外(IR)辐射将平台温度提升至衬底温度之上，以便辐射强度被传感器测量，因此是这有利的。图1所示的实施例中的支脚被附接在与平台2的相对的角落。这就给出了良好的结构可靠性，同时形成了长条形热路径。可按照其它方式连接平台。（多个）连接可中途沿着桌面，而且连接或每个连接可变成单个壁。但是，修长连接变成使得与平台结合处的每个连接的宽度之和小于平台周长的四分之一。在平台是矩形的情况下，支脚的与平台2的边缘相邻的界面区域的宽度之和小于矩形平台的最短边的长度。优选地，支脚的宽度之和远小于最短边的长度，利用小10%。平台无需是正方形或矩形，可以采用诸如三角形、多边形（例如六边形或八边形）或圆形平台形状之类的其他形状。支脚10可被布置成曲折形并且其中可具有多个转折，和/或可盘旋或围绕平台的一部分，但是出于与平台2的表面平行的平面中。修长或长条形的支脚表现出是其宽度几倍（例如>3倍）的长度，从而在平台2和壁4和6和衬底之间提供良好的热传导的隔离。通过将衬底或衬底的一部分布置成负载平台2或每个平台2以处于真空区域内，使得对流最小化。这种真空区域可以这样形成，即，将整个衬底放置在具有红外窗口的真空腔体以允许光入射至平台2上，和/或可利用适当的隔离组件将盖直接接合至衬底。在基于第一实施例的第二实施例中，平台2进一步被加工，从而使其具有不均匀表面。这可以通过选择性刻蚀条平台的一部分来实现。在图2所示的实施例中，平台2可刻蚀成形成穿透平台2的孔20的阵列。这就使得平台2具有网格类的结构。从平台去除材料降低了平台的质量，从而降低了平台2的热容量。但是，申请人已经发现，假设孔的宽度相当于或者小于将被检测到的入射的光学辐射的波长，则到来的光学辐射不会通过开孔，而且其携带的能量会留给热平台。因此，孔形成了平台2上的子波长结构。所以，平台的质量显著减小，而平台红外辐射的光子的能力基本上未受影响。因此，平台可响应于入射的辐射流量而快速升温，从而比未处理成减小其质量的平台更快地达到新的平衡温度。图3以平面图示出了其中在平台2中形成了正方形开孔的阵列的实施例，其中平台2的尺寸大致为100微米×100微米，厚度大致5微米。开孔被布置并设置尺寸为使得能够具有大致50%的填充系数。因此，例如，开孔可具有大约6.3μm的边长，可以在具有大约9μm的周期的矩阵中布置开孔。在图2和3中，孔或开孔被示出为具有规则形状并被规则地布置。这仅仅出于示意的方便，而平台可形成有规则布置的孔，但是这不是限制。实际上，可刻意改变孔和/或其尺寸之间的间隔以便修整平台对入射的辐射的响应。图4比较了构成本专利技术实施例的其中形成有开孔阵列的IR传感器与图1所示的类似的但是其中未形成有开孔的传感器的仿真结果。对于具有8至15μm的波长的入射IR，从光子损失的给予开孔平台的能量由线40表示，而其中未形成有孔的平台的响应由线42表示。可以看出，结果非常类似于能量损耗(即，理论上能够转化成热的入射能量中有多少被转化成热)对于其中不具有孔的平台2，一些波长更好，而且在另一些波长处，具有平坦表面的平台，平台中的孔降低了其性能。在另一实施例中，平台的表面可被刻蚀成形成伫立在平台的上表面上的多个支柱或凸起。可通过利用抗蚀剂掩盖平台的一些块、并随后在刻蚀期间曝光平台的剩余部分来提供支柱。例如，如果支柱被形成为规律阵列，例如矩形矩阵，则平台可被刻蚀成形成多个交叉的沟槽，并且被沟槽围绕的区域形成了支柱。可以理解的是，刻蚀工艺（例如，各向同性刻蚀）可用于在平台的材料（例如二氧化硅）中形成“V”形沟槽，因此通过沟槽的适当定位以及宽度选择，支柱可被形成为金字塔似的形状。该刻蚀工艺还可用来降低支柱的高度，进一步减小了平台的质量。该表面结构还倾向于使得从表面反射的而不是被其吸收的任意IR辐射向另一支柱反射，从而给予从光吸收能量的第二次机会。已经针对在具有大约10μm的周期性的矩阵中名义上6.0μm的正方形轮廓的支柱的阵列，建模支柱的性能。图5中以平面图图示了阵列，而且8至5μm的波长范围内的综合损耗，其中在图6所示的5至13μm的周期性上建模支柱及围绕的沟槽。可以看出，相比于未形成轮廓的(平坦的)二氧化硅，吸收性能8至15μm带宽内稍微下降，但是平台的质量可减小大约64%。由此，利用该方案形成的平台可显著改进对红外流量的改变的响应时间。图7示出了作为入射在支柱的二维阵列上的和平坦的二氧化硅上的6至18μm的范围内的光的IR波长的函数的损耗的仿真。可以看出，对于一些波长（例如大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子传感器，包括：由至少一个修长元件支撑的平台；平台上的温度传感器；以及形成在平台上或者作为平台一部分的结构。

【技术特征摘要】
2012.12.03 US 13/692,7481.一种光子传感器，包括：由至少一个修长元件支撑的平台；平台上的温度传感器；以及形成在平台上或者作为平台一部分的结构，其中，所述平台包括电介质材料和金属层，所述金属层将辐射反射回所述电介质材料，并且所述金属层被穿孔。2.根据权利要求1所述的传感器，其中该结构被刻蚀至平台内以减少平台的质量。3.根据权利要求2所述的传感器，其中该结构包括多个空隙。4.根据权利要求3所述的传感器，其中空隙形成了多个交叉的沟槽。5.根据权利要求3所述的传感器，其中空隙在平台内不具有统一深度。6.根据权利要求5所述的传感器，其中一些空隙的一部分延伸穿过平台的深度。7.根据权利要求1所述的传感器，其中平台进一步包括与金属层相关的半导体层。8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述平台的电介质材料包括氮化物层。9.根据权利要求7所述的传感器，其中所述平台的电介质材料包括从金属层的第一侧延伸的多个圆柱或山丘形结构。10.根据权利要求9所述的传感器，其中以小于λ的内部结构规模形成多个圆柱或山丘形结构，其中λ是将被检测的最大波长并且不大于50×10-6。11.根据权利要求1所述的传感器，其中多个孔延伸通过第一金属层，并且通过与金属层的第二侧邻接布置的任何层。12.根据权利要求1所述的传感器，包括真空腔体内布置成矩阵的通过窗口在第一侧交界的多个平台。13.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·拉姆伯金，W·A·拉尼，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US