专利名称：红外线辐射热测量器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一个红外线辐射热测量器，具体来说，涉及一个红外线辐射热测量器及其制造方法。
背景技术：
辐射热测量器是基于暴露在辐射热流中的材料(称为辐射热测量器元件)的电阻变化的能量探测器。辐射热测量器元件由金属或半导体制成。对于金属，通常由于载流子的移动而引起电阻的变化，其通常随着温度减低。在高电抗半导体射热测量器元件中，由于在其中自由载流子密度是温度的指数函数，因此可以获得较高的感应度，但是获得用于辐射热测量器的半导体薄膜构造是一个困难问题。
图1和2是描述了在名称为“热传感器”的美国专利5,300,915中公开的两级辐射热测量器10，辐射热测量器10包括一个上微桥路探测器级11和一个下级12。下级12具有一个平面的半导体基底13，例如一个单体的硅晶体基底。硅基底13的表面14具有构造在其上的一个集成电路15的几个部件，包括二极管、X和Y总线，它们是采用传统的硅IC技术构造而成。于是可以集成电路15被一个氮化硅16的保护层所覆盖。一个凹部带17是没有被上探测器覆盖的区域。
上探测器级11包括一个氮化硅层20，一个回盘形金属阻抗路径21，一个覆盖在层20、21上的氮化硅层22，和一个在氮化硅层22上的红外线吸收体覆层23(在下文中称为“IR吸收体覆层”)。在构造用于上探测器级11的四个倾斜的支撑脚的期间，同时沉积向下延伸的氮化硅层20’和22’。支撑脚的数目可以大于或小于四个。在两个级之间的空腔26是环境大气压。可是，在构造过程中，空腔26初始填充有易于分解的玻璃或其它材料的在先的沉积层，直到层20、20’和22、22’沉积形成。在随后加工中，玻璃分分解从空腔中排出。
在图3中，显示了在图1中所示的上探测器级11的俯视图。在该附图中，覆盖的吸收体覆层23和上氮化硅层22好象是透明的，所以可以显示出回盘形阻抗层路径21。阻抗层路径21的末端21a、21b连续地下降到斜坡区域30以与在下级12的衬垫31电连接。图3显示了氮化物窗开口35、36和37，它们穿过氮化硅层20和22敞开以提供到达从在探测器平面下面分解的下面的磷玻璃的通径。氮化物窗开口35、36和37所提供的这个通径是狭窄的并且被在侧面上靠近的象点所共享，于是使用于探测器的区域最大化和使占空系数最大化。四个支撑桥路可以较短或具有提供足够支撑和热绝缘所必须的长度。
上述辐射热测量器所具有的一个缺点是由于上微桥路探测器级与上述桥路在同样的级上而导致它占空系数的低于最优的占空系数，换句话说，减少了用于IR吸收的总面积，即占空系数。
本发明的简介因此，本发明的一个目的是提供一个具有增大的占空系数和改进吸收能力的三级红外线辐射热测量器及其制造方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种三级红外线辐射热测量器，该辐射热测量器包括一个有效矩阵级，上述有效矩阵级包括一个基底和至少一对连接端子；一个支撑级，上述支撑级设置在至少一对桥路上，每个桥路上包括一个导线，上述导线的两端被电连接到各自的连接端子上；一个吸收级，上述吸收级包括一个吸收体，被吸收体包围的回盘形辐射热测量器元件，和一个形成在吸收体上并具有一个粗糙表面的红外线吸收体覆层；至少一对接线柱，每个接线柱包括一个被绝缘材料包围的导电体并被放置到吸收级和支撑级之间，每个吸收级的辐射热测量器元件的每个端部通过各自的电路和各自的导线被电连接到各自的连接端子上。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造三级红外线辐射热测量器的方法，上述方法包括以下步骤制备一个有效矩阵级，上述有效矩阵级包括一个基底和至少一对连接端子；成型第一损失层，上述第一损失层包括一对在上述有效矩阵级的顶部形成的腔穴；形成一个支撑级，上述支撑级包括一对桥路，每个桥路上包括一个在其上面形成的导线；成型第二损失层，上述第二损失层包括一对在上述桥路和第一损失层的上面形成的孔；成型一个吸收级，上述吸收级包括一个被吸收体包围的辐射热测量器元件；在上述吸收体的顶面上沉积一个红外线吸收体覆层；蚀刻上述红外线吸收体覆层以便具有一个粗糙的顶表面；以及分别除去第二和第一损失层，以便成型上述三级红外线辐射热测量器。
附图简述通过结合附图对本发明优选实施例的以下描述，本发明的上述和其它目的和特征将变得更加清楚，其中图1是显示了现有技术的两级微桥路辐射热测量器的截面视图；图2是显示了在图1中所示的两级微桥路辐射热测量器的透视图；图3是显示了图1中的上探测器级的俯视图；
图4是显示了本发明的三级红外线辐射热测量器的透视图；图5是沿着图4的I-I线的显示了三级红外线辐射热测量器的示意截面视图；图6A到6M是说明了制造图5中的三级红外线辐射热测量器的方法的示意截面视图。
本发明的优选实施例图4和图5分别是显示了本发明的三级红外线辐射热测量器的透视图，和沿着图4的I-I线的显示了三级红外线辐射热测量器的示意截面视图。应当注意，在图4和5中相同的部件用相同的参考数字表示。
在图4和图5中所显示的本发明的辐射热测量器201包括一个一个有效矩阵级210，一个支撑级220，至少一对接线柱270和一个吸收级230。
有效矩阵级210包括一个具有一个集成电路(未示出)的基底212，一对连接端子214和一个覆盖在该基底上的保护层216。每个由金属制成的连接端子位于基底212的顶部。由诸如氮化硅(SiNx)制成的保护层21覆盖在基底212上。一对连接端子214被电连接到集成电路上。
支撑级220包括一对由氮化硅(SiNx)制成的桥路240，每个桥路240上设置有形成在其顶部的导线265，每个桥路240上设置有一个锚固部分242、腿部分244和一个上部分246，锚固部分242包括一个通孔252，穿过通孔252，导线265的一端电连接到各自的连接端子214上，腿部分244支撑着上部分246。
吸收级230包括一个由诸如氧化硅(SiO2)的吸热材料制成的一吸收体295，一个被吸收体295包围的并由诸如钛(Ti)的金属制成的回盘形辐射热测量器元件285，和一个形成在吸收体295上的红外线吸收体覆层297。
每个接线柱270被放置到吸收级230和支撑级220之间，并包括一个由诸如钛(Ti)的金属制成的并被绝缘材料包围的导电体272。导电体272的顶端与回盘形辐射热测量器元件285的一端电连接，导电体272的底端电连接到在桥路240上的导线265，通过这样的方式，在吸收级230中回盘形辐射热测量器元件285的两端通过导电体272、导线265和连接端子214与有效矩阵级210的集成电路形成电连接。
当吸收红外线能量时，回盘形辐射热测量器元件285的电阻发生变化，其中电阻的变化引起电流和电压的变化。通过集成电路，变化的电流和电压以这样的方式被放大，即通过探测电路(未示出)读出放大的电流和电压。
下面通过参考附图6A到6M，描述本发明的红外线辐射热测量器的制造方法。
辐射热测量器201的制造步骤开始于包括集成电路和一对连接端子的基底212的制备。
随后，由诸如氮化硅(Si3N4)制成的保护层216通过等离子强化化学气相沉积(PECVD)方法被沉积在基底212的顶部上，借此形成一个有效矩阵级210，如图6A所示。
在下一步中，通过使用低压力化学气相沉积(LPCVD)方法，将包括诸如聚合硅(poly-Si)的第一牺牲材料(未示出)沉积在保护层216上的顶部，以便具有一个平的顶表面。然后有选择地除去第一牺牲材料，以通过一个蚀刻方法形成包括一对空穴305的第一损失层300，如图6B所示。
接着，通过使用PECVD方法，将诸如由氮化硅(SiNx)制成的一个支撑层250沉积在包括空穴的第一损失层300的顶面。
随后，在支撑层250上形成一对通路孔252，以暴露连接端子214，如图6C所示。
此后，通过使用溅射方法，将由诸如钛制成的导电层260沉积在包括通路孔252的支撑层250，其中在通路孔252中填充有由导电层260构成的金属，借此将导电层260电连接到连接端子214上，如图6D所示。
接着，通过使用金属蚀刻方法和氮蚀刻方法，分别将导电层260和支撑层250成型为一对导线265和一对桥路240，以借此形成支撑级220，如图6E所示。
在随后的步骤中，通过使用LPCVD方法，包括诸如多晶硅(poly-Si)的第二牺牲材料(未示出)被沉积在桥路240和第一损失层上的顶部。然后有选择地除去第二牺牲材料，以通过使用一个蚀刻方法，形成包括一对孔315的第二损失层310，如图6F所示。
接着，通过使用PECVD方法，将诸如由氧化硅(SiO2)制成的第一吸收材料292沉积在包括孔315的第二损失层310的顶面。
随后，在第一吸收材料292上形成一对孔296，以暴露在桥路240上的导线265，如图6G所示。
此后，通过使用溅射方法，将由诸如钛制成的辐射热测量器元件层沉积在包括孔296的第一吸收材料的顶面，其中在孔296中填充有辐射热测量器层，借此形成一对导电体272。然后，通过使用金属蚀刻方法，将辐射热测量器层成型为回盘形辐射热测量器元件285，如图6H所示。
此后，与第一吸收材料292相同材料的第二吸收材料294沉积在回盘形辐射热测量器元件285的顶面，以借此形成一个吸收体295，如图6I所示，其中诸如由钛形成的吸收体295围绕着回盘形辐射热测量器元件285。此后，通过使用溅射方法，将由诸如钛制成的IR吸收体覆层297沉积在吸收体295的顶面，以便具有10-10000nm的厚度。
接着，如图6J所示，通过使用Cl2+O2的表面层蚀刻方法，蚀刻IR吸收体覆层297，以便具有一个预定的厚度，例如5-9995nm，接着氧化IR吸收体覆层297的顶表面，使IR吸收体覆层297具有粗糙的顶表面。应当注意的是，IR吸收体覆层297的粗糙顶表面使IR吸收体覆层297有效地吸收红外线能量。更加具体来说，具有粗糙表面的IR吸收体覆层297所吸收的红外线能量大于具有平的顶表面的IR吸收体覆层297所吸收的红外线能量，因为粗糙的顶表面使IR吸收体覆层297能够吸收部分的反射红外线能量。
随后，使用部分蚀刻方法，将IR吸收体覆层297成型以暴露部分第二吸收材料294，如图6K所示。
此后，通过使用氮蚀刻方法，将具有第一和第二吸收材料292，294的吸收体295分裂为许多小块吸收体295，借此形成吸收级230，如图6L所示。
最后，通过使用蚀刻方法，将第一和第二损失层310，300除去，以借此形成一个三级红外线辐射热测量器201，如图6M所示。
在本发明的三级红外线辐射热测量器中，上述桥路被设置在吸收级的下面，以使吸收级全部用于吸收IR，其随后又增加了占空系数，红外线吸收体覆层具有在吸收体上的粗糙表面，提高了用于红外线能量的吸收效率。
这里只是通过特定的优选实施例进行了描述，在不脱离本发明的保护范围下，可以作出其它的修改和变化。
权利要求
1.一种三级红外线辐射热测量器，该辐射热测量器包括一个有效矩阵级，上述有效矩阵级包括一个基底和至少一对连接端子；一个支撑级，上述支撑级设置在至少一对桥路上，每个桥路上包括一个导线，上述导线的两端被电连接到各自的连接端子上；一个吸收级，上述吸收级包括一个吸收体，被吸收体包围的回盘形辐射热测量器元件，和一个形成在吸收体上并具有一个粗糙表面的红外线吸收体覆层；至少一对接线柱，每个接线柱包括一个被绝缘材料包围的导电体并被放置到吸收级和支撑级之间，每个吸收级的辐射热测量器元件的每个端部通过各自的电路和各自的导线被电连接到各自的连接端子上。
2.如权利要求1所述的辐射热测量器，其特征在于，每个桥路包括一个锚固部分、一个腿部分和一个上部分，锚固部分包括一个通孔，穿过上述通孔，上述导线的一端电连接到上述连接端子。
3.如权利要求1所述的辐射热测量器，其特征在于，上述导线位于桥路的顶部。
4.如权利要求1所述的辐射热测量器，其特征在于，上述红外线吸收体覆层由钛制成。
5.如权利要求1所述的辐射热测量器，其特征在于，上述电路的顶端被电连接到辐射热测量器元件的一端上，和上述电路的底端被电连接到辐射热测量器元件的另一端上。
6.如权利要求1所述的辐射热测量器，其特征在于，上述导线、电路和辐射热测量器元件由相同的材料制成。
7.如权利要求6所述的辐射热测量器，其特征在于，上述导线、电路和辐射热测量器元件由钛制成。
8.一种制造三级红外线辐射热测量器的方法，上述方法包括以下步骤制备一个有效矩阵级，上述有效矩阵级包括一个基底和至少一对连接端子；成型第一损失层，上述第一损失层包括一对在上述有效矩阵级的顶部形成的腔穴；形成一个支撑级，上述支撑级包括一对桥路，每个桥路上包括一个在其上面形成的导线；成型第二损失层，上述第二损失层包括一对在上述桥路和第一损失层的上面形成的孔；成型一个吸收级，上述吸收级包括一个被吸收体包围的辐射热测量器元件；在上述吸收体的顶面上沉积一个红外线吸收体覆层；蚀刻上述红外线吸收体覆层以便具有一个粗糙的顶表面；以及分别除去第二和第一损失层，以便成型上述三级红外线辐射热测量器。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过使用Cl2+O2的表面层蚀刻方法，进行蚀刻红外线吸收体覆层的步骤。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过溅射方法，沉积上述红外线吸收体覆层以具有一个预定的厚度。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，部分地蚀刻上述红外线吸收体覆层以具有一个预定的厚度。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第一损失层的成型步骤为将第一牺牲材料沉积在有效矩阵级的顶部，然后有选择地除去第一牺牲材料，以成型包括一对空穴的第一损失层。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，支撑级的成型步骤为将一个支撑层沉积在包括空穴的第一损失层的顶面；在支撑层上形成一对通路孔以暴露连接端子；在包括通路孔的支撑层的顶面上成型一对导线；和将支撑层分别成型为一对桥路，其中每个导线位于上述桥路的顶面。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第二损失层的成型步骤为将第二牺牲材料沉积在桥路和第一损失层上的顶部，和有选择地除去第二牺牲材料。
全文摘要
三级红外线辐射热测量器包括一个有效矩阵级(210),一个支撑级(220),一对接线柱(270)和一个吸收级(230)。有效矩阵级(210)包括一个具有一个集成电路的基底(212),一对连接端子(214)和一个覆盖在该基底上的保护层(216)。支撑级(220)包括一对桥路(240),每个桥路上设置有形成在其顶部的导线(265),其中导线(265)的一端电连接到各自的连接端子(214)上。吸收级(230)包括一个被吸收体(295)包围的回盘形辐射热测量器元件(285),和一个形成在吸收体(295)上并具有一个粗糙表面的红外线吸收体覆层(297)。每个接线柱包括一个被绝缘材料包围的导电体(272)并被放置到吸收级和桥路之间,通过这个方式,回盘形辐射热测量器元件(285)通过导电体(272)、导线(265)和连接端子(214)与集成电路形成电连接。
文档编号G01J5/20GK1340153SQ98814342
公开日2002年3月13日 申请日期1998年12月4日 优先权日1998年12月4日
发明者龙润重 申请人:大宇电子株式会社