DE102004031315A1

DE102004031315A1 - Mikrostrukturierter Infrarot-Sensor

Info

Publication number: DE102004031315A1
Application number: DE102004031315A
Authority: DE
Inventors: Jochen Franz; Frank Reichenbach; Dieter Maurer; Holger Höfer; Markus-Alexander Schweiker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-19
Also published as: WO2006000498A1; US20080061237A1; JP2008505331A; EP1763658A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Infrarot-Sensor, mit mindestens einer Mess-Struktur (11) aus z. B. einem Sensorchip (10), der eine Mess-Struktur (11) aufweist, und einem Kappenchip (20), der auf dem Sensorchip (10) befestigt ist und mit dem Sensorchip (10) einen Sensorraum (23) definiert, DOLLAR A wobei auf der Oberseite (24) des Kappenchips (20) eine Blende (25, 32) mit einem inneren Blendenbereich (25b, 32b) und einem den inneren Blendenbereich (25b, 32b) umgebenden äußeren Blendenbereich (25a, 32a) ausgebildet ist, DOLLAR A wobei der innere Blendenbereich (25b, 32b) oberhalb der Mess-Struktur (11) ausgebildet ist und für zu detektierende Infrarot-Strahlung (IR1) transparent ist und der äußere Blendenbereich (25a, 32a) für einfallende Infrarot-Strahlung (IR2) zumindest teilweise intransparent ist. DOLLAR A Hierbei kann der äußere Blendenbereich insbesondere als reflektive Beschichtung aus Metall oder einer dielektrischen Schicht, als reflektierende Strukturierung durch Gräben mit schrägen Flächen oder absorbierende Strukturierung ausgebildet sein.

Description

Mikrostrukturierte Infrarot-Sensoren können insbesondere in Gasdetektoren verwendet werden, bei denen von einer Strahlungsquelle, z. B. einer im Niederstrombereich betriebenen Glühbirne oder einer IR-LED, ausgesandte IR-Strahlung über eine Absorptionsstrecke ausgesandt und nachfolgend von dem Infrarot-Sensor aufgenommen wird, und aus der Absorption der Infrarotstrahlung in spezifischen Wellenlängenbereichen auf die Konzentration zu detektierender Gase in der Absorptionsstrecke geschlossen werden kann. Derartige Gassensoren können insbesondere im Automobilbereich z. B. zur Detektion eines Lecks in einer mit CO₂ betriebenen Klimaanlage oder zur Untersuchung der Luftqualität der Raumluft verwendet werden.

Der mikromechanische Infrarot-Sensor weist üblicherweise einen Sensorchip mit einer für Infrarot-Strahlung sensitiven Mess-Struktur und einen den Sensorchip abdeckenden Kappenchip auf. Zwischen dem Sensorchip und dem Kappenchip ist ein nach außen vakuumdicht abgeschlossener Sensorraum ausgebildet, wobei hierzu im Allgemeinen auf der Unterseite des Kappenchips eine Kaverne ausgebildet ist.

Die für Infrarotstrahlung sensitive Mess-Struktur weist üblicherweise eine Membran, unterhalb von der eine Kaverne ausgebildet ist, und mindestens eine auf der Membran ausgebildete Thermopile-Struktur aus zwei miteinander kontaktierten Leiterbahnen aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien, z.B. polykristallinem Silizium und einem Metall, auf. Auf dem Kontaktbereich der Leiterbahnen ist eine Absorberschicht aufgetragen, die einfallende IR-Strahlung unter Erwärmung absorbiert. Von oben einfallende Infrarot-Strahlung gelangt durch den für Infrarot-Strahlung transparenten Kappenchip aus Silizium in den Sensorraum und trifft auf die Absorberschicht, deren Temperaturerhöhung als Thermospannung der Thermopile-Struktur ausgelesen werden kann.

Der Infrarot-Sensor ist im Allgemeinen in ein mit einem oder mehreren Fenstern versehenen Gehäuse eingebaut. Das Fenster ist hierbei derartig groß, dass die Absorberschicht vollständig von der Infrarot-Strahlung beleuchtet wird. Allerdings kann bei der tolleranzbedingten Einbausituation des Sensors auf dem Gehäuseboden keine genaue Anpassung des Fensters an die laterale Ausdehnung der Absorberschicht vorgenommen werden. Somit wird das Fenster derartig groß ausgelegt, dass im Allgemeinen Infrarot-Strahlung auch auf das Bulk-Material des Siliziums außerhalb der Absorberschicht und der Membran und somit auf das kalte Ende der Thermopile-Struktur trifft.

Da die Empfindlichkeit des Infrarot-Sensors durch den Temperaturunterschied zwischen dem unter der Absorberschicht angeordneten warmen Kontaktbereich und den im Bulk-Material vorgesehenen kalten Enden der Leiterbahnen definiert ist, verringert die in lateraler Richtung weiter nach außen gelangende Infrarot-Strahlung die Empfindlichkeit des Infrarot-Sensors. Weiterhin kann bereits durch eine geringe Fehlpositionierung des Infrarot-Sensors im Gehäuse bzw. eine Fehlpositionierung des mit dem Fenster versehenen Deckels auf dem Gehäuse eine Teilabschattung der Thermopile-Struktur und der Absorberschicht erreicht werden, so dass die Empfindlichkeit weiter reduziert wird. Die Montagetolleranzkette ist somit durch die Anbringung des Infrarot-Sensors in dem Sensorgehäuse und des mit dem Fenster versehenen Deckels auf dem Gehäuse definiert.

Der erfindungsgemäße Infrarot-Sensor und das Verfahren zu seiner Herstellung weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine kostengünstige Ausbildung einer Blende und eine genaue Positionierung der Blende relativ zu der Position der Infrarot-sensitiven Mess-Struktur möglich ist.

Erfindungsgemäß wird eine Blende auf der Oberseite des Kappenchips ausgebildet. Dies kann zum einen durch eine geeignete Beschichtung erfolgen, wobei in einem äußeren Blendenbereich eine reflektive oder absorbierende Beschichtung und/oder in einem inneren Blendenbereich eine antireflektive Beschichtung ausgebildet werden kann. Die reflektive Beschichtung kann z.B. als Metallschicht aufgetragen werden; weiterhin können der innere und/oder äußere Blendenbereich auch als dielektrische Beschichtung definierter Dicke mit gegenüber dem Material des Sensorchips unterschiedlichem Brechungsindex wellenlängenspezifisch reflektiv oder antireflektiv wirken; der äußere Blendenbereich wirkt hierbei als dielektrischer Spiegel, der innere Blendenbereich als dielektrische Entspiegelung bzw. Vergütung. Als Material mit gegenüber dem Silizium des Kappenchips unterschiedlichen Brechungsindex kann einfach und kostengünstig z.B. Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid aufgetragen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in dem äußeren Blendenbereich eine Reflektion, Streuung oder Absorbtion der Infrarot-Strahlung durch eine geeignete Strukturierung der Oberfläche des Kappenchips vorgenommen werden. Somit ist das Auftragen zusätzlicher Materialien nicht erforderlich. Die Strukturierung kann z.B. durch V-förmige Gräben ausgebildet werden; diese können einfach durch Nassätzen, z.B. KOH-Ätzen mit den sich hierbei entlang der Kristallebenen ausbildenden schrägen Flächen erzeugt werden. Eine Absorption der einfallenden Infrarot-Strahlung kann durch eine geeignete Rauhigkeit eingestellt werden, die z.B. durch Nassätzen oder Plasmaätzen erzielt werden kann.

Ergänzend kann auch auf der Unterseite des Kappenchips eine Strukturierung mit Gräben ausgebildet werden, die zwischen den auf der Oberseite des Kappenchips ausgebildeten Gräben durchtretende Strahlung abfangen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Infrarot-Sensor-Anordnung mit einer Infrarot-Strahlungsquelle und einem Infrarot-Sensor mit einer Blendenbeschichtung auf dem Kappenchip;
2 den Infrarot-Sensor aus 1 gemäß einer Ausführungsform mit äußerem reflektierenden Blendenbereich;
3 einen Infrarot-Sensor gemäß einer zu 2 alternativen Ausführungsform mit antireflektierendem mittleren Blendenbereich;
4 einen Infrarot-Sensor gemäß einer weiteren zu 2 alternativen Ausführungsform mit reflektierenden und antireflektierenden Blendenbereichen;
5 einen Schnitt durch eine Infrarot-Sensor-Anordnung gemäß einer zu 1 alternativen Ausführungsform mit einer Infrarot-Stahlungsquelle und einem Infrarot-Sensor mit auf dem Kappenchip strukturierten Blendenbereichen;
6 eine Ausschnittsvergrößerung des Kappenchips aus 5 gemäß einer Ausführungsform mit reflektierender Strukturierung des äußeren Blendenbereichs;
7 eine Draufsicht auf einen Infrarot-Sensor aus 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform mit reflektierendem äußerem Blendenbereich;
8 einen Schnitt durch den Infrarot-Sensor aus 7;
9 einen Schnitt durch einen Infrarot-Sensor einer zu 7, 8 alternativen Ausführungsform mit reflektierender Strukturierung der Ober- und Unterseite des Kappenchips;
10 eine Ausschnittsvergrößerung des Kappenchips der Anordnung aus 5 mit durch Strukturierung ausgebildeten absorbierendem äußerem Blendenbereich.
Eine in 1 gezeigte Infrarot (IR-)Sensor-Anordnung 1 weist eine IR-Strahlungsquelle 2, z.B. eine im Niederstrombereich betriebene Glühbirne, und ein Sensormodul 3 mit einem Gehäuse 4 aus z.B. Kunststoff oder einem Mold-Compound und einem auf dem Gehäuse 4 befestigten Deckel 5 mit einem Fenster 6 auf. In dem zwischen dem Gehäuse 4 und dem Deckel 5 gebildeten Gehäuseinnenraum 7 ist ein Infrarot-Sensor 9 vorgesehen, z.B. auf den Boden des Gehäuses 4 geklebt. Der Infrarot-Sensor 9 weist einen Sensorchip 10 mit einer IR-Strahlung detektierenden Mess-Struktur 11 auf, wobei die Mess-Struktur 11 eine auf der Oberseite des Sensorchips 10 ausgebildete Membran 12, eine unterhalb der Membran 12 ausgebildete Kaverne 13 und mindestens eine auf der Membran 12 ausgebildete Thermopile-Struktur 14 aus zwei Leiterbahnen 14a, 14b aufweist. Die Leiterbahnen 14a und 14b sind aus unterschiedlichen, jeweils elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet, z.B. polykristallinem Silizium und einem Metall, z.B. Aluminium. Sie sind in einem mittleren Bereich der Membran 12 kontaktiert und führen lateral nach außen von der Membran 12 weg. Auf dem Kontaktbereich der Thermopile-Struktur 14 ist eine Absorberschicht 16 aus einem Infrarot-Strahlung absorbie renden Material, z.B. einem Metalloxid, aufgetragen. Bei Absorption von Infrarot-Strahlung erwärmt sich die Absorberschicht 16, so dass die Thermopile-Struktur 14 in ihrem Kontaktbereich eine Temperaturerhöhung erfährt, die als Thermo-Spannung ausgelesen werden kann.
Auf dem Sensorchip 10 ist ein Kappenchip 20 in vakuumdichten Verbindungsbereichen 21 befestigt. Die Verbindungsbereiche 21 können z.B. durch ein niedrig schmelzendes Bleiglas ausgebildet sein. Auf der Unterseite des Kappenchips 20 ist ein Sensorraum 23 als Kaverne ausgebildet, in dem die Membran 12 mitsamt Thermopile-Struktur 14 und Absorberschicht 16 aufgenommen sind. In dem Sensorraum 23 ist hierbei ein Vakuum ausgebildet, das durch die Verbindungsbereiche 21 gegenüber dem Gehäuseinnenraum 7 abgedichtet ist.
Auf einer Oberseite 24 des Kappenchips 20 ist eine Blende 25 mit einem äußeren Blendenbereich 25a und einem inneren Blendenbereich 25b ausgebildet. Bei den Ausführungsformen der 1 bis 4 ist die Blende 25 als Blendenbeschichtung der Oberseite 24 des Kappenchips 20 ausgebildet, wobei die 2 bis 4 verschiedene alternative Ausbildungen der Blende 25 zeigen.
Auf der Blende 25 und somit unterhalb des Deckels 5 ist ein Infrarot-Strahlungsfilter 29 befestigt. Der Infrarot-Strahlungsfilter 29 lässt selektiv Infrarot-Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs durch und absorbiert andere Wellenlängenbereiche. Die Befestigung kann hierbei z.B. durch eine Klebeschicht erfolgen. Alternativ hierzu kann der IR-Strahlungsfilter 29 grundsätzlich auch z.B. an der Unterseite des Deckels 5 befestigt sein.
Die Infrarot-Strahlungsquelle 2 sendet entlang einer optischen Achse A Infrarot-Strahlung IR zu dem Sensormodul 3 aus, wobei der Zwischenraum zwischen der IR-Strahlungsquelle 2 und dem Sensormodul 3 als Absorptionsstrecke 27 dient, in der in Abhängigkeit von einer jeweiligen Gaskonzentration, z.B. der Konzentration von CO2, Infrarot-Strahlung des vorgegebenen Wellenlängenbereiches absorbiert wird. Infrarot-Strahlung IR1, die innerhalb eines inneren Raumwinkelbereichs um die optische Achse A ausgesandt wird, tritt nachfolgend durch das Fenster 6, den Strahlungsfilter 29, den inneren Blendenbereich 25b der Blende 25 und den aus Silizium bestehenden Kappenchip 20 in den Sensorraum 23 und wird von der Absorberschicht 16 absorbiert. In einem äußeren Raumwinkelbereich ausgesandte äußere Infraort-Strahlung IR2 tritt zunächst noch durch das Fenster 6 des Deckels 5 und den Strahlungsfilter 29, wird jedoch von dem äußeren Blendenbereich 25a nicht durchgelassen und gelangt somit nicht in den Kappenchip 20.
Die 2 bis 4 zeigen alternative Ausbildungen der Blende 25 als Beschichtung der Oberseite 24 des Kappenchips 20. Die 2 entspricht der Darstellung der 1, in der der äußere Blendenbereich 25a als reflektierende Beschichtung aus z.B. einem Metall, beispielsweise Aluminium, ausgebildet und der innere Blendenbereich 25b freigelassen ist. Somit wird die innere IR-Strahlung IR1 transmittiert und die äußere IR-Strahlung IR2 reflektiert.
Gemäß 3 ist der innere Blendenbereich 25b als antireflektierende Blendenbeschichtung ausgebildet. Eine derartige antireflektierende Beschichtung ist entsprechend der Vergütung eines optischen Bauelementes ausgebildet und bewirkt eine destruktive Interferenz der an der oberen Grenzfläche und unteren Grenzfläche des Blendenbereichs 25b reflektierten Teilwellen. Hierzu ist die Dicke d der inneren Blendenbeschichtung 25b in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der IR-Strahlung und den Brechungsindizes n1 des Siliziums des Kappenchips 20 und n2 des inneren Blendenbereichs 25b zu wählen. Falls der Brechungsindex n1 des Kappenchips 20 größer als der Brechungsindex n2 des inneren Blendenbereichs 25b ist, kann die antireflektie rende Wirkung z.B. mit einer Dicke d = (λ/4)/n2 erreicht werden. Als Material des inneren Blendenbereichs 25b kann z.B. SiO2 oder Si3N4 gewählt werden.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der – wie in 3 – der innere Blendenbereich 25b antireflektierend ausgebildet ist und zusätzlich der äußere Blendenbereich 25a reflektierend ausgebildet ist. Der äußere Blendenbereich 25a wirkt hierbei als dielektrischer Spiegel mit zumindest einer dielektrischen Schicht. Die Dicke bei einer einschichtigen Ausbildung des äußeren Blendenbereiches 25a kann z.B. als d=(λ/2)/n2 ausgebildet sein, d.h. die doppelte Dicke wie der innere Blendenbereich 25b aufweisen.
Auch in 2 kann der äußere Blendenbereich 25a als dielektrischer Spiegel ausgebildet sein, so dass 4 eine Kombination der Ausführungsformen der 2 und 3 darstellt.
5 zeigt eine Infrarot-Sensor-Anordnung 31, die im Wesentlichen dem Aufbau der Infrarot-Sensor-Anordnung 1 der 1 entspricht. Bei dem IR-Sensor 30 ist – anstelle der Blendenbeschichtung 25 – jedoch auf der Oberseite 24 des Kappenchips 20 eine Blende 32 durch Strukturierung ausgebildet. Die Blende 32 weist wiederum einen äußeren Blendenbereich 32a und einen inneren Blendenbereich 32b auf, der entsprechend den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der 6 bis 10 unterschiedlich ausgebildet sein kann.
Gemäß der Ausführungsform der 6 sind auf der Oberseite 24 des Kappenchips 20 in dem äußeren Blendenbereich 32a mehrere kleinere Gräben 34 mit V-förmigen Querschnitt ausgebildet. Die 7 und 8 zeigen eine entsprechende Ausführungsform mit einer geringeren Anzahl von V-förmigen Gräben 34; hierbei können z.B. zu jeder Seite des inneren Blendenbereichs 32b jeweils drei V-förmige Gräben 34 ausgebildet sein. Die Gräben 34 verlaufen hierbei jeweils gradlinig und gehen gemäß der Draufsicht der 7 vor teilhafterweise an ihren Enden nicht ineinander über. Sie können direkt durch Aufbringen einer Maskenschicht auf der Oberseite 24 mit nachfolgendem Ätzen, z.B. KOH-Ätzen, ausgebildet werden. Hierbei lässt die Maskenschicht die Gräben 34 frei. Beim KOH-Ätzen verlaufen die Ätzkanten bei der üblichen (100)-Ausrichtung des Kappenwafers entlang von Kristallebenen, z.B. (111)-Kristallebenen, so dass sich selbsttätig die in den 6 und 8 gezeigte V-Form ergibt; der Ätzvorgang entspricht somit demjenigen des Ätzens der Kaverne 23 an der Unterseite des Kappenchips 20.
Bei den Ausführungsform der 6 bis 9 wird auf den inneren Blendenbereich 32b einfallende IR-Strahlung IR1 somit nicht beeinflusst und gelangt durch den Kappenchip 20 auf die Absorberschicht 16. Auf den äußeren Blendenbereich 32a entfallende IR-Strahlung IR2 wird an den schräg abfallenden Seitenflächen 40 der Gräben 34 mehrfach reflektiert. Hierbei wird bei durch KOH-Ätzen ausgebildeten Seitenflächen 40 eine weitgehend vollständige Reflektion der IR-Strahlung IR2 bewirkt, bei der durch Mehrfachreflektion, z.B. an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 40 die IR-Strahlung von der Oberseite 24 des Kappenchips 20 nach oben wegreflektiert wird.
Da zwischen den einzelnen Gräben 34 auf der Oberseite 24 des Kappenchips 20 IR-Strahlung IR2 eintreten kann, die nicht an den schrägen Seitenflächen 40 reflektiert wird, sind bei der Ausführungsform der 9 ergänzend auch an der Unterseite 22 des Kappenchips 20 V-förmige Gräben 36 ausgebildet, die den Gräben 34 an der Oberseite 24 des Kappenchips 20 entsprechen, diesen gegenüber jedoch um ein halbes Rastermaß, d.h. einen halben Abstand zwischen den Gräben 34 versetzt angeordnet sind. Somit liegen Kanten 39 der V-Form der oberen Gräben 34 jeweils genau zwischen den Kanten 39 der unteren Gräben 36 und umgekehrt, wie durch die gestrichelten Linien der 9 ersichtlich ist. Somit wird die zwischen den oberen V-förmigen Gräben 32 eintretende IR-Strahlung an den Seitenflächen 40 der unteren V-förmigen Gräben 36 reflektiert.
Bei der Ausführungsform der 9 ist gegenüber der Ausführungsform der 8 der Sensorraum 23 in lateraler Richtung kleiner ausgebildet, damit sich der plane Bereich der Unterseite 22 des Kappenchips 20 sich bis unterhalb des äußeren Blendenbereichs 32a erstreckt, um die Ausbildung der unteren Gräben 36 unterhalb der oberen Gräben 34 zu ermöglichen.
Die Ausführungsform der 10 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausbildung der Oberseite 24 des Kappenchips 20. Hierbei ist der äußere Blendenbereich 32a nicht reflektierend, sondern absorbierend ausgebildet. Hierzu kann die Oberseite 24 in dem äußeren Blendenbereich 32a z.B. durch geeignetes Ätzen aufgeraut sein. Der aufgeraute äußere Blendenbereich 32a kann z.B. Strukturen derselben Größenordnung wie die Wellenlänge λ der IR-Strahlung aufweisen; es kann z.B. sogenanntes „Black Silicon", das durch Plasmaätzen hergestellt wird. Der innere Blendenbereich 32b ist weiterhin transmittierend.
Die Herstellung des IR-Sensors 9 bzw. 30 kann vollständig auf Wafer-Ebene erfolgen. Hierbei wir in an sich bekannter Weise ein Sensor-Wafer strukturiert durch Ausbilden der Kavernen 13, Membranen 12, Thermopile-Strukturen 14 und Absorberschichten 16. Weiterhin wird ein Kappen-Wafer hergestellt, bei dem in an sich bekannter Weise die Sensorräume 23 als Kavernen durch z.B. KOH-Ätzen ausgebildet werden. Bei der Ausführungsform der 1 bis 4 wird nachfolgend die Blende 25 auf der Oberseite 24 durch Beschichtung als Metallschicht und/oder dielektrische, optisch transparente Schicht bestimmter Dicke mit reflektierender oder antireflektierender Eigenschaft, z.B. SiO2 oder Si3N4, aufgetragen. Da diese Beschichtung auf Wafer-Ebene stattfindet, sind die zusätzlichen Kosten pro Kappenchip 20 gering. Bei der Ausführungsform der 5 bis 10 wird anstelle einer Beschichtung die Strukturierung der Oberseite 24 des Kappenchips 20 durch z.B. KOH-Ätzen durchgeführt. Bei der Ausbildung der V-förmigen Gräben der 6 bis 9 wird eine entsprechende Maskentechnik eingesetzt; bei der Ausführungsform der 9 werden zusätzlich zu den Kavernen 23 die V-förmigen Gräben 36 an der Unterseite 22 des Kappen-Wafers ausgebildet. Bei 10 erfolgt mit z.B. Plasmaätzen eine Aufrauung der Oberseite 24.
Bei allen Ausführungsformen können nachfolgend der Sensor-Wafer und Kappen-Wafer aufeinander gesetzt und in den vakuumdichten Verbindungsbereichen 21 befestigt werden. Der so gebildete Waferstapel kann nachfolgend vereinzelt werden, wodurch die einzelnen IR-Sensoren 9 bzw. 30 hergestellt werden. Die Anbringung des IR-Strahlungsfilters 29 kann vor oder nach dem Vereinzeln erfolgen.
Die so hergestellten IR-Sensoren 9, 30 können entsprechend in dem Gehäuse 4 mit Deckel 5 aufgenommen werden.

Claims

Infrarot-Sensor, mit mindestens einem Sensorchip (10), der eine Mess-Struktur (11) aufweist, und einem Kappenchip (20), der auf dem Sensorchip (10) befestigt ist und mit dem Sensorchip (10) einen Sensorraum (23) definiert, wobei auf der Oberseite (24) des Kappenchips (20) eine Blende (25, 32) mit einem inneren Blendenbereich (25b, 32b) und einem den inneren Blendenbereich (25b, 32b) umgebenden äußeren Blendenbereich (25a, 32a) ausgebildet ist, wobei der innere Blendenbereich (25b, 32b) oberhalb der Mess-Struktur (11) ausgebildet ist und für zu detektierende Infrarot-Strahlung (IR1) transparent ist und der äußere Blendenbereich (25a, 32a) für einfallende Infrarot-Strahlung (IR2) zumindest teilweise intransparent ist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Struktur (11) eine Membran (12), eine unterhalb der Membran ausgebildete Kaverne (13), mindestens eine auf der Membran (12) ausgebildete Thermopile-Struktur (14) mit zwei einander kontaktierenden Leiterbahnen (14a, 14b) und eine die Thermopile-Struktur (14) bedeckende Absorberschicht (16) aufweist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Blendenbereich (25b) und/oder der äußere Blendenbereich (25a) eine auf der Oberseite (24) des Kappenchips (20) aufgetragene Beschichtung aufweist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Blendenbereich (25a) eine reflektierende Beschichtung (25a) aufweist, die für einfallende Infrarotstrahlung (IR2) zumindest einer vorgegebenen Wellenlänge (λ) reflektierend ist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Beschichtung (25a) eine Metallschicht oder eine dielektrische, Wellenlängen spezifisch reflektierende Schicht mit gegenüber dem Kappenchip (20) unterschiedlichem Brechungsindex (n2) ist.
Gassensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Beschichtung (25a) einen kleineren Brechungsindex (n2) als der Kappenchip (20) aufweist und eine Dicke aufweist gemäß d = ((2m+1)λ/2n2, mit d Dicke der reflektierenden Beschichtung (25a), λ zu detektierender Wellenlänge, m natürliche ganze Zahl, n2 Brechungsindex der reflektierenden Beschichtung (25a).
Infrarot-Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Blendenbereich (25b) eine antireflektive dielektrische Beschichtung (25b) mit einem gegenüber dem Material des Kappenchips (20) unterschiedlichem Brechungsindex (n2) aufweist.
Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die antireflektive Beschichtung (25b) einen kleineren Brechungsindex (n2) als der Kappenchip (20) aufweist und eine Dicke aufweist gemäß d = ((2m+1)λ/4n2, mit d Dicke der reflektiven Beschichtung (25a), λ zu detektierender Wellenlänge, m natürliche ganze Zahl, n2 Brechungsindex der reflektiven Beschichtung (25a).
Infrarot-Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die dielektrische Beschichtung (25a, 25b) Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumoxid (SiO2) aufweist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Blendenbereich (32a) der Blende (32) eine reflektierende und/oder absorbierende Strukturierung der Oberseite (24) des Kappenchips (20) aufweist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Blendenbereich (32a) Gräben (34) mit schräg abfallenden Seitenflächen (40), z.B. V-förmigem Querschnitt, aufweist.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auch auf der Unterseite (22) des Kappenchips (20) untere Gräben (36) ausgebildet sind, die in lateraler Richtung jeweils zwischen den auf der Oberseite (24) des Kappenchips (20) verlaufenden Gräben (34) angeordnet sind.
Infrarot-Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Blendenbereich (32a) eine Aufrauung zur Absorbtion einfallender Infrarot-Strahlung (IR2) aufweist.
Infrarot-Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Blende (25, 32) ein Infrarot-Strahlungsfilter (29) zur Wellenlängen spezifischen Transmission einfallender Infrarot-Strahlung (IR2, IR1) befestigt ist.
Sensormodul mit einem Infrarot-Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Sensor (9, 30) in einem Gehäuse (4) aufgenommen ist, auf dem ein Deckel (5) mit einem Fester (6) befestigt ist, wobei das Fenster (6) oberhalb des inne ren Blendenbereichs (25b, 32b) angeordnet ist und einen größeren Raumwinkel der Infrarot-Strahlung durchlässt als der innere Blendenbereich (25b, 32b).
Verfahren zum Herstellen eines Infrarot-Sensors, mit mindestens folgenden Schritten: Strukturieren eines Sensor-Wafers mit mehreren Mess-Strukturen (11), Strukturieren eines Kappen-Wafers mit mehreren auf seiner Unterseite ausgebildeten Kavernen (23) und auf seiner Oberseite oberhalb der Kavernen (23) ausgebildeten Blenden (25, 32), Befestigen des Kappen-Wafers auf dem Sensor-Wafer in vakuumdichten Verbindungsbereichen (21) unter Ausbildung jeweils eines Vakuums in Sensorräumen (23) zwischen dem Sensor-Wafer und dem Kappen-Wafer, Vereinzeln der Infrarot-Sensoren (9, 30) aus dem Waferstapel aus Kappen-Wafer und Sensor-Wafer.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (25, 32) als auf der Oberseite des Kappen-Wafers ausgebildete Beschichtung und/oder Strukturierung ausgebildet werden.