(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体で満たされたハウジングにおいて高い充填レベルを持ったサーモパイル型赤外線センサ構造であって、外部との電気的な接続を有して、光アセンブリで閉じられるベースプレートから成り、センサチップは、前記ハウジング中の前記ベースプレート上に付けられ、前記センサチップが複数の熱電式のセンサ要素構造を支え、該センサ要素構造のいわゆる「温接点」が、優れた熱伝導性を有するシリコン支持体でのそれぞれの空洞を横切って延ばされた個々の薄膜上に位置して、「冷接点」が、前記シリコン支持体の上に又は近傍に位置し、
枠状のシリコン支持体（２４）及び前記薄膜（３）が、ＣＭＯＳ層構造（２９）及び上から掘られたピット（１８）を備え、放射線コレクタ構造（１７）が、個々の前記薄膜（３）の中央部よりも大きな領域を有し、前記放射線コレクタ構造（１７）が、空洞（９）を架け渡す前記センサ要素構造（１６）の個々の前記薄膜（３）の上に位置するが前記ピット（１８）内における少なくとも前記薄膜（３）及び前記ウエブ（６）の一部好ましくは全部の上に位置し、
前記放射線コレクタ構造（１７）が、前記薄膜（３）の上に配置された少なくとも１つの支柱（４）によって支えられた放射線コレクタ（１）を備え、
前記「温接点」（１０）が、前記少なくとも１つの支柱（４）の下に又は近傍に位置し、前記少なくとも１つの支柱（４）が、前記「温接点」（１０）を持った前記薄膜（３）の下位の中央部に放射線コレクタ・エリアを熱的に接続する、サーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項２】
前記ハウジングに封入された媒体（１５）が、真空のような非常に低い圧力を有するガス又はガス混合物であるか、Xe、KrあるいはArのような、空気又は窒素よりも著しく低い熱伝導性を有するガスである、請求項１に記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項３】
前記空洞（９）が、前側から前記シリコン支持体（２４）の中に掘られる、請求項１に記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項４】
前記空洞（９）が、後側から前記シリコン支持体（２４）の中に掘られて、垂直又は略垂直の側壁を備える、請求項１に記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項５】
前記薄膜（３）又は前記空洞（９）が、正方形形状、矩形形状、多角形形状あるいは円形状をしている、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項６】
個々のセンサ要素の信号処理部（２５）が、プリアンプと、ノイズ帯域幅を制限するためのローパスフィルタと、を含む、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項７】
前記放射線コレクタ構造（１７）が、放射線コレクタ（１）及び１つ以上の支柱（４）から成り、前記放射線コレクタ（１）及び前記支柱（４）が、同じ材料から成るとともに、１つのプロセスで一緒に生成される、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項８】
１つ以上の接続するリブ（７）が、隣接した放射線コレクタ（１）あるいは前記放射線コレクタ構造（１７）の間に配置される、請求項１乃至７のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項９】
前記支柱（４）が、円形断面又は角張った断面、あるいは、他の筒形断面を有する、請求項１乃至８のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１０】
前記薄膜（３）が狭くて薄いウェブ（６）を介して前記シリコン支持体（２４）に接続され、機能的な層を持った熱電素子が、前記ウェブ（６）の上に導かれて、前記シリコン支持体（２４）上にある「冷接点」（２５）に対して前記薄膜（３）の中央部上の前記温接点（１０）を接続する、請求項１乃至９のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１１】
前記放射線コレクタ（１）が、前記シリコン支持体（２４）における前記下位の空洞（９）と大略同じサイズである、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１２】
前記放射線コレクタ（１）が、前記空洞（９）のエッジの上を延在する、請求項１乃至１１のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１３】
前記放射線コレクタ（１）が、エッジ領域において段部又は突起（１９）を有する、又は／及び、下位の層が、前記シリコン支持体（２４）の上にあるエッジ領域において導入されたピット（１８）を有する、請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１４】
前記放射線コレクタ（１）が、エッジ領域において薄くなっている、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１５】
前記放射線コレクタ（１）が、薄い吸収層（２７）で覆われている、請求項１乃至１４のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１６】
前記放射線コレクタ（１）が、尖状形成物（２０）と、該尖状形成物（２０）の間にある空き領域（２１）と、を有する構造化した表面を有する、請求項１乃至１５のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１７】
前記放射線コレクタ（１）が、ハニカム形状の表面（２３）を有する、請求項１乃至１６のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１８】
前記信号処理部の少なくとも１つの部分が、同じ半導体基板に統合される、請求項１乃至１７のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項１９】
個々のセンサ要素（ピクセル）の前記信号処理部の少なくとも１つの部分が、各センサ要素（１６）のまわりの前記シリコン支持体（２４）のエッジ領域に配置される、請求項１８に記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項２０】
３ピクセルおきに、好ましくは１ピクセルおきに、あるいは各ピクセルについて、個々の信号処理ユニット（２５）が、各センサ要素（１６）のまわりに同じセル上に配置される、請求項１８又は１９に記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【請求項２１】
個々のセンサ要素（ピクセル）用の前記信号処理ユニットの少なくとも１つの部分が、前記シリコン支持体（２４）のエッジ領域に又は各センサ要素（１６）のまわりに配置され、例えば、プリアンプと、ノイズ帯域幅を制限するためのローパスフィルタ、及び／又は、アナログ／ディジタル変換器とスイッチング装置を含む、請求項１８乃至２０のいずれか１つに記載のサーモパイル型赤外線センサ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベースプレートから成り、媒体で満たされたハウジング中において高い充填レベル（hohem Fuellgrad）を持ったサーモパイル型赤外線センサ構造に関する。ベースプレートは、外部への電気的な接続を有して、光アセンブリで閉じられる。センサチップは、ハウジング中のベースプレート上に設けられ、センサチップが、複数の熱電式センサ要素構造を支えて、熱電式センサ要素構造のいわゆる「温接点」が、優れた熱伝導性を有するシリコン支持体中でのそれぞれの空洞を横切って伸ばされた個々の薄膜上に位置して、「冷接点」が、シリコン支持体の上にあるいは近傍に位置している。
【背景技術】
【０００２】
シリコン微細加工技術を使用して、異なる種類において生成することができる赤外線サーモパイルセンサアレイが既知である。この場合、薄膜技術を使用して、その上に配置された熱電素子を持った薄膜は、通常、各センサセルの中心に位置している。前記薄膜は、下位にあるシリコン基板にある空洞よりも上に位置している。
【０００３】
熱電素子は、いわゆる「温接点」及び「冷接点」を有する。ここで、「冷」接点がシリコン基板（ピクセル）のエッジ上に位置決めされている一方、「温」接点は薄膜の中央部（吸収領域）の上に位置している。吸収領域を含む薄膜の中央部と、ヒートシンクとして働くシリコン基板のエッジとは、薄いウェブ（ビーム）を介して互いに接続される。
【０００４】
大部分での赤外線の吸収は、薄膜の中央部において起こる。前記領域は、（特に高密度アレイにおいて）ピクセルのサイズよりも著しく小さい。
【０００５】
このことは２つの主な不都合を有し、ピクセルへの赤外線放射（ＩＲ放射）の一部が、使用されないので、その結果として、達成可能な分解能が低減される。
【０００６】
第２に、小さなホットスポット（検知又は測定されるオブジェクトあるいは人物）は、十分な信号貢献をせず、「見落とされる」。そのイメージは中央部の外側にあるピクセルのエッジ領域上の光学系を通じて入射する。
【０００７】
特許文献１あるいは特許文献２を参照すると、先行技術からサーモパイルアレイに対する解決策の記載が以下に与えられる。これは、放射線入り口光学系を持ったハウジングの中にある熱のＩＲセンサと、中央の薄膜上に熱電素子を持ったチップと、を含んでいる。それは、優れた熱伝導性を有する枠状の支持体上で伸ばされる。ここでの不都合なことは、吸収性の中央部がピクセルのトータルエリアよりも著しく小さいということである。多層の放射線検出層（それは回路製造の従来のプロセスによって構成することができる）は、薄膜上に位置している。ここでの１つの主な不都合は、半導体回路スタックの多層構造のために７０％だけの吸収が可能であるということである。
【０００８】
キャリア基板は、センサ構造の下がくりぬかれる。それは湿式化学エッチング方法（表面の微細加工）によって達成される。斜壁が生成される。
【０００９】
熱のセンサが高真空下で作動しない場合、残留ガスの、あるいはセンサ・ハウジング中での充填ガスの熱伝導は、吸収領域上の「温接点」とヒートシンク（キャリア基板）上の「冷接点」との間での達成可能な温度差を低減する。
【００１０】
吸収された赤外線放射が小さな温度差を生成する場合、センサセルの達成可能な感度も低下する。
【００１１】
非特許文献１は、センサ要素が、犠牲層を持った表面の微細加工技術を使用して生成される単一体のサーモパイルセンサアレイを特定する。
【００１２】
もう一度、吸収層を持った中央部は、ピクセルのサイズよりも著しく小さい。センサ構造とヒートシンクとの間の距離は、基板厚さ自体よりも著しく小さい。その解決策は、センサチップが高真空できつい（high-vacuum-tight）ハウジングの中にカプセル封止される場合に対してのみ比較的優れた分解能を可能にする。低い残留ガス圧力下のコスト効果の優れているハウジング構造のために、あるいは充填ガスのために、十分な高感度が達成されない。
【００１３】
特許文献３あるいは特許文献４は、ほんのわずかの熱伝導性を有するガスで満たされた、真空ハウジングあるいはハウジングの使用によって感度が改善される赤外線センサに対する製造方法に関する。
【００１４】
放射線センサは、湿気エッチングした、傾斜したエッチング孔壁を有する。ベースプレートと基板との間には、薄膜の上下の領域間で均圧に対して好ましくは作用する通気間隙がある。ここでの吸収領域は、同様に、ピクセルの寸法よりも著しく小さい。
【００１５】
非特許文献２は、バルクＳｉ微細加工技術を使用して生成された単一体のサーモパイルセンサアレイを特定する。64の要素は、8×8ｍｍのサイズを有するチップ上に位置する。各要素は、湿式エッチング技術を使用して、シリコン壁によって熱的に切り離されている。チップの技術的に決定されたサイズは、比較的高い生産コストに結びつき、もう一度コスト効果の優れている大量生産された適用への障害である。
【００１６】
両方の前述の解決策では、満たす要因は特に良くない。
【００１７】
これらのサーモパイル解決策に加えて、低コストの赤外線アレイに関するさらなる解決策がある。
【００１８】
非特許文献３は、表面のシリコン微細加工を使用して、サーモパイル検出器アレイについて記述する。サーモパイルの製造に加えて、前記刊行物は、主として、重なり合って連なった４層（SiC/Ti/SiC/Al）から成る、ＣＭＯＳ互換の干渉に基づいた吸収器に関する。この層スタックは、１乃至５μmの波長を表面上吸収する。しかしながら、これらの波長は、人あるいはオブジェクトの検知に属する用途にあまり有用ではない。更に、製造工程中の問題が記述される。とりわけ、残留物が窒化ケイ素層の除去の間に生じて、不透明なフィルムを形成して、最悪の場合、構造の破壊に結びつく。
【００１９】
特許文献５は、いわゆる傘タイプ吸収器を有するピクセル構造について記述する。 ボロメーターと基板とから成るピクセル構造を記述する。ボロメーターは、抵抗と吸収を増加させるように意図される、複数の穴又はチャネルを有するトランスデューサーを備える。更に、凹部又はチャネルは、そうでなければ反射される赤外線放射のそれらの部分が吸収器に向かうという効果を有する。前記凹部は、さらにボロメーターの熱質量を低減する。しかしながら、その結果、より多くの工程が必要である。そして、製造工程が高価になる。
【００２０】
傘タイプ吸収器は、ボロメーターの上に位置している。しかしながら、前記ボロメーターの構造のために、減圧包装が必要である。さらに、ボロメーターは、高感度材料の大きなドリフトを補償するために、温度安定化、あるいはシャッタ、あるいは他の煩雑な補償方法を一般に要求する。
【００２１】
減圧包装は、複雑であり、信頼できる適用に対してとりわけ高価である。トランスデューサーは、酸化バナジウム（VOx）、酸化チタン（TiOx）、アモルファスシリコンあるいは優れた温度抵抗挙動を有する他の材料から成ることができる。
【００２２】
記述されたこれらの構造のいずれもが、真空なしで管理する高い充填レベルを持ったコスト効果の優れているサーモパイルアレイの構造を可能にしない。
【００２３】
記述されたすべてのサーモパイル赤外線アレイセンサセルにおいて、吸収エリアはピクセルエリアと比較して小さい。そのことは、ピクセル当たりの最大の達成可能な信号部分を制限し、正しくない測定の危険性を増加させる。
【００２４】
サーモパイルピクセルの信号電圧は、複数の直列接続された熱電対がピクセル上に構成されていることによってとりわけ増大する場合がある。低い製造原価を利用するために、熱電素子が互いの側にある標準ＣＭＯＳプロセスが使用されなければならない。ビーム上の熱電素子数が増加する場合、ビームが必然的に広げられ、そして同時に、吸収エリアを持った中央部がさらに小さくなる。しかしながら、それは順にピクセル当たりの吸収された赤外線エネルギの量を低減し、さらに充填レベルを損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】EP 2 348 294号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2003/0054179号明細書
【特許文献３】DE 693 29 708 T2号明細書
【特許文献４】EP 0 599 364 B1号明細書
【特許文献５】Skidmoreら:「放射線吸収を増加するように構成された１つ以上の凹部あるいはチャネルを持った傘タイプ吸収器を有するピクセル構造」 米国特許出願公開第2009/014017 A1号明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Kanno, T.ら（NEC社）:「128×128のサーモパイル検出器要素を持った非冷却の焦点面アレイ」、B.Andersen（Ed.）、赤外線技術、Proc.SPIE 2269、Vol. XX、San Diego、1994年7月、450-459ページ
【非特許文献２】HORIBAの製品情報:「8×8の要素サーモパイル・イメージャー」;テック・ジャム・インターナショナル、2002年9月26日
【非特許文献３】「干渉に基づいた吸収器を持った表面の微細加工されたサーモパイル検出器アレイ」、J.Micromec.Microeng 21 （2011）8ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
この発明の目的は、小さなチップサイズとともに、高い熱分解能及び特に高い充填レベルを有するサーモパイル赤外線アレイセンサ（センサセル）を特定することである。このセンサは、好ましくは標準圧力又は減圧でのガスの下で作動されることを意図し、超高真空下でのハウジング閉鎖のための複雑な技術無しで、大量生産数において優れたコスト効率で生産できることを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この発明は、シリコン微細加工を使用して製造され、薄膜上の第２面において位置するコレクタのような赤外線吸収体（以下に放射線コレクタと呼ばれる）を有する赤外線（シリコン）チップに関する。特に高い充填レベルが結果として達成される。
【００２９】
この赤外線チップはサーモパイルセンサであるが、パイロセンサ（pyrosensoren）のような他のタイプの赤外線センサも可能である。
【００３０】
薄膜の中央部（その上には温接点が配置される）は、接続ウェブによりシリコン壁に接続される。
【００３１】
接続ウェブのサイト（Seiten）は、薄膜の中央部から切り離され、スロットによってシリコン支持体から切り離される。薄膜の中央部と接続ウェブとシリコン支持体との間の熱抵抗が結果として増加する。熱電素子は、前記接続ウェブ上に位置して、互いに熱接点及び冷接点を接続する。
【００３２】
この発明によれば、放射線コレクタ構造は、個々の薄膜の上にある少なくとも１つの熱伝導性の足又は支柱の上に構成される。足又は支柱は、放射線コレクタを機械的に保持する。薄膜は、シリコン支持体にある空洞を架け渡す。さらに、構造の異なる形態及びタイプでは、複数の支柱及び複数の放射線コレクタが可能である。放射線コレクタを支えるために、及び、放射線コレクタから、温接点を持った下位の薄膜への伝熱を確保するために、支柱（複数可）が存在する。
【００３３】
空洞は、シリコン支持体の前側からあるいは後側から掘られて（hineingetrieben）、後側から掘られる場合には、好ましくは垂直又は略垂直の側壁が設けられる。原理的に、達成可能な感度の障害は受け入れられるが、傾斜した基板壁を有する配置も可能である。
【００３４】
更に、薄膜又は空洞は、正方形状、矩形形状、多角形形状あるいは円形状をしている。この発明の継続（Fortfuehrung）では、放射線コレクタ構造は、１つ以上の放射線コレクタ及び１つ以上の支柱から成る。１つ以上の支柱は、１つ以上の放射線コレクタを支えて、薄膜の下位の中央部及び「温接点」に放射線コレクタエリアを熱的に接続する。好ましくは、放射線コレクタと支柱とは、同じ材料から成り、同じ（一緒の）プロセスで製造される。その結果として、製造コストが非常に低い。
【００３５】
この発明のさらに特別の構成では、１つ以上の薄い接続ウェブは、隣接した放射線コレクタ及び放射線コレクタ構造の間で配置され、放射線コレクタ、あるいは放射線コレクタ構造の機械的安定性を増大させる。しかしながら、隣接した放射線コレクタ間でかなりの温度均等化を接続ウェブが引き起こさないことを保証することに注意するべきである。それらは熱のクロストークと、その結果として放射線検知の破損とに帰着するであろう。
【００３６】
この場合、支柱の形態はコレクタのタイプに応じて変化する。支柱は、使用される犠牲層技術のために、シリンダの形態を有することができる。他の幾何学的・直方体形状（quaderaehnliche）及び円形状、あるいは筒形断面形状も可能である。可能なタイプの構造は円形である。支柱は、放射線コレクタの下で円形のパス上に位置して、放射線コレクタを支持する。楕円形状、矩形形状、平行四辺形形状、又は、台形の幾何学的形状の支柱が、放射線コレクタの下に位置することも可能である。
【００３７】
支柱の幅は、機械的安定性のしっかりとした支持を保証しなければならない。全体的な三次元の形成の機械的な脆弱性及び周囲の領域を介して熱流を極力ほとんど達成しないために、放射線コレクタと周囲のトポロジーとの間の十分に大きな距離は、接触のいかなる危険も回避するために確保されなければならない。それはハウジング閉鎖のコストを大幅に増加させるが、媒体（ガス）が非常に低い圧力（真空）にある場合、コレクタエリアと下位の薄膜との間のこの距離を変えることもできる。
【００３８】
第１に機械的安定性を増大し、第２に放射線コレクタから温接点への熱流を増大するための幾何学的形状、及びタイプの構造に複数の支柱及び放射線コレクタもあることができる。
【００３９】
最大の機械的安定性及び温接点への最大の熱流を確保できるために、支柱及び放射線コレクタの数は変更可能である。
【００４０】
例えば、接触を通じて又はガスを介した熱交換が起こらないように、隣接したトポロジーからの十分な距離を確保するために、支柱の厚さは厚さを変えることで具体化可能である。
【００４１】
薄膜は、狭くて薄いウェブを介して各場合においてシリコン支持体に接続される。そこでは、機能的な層を持った熱電素子は、ウェブの上をリードされ、薄膜の中央部上にある「温接点」を、シリコン支持体上にある「冷接点」に接続する。
【００４２】
薄膜の中央部（少なくとも１つのビーム（ウェブ）から吊される）が、例えば、エッチングによって生成される。この目的のために、ピット（空洞）は、前側の薄膜を露出するために、シリコン支持体の後側からエッチングすることにより掘られる。湿式エッチングプロセス及びプラズマエッチングプロセスの両方が使用可能である。達成することができる垂直又は略垂直の壁のために、プラズマエッチングプロセスは、湿式エッチングプロセスよりも著しく高い集積密度（Integrationsdichte）を可能にする。それは斜壁に帰着する。
【００４３】
好ましくは、上を覆う（uebereinanderliegende）２つ以上のポリシリコン層（ＣＭＯＳプロセスの間に発生する）が、接続ウェブの上に位置している。これらのポリシリコン層は、ＣＭＯＳプロセスにおいて熱電素子を製造するために構成された。ビームの熱伝導を低減し、かつ、できるだけ大きな信号を生成するために、20未満の、好ましくは１０未満の熱電素子が、各接続ウェブの上に位置している。熱電素子の数は、薄膜の中央部の最小サイズによって上方へ制限されている。前記中央部は、放射線コレクタを固定するための温接点及び支柱を提供することができるように少なくとも十分に大きくなければならない。
【００４４】
２つの層のうちの一方は、ｎ型の導電性（n-leitend）であり、他方はｐ型の導電性（p-leitend）である。接続ウェブは、薄膜の中央部の周囲に配置され、ウェブは、スロットによって熱的に分断されている。ビームの可能な１つの形態は、蛇行形状をしている。それによって信号が著しく増加する。このバージョンのさらなる利点は、全体構造でのストレス低減である。不都合は、多数で長いダブルのpolys（Doppelpolys）の結果として電気抵抗の増加である。それは熱雑音（ジョンソン雑音）を増加させる。しかしながら、それは低い熱伝導性を有するガスによって反対となる。当該ガスは、窒素／空気よりも低い熱伝導性を有する。蛇行形状のスロットを介した吸収領域からの熱伝導、あるいは放射線コレクタからヒートシンク・シリコンへの熱伝導は、低い熱伝導性を有するガスによって益々最小にされる。
【００４５】
この発明の継続では、放射線コレクタは、シリコン支持体中での下位の（darunterliegenden）空洞とほぼ同じサイズである。
【００４６】
放射線コレクタは、空洞のエッジの上を延在することもできる。
【００４７】
この発明の特別な１つの構成は、放射線コレクタが、エッジ領域において段部又は突起を有すること、又は／及び、下位の層が、シリコン支持体の上にあるエッジ領域において導入されたピットを有することを特徴としている。
【００４８】
別法として、放射線コレクタがエッジ領域において薄くなることもできる。
【００４９】
放射線コレクタは、高い熱伝導性及び低い熱容量によって識別される。更に、放射線コレクタは、入射放射線の方向に低い反射率を有さなければならない。これは、入射する赤外線放射がコレクタの表面で反射され、したがって、センサに入り込むことができない状況を防ぐ。１つの可能なアプローチは、柱状構造を有する材料の使用にある。
【００５０】
当該吸収熱は、薄膜上にある温接点に対してコレクタ及び支柱を介して運ばれる。
【００５１】
放射線コレクタは、機械的に安定した層からできている多層のシステムとすることもできる。機械的に安定した層は、必ずしも高吸収性である必要がない。機械的安定性を増大させるために、放射線コレクタは少なくとも２つの異なる材料から構成することができる。その吸収を増加させるために、多層のシステムとしての放射線コレクタは、赤外線をよく吸収する１つ以上の追加の層を含む。この多層のシステムは、大きく湾曲し、その結果、薄膜と機械的に接触することを防ぐために、機械的に応力補償（stresskompensiert）であるべきである。
【００５２】
伝えられ、下から戻り反射される赤外線を吸収するために、放射線コレクタは高吸収性の層を下面に備えることができる。
【００５３】
放射線コレクタは、薄い吸収層で覆われることもできる。
【００５４】
更に、放射線コレクタは、温接点への熱流を増加させるために、優れた熱伝導性を有する合金を備えることができる。
【００５５】
放射線コレクタは、時定数の低減に対して吸収エリア及び空き領域をその間で増加させるために尖状形成物を有する構造化された表面を有することもできる。
【００５６】
さらなる可能性は、反射する壁と、ハニカムの底にある赤外線吸収層とを持った放射線コレクタのハニカム形をした多層構造である。垂直に入射せずに、側面の壁で下方へ反射される熱放射は、追加的に捕らえられる。
【００５７】
熱の負荷に起因する放射線コレクタの膨張及び／又は変形の場合でさえも、周囲のトポロジーとの接触がいかなる状況にも発生することが許されないので、放射線コレクタと隣接したトポロジーとの間の距離は、高い熱応力負荷の環境を満たさなければならない。構造の安定性を増大するために、これらの距離は著しく大きくなることができる。大きな距離は、放射線コレクタの外側エッジとＳｉエッジ領域との間でのガス交換を低減する。
【００５８】
支柱を持った放射線コレクタは、シリコン微細加工においてそれ自体既知の解放プロセスによって露出される（freigelegt）。放射線コレクタは、ＣＭＯＳ互換の材料から必ずしもできている必要がない。放射線コレクタによる伝達の場合には、熱放射を吸収する赤外線吸収材料は、下位の薄膜上に位置することができる。薄膜の中央領域上にある余り高吸収性ではない材料でさえも可能である。それによって、赤外線の一部は再び戻り反射される（zurueck zu reflektiert）。放射線は、放射線コレクタの下面に吸収されるか、放射線コレクタの内部で吸収される。
【００５９】
放射線コレクタは、適切な微細加工の除去プロセスによってＣＭＯＳ層に掘られた（eingetrieben）ピットの中に設置される（eingebaut werden）ことができる。
【００６０】
ピットの中に設置された放射線コレクタは、薄膜の下位の中央部と少なくとも同じくらい広くすることができる。理想的には、赤外線放射線コレクタのサイズは、最大にピクセルのサイズと同じである。そして、ピットエッジからの必要な距離は、理想的に、ＩＲコレクタからヒートシンクまでの最小限の寄生の（parasitaere）熱流が起こるように構成されることを意図する。
【００６１】
放射線コレクタは、薄膜の上に、及び追加的に周囲のシリコンシンク（シリコン支持体24）の上に、位置することができる。コレクタの最大サイズは、コレクタ間の熱流を回避するために、隣接したピクセルのコレクタからの最小距離によって決定される。
【００６２】
この場合、複数のコレクタは、狭いスロットによって区切られた方法で、ピクセル及びピクセル間の電子装置にまたがる方法で、隣り合わせのアレイとして位置している。製造工程では、前記狭いスロットは、例えば、犠牲層を除去することに役立ち、互いから放射線コレクタを熱的に切り離すことに役立つ。
【００６３】
薄膜の厚さは、ＣＭＯＳプロセスで使用される層間絶縁膜の数と、微小機械の薄化（Abduennung）の程度とによって決定される。薄膜が厚すぎる場合、熱容量と時定数が増加し、信号が小さくなる。しかしながら、非常に薄い薄膜は、全体的な形成の不安定さに結びつき、特に優れた技術管理及び薄膜層での低ストレスを要求する。
【００６４】
少数の要素に対する１つの実施形態では、アレイの個々のセンサセル（ピクセル）は、金属導体トラックによってアレイとして冷接点を介して互いに電気的に接続することができる。電子データ処理部は、アレイチップのまわりにあるセンサアレイゾーンの概ね（weitgehend）外側に位置している。
【００６５】
１つの特に好ましい形態では、電子データ処理部の大部分はピクセルの間に位置している。ピクセル間の電子装置用のエリアをできるだけ小さくしておくことができ、放射線コレクタサイズを大きくしておくことができるために、例えば２つ以上のセルが、電子データ処理部を共有することが可能である。
【００６６】
この発明に係るサーモパイルセンサアレイの場合には、吸収された熱放射が、先行技術とは対照的に、表面上、下方に向いていない。もっと正確に言えば、その吸収は、好ましくは放射線コレクタにおいて発生するように意図される。吸収された熱は、熱伝導性の足又は支柱を介して、温接点を持った薄膜の下位の中央部に伝導することができる。
【００６７】
この発明は、例示の実施形態に基づいて、非常に詳細に以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１ａ】キャップで閉じられたハウジングにおける、この発明に係るサーモパイルセンサアレイの基本構成を示す。
【図１ｂ】入り口光学系及び閉鎖としてのフィルタを持った、この発明に係るサーモパイルセンサアレイの基本構成を示す。
【図２ａ】放射線コレクタ構造を持ったセンサアレイチップのセンサセルの断面を示す。
【図２ｂ】支柱と放射線コレクタとから成る放射線コレクタ構造を持ったセンサアレイチップのセンサセルの構造を示す。
【図２ｃ】異なった幾何学形状をした、この発明に係るサーモパイルセンサセルの基本構成を示す。
【図２ｄ】異なった幾何学形状をした、この発明に係るサーモパイルセンサセルの基本構成を示す。
【図２ｅ】異なった幾何学形状をした、この発明に係るサーモパイルセンサセルの基本構成を示す。
【図３ａ】放射線コレクタ及び薄膜エリア上でのその構造についての異なった形状を有する、この発明に係るサーモパイルセンサセルを持った赤外線センサセルの構成における詳細をさらに示す。
【図３ｂ】放射線コレクタ及び薄膜エリア上でのその構造についての異なった形状を有する、この発明に係るサーモパイルセンサセルを持った赤外線センサセルの構成における詳細をさらに示す。
【図４ａ】放射線コレクタの取り付けに対する異なった実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。薄膜上の支柱の上にある放射線コレクタの構造技術は、これらの図において明瞭になる。
【図４ｂ】放射線コレクタの取り付けに対する異なった実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。薄膜上の支柱の上にある放射線コレクタの構造技術は、これらの図において明瞭になる。
【図４ｃ】放射線コレクタの取り付けに対する異なった実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。薄膜上の支柱の上にある放射線コレクタの構造技術は、これらの図において明瞭になる。
【図４ｄ】放射線コレクタの取り付けに対する異なった実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。薄膜上の支柱の上にある放射線コレクタの構造技術は、これらの図において明瞭になる。
【図５ａ】放射線コレクタ上の吸収層に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。
【図５ｂ】放射線コレクタ上の吸収層に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。
【図６ａ】薄膜及び薄化とスロットの変形例に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【図６ｂ】薄膜及び薄化とスロットの変形例に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【図６ｃ】薄膜及び薄化とスロットの変形例に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【図６ｄ】薄膜及び薄化とスロットの変形例に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【図６ｅ】薄膜及び薄化とスロットの変形例に対する異なる実施形態での、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１ａは、この発明に係る赤外線センサアレイの基本構成を示す。
【００７０】
サーモパイルセンサ・アレイチップ14は、キャリア基板（例えばベースプレート）11上での中心に付けられる（aufgebracht）。当該構成は、キャップ12の形をした光アセンブリで閉じられる。光アセンブリは、サーモパイルセンサ・アレイチップ14のセンサ要素の中心に正確に配置された入り口光学系13用の開口を含む。任意選択であるが、図１ａでのキャップ12の形をした光アセンブリは、図１ｂでの入り口光学系13としてのフィルタに置換することができ、それにより、フラットなSMD構成要素の構造を生じさせることができる。
【００７１】
サーモパイルセンサ・アレイチップ14は、複数の熱電式センサ要素16を含む。複数の熱電式センサ要素16は、例えば、チップ上でライン状又はアレイ状に配置される。放射線コレクタ構造17は、個々のセンサ要素16に割り当てられる。好ましくは、各センサ要素16は、放射線コレクタ構造17を含む。
【００７２】
入り口光学系13は、一例として、平行平面のフィルタ（図１ｂ）あるいはレンズ光学系（図１ａ）とすることができる。図１ａに図示した変形例の場合には、撮像レンズ13が入り口光学系として図示されている。キャップ12と、放射線コレクタ1を持ったサーモパイルセンサ・アレイチップ14との寸法、及び、入り口光学系13の焦点距離は、撮像されるオブジェクトが入り口光学系13を介してセンサ要素16上で鮮明に撮像されるように選ばれる。フィルタを持った変形例が、図１ｂに図示されている。この場合、少なくとも１つのレンズあるいはいくつかの他の撮像光学素子（例えばミラー光学系）は、ハウジングの外部に取り付けられなければならない。
【００７３】
接触要素28'あるいはプラグコネクタ28は、サーモパイルセンサ・アレイチップ14の出力信号を他のアセンブリに送るために、通常、キャリア基板11上に配置される。サーモパイルセンサ・アレイチップ14は、非常に高い熱伝導性を有する接触手段（不図示）を介して、ベースプレート11に接続される。前記接触手段は、例えば、金属又はセラミックで満たされた接着剤、金属充填のグレイジング、ハンダとすることができる。
【００７４】
ガス又はガス混合物15の形態をした媒体は、キャップ12の下に封入されている。キャップ12は、キャップ12の外側環境とのガス交換が起こらないように、ベースプレート11に対してしっかりと閉じられていなければならない。
【００７５】
ガス又はガス混合物15は、センサアレイチップ14上の高感度の要素あるいは放射線コレクタ1の放射線コレクタ層から、シリコン支持体24（図２ａ）あるいはハウジング（キャップ12）への対流を最小にするために、空気又は窒素の熱伝導性よりも低い熱伝導性を有するように意図される。シリコン支持体24（図２ａ）あるいはハウジング（キャップ12）は、ヒートシンクとして働く。
【００７６】
ハウジングに封入されたガス又はガス混合物15の低熱伝導を達成するために、常圧に対して大幅に下げられた内部圧力（例えばガス真空）が生成される。
【００７７】
コストのために、非常に低い圧力でのガス真空あるいはガス混合物の場合よりも少ない費用でハウジング密閉の長期安定性が著しく簡単に達成されるので、ガス又はガス混合物15は、好ましくは、常圧下で高いモル質量を有するガス（例えばキセノン、クリプトンあるいはアルゴン）からできている。
【００７８】
この発明に係る赤外線放射線コレクタ構造17を持ったセンサアレイチップ14の構造は、図２ａ乃至図２ｅに示される。
【００７９】
図２ａは、放射線コレクタ構造17を持ったサーモパイルセンサ・アレイチップ14のセンサセルの断面を示す。サーモパイルセンサ・アレイチップ14は、薄膜3によって架け渡された（ueberspannt）空洞9を持った枠状のシリコン支持体24から成る。サーモパイルセンサ・アレイチップ14は、シリコン基板から作り出されている（herausgearbeitet worden）。薄膜3は、狭いウェブ6を介してシリコン支持体24に接続される。ＣＭＯＳ層構造29は薄膜3及びシリコン支持体24の上に位置して、上から掘られた（eingetriebene）ピット（Grube）18を薄膜3の回りに（ueber）有する。ピット18では、放射線コレクタ構造17は、薄膜3の上に位置している（図１を参照）。放射線コレクタ構造は、特に好ましい構造では、単一のプロセスで製造される材料から成る。その結果、製造コストが下げられて、層における機械的ストレスが最小化される。
【００８０】
微細加工の標準方法は、放射線コレクタ構造17を生成するために使用される。前記方法は、例えば、犠牲層技術やリフトオフや他のエッチング方法のような、それ自体既知のプロセスとすることができる。さらに、この構造は、追加の吸収性物質や熱伝導層が放射線コレクタ構造17に付けられることを可能にする（例えば図４ｂを参照）。
【００８１】
放射線コレクタ構造17のまわりに、薄膜3のまわりに、スロット5において、空洞9において、及びピット18において、互いから及びシリコン支持体24に関して要素を熱的に分断するためにガス又はガス混合物15が位置している。シリコン支持体24は、ヒートシンクとして機能している。熱電素子を持った接続ウェブ6が、薄膜3の中央部のまわりに位置している。接続ウェブ6は、低い生産コストを達成するために、ＣＭＯＳプロセス（シリコン・ウエハープロセス）の間に付随的に直接的に生じる。前記熱電素子は、ゼーベック効果（熱電効果）によって動作して、例えば、シリコンかゲルマニウム、あるいはいくつかの他の半導体から成ることができ、高いゼーベック係数を有する金属層（例えばBi、Sbあるいは他の合金）から成ることができる。
【００８２】
好ましくは、標準のＣＭＯＳプロセスでこれを簡単でコスト効率が良く製造することができるので、ｎドープやｐドープの多結晶シリコンが使用される。絶縁された薄膜上の温接点と、シリコンヒートシンク（シリコン支持体24）上の冷接点と、を持ったサーモパイル構造の構成は、それ自体既知であり、したがって、本願では詳細に説明されない。
【００８３】
図２ｂは、支柱4、及び支柱4によって支えられた放射線コレクタ1から成る、放射線コレクタ構造17を持ったセンサアレイチップ14の円形のセンサセルの構造を示す。支柱4は薄膜3上に位置している。
【００８４】
放射線コレクタ構造17（図１を参照）は、複数の放射線コレクタ1及び複数の支柱4を持った複数の要素から成ることもできる。このデザインは、小さな時定数及び特に高い信号を達成するために、付けること（Applikationen）の要求への優れた適応に結びつく。
【００８５】
支柱4は、高い熱負荷でさえ、前記支柱上に付けられた放射線コレクタ1と、ＣＭＯＳ層構造29を持った、薄膜3の下位の（darunterliegenden）中央部あるいはシリコン支持体24との間での機械的な接触が決して生じないような高さで具体化される（さらに図２ｃを参照）。
【００８６】
図２ｃ乃至図４ｅは、異なった幾何学形状をした、この発明に係るサーモパイルセンサセルの基本構成を示す。
【００８７】
図２ｃにおいて、放射線コレクタ1は、薄膜3上にある支柱4の上に取り付けられる。放射線コレクタ1は、薄膜3の中央部及び空洞9と、さらに周囲のシリコン支持体24とを架け渡す。金属導体トラック及びピクセル読み出し電子装置は、前記シリコン支持体上に位置することができる。薄膜3あるいは高感度の層と、ヒートシンクとして働く空洞壁との間にあるガス又はガス混合物15を介した熱伝導が、できるだけ低くなるために、空洞9は、センサチップ（例えば、ＣＭＯＳプロセスからのシリコン・ウエハー）のシリコン支持体24の中に下からできるだけ深く掘られる。
【００８８】
前記空洞9は、例えば、薄膜での開口を通じてシリコンが等方的にあるいは異方的にエッチングされることによって、前側から、生成される。シリコン用の高いエッチング速度を有する、KOHあるいはTMAH（水酸化テトラメチルアンモニウム）のようなアルカリのエッチング液が、この目的のために通常使用される。しかしながら、空洞9でのシリコンは、他の除去方法（例えばレーザー技術及び同様の方法）によって除去する（erfolgen）こともできる。
【００８９】
この点では、空洞9は、エッチング方向とエッチング液に応じて、斜壁（図２ｅを参照）あるいは丸みを帯びた壁を有することができる。
【００９０】
好ましくは、空洞9は、基板全体を通じて垂直又は略垂直の壁を有する。なぜならば、媒体15を通じた最低のヒートロス及びしたがって最高の信号感度が、達成されるからである。当該垂直の壁は、例えば、ウエハーの下面からのいわゆる深さエッチング（いわゆるドライエッチング法あるいはDRIE）によって、実施することができる。したがって、ピクセルエリアが、吸収エリア以下であり、同時に小さなセンサエリアを持った高い信号が、可能である。
【００９１】
図２ｄは、アレイの２つの隣接したピクセル構造の傾斜図を示す。図２ｄでは、２つの隣接した放射線コレクタ1が、機械的な接続ウェブ7によって互いに接続されている。
【００９２】
両方の放射線コレクタ1は、（希望のピクセル形状に応じて）正方形状又は矩形形状であり、互いに離れて配置された２つの支柱4にそれぞれ取り付けられる。例えば、放射線コレクタ構造17のより高い機械的安定性を達成するために、薄い機械的な接続ウェブ7が、放射線コレクタ1の間に位置している。
【００９３】
好ましくは、前記接続ウェブ7は、小さな断面を有するべきである。使用される材料は、使用される材料ができるだけ低い熱伝導性と高い機械的強度とを組み合わせるように選ばれるべきである。 
【００９４】
複数の前記ウェブが存在することもできる。そして、前記ウェブは、コーナー部や側部で放射線コレクタ1を安定させることができる。金属導体トラック及び電子装置（Elektronik）は、薄膜3間のエリア8上に位置することができる。薄膜3は、図示したように、円形や矩形や八角形や正方形とすることができ、それぞれの放射線コレクタ1に類似した形態とすることができる。
【００９５】
放射線コレクタ1のサイズが、少なくとも薄膜3のサイズと同じである場合、それは、放射線コレクタ1上で吸収される大部分の入射赤外線に帰着する。さらに、放射線コレクタ1のサイズは、入射放射線がスロット5上で作用できることを防止したり、失われることを防止し、あるいは、エリア8によって反射されてハウジングでの多重反射の結果としてクロストークに導くことを防止する。
【００９６】
赤外線吸収の層は、薄膜3上に位置することができる。放射線コレクタ1を通じて伝えられて、放射線コレクタ1から垂直又は略垂直に下方へ出射される（austritt）放射線は、この下位の（darunterliegenden）吸収層の上で追加的に吸収される。
【００９７】
図２ｅは、正方形か垂直の要素形状と、この場合には薄膜3の開口を通じた異方性のＳｉエッチングによって生成された、前側から基板に掘られた空洞9と、を有するセンサ要素のこの発明に係るさらなる構成を示す。空洞9の斜壁は、図示した場合に起こる（ergeben）。ここで、薄膜3は、薄膜3のまわりで部分的に包み、狭いスロット5によって周囲の基板30（ヒートシンク）に関して切り離されている狭い接続ウェブ6によって同様に支えられている。薄膜3上に位置した矩形の放射線コレクタ1は、薄膜3上にある２つの支柱4によって保持される。放射線コレクタ1は、薄膜3よりも大きくて、接続ウェブ6及びスロット5もカバーする。これは、赤外線がスロット5を通じて失われるかもしれない状況を回避する。
【００９８】
図３は、薄膜3上での放射線コレクタ1及びその構造に対する異なった形状を有するこの発明に係るサーモパイルセンサセルを持った赤外線センサのセル構成の詳細をさらに示す。
【００９９】
図３ａは、シリコン支持体24から薄膜3までスロット5によって熱的に分断された接続ウェブ6を持ったこの発明に係るサーモパイルセンサチップ14のセルからの抜粋（Ausschnitt）を示す。
【０１００】
放射線コレクタ1は、支柱（図示しない）によって薄膜3の中央部上に固定される。薄膜3は赤外線吸収層で覆われる。接続ウェブ6上にある熱電素子は、スロット5によって、周囲の層及び薄膜3から切り離される。セル構造は、セルの隅にあるエッジ電子装置のために十分なスペースを提供するために円形状をしている。
【０１０１】
図３ｂは、正方形の基本構造を持ったセルを図示する。
【０１０２】
放射線コレクタ1は、矩形の薄膜3上にある２つの支柱4によって固定される。接続ウェブ6上の熱電素子は、スロット5によって、周囲の層及び薄膜の中央部から切り離される。セル構造は、矩形形状をしている。セル形状が、丸形又は正方形の代わりに、八角形、六角形、あるいは他の多角形あるいは楕円とすることもできることは注目されるべきである。垂直の壁を有する空洞9は、凹状の（vertieft）薄膜3の下に配置されている。
【０１０３】
図４ａ乃至４ｄは、放射線コレクタ1の可能な取り付けに対する異なる実施形態でのこの発明に係るサーモパイルアレイ・センサセルを通る断面を示す。
【０１０４】
薄膜3上の支柱4による放射線コレクタ1の構造技術は、これらの図において明らかになる。
【０１０５】
図４ａは、第１の実施形態における放射線コレクタ1の取り付けについてのこの発明に係るセルの断面を明らかにする。
【０１０６】
図４ａは、ＣＭＯＳ層構造29において上から掘られたピット18の中において赤外線放射線コレクタ1及び支柱4を備えるセル構造を示す。スロット5及び接続ウェブ6が露出する（freigelegt）ために、下からシリコン支持体24に掘られたピット9は、垂直又は略垂直の壁を有する。図４ａの例において、各場合では、３つのポリシリコン導体トラック31が接続ウェブ6上に位置している。そこでは、ｎ型及びｐ型のポリシリコン導体トラックは、優れたエリア利用、及び好都合な生産コストのために、上下に（uebereinander）配置されている。
【０１０７】
言うまでも無く、他の配置、他のドーピング、他の材料、ポリシリコン導体トラックの異なる数及び上下の複数の層が、可能である。
【０１０８】
薄膜3の中央部は温接点10を含む。温接点10は、理想的には、支柱4の直下あるいはその近傍に位置している。しかしながら、温接点10は、薄膜3上あるいは薄膜中での他の任意の場所に位置することもできる。
【０１０９】
図４ｂは、追加の吸収層27を持った多層の放射線コレクタ1についてのこの発明に係るさらなるセルの断面を図示する。ここで、放射線コレクタ1は、ＣＭＯＳ層構造29において上から掘られたピット18の中に位置している。
【０１１０】
図４ｂは、分離吸収被覆層27を追加的に有する赤外線放射線コレクタ1を備えるセル構造を示す。その結果、例えば、非常に高い吸収を有するがその代わりに低い熱伝導性あるいは低い機械的安定性を有する吸収層は、放射線コレクタ1と結合することができる。放射線コレクタ1は、高吸収性が高安定性及び低熱容量（高いレスポンス速度）と結合することができるように、高い機械的安定性と優れた熱伝導性とを結合する。
【０１１１】
追加の吸収層27は、多層で具体化することもできる。
【０１１２】
図４ｃは、上から掘られたピット18の上にある支柱4を持った放射線コレクタ1の取り付けについてのこの発明に係るセルの断面を図示する。ここで、放射線コレクタ1は、シリコン支持体24の上を横方向に延在する。
【０１１３】
図４ｃでの構成の場合には、スロット5及び接続ウェブ6が露出するために、下から掘られたピット9は、同様に垂直又は略垂直の壁を有する。薄膜3の中央部は温接点10を含む。温接点10は、理想的には支柱4の直下に位置するが、原理的には薄膜3の中央部の領域における他の位置に配置することもできる。
【０１１４】
コスト理由で媒体15が通常大気下のガスであって真空でない場合、図４ｃのこのバージョンは、隣接した構造に関して放射線コレクタ1の特に好都合な断熱を構成する。ここでは、シリコン支持体（Siliziumtragkoerper）24上のＣＭＯＳ層構造29は、部分的にカバーされる。
【０１１５】
図４ｄは、放射線コレクタ1がエッジ領域で段部19を有する場合に、放射線コレクタ1のエリアがどのようにさらに拡大することができるかの可能性を示す、放射線コレクタ1についてのこの発明に係るさらなる構成を図示する。それによって、シリコン支持体24上のＣＭＯＳ層構造29がカバーされる。図４ｄによるバージョンは、生産コストと充填率（Fuellfaktor）に関して最も好都合な技術を可能にする。
【０１１６】
ステップ19は、下位の層スタック及びＣＭＯＳ層構造29を持ったシリコン支持体24に関して距離を増加させる。この発明に係るこの構成は、ハウジング内の周囲の媒体（ガス又はガス混合物）15の熱伝導性を低下させ、それによって特に大きなコレクタに対する達成可能な信号感度及び温度分解能を改善し、特に高い充填レベルも改善する。
【０１１７】
原理的に、放射線コレクタ1のエッジ領域が非常に遠くに導かれるので、近隣のピクセルに関しては小さなギャップだけが残る。
【０１１８】
図５ａ，図５ｂは、放射線コレクタ1上の吸収層に対する異なる実施形態についてのこの発明に係るサーモパイルセンサアレイセル（ピクセル）を通した断面を示す。
【０１１９】
図５ａは、ヒノキのような（zypressenartigen）吸収層及びその真下の熱伝導層を有する層スタックから成る、放射線コレクタ1を持ったピクセル・セルの断面を示す。大きな表面積を有する狭い尖状形成物20が、放射線コレクタ1上に位置する。狭い尖状形成物20は、赤外線が直接的に下方へ浸透することができる空き領域21によって、互いから切り離されている。
【０１２０】
図５ｂは、放射線コレクタ1上にハニカム状の構造22を有するセルの断面を示す。横方向の（seitlich）入射熱放射線の吸収されていない部分が赤外線放射線コレクタ1に向けて下方に反射され、赤外線放射線コレクタ1で吸収されるように、構造23の側壁が適切に構成される。構造は１つ以上のＩＲ吸収材料から成る。ナノ合成物は、例えば、吸収被覆層の大きな表面領域に対して使用される。
【０１２１】
図６ａ乃至図６ｅは、放射線コレクタ層及び薄化、及びスロットに対する異なる実施形態についてのこの発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。
【０１２２】
図６ａは、円形状をしたこの発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。薄膜3の中央部は支柱4を含む。放射線コレクタ1が支柱4の上に取り付けられている（図６ａでは不図示）。放射線コレクタ1が接続ウェブ6を架け渡すように、前記放射線コレクタ1が寸法構成されている（図４を参照）。熱電素子を持った前記接続ウェブ6（スロット5によってもう一度熱的に分断されている）は、シリコン支持体24に接続され、薄膜3の中央部を放射線コレクタ1と釣り合った状態に保つ。導体トラック及び読み出し電子装置26が、センサセルのまわりに位置している。導体トラック及び読み出し電子装置26は、冷接点25に接続される。薄膜3上の温接点10（図６ａでは不図示）は、支柱4の近くに位置している。ピクセルのすぐ近くにある読み出し電子装置は、例えば、ローパスフィルタやプリアンプを備えるが、アナログ／ディジタル変換器、サンプル＆保持要素あるいはスイッチング装置、データ記憶装置あるいはマルチプレクサーを含むこともできる。読み出し電子装置は、ライン状又はアレイ状に配置された個々のセルが、少なくとも３個のセルおきに、好ましくは１セルおきに、あるいは各セルについて、共同で、電子信号処理装置を有することを特徴とする。ピクセルのまわりの全エッジ領域は、ピクセルのすぐ近くにある電子装置で通常満たされる。なお、アセンブリ26は、それについて単に象徴的に記述している。センサチップの外部領域では、つまり個々の熱電素子セルを持ったいわゆる「焦点面」の外側で、アレイ及び信号読み出しを制御するためのさらなる電子装置が統合される。さらなる電子装置は、例えば、アンプ及びドライバに加えて、例えばマルチプレクサー、Ａ／Ｄ変換器、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭメモリ、マイクロプロセッサー、さらにインターフェースアセンブリとすることができる。
【０１２３】
図６ｂは、矩形形状をして丸い支柱4を持った、この発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図である。薄膜3の中央部は支柱4を含む。放射線コレクタ1は支柱4の上に取り付けられる（図６ｂでは不図示）。放射線コレクタ1が接続ウェブ6及びスロット5を架け渡すように、前記放射線コレクタ1が寸法構成されている（例えば図４を参照）。熱電素子を持ったこれらの接続ウェブ6は、薄膜3の中央部のまわりにＬ字形で配置される。その結果、センサセルの感度を増加させることができる。周囲の電子装置は、接続ウェブ6とシリコン支持体24との間にある遷移部での周囲の冷接点25を介して接続される。
【０１２４】
図６ｃは、矩形形状をして断面が星形である支柱4を持ったこの発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。薄膜3の中央部は、支柱4を含む。放射線コレクタ1は支柱4の上に取り付けられる（図６ｃでは不図示）。シリコン支持体24上に位置した冷接点25の直前に限り、放射線コレクタ1が突出するように、前記放射線コレクタ1が寸法構成されている。熱電素子を持った接続ウェブ6は、薄膜3上の吸収エリアを増加させるために、薄膜3の中央部の４つの側面のうちの２つにおいてのみ配置される。
【０１２５】
図６ｄは、矩形形状をして丸い支柱4を持ったこの発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。薄膜3の中央部は、支柱4それ自体と同じ大きさである。支柱4の上には放射線コレクタ1が取り付けられる（図６ｄでは不図示）。冷接点25の直前に限り、前記放射線コレクタ1が突出するように、前記放射線コレクタ1が寸法構成されている。熱電素子を持った接続ウェブ6は、応力緩和を生成し、かつ薄膜3上で放射線コレクタ1を安定して保持することができるために、十字形で薄膜3の中央部の側面に適合される。スロット領域5は、接続ウェブ6とシリコン支持体24との間に位置する。
【０１２６】
接続ウェブ6を広げて、ガス交換用の薄いスロット5だけが残るように熱電素子をいっぱいに詰め込むこともできる。
【０１２７】
図６ｅは、矩形形状をして断面が十字形である支柱4を持ったこの発明に係るサーモパイルセンサセルの平面図を示す。薄膜3の中央部は、支柱4それ自体と同じ大きさである。支柱4上に放射線コレクタ1が取り付けられる（図６ｅでは不図示）。熱電素子を持った接続ウェブ6は、長尺（及び低い熱の消費）を有する多くの熱電素子を提供することができるために、薄膜3の中央部のまわりを蛇行する形で配置される。スロット領域5は、接続ウェブ6とシリコン支持体24との間に位置する。冷接点25は、シリコン支持体24上の接続ウェブ6のエッジに位置している。しかしながら、温接点は、支柱4の近くの薄膜3上に配置される。
【符号の説明】
【０１２８】
1  放射線コレクタ
2  周囲のＣＭＯＳ構造
3  薄膜の中央部
4  支柱
5  スロット
6  接続ウェブ
7  機械的な安定化ウェブ
8  薄膜間のエリア
9  空洞
10  温接点
11  キャリア基板
12  キャップ
13  撮像レンズ／入り口光学系
14  サーモパイルセンサ・アレイチップ
15  ガス又はガス混合物
16  熱電式センサ要素（ピクセル）
17  放射線コレクタ構造
18  上から掘られたピット
19  エッジ領域での放射線コレクタの段部
20  高い表面積を有する尖状形成物
21  尖状形成物間の空き領域
22  ハニカムあるいはハニカム状の構造
23  ハニカムの側壁
24  シリコン支持体
25  冷接点
26  電子装置
27  放射線コレクタ上の吸収被覆層
28  プラグコネクタ
28'  接触要素
29  ＣＭＯＳ層構造
30  センサチップの基板
31  上下に存在するポリシリコン導体トラック
【図１ａ】
0005934809.tif 000002
【図１ｂ】
0005934809.tif 000003
【図２ａ】
0005934809.tif 000004
【図２ｂ】
0005934809.tif 000005
【図２ｃ】
0005934809.tif 000006
【図２ｄ】
0005934809.tif 000007
【図２ｅ】
0005934809.tif 000008
【図３ａ】
0005934809.tif 000009
【図３ｂ】
0005934809.tif 000010
【図４ａ】
0005934809.tif 000011
【図４ｂ】
0005934809.tif 000012
【図４ｃ】
0005934809.tif 000013
【図４ｄ】
0005934809.tif 000014
【図５ａ】
0005934809.tif 000015
【図５ｂ】
0005934809.tif 000016
【図６ａ】
0005934809.tif 000017
【図６ｂ】
0005934809.tif 000018
【図６ｃ】
0005934809.tif 000019
【図６ｄ】
0005934809.tif 000020
【図６ｅ】
0005934809.tif 000021