Stand der Technik Bekannte Infrarot-Sensoren, wie sie beispielsweise in der Sicherheitstechnik, der Anlagentechnik oder der Hausgera- tetechnik eingesetzt werden, messen die Temperatur eines Körpers anhand der von ihm ausgesandten Infrarot-Strahlung.

Grundsatzlich unterscheidet man dabei sogenannte pyro- elektrische, bolometrische sowie thermoelektrische Sensoren.

Im Fall der thermoelektrischen Sensoren ist bekannt, diese in Dünnschichttechnik beispielsweise auf Polyimid-Folie zu realisieren. Weiter sind auch bereits mikrostrukturierte Thermosensoren auf Basis der Silizium-Technik bekannt.

So wurde in der Anmeldung DE 199 32 308.9 vorgeschlagen, ei- nen Thermosensor in Form einer auf einer zumindest weitge- hend freitragenden Membran angeordneten Thermosaule herzu- stellen, wobei die Thermokontakte dieser Thermosaule abwech- selnd in Form von"heißen"und"kalten"Thermokontakten aus- gebildet und mit entsprechenden Kontaktsaulen mit einem Tragkörper verbunden und darüber auch elektrisch ansteuerbar

sind. Weiter wurde darin vorgeschlagen, die auf der Oberfla- che der weitgehend freitragenden Membran verlaufenden Ther- moelemente in Form von Leiterbahnen zu realisieren, die ab- wechselnd aus einem ersten und einem zweiten Material gebil- det werden, so dass in dem Bereich, in dem sich diese beiden Materialien beruhren, Thermokontakte entstehen. Das erste Material ist dabei Aluminium wahrend als zweites Material poly-Silizium eingesetzt wird.

In der Anmeldung DE 100 09 593.3 ist vorgeschlagen worden, einen mikrostrukturierten Thermosensor in Form eines Infra- rot-Sensors auszufuhren, indem auf einem Silizium-Substrat, beispielsweise mit Hilfe einer Opferschichttechnik oder ei- nes anderen Atzverfahrens, zunächst eine dünne freitragende Membran erzeugt wird, die aufgrund ihrer geringen Warmeleit- fahigkeit von einem darunter befindlichen Substrat thermisch entkoppelt ist, so dass sich die Membran bei Einfall von In- frarot-Strahlung starker als das Substrat erwarmt. Auf der Membran befinden sich dann eine Vielzahl von mikrostruktu- rierten Sensorelementen bzw. Thermoelementen, die eine Tem- peraturdifferenz zwischen der Mitte der Membran und dem Sub- strat thermoelektrisch in ein dazu proportionales elektri- sches Signal wandeln. Fur die auf der freitragenden Membran in Form von Leiterbahnen realisierten Thermoelemente werden gemäß DE 100 09 593.3 die Materialkombinationen Platin/poly- Silizium, Aluminium/poly-Silizium oder p-dotiertes poly- Silizium/n-dotiertes poly-Silizium eingesetzt. Die Material- kombination poly-Silizium/Aluminium, die vor allem in der Bulk-Mikromechanik eingesetzt wird, hat dabei den Vorteil, dass sie CMOS-kompatibel ist.

Schließlich ist bekannt, dass als Materialien fur Thermoele- mente auch Gold, Antimon, Wismut und Bleitelluride einge- setzt werden konnen, wobei Gold sich auch fur die Bulk- Mikromechanik eignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungen war die Realisierung eines gegenuber bekannten mikrostrukturierten Thermosensoren hinsichtlich Empfindlichkeit und der Stabilität bei höheren Temperaturen verbesserten mikrostrukturierten Thermosensors.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße mikrostrukturierte Thermosensor hat ge- genüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch die Struktur der auf dem Tragkörper befindlichen Leiterbahnen und/oder die spezielle Wahl der Materialien fur das Thermo- element eine erhöhte Temperaturempfindlichkeit erreicht wird, ohne dass dazu wesentliche Anderungen des bisherigen Herstellungsverfahrens fur mikrostrukturierte Thermosensoren erforderlich sind. Insbesondere wird erfindungsgemäß ledig- lich das Layout der erzeugten Leiterbahnen der Thermoelemen- te und/oder das zur Abscheidung dieser Leiterbahnen einge- setzte Material modifiziert.

Weiter ist vorteilhaft, dass durch die Wahl der Materialien fur das Thermoelement, das heißt die Materialkombination Platin oder Aluminium mit dotiertem oder undotiertem poly- Silizium-Germanium, erreicht wird, dass der hergestellte mi- krostrukturierte Thermosensor eine deutlich erhöhte Tempera- turstabilitat gegenüber bekannten Thermosensoren aufweist, bei denen beispielsweise Aluminium mit poly-Silizium als Ma- terial fur das Thermoelement verwendet werden.

Zudem kann durch die Wahl der Materialien fur das Thermoele- ment nun auch vermieden werden, dass bei Temperaturen größer als 200°C Migrationseffekte und damit Stabilitatsprobleme des erhaltenen mikrostrukturierten Thermosensors auftreten, wie dies vielfach bei Sensoren auf Basis von poly-Silizium und Aluminium als Thermoelementmaterial der Fall ist.

Darüber hinaus ist das bisher vielfach eingesetzte Aluminium ein sehr guter Warmeleiter, was bedeutet, dass die thermo- elektrische Effektivitat des damit hergestellten Thermoele- mentes relativ niedrig ist, wohingegen Platin einerseits bei Temperaturen bis 400°C einsetzbar ist, und andererseits ge- genuber Aluminium eine um den Faktor 3 niedrigere Warmeleit- fahigkeit aufweist. Zudem zeigt auch polykristallines, do- tiertes oder undotiertes poly-Silizium-Germanium im Gegen- satz zu polykristallinem Silizium eine um den Faktor 3 bis 8 niedrigere Wärmeleitfähigkeit und führt daher ebenfalls zu einer deutlich erhöhten thermoelektrischen Effektivitat des hergestellten Thermoelementes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So wird insbesondere durch eine Kombination des neuartigen, mäanderförmigen oder wellenförmigen Layouts der mikrostruk- turierten Leiterbahnen auf der Oberflache des Tragkörpers mit den erläuterten, speziellen Materialien fur das Thermo- element eine besonders hohe Empfindlichkeitssteigerung und besonders gute Temperaturstabilitat des Thermosensors er- reicht.

Vorteilhaft ist weiter, dass je nach Anwendung des mi- krostrukturierten Thermoelementes, beispielsweise als Infra- rot-Sensor, die genannten Materialien fur das Thermoelement untereinander kombinierbar sind, wobei das Halbleitermateri- al p-dotiert oder n-dotiert sein kann.

Da bei mikrostrukturierten Thermosensoren eine Temperatur- differenz zwischen sogenannten, hei8en" und, kalten"" Kontak- ten thermoelektrisch in eine messbare elektrische Spannung gewandelt wird, müssen die, kalten" Stellen entweder auf ei-

ner konstanten Temperatur gehalten werden, oder diese Tempe- ratur muss gegenüber der Temperatur des, hei8en" Kontaktes bekannt bzw. referenziert sein. Üblicherweise werden dazu bisher sogenannte Thermistoren in Hybridtechnik auf dem Tragkörper fur das Thermoelement integriert, da die einge- setzten Materialien Aluminium und poly-Silizium zum Bestim- men dieser Referenztemperatur vielfach nicht empfindlich ge- nug sind.

Bei der Verwendung von Platin als thermoelektrisches Materi- al ist es in diesem Zusammenhang nunmehr weiter vorteilhaft möglich, ein hochprazises, resistives Temperaturmesselement im gleichen Herstellungsschritt wie die entsprechende Lei- terbahn bzw. Zuleitung mit auf dem Silizium-Chip beziehungs- weise dem das Thermoelement tragenden Tragkörper zu inte- grieren bzw. abzuscheiden. Somit erübrigt sich ein zusatzli- cher Thermistor.

Die Ausführung der Leiterbahnen in Form von mäanderförmigen oder wellenförmigen, auf dem Tragkörper verlaufenden Leiter- bahnen bietet weiter die Möglichkeit, nur die Leiterbahn mit dem niedrigeren Innenwiderstand als Maander auszufuhren, da es bei einem Material mit einem hohen elektrischen Wider- stand durch die Maanderform bzw. Wellenform zu einer erhoh- ten Rauschspannung kommt.

Weiter sei betont, dass die mäanderförmigen bzw. wellenfor- migen Leiterbahnen sowohl nebeneinander verlaufend als auch zumindest bereichsweise überlappend oder übereinander ver- laufend ausgeführt sein konnen, wobei diese dann durch ge- eignete Isolationsschichten aus beispielsweise Oxiden elek- trisch isolierend voneinander getrennt sein mussen. Sofern ausreichend Flache zur Verfugung steht, ist es in der Regel vorteilhaft, die Leiterbahnen nebeneinander zu fuhren.

Schließlich ist es nun in einfacher Weise möglich, die Emp- findlichkeit des erhaltenen mikrostrukturierten Thermosen- sors auch dadurch zu variieren bzw. zu steigern, indem man die Anzahl der Wellen bzw. Meander variiert. Dabei macht man sich zunutze, dass mit zunehmender Länge einer Leiterbahn deren Wärmewiderstand zunimmt, d. h. der Warmewiderstand ei- ner mäanderförmigen Leiterbahn ist größer als der einer ent- sprechenden Geraden.

Zeichnungen Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in den nach- folgenden Beschreibung naher erlautert. Die Figur zeigt ein einzelnes, auf der Oberflache eines Tragkörpers in Form von aufgebrachten, nebeneinander verlaufenden Leiterbahnen er- zeugtes Thermoelement.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung geht im erläuterten Ausführungsbeispiel zu- nächst von einem Infrarot-Sensor aus, wie er in der Anmel- dung DE 100 09 593.3 bereits vorgeschlagen worden ist. Der dort vorgeschlagene Infrarot-Sensor wird jedoch in zweierlei Hinsicht modifiziert.

Im Einzelnen wird zunachst auf einem gut warmeleitenden Ma- terial wie Silizium als Substrat, wie bereits in DE 100 09 593.3 vorgeschlagen, eine zumindest weitgehend freitragende Membran aus einem schlecht wärmeleitenden Mate- rial wie beispielsweise einem Oxid, einem Nitrid oder einer Kombination beider Materialien erzeugt. Bevorzugt besteht diese zumindest weitgehend freitragende Membran, die im Wei- teren dann als Tragkörper 12 fur ein darauf aufzubringendes Thermoelement 20 dient, dabei aus Siliziumdioxid, Silizium- nitrid oder aus porösem Silizium.

Danach werden auf der Oberflache dieses Tragkörpers 12 eine Vielzahl von in Serie geschalteten, kreuzförmig oder stern- förmig angeordneten Thermoelementen 20 erzeugt, wobei gemäß der Figur, die lediglich ein einzelnes dieser Thermoelemente 20 zeigt, vorgesehen ist, dass auf dem Tragkörper 12 zu- nachst ein erstes Material 13 in Form einer ersten, maander- förmigen Leiterbahn 15 und anschließend ein zweites Material 14 in Form einer zweiten, ebenfalls mäanderförmigen Leiter- bahn 16 abgeschieden wird. Die erste Leiterbahn 15 und die zweite Leiterbahn 16 verlaufen dabei, wie in der Figur dar- gestellt, zumindest weitgehend parallel nebeneinander.

Weiter ist vorgesehen, dass sich das erste Material 13 und das zweite Material 14 im Bereich eines ersten Thermokontak- tes 10 und eines zweiten Thermokontaktes 11 beruhren, und dass weiter Zuleitungen 17 zu dem Thermoelement 20 vorgese- hen sind, die analog der zweiten Leiterbahn 16 ausgebildet und aufgebracht worden sind, so dass das Thermoelement 20 über diese Zuleitungen 17 elektrisch in an sich bekannter Weise mit nicht dargestellten elektronischen Bauelementen verschaltet bzw. angesteuert werden kann.

In der Figur ist weiter dargestellt, dass der erste Thermo- kontakt 10 einer ersten Temperatur T1 und der zweite Thermo- kontakt 11 einer zweiten Temperatur T2 ausgesetzt ist. Dabei ist die Temperatur T2 die eigentliche, von dem mikrostruktu- rierten Thermosensor 5 zu detektierende bzw. zu messende Temperatur, wahrend die Temperatur T1 entweder zumindest na- herungsweise konstant gehalten wird oder alternativ mittels einer zusätzlichen Messeinrichtung bestimmbar ist. Insofern dient die Temperatur T1 des ersten Thermokontaktes 10 (,, kal- ter"Thermokontakt) als Referenztemperatur fur die zu mes- sende Temperatur T2 des zweiten Thermokontakt 11 ("heißer" Thermokontakt).

Die Breite der Leiterbahnen 14,15 Und der Zuleitungen 17 liegt im Übrigen zwischen 20 nm und 200 um, bevorzugt zwi- schen 1 pm bis 20 um. Ihre Dicke beträgt 10 nm bis 10 pm, bevorzugt 100 nm bis 2 um. Das Erzeugen der ersten bzw. zweiten Leiterbahn 15, 16 sowie deren mäanderförmige Struk- turierung, und das Erzeugen der Zuleitungen 17 erfolgte in bekannter Weise durch Aufsputtern oder Aufdampfen der jewei- ligen Materialien 13,14, beispielsweise mittels PECVD ("Physically Enhanced Chemical Vapour Deposition) oder LPCVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition").

Konkret ist im erläuterten Ausführungsbeispiel das erste Ma- terial 13 n-dotiertes poly-Silizium-Germanium mit einer War- meleitfahigkeit von 3 bis 8 W/Km. Das zweite Material 14 ist im erläuterten Beispiel Platin mit einer Wärmeleitfähigkeit von 70 W/Km. Daruber hinaus sind auch die Zuleitung 17 je- weils analog der zweiten Leiterbahn 16 in Form einer Platin- leiterbahn ausgefuhrt, so dass sich zwei Thermokontakte 10, 11 ergeben, die jeweils von der Materialkombination Pla- tin/poly-Silizium-Germanium gebildet werden.

Alternativ zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur kann auch vorgesehen sein, dass die erste Leiterbahn 14 und die zweite Leiterbahn 15 bereichsweise oder vollstan- dig übereinander verlaufen, und, abgesehen von den Thermo- kontakten 10,11, elektrisch voneinander isoliert gefuhrt sind. Die elektrische Isolation wird in diesem Fall durch eine oxidische, elektrisch isolierende Zwischenschicht zwi- schen den Leiterbahnen 15,16 gewahrleistet.

Weiter ist offensichtlich, dass an Stelle von zwei Thermo- kontakten 10,11 auch eine Mehrzahl von Thermokontakten vor- gesehen sein kann, die nach Art einer Thermokette oder einer Thermosaule angeordnet sind. Dabei sind dann mindestens zwei

der Thermokontakte unterschiedlichen Temperaturen ausge- setzt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Weiterführung des ersten Ausführungsbeispiels zusätzlich ein Teil einer zusatzlichen Messeinrichtung in Form einer Lei- terbahn zu Bestimmung der ersten Temperatur T1 auf dem Trag- körper 12 erzeugt bzw. integriert. Damit kann dann auf die Integration eines üblichen Thermistors auf der Oberflache des Tragkörpers 12 im Bereich des ersten Thermokontaktes 10 verzichtet werden.

Im Einzelnen ist diese Messeinrichtung dann dadurch reali- siert, dass in einer Umgebung des ersten Thermokontaktes 10 eine zusatzliche Referenzleiterbahn aus Platin als sensiti- ves Bauteil dieser Messeinrichtung vorgesehen ist, die uber entsprechende Zuleitungen ebenfalls mit an sich bekannten Auswertemitteln zur Bestimmung eines temperaturabhangigen elektrischen Widerstandes dieser Referenzleiterbahn ver- schaltet ist. Diese Referenzleiterbahn ist dabei beispiels- weise analog der Zuleitung 17 oder der zweiten Leiterbahn 16 ausgefuhrt.

Alternativ kann diese Messeinrichtung jedoch auch dadurch realisiert sein, dass ein Abschnitt der zweiten Leiterbahn 16 oder der Zuleitungen 17 als Referenzleiterbahn genutzt wird und mit entsprechenden Auswertemitteln zur Bestimmung des Temperatur abhangigen elektrischen Widerstandes dieses Teils der Leiterbahn verschaltet ist.

Diese Möglichkeit der Integration einer zusatzlichen Refe- renzleiterbahn auf dem Tragkörper 12 bzw. die Möglichkeit der Nutzung eines Teiles der zweiten Leiterbahn 16 oder der Zuleitung 17 als Referenzleiterbahn auf dem Tragkörper 12 zur Messung bzw. Überwachung der Temperatur T1 ergibt sich

aus der Eignung von Platin zur hochprazisen resistiven Tem- peraturmessung.

Hinsichtlich weiterer Details zum Aufbau des Thermoelementes 20 und der Funktion und dem weiteren Aufbau des Thermoele- mentes 5 gemäß der Figur sei auf die Anmeldung DE 100 09 593.3 verwiesen, in der dieser Thermosensor 5, ab- gesehen von dem speziellen Layout der Leiterbahnen 15,16 des Thermoelementes 20 und der speziellen Wahl der Materia- lien fur das Thermoelement 20, in Form eines Infrarot- Sensors beschrieben ist.