一种红外热电堆传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种红外热电堆传感装置，其包括基于基底层形成的热电堆传感器，所述热电堆传感器包括吸收区，所述基底层上形成有空腔，所述吸收区悬置于所述基底层的空腔之上，所述吸收区包括层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层相较于第二金属层更靠近所述基底层的空腔，所述吸收区的介质层位于第一金属层和第二金属层之间，所述吸收区的第二金属层被图形化以形成预定图形。这样，通过将金属层制作成预定图形来增强红外吸收率，调整特定波长吸收率，从而提高红外热电堆传感装置的性能。装置的性能。装置的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种红外热电堆传感装置


[0001]本技术属于红外探测器
，尤其涉及一种基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置。

技术介绍

[0002]现有MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)热电堆结构大多基于专用的MEMS工艺，无法在单芯片上进行传感器与处理电路的集成，不利于低成本，高集成度的发展方向。另外在标准CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺上制作热电堆，由于CMOS标准流程的限制，膜层厚度与材料可调整窗口窄，导致红外吸收率低，中心吸收波长与应用需求不匹配。
[0003]因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的之一在于提供一种红外热电堆传感装置，其不仅可以采用COMS工艺制作，还可以提高或调整特定波长的红外吸收率。
[0005]根据本技术的一个方面，本技术提供一种红外热电堆传感装置，其包括基于基底层形成的热电堆传感器，所述热电堆传感器包括吸收区，所述基底层上形成有空腔，所述吸收区悬置于所述基底层的空腔之上，所述吸收区包括层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层相较于第二金属层更靠近所述基底层的空腔，所述吸收区的介质层位于第一金属层和第二金属层之间，所述吸收区的第二金属层被图形化以形成预定图形。
[0006]与现有技术相比，本技术中的红外热电堆传感装置，通过将CMOS工艺的金属层制作成预定图形来增强红外吸收率，调整特定波长吸收率，从而提高红外热电堆传感装置的性能。
【附图说明】
[0007]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0008]图1为本技术在一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的俯视图；
[0009]图2为本技术在一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的纵向剖面示意图；
[0010]图3为本技术在另一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的纵向剖面示意图；
[0011]图4为图2中的热电堆传感器的吸收区的放大图；
[0012]图5为本技术在另一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的俯视图；
[0013]图6为本技术在一个实施例中有无增强吸收结构对热电堆传感器的光谱吸收率对比图；
[0014]图7为本技术在一个实施例中的热电堆传感器在吸收区有无填充高导热材料对温度分布的对比图。
【具体实施方式】
[0015]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0016]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
[0017]请参考图1所示，其为本技术在一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的俯视图；请参考图2所示，其为本技术在一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的纵向剖面示意图。
[0018]图1和图2所示的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置包括基底层1(或称衬底层)、基于所述基底层1形成的热电堆传感器17以及基于所述基底层1形成的信号处理电路16。信号处理电路16位于信号处理电路区域；热电堆传感器17位于热电堆区域，在图1所示的实施例中，所述信号处理电路16位于所述热电堆传感器17的外侧。所述信号处理电路16与所述热电堆传感器17电连接，并用于处理所述热电堆传感器17产生的传感信号。所述热电堆传感器17和所述信号处理电路16均基于CMOS工艺制作而成的。
[0019]举例来说，在6寸或者8寸晶圆的硅基底(此时基底层为硅基底，也可称为硅衬底)上，通过标准的CMOS工艺在基底层1上进行薄膜沉积，离子注入，刻蚀等方法制作出器件，比如通过1P2M、2P3M之类的工艺流程来制作热电堆传感器17与信号处理电路16集成的红外热电堆传感装置。在图1和图2所示的实施例中，所述热电堆传感器17的位于基底层1上的结构层包括自所述基底层1正面向上依次层叠的第一介质层211、多晶硅层3、第二介质层221、第一金属层5、第三介质层231、第二金属层6和钝化层7，其中，第一介质层211、第二介质层221和第三介质层231统称为介质层2。所述介质层2通常为SiO2,Si3N4,BPSG等材料组成；所述多晶硅3通常用作MOS管电极，连线，电阻以及电容的制作；所述金属层5和6分别代表不同层的金属连线层，并且不限于2层金属，不同层间的金属层通过过孔4中金属填充物(简称为过孔金属)进行连接；所述钝化层7，通常由SiO2,Si3N4,BPSG等材料组成。
[0020]在图2中仅示出了基于标准CMOS工艺制作的热电堆传感器17的纵向剖面示意图。
[0021]所述热电堆传感器17包括吸收区15以及位于所述吸收区15周边的多个热电偶18。为了提高热电堆传感器的性能，需要进行热隔离，可通过湿法或者干法工艺进行背刻蚀工艺在基底层1上形成空腔8，具体如图2所示，所述空腔8贯穿基底层1，以得到热电堆传感器17的悬空的薄膜结构；或者，如图3所示，通过设置于吸收区15的刻蚀孔10正向刻蚀基底层1
形成空腔9，最终得到热电堆传感器17的悬空的薄膜结构，空腔9自所述基底层1的正面延伸至所述基底层1内图3为本技术在另一个实施例中的基于CMOS工艺的红外热电堆传感装置的纵向剖面示意图。图3与图2所示的热电堆传感器的结构基本相同，两者的主要区别在于，图3所示的热电堆传感器17的吸收区15中还设置有贯穿所述结构层的刻蚀孔10；空腔9和空腔8的形成方式和结构不同。
[0022]所述吸收区15悬置于所述基底层1的空腔之上，所述吸收区15包括层叠的第一金属层5、介质层231和第二金属层6，所述第一金属层5相较于第二金属层6更靠近所述基底层1的空腔，所述吸收区15的介质层231位于第一金属层5和第二金属层6之间，所述吸收区15的第二金属层6被图形化以形成预定图形。所述热电偶18的热端20悬置于所述基底层1的空腔之上，并且与所述吸收区15相邻，所述热电偶18的冷端19位于所述基底层1上，以保持温度与环境温度一致。
[0023]每个热电偶18由多晶硅层3、第一金属层5和/或第二金属层6构成。很显然，所述热电偶18的第一金属层5与所述吸收区15的第一金属层5是相同的一层金属图形化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外热电堆传感装置，其特征在于，其包括基于基底层形成的热电堆传感器，所述热电堆传感器包括吸收区，所述基底层上形成有空腔，所述吸收区悬置于所述基底层的空腔之上，所述吸收区包括层叠的第一金属层、介质层和第二金属层，所述第一金属层相较于第二金属层更靠近所述基底层的空腔，所述吸收区的介质层位于第一金属层和第二金属层之间，所述吸收区的第二金属层被图形化以形成预定图形。2.根据权利要求1所述的红外热电堆传感装置，其特征在于，所述吸收区的第二金属层的预定图形与所述吸收区吸收的红外光的波长范围有关。3.根据权利要求1所述的红外热电堆传感装置，其特征在于，所述吸收区的第一金属层构成反射镜；所述吸收区的介质层用于吸收入射红外光；所述吸收区的图形化的第二金属层包括若干周期单元，所述周期单元包括金属区和非金属区，所述周期单元的周期宽度为p，金属区的宽度为w1，非金属区的宽度w2，其中，p＝w1+w2，所述若干周期单元排布成所述预定图形。4.根据权利要求3所述的红外热电堆传感装置，其特征在于，所述周期单元的周期宽度p为5-15um；w1/p位于0.2至0.8之间。5.根据权利要求3所述的红外热电堆传感装置，其特征在于，所述吸收区的第二金属层的预定图形为沿横轴和纵轴均为轴对称图形，所述吸收区的第二金属层的预定图形为多行多列交错排布图形，多个圆形阵列排布图形、或多个多边形阵列排布图形，所述预定图形布满整个吸收区。6.根据权利要求1所述的红外热电堆传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尧，凌方舟，蒋乐跃，储莉玲，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：