空腔形成方法、热电堆红外探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种空腔形成方法、热电堆红外探测器及其制作方法，所述空腔形成方法在硅衬底中形成N阱，在N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，并进行电化学腐蚀形成多孔硅层，再通过外延工艺使多孔硅层发生重构形成封闭的空腔。本发明专利技术无需通过长时间的湿法腐蚀或干法刻蚀工艺来形成空腔，并且空腔的形成是在金属淀积之前，不存在常规湿法腐蚀硅衬底形成空腔的工艺中对金属的腐蚀问题，此外，该空腔的形成方法比较简单，可与常规CMOS工艺兼容，适于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种红外探测器，特别涉及一种。
技术介绍
热电堆红外探测器是最早研究并实用化的红外成像器件之一，作为一种非致冷型的红外探测器，因具有尺寸小、重量轻、无需致冷、灵敏度高等优点，在安全监视、医学治疗、生命探测和消费产品等方面有广泛应用，并且其发展也更为迅速。热电堆探测器的工作原理基于塞贝克效应:如果两种不同的材料或材料相同逸出功不同的物体A和B，在热结端相连接，热结与冷区间存在温度差AT，那么在冷区的两个梁间就会产生开路电势差AV，亦称温差电效应，其探测红外信号的过程也就是一个〃光-热-电”两级传感转换的过程。通常将热电堆设计成悬空的薄膜结构(悬浮膜结构)，并进行真空封装，以减少热损失，提高探测器的输出性能。目前，热电堆中悬浮膜结构的释放大多采用湿法腐蚀或干法刻蚀出空腔的方法来实现。譬如，采用5微米厚的外延层作为热电堆的支撑层，釆用背面湿法腐蚀的方法来去除外延层下面的硅衬底，形成悬浮膜结构，这一传统的背向腐蚀工艺需要正反双面对准，对光刻机提出了很高的要求，且增加了生产成本。现有的正面腐蚀技术大多采用KOH或TMAH溶液进行湿法腐蚀，其腐蚀时间约6小时左右，极易造成铝等金属的腐蚀和薄膜的破裂，且腐蚀开口的形状和取向也有限制。另有，采用XeF2气体进行正面干法刻蚀的技术，不存在对铝等金属的腐蚀问题，但干法刻蚀时等离子体的轰击也易造成悬浮膜结构的破裂，破坏管芯。此夕卜，还有在多孔硅上制作热电堆结构层，多孔硅作为支撑结构虽具有更加优良的结构稳定性，但对于热隔离性能还有进一步优化的空间，故又有采用KOH或TMAH溶液将该层多孔硅腐蚀掉，以形成空腔和悬浮膜结构。虽然上述这些技术都展示了制备空腔和形成悬浮膜结构的方法，然而制作工艺的成本和兼容性能的提升还需进一步的探索更有效的技术方案。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种。根据本专利技术的一方面，提供一种空腔形成方法，包括如下步骤:提供一P型掺杂的硅衬底；在所述硅衬底中形成N阱，所述N阱为环状结构；在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，所述网格结构的边缘与所述N阱相连接；对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；进行外延工艺以使所述多孔硅层发生迀移和重构形成所述空腔，且所述网格结构包含的空洞闭合形成封闭所述空腔的外延层。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述硅衬底包括上层结构以及位于所述上层结构之下的下层结构，所述N阱位于所述上层结构中，所述上层结构的电阻率小于10 Ω.cm，所述下层结构的电阻率小于0.02 Ω.Ciii0可选的，在所述的空腔形成方法中，所述网格结构的掺杂浓度小于所述N阱的掺杂浓度。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述网格结构的空洞的横截面形状是正方形、长方形、六边形或圆形。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述N阱的深度大于或等于所述空腔的深度。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述N阱的形成步骤包括:在所述硅衬底上形成第一图形化的掩膜层；通过离子注入工艺在所述硅衬底中形成N阱；去除所述第一图形化的掩膜层。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述网格结构的形成步骤包括:在所述硅衬底上形成第二图形化的掩膜层；在所述第二图形化的掩膜层暴露的硅衬底上形成第三图形化的掩膜层；通过离子注入工艺在所述硅衬底中形成所述网格结构；去除所述第三图形化的掩膜层。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述电化学腐蚀优选采用氢氟酸与乙醇的混合溶液，所述氢氟酸与乙醇体积比的配比范围为1:10?2:1。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述外延工艺使用的气源为含硅的气体，外延温度大于900 °C。可选的，在所述的空腔形成方法中，所述外延工艺使用的气源优选为SiH2Cl2t3根据本专利技术的另一方面，还提供一种热电堆红外探测器的制造方法，包括:提供一P型掺杂的硅衬底；在所述硅衬底中形成N阱，所述N阱为环状结构；在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，所述网格结构的边缘与所述N阱相连接；对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；进行外延工艺以使所述多孔硅层发生迀移和重构形成所述空腔，且所述网格结构包含的空洞闭合以形成封闭所述空腔的外延层；在所述外延层上依次形成绝缘层；在所述绝缘层上形成热电堆，所述热电堆的热端位于所述空腔上方的绝缘层上，所述热电堆的冷端与所述硅衬底相连接。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述硅衬底包括上层结构以及位于所述上层结构之下的下层结构，所述N阱位于所述上层结构中，所述上层结构的电阻率小于10 Ω.cm，所述下层结构的电阻率小于0.02 Ω.cm。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述网格结构的掺杂浓度小于所述N阱的掺杂浓度。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述网格结构的空洞的横截面形状是正方形、长方形、六边形或圆形。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述N阱的深度大于或等于所述空腔的深度。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述N阱的形成步骤包括:在所述硅衬底上形成第一图形化的掩膜层；通过离子注入工艺在所述硅衬底中形成N阱；去除所述第一图形化的掩膜层。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述网格结构的形成步骤包括:在所述硅衬底上形成第二图形化的掩膜层；在所述第二图形化的掩膜层暴露的硅衬底上形成第三图形化的掩膜层；通过离子注入工艺在所述硅衬底中形成所述网格结构；去除所述第三图形化的掩膜层。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述电化学腐蚀采用氢氟酸与乙醇的混合溶液，所述氢氟酸与乙醇体积比的配比范围为I: 10?2:1。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述外延工艺使用的气源为含娃的气体，外延温度大于900°C。可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，所述外延工艺使用的气源为SiH2Cl2o可选的，在所述的热电堆红外探测器的制造方法中，还包括形成钝化层和红外吸收层，所述钝化层覆盖所述热电堆和绝缘层，所述红外吸收层位于所述热电堆的热端上方的钝化层上。根据本专利技术的又一方面，还提供一种热电堆红外探测器，包括:P型掺杂的硅衬底、N阱、空腔、外延层、绝缘层和热电堆，所述N阱位于所述硅衬底中并包围所述空腔，所述外延层位于所述空腔上并封闭所述空腔，所述绝缘层位于所述外延层上，所述热电堆的热端位于所述空腔上方的绝缘层上，所述热电堆的冷端与硅衬底相连接。可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述硅衬底包括上层结构以及位于所述上层结构之下的下层结构，所述N阱位于所述上层结构中，所述上层结构的电阻率小于10Ω.cm，所述下层结构的电阻率小于0.02 Ω.cm。可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述N阱的深度大于或等于所述空腔的深度。可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述热电堆红外探测器还包括钝化层和红外吸收层，所述钝化层覆盖所述热电堆和绝缘层，所述红外吸收层位于所述热电堆的热端上方的钝化层上。与现有技术相比，本专利技术在硅衬底中形成N阱，在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，并对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层，再通过外延工艺使多孔硅层发生重构，外延过程中所述多孔硅层塌陷形成空腔，且所述网格结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空腔形成方法，其特征在于，包括：提供一P型掺杂的硅衬底；在所述硅衬底中形成N阱，所述N阱为环状结构；在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，所述网格结构的边缘与所述N阱相连接；对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；进行外延工艺以使所述多孔硅层发生迁移和重构形成所述空腔，且所述网格结构包含的空洞闭合形成封闭所述空腔的外延层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福河，闻永祥，季锋，刘琛，陈雪平，孙伟，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33