集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法技术方案

公开了一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法，包括：衬底，包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于第一区域内，包括源极和漏极以及栅叠层；热电堆传感器，位于第二区域内，包括热电偶电极；层间介质层，覆盖CMOS电路和热电堆传感器；金属层，位于层间介质层上，包括第一区域内的金属互联层和第二区域内的热电堆金属层；热电偶电极位于第二区域中的多个子区域内，每个子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个子区域的第二电极层位于第一电极层上，由隔离层隔开；第一电极层通过热电堆金属层连接不同子区域的第二电极层。本申请可以降低管芯面积以及堆叠排布引起的噪声，增加热电堆传感器系统的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法
本专利技术涉及红外探测
，特别涉及一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法。
技术介绍
MEMS(microelectro-mechanicalsystem)又称为微机电系统，在近年来由于集成电路工艺的迅速发展，逐渐推动了MEMS技术成为越来越热门的综合性学科。MEMS技术制造的核心元件主要是负责传感、执行、信号处理、外接电路、传输、电源，最终可以形成完整的微系统被人们应用于生产和生活的各个方面。如今MEMS工艺已被广泛应用于电脑、汽车、医疗仪器和航空航天等的微芯片制造中，因为它不仅具有体积小、重量轻、可靠性高的优点，还能在持续增加芯片性能的同时降低成本，利于大批量生产，因此受到高技术产业市场的欢迎。热电堆红外探测器是最早研究并实用化的热电型红外成像器件之一，通常由四部分组成：红外吸收体、绝热结构、热电偶以及支撑结构。红外吸收体吸收入射红外辐射，温度升高，对应热电堆的热结区，起到热隔离效果的绝热结构的热导很小，所以，热电堆的热结区升温相应增加，而热电堆的冷结区所对应的单晶硅衬底热导率较大，从而使热电堆的冷结区温度与环境温度一致。由于热电堆热结区和冷结区的温度差，导致热电偶两端由于赛贝克效应而产生电压，其值大小与红外辐射量有关，故可以通过热电堆产生的赛贝克电压来间接探测红外辐射的大小。近年来，随着工艺条件的不断提升，利用现有的CMOS工艺制作MEMS器件，能够使成本降低，与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器也取得了较好的发展。采用微机械手段加工的MEMS热电堆红外探测器可以充分利用CMOS工艺实现与信号处理电路的单片集成，从而进一步提高性能降低成本。同时将CMOS工艺的IC与热电堆红外探测器制作在同一芯片中，易于信号读出并且提高了探测器输出信号的质量。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法，实现了热电堆传感器和信号处理电路的单片集成，采用CMOS工艺将热电堆传感器与信号处理电路制作在同一块芯片当中。根据本专利技术的第一方面，提供一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，包括：衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；层间介质层，覆盖所述CMOS电路和所述热电堆传感器；金属层，位于所述层间介质层上，包括位于所述第一区域的金属互联层和位于所述第二区域的热电堆金属层；其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域内，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。优选地，所述CMOS电路和所述热电堆传感器基于CMOS工艺同时形成。优选地，所述第一电极层和所述栅极层同时形成。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：场氧化层，位于所述第一区域的衬底上；支撑层，位于所述第二区域的衬底和所述第一电极层之间，与所述场氧化层同时形成。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：第一通孔，位于所述第一区域的层间介质层内，暴露出所述CMOS电路的源极、漏极和栅极层；第二通孔，位于所述第二区域的层间介质层内，暴露出所述热电偶电极的第一电极层和第二电极层。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：第一红外吸收层，位于所述第二区域的层间介质层上；钝化层，覆盖所述第一红外吸收层和所述层间介质层。优选地，所述第一红外吸收层为氮化硅层，厚度为优选地，所述钝化层为氧化层，厚度为3um～6um。优选地，位于所述第二区域的钝化层为热电堆传感器的第二红外吸收层。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：释放孔，位于所述第二区域内且贯穿所述钝化层以及所述层间介质层，由所述钝化层的表面延伸至所述衬底的上表面；空腔结构，位于所述第二区域的衬底内且在所述热电偶电极的下方。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：第一阱区，位于所述第一区域的衬底内，具有第一掺杂类型；第二阱区，位于所述第一区域的衬底内，具有第二掺杂类型。优选地，所述CMOS电路的源极和漏极位于所述第一阱区内和/或第二阱区内。优选地，所述场氧化层和所述支撑层为氧化层，厚度为优选地，所述栅氧化层的厚度为优选地，所述栅极层或所述第一电极层为多晶硅层，厚度为优选地，所述栅极层和/或所述第一电极层注入第一掺杂类型离子，注入剂量为1.0E15～1.0E16/cm2。优选地，所述隔离层为氧化层，厚度为优选地，所述第二电极层为多晶硅层，厚度为优选地，所述第二电极层注入第二掺杂类型离子，注入剂量为1.0E15～1.0E16/cm2。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：第一钨塞，填充所述第一通孔以连接所述金属互联层和所述栅极层、连接所述金属互联层和所述源极以及连接所述金属互联层和所述漏极；第二钨塞，填充所述第二通孔以连接所述热电堆金属层和所述第一电极层，以及连接所述热电堆金属层和所述第二电极层。优选地，所述热电堆传感器系统还包括：栅极侧墙，位于所述栅极层侧壁；电极侧墙，位于所述第一电极层和第二电极层的侧壁。优选地，所述栅极侧墙和所述电极侧墙为氧化层，厚度为根据本专利技术的另一方面，提供一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；基于CMOS工艺同时在所述第一区域形成CMOS电路以及在所述第二区域形成热电堆传感器，其中，所述CMOS电路位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；所述热电堆传感器位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；形成覆盖所述栅叠层和所述热电偶电极的层间介质层；在所述层间介质层上形成金属层，所述金属层包括位于第一区域的金属互联层和位于第二区域的热电堆金属层；其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域内，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。优选地，基于CMOS工艺同时在所述第一区域形成CMOS电路以及在所述第二区域形成热电堆传感器，包括：在衬底上形成第一氧化层，其中，所述第一氧化层包括位于第一区域的多个场氧化层以及位于第二区域的支撑层，所述多个场氧化层间隔设置；在第一区域的衬底上形成第二氧化层，刻蚀所述第二氧化层形成多个间隔设置的栅氧化层；在所述栅氧化层和所述支撑层上形成第一多晶层；刻蚀所述第一多晶层，在第一区域形成多个间隔设置的栅极层，在第二区域形成多个间隔设置的第一电极层；其中，所述栅极层和所述第一电极层同时形成，所述栅氧化层和所述栅极层形成栅叠层；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，其特征在于，包括：/n衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；/nCMOS电路，位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；/n热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；/n层间介质层，覆盖所述CMOS电路和所述热电堆传感器；/n金属层，位于所述层间介质层上，包括位于所述第一区域的CMOS电路的金属互联层和位于所述第二区域的热电堆金属层；/n其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；/n所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；
CMOS电路，位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；
热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；
层间介质层，覆盖所述CMOS电路和所述热电堆传感器；
金属层，位于所述层间介质层上，包括位于所述第一区域的CMOS电路的金属互联层和位于所述第二区域的热电堆金属层；
其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；
所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。


2.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述CMOS电路和所述热电堆传感器基于CMOS工艺同时形成。


3.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述第一电极层和所述CMOS电路的栅极层同时形成。


4.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
场氧化层，位于所述第一区域的衬底上；
支撑层，位于所述第二区域的衬底和所述第一电极层之间，与所述场氧化层同时形成。


5.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
第一通孔，位于所述第一区域的层间介质层内，暴露出所述CMOS电路的源极、漏极和栅极层；
第二通孔，位于所述第二区域的层间介质层内，暴露出所述热电偶电极的第一电极层和第二电极层。


6.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
第一红外吸收层，位于所述第二区域的层间介质层上；
钝化层，覆盖所述第一红外吸收层和所述层间介质层。


7.根据权利要求6所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述第一红外吸收层为氮化硅层，厚度为


8.根据权利要求6所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述钝化层为氧化层，厚度为3um～6um。


9.根据权利要求6所述的热电堆传感器系统，其特征在于，位于所述第二区域的钝化层为热电堆传感器的第二红外吸收层。


10.根据权利要求6所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
释放孔，位于所述第二区域内且贯穿所述钝化层以及所述层间介质层，由所述钝化层的表面延伸至所述衬底的上表面；
空腔结构，位于所述第二区域的衬底内且在所述热电偶电极的下方。


11.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
第一阱区，位于所述第一区域的衬底内，具有第一掺杂类型；
第二阱区，位于所述第一区域的衬底内，具有第二掺杂类型。


12.根据权利要求11所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述CMOS电路的源极和漏极位于所述第一阱区内和/或第二阱区内。


13.根据权利要求4所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述场氧化层和所述支撑层为氧化层，厚度为


14.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述栅氧化层的厚度为


15.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述栅极层和所述第一电极层为多晶硅层，厚度为


16.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述栅极层和/或所述第一电极层注入第一掺杂类型离子，注入剂量为1.0E15～1.0E16/cm2。


17.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述隔离层为氧化层，厚度为


18.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述第二电极层为多晶硅层，厚度为


19.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述第二电极层注入第二掺杂类型离子，注入剂量为1.0E15～1.0E16/cm2。


20.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
第一钨塞，填充所述第一通孔以连接所述金属互联层和所述栅极层、连接所述金属互联层和所述源极以及连接所述金属互联层和所述漏极；
第二钨塞，填充所述第二通孔以连接所述热电堆金属层和所述第一电极层，以及连接所述热电堆金属层和所述第二电极层。


21.根据权利要求1所述的热电堆传感器系统，其特征在于，还包括：
栅极侧墙，位于所述栅极层侧壁；
电极侧墙，位于所述第一电极层和第二电极层的侧壁。


22.根据权利要求21所述的热电堆传感器系统，其特征在于，所述栅极侧墙和所述电极侧墙为氧化层，厚度为


23.一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；
基于CMOS工艺同时在所述第一区域形成CMOS电路以及在所述第二区域形成热电堆传感器，其中，所述CMOS电路位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；所述热电堆传感器位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；
形成覆盖所述栅叠层和所述热电偶电极的层间介质层；
在所述层间介质层上形成金属层，所述金属层包括位于第一区域的CMOS电路的金属互联层和位于第二区域的热电堆金属层；
其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；
所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。


24.根据权利要求23所述的制造方法，其特征在于，基于CMOS工艺同时在所述第一区域形成CMOS电路以及在所述第二区域形成热电堆传感器，包括：
在衬底上形成第一氧化层，其中，所述第一氧化层包括位于第一区域的多个场氧化层以及位于第二区域的支撑层，所述多个场氧化层间隔设置；在第一区域的衬底上形成第二氧化层，刻蚀所述第二氧化层形成多个间隔设置的栅氧化层；
在所述栅氧化层和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，闻永祥，刘琛，李佳，
申请(专利权)人：杭州士兰集昕微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33