双层悬浮红外热电堆的制备方法技术

本发明专利技术提供一种双层悬浮红外热电堆的制备方法，通过形成位于红外吸收层下且覆盖刻蚀窗口的硅牺牲层，可在最后一道步骤中同时释放红外吸收层及热电偶复合层，形成包括第一层悬浮结构及第二层悬浮结构的双层悬浮红外热电堆，从而可有效降低工艺复杂度、提高成品率，有利于实现红外热电堆的小型化和高性能。利于实现红外热电堆的小型化和高性能。利于实现红外热电堆的小型化和高性能。

【技术实现步骤摘要】
双层悬浮红外热电堆的制备方法


[0001]本专利技术属于硅微机械传感
，特别是涉及一种双层悬浮红外热电堆的制备方法。

技术介绍

[0002]红外(IR)传感阵列已被用于军事、工业和消费电子市场，包括夜视、自动驾驶、人类行为检测、非接触式测温等。对于红外热成像，需要将检测器组装到焦平面阵列(FPA)中，以捕获被检测物体的形状和运动。与微测辐射热计和热释电传感器相比，热电堆传感器的特点是功耗低、无闪烁噪声且与CMOS工艺兼容，因此成本较低，常用于低成本领域，例如空调风向控制和跌倒检测。然而，热电堆红外传感阵列的设计面临着尺寸大、响应速度慢和响应度相对较低的挑战。现有的方案主要针对器件的热导、红外吸收率等方面进行优化，以提高热电堆性能。
[0003]在热导优化方面，传统的热电堆探测器通常在介质薄膜上淀积多晶硅/金属制作热偶对，然后在介质薄膜下方制作隔热空腔，形成悬浮的支撑介质层结构，以减小固体热导。在制作隔热空腔时，若采用背面释放的方法，则会引入复杂的双面光刻等操作步骤，且需要将隔热空腔贯穿整个硅片，这将极大地增加工艺时间与成本；而采用正面释放的方式则具有仅进行正面加工且隔热空腔深度可按需制作的优势，但是在正面释放工艺中，较为常用的XeF2干法释放目前仍存在一致性较差的问题。
[0004]在红外吸收优化方面，第一种方法是利用高吸收率的多孔黑色材料，例如金黑、炭黑、超材料来增强红外吸收，但是，该方法在工艺复杂度、CMOS生产兼容性和成本方面仍具劣势，第二种方法是增大红外吸收膜的面积，但这对器件阵列化、小型化是不利的。因此，高性能的热电堆探测器常使用伞形吸收膜结构，然而，带有伞状吸收膜结构的热电堆探测器通常需要多个步骤来释放结构，这不仅增加了工艺复杂度，并且多步释放过程中经历的其他工艺步骤会破坏脆弱的膜、梁结构，降低制造成品率。
[0005]因此，提供一种双层悬浮红外热电堆的制备方法，实属必要。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双层悬浮红外热电堆的制备方法，用于解决现有技术中在制备高性能、高质量的红外热电堆时所遇到的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双层悬浮红外热电堆的制备方法，包括以下步骤：
[0008]提供硅衬底；
[0009]于所述硅衬底上形成热电偶复合层，所述热电偶复合层包括覆盖所述硅衬底的支撑介质层，以及位于所述支撑介质层上的热偶材料层、电绝缘层及金属互联层；
[0010]图形化所述热电偶复合层，形成显露所述硅衬底的刻蚀窗口；
[0011]形成覆盖所述热电偶复合层及刻蚀窗口的硅牺牲层；
[0012]图形化所述硅牺牲层，于热电偶的热结端形成显露所述电绝缘层的沟槽；
[0013]形成覆盖所述硅牺牲层及沟槽的图形化的红外吸收层；
[0014]采用湿法腐蚀，去除所述硅牺牲层形成间隔间隙，释放所述红外吸收层，形成第二层悬浮结构，且于同一步骤中自所述刻蚀窗口去除部分所述硅衬底形成隔热空腔，释放所述热电偶复合层形成第一层悬浮结构。
[0015]可选地，所述硅衬底为(100)单晶硅衬底，所述硅牺牲层为非晶硅牺牲层或多晶硅牺牲层中的一种或组合。
[0016]可选地，于所述硅衬底上形成所述热电偶复合层的步骤包括：
[0017]于所述硅衬底上形成覆盖所述硅衬底的支撑介质层；
[0018]于所述支撑介质层上形成热偶材料层；
[0019]于所述热偶材料层上形成覆盖所述热偶材料层的电绝缘层；
[0020]图形化所述电绝缘层形成显露所述热偶材料层的接触孔；
[0021]于所述电绝缘层上形成图形化的金属互联层，且所述金属互联层通过所述接触孔与所述热偶材料层相接触。
[0022]可选地，所述热偶材料层为N型多晶硅层、P型多晶硅层或金属层中的一种，或所述热偶材料层为由N型多晶硅层、热偶间绝缘层及P型多晶硅层构成的叠层；所述金属互联层为耐四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液腐蚀的金属材料层，包括单金属层或金属叠层。
[0023]可选地，所述支撑介质层为氮化硅层及氧化硅层中的一种或组合，厚度范围为0.2μm～2μm；所述电绝缘层为氮化硅层及氧化硅层中的一种或组合，厚度范围为0.05μm～1μm。
[0024]可选地，形成的所述红外吸收层为氮化硅层及氧化硅层中的一种或组合，厚度范围为0.5μm～4μm。
[0025]可选地，形成的所述硅牺牲层的厚度范围为0.5μm～5μm。
[0026]可选地，形成多个所述热电偶，所述热电偶串联连接构成热电偶组，且所述红外吸收层为覆盖所述热电偶组的伞状红外吸收层。
[0027]如上所述，本专利技术的双层悬浮红外热电堆的制备方法，通过形成位于红外吸收层下且覆盖刻蚀窗口的硅牺牲层，可在最后一道步骤中同时释放红外吸收层及热电偶复合层，形成包括第一层悬浮结构及第二层悬浮结构的双层悬浮红外热电堆，从而可有效降低工艺复杂度、提高成品率，有利于实现红外热电堆的小型化和高性能。
附图说明
[0028]图1显示为本专利技术实施例中形成双层悬浮红外热电堆的工艺流程示意图。
[0029]图2显示为本专利技术实施例中于硅衬底上形成热电偶复合层后的结构示意图。
[0030]图3显示为本专利技术实施例中形成刻蚀窗口后的结构示意图。
[0031]图4显示为本专利技术实施例中形成硅牺牲层后的结构示意图。
[0032]图5显示为本专利技术实施例中形成图形化的红外吸收层后的结构示意图。
[0033]图6显示为本专利技术实施例中进行湿法腐蚀后形成的双层悬浮红外热电堆的结构示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]100
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硅衬底
[0036]200
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热电偶复合层
[0037]201
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支撑介质层
[0038]202
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热偶材料层
[0039]203
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电绝缘层
[0040]204
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金属互联层
[0041]205
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刻蚀窗口
[0042]300
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硅牺牲层
[0043]400
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红外吸收层
[0044]501
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隔热空腔
[0045]502
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间隔间隙
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层悬浮红外热电堆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供硅衬底；于所述硅衬底上形成热电偶复合层，所述热电偶复合层包括覆盖所述硅衬底的支撑介质层，以及位于所述支撑介质层上的热偶材料层、电绝缘层及金属互联层；图形化所述热电偶复合层，形成显露所述硅衬底的刻蚀窗口；形成覆盖所述热电偶复合层及刻蚀窗口的硅牺牲层；图形化所述硅牺牲层，于热电偶的热结端形成显露所述电绝缘层的沟槽；形成覆盖所述硅牺牲层及沟槽的图形化的红外吸收层；采用湿法腐蚀，去除所述硅牺牲层形成间隔间隙，释放所述红外吸收层，形成第二层悬浮结构，且于同一步骤中自所述刻蚀窗口去除部分所述硅衬底形成隔热空腔，释放所述热电偶复合层形成第一层悬浮结构。2.根据权利要求1所述的双层悬浮红外热电堆的制备方法，其特征在于：所述硅衬底为(100)单晶硅衬底，所述硅牺牲层为非晶硅牺牲层或多晶硅牺牲层中的一种或组合。3.根据权利要求1所述的双层悬浮红外热电堆的制备方法，其特征在于：于所述硅衬底上形成所述热电偶复合层的步骤包括：于所述硅衬底上形成覆盖所述硅衬底的支撑介质层；于所述支撑介质层上形成热偶材料层；于所述热偶材料层上形成覆盖所述热偶材料层的电绝缘层；图形化所述电绝缘层形成显露所述热偶材料层的接触孔；...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪藻，李伟，
申请(专利权)人：上海迷思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：