MEMS热电堆红外传感器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种MEMS热电堆红外传感器及制备方法，其中，位于上层的第二半导体层具有贯穿第二半导体层的第一刻蚀窗口，红外吸收层具有贯穿红外吸收层的第二刻蚀窗口，且位于冷结端的第一半导体层及第二半导体层的相对两面均与绝缘介质层相接触，位于热结端的第一半导体层与第二半导体层之间具有第一空腔，位于热结端的第二半导体层与红外吸收层之间具有第二空腔，且第一刻蚀窗口、第一空腔、第二刻蚀窗口及第二空腔相贯通。本发明专利技术仅保留冷结端的绝缘介质层，可减少导热横截面积，降低热结热量损耗，有效提高传感器的灵敏度，且在形成红外吸收层时可形成支撑部以对热电偶起到支撑作用，降低破裂概率，提高质量。提高质量。提高质量。

【技术实现步骤摘要】
MEMS热电堆红外传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种MEMS热电堆红外传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]微机电系统(Micro
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Electro
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Mechanical
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System，MEMS)技术是指一种可将机械构件、驱动部件、光学系统、电控系统集成为一个整体的微型系统，它采用微电子技术和微加工技术，如硅体微加工、硅表面微加工、晶片键合等相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
[0003]MEMS热电堆红外探测器通常由三部分组成：热电偶、介质支撑层和散热衬底。探测器中央是红外吸收层，负责吸收外界红外辐射，以升高自身的温度，红外吸收层附近位置就构成热电堆的热结，热电堆的冷结位于散热衬底上，以实现良好的散热性，热结与冷结之间为串联的热电偶对，温差电动势通过引脚对外输出，从而构成一种可串联多个热电偶且无接触测量温度差的阵列。
[0004]MEMS热电堆红外探测器的工作原理是：当红外线吸收层吸收外界入射的红外线后产生热量，使热电偶热结的温度增加，由于塞贝克效应，在冷热结点间存在温度差时，热电偶会产生轻微的电压差，而后通过与热电偶连接的外围电路检测出该电压差值，从而实现热电堆对外界红外线的探测。显然，灵敏度是影响MEMS热电堆性能的关键因素。
[0005]因此，提供一种MEMS热电堆红外传感器及制备方法，以改善MEMS热电堆红外传感器的灵敏度，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MEMS热电堆红外传感器及制备方法，用于解决现有技术中MEMS热电堆红外传感器的灵敏度的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种MEMS热电堆红外传感器，所述MEMS热电堆红外传感器包括：
[0008]衬底，所述衬底具有贯穿所述衬底的空腔；
[0009]绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述衬底上；
[0010]热电偶，所述热电偶包括具有A塞贝克系数的第一半导体层及具有B塞贝克系数的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的塞贝克系数相反并结对堆叠设置，位于上层的所述第二半导体层具有贯穿所述第二半导体层的第一刻蚀窗口，其中，位于冷结端的所述第一半导体层及第二半导体层的相对两面均与所述绝缘介质层相接触，位于热结端的所述第一半导体层与所述第二半导体层之间具有第一空腔，所述第一空腔与所述第一刻蚀窗口相贯通；
[0011]导电层，所述导电层与所述第一半导体层及第二半导体层相接触；
[0012]红外吸收层，所述红外吸收层具有贯穿所述红外吸收层的第二刻蚀窗口，位于热
结端的所述第二半导体层与所述红外吸收层之间具有第二空腔，所述第二空腔与所述第二刻蚀窗口相贯通，且所述第二空腔与所述第一空腔相贯通。
[0013]可选地，位于上层的所述第二半导体层在垂向上的投影位于所述第一半导体层内，构成台阶式热电偶结构。
[0014]可选地，所述红外吸收层包括位于热结端上的红外吸收部及位于所述第一半导体层与所述第二半导体层的外侧的支撑部。
[0015]可选地，所述支撑部包括分段式支撑部。
[0016]可选地，所述第一刻蚀窗口及第二刻蚀窗口的中心线位于同一垂线上。
[0017]可选地，所述绝缘介质层包括氧化硅层及氮化硅层中的一种或组合；所述红外吸收层包括氮化硅红外吸收层。
[0018]本专利技术还提供一种MEMS热电堆红外传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0019]提供衬底；
[0020]于所述衬底上形成覆盖所述衬底的第一绝缘介质层；
[0021]于所述第一绝缘介质层上形成具有A塞贝克系数的第一半导体层；
[0022]于所述第一半导体层上形成覆盖所述第一半导体层的第二绝缘介质层；
[0023]于所述第二绝缘介质层上形成具有B塞贝克系数的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的塞贝克系数相反并结对堆叠设置以构成热电偶；
[0024]形成贯穿所述第二半导体层的第一刻蚀窗口；
[0025]于所述第二半导体层上形成覆盖所述第二半导体层的第三绝缘介质层；
[0026]形成导电层，所述导电层与所述第一半导体层及第二半导体层相接触；
[0027]于所述第三绝缘介质层上形成红外吸收层；
[0028]形成贯穿所述红外吸收层的第二刻蚀窗口；
[0029]通过所述第二刻蚀窗口及第一刻蚀窗口，刻蚀所述第三绝缘介质层及第二绝缘介质层，在位于热结端的所述第二半导体层与所述红外吸收层之间形成与所述第二刻蚀窗口相贯通的第二空腔，以及在位于热结端的所述第一半导体层与所述第二半导体层之间形成与所述第一刻蚀窗口相贯通的第一空腔，且所述第二空腔与所述第一空腔相贯通；
[0030]形成贯穿所述衬底的空腔；
[0031]通过所述空腔，刻蚀所述第一绝缘介质层，以显露所述第一半导体层。
[0032]可选地，形成的所述第二半导体层在垂向上的投影位于所述第一半导体层内，形成台阶式热电偶结构。
[0033]可选地，形成的所述红外吸收层包括位于热结端上的红外吸收部及位于所述第一半导体层与所述第二半导体层的外侧的支撑部。
[0034]如上所述，本专利技术的MEMS热电堆红外传感器及制备方法，MEMS热电堆红外传感器包括衬底、绝缘介质层、热电偶、导电层及红外吸收层，位于上层的第二半导体层具有贯穿第二半导体层的第一刻蚀窗口，红外吸收层具有贯穿红外吸收层的第二刻蚀窗口，且位于冷结端的第一半导体层及第二半导体层的相对两面均与绝缘介质层相接触，位于热结端的第一半导体层与第二半导体层之间具有第一空腔，位于热结端的第二半导体层与红外吸收层之间具有第二空腔，且第一刻蚀窗口、第一空腔、第二刻蚀窗口及第二空腔相贯通。本专利技术通过去除传感器的热结端的绝缘介质层，仅保留冷结端的绝缘介质层，可以减少导热横
等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于
……
之间”表示包括两端点值。
[0063]在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0064]需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS热电堆红外传感器，其特征在于，所述MEMS热电堆红外传感器包括：衬底，所述衬底具有贯穿所述衬底的空腔；绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述衬底上；热电偶，所述热电偶包括具有A塞贝克系数的第一半导体层及具有B塞贝克系数的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的塞贝克系数相反并结对堆叠设置，位于上层的所述第二半导体层具有贯穿所述第二半导体层的第一刻蚀窗口，其中，位于冷结端的所述第一半导体层及第二半导体层的相对两面均与所述绝缘介质层相接触，位于热结端的所述第一半导体层与所述第二半导体层之间具有第一空腔，所述第一空腔与所述第一刻蚀窗口相贯通；导电层，所述导电层与所述第一半导体层及第二半导体层相接触；红外吸收层，所述红外吸收层具有贯穿所述红外吸收层的第二刻蚀窗口，位于热结端的所述第二半导体层与所述红外吸收层之间具有第二空腔，所述第二空腔与所述第二刻蚀窗口相贯通，且所述第二空腔与所述第一空腔相贯通。2.根据权利要求1所述的MEMS热电堆红外传感器，其特征在于：位于上层的所述第二半导体层在垂向上的投影位于所述第一半导体层内，构成台阶式热电偶结构。3.根据权利要求1所述的MEMS热电堆红外传感器，其特征在于：所述红外吸收层包括位于热结端上的红外吸收部及位于所述第一半导体层与所述第二半导体层的外侧的支撑部。4.根据权利要求3所述的MEMS热电堆红外传感器，其特征在于：所述支撑部包括分段式支撑部。5.根据权利要求1所述的MEMS热电堆红外传感器，其特征在于：所述第一刻蚀窗口及第二刻蚀窗口的中心线位于同一垂线上。6.根据权利要求1所述的MEMS热电堆红外传感器，其特征在于：所述绝缘介质层包括氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕婷，
申请(专利权)人：瑶芯微电子科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：