【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，特别是涉及一种超表面增强半导体热电堆器件及其制备方法。
技术介绍
1、热电偶是利用seebeck效应，将具有不同seebeck系数的材料接触组成热端和冷端，当热端和冷端存在温度差时，由于载流子扩散等机制就会在热端和冷端之间产生电压差。热电堆产品是由热电偶级联组成的，能够将多个热电偶产生的信号串联，从而提升信号的强度和产品的灵敏度。
2、传统热电堆产品一般使用半导体工艺制造，使用al和掺杂多晶硅的接触来组成热电偶。工艺制造时将上述薄膜沉积在衬底上并图形化，在一端形成由al和掺杂多晶硅接触组成的热端，并将热端正下方的衬底去除，在热端下方形成一个空腔，即背腔，从而达到隔热效果，此时空腔上方仅剩下常规的sio2/sin介质、掺杂多晶硅、金属al等薄膜。而冷端正下方没有背腔，冷端材料直接与衬底si相连，而衬底si是热的良导体，能够很好地将热传导到封装等外部结构上。这样，当外界红外信号入射到热端时，热端吸热红外信号引起温度上升，冷端吸收的热量被衬底传导出去，从而造成热端和冷端的温度差，并由seebeck效应形成冷端和热端的电压。
3、然而如图1所示，由于热端的薄膜一般是由叠层的sio2/sin介质1、掺杂多晶硅3、金属铝2等薄膜组成，其反射系数大，导致热端的吸收效率低，从而导致热电堆传感器芯片的灵敏度下降，如图2所示。
技术实现思路
1、针对传统热电堆产品红外波段吸收滤较低/灵敏度低的问题，本专利技术提出一种高性能的增强半导体热电堆器件，可增强热端
2、本专利技术的另一个目的是：提供一种高性能的增强半导体热电堆器件的制备方法。
3、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
4、一种超表面增强半导体热电堆器件，其包括多个级联的热电偶，每一对热电偶均包括热端和冷端，每一冷端均包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，其特征在于：每一所述热端均由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，所述热电堆器件还包括多个增强吸收结构，所述增强吸收结构也是由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层；所述热端和所述增强吸收结构中的所述金属薄膜和多晶硅层均构成导电层，所述介质层均设置于相邻的导电层之间；所有增强吸收结构和所有热端以密堆积形式分布在所述热端区域内，且所述热端和所述增强吸收结构的多晶硅层和金属薄膜分别以线条形式对应连接。所述线条的宽度可以定制为0.1um -100um之间。
5、作为优选，所述热端的金属薄膜包括金属层和图形化的铝层，所述铝层与所述多晶硅层相邻，所述金属层和所述铝层之间设有所述介质层。
6、作为优选，所有增强吸收结构和所有热端构成密堆积结构，所述热端位于整个所述密堆积结构的最外侧一行或列，或最外侧的一行或列以及次外侧的一行或列，当所述热端位于整个所述密堆积结构的最外侧的一行或列以及次外侧的一行或列时，位于次外侧的热端与所述冷端的连线从最外侧的相邻两个热端之间穿过。
7、作为优选，同一所述热端和/或增强吸收结构的各层结构尺寸设置为不同，以实现对不同波长电磁波信号的吸收。
8、更优选的，同一所述热端和/或所述增强吸收结构的薄膜的形状相同，且自底部向顶部的各层尺寸逐层减小，使得所述热端在竖直方向上呈类似金字塔的结构。
9、作为优选，所述热端和/或所述增强吸收结构的所述多边形薄膜的形状为六边形、八边形或圆形。
10、更优选的，所述热端和/或所述增强吸收结构的所述多边形薄膜的形状为六边形。
11、具体的，所述热端的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜和所述冷端的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜分别对应连接；和/或，所述热端的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜和所述增强吸收结构的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜分别对应连接。
12、作为优选，在同一对热电偶中，所述冷端的金属层的厚度为所述热端的所有金属层的厚度之总和。
13、一种超表面增强半导体热电堆器件的制备方法，包括以下步骤：
14、s1、在衬底上沉积氧化硅；
15、s2、然后沉积多晶硅；
16、s3、光刻，n型b离子注入，或者，p型磷或砷离子注入；
17、s4、沉积介质，并cmp磨平；
18、s5、光刻刻蚀形成接触孔；
19、s6、沉积金属al，并图形化；
20、s7、沉积介质层，沉积金属层，图形化金属层；
21、s8、重复s1-7，依次形成热端和增强吸收结构；
22、s9、光刻刻蚀，打开pad区域，露出下面的金属al；
23、s10、将热端和增强吸收结构以密堆积形式分布在热端区域内。
24、其中，所述s5中，每次打开接触孔时，会将整个区域图形打开，然后沉积后续金属时，同步形成冷端的厚金属连线；同时，热端采用多层结构，以增加级联的热电偶个数。
25、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
26、将热端设计为多边形结构，增加了吸收热能的能力；热端区域设置多个多边形密堆积结构，可形成超表面，增强吸收8-14um红外信号，进一步提升了整个热端和热端区域的吸收热能的能力。
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1.一种超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，其包括多个级联的热电偶，每一对热电偶均包括热端和冷端，每一冷端均包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，其特征在于：每一所述热端均由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，所述热电堆器件还包括多个增强吸收结构，所述增强吸收结构也是由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层；所述热端和所述增强吸收结构中的所述金属薄膜和多晶硅层均构成导电层，所述介质层均设置于相邻的导电层之间；所有增强吸收结构和所有热端以密堆积形式分布在所述热端区域内，且所述热端和所述增强吸收结构的多晶硅层和金属薄膜分别以线条形式对应连接。
2.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，所述热端的金属薄膜包括金属层和图形化的铝层，所述铝层与所述多晶硅层相邻，所述金属层和所述铝层之间设有所述介质层。
3.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，所有增强吸收结构和所有热端构成密堆积结构，所述热端位于整个所述密堆积结构的最外侧一行或列，或最外侧的一行或列以及次外侧的一行或
4.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，同一所述热端和/或增强吸收结构的各层结构尺寸设置为不同，以实现对不同波长电磁波信号的吸收。
5.根据权利要求4所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于：同一所述热端和/或所述增强吸收结构的薄膜的形状相同，且自底部向顶部的各层尺寸逐层减小，使得所述热端在竖直方向上呈类似金字塔的结构；或者，同一所述热端和/或所述增强吸收结构的薄膜的形状相同，且自底部向顶部的各层尺寸逐层增大，使得所述热端在竖直方向上呈类似倒立金字塔的结构。
6.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于：所述热端和/或所述增强吸收结构的所述多边形薄膜的形状为六边形、八边形或圆形。
7.根据权利要求6所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于：所述热端和/或所述增强吸收结构的所述多边形薄膜的形状为六边形。
8.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于：所述热端的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜和所述冷端的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜分别对应连接；和/或，所述热端的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜和所述增强吸收结构的最底层的介质层、掺杂多晶硅层及金属薄膜分别对应连接。
9.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于：在同一对热电偶中，所述冷端的金属层的厚度为所述热端的所有金属层的厚度之总和。
10.一种权利要求1-9任一所述的超表面增强半导体热电堆器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述S5中，每次打开接触孔时，会将整个区域图形打开，然后沉积后续金属时，同步形成冷端的厚金属连线；同时，热端采用多层结构，以增加级联的热电偶个数。
...【技术特征摘要】
1.一种超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，其包括多个级联的热电偶，每一对热电偶均包括热端和冷端，每一冷端均包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，其特征在于：每一所述热端均由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层，所述热电堆器件还包括多个增强吸收结构，所述增强吸收结构也是由多层多边形薄膜叠合而成，所述薄膜包括金属薄膜、介质层以及多晶硅层；所述热端和所述增强吸收结构中的所述金属薄膜和多晶硅层均构成导电层，所述介质层均设置于相邻的导电层之间；所有增强吸收结构和所有热端以密堆积形式分布在所述热端区域内，且所述热端和所述增强吸收结构的多晶硅层和金属薄膜分别以线条形式对应连接。
2.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，所述热端的金属薄膜包括金属层和图形化的铝层，所述铝层与所述多晶硅层相邻，所述金属层和所述铝层之间设有所述介质层。
3.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，所有增强吸收结构和所有热端构成密堆积结构，所述热端位于整个所述密堆积结构的最外侧一行或列，或最外侧的一行或列以及次外侧的一行或列，当所述热端位于整个所述密堆积结构的最外侧的一行或列以及次外侧的一行或列时，位于次外侧的热端与所述冷端的连线从最外侧的相邻两个热端之间穿过。
4.根据权利要求1所述的超表面增强半导体热电堆器件，其特征在于，同一所述热端和/或增强吸收结构的各层结构尺寸设置为不同，以实现对不同波长电磁波信号的吸收。
5.根据权利要求4所述的超表面增强半导体热电堆器...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾琦，
申请(专利权)人：珠海矽敏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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