本发明专利技术涉及一种MEMS热电堆红外探测器芯片，包括内芯片和位于内芯片上的红外滤窗，内芯片含有衬底，衬底设有正面、背面及自正面凹陷形成的空气腔体，空气腔体未贯穿衬底的背面，正面设有支撑部和红外吸热层，所述红外吸热层位于支撑部和空气腔体内，其厚度大于支撑部且小于空气腔体，并且其厚度不小于支撑部，在支撑部上设有热电堆，衬底与红外吸热层分别形成热电堆的冷端与热端，热电堆包括由不同导电材料所制成的第一、第二导电层，第一、第二导电层通过其末端的第一、第二电极引出，第一、第二电极的顶部露出，热电堆是由与CMOS工艺相兼容的材料制成，本发明专利技术制造方法可制造性较高且工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及MEMS (微机电系统)器件领域，尤其涉及MEMS热电堆红外探测器芯片、利用微细加工工艺对用于该MEMS热电堆红外探测器芯片中的内芯片及芯片本身的制造方法。
技术介绍
近年来，热电堆红外探测器广泛的应用于需要温度以及辐射测量的领域，如在国防、医疗、家电、工控、汽车、公共安全等等。其工作原理是利用塞贝克效应，即两种不同电导体或半导体的温度差异而导致两种材料之间产生电压差的热点现象，来探测红外辐射。与其它电子元器件一样，随着应用的普及及需求量的增加，热电堆红外探测器的发展趋势是体积小、灵敏度闻、功耗小、价格低、可罪性闻等。 而目前MEMS技术正推动着半导体界“超越摩尔定律”的变革，在国内外得到了迅猛的发展。世界正经过昨天的真空电子管时代，跨越现在的固体电子时代进入明天的MEMS时代。MEMS为近年来高速发展的一项高新技术，其采用先进的半导体制备工艺，可批量实现MEMS器件的制备。与对应传统热电堆红外探测器相比，MEMS热电堆红外探测器在体积、功耗、重量以及价格等方面有十分明显的优势。所以，采用先进MEMS技术制作的热电堆红外探测器是未来技术发展的主流方向。目前采用MEMS技术制作的热电堆红外探测器多采用从硅片背面进行腐蚀形成全膜结构。此方法虽然有着工艺简单的优点，但是此方法需要正反双面对准曝光，且采用半导体代工厂的工艺兼容性差。此外，此方法由于通常采用湿法腐蚀，通常有着芯片尺寸大以及制造成本高的缺点。所以，目前很多人采用了与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺兼容，从硅片正面释放出MEMS热电堆红外探测器支撑膜的制造工艺。此制造方法充分利用了 CMOS工艺的热电堆材料(如P型与N型掺杂多晶硅形成的热电堆，以及P型掺杂多晶硅与铝形成的热电堆等)。此方法具有尺寸小、价格低、工艺可制造性强以及可扩展到阵列制造等优点。但是上述两种方法皆需红外吸热层来增加器件的性能。目前红外吸热层主要分为三类金属薄膜、多孔黑金属以及薄膜堆叠。多孔黑金属有着红外吸收率高的优点，但是也有着粘附性差以及工艺兼容性差等缺点。虽然薄膜堆叠方法工艺兼容性好，但是对工艺控制要求较高。除了上述的热电堆制造方法以及吸热层材料之外，MEMS热电堆红外探测器的封装也是一个很大的难题。由于加工好的MEMS热电堆红外探测器包含有活动的机械部件，如果不能在后续的封装工艺中得到很好的保护，则此MEMS器件极易遭受到损坏。传统的半导体封装设备并不能直接用于MEMS器件的封装，必须经过特殊的改造才能满足MEMS器件的特殊封装要求。正是因为MEMS封装的特殊性，且与现有的半导体封装测试设备不能很好的兼容，所以通常MEMS器件封装和测试成本要远远高于其制造成本，成为MEMS器件不能迅速产业化的重要原因。而晶圆级封装技术无疑能很好的解决MEMS器件的封装问题，其主要思想为在制造完成MEMS器件的晶圆上通过某种方法，把晶圆上所有的MEMS器件加以保护，通常称此工序为零级封装。完成零级封装的硅片上所有的MEMS器件都得到保护，那么硅片在后续的划片、取片和粘片等工序完全与现有的半导体封装工艺兼容。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单、可制造性较高的MEMS热电堆红外探测器芯片、用于该MEMS热电堆红外探测器芯片内的内芯片及芯片本身的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种MEMS热电堆红外探测器芯片，包括内芯片和位于内芯片上的红外滤窗，所述内芯片含有衬底，所述衬底设有正面、背面及自正面凹陷形成的空气腔体，所述空气腔体未贯穿衬底的背面，所述衬底正面设有支撑部和红外吸热层，所述红外吸热层位于支撑部和空气腔体内，其厚度大于支撑部且小于空气腔体，在所述支撑部上设有热电堆，所述衬底与红外吸热层分别形成热电堆的冷端 与热端，所述热电堆包括由不同导电材料所制成的第一、第二导电层，所述第一、第二导电层通过其末端的第一、第二电极引出，所述第一、第二电极的顶部露出，所述热电堆是由与CMOS工艺相兼容的材料制成。为解决上述技术问题，本专利技术还可以采用如下技术方案包括内芯片和位于内芯片上的红外滤窗，所述内芯片含有衬底，所述衬底设有正面、背面及自正面凹陷形成的空气腔体，所述空气腔体未贯穿衬底的背面，所述衬底正面设有支撑部和红外吸热层，所述红外吸热层位于支撑部和空气腔体内，其厚度大于支撑部且小于空气腔体，在所述支撑部上设有热电堆，所述衬底与红外吸热层分别形成热电堆的冷端与热端，所述热电堆包括由不同导电材料所制成的第一、第二导电层，在所述衬底背面设有第一、第二焊接部，所述第一、第二焊接部分别通过电性连接于第一、第二导电层末端的第一、第二电极，所述热电堆是由与CMOS工艺相兼容的材料制成。作为本专利技术的进一步改进，上述第二种方案还可以 (一)、在所述内芯片内设有贯穿衬底背面的第一、第二金属化孔，其中第一金属化孔内填充有导电材料以电性连接第一电极与第一焊接部，第二金属化孔内填充有导电材料以电性连接第二电极与第二焊接部。(二)、在所述衬底21内形成具有一定坡度的第一、第二硅通孔，在此具有一定坡度的第一、第二硅通孔上淀积绝缘层，并在所述第一、第二硅通孔内将第一、第二电极与第一、第二焊接部电性连接，所述绝缘层内填充有绝缘材料。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种用于所述MEMS热电堆红外探测器芯片中内芯片的制造方法，包括如下步骤 SI，在衬底上做扩散掩膜进行浓硼扩散形成红外吸热层，并将扩散掩膜去除，并随后在衬底上淀积支撑部； S2，在支撑部上形成热电堆的第一导电层，并对所述第一导电层进行光刻及刻蚀，然后在第一导电层上淀积形成绝缘层，该第一导电层的末端为第一电极； S3，在绝缘层上形成热电堆的第二导电层，并对所述第二导电层进行光刻及刻蚀，所述第一导电层与第二导电层是由不同的导电材料所制成的，所述支撑部支撑热电堆并连接衬底与红外吸热层，所述热电堆是由与CMOS工艺相兼容的材料制成，该第二导电层的末端为第二电极； S4，在第二导电层上淀积形成覆盖在第二导电层上的钝化层； S5，采用湿法腐蚀工艺从正面对内芯片进行释放以在衬底的正面形成密封的空气腔体，所述空气腔体位于支撑部及红外吸收层的底部。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S5中，利用四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液才从正面对MEMS热电堆红外探测器芯片进行释放。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种MEMS热电堆红外探测器芯片的制造方法，其包括上述内芯片制造方法及在步骤S5之后的如下步骤 Al:通过低温键合技术，在内芯片的顶部粘接红外滤窗，其中所述内芯片与红外滤窗通过粘接材料粘接在一起。 作为本专利技术的进一步改进，所述粘接材料为有机物、或者玻璃粉、或者金属合金。作为本专利技术的进一步改进，其制造方法还包括在步骤Al之后的如下步骤 A2，通过硅通孔TSV工艺将正面的第一、第二电极通过导电材料引出，并在衬底的背面形成分别与第一、第二电极电性连接的第一、第二焊接部。作为本专利技术的进一步改进，其制造方法还包括在步骤Al之后的如下步骤 A2，通过湿法腐蚀或者干法刻蚀在衬底上形成具有一定坡度的第一、第二硅通孔，在此具有一定坡度的第一、第二硅通孔上淀积绝缘层，随后利用绝缘材料将具有一定坡度的第一、第二硅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种MEMS热电堆红外探测器芯片，其特征在于：所述MEMS热电堆红外探测器芯片包括内芯片（20a）和位于内芯片（20a）上的红外滤窗（20b），所述内芯片（20a）含有衬底（21），所述衬底（21）设有正面（221）、背面（212）及自正面（221）凹陷形成的空气腔体（25），所述空气腔体（25）未贯穿衬底（20a）的背面（212），所述衬底（21）正面（221）设有支撑部（23）和红外吸热层（24），所述红外吸热层（24）位于支撑部（23）和空气腔体（25）内，其厚度大于支撑部（23）且小于空气腔体（25），在所述支撑部（23）上设有热电堆（22），所述衬底（21）与红外吸热层（24）分别形成热电堆（22）的冷端与热端，所述热电堆（22）包括由不同导电材料所制成的第一、第二导电层（22a）、（22b），所述第一、第二导电层（22a）、（22b）通过其末端的第一、第二电极（331）、（332）引出，所述第一、第二电极（331）、（332）的顶部露出，所述热电堆（22）是由与CMOS工艺相兼容的材料制成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，桑新文，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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