[發(fā)明專利]一種新結(jié)構(gòu)薄膜熱電堆

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00116552.6
• 申請日: 2000-06-16
• 公開（公告）號: CN1274953A
• 公開（公告）日: 2000-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈德新;盧建國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海冶金研究所
• 主分類號: H01L35/00
• 分類號: H01L35/00;G01K7/02
• 代理公司: 上海華東專利事務(wù)所
• 代理人: 季良赳

本發(fā)明涉及一種采用半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝制造的，熱電堆中熱電偶熱端(熱結(jié))暴露，冷端(冷結(jié))及熱電偶條上面覆蓋低熱導(dǎo)絕緣隔離層，并在隔離層上面涂覆一層或多層高反射散熱層的熱電堆，屬半導(dǎo)體傳感器件。

熱電堆紅外輻射探測器可在室溫下工作，環(huán)境工作溫度范圍寬，且對很寬波長范圍的紅外輻射都能響應(yīng)，器件制作成本也低，是光子型紅外輻射探測器所無法取代的器件，近年來越來越受到世界各國重視。隨著微電子和微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，薄膜熱電堆進(jìn)展很快，熱電堆器件已商品化，并已研制成線陣和面陣器件。目前，紅外輻射熱電堆探測器主要是由單元熱電偶串聯(lián)，采用集成電路工藝和微機(jī)械工藝制成。其中，單元熱電偶可以用半導(dǎo)體、金屬或半導(dǎo)體和金屬材料配對或混合配對組成，且根據(jù)需要熱電堆設(shè)計成各式各樣。顯然，單元熱電偶的材料配對構(gòu)成以及性能好壞直接影響著熱電堆的設(shè)計。1974年日本人公開了一種用鉍銻、碲硒塊體材料組成設(shè)計的輻射熱電偶??[Radiation?Thermocouples?With(Bi，Sb)₂(Te，Se)₃?Eiich?Ando?JapaneseJournal?of?Applied?Physics]。熱電偶設(shè)計成豎立式，其中接收熱輻射的熱端面采用金屬箔焊接在熱電偶的熱端，冷端分別連接在二塊銅塊上，且銅塊分開，外接信號輸出連線。此外，這種熱電偶的接收熱輻射金屬箔面設(shè)計成與冷端的銅塊分隔開，且遮住冷端。這樣設(shè)計的熱電偶有利于增大冷、熱端的溫差，提高熱電偶的輸出電信號，是一種很好的設(shè)計。然而，要將這種熱電偶串聯(lián)，采用半導(dǎo)體集成電路工藝集成為輻射熱電堆，非常困難。為了能利用半導(dǎo)體集成電路工藝制造輻射熱電堆以及熱電堆線陣和面陣器件，各國都在研究，并取得了很大進(jìn)展。1995年J.Schieferdecker等人公開了一種利用半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝制造的多層膜結(jié)構(gòu)紅外熱電堆傳感器[Infrared?thermopile?sensors?with?high?sensitivity?and?very?low?temperaturecoefficient?J.Schieferdecker?et?al.Sensors?and?Actuators?A]。傳感器芯片以半導(dǎo)體硅片為襯底，利用半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝進(jìn)行制造，芯片中心部分的背面，硅片被腐蝕成凹坑；傳感器芯片中組成熱電偶的二種不同熱電材料薄膜條分別沉積在由二氧化硅、氮化硅構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)支撐膜上，并形成熱電偶的熱端和冷端。其中，熱端位于芯片中心部分的支撐膜上；冷端位于芯片四周硅片襯底框架上。此外，作為接收紅外輻射的熱端輻射接收表面上還涂覆有紅外輻射吸收層，形成熱電堆的紅外輻射接收區(qū)，以增加紅外輻射吸收，提高熱端、冷端的溫差，加大熱電堆傳感器的信號輸出。制造成的傳感器芯片安裝在晶體管管座上，配置，蓋上有紅外濾光片的管帽，就可以適應(yīng)不同紅外濾光片透過波長范圍的應(yīng)用。這種利用半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝進(jìn)行制造的紅外輻射熱電堆探測器，不但可將熱電偶集成在半導(dǎo)體硅片上成為芯片熱電堆，而且可進(jìn)一步將熱電堆集成為線陣和面陣芯片器件。是一種制造方便，應(yīng)用廣泛的傳感器件。在這一設(shè)計中，盡管設(shè)計者在紅外輻射接收區(qū)上增加涂覆了紅外吸收層，提高了紅外輻射接收區(qū)的接收效率，然而也僅僅只是對傳感器的熱端作了改進(jìn)。傳感器冷端的熱沉部分主要還是由傳感器芯片熱電偶下面的半導(dǎo)體硅片框架承擔(dān)。因此，當(dāng)紅外輻射到達(dá)傳感器芯片表面時，實際上傳感器芯片上處在同一探測接收面上的熱電偶熱端、冷端，將同時接收紅外輻射，直到半導(dǎo)體襯底硅片框架將冷端接收的紅外輻射散發(fā)后，才建立起熱電偶熱端、冷端的溫差，輸出信號。這樣，既不利于提高器件性能，也會影響器件的靈敏度。為了進(jìn)一步提高器件性能，本發(fā)明改進(jìn)設(shè)計成一種在熱電堆中熱電偶冷端(冷結(jié))及熱電偶條上面增加覆蓋一層或多層高反射散熱層，以減少熱電偶冷端受到的紅外輻照，從而加快了熱電偶熱端、冷端溫差的形成。這樣設(shè)計的紅外輻射熱電堆探測器既提高了器件性能，又可利用半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝進(jìn)行制造。

本發(fā)明的目的是，在半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械工藝制造的紅外輻射熱電堆傳感器芯片上，熱電堆中熱電偶冷端(冷結(jié))及熱電偶條上面覆蓋低熱導(dǎo)隔離絕緣膜，并在低熱導(dǎo)隔離絕緣膜上面增加涂覆一層或多層高反射散熱層，以使熱電堆中熱電偶冷端(冷結(jié))避免與熱端(熱結(jié))同時接收輻照，從而拉開熱電偶冷端與熱端的溫差，提高熱電堆傳感器總體性能。