[發明專利]熱電堆紅外傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201010267981.8
• 申請日: 2010-08-30
• 公開（公告）號: CN102384790A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 歐文
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01J5/14
• 分類號: G01J5/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術領域

本發明涉及紅外傳感器技術領域，特別涉及一種熱電堆紅外傳感器及其制作方法。

背景技術

目前的熱電堆紅外傳感器中，主要是利用溫差電效應(Seebeck效應)來檢測溫度的變化，其通常都包括多組熱電偶對，并且采用MEMS技術制作的懸空結構。

對于多組熱電偶對的熱電堆紅外傳感器，因多組熱電偶對的串聯電阻較大，從而噪聲比較大，因而出現了采用一組熱電偶對的熱電堆紅外傳感器，它可有效地降低噪聲等效溫差。

圖1為現有的一種熱電堆紅外傳感器的結構示意圖，圖中僅示出了一個檢測單元。如圖所示，該紅外傳感器包括：襯底200，吸收層221，兩個熱電偶對懸臂梁222，位于吸收層221下面的襯底表面上的電路226，用于支撐吸收層的支撐柱223位于熱電偶對懸臂梁222的熱端，熱電偶對懸臂梁的冷端224與襯底200連接，熱電偶對懸臂梁222的下面及周圍的襯底內具有空腔225。上述熱電堆紅外傳感器仍然采用的常規紅外吸收方式，即采用金黑或銀黑涂層(圖中未示出)等作為吸收層材料，以提高紅外吸收效率。

然而問題在于，金黑或銀黑涂層等吸收層材料的制作工藝與常規的IC工藝不兼容，而且，在形成懸臂梁的下面及周圍的空腔時所采用的釋放工藝是濕法釋放工藝，這種工藝會導致成品率降低。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種與常規IC工藝兼容的熱電堆紅外探測傳感器及其制作方法。

為解決上述問題，本發明提供一種熱電堆紅外傳感器，包括：

襯底，所述襯底內具有溝槽；

吸收層，位于所述襯底上方；

反射層，位于所述溝槽外的襯底表面，與所述吸收層之間具有空腔；

熱電偶對組成的懸臂梁，位于所述溝槽的上方，所述熱電偶對的冷端與襯底連接，熱端通過支撐柱與其上方的吸收層連接。

所述溝槽內表面具有釋放阻擋層。

可選的，所述襯底為單晶硅。

所述熱電偶對為P型多晶硅和N型多晶硅，或者，所述熱電偶對為金屬和多晶硅。

可選的，所述襯底為SOI襯底。

所述熱電偶對為P型單晶硅和N型單晶硅，或者，所述熱電偶對為金屬和單晶硅。

所述熱電偶對中的單晶硅由SOI襯底中的頂硅層制作。

所述的熱電堆紅外傳感器還包括讀出電路層，位于所述反射層下方的襯底表面。

優選的，所述反射層的材料包括Al、AlSi、AlSiCu和Ni中的一種或者至少兩種的組合，所述吸收層中的金屬層材料包括Ti或TiN。

優選的，所述空腔的厚度范圍根據所測溫度范圍為0.25um-3.5um。

相應的，還提供一種熱電堆紅外傳感器的制作方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底中形成溝槽及溝槽內表面的釋放阻擋層，在所述溝槽內填充第一釋放犧牲層；

在所述第一釋放犧牲層上形成熱電偶對，在所述溝槽外的襯底表面形成讀出電路層及讀出電路層上的反射層；

在所述熱電偶對兩側形成釋放孔，以露出第一釋放犧牲層，然后在所述襯底表面覆蓋第二釋放犧牲層；

在所述第二釋放犧牲層上形成吸收層及其支撐柱；

進行氣相釋放工藝以去除第一釋放犧牲層和第二釋放犧牲層。

其中，所述溝槽內表面的釋放阻擋層與IC工藝中的STI介質層或DTI介質層在同一步驟中形成。

所述襯底為SOI襯底，則所述熱電偶對有SOI襯底的頂硅層制作。

與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點：

本發明實施例所述熱電堆紅外傳感器中，吸收層、反射層及空腔組成共振吸收結構，當紅外線輻照到所述檢測單元后，進入由吸收層和反射層組成的共振吸收腔，然后被吸收層吸收，引起吸收層溫度升高，熱量通過吸收層的支撐柱傳入熱電偶對的熱端，從而造成熱電偶對的溫差，產生溫差電動勢，最后通過讀出電路層讀出。由于采用共振吸收方式來提高紅外吸收效率(沒有利用金黑、銀黑等涂層)，反射層、吸收層及其介質層(外部介質層、絕緣介質層和釋放阻擋層等)為常規IC工藝中所用的材料和工藝制作，因此，可以很容易的與現有IC工藝兼容，降低制作成本，有利于大范圍的推廣應用。

附圖說明

通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。

圖1為現有的一種熱電堆紅外傳感器的結構示意圖；

圖2為實施例一中熱電堆紅外傳感器的結構剖面圖；