[發明專利]形成MEMS熱電堆探測器空腔結構的體硅微加工方法

有效

• 申請號: 201310090948.6
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103145094A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 孟如男;王瑋冰
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種形成MEMS空腔結構的體硅微加工技術，特別適用于熱電堆紅外探測器的制造。

背景技術

紅外探測器是紅外系統中最關鍵的元件之一。熱電堆紅外探測器是較早發展的一種非制冷型紅外探測器。其工作原理基于賽貝克效應，即兩種不同電導體或半導體材料溫度差異導致兩種材料之間產生電壓差。由于熱電堆紅外探測器具有體積小，可以室溫下工作，寬譜紅外輻射響應，能夠檢測恒定輻射量，并且制備成本低等優勢，在安全監視、醫學治療、生命探測等方面有廣泛應用。

目前，熱電堆結構普遍采用薄膜結構，以起到良好的隔熱效果。采用MEMS技術制作的熱電堆紅外探測器多采用從硅片背面進行腐蝕形成全膜結構，此方法需要正反雙面對準曝光，且與半導體代工廠的工藝兼容性差。此外，該方法通常采用濕法腐蝕，會產生芯片尺寸大及制造成本高的缺點。目前很多人采用了與CMOS工藝兼容，從硅片正面進行釋放熱電堆探測器支撐膜的制造工藝，此方法一般是在薄膜表面光刻腐蝕開口，形成熱電堆結構釋放通道，最后采用各向同性腐蝕工藝釋放熱電堆結構。此方法的缺陷是側向鉆蝕不可控制，內表面平滑度低，降低熱電堆結構對稱性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種形成MEMS熱電堆探測器空腔結構的體硅微加工方法，形成的空腔結構內表面規則光滑，結構對稱性好，工藝實現可控性高。本發明采用的技術方案是：

步驟101，提供硅基底，在硅基底的正面熱氧化生長二氧化硅膜；

步驟102，在二氧化硅膜上通過淀積、光刻、刻蝕形成熱電堆區域和紅外吸收區；

步驟103，在二氧化硅膜、熱電堆區域和紅外吸收區上淀積復合膜結構；復合膜結構的上層為Si₃N₄鈍化層，下層為二氧化硅保護層；

步驟104，在Si₃N₄鈍化層表面旋涂光刻膠，并通過光刻工藝在光刻膠上形成光刻膠開口圖形，即腐蝕開口；然后利用RIE技術刻蝕腐蝕開口下方的材料，直到達到硅基底為止，以形成熱電堆結構的釋放通道；

步驟105，通過釋放通道，采用各向同性腐蝕方法腐蝕體硅表面淺層，以形成體硅淺層的薄型空腔；

步驟106，通過釋放通道和薄型空腔，采用各向異性腐蝕方法腐蝕薄型空腔下方的體硅深層，形成規則平滑的梯形空腔結構。

本發明的優點：采用各向同性腐蝕與各向異性腐蝕技術相結合的雙腐蝕工藝釋放熱電堆探測器腔體，使得熱電堆探測器結構對稱，制造過程可控性高，可制造性強與傳統CMOS工藝兼容。

附圖說明

圖1為本發明形成二氧化硅膜后的示意圖。

圖2為本發明形成熱電堆區域和紅外吸收區后的示意圖。

圖3為本發明淀積復合膜結構后的示意圖。

圖4為本發明形成釋放通道后的示意圖。

圖5為本發明形成薄型空腔后的示意圖。

圖6為本發明形成梯形空腔結構后的示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本發明提出的具有空腔結構的紅外熱電堆探測器結構如圖6所示，在硅基底1上熱氧化生長二氧化硅（SiO2）膜2，在二氧化硅膜2上形成熱電堆區域3和紅外吸收區4，其中熱電堆結構可采取多種形式如圓形、矩形等。熱電堆區域3上靠近紅外吸收區4的一端為熱結區31，遠離紅外吸收區4的另一端為冷結區32。在熱電堆結構層上淀積氮化硅和二氧化硅復合膜結構5，在復合膜上光刻腐蝕開口6。通過腐蝕窗口6形成熱電堆結構的釋放通道61，釋放硅基底形成空腔7，其中空腔7由各向同性腐蝕工藝形成的體硅淺層的薄型空腔71和各向異性腐蝕工藝形成的體硅深層的梯形空腔結構72組成。具體方法過程如下所述。

步驟101，提供硅基底1，在硅基底1的正面熱氧化生長二氧化硅（SiO₂）膜2；具體如圖1所示，所采用的硅基底1可以是雙面拋光單硅基底、P型摻雜硅基底或N型摻雜硅基底中的一種。本例采用雙面拋光單硅基底。在硅基底1的正面通過干氧氧化的方式生長二氧化硅（SiO₂）膜2，該二氧化硅膜2的厚度為5000?，干氧氧化時溫度為950℃，氧氣的含量為60%。

步驟102，在二氧化硅膜2上通過淀積、光刻、刻蝕形成熱電堆區域3和紅外吸收區4；