[發明專利]基于CMOS DPTM工藝的紅外熱電堆型傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310287883.4
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103342333A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 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: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00;G01J5/14
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種紅外熱電堆型傳感器，尤其是一種基于CMOS?DPTM（Double?Poly?Triple?Metal）混合信號工藝的紅外熱電堆型傳感器及其制作方法，屬于MEMS器件設計制造技術領域。

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。

通過與?MEMS?工藝對比，發現?CMOS?MEMS?工藝最容易實現低成本和高性能的結合。這主要是因為?CMOS?MEMS?工藝可以使用標準?CMOS?工藝線加工?MEMS?系統，從而使得器件加工成本降低。同時該工藝允許?MEMS?傳感器和檢測電路間采用金屬互連，使得這兩個模塊可以布置的很近，這大大減小了互連寄生參數，從而保證了高精度和低噪聲性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基于CMOS?DPTM工藝的紅外熱電堆型傳感器及其制作方法，可以大大降低制造成本，并提高器件性能。

按照本發明提供的技術方案，所述基于CMOS?DPTM工藝的紅外熱電堆型傳感器，包括硅基底和位于硅基底上的封閉膜區域，其特征是：封閉膜區域自底層向上依次為第一介質層、第二介質層、第三介質層和第四介質層，在第一介質層和第二介質層之間設置第一多晶硅層，在第二介質層和第三介質層之間設置第一金屬層，在第三介質層和第四介質層之間設置第二金屬層，在第四介質層的表面設置第三金屬層；在所述第二介質層和第三介質層上分別設置第一通孔和第二通孔，第一通孔中設置鎢塞連接第一多晶硅層和第一金屬層，第二通孔中設置鎢塞連接第一金屬層和第二金屬層；在所述封閉膜區域上設置腐蝕通道，腐蝕通道由第三金屬層延伸至硅基底的上表面；在所述封閉膜區域下方的硅基底上刻蝕形成空腔。

所述空腔由硅基底的上表面向硅基底的下表面延伸，并且空腔的深度小于硅基底的厚度，空腔的寬度小于硅基底的寬度。

所述第二介質層由第一層氧化硅和第二層氧化硅組成，在第一層氧化硅和第二層氧化硅之間設置第二多晶硅層；在所述第二層氧化硅上設置第三通孔，第三通孔中設置鎢塞連接第一金屬層和第二多晶硅層。

所述基于CMOS?DPTM工藝的紅外熱電堆型傳感器的制作方法，其特征是，包括以下工藝步驟：

（1）在硅基底上氧化生長二氧化硅，形成第一介質層；

（2）在第一介質層上采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成第一多晶硅層；

（3）在第一多晶硅層上淀積第一層二氧化硅，在第一層二氧化硅上淀積第二多晶硅層，將第二多晶硅層通過刻蝕全部去除，再在第一層二氧化硅上淀積第二層二氧化硅所述第一層二氧化硅和第二層二氧化硅組成第二介質層；

（4）在第二介質層上采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成連接第一多晶硅層和第一金屬層的第一通孔，并在第一通孔中填充鎢塞；

（5）在第二介質層上采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成第一金屬層，第一金屬層和第一多晶硅層通過第一通孔形成電連接；

（6）在第一金屬層上淀積二氧化硅形成第三介質層；

（7）在第三介質層采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成連接第一金屬層和第二金屬層的第二通孔，并在第二通孔中填充鎢塞；

（8）在第三介質層上采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成第二金屬層；

（9）在第二金屬層上淀積二氧化硅，形成第四介質層；

（10）在第四介質層上采用掩膜版，通過淀積、光刻、刻蝕形成第三金屬層；

（11）采用CHF₃和?He混合氣體進行各向異性反應離子刻蝕除去沒有被第三金屬層覆蓋的?SiO₂介質直到到達硅基底，形成垂直于硅基底的釋放孔；

（12）通過釋放孔使用XeF₂和?O₂混合氣體進行各項同性反應離子刻蝕，在釋放孔下方的硅基底上形成空腔。