[發明專利]一種MEMS熱電堆結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201310753760.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103715348B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 袁超
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L35/28
• 分類號: H01L35/28;H01L35/32;G01J5/12;H01L35/34
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

1.一種MEMS熱電堆結構，具有多個串聯的熱電偶，其特征在于，包括：

半導體襯底；

第一導熱層，置于所述半導體襯底上；

第二導熱層，置于所述第一導熱層上；

由第一熱偶材料形成的第一熱偶層，部分置于所述第二導熱層中，另一部分懸空于所述襯底上；

熱偶垂直部，形成于所述第一熱偶層上，其包括由所述第一熱偶材料形成的第一垂直部和由第二熱偶材料形成的位于所述第一導熱層中的第二垂直部；

由所述第二熱偶材料形成的第二熱偶層，形成于所述熱偶垂直部上，連接所述第一垂直部和第二垂直部；

吸熱層，置于位于所述第一垂直部上的第二熱偶層的上方；

其中所述第二熱偶層與所述第一垂直部相連處形成所述熱電偶的熱端，所述第二垂直部與所述第一熱偶層相連處形成所述熱電偶的冷端。

2.根據權利要求1所述的MEMS熱電堆結構，其特征在于，所述吸熱層包覆于絕緣保護層中。

3.根據權利要求1所述的MEMS熱電堆結構，其特征在于，所述第一導熱層和第二導熱層為相同或不同種類的介質薄膜導熱材料；所述介質薄膜導熱材料為SiO2薄膜、BN薄膜、AlN薄膜或無摻雜的單晶硅薄膜；所述第一熱偶層和第二熱偶層為硅薄膜或金屬薄膜；所述吸熱層為氮化硅薄膜或Ti/TiN薄膜或Ta/TaN薄膜。

4.一種MEMS熱電堆結構的制造方法，所述MEMS熱電堆結構包括多個串聯的熱電偶，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟：

在半導體襯底上形成第一導熱層；

在所述第一導熱層上沉積第一熱偶材料并圖形化，以形成第一熱偶層；

在所述第一熱偶層上形成第二導熱層以及熱偶垂直部，所述熱偶垂直部包括所述第一熱偶材料形成的第一垂直部和第二熱偶材料形成的第二垂直部；在所述熱偶垂直部上形成連接所述第一垂直部和第二垂直部的第二熱偶層，其中所述第二熱偶層與所述第一垂直部相連處為所述熱電偶的熱端，所述第二垂直部與所述第一熱偶層相連處為熱電偶的冷端；

在所述熱端上形成吸熱層；

進行釋放工藝，去除所述第一垂直部周圍的所述第二導熱層及所述第一垂直部下方的所述第一導熱層，形成所述MEMS熱電堆結構。

5.根據權利要求4所述的MEMS熱電堆結構的制造方法，其特征在于，所述熱偶垂直部通過兩次單大馬士革工藝形成，在所述第一熱偶層上形成第二導熱層以及熱偶垂直部的步驟包括：

在所述第一熱偶層上沉積所述第二導熱層；

通過光刻刻蝕工藝在所述第二導熱層中刻蝕出底部延伸至所述第一熱偶層的第一熱偶通孔；

在所述第一熱偶通孔中填充所述第一熱偶材料并平坦化，使得所述第一熱偶材料的上表面與所述第二導熱層的上表面平齊；

通過光刻刻蝕工藝在所述第二導熱層中刻蝕出底部延伸至所述第一熱偶層的第二熱偶通孔；

在所述第二熱偶通孔中填充所述第二熱偶材料并平坦化，使所述第二熱偶材料的上表面與所述第二導熱層的上表面平齊。

6.根據權利要求5所述的MEMS熱電堆結構的制造方法，其特征在于，所述第二熱偶層通過單大馬士革工藝形成，其包括：

沉積第三導熱材料層；

通過光刻刻蝕工藝在所述第三導熱材料層中刻蝕出第二熱偶層圖形，所述第二熱偶圖形底部與所述第一垂直部和第二垂直部接觸；

在所述第二熱偶層圖形中填充所述第二熱偶材料并平坦化，以形成第二熱偶層且所述第二熱偶層的上表面與所述第三導熱層的上表面平齊。

7.根據權利要求6所述的MEMS熱電堆結構的制造方法，其特征在于，在所述熱端上形成吸熱層的步驟包括：

在所述第三導熱層及第二熱偶層上沉積第一絕緣保護層；

在所述第一絕緣保護層上形成所述吸熱層并圖形化，使得所述吸熱層位于所述熱端上方；

在所述吸熱層上沉積第二絕緣保護層；以及

形成貫穿所述第一絕緣層和第二絕緣層的釋放窗口，其中所述吸熱層包覆于所述第一絕緣層和第二絕緣層中。