[發明專利]一種褶皺膜溫度傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201510010116.8
• 申請日: 2015-01-08
• 公開（公告）號: CN104501983B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 費躍;王旭洪;張穎
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙)11535
• 代理人: 劉元霞

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種褶皺膜溫度傳感器及其制作方法。

背景技術

溫度探測一直以來是傳感器行業熱門的話題，其中紅外探測技術由其非接觸式測溫更受廣大設計、制造和使用者歡迎。熱電堆溫度傳感器作為紅外探測器的一種，以其制造工藝簡單、成本低、使用方便、無1/f噪聲等特點被廣泛研究。

熱電堆溫度傳感器的主要工作原理為塞貝克Seebeck效應。該效應可以簡述為：兩種具有不同塞貝克系數α1、α2的材料一端相連一端開路，若兩端存在溫度差ΔT＝T1-T2，則會在開路端會產生一開路電勢ΔV，即賽貝克效應。該結構構成一個熱電偶，若將N個熱電偶串聯起來就形成熱電堆，與單個熱電偶相比可以產生更大的熱電勢，即ΔV＝N*(α1-α2)*ΔT。

通常，熱電堆溫度傳感器主要采用隔熱膜式結構，其具體形式為在一硅片襯底上制作具有高塞貝克系數的兩種熱偶材料，一般呈長條狀以減少熱偶的熱導，將N對熱偶對串聯起來形成熱電堆結構。兩種熱偶材料的一端布置在傳感器中心位置，作為熱電堆溫度傳感器的熱結，用于接受紅外吸收層吸收測量物體發出的紅外輻射而產生的溫度變化；另一端布置在遠離傳感器中心的硅襯底上，與環境溫度一致，作為熱電堆溫度傳感器的冷結。在傳感器中心區域背面刻蝕硅襯底或者正面開釋放孔刻蝕硅襯底，并在熱電堆的熱偶對上形成一層薄膜，以使該熱電堆與硅襯底的熱隔離，二者之間熱阻越大，熱隔離效果越好，則熱電堆溫度傳感器的靈敏度越高。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

發明內容

本申請的發明人發現，傳統的熱電堆溫度傳感器由于尺寸效應的限制，在有限區域內很難有效地調制和優化熱電堆與硅襯底之間的熱阻，從而這種熱電堆溫度傳感器的靈敏度也不會太高。

本申請提出一種褶皺膜溫度傳感器及其制作方法，通過微加工技術，使隔熱膜形成一種褶皺結構，從而增加隔熱膜的尺寸，使得隔熱膜以及熱偶對的熱阻大大增加，由此，本申請的褶皺膜溫度傳感器與現有技術中的熱電堆溫度傳感器相比，在不增加傳感器面積的情況下，提高靈敏度；此外，本申請的制作方法相比于傳統的背面刻蝕硅襯底或者正面開釋放孔刻蝕硅襯底的方法更便捷和高效。

根據本申請實施例的一個方面，提供一種褶皺膜溫度傳感器的制作方法，該方法包括：

在基片1上形成第一凹槽2，并且，所述基片在所述第一凹槽2周邊的部分形成為臺階部2a；

形成至少覆蓋所述第一凹槽2底部的犧牲層褶皺結構4，所述犧牲層褶皺結構4具有至少兩個凹部4a和至少一個凸部4b；

在所述臺階部2a的表面以及所述犧牲層褶皺結構4的表面形成第一層介質層5；

形成第一層熱電堆材料結構6以覆蓋所述第一介質層5的表面，并且，所述第一層熱電堆材料結構6具有使所述第一層介質層5的上表面的一部分露出的第二凹槽7；

形成第二層介質層結構8以覆蓋所述第一層熱電堆材料結構6以及所述第二凹槽7，并且，所述第二層介質層結構8具有使所述第一層熱電堆材料結構6部分露出的第三凹槽9和第四凹槽10，所述第三凹槽9位于所述臺階部2a上方，所述第四凹槽10位于所述第二凹槽7的外側；

形成第二層熱電堆材料結構11以覆蓋所述第二層介質層結構8和所述第四凹槽10，所述第二層熱電堆材料結構11通過所述第四凹槽10與下方的所述第一層熱電堆材料結構6連接，所述第二層熱電堆材料結構11具有對應于所述第二凹槽7的第五凹槽11b，以露出所述第二凹槽7內的所述第二層介質層結構8；

形成第三層介質層結構12以覆蓋所述第二層熱電堆材料結構11和所述第五凹槽11b，所述第三層介質層結構12具有第六凹槽13和第七凹槽14，其中，所述第六凹槽13位于所述臺階部2a上方，且比所述第三凹槽9更遠離所述第一凹槽2，所述第二層熱電堆材料結構11從所述第六凹槽13露出，所述第七凹槽14位于所述第二凹槽7的上方，且所述第二凹槽7內的所述第二層介質層結構8的一部分通過所述第七凹槽14露出；

通過所述第七凹槽14刻蝕所述第二層介質層結構8和所述第一層介質層5，形成釋放孔14a；

經由所述釋放孔14a去除所述犧牲層褶皺結構4，形成空腔15。