[發明專利]熱電堆及其制作方法

有效

• 申請號: 202010389904.3
• 申請日: 2020-05-09
• 公開（公告）號: CN111540824B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 周娜;李俊杰;毛海央;高建峰;楊濤;李俊峰;王文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;H10N10/17;H10N10/80
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

一種熱電堆及其制作方法，所述制作方法包括如下步驟：在襯底正面形成熱電堆結構；在襯底背面形成掩膜層；采用干法刻蝕，在掩膜層上形成定位刻蝕窗口；采用博世刻蝕，對定位刻蝕窗口區域的襯底進行第一步刻蝕釋放；采用反應離子刻蝕，進行襯底的第二步刻蝕釋放，得到完全釋放的背腔和保持完整的熱電堆結構，完成熱電堆的制備。本發明采用常規襯底，通過干法刻蝕釋放工藝，分步對襯底進行刻蝕釋放，在保持熱電堆結構完整性的同時，制作出熱電堆器件。

技術領域

本發明涉及一種紅外探測器技術領域，尤其涉及一種熱電堆及其制作方法。

背景技術

目前紅外探測器廣泛應用于民用和軍用領域，而熱電堆紅外探測器是眾多類型紅外探測器中最早發展的一種。由于其具有可以常溫下工作、響應波段寬、制作成本低廉等優勢，因此發展極為迅速，應用非常廣泛。在熱電堆紅外探測器的工藝制備中，將其制造工藝與集成電路工藝相兼容是使其形成大規模探測陣列，提高探測響應率，并降低工藝制作成本的主要辦法。

在與集成電路相兼容的工藝中，背腔的大面積硅釋放是至關重要的一部分，該技術通過濕法或者干法的方式將襯底硅完全釋放形成空腔，并保持剩余支撐介質膜層的完整性。通過大面積硅釋放工藝，硅襯底空腔部分對應的膜層結構形成了熱電偶的熱結區，剩余的支撐結構構成了熱電偶的冷結區。對于體硅的釋放工藝，用濕法腐蝕出來的硅具有各向異性，不同晶向上速率不一致，腐蝕出的硅形貌是角度約為54.7°的倒梯形，因而在版圖設計時需要考慮上開口的展寬部分，從而導致單個晶片上器件的成品率大大降低。相較而言采用干法工藝進行大面積硅釋放可獲得垂直的深槽，有利于單片晶圓上設計更多的器件，提高成品率。但是用干法工藝選擇比相對于濕法要低，由于工藝均勻性問題，刻蝕完體硅后會繼續過刻蝕到底部氧化層停止層，一旦停止層被穿通，則整個器件就被損壞了。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種熱電堆及其制作方法，以期至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

作為本發明的一個方面，提供一種熱電堆的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底正面形成熱電堆結構；

步驟2：在襯底背面形成掩膜層；

步驟3：采用干法刻蝕，在掩膜層上形成定位刻蝕窗口；

步驟4：采用博世刻蝕，對定位刻蝕窗口區域的襯底進行第一步刻蝕釋放；

步驟5：采用反應離子刻蝕，進行襯底的第二步刻蝕釋放，得到完全釋放的背腔和保持完整的熱電堆結構，完成熱電堆的制備。

作為本發明的另一個方面，還提供一種采用如上述的制作方法制備得到的熱電堆，包括：

襯底，所述襯底包括正面和背面；

熱電堆結構，形成于襯底正面；

背腔，由襯底背面完全釋放形成；

其中，所述熱電堆結構保持完整。

基于上述技術方案，本發明相比于現有技術至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

本發明采用常規襯底，通過干法刻蝕釋放工藝，分步對襯底進行刻蝕釋放，在保持熱電堆結構完整性的同時，制作出熱電堆；

本發明第一步采用博世刻蝕(BOSCH)工藝方式，刻蝕深度為釋放深度的80％～95％；本發明第二步采用氟自由基化學反應刻蝕方式，刻蝕剩余襯底深度；以實現刻蝕形貌陡直且選擇比高的效果。

附圖說明

圖1是本發明實施例熱電堆的制作方法的流程示意圖；

圖2是本發明實施例熱電堆的俯視示意圖；