[發明專利]一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202010926717.4
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112067145A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 竇云軒
• 申請（專利權）人: 中微龍圖電子科技無錫有限責任公司
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;G01J5/20;H01L35/10;H01L35/32;H01L35/34
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 王勇

本發明公開了一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器及制備方法，包括由不少于一個熱電偶串聯組成的熱電堆區以及集成在熱電堆區上的熱敏電阻，熱電偶包括支撐層，所述支撐層上設有復合薄膜，復合薄膜包括氮化硅層一和氧化硅層一，在復合薄膜上設有第一熱偶層，所述第一熱偶層上設有氧化硅層二，所述氧化硅層二上設有第二熱偶層，所述第二熱偶層上設有氮化硅層二，所述支撐層下端設有背腔。本發明與現有技術相比的優點在于：把熱敏電阻集成到熱電堆芯片中，通過半導體工藝一并實現出帶有熱敏電阻的熱電堆，大大的減少了封裝面積和成本。

技術領域

本發明涉及紅外熱電堆傳感技術領域，具體是指一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器及制備方法。

背景技術

熱電偶是一種廣泛應用的溫度傳感器，也被用來將熱勢差轉換為電勢差。它的工作原理是基于托馬斯塞貝克于1821年發現的熱電效應或者賽貝客效應：兩種不同金屬材料A和B構成的回路中，如果兩種金屬的結點處溫度T1和T2不同，該回路中就會產生一個溫差電動勢。

熱電堆是將多個熱電偶串聯而成，在相同的溫差時，熱電堆的開路輸出電壓是所有串聯熱電偶的溫差電動勢之和。在相同的電信號檢測條件下，熱電堆能檢測到的最小溫差是單個熱電偶的1/n，從而增強了對溫度的分辨能力。MEMS熱電堆可以實現熱電堆的微縮，能夠應用到便攜設備中，并且由于可以集成大量的熱電偶，因而可以進一步提高溫度的分辨率。

MEMS熱電堆紅外探測器是一種基于賽貝客效應的非制冷紅外探測器，其可以在常溫工作，并對較大范圍內的紅外光響應均勻，由于成本較低，可以大批量生產，因此在安全監視、醫學治療、生命探測等方面有廣泛應用。特別是體溫測量領域，傳統的紅外探測器由微機電系統式熱電堆芯片和熱敏電阻封裝在TO管殼中，上面窗口由紅外濾光片組成，熱敏電阻做為感知外部溫度環境的重要元器件是不可或缺的元器件，但是帶來的是封裝體積上的增加。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服以上技術缺陷，提供一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器及制備方法，把熱敏電阻集成到熱電堆芯片中，通過半導體工藝一并實現出帶有熱敏電阻的熱電堆，大大的減少了封裝面積和成本。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器，包括由不少于一個熱電偶串聯組成的熱電堆區以及集成在熱電堆區上的熱敏電阻，熱電偶包括支撐層，所述支撐層上設有復合薄膜，復合薄膜包括氮化硅層一和氧化硅層一，在復合薄膜上設有第一熱偶層，所述第一熱偶層上設有氧化硅層二，所述氧化硅層二上設有第二熱偶層，所述第二熱偶層上設有氮化硅層二，所述支撐層下端設有背腔。

優選的，所述氧化硅層二上開有通孔，所述第一熱偶層和第二熱偶層通過通孔連接。

優選的，所述第一熱偶層為多晶硅層，所述第二熱偶層為鉑層。

一種集成熱敏電阻的紅外熱電堆傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：在支撐層上通過低溫化學氣相沉積工藝沉積由氮化硅層一和氧化硅層一組成的復合薄膜，厚度為1000nm-2000nm，并在背面刻蝕后，薄膜不破，做到有效的制程；

步驟二：在復合薄膜上低溫化學氣相沉積工藝沉積多晶硅層作為第一熱偶層，厚度為500nm；

步驟三：在第一熱偶層中注入硼或磷離子實現多晶硅的摻雜，并高溫退火；

步驟四：在第一熱偶層上常溫化學氣相沉積一層氧化硅層二作為絕緣層，且厚度為200nm；

步驟五：在氧化硅層二上通過蒸發或濺射一層鉑層作為第二熱偶層，并圖形化，在其他區域將熱敏電阻圖形同時實現，焊盤區域圖形也一并做出來；

步驟六：通過化學氣相沉淀工藝在第二熱偶層上沉淀一層氮化硅層二，并把焊盤區域打開；

步驟七：背面減薄，然后通過深硅刻蝕，把背腔刻蝕出來。