[發明專利]雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法

有效

• 申請號: 202110660953.0
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113394332B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 倪藻;李偉
• 申請（專利權）人: 上海迷思科技有限公司
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;H10N10/17;G01J5/12
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 盧炳瓊

本發明提供一種雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法，通過基底中的第一犧牲層，以及在熱電偶復合層中形成顯露第一犧牲層的刻蝕窗口，從而通過具有較小寬度的刻蝕窗口即可形成具有較大寬度的隔熱空腔，可提高熱電堆的結構布局的靈活性，提高器件空間利用率；進一步的，通過形成位于紅外吸收層下且覆蓋刻蝕窗口的第二犧牲層，可在最后一道步驟中同時釋放紅外吸收層及熱電偶復合層，形成包括第一層懸浮結構及第二層懸浮結構的雙層懸浮紅外熱電堆，從而可有效降低工藝復雜度、提高成品率，有利于實現紅外熱電堆的小型化和高性能。

技術領域

本發明屬于硅微機械傳感技術領域，特別是涉及一種雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法。

背景技術

紅外(IR)傳感陣列已被用于軍事、工業和消費電子市場，包括夜視、自動駕駛、人類行為檢測、非接觸式測溫等。對于紅外熱成像，需要將檢測器組裝到焦平面陣列(FPA)中，以捕獲被檢測物體的形狀和運動。與微測輻射熱計和熱釋電傳感器相比，熱電堆傳感器的特點是功耗低、無閃爍噪聲且與CMOS工藝兼容，因此成本較低，常用于低成本領域，例如空調風向控制和跌倒檢測。然而，熱電堆紅外傳感陣列的設計面臨著尺寸大、響應速度慢和響應度相對較低的挑戰。現有的方案主要針對器件的熱導、紅外吸收率等方面進行優化，以提高熱電堆性能。

在熱導優化方面，傳統的熱電堆探測器通常在介質薄膜上淀積多晶硅/金屬制作熱偶對，然后在介質薄膜下方制作隔熱空腔，形成懸浮的支撐介質層結構，以減小固體熱導。在制作隔熱空腔時，若采用背面釋放的方法，則會引入復雜的雙面光刻等操作步驟，且需要將隔熱空腔貫穿整個硅片，這將極大地增加工藝時間與成本；而采用正面釋放的方式則具有僅進行正面加工且隔熱空腔深度可按需制作的優勢，但是在正面釋放工藝中，較為常用的XeF₂干法釋放目前仍存在一致性較差的問題，而體硅各向異性濕法腐蝕方式又因單晶硅襯底的晶向特征而導致熱堆結構布局受限，進而限制了熱堆探測器性能的提升。

在紅外吸收優化方面，第一種方法是利用高吸收率的多孔黑色材料，例如金黑、炭黑、超材料來增強紅外吸收，但是，該方法在工藝復雜度、CMOS生產兼容性和成本方面仍具劣勢，第二種方法是增大紅外吸收膜的面積，但這對器件陣列化、小型化是不利的。因此，高性能的熱電堆探測器常使用傘形吸收膜結構，然而，帶有傘狀吸收膜結構的熱電堆探測器通常需要多個步驟來釋放結構，這不僅增加了工藝復雜度，并且多步釋放過程中經歷的其他工藝步驟會破壞脆弱的膜、梁結構，降低制造成品率。

因此，提供一種雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法，實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法，用于解決現有技術中在制備高性能、高質量的紅外熱電堆時所遇到的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種雙層懸浮紅外熱電堆的制備方法，包括以下步驟：

提供基底，所述基底包括襯底及第一犧牲層；

于所述基底上形成熱電偶復合層，所述熱電偶復合層包括覆蓋所述基底的支撐介質層，以及位于所述支撐介質層上的熱偶材料層、電絕緣層及金屬互聯層，且所述熱偶材料層位于所述第一犧牲層的上方；

圖形化所述熱電偶復合層，形成顯露所述第一犧牲層的刻蝕窗口；

形成覆蓋所述熱電偶復合層及刻蝕窗口的第二犧牲層；

圖形化所述第二犧牲層，于熱電偶的熱結端形成顯露所述電絕緣層的溝槽；

形成覆蓋所述第二犧牲層及溝槽的圖形化的紅外吸收層；

采用濕法腐蝕，去除所述第二犧牲層形成間隔間隙，釋放所述紅外吸收層，形成第二層懸浮結構，且自所述刻蝕窗口去除所述第一犧牲層形成隔熱空腔，釋放所述熱電偶復合層形成第一層懸浮結構。

可選地，所述第一犧牲層包括氧化硅層或金屬層，厚度范圍為0.5μm～5μm。