CN102128685A - 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 - Google Patents
一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102128685A CN102128685A CN 201010553512 CN201010553512A CN102128685A CN 102128685 A CN102128685 A CN 102128685A CN 201010553512 CN201010553512 CN 201010553512 CN 201010553512 A CN201010553512 A CN 201010553512A CN 102128685 A CN102128685 A CN 102128685A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microbridge
- silicon
- silicon substrate
- film
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 title abstract 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title abstract 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title abstract 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 38
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 19
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 13
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 10
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 8
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 claims description 8
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 claims description 3
- -1 dark fund Substances 0.000 claims description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 abstract description 2
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 39
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 7
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910002909 Bi-Te Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016331 Bi—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/023—Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
- G01J5/14—Electrical features thereof
- G01J5/16—Arrangements with respect to the cold junction; Compensating influence of ambient temperature or other variables
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明涉及一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：它采用桥式结构，包括硅衬底和设置在硅衬底上的微桥，热电堆热端位于微桥中心区域，冷端位于硅衬底热沉之上，微桥中心区域的传感器光敏区悬浮设置在硅衬底被刻蚀后形成的空腔之上，微桥包括由内向外依次设置的由氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制成的支撑层、掺杂多晶硅和Al薄膜制成的Al-Si热电偶和氮化硅制成的钝化层，所述微桥的传感器光敏区的外表面设有红外线吸收层，所述掺杂多晶硅和Al薄膜之间设有隔离介质层，所述微桥上设有刻蚀孔。本发明有益效果是：该传感器可以在任何CMOS集成电路代工厂加工制作，无需针对器件开发专用材料和制造方法，方法通用性好，便于大规模批量生产，器件成本低。此外，传感器释放采用正面光刻和干法等离子体腐蚀技术，方法稳定性好，可控性优良，器件成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器。
背景技术
红外线是一种人眼不可见光线，位于可见光波段之外，它包含了物体的温度信息。通过测量物体的红外辐射，可以测量物体表面温度。热电偶（热电堆）红外线温度传感器是一种常见的红外测温传感器，它是基于赛贝克效应（Seebeck effect）原理工作的。塞贝克效应是指两种不同材料组成的热偶，如果闭合回路之间的两个节点之间存在温度差，就会在两个节点之间产生电动势。早期的热电堆红外温度传感器是将热偶材料沉积在塑料或者氧化铝衬底之上获得的。随着MEMS技术的发展，各种MEMS红外线温度传感器开始崭露头角。现有热电堆红外测温传感器市场产品的热偶材料一般采用赛贝克系数较高的Bi-Sb、Bi-Ag或者Bi-Te材料，这类材料虽然具有较高的赛贝克系数，但其制作方法与标准CMOS方法不兼容，难以与处理电路单片集成。其次，现有热电堆测温传感器市场产品多采用背向腐蚀技术，需要双面对准光刻，对设备要求高，方法复杂。最关键的是，背面腐蚀完毕后，由于部分硅衬底被刻穿造成应力集中，硅衬底很容易从刻穿处破损，器件成品率通常不高。
为解决该问题，国内外诸多研究机构也在寻找可行的解决方案。中国发明专利（申请号：00116388.4）提出了一种解决方法，该方法核心为采用正面光刻和湿法腐蚀技术，制造出悬臂结构。热电堆制作在悬臂结构之上，热偶材料选用绝缘体上掺杂单晶硅（SOI）和铝薄膜。相对于现有产品，该方法可有效解决工艺兼容和背面腐蚀成品率不高难题。但仍然存在不足：首先，该专利热偶材料选用掺杂单晶硅和Al薄膜，与多晶硅相比，单晶硅虽然具有高的赛贝克系数，但SOI衬底成本较高，不利于器件进一步降低成本。其次，该发明利用湿法腐蚀（TMAH或者KOH）腐蚀硅衬底，湿法腐蚀衬底防护难度较大，腐蚀可控性也很难得到保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器。该微机械热电堆红外温传感器全部采用CMOS工艺材料制作，制造方法与CMOS方法完全兼容，可以在通用集成电路代工厂加工制作。其次，本发明微桥结构释放采用等离子体干法刻蚀技术，利用等离子刻蚀的各向同性特性进行硅衬底刻蚀，具有高度可控性好，器件成品率高等诸多优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，它采用桥式结构，包括硅衬底和设置在硅衬底上的微桥，微桥中心区域的传感器光敏区悬浮设置在硅衬底被刻蚀后的空腔之上，热电堆热端位于微桥中心区域，冷端位于硅衬底热沉之上，微桥包括由内向外依次设置的由氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制成的支撑层、掺杂多晶硅和Al薄膜制成的Al-Si热电偶和氮化硅制成的钝化层，微桥的传感器光敏区外表面设有红外线吸收层，掺杂多晶硅和Al薄膜之间设有隔离介质层，微桥上设有刻蚀孔。
进一步的，掺杂多晶硅为P型或N型。
进一步的，隔离介质层采用掺杂氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。
进一步的，红外线吸收层采用氮化硅薄膜、黑金、聚酰亚胺或者聚对二甲苯(Parylene)制成。
进一步的，红外线吸收层厚度为0.05～0.5微米，红外线吸收层对红外线辐射的吸收效率为90%以上。
进一步的，一种制作微机械CMOS热电堆红外测温传感器的方法，它包括以下步骤：
步骤1，在硅衬底之上制作微桥；
步骤2，利用微机械加工方法在微桥的传感器光敏区外表面制作一层红外线吸收层；
步骤3，利用旋涂方法在微桥表面旋涂保护层并图形化；
步骤4，利用电感耦合等离子体刻蚀机，采用等离子体干法刻蚀技术在硅衬底上制作空腔；
步骤5，利用氧等离子体去除保护层。
进一步的，步骤1包括以下子步骤：
（1）硅衬底处理；
（2）支撑层制备，支撑层采用氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制备；
（3）多晶硅制作与掺杂；
（4）隔离介质层淀积，隔离介质层采用氧化硅薄膜，互联孔刻蚀；
（5）Al薄膜淀积和图形化；
（6）钝化保护层淀积；
（7）刻蚀孔制作。
进一步的，保护层为聚酰亚胺薄膜保护层，聚酰亚胺薄膜保护层的厚度为5～30微米，旋涂之后将保护层进行热处理亚胺化和图形化。
进一步的，保护层采用光敏聚酰亚胺薄膜，直接利用光刻定义图形保护层形状。
本发明的有益效果是：
（1）测温传感器采用CMOS工艺中的掺杂多晶硅-Al作为器件热偶材料，敏感材料与大规模集成电路方法完全兼容，传感器部分方法可以在通用大规模集成电路代工厂加工制作；
（2）由于加工方法与集成电路方法兼容，该传感器可以与处理电路单片集成，制作智能型红外测温传感器；
（3）在传感器光敏区制作了一层黑金红外线吸收层，可提高器件红外利用效率；
（4）传感器释放采用正面干法等离子体腐蚀技术，与正面湿法腐蚀相比，器件防护简单，方法可控性优良，与背面腐蚀方法相比，硅晶圆不易破损，器件成品率较高。
附图说明
图1为本发明俯视图；
图2为本发明剖视图；
图3为在硅衬底上旋涂保护层后的示意图；
图4为硅衬底被刻蚀一端时间的截面示意图；
图5为硅衬底被刻蚀时间较长后的截面示意图；
图6为硅衬底的空腔被刻蚀完成后的示意图；
图7为本发明传感器制作方法步骤1完成后的示意图；
图8为本发明传感器制作方法步骤2完成后的示意图；
图9为本发明传感器制作方法步骤3完成后的示意图；
图10为本发明传感器制作方法步骤4完成后的示意图；
图11为本发明传感器制作完成后的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、硅衬底，2、空腔，3、氧化硅薄膜，4、氮化硅薄膜，5、掺杂多晶硅，6、隔离介质层，7、Al薄膜，8、钝化层，9、红外线吸收层，10、刻蚀孔，11、保护层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，为减小传感器敏感区与硅衬底1热沉间的热导，它采用桥式结构，包括硅衬底1和设置在硅衬底1上的微桥，微桥的传感器光敏区悬浮设置在硅衬底被刻蚀后的空腔2之上，热电堆热端位于微桥中心区域，冷端位于硅衬底1热沉之上，微桥包括由内向外依次设置的由氧化硅薄膜3和氮化硅薄膜4制成的支撑层、掺杂多晶硅5和Al薄膜7制成的Al-Si热电偶和氮化硅制成的钝化层8，微桥的传感器光敏区外表面设有红外线吸收层9，掺杂多晶硅5和Al薄膜7之间设有隔离介质层6，微桥上设有刻蚀孔10，该刻蚀孔10用以在传感器释放方法中刻蚀硅衬底形成空腔2。
掺杂多晶硅5为P型或N型。
隔离介质层6采用掺杂氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。
红外线吸收层9采用氮化硅薄膜制成，通常采用蒸镀方式实现。
本发明中各个组成部分的作用为：
硅衬底1用于支撑传感器敏感微桥结构，同时作为冷端热沉；
硅衬底1刻蚀形成的空腔2用于提供传感器光敏区与硅衬底1热沉间的热绝缘，提高传感器探测灵敏度；
传感器微桥悬浮支撑在硅衬底1空腔2之上，空腔2中空气用作热绝缘层，防止传感器吸收的红外辐射热量经衬底快速散失；
由于Al-Si热电偶的强度有限，Al-Si热电偶的下层氮化硅薄膜4、氧化硅薄膜3用做支撑层，支撑微桥结构悬浮；Al-Si热电偶的上层氮化硅用作钝化层8，防止Al材料在封装气氛中长期腐蚀失效；
在钝化层8之上，还利用剥离方法制作了一层黑金红外线吸收层9，提高传感器的红外吸收效率。当入射的红外辐射被红外线吸收层9吸收后，微桥和热电堆热端温度升高，与热电堆冷端产生温度差，输出电信号。入射的红外辐射能量越大，冷热端温差越大，输出的电信号越大。
在本发明中，硅衬底1的空腔2刻蚀是一项关键方法。空腔2刻蚀采用等离子体干法刻蚀技术，传感器正面防护采用聚酰亚胺薄膜制作的保护层11。刻蚀设备可选用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP）。在微加工方法中，ICP通常用于刻蚀垂直硅侧壁，最常用的是博世公司开发的Bosch方法，利用聚合物交替刻蚀技术保护侧壁不受刻蚀，形成垂直侧壁结构。本发明所使用的方法为改进的Bosch方法，通过调整方法参数，使得侧壁聚合物来不及形成就被刻蚀，从侧向腐蚀硅衬底。通过调整刻蚀方法参数，可以使得刻蚀速率纵横比率达到2：1～3：1，这样，当纵向刻蚀深度达到300微米时，横向刻蚀可以达到100微米，完全释放微桥结构。
图3至图6为本发明的一项关键工艺—体硅牺牲层工艺的简要示意图。
在本发明中，硅空腔刻蚀采用体硅牺牲层工艺。所谓体硅牺牲层工艺，是指利用干法或者湿法刻蚀，去除硅衬底部分材料，释放微结构。在本发明中选用干法等离子体刻蚀技术。在体硅刻蚀过程中，首先需要在芯片表面制备一层保护层材料，如图3所示，在硅晶圆上旋涂保护层11并图形化，保护层11采用聚酰亚胺薄膜；图4为利用等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底一段时间后的截面示意图，硅衬底侧向被部分刻蚀，但左右空腔并没有连通；图5为刻蚀时间较长后的硅晶圆截面示意图，此时侧向腐蚀已经比较严重，左右空腔基本连通；图6为最终的刻蚀效果示意图，图中左右空腔已经连通，形成了空腔2。假定等离子体刻蚀工艺刻蚀速率纵横比为2：1，当纵向刻蚀深度为200微米时，横向刻蚀深度将达到100微米。ICP刻蚀硅材料可达每分钟十几微米至几十微米，因此采用本工艺，传感器可以在十多分钟后得到释放，且不存在湿法刻蚀的玷污和工艺难以精确控制的难题。
图7至图11为本发明微机械CMOS热电堆红外测温传感器的加工方法流程图，具体描述如下：
步骤1：制作微桥和硅衬底，可采用同CMOS工艺相同的方法制作：
（1）硅衬底1选用CMOS电路工艺中常用的硅材料制作，并对硅衬底1进行清洗等处理；
（2）支撑层制备，支撑层采用氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制备，
（3）多晶硅制作与掺杂，
（4）隔离介质层淀积，隔离介质层采用氧化硅薄膜，互联孔刻蚀，
（5）Al薄膜淀积和图形化，
（6）钝化保护层淀积，
（7）刻蚀孔制作。
本加工步骤中的所涉及的材料和方法均采用集成电路代工厂通用技术，可以在任何IC代工厂加工制作，此步骤加工完成后的示意图如图7所示。
步骤2：红外吸收层9制作，当步骤1完成后，加工的产品从集成电路代工厂取出，清洗后利用剥离方法（Lift-off）方法在芯片表面制作一层黑金红外线吸收层9，红外线吸收层9厚度为0.05～0.5微米，黑金红外线吸收层9对红外辐射的吸收效率可高达90%以上，如图8所示，镀膜工艺温度控制很低，不会对经CMOS工艺形成的结构造成任何损伤。
步骤3：旋涂聚酰亚胺薄膜保护层11，并图形化，利用旋涂方法在芯片表面旋涂一层聚酰亚胺薄膜保护层11，薄膜厚度为5～30微米，之后进行热处理亚胺化（温度控制在350左右）和图形化，如图9所示，保护层11制作完毕后，芯片表面绝大部分区域被保护，保护层11也可以直接采用光敏聚酰亚胺薄膜，直接利用光刻定义图形保护层形状。
步骤4：利用ICP制作空腔2，释放传感器光敏区域。利用ICP工艺刻蚀硅衬底1，挖空微桥下硅材料，微桥结构悬浮，通过调整方法参数，使得侧壁聚合物来不及形成就被刻蚀，且从侧向腐蚀硅衬底；调整方法参数，使得刻蚀速率纵横比率达到2:1～3:1，这样，当纵向刻蚀深度达到300微米时，横向刻蚀可以达到100微米，完全释放微桥结构。如图10所示，完毕后，微桥结构悬浮支撑在硅衬底1热沉之上，在微桥与硅衬底1之间充满了空气，可显著降低传感器光敏区与硅衬底热沉1间的热导，
步骤5：利用氧等离子体去除聚酰亚胺薄膜保护层11，完成芯片制作方法，如图11所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：它采用桥式结构，包括硅衬底和设置在硅衬底上的微桥，热电堆热端位于微桥中心区域，冷端位于硅衬底热沉之上，微桥中心区域的传感器光敏区悬浮设置在硅衬底被刻蚀后形成的空腔之上，微桥包括由内向外依次设置的由氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制成的支撑层、掺杂多晶硅和Al薄膜制成的Al-Si热电偶和氮化硅制成的钝化层，所述微桥的传感器光敏区的外表面设有红外线吸收层，所述掺杂多晶硅和Al薄膜之间设有隔离介质层，所述微桥上设有刻蚀孔。
2.根据权利要求1所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：所述掺杂多晶硅为P型或N型。
3.根据权利要求1所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：所述隔离介质层采用掺杂氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：所述红外线吸收层采用氮化硅薄膜、黑金、聚酰亚胺或聚对二甲苯制成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器，其特征在于：所述红外线吸收层厚度为0.05～0.5微米，红外线吸收层对红外线辐射的吸收效率为90%以上。
6.一种制作微机械CMOS热电堆红外测温传感器的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1，在硅衬底之上制作微桥；
步骤2，利用微机械加工方法在微桥传感器光敏区的外表面制作一层红外线吸收层；
步骤3，利用旋涂方法在微桥表面旋涂保护层并图形化；
步骤4，利用电感耦合等离子体刻蚀机，采用等离子体干法刻蚀技术在硅衬底上制作空腔；
步骤5，利用氧等离子体去除保护层。
7.根据权利要求6所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器的制作方法，其特征在于：所述步骤1包括以下子步骤：
（1）硅衬底处理；
（2）支撑层制备，支撑层采用氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制备；
（3）多晶硅制作与掺杂；
（4）隔离介质层淀积，隔离介质层采用氧化硅薄膜，互联孔刻蚀；
（5）Al薄膜淀积和图形化；
（6）钝化层淀积；
（7）刻蚀孔制作。
8.根据权利要求6或7所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器的制作方法，其特征在于：所述保护层为聚酰亚胺薄膜保护层，聚酰亚胺薄膜保护层的厚度为5～30微米，旋涂之后将保护层进行热处理亚胺化和图形化。
9.根据权利要求6或7所述的一种微机械CMOS热电堆红外测温传感器的制作方法，其特征在于：所述保护层采用光敏聚酰亚胺薄膜，直接利用光刻定义图形保护层形状。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010553512 CN102128685A (zh) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 |
| PCT/CN2011/071495 WO2012068798A1 (zh) | 2010-11-22 | 2011-03-03 | 微机械cmos热电堆红外传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010553512 CN102128685A (zh) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102128685A true CN102128685A (zh) | 2011-07-20 |
Family
ID=44266858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010553512 Pending CN102128685A (zh) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102128685A (zh) |
| WO (1) | WO2012068798A1 (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103342333A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-09 | 江苏物联网研究发展中心 | 基于cmos dptm工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法 |
| CN104003346A (zh) * | 2013-02-25 | 2014-08-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种薄膜结构、压力传感器及电子装置 |
| CN104030234A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-10 | 江苏艾伦摩尔微电子科技有限公司 | 基于薄膜体声波谐振器的mems红外传感器制备方法 |
| CN106006538A (zh) * | 2015-03-27 | 2016-10-12 | 马克西姆综合产品公司 | 使用集成阻光层和透镜的热电堆温度感测器的视场窄化 |
| CN110567593A (zh) * | 2018-06-05 | 2019-12-13 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 基于单面工艺的非接触式红外温度传感器的制作方法 |
| CN110687068A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种红外探测器及红外气体传感器 |
| CN110862063A (zh) * | 2018-08-28 | 2020-03-06 | 无锡华润上华科技有限公司 | 温度传感器制备方法及温度传感器 |
| CN111540824A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-14 | 中国科学院微电子研究所 | 热电堆及其制作方法 |
| CN112050949A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种传感器及其制作方法和测试方法、测试装置 |
| CN113023664A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-25 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 一种光电探测芯片以及制备方法 |
| CN113588098A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-02 | 济南博观智能科技有限公司 | 一种红外热电堆阵列自身温度漂移补偿方法及相关组件 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103207021B (zh) * | 2013-03-01 | 2015-02-11 | 江苏物联网研究发展中心 | 高性能mems热电堆红外探测器结构及其制备方法 |
| FR3024401B1 (fr) | 2014-07-29 | 2018-01-12 | Valeo Systemes Thermiques | Dispositif de climatisation et/ou de chauffage avec capteur infrarouge de temperature a microsysteme et vehicule equipe d'un tel dispositif de climatisation et/ou de chauffage |
| CN106374019B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-10-09 | 中国科学院微电子研究所 | 集成纳米结构的mems红外光源及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07318417A (ja) * | 1994-05-26 | 1995-12-08 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子の製造方法 |
| JP2003282961A (ja) * | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Ihi Aerospace Co Ltd | 熱電対 |
| US7180064B2 (en) * | 2003-07-24 | 2007-02-20 | Delphi Technologies, Inc. | Infrared sensor package |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100440561C (zh) * | 2006-11-17 | 2008-12-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 微机械热电堆红外探测器及其制作方法 |
| DE102008041131B4 (de) * | 2008-08-08 | 2020-07-30 | Robert Bosch Gmbh | Thermopile-Sensor zur Detektion von Infrarot-Strahlung |
| CN101402445A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-04-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 自对准制作微结构的方法及其制作的红外热电堆探测器 |
| CN101476941A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-07-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 集成微机械热电堆红外探测系统及其制作方法 |
| CN101881668A (zh) * | 2009-05-08 | 2010-11-10 | 世纪晶源科技有限公司 | 一种电桥结构的红外温度传感器 |
| CN101570311A (zh) * | 2009-06-12 | 2009-11-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种高占空比绝热微桥结构及其实现方法 |
-
2010
- 2010-11-22 CN CN 201010553512 patent/CN102128685A/zh active Pending
-
2011
- 2011-03-03 WO PCT/CN2011/071495 patent/WO2012068798A1/zh active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07318417A (ja) * | 1994-05-26 | 1995-12-08 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子の製造方法 |
| JP2003282961A (ja) * | 2002-03-25 | 2003-10-03 | Ihi Aerospace Co Ltd | 熱電対 |
| US7180064B2 (en) * | 2003-07-24 | 2007-02-20 | Delphi Technologies, Inc. | Infrared sensor package |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104003346A (zh) * | 2013-02-25 | 2014-08-27 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种薄膜结构、压力传感器及电子装置 |
| CN104003346B (zh) * | 2013-02-25 | 2019-05-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种薄膜结构、压力传感器及电子装置 |
| CN103342333A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-09 | 江苏物联网研究发展中心 | 基于cmos dptm工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法 |
| CN103342333B (zh) * | 2013-07-09 | 2015-12-09 | 江苏物联网研究发展中心 | 基于cmos dptm工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法 |
| CN104030234B (zh) * | 2014-06-04 | 2016-01-13 | 江苏艾伦摩尔微电子科技有限公司 | 基于薄膜体声波谐振器的mems红外传感器制备方法 |
| CN104030234A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-10 | 江苏艾伦摩尔微电子科技有限公司 | 基于薄膜体声波谐振器的mems红外传感器制备方法 |
| CN106006538A (zh) * | 2015-03-27 | 2016-10-12 | 马克西姆综合产品公司 | 使用集成阻光层和透镜的热电堆温度感测器的视场窄化 |
| US9917242B2 (en) | 2015-03-27 | 2018-03-13 | Maxim Integrated Products, Inc. | Thermopile temperature sensor field of view narrowing using integrated light blocking layer and lens |
| CN106006538B (zh) * | 2015-03-27 | 2019-01-22 | 马克西姆综合产品公司 | 使用集成阻光层和透镜的热电堆温度感测器的视场窄化 |
| CN110567593A (zh) * | 2018-06-05 | 2019-12-13 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 基于单面工艺的非接触式红外温度传感器的制作方法 |
| CN110862063A (zh) * | 2018-08-28 | 2020-03-06 | 无锡华润上华科技有限公司 | 温度传感器制备方法及温度传感器 |
| CN110687068A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种红外探测器及红外气体传感器 |
| CN110687068B (zh) * | 2019-09-17 | 2022-03-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种红外探测器及红外气体传感器 |
| CN111540824A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-14 | 中国科学院微电子研究所 | 热电堆及其制作方法 |
| CN111540824B (zh) * | 2020-05-09 | 2023-04-18 | 中国科学院微电子研究所 | 热电堆及其制作方法 |
| CN112050949A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种传感器及其制作方法和测试方法、测试装置 |
| CN113023664A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-25 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 一种光电探测芯片以及制备方法 |
| CN113023664B (zh) * | 2021-03-01 | 2023-08-29 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 一种光电探测芯片以及制备方法 |
| CN113588098A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-02 | 济南博观智能科技有限公司 | 一种红外热电堆阵列自身温度漂移补偿方法及相关组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012068798A1 (zh) | 2012-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102128685A (zh) | 一种微机械cmos热电堆红外测温传感器 | |
| US20030118076A1 (en) | Sensor for a contact-free temperature measurement | |
| CN100440561C (zh) | 微机械热电堆红外探测器及其制作方法 | |
| KR0133481B1 (ko) | 평면마이크로 가공기술을 이용한 적외선어레이센서 제조방법 | |
| US20050224714A1 (en) | Ultra low-cost uncooled infrared detector arrays in CMOS | |
| CN106276773B (zh) | 悬浮结构的mems红外光源及其制备方法 | |
| JP2005502480A (ja) | 掛架した多孔質シリコンの微小構造の製造方法、及びガスセンサへの適用 | |
| CN105021179A (zh) | 基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺及制造方法 | |
| Li et al. | A front-side microfabricated tiny-size thermopile infrared detector with high sensitivity and fast response | |
| CN102749473A (zh) | 一种二维热膜风速风向传感器及其制备方法 | |
| CN104155472A (zh) | 一种热膜风速风向传感器及其制备方法 | |
| CN103274350A (zh) | 一种基于Parylene填充的隔热结构及其制备方法 | |
| CN102122935B (zh) | 一种具有亚微米间隙微机械谐振器及制作方法 | |
| CN101402445A (zh) | 自对准制作微结构的方法及其制作的红外热电堆探测器 | |
| CN110577188A (zh) | 一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法 | |
| CN204008693U (zh) | 一种热膜风速风向传感器 | |
| CN202066597U (zh) | 一种微型桥式红外测温传感器 | |
| CN101881664A (zh) | 一种空气绝热薄膜式红外传感器 | |
| CN103145094B (zh) | 形成mems热电堆探测器空腔结构的体硅微加工方法 | |
| CN104048764B (zh) | 背面照射型的红外传感器 | |
| CN104913852A (zh) | 一种基于键合技术的光学读出红外探测器阵列的制作方法 | |
| CN106698331B (zh) | 一种包含梁膜结构的单晶硅红外热堆结构及其制作方法 | |
| CN112551479A (zh) | 高性能mems红外传感器及其制备方法 | |
| Xue et al. | A Front-Side Micro-Fabricated Tiny-Size Thermoresistive Gas Flow Sensor with Low Cost, High Sensitivity, and Quick Response | |
| Tang et al. | Technology for fabricating dense 3-D microstructure arrays for biomimetic hair-like sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110720 |