CN111426399B - 一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺,其特征在于具体步骤如下:步骤一、基体上下两面生长氮化硅;步骤二、生长多晶硅,硼注入,退火;步骤三、光刻第一版,形成四排多晶硅条组,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条;步骤四、溅射金属,光刻第二版,湿法刻蚀金属;步骤五、钝化处理,光刻第三版;步骤六、溅射钛金,剥离,冷端上形成反射层;步骤七、湿法腐蚀,腐蚀出窗口。本发明得到了较为稳定的介质膜支撑方案,显著提高了成品率,并且通过该工艺得到的热电堆红外探测器,其性能相对于传统的热电堆探测器得到了较为明显的提高。
Description
技术领域
本发明属于探测器技术领域,涉及到热电堆红外探测器的工艺设计,通过半导体材料的塞贝克效应,将检测到的红外辐射的强度转变为电学信号加以应用。
背景技术
红外探测器可探测红外区域的电磁波,波长范围为0.75~1000微米,有着广泛的民用和军用价值。红外热电堆探测器是利用塞贝克效应将红外辐射信号转换为电信号输出,与一般的红外探测器相比,微机械红外热堆探测器的优点在于体积小、重量轻,可以工作在室温;具有高的灵敏度和非常宽的频谱响应;与标准IC工艺兼容,成本低廉,且适合批量生产。这使得它在非接触式测温、功率计、红外报警、频谱仪、自动开关、医用气体分析仪等方面得到了广泛的应用。
参见图1,热电堆红外探测器是根据塞贝克效应设计而成的,通过塞贝克系数相差较大的材料组成热电偶对,一端为热端,其塞贝克系数为αA,负责接收红外辐射能力,一端为冷端,其塞贝克系数为αB,用于制造温度差,产生电压,为了增加输出电压,通常采用多个热电偶对串联而成。
因此,产生的电势差与温度的关系为:
Vout=(αA-αB)ΔT
热电堆红外探测器通常由三部分组成:热电偶、介质支撑层、散热衬底。通常热电堆红外探测器有三种结构:
1、封闭膜结构;
2、悬臂梁结构;
3、悬浮结构。
从性能上比较,封闭膜结构的热电堆红外探测器具有最小的热阻,而且它的响应时间与其它两种结构相比也最短;悬浮结构的热电堆红外探测器热阻最高,响应时间最长;悬梁结构性能介于这两种结构之间。从工艺的角度来看,封闭膜结构的探测器制备最容易,悬臂梁结构探测器的制备工艺最为复杂。
目前市场上的封闭膜结构的热电堆红外探测器,虽然结构简单,但良率较低,而采用悬臂梁结构的探测器,工艺成本和设计难度会增加许多,在封闭膜结构的热电堆红外探测器上通过改进工艺,在不增加工艺成本的前提下,得到较高性能是目前设计的一个主要方向。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题,提供一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺,最终产品采用的是封闭膜结构,封闭膜结构相对较简单,通过优化工艺过程,提高生产良率。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺,其特征在于具体步骤如下:
步骤一、基体上下两面生长氮化硅;
在基体的上表面和下表面分别形成上层氮化硅和下层氮化硅;
步骤二、生长多晶硅,硼注入,退火;
在上层氮化硅表面生长多晶硅,在多晶硅上进行硼元素的掺杂,然后退火;
步骤三、光刻第一版,形成四排多晶硅条组,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条;
步骤四、溅射金属,光刻第二版,湿法刻蚀金属;
湿法刻蚀金属后形成多根金属条,多根金属条将所有的多晶硅条串联,并且在整个芯片的一角形成金属条的输入端和输出端;
步骤五、钝化处理,光刻第三版;
在上一步骤的半成品上表面生长热阻层;
步骤六、溅射钛金,剥离,冷端上形成反射层;
磁控溅射钛金然后剥离,在冷端形成反射层;
步骤七、湿法腐蚀,腐蚀出窗口;
在芯片背面腐蚀形成窗口。
作为一种优选,步骤一的具体步骤:
生长氮化硅前先进行基体清洗;
清洗基体时,在清洗间用三号液与一号液清洗,然后再用稀释氢氟酸漂洗基体,去除表面杂物;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1,所述一号液按体积比的配比NH3·H2O∶H2O2∶H2O=1∶1∶4,所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O=1∶20;
在基体上下两面生长氮化硅时通过LPCVD生长氮化硅形成上层氮化硅和下层氮化硅,上层氮化硅和下层氮化硅的厚度均为5000埃。
作为一种优选,步骤二的具体步骤:
通过LPCVD在上层氮化硅表面生长多晶硅,多晶硅厚度为1.5微米,在多晶硅上进行硼元素的掺杂,得到P型多晶体薄膜,注入剂量为1.5E16,注入能量为50KeV;
然后用三号液和一号液清洗硅片;
然后高温炉退火,修复晶格缺陷,激活杂质,退火温度为1000℃,退火时间为20分钟。
作为一种优选,步骤三的具体步骤:
光刻第一版前先涂覆增粘剂,使得光刻胶更好的附着在多晶硅上,在180℃下进行烘片1小时;去除吸附在表面的湿气,充分干燥并保持洁净;
然后光刻第一版,旋转涂覆光刻胶;
在95℃下,热板前烘1分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为10;
显影60秒;
在氧气环境下扫底膜8分钟;
采用RIE刻蚀多晶硅,厚度为1.5微米,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条,多晶硅条的长度为900微米,宽度为35微米。
作为一种优选,步骤四的具体步骤:
溅射金属之前先去胶清洗,先依次采用三号液、三号液以及一号液进行三次清洗,然后采用稀释氢氟酸进行漂洗,去除自然氧化层;
然后通过磁控溅射,在上一步骤的半成品上表面生成5000埃的金属层,溅射的金属为金属铝;
然后光刻第二版,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后在50℃下,湿法刻蚀金属层2分钟,得到长度为900微米,宽度为35微米的金属条;
然后依次采用正胶去膜剂清洗;丙酮、乙醇清洗;去离子水清洗;
然后在400℃下加热40分钟,金属条和多晶硅条形成欧姆接触。
作为一种优选,步骤五的具体步骤:
先通过PECVD进行钝化处理,在上一步骤的半成品上表面生长2000埃的热阻层,热阻层为氧化硅层;
然后光刻第三版,在和步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后采用RIE刻蚀热阻层,露出中心红外辐射区和外围的焊盘;红外辐射区边长为800微米。
作为一种优选,步骤六的具体步骤:
磁控溅射钛金然后剥离,厚度为1000埃,在冷端形成反射层。
作为一种优选,步骤七的具体步骤:
窗口的下边缘宽度为2600微米;窗口的上边缘宽度略大于红外辐射区的横向尺寸;
首先将热板温度设置为160度,然后将5寸玻璃板,放置于玻璃板上方,在玻璃板上涂抹CRY封蜡,
然后将整片硅片正面向下,放到玻璃板上,使得硅片正面充分与CRY封蜡接触,并且要赶出硅片与封蜡之间的气泡;
硅片位置确定好之后,在硅片周边涂抹大量的APIE封蜡;
将硅片放入到温度为70度,浓度为33.3%的KOH溶液中,进行湿法腐蚀,在此过程中,将硅片捞出数次,进行补蜡;
腐蚀完毕之后,先用三氯乙烷去除硅片周边的APIE封蜡,然后将玻璃板放到热板上,160度时取下硅片,放置于丙酮乙醇中浸泡;
将芯片取出,完成制备。
作为一种优选,在步骤五和步骤六之间还可以有以下步骤:
光刻第四版;
先依次通过,丙酮超声,乙醇超声,去离子水清洗,去除光刻胶;
陪片前烘180℃一小时;
光刻第四版;
在85℃下,热板前烘3.5分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为3;
显影5分钟。
作为一种优选,在步骤六和步骤七之间还可以有以下步骤:
光刻第五版;
先超声剥离光刻胶;
光刻第五版,在步骤三相同条件下进行曝光显影。
本发明的有益效果:
本发明通过一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺优化工艺,得到了较为稳定的介质膜支撑方案,以及采用封蜡方案在背腔腐蚀时保护硅衬底等一系列工艺优化方案,显著提高了成品率,并且通过该工艺得到的热电堆红外探测器,其性能相对于传统的热电堆探测器得到了较为明显的提高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
图1为塞贝克效应原理图。
图2为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的示意图。
图3为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤一的半成品的剖视图。
图4为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤一的半成品的俯视图。
图5为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤二的半成品的剖视图。
图6为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤二的半成品的俯视图。
图7为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤三的半成品的剖视图(多晶硅条处的剖视图)。
图8为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤三的半成品的俯视图。
图9为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤四的半成品的剖视图(金属条处的剖视图)。
图10为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤四的半成品的俯视图。
图11为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤五的半成品的剖视图(金属条处的剖视图)。
图12为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤五的半成品的俯视图(虚线部分实际看不到)。
图13为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤六的半成品的剖视图(金属条处的剖视图)。
图14为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤六的半成品的俯视图(虚线部分实际看不到)。
图15为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤七的半成品的剖视图(金属条处的剖视图)。
图16为本发明一种基于热电堆的无线温度传感器的生产步骤七的半成品的俯视图(虚线部分实际看不到)。
其中:
基体1、上层氮化硅2、下层氮化硅3、多晶硅条4、金属条5、热阻层6、反射条7、窗口8、红外辐射区9、多晶体薄膜40。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图2,一种基于热电堆的无线温度传感器,包括基体1,基体1为矩形的P型硅衬底,所述基体1的上下表面生长氮化硅分别形成上层氮化硅2和下层氮化硅3,所述上层氮化硅2的表面生长多晶硅然后进行硼注入和蚀刻后形成四排多晶硅条组,多晶硅条组形成P型电极,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的四根到五十根多晶硅条4,所述上层氮化硅2的表面溅射金属然后蚀刻后形成多根金属条5,金属条5形成金属电极,金属条5优选为铝材质,多根金属条5将所有的多晶硅条4串联,并且在整个芯片的一角形成金属条5的输入端和输出端,在上层氮化硅2的表面设置有热阻层6,热阻层6为矩形结构,矩形结构的四边将所有的多晶硅条4以及金属条5遮盖,热阻层6的中心为矩形的空腔结构,在该空腔处露出矩形的上层氮化硅2,该处的上层氮化硅2形成基于热电堆的无线温度传感器的红外辐射区9,每根多晶硅条4分别与其接近的红外辐射区9的边缘垂直,因此多晶硅条4靠近红外辐射区9的一端为热端,多晶硅条4远离红外辐射区9的一端为冷端,所述热阻层6的表面设置有反射层,所述反射层包括四根反射条7,所述反射条7是在热阻层6上溅射钛金而形成,四根反射条7位于四排多晶硅条组的多晶硅条4的冷端的正上方,所述基体1和下层氮化硅3的中段进行蚀刻形成纵向贯通布置的窗口8,窗口8的截面呈等腰梯形,窗口8位于红外辐射区9的下方。
作为一种优选,所述基体1的材料是晶向为<100>的P型硅衬底,基体1的尺寸为3×3毫米,基体1的厚度约为300至400微米,掺杂浓度为1014/cm3至1016/cm3,所述P型电极的材料为P型多晶硅半导体,多晶硅条4的厚度为0.5微米至2微米之间,典型值是1.5微米,金属条5的厚度为0.1微米至1微米之间,典型值为0.5微米,所述热阻层6为厚度0.1微米至0.5微米的氧化硅层,典型值是0.2微米,用于隔绝环境温度对冷端的影响。
一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺如下:
步骤一、基体上下两面生长氮化硅;
生长氮化硅前先进行基体清洗;
清洗基体时,在清洗间用三号液与一号液清洗,然后再用稀释氢氟酸漂洗基体,去除表面杂物;所述三号液按体积比的配比为H2SO4∶H2O2=4∶1,所述一号液按体积比的配比NH3·H2O∶H2O2∶H2O=1∶1∶4,所述稀释氢氟酸按体积比的配比为HF∶H2O=1∶20;
在基体上下两面生长氮化硅时通过LPCVD(低压力化学气相沉积法)生长氮化硅形成上层氮化硅和下层氮化硅,上层氮化硅和下层氮化硅的厚度均为5000埃,上层氮化硅为红外辐射区提供介质膜支撑,且上层氮化硅的介质膜形成封闭膜;
步骤一形成的半成品参见图3-图4;
步骤二、生长多晶硅,硼注入,退火;
继续通过LPCVD在上层氮化硅表面生长多晶硅,多晶硅厚度为1.5微米,同时在多晶硅上进行硼元素的掺杂,得到P型多晶体薄膜40,注入剂量为1.5E16,注入能量为50KeV;
然后用三号液和一号液清洗硅片;
然后高温炉退火,修复晶格缺陷,激活杂质,退火温度为1000℃,退火时间为20分钟;
步骤二形成的半成品参见图5-图6;
步骤三、光刻第一版,形成四排多晶硅条组,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条;
光刻第一版前先涂覆增粘剂,使得光刻胶更好的附着在多晶硅上,在180℃下进行烘片1小时;去除吸附在表面的湿气,充分干燥并保持洁净;
然后光刻第一版,旋转涂覆光刻胶,光刻胶选用9920型号;
在95℃下,热板前烘1分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为10;
显影60秒;
在氧气环境下扫底膜8分钟;
采用RIE刻蚀(反应离子刻蚀)多晶硅,厚度为1.5微米,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条,优选为每排多晶硅条组包括并排布置的四根到五十根多晶硅条,更进一步的优选,图6中形成4×8根多晶硅条,多晶硅条的长度为900微米,宽度为35微米;
步骤三形成的半成品参见图7-图8;
步骤四、溅射金属,光刻第二版,湿法刻蚀金属;
溅射金属之前先去胶清洗,先依次采用三号液、三号液以及一号液进行三次清洗,然后采用稀释氢氟酸进行漂洗,去除自然氧化层;
然后通过磁控溅射,在上一步骤的半成品上表面生成5000埃的金属层,溅射的金属优选为金属铝;
然后光刻第二版,旋转涂覆9920号光刻胶,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后在50℃下,湿法刻蚀金属层2分钟,得到长度为900微米,宽度为35微米,图6中所示为数量的4×8根金属条;
然后依次采用正胶去膜剂清洗;丙酮、乙醇清洗;去离子水清洗;
然后在400℃下加热40分钟,金属条和多晶硅条形成欧姆接触;
步骤四形成的半成品参见图9-图10;
步骤五、钝化处理,光刻第三版;
先通过PECVD进行钝化处理,在上一步骤的半成品上表面生长2000埃的热阻层,热阻层优选为氧化硅层;
然后光刻第三版,旋转涂覆9920号光刻胶,在和步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后采用RIE刻蚀热阻层,露出中心红外辐射区和外围的焊盘;红外辐射区边长为800微米;
步骤五形成的半成品参见图11-图12;
步骤六、溅射钛金,剥离,冷端上形成反射层;
磁控溅射钛金然后剥离,厚度为1000埃,在冷端形成反射层,进一步防止环境温度对冷端的影响;
步骤六形成的半成品参见图13-图14;
步骤七、湿法腐蚀,腐蚀出窗口
在芯片背面腐蚀形成的窗口的下边缘宽度为2600微米;窗口的上边缘宽度略大于红外辐射区的横向尺寸;
首先将热板温度设置为160度,然后将5寸玻璃板,放置于玻璃板上方,在玻璃板上涂抹CRY封蜡,这种封蜡的优点就是使用丙酮和乙醇就可以将其去掉,缺点是抗碱能力不强;
然后将4寸整片硅片正面向下,放到玻璃板上,使得硅片正面充分与CRY封蜡接触,并且要赶出硅片与封蜡之间的气泡,增强保护效果;
硅片位置确定好之后,在硅片周边涂抹大量的APIE封蜡,进一步保护硅片侧面,以免钻蚀;
将硅片放入到温度为70度,浓度为33.3%的KOH溶液中,进行湿法腐蚀,在此过程中,将硅片捞出数次,进行补蜡;
腐蚀完毕之后,先用三氯乙烷去除硅片周边的APIE封蜡(这种蜡的缺点是不容易去除干净),然后将玻璃板放到热板上,160度时取下硅片,放置于丙酮乙醇中浸泡;
将芯片取出,完成制备,最终产品参见图2。
在步骤五和步骤六之间还可以有以下步骤:
光刻第四版;
先依次通过,丙酮超声,乙醇超声,去离子水清洗,去除光刻胶;
陪片前烘180℃一小时;
光刻第四版,旋转涂覆5214号光刻胶;
在85℃下,热板前烘3.5分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为3;
显影5分钟;
在步骤六和步骤七之间还可以有以下步骤:
光刻第五版
先超声剥离光刻胶;
光刻第五版,在芯片背面旋转涂覆9920号光刻胶,在步骤三相同条件下进行曝光显影。
本专利利用塞贝克原理,采用多晶硅条和金属条作为热偶条对,组成多对热偶条,在优化工艺下得到较高的探测率、响应率和较低的相应时间。
探测器的响应率、探测率和响应时间,是通常衡量探测器性能的标准。
1、响应率R
R=U/P(V/W)
响应率的定义为输出电压与输入的红外辐射能力的比值。
2、探测率D*
探测率定义为单位辐射功率作用在探测器单位面积上,并且在放大电路单位带宽条件下所获得的信噪比。
其中,Sa为探测器红外吸收区的面积,Unoise为探测器的噪声,Δf为测试系统的等效噪声带宽。
3、响应时间τ
T=C/G
探测器的响应时间与探测器的总热导G成反比,与热容C成正比。
本发明通过优化工艺,得到了较为稳定的介质膜支撑方案,以及采用封蜡方案在背腔腐蚀时保护硅衬底等一系列工艺优化方案,显著提高了成品率,并且通过该工艺得到的热电堆红外探测器,其性能相对于传统的热电堆探测器得到了较为明显的提高。
以上为本发明较佳的实施方式,本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更与修改,因此,本发明并不局限于上述的具体实施方式,凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺,其特征在于具体步骤如下:
步骤一、基体上下两面生长氮化硅;
在基体的上表面和下表面分别形成上层氮化硅和下层氮化硅;
步骤二、生长多晶硅,硼注入,退火;
在上层氮化硅表面生长多晶硅,在多晶硅上进行硼元素的掺杂,然后退火;
步骤三、光刻第一版,形成四排多晶硅条组,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条;
步骤四、溅射金属,光刻第二版,湿法刻蚀金属;
湿法刻蚀金属后形成多根金属条,多根金属条将所有的多晶硅条串联, 并且在整个芯片的一角形成金属条的输入端和输出端;
步骤五、钝化处理,光刻第三版;
在上一步骤的半成品上表面生长热阻层;
步骤六、溅射钛金,剥离,冷端上形成反射层;
磁控溅射钛金然后剥离,在冷端形成反射层;
步骤七、湿法腐蚀,腐蚀出窗口;
在芯片背面腐蚀形成窗口;
步骤一的具体步骤:
生长氮化硅前先进行基体清洗;
清洗基体时,在清洗间用三号液与一号液清洗,然后再用稀释氢氟酸 漂洗基体,去除表面杂物; 所述三号液按体积比的配比为 H2SO4:H2O2=4:1 ,所述一号液按体积比的配比NH3·H2O:H2O2 :H2O =1:1:4 ,所述稀释氢氟酸按体积比的配比为 HF:H2O=1:20;
在基体上下两面生长氮化硅时通过 LPCVD 生长氮化硅形成上层氮化 硅和下层氮化硅,上层氮化硅和下层氮化硅的厚度均为 5000埃;
步骤二的具体步骤:
通过 LPCVD 在上层氮化硅表面生长多晶硅,多晶硅厚度为 1.5 微米, 在多晶硅上进行硼元素的掺杂,得到 P 型多晶体薄膜,注入剂量为 1.5E16,
注入能量为 50KeV;
然后用三号液和一号液清洗硅片;
然后高温炉退火,修复晶格缺陷,激活杂质,退火温度为 1000℃ ,退 火时间为 20 分钟;
步骤三的具体步骤:
光刻第一版前先涂覆增粘剂,使得光刻胶更好的附着在多晶硅上,在180℃下进行烘片1 小时; 去除吸附在表面的湿气,充分干燥并保持洁净;
然后光刻第一版,旋转涂覆光刻胶;
在 95℃下,热板前烘 1 分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为 10;
显影 60 秒;
在氧气环境下扫底膜 8 分钟;
采用 RIE 刻蚀多晶硅,厚度为 1.5 微米,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条,多晶硅条的长度为 900 微米,宽度为 35 微米;
步骤四的具体步骤:
溅射金属之前先去胶清洗,先依次采用三号液、三号液以及一号液进 行三次清洗,然后采用稀释氢氟酸进行漂洗,去除自然氧化层;
然后通过磁控溅射,在上一步骤的半成品上表面生成 5000 埃的金属层,溅射的金属为金属铝;
然后光刻第二版,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后在 50℃下,湿法刻蚀金属层 2 分钟,得到长度为 900 微米,宽度为 35 微米的金属条;
然后依次采用正胶去膜剂清洗; 丙酮、乙醇清洗; 去离子水清洗; 然后在 400℃下加热 40 分钟,金属条和多晶硅条形成欧姆接触;
步骤五的具体步骤:
先通过 PECVD 进行钝化处理,在上一步骤的半成品上表面生长 2000 埃的热阻层,热阻层为氧化硅层;
然后光刻第三版,在和步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后采用 RIE 刻蚀热阻层,露出中心红外辐射区和外围的焊盘; 红外 辐射区边长为800 微米;
步骤六的具体步骤:
磁控溅射钛金然后剥离,厚度为 1000 埃,在冷端形成反射层;
步骤七的具体步骤:
窗口的下边缘宽度为 2600 微米;窗口的上边缘宽度略大于红外辐射区的横向尺寸;
首先将热板温度设置为 160 度,然后将 5 寸玻璃板,放置于热板上方,在玻璃板上涂抹 CRY 封蜡,然后将整片硅片正面向下,放到玻璃板上,使得硅片正面充分与 CRY 封蜡接触,并且要赶出硅片与封蜡之间的气泡;
硅片位置确定好之后,在硅片周边涂抹大量的 APIE封蜡;
将硅片放入到温度为 70 度,浓度为 33.3%的 KOH 溶液中,进行湿法 腐蚀,在此过程中,将硅片捞出数次,进行补蜡;
腐蚀完毕之后,先用三氯乙烷去除硅片周边的 APIE 封蜡,然后将玻璃板放到热板上,160 度时取下硅片,放置于丙酮乙醇中浸泡;
将芯片取出,完成制备;
在步骤五和步骤六之间有以下步骤:
光刻第四版;
先依次通过,丙酮超声,乙醇超声,去离子水清洗,去除光刻胶;
陪片前烘 180℃一小时;
光刻第四版;
在 85℃下,热板前烘 3.5 分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为 3;
显影 5 分钟;
在步骤六和步骤七之间有以下步骤:
光刻第五版;
先超声剥离光刻胶;
光刻第五版,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
上述工艺制备得到的基于热电堆的无线温度传感器,包括基体(1),基体(1)为矩形的P 型硅衬底,所述基体(1)的上下表面生长氮化硅分别形成上层氮化硅 (2)和下层氮化硅(3),所述上层氮化硅(2)的表面生长多晶硅然后进行硼注入和蚀刻后形成四排多晶硅条组,多晶硅条组形成 P 型电极,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的四根到五十根多晶硅条(4),所述上层氮化硅(2)的表面溅射金属然后蚀刻后形成多 根金属条(5),金属条(5)形成金属电极,金属条(5)为铝材质, 多根金属条(5)将所有的多晶硅条(4)串联,并且在整个芯片的一角形成金属条(5)的输入端和输出端,在上层氮化硅(2)的表面设置有热阻层(6),热阻层(6)为矩形结构,矩形结构的四边将所有的多晶硅条(4) 以及金属条(5)遮盖,热阻层(6)的中心为矩形的空腔结构,在该空腔处露出矩形的上层氮化硅(2),该处的上层氮化硅(2)形成基于热电堆的 无线温度传感器的红外辐射区(9),每根多晶硅条(4)分别与其接近的红 外辐射区(9)的边缘垂直,因此多晶硅条(4)靠近红外辐射区(9)的一 端为热端,多晶硅条(4)远离红外辐射区(9)的一端为冷端,所述热阻层(6)的表面设置有反射层,所述反射层包括四根反射条(7),所述反射 条(7)是在热阻层(6)上溅射钛金而形成,四根反射条(7)位于四排多 晶硅条组的多晶硅条(4)的冷端的正上方,所述基体(1)和下层氮化硅(3)的中段进行蚀刻形成纵向贯通布置的窗口(8),窗口(8)的截面呈等腰梯形,窗口(8)位于红外辐射区(9)的下方;
所述基体(1)的材料是晶向为<100> 的P 型硅衬底,基体(1)的尺寸为 3×3 毫米,基体(1)的厚度约为 300 至 400 微米,掺杂浓度为 1014/cm3至 1016/cm3 ,所述 P 型电极的材料为 P 型多晶硅半导体,多晶硅条的厚 度为 0.5 微米至 2 微米之间,典型值是 1.5微米,金属条的厚度为 0. 1 微 米至 1 微米之间,典型值为 0.5 微米,所述热阻层 为厚度 0. 1 微米至 0.5 微米的氧化硅层,典型值是 0.2 微米,用于隔绝环境温度对冷端的影响。
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