CN111504477A - 红外温度传感器及其制造方法、温度检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外温度传感器及其制造方法、温度检测设备，红外温度传感器包括：衬底、位于所述衬底一侧上的红外温度传感单元，其用于采集被测对象的温度信号；位于所述衬底的背离所述红外温度传感单元的另一侧上的信号处理单元，其与所述红外温度传感单元信号连接，用于对所述温度信号进行处理，以得到所述被测对象的温度信息。本发明实现了自身采集温度信号，并对温度信号进行计算、校正和转换等处理后得到温度信息，避免了后期应用时需适配专用的外部信号处理器，提高了红外温度传感器的实用性，同时减小了后期应用红外温度传感器多的温度检测设备的体积。
Description
技术领域
本发明属于温度传感器技术领域，具体涉及一种红外温度传感器及其制造方法、温度检测设备。
背景技术
红外温度传感器基于赛贝克效应物理原理，通过若干热偶对组成的热电堆吸收具有一定温度物体的红外辐射热能，并转化为可探测的电信号，实现非接触式温度传感及测量。该红外温度传感器的红外温度传感芯片基于半导体技术和工艺，并结合微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，MEMS)技术制成，可用于各种非接触式温度测量及监控场景，比如医疗电子设备(额温枪、耳温枪等)、家用电器温度测量、工业设备温度检测等，可实现高灵敏度、高动态温度探测。
但是，红外温度传感器仅能够检测红外辐射，并对外输出表示温度的电压信号(可以定义为温度信号)。这种温度信号是模拟信号，往往需要适配专用的外部信号处理器对该温度信号进行计算、校正和转换等后，再得到温度信息，其中，温度信息的探测精度依赖于红外温度传感器和外部信号处理器的匹配，因此，在应用红外温度传感器进行非接触式温度测量及监控时，还需要选取专用的外部信号处理器并进行校对匹配，确认所选信号处理器与热电堆红外温度传感器匹配后，才能够完成温度测量及监控，这就大大提高了红外温度传感器的应用难度，进而降低了红外温度传感器的实用性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种红外温度传感器及其制造方法、温度检测设备，以解决现有技术中由于需要对红外温度传感器适配专用的外部信号处理器，造成红外温度传感器应用难度较高，导致红外温度传感器实用性较低的问题。
针对上述问题，本发明提供了种红外温度传感器，包括：
衬底；
位于所述衬底一侧上的红外温度传感单元，其用于采集被测对象的温度信号；
位于所述衬底的背离所述红外温度传感单元的另一侧上的信号处理单元，其与所述红外温度传感单元信号连接，用于对所述温度信号进行处理，以得到所述被测对象的温度信息。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，所述信号处理单元在其靠近所述衬底的一侧设置有输入端；
所述红外温度传感单元在其远离所述衬底的一侧设置有第一输出端；
所述信号处理单元的输入端与所述红外温度传感单元的第一输出端之间通过穿过所述衬底的连接引线相连，使得所述温度信号经由所述红外温度传感单元通过所述红外温度传感单元的第一输出端、所述连接引线和所述信号处理单元输入端提供给所述信号处理单元。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，所述红外温度传感单元在其靠近所述衬底的一侧设置有第二输出端；
所述连接引线包括第一子连接引线和第二子连接引线；
其中，所述第一子连接引线穿过所述衬底且其两端分别与所述信号处理单元的输入端和所述红外温度传感单元的第二输出端相连；
所述第二子连接引线的两端分别与所述红外温度传感单元的第二输出端和第一输出端相连。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，所述红外温度传感单元为热电堆红外温度传感单元，其包括在所述衬底的第一表面上依次设置的氧化层，刻蚀停止层，多晶硅层，介质支撑层，在所述介质支撑层上设置的热电偶对，在所述介质支撑层上覆盖所述热电偶对的第一钝化保护层，在所述第一钝化保护层上位于所述热电偶对上方的吸收层；
其中，所述红外温度传感单元的第一输出端位于所述介质支撑层上且与所述热电偶对连接，所述红外温度传感单元的第二输出端位于所述氧化层上；
所述第一子连接引线穿过所述衬底和氧化层与所述红外温度传感单元的第二输出端和所述信号处理单元的输入端相连；所述第二子连接引线穿过所述刻蚀停止层、多晶硅层和介质支撑层与所述红外温度传感单元的第一输出端和第二输出端相连。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，在所述热电偶对的下方，所述多晶硅层中形成有空腔结构。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，所述信号处理单元在其远离所述衬底的一侧设置有输出端，用于输出所述温度信息。
进一步地，上述所述的红外温度传感器中，所述信号处理单元在其远离所述衬底的一侧上还设置有第二钝化保护层，其中，所述第二钝化保护层覆盖所述信号处理单元的输出端的底部，并使得所述输出端的顶部穿透出所述第二钝化保护层。
本发明还提供了一种如上所述的红外温度传感器的制造方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底一侧上形成信号处理单元；
在所述衬底的背离所述信号处理单元的另一侧上形成红外温度传感单元，其中，所述红外温度传感单元与所述信号处理单元之间形成信号连接。
进一步地，上述所述的红外温度传感器的制造方法中，在所述衬底一侧上形成信号处理单元，包括以下步骤：
在所述衬底的一侧上形成信号处理单元的输入端和信号处理单元；
在所述信号处理单元的远离所述衬底的一侧上形成所述信号处理单元的输出端的底部；
在所述信号处理单元的远离所述衬底的一侧上形成第二钝化保护层；其中，所述第二钝化保护层至少覆盖所述信号处理单元的输出端的底部；
刻蚀所述第二钝化保护层，以形成暴露所述信号处理单元的输出端的底部的第一通孔；
在所述第一通孔内沉积金属，以形成与所述信号处理单元的输出端的底部连接的所述信号处理单元的输出端的顶部。
进一步地，上述所述的红外温度传感器的制造方法中，在所述衬底的背离所述信号处理单元的另一侧上形成红外温度传感单元，包括以下步骤：
在所述衬底的背离所述信号处理单元的另一侧上形成氧化层；
刻蚀所述氧化层和衬底，以形成暴露所述信号处理单元的输入端的第二通孔；
在所述第二通孔内沉积金属，以形成第一子连接引线和位于所述氧化层上的所述红外温度传感单元的第二输出端，使得所述第二输出端通过所述第一子连接引线与所述输入端形成连接；
在所述氧化层上形成刻蚀停止层；
在所述刻蚀停止层上形成多晶硅层；
刻蚀所述多晶硅层，以形成穿过所述多晶硅层且与所述第二通孔对齐设置的第三通孔；
在所述多晶硅层上形成介质支撑层，其中，所述介质支撑层通过所述第三通孔与所述刻蚀停止层接触；
刻蚀所述第三通孔位置处的介质支撑层直至刻蚀停止层，以形成暴露所述红外温度传感单元的第二输出端的第四通孔；
在所述第四通孔内沉积金属，以形成第二子连接引线和位于介质支撑层上的所述红外温度传感单元的第一输出端，使得所述第一输出端通过所述第二子连接引线连接至第二输出端；
在所述介质支撑层上形成热电偶对；其中，所述热电偶对与所述第一输出端形成连接；
在所述介质支撑层上形成覆盖所述热电偶对的第一钝化保护层；
在所述第一钝化保护层上与所述热电偶对的对应位置处形成吸收层。
进一步地，上述所述的红外温度传感器的制造方法中，在所述第一钝化保护层上与所述热电偶对的对应位置处形成吸收层之后，还包括以下步骤：
刻蚀所述第一钝化保护层和所述介质支撑层，以在所述热电偶对周边形成穿过所述第一钝化保护层和所述介质支撑层的释放孔；
通过所述释放孔，刻蚀所述热电偶对下方的对应位置处的所述多晶硅层，以形成空腔结构。
本发明还提供了一种温度检测设备，设置有如上所述的红外温度传感器或利用如上所述方法制造的红外温度传感器。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明的红外温度传感器及其制造方法、温度检测设备，通过在同一衬底两侧分别形成红外温度传感单元和信号处理单元，实现了自身采集温度信号，并对温度信号进行计算、校正和转换等处理后得到温度信息，在后期应用时无需再适配专用的外部信号处理器才能实现信号处理，降低了红外温度传感器的应用难度，提高了红外温度传感器的实用性，同时减小了后期应用红外温度传感器多的温度检测设备的体积。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的红外温度传感器实施例的结构示意图；
图2为图1在某一状态下的俯视图；
图3为本发明的红外温度传感器的制造方法实施例的流程图；
图4为图3中步骤301的流程图；
图5为图3中步骤302的流程图；
图6为红外温度传感器的第一工序的成品结构示意图；
图7为红外温度传感器的第二工序的成品结构示意图；
图8为红外温度传感器的第三工序的成品结构示意图；
图9为红外温度传感器的第四工序的成品结构示意图；
图10为红外温度传感器的第五工序的成品结构示意图；
图11为红外温度传感器的第六工序的成品结构示意图；
图12为红外温度传感器的第七工序的成品结构示意图；
图13为红外温度传感器的第八工序的成品结构示意图；
图14为红外温度传感器的第九工序的成品结构示意图；
图15为红外温度传感器的第十工序的成品结构示意图；
图16为红外温度传感器的第十一工序的成品结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种红外温度传感器及其制造方法。
图1为本发明的红外温度传感器实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的红外温度传感器可以包括衬底1、红外温度传感单元2和信号处理单元3。由于红外温度传感单元2需要设置于红外温度传感器外侧，以便于感测温度，若将红外温度传感单元2和信号处理单元3设置于衬底同一侧，且同时要保证红外温度传感器的小型化，可以将信号处理单元3设置在红外温度传感单元2和衬底1之间，也可以将红外温度传感单元2和信号处理单元3分别设置在衬底1的两侧。但是，将信号处理单元3设置在红外温度传感单元2和衬底1之间时，由于信号处理单元3中的器件与红外温度传感器表面之间存在红外温度传感单元2和衬底的存在，使得信号处理单元3中的器件与红外温度传感器表面之间的距离相对于在衬底两侧设置的方式的距离要大，且在进行封装时，需要把信号处理单元3的输出端引出，增加了封装难度，因此，本实施例中优选为采用红外温度传感单元2和信号处理单元3分别设置在衬底1的两侧方式，从而在保证红外温度传感器小型化时，降低信号处理单元3的封装难度。即红外温度传感单元2位于衬底1的一侧，信号处理单元3位于衬底1背离红外温度传感单元2的一侧，且信号处理单元3与红外温度传感单元2信号连接。
本实施例中，在制造红外温度传感器时，可以针对红外温度传感单元2预先确定与其相匹配的信号处理单元3，进而在预备的衬底1的一侧形成红外温度传感单元2，在衬底1背离红外温度传感单元2的一侧，基于互补金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)工艺形成信号处理单元3，并将信号处理单元3与红外温度传感单元2进行信号连接。这样，使得衬底1、红外温度传感单元2和信号处理单元3形成一个整体结构，能够更加充分利用衬底1，从而提高了衬底1的利用面积。
本实施例中，红外温度传感单元2能够吸收被测对象的红外辐射热能，并转化为可探测的电信号以实现非接触式采集被测对象的温度信号，由于信号处理单元3与红外温度传感单元2进行信号连接，红外温度传感单元2采集的被测对象的温度信号则会发送给信号处理单元3，进而由信号处理单元3对被测对象的温度信号进行处理，得到被测对象的温度信息，并将得到的温度信息输出。这样，红外温度传感器自身即可完成温度信息的采集，无需再适配专用的外部信号处理器才能得到温度信息，减少了适配专用的外部信号处理器时匹配不准确的现象，保证了温度检测的精度和效率。且由于衬底1、红外温度传感单元2和信号处理单元3形成一个整体结构，后期在应用红外温度传感器制作温度检测设备时，只需选择红外温度传感器即可，进而减小了温度检测设备的占用面积，以便实现温度检测设备的小型化，降低了温度检测设备的成本，使得红外温度传感器具有更广的应用需求。
本实施例的红外温度传感器，通过在同一衬底1两侧分别形成红外温度传感单元2和信号处理单元3，实现了自身采集温度信号，并对温度信号进行计算、校正和转换等处理后得到温度信息，在后期应用时无需再适配专用的外部信号处理器才能实现信号处理，降低了红外温度传感器的应用难度，提高了红外温度传感器的实用性，同时减小了后期应用红外温度传感器多的温度检测设备的体积。
在一个具体实现过程中，如图1所示，在信号处理单元3靠近衬底1的一侧设置有输入端a；在红外温度传感单元2远离衬底1的一侧设置有第一输出端b；信号处理单元3的输入端a与红外温度传感单元2的第一输出端b之间通过穿过衬底1的连接引线L相连。例如，可以在衬底1设置通孔，连接引线L与信号处理单元3的输入端a连接的一端可以穿过衬底1的通孔，这样，红外温度传感单元2采集的被测对象的温度信号可以经由红外温度传感单元2通过红外温度传感单元2的第一输出端b、连接引线L和信号处理单元3的输入端a输入给信号处理单元3。
在实际应用中，由于信号处理单元3输入端a与红外温度传感单元2的第一输出端b之间存在一定距离，连接引线L容易出现松动、连接不到位等情况，影响红外温度传感器的使用性能，另外在实际制作时，将信号处理单元3输入端a与红外温度传感单元2的第一输出端b直接连接比较困难，因此，可以在红外温度传感单元2靠近衬底1的一面设置第二输出端c作为过渡连接点，对应地，连接引线L包括第一子连接引线L1和第二子连接引线L2；第一子连接引线L1穿过衬底1且其两端分别与信号处理单元3的输入端a和红外温度传感单元2的第二输出端c相连；第二子连接引线L2的两端分别与红外温度传感单元2的第二输出端c和信号处理单元的第一输出端b相连。这样，第二输出端c可以起到支撑连接引线L的作用，从而保证输入端a与红外温度传感单元2的第一输出端b之间可靠连接，方便红外温度传感器的制作。
在一个具体实现过程中，如图1所示，本实施例的信号处理单元3远离衬底1的一面设置有输出端d，用于输出温度信息。其中，输出端d可以包括顶部d1和底部d2，输出端d的顶部d1优选为焊锡球，输出端d的底部d2设置在信号处理单元3远离衬底1的一侧，这样，在使红外温度传感器仅需将焊锡球d1与相应的元器件进行连接即可。另外，信号处理单元3在其远离衬底1的一侧还设置有第二钝化保护层31；第二钝化保护层31覆盖信号处理单元3的输出端的底部d2，并使得输出端的顶部d1穿透出第二钝化保护层31。
图2为图1在某一状态下的俯视图，如图1和图2所示，本实施例中，红外温度传感单元2优选为热电堆红外温度传感单元。红外温度传感单元2包括在衬底1的第一表面上依次设置的氧化层21，刻蚀停止层22，多晶硅层23，介质支撑层24，在介质支撑层24上设置的热电偶对25，在介质支撑层24上覆盖热电偶对25的第一钝化保护层26，在第一钝化保护层26上位于热电偶对25上方的吸收层27。刻蚀停止层22作为多晶硅层23刻蚀的停止层，以防在多晶硅层23刻蚀时损伤到其它薄膜层。多晶硅层23作为后续薄膜沉积的支撑层，后续可以方便地通过刻蚀释放结构。
其中，红外温度传感单元2的第一输出端b位于介质支撑层24上且与热电偶对25连接，红外温度传感单元2的第二输出端c位于氧化层21上；第一子连接引线L1穿过衬底1和氧化层21与红外温度传感单元2的第二输出端c和信号处理单元3的输入端a相连；第二子连接引线L2穿过刻蚀停止层22、多晶硅层23和介质支撑层24与红外温度传感单元2的第一输出端b和第二输出端c相连。
在实际应用中，在热电偶对25的下方，多晶硅层23中形成有空腔结构e，这样可以防止其它结构与热电偶对25接触而导热，导致吸收层27所吸收热量被导走，影响最终温度的检测精度。
可以理解的是，该空腔结构e通过对第一钝化保护层26、多晶硅层23，介质支撑层24进行刻蚀得到的，为了能够支撑热电偶对25和吸收层27，位于热电偶对25的下方部位的第一钝化保护层26和介质支撑层24不再进行刻蚀。另外，为了能够显示出热电偶对25的连接关系，在图2中对吸收层27和热电偶对25重叠部分进行了处理，并且对支撑结构进行了处理，实际上吸收层27是位于热电偶对25上方，热电偶对25被第一钝化保护层26包裹着。
图3为本发明的红外温度传感器的制造方法实施例的流程图，如图3所示，本实施例的红外温度传感器的制造方法具体可以包括如下步骤：
300、提供衬底1；
301、在衬底1一侧上形成信号处理单元3；
具体地，可以按照图4的步骤实现，其中，图4为图3中步骤301的流程图，如图4所示，在衬底1一侧上形成信号处理单元3具体包括：
3011、在衬底1的一侧上形成信号处理单元3的输入端a和信号处理单元3；
3012、在信号处理单元3的远离衬底1的一侧上形成信号处理单元3的输出端d的底部d2；
3013、在信号处理单元3的远离衬底1的一侧上形成第二钝化保护层31；
其中，第二钝化保护层31至少覆盖信号处理单元3的输出端d的底部d2；
3014、刻蚀第二钝化保护层31，以形成暴露信号处理单元3的输出端d的底部d2的第一通孔；
3015、在第一通孔内沉积金属，以形成与信号处理单元3的输出端d的底部d2连接的信号处理单元3的输出端d的顶部d1。
302、在衬底1的背离信号处理单元3的另一侧上形成红外温度传感单元2。
本实施例中，红外温度传感单元2与信号处理单元3之间形成信号连接，且优选为采用晶圆级封装技术进行封装，这样，由于信号处理单元3和红外温度传感单元2在制造过程中已经完成封装，可以免除后续额外封装步骤，提高了红外温度传感器的制造效率。
具体地，可以按照图5的步骤实现，其中，图5为图3中步骤302的流程图，如图5所示，在衬底1的背离信号处理单元3的另一侧上形成红外温度传感单元2具体包括：
3021、在衬底1的背离信号处理单元3的另一侧上形成氧化层21；
3022、刻蚀氧化层21和衬底1，以形成暴露信号处理单元3的输入端a的第二通孔；
3023、在第二通孔内沉积金属，以形成第一子连接引线L1和位于氧化层上的红外温度传感单元2的第二输出端c，使得第二输出端c通过第一子连接引线L1与输入端a形成连接；
3024、在氧化层21上形成刻蚀停止层22；
3025、在刻蚀停止层22上形成多晶硅层23；
3026、刻蚀多晶硅层23，以形成穿过多晶硅层23且与第二通孔对齐设置的第三通孔；
3027、在多晶硅层23上形成介质支撑层24，其中，介质支撑层24通过第三通孔与刻蚀停止层22接触；
3028、刻蚀第三通孔位置处的介质支撑层24直至刻蚀停止层22，以形成暴露红外温度传感单元2的第二输出端c的第四通孔；
3029、在第四通孔内沉积金属，以形成第二子连接引线L2和位于介质支撑层24上的红外温度传感单元2的第一输出端b，使得第一输出端b通过第二子连接引线L2连接至第二输出端c；
30210、在介质支撑层24上形成热电偶对25；其中，热电偶对25与第一输出端b形成连接；
30211、在介质支撑层24上形成覆盖热电偶对25的第一钝化保护层26；
30212、在第一钝化保护层26上与热电偶对25的对应位置处形成吸收层27。
需要说明的是，本实施例并不限制步骤301和步骤302之间的顺序。且步骤301和步骤302中的子步骤之间可以根据实际需求相互交错着实现，例如，执行步骤3011“在衬底1的一侧上形成信号处理单元3的输入端a和信号处理单元3”后，可以先执行步骤3021“在衬底1的背离信号处理单元3的另一侧上形成氧化层21”。在此不再一一举例说明，详细可以参考下述制造红外温度传感器的示例。
下面对红外温度传感器的一种具体制造方法进行详细描述：
一、在硅材料制成的衬底1的一侧，通过CMOS工艺形成信号处理层3，并在信号处理层3表面形成第二钝化保护层31，同时在工艺过程中形成第一子连接引线L1、衬底1的通孔、信号处理单元3的输入端a和信号处理单元3的输出端的底部d2，以及在衬底1另一侧形成氧化层21；详见图6，图6为红外温度传感器的第一工序的成品结构示意图。其中，信号处理单元3的输入端a和信号处理单元3的输出端的底部d2均为金属层。
二、刻蚀氧化层21形成第一子连接引线L1的通孔，制造红外温度传感单元2的第二输出端c，使红外温度传感单元2的第二输出端c与信号处理单元3的输入端a相连。详见图7，图7为红外温度传感器的第二工序的成品结构示意图。其中，第二输出端c为金属层。
三、沉积刻蚀停止层22和多晶硅层23，详见图8，图8为红外温度传感器的第三工序的成品结构示意图。其中刻蚀停止层22可以为Si02、SiN或其多层组合，作为多晶硅的刻蚀停止层22，厚度优选为0.2～2μm，多晶硅层23厚度优选为1～5μm。
四、刻蚀多晶硅层23，形成多晶硅层23的通孔，并沉积介质支撑层24。详见图9，图9为红外温度传感器的第四工序的成品结构示意图。其中，介质支撑层24可以为SiO2、SiN或其多层组合，厚度优选为1～5μm。
五、刻蚀介质支撑层24至连通红外温度传感单元2的第二输出端c，并制作第二子连接引线L2和红外温度传感单元2的第一输出端b，使红外温度传感单元2的第一输出端b通过第二子连接引线L2与红外温度传感单元2的第二输出端c相连。详见图10，图10为红外温度传感器的第五工序的成品结构示意图，其中，第一输出端b可作为后续热电偶对25的输出金属引线。第一输出端b为金属层。
六、制作热电偶对25。详见图11，图11为红外温度传感器的第六工序的成品结构示意图。热电偶对25优选为由p型多晶硅和n型多晶硅组成。
七、沉积一层介质层，刻蚀热电偶对25和红外温度传感单元2的第一输出端b的对应位置的介质层(由于角度问题不再示出)，沉积互联金属，将热电偶对25互联，并连接到红外温度传感单元2的第一输出端b。之后再沉积一层第一钝化保护层26。详见图12，图12为红外温度传感器的第七工序的成品结构示意图。其中，第一钝化保护层26可以为SiO2、SiN、SiON或其组合，厚度优选为100～500nm。介质层可以为SiO2、SiN或两种组合，厚度优选为0.2～0.5μm。
八、制造吸收层27和第一保护膜28。详见图13，图13为红外温度传感器的第八工序的成品结构示意图。其中，吸收层27材料可以为金黑、炭黑或黑硅等红外吸收率高的材料。吸收层27将吸收的红外热辐射传递到热偶对的热结。第一保护膜28保护红外温度传感单元2。
九、制造与信号处理单元3的输出端的底部d2相连的顶部d1，并制造第二保护膜32。详见图14，图14为红外温度传感器的第九工序的成品结构示意图。
十去除第一保护膜28，刻蚀释放孔K，释放孔K用于之后的热电堆的结构释放，形成空腔结构e。详见图15，图15为红外温度传感器的第十工序的成品结构示意图。
十一、XeF2干法刻蚀多晶硅，正面释放结构。详见图16，图16为红外温度传感器的第十一工序的成品结构示意图。
十二、去除第二保护膜32，切割后即可得到单片集成红外温度传感器。详见图1。
需要说明的是，上述实施例中，工序一到十二的顺序并不完全固定，在满足受限于先后顺序的步骤不变的前提下，可以根据实际需求对其他不受限于先后顺序的步骤进行调整。
本发明还提供一种温度检测设备，设置有上述实施例的红外温度传感器，或者，设置有利用上述实施例的方法制造的红外温度传感器。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种红外温度传感器，其特征在于，包括：
衬底(1)；
位于所述衬底(1)一侧上的红外温度传感单元(2)，其用于采集被测对象的温度信号；
位于所述衬底(1)的背离所述红外温度传感单元(2)的另一侧上的信号处理单元(3)，其与所述红外温度传感单元(2)信号连接，用于对所述温度信号进行处理，以得到所述被测对象的温度信息。
2.根据权利要求1所述的红外温度传感器，其特征在于，所述信号处理单元(3)在其靠近所述衬底(1)的一侧设置有输入端(a)；
所述红外温度传感单元(2)在其远离所述衬底(1)的一侧设置有第一输出端(b)；
所述信号处理单元(3)的输入端(a)与所述红外温度传感单元(2)的第一输出端(b)之间通过穿过所述衬底(1)的连接引线(L)相连，使得所述温度信号经由所述红外温度传感单元(2)通过所述红外温度传感单元(2)的第一输出端(b)、所述连接引线(L)和所述信号处理单元(3)输入端(a)提供给所述信号处理单元(3)。
3.根据权利要求2所述的红外温度传感器，其特征在于，所述红外温度传感单元(2)在其靠近所述衬底(1)的一侧设置有第二输出端(c)；
所述连接引线(L)包括第一子连接引线(L1)和第二子连接引线(L2)；
其中，所述第一子连接引线(L1)穿过所述衬底(1)且其两端分别与所述信号处理单元(3)的输入端(a)和所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)相连；
所述第二子连接引线(L2)的两端分别与所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)和第一输出端(b)相连。
4.根据权利要求3所述的红外温度传感器，其特征在于，所述红外温度传感单元(2)为热电堆红外温度传感单元，其包括在所述衬底(1)的第一表面上依次设置的氧化层(21)，刻蚀停止层(22)，多晶硅层(23)，介质支撑层(24)，在所述介质支撑层(24)上设置的热电偶对(25)，在所述介质支撑层(24)上覆盖所述热电偶对(25)的第一钝化保护层(26)，在所述第一钝化保护层(26)上位于所述热电偶对(25)上方的吸收层(27)；
其中，所述红外温度传感单元(2)的第一输出端(b)位于所述介质支撑层(24)上且与所述热电偶对(25)连接，所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)位于所述氧化层(21)上；
所述第一子连接引线(L1)穿过所述衬底(1)和氧化层(21)与所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)和所述信号处理单元(3)的输入端(a)相连；所述第二子连接引线(L2)穿过所述刻蚀停止层(22)、多晶硅层(23)和介质支撑层(24)与所述红外温度传感单元(2)的第一输出端(b)和第二输出端(c)相连。
5.根据权利要求4所述的红外温度传感器，其特征在于，在所述热电偶对(25)的下方，所述多晶硅层(23)中形成有空腔结构(e)。
6.根据权利要求1所述的红外温度传感器，其特征在于，所述信号处理单元(3)在其远离所述衬底(1)的一侧设置有输出端(d)，用于输出所述温度信息。
7.根据权利要求6所述的红外温度传感器，其特征在于，所述信号处理单元(3)在其远离所述衬底(1)的一侧上还设置有第二钝化保护层(31)，其中，所述第二钝化保护层(31)覆盖所述信号处理单元(3)的输出端的底部(d2)，并使得所述输出端的顶部(d1)穿透出所述第二钝化保护层(31)。
8.一种红外温度传感器的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底(1)；
在所述衬底(1)一侧上形成信号处理单元(3)；
在所述衬底(1)的背离所述信号处理单元(3)的另一侧上形成红外温度传感单元(2)；其中，所述红外温度传感单元(2)与所述信号处理单元(3)之间形成信号连接。
9.根据权利要求8所述的红外温度传感器的制造方法，其特征在于，在所述衬底(1)一侧上形成信号处理单元(3)，包括以下步骤：
在所述衬底(1)的一侧上形成信号处理单元(3)的输入端(a)和信号处理单元(3)；
在所述信号处理单元(3)的远离所述衬底(1)的一侧上形成所述信号处理单元(3)的输出端(d)的底部(d2)；
在所述信号处理单元(3)的远离所述衬底(1)的一侧上形成第二钝化保护层(31)；其中，所述第二钝化保护层(31)至少覆盖所述信号处理单元(3)的输出端(d)的底部(d2)；
刻蚀所述第二钝化保护层(31)，以形成暴露所述信号处理单元(3)的输出端(d)的底部(d2)的第一通孔；
在所述第一通孔内沉积金属，以形成与所述信号处理单元(3)的输出端(d)的底部(d2)连接的所述信号处理单元(3)的输出端(d)的顶部(d1)。
10.根据权利要求9所述的红外温度传感器的制造方法，其特征在于，在所述衬底(1)的背离所述信号处理单元(3)的另一侧上形成红外温度传感单元(2)，包括以下步骤：
在所述衬底(1)的背离所述信号处理单元(3)的另一侧上形成氧化层(21)；
刻蚀所述氧化层(21)和衬底(1)，以形成暴露所述信号处理单元(3)的输入端(a)的第二通孔；
在所述第二通孔内沉积金属，以形成第一子连接引线(L1)和位于所述氧化层上的所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)，使得所述第二输出端(c)通过所述第一子连接引线(L1)与所述输入端(a)形成连接；
在所述氧化层(21)上形成刻蚀停止层(22)；
在所述刻蚀停止层(22)上形成多晶硅层(23)；
刻蚀所述多晶硅层(23)，以形成穿过所述多晶硅层(23)且与所述第二通孔对齐设置的第三通孔；
在所述多晶硅层(23)上形成介质支撑层(24)，其中，所述介质支撑层(24)通过所述第三通孔与所述刻蚀停止层(22)接触；
刻蚀所述第三通孔位置处的介质支撑层(24)直至刻蚀停止层(22)，以形成暴露所述红外温度传感单元(2)的第二输出端(c)的第四通孔；
在所述第四通孔内沉积金属，以形成第二子连接引线(L2)和位于介质支撑层(24)上的所述红外温度传感单元(2)的第一输出端(b)，使得所述第一输出端(b)通过所述第二子连接引线(L2)连接至第二输出端(c)；
在所述介质支撑层(24)上形成热电偶对(25)；其中，所述热电偶对(25)与所述第一输出端(b)形成连接；
在所述介质支撑层(24)上形成覆盖所述热电偶对的第一钝化保护层(26)；
在所述第一钝化保护层(26)上与所述热电偶对(25)的对应位置处形成吸收层(27)。
11.根据权利要求10所述的红外温度传感器的制造方法，其特征在于，在所述第一钝化保护层(26)上与所述热电偶对(25)的对应位置处形成吸收层(27)之后，还包括以下步骤：
刻蚀所述第一钝化保护层(26)和所述介质支撑层(24)，以在所述热电偶对(25)周边形成穿过所述第一钝化保护层(26)和所述介质支撑层(24)的释放孔；
通过所述释放孔，刻蚀所述热电偶对(25)下方的对应位置处的所述多晶硅层(23)，以形成空腔结构。
12.一种温度检测设备，其特征在于，设置有如权利要求1-7中任一项所述的红外温度传感器或利用如权利要求8-11中任一项所述方法制造的红外温度传感器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114518467A (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | 上海星钰科技有限公司 | 一种环境温度自校准红外传感器 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06117919A (ja) * | 1992-10-05 | 1994-04-28 | Nec Corp | 赤外線センサ |
| US20010010360A1 (en) * | 2000-01-31 | 2001-08-02 | Naoki Oda | Thermal infrared detector provided with shield for high fill factor |
| CN1936444A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-03-28 | 珠海格力电器股份有限公司 | 利用红外测温技术控制空调的方法 |
| CN201556621U (zh) * | 2009-11-18 | 2010-08-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 背照式碲镉汞长波红外探测器 |
| CN102214662A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-10-12 | 北京大学 | 非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构及制作方法 |
| CN102280456A (zh) * | 2011-05-11 | 2011-12-14 | 北京大学 | 一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法 |
| US20120213245A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corporation | Thermal detector, thermal detection device, and electronic instrument |
| CN102798471A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-11-28 | 清华大学 | 一种红外探测器及其制备方法 |
| CN103700722A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-04-02 | 中北大学 | 架空式热电堆红外探测器 |
| CN106847950A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-06-13 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 离子注入制备氧化钛电极的红外探测器及其制备方法 |
| CN107167248A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 珠海格力电器股份有限公司 | 红外热电堆传感器及其故障检测方法、装置及设备 |
| CN109186772A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-11 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种基于红外探测器的人体判断方法及电器 |
-
2020
- 2020-05-06 CN CN202010374872.XA patent/CN111504477B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06117919A (ja) * | 1992-10-05 | 1994-04-28 | Nec Corp | 赤外線センサ |
| US20010010360A1 (en) * | 2000-01-31 | 2001-08-02 | Naoki Oda | Thermal infrared detector provided with shield for high fill factor |
| CN1936444A (zh) * | 2006-10-18 | 2007-03-28 | 珠海格力电器股份有限公司 | 利用红外测温技术控制空调的方法 |
| CN201556621U (zh) * | 2009-11-18 | 2010-08-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 背照式碲镉汞长波红外探测器 |
| US20120213245A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corporation | Thermal detector, thermal detection device, and electronic instrument |
| CN102214662A (zh) * | 2011-04-26 | 2011-10-12 | 北京大学 | 非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构及制作方法 |
| CN102280456A (zh) * | 2011-05-11 | 2011-12-14 | 北京大学 | 一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法 |
| CN102798471A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-11-28 | 清华大学 | 一种红外探测器及其制备方法 |
| CN103700722A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-04-02 | 中北大学 | 架空式热电堆红外探测器 |
| CN106847950A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-06-13 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 离子注入制备氧化钛电极的红外探测器及其制备方法 |
| CN107167248A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 珠海格力电器股份有限公司 | 红外热电堆传感器及其故障检测方法、装置及设备 |
| CN109186772A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-11 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种基于红外探测器的人体判断方法及电器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114518467A (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | 上海星钰科技有限公司 | 一种环境温度自校准红外传感器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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