CN112117367B - 热电堆传感器的制作方法 - Google Patents
热电堆传感器的制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112117367B CN112117367B CN202010615288.9A CN202010615288A CN112117367B CN 112117367 B CN112117367 B CN 112117367B CN 202010615288 A CN202010615288 A CN 202010615288A CN 112117367 B CN112117367 B CN 112117367B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermopile
- plate
- forming
- sacrificial
- interconnection
- 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.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 71
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 142
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 132
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 93
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 141
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 81
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 27
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 9
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 147
- 239000011797 cavity material Substances 0.000 description 67
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 24
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 15
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000347 anisotropic wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00047—Cavities
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
- B81C1/00238—Joining a substrate with an electronic processing unit and a substrate with a micromechanical structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
- B81C1/00301—Connecting electric signal lines from the MEMS device with external electrical signal lines, e.g. through vias
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
- B81C1/0069—Thermal properties, e.g. improve thermal insulation
-
- 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
-
- 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
- G01J2005/123—Thermoelectric array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种热电堆传感器的制作方法,所述方法包括:提供热电堆结构板和电路基板;在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧形成图形化的牺牲结构;在所述热电堆结构板或所述电路基板上形成热辐射隔离板;将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上,使键合后,所述牺牲结构夹设在所述热电堆结构板和所述热辐射隔离板之间,且所述热辐射隔离板在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;去除所述牺牲结构,在所述热电堆结构板和电路基板之间形成第一空腔。本发明实施例能够提高器件的精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,尤其涉及一种热电堆传感器的制作方法。
背景技术
热电堆传感器是一种温度检测装置,通过将感应到的红外辐射信息按一定规律变换成为对应的信号输出,以实现对温度的检测。
随着微电子机械系统(MEMS)技术的迅猛发展,基于MEMS微机械加工技术制作的微型化热电堆传感器以其尺寸小、价格低等优势被广泛应用于测温、气体传感、光学成像等领域。
然而,现有的热电堆传感器的器件精度有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种热电堆传感器的制作方法,以提高器件的精度。
为解决上述问题,本发明提供一种热电堆传感器的制作方法,包括:
提供热电堆结构板和电路基板,所述热电堆结构板包括热辐射感应区,所述热辐射感应区内形成有热电堆结构;
在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧形成图形化的牺牲结构,所述牺牲结构在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;
在所述热电堆结构板或所述电路基板上形成热辐射隔离板;
将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上,使键合后,所述牺牲结构夹设在所述热电堆结构板和所述热辐射隔离板之间,且所述热辐射隔离板在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;
去除所述牺牲结构,在所述热电堆结构板和电路基板之间形成第一空腔。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
本发明实施例中,第一空腔下方进一步键合有电路基板,从而可以避免开放的第一空腔对应的辐射流失,提高了器件的测量精度。并且,第一空腔下方进一步键合电路基板的方案,在不增加面积的条件下,实现了器件的垂直系统集成,有利于缩短传感信号到读出电路的互连长度、信号损失和噪声,且有利于器件的微型化;此外,还有利于进一步延展到制作主动热成像传感器阵列与CMOS读出像素阵列及外围电路的3D系统集成。高集成的热电堆传感器有利于应用到热电堆结构呈阵列排布的热成像仪,以实现温度的成像,或应用到小体积的移动终端如手机、平板电脑等,以实现移动测温等。
本发明实施例第一空腔的下方进一步形成有热辐射隔离板,用于实现电路基板和热电堆结构板的热辐射感应区的热绝缘,防止电路基板中的热辐射向热电堆结构板传导,从而影响器件的精度。
本发明实施例经过热电堆结构板的键合后,使第一互连结构位于所述热电堆结构的下方,从而不会对红外辐射形成阻挡,使红外辐射传输至热电堆结构的路径通畅,同时可以减少红外辐射向第一空腔传输,提高器件的测量精度。
另外,本发明实施例中通过牺牲结构形成第一空腔,能够使牺牲结构在形成器件的工艺过程中支撑对应的,避免对应的器件结构产生塌陷等缺陷,从而进一步提高了器件的良率。
附图说明
图1~图10为本发明实施例的热电堆传感器的制作方法中的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,然而,现有的热电堆传感器的器件精度有待提高。
发明人分析认为,传统的热电堆传感器,通过在介质薄膜上淀积多晶硅/金属制作热偶对以感应温度信息,然后通过背面硅各向异性湿法腐蚀的方法在介质薄膜下方形成隔热空腔以增加热阻,并将热偶对电连接至热偶对侧边形成的电路结构上,从而实现感应信号的传输。但该方法形成的器件下方没有衬底结构,隔热空腔中的热量仍会以一定的形式流失,从而使得热电堆传感器的测量精度不高。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种热电堆传感器及其制作方法,所述方法包括:提供热电堆结构板和电路基板,所述热电堆结构板包括热辐射感应区,所述热辐射感应区内形成有热电堆结构;在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧形成图形化的牺牲结构,所述牺牲结构在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;在所述热电堆结构板或所述电路基板上形成热辐射隔离板;将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上,使键合后,所述牺牲结构夹设在所述热电堆结构板和所述热辐射隔离板之间,且所述热辐射隔离板在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;去除所述牺牲结构,在所述热电堆结构板和电路基板之间形成第一空腔。
本发明实施例中,第一空腔下方进一步键合有电路基板,从而可以避免开放的第一空腔对应的辐射流失,提高了器件的测量精度。并且,第一空腔下方进一步键合电路基板的方案,在不增加面积的条件下,实现了器件的垂直系统集成,有利于缩短传感信号到读出电路的互连长度、信号损失和噪声,且有利于器件的微型化;此外,还有利于进一步延展到制作主动热成像传感器阵列与CMOS读出像素阵列及外围电路的3D系统集成。高集成的热电堆传感器有利于应用到热电堆结构呈阵列排布的热成像仪,以实现温度的成像,或应用到小体积的移动终端如手机、平板电脑等,以实现移动测温等。
本发明实施例第一空腔的下方进一步形成有热辐射隔离板,用于实现电路基板和热电堆结构板的热辐射感应区的热绝缘,防止电路基板中的热辐射向热电堆结构板传导,从而影响器件的精度。
本发明实施例经过热电堆结构板的键合后,使第一互连结构位于所述热电堆结构的下方,从而不会对红外辐射形成阻挡,使红外辐射传输至热电堆结构的路径通畅,同时可以减少红外辐射向第一空腔传输,提高器件的测量精度。
另外,本发明实施例中通过牺牲结构形成第一空腔,能够使牺牲结构在形成热电堆传感器的工艺过程中支撑对应的电路结构,避免对应的电路结构产生塌陷等缺陷,从而进一步提高了器件的良率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图10是本发明实施例提供的一种热电堆传感器的制作方法中各步骤的结构示意图。
首先,提供热电堆结构板20(参考图1)和电路基板10(参考图2),所述热电堆结构板20包括热辐射感应区20A,所述热辐射感应区20A内形成有热电堆结构。
所述热电堆结构板中形成有热电堆结构,以实现对红外辐射的感应,所述电路基板中形成有电路结构,用于处理所述热电堆结构中的感应信号。
提供热电堆结构板20的步骤中,在本发明实施例中,热电堆结构板20包括第一衬底(未标示),第一衬底用于为热电堆结构203的形成提供工艺平台。第一衬底可以选用本领域技术人员所熟知的任意合适的材料,例如,硅、绝缘体上硅、锗、硅锗、砷化镓、磷化铟等衬底材料。
本实施例中,第一衬底为绝缘体上硅衬底,所述绝缘体上硅衬底包括由下而上依次堆叠的底层半导体层200、绝缘层201和顶层半导体层202,所述热电堆结构形成在所述顶层半导体层202中。在后续制程中,还会对衬底的背面进行减薄处理,通过采用绝缘体上硅衬底,便于控制减薄处理的停止位置。底层半导体层200的材料可以是未掺杂的半导体材料(例如多晶硅或单晶硅等);绝缘层201的材料包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种;顶层半导体层202的材料可以是未掺杂的半导体材料(例如多晶硅或单晶硅等)、N型掺杂的半导体材料或P型掺杂的半导体材料,顶层半导体层202的形成工艺包括外延工艺或离子注入工艺。作为一种示例,底层半导体层200和顶层半导体层202的材料为单晶硅,绝缘层201的材料为氧化硅。在其他实施例中,第一衬底可以为单层结构,底层半导体层和绝缘层均可以被省略。
热电堆结构203包括至少一种热感应微结构,热感应微结构可以是由任意合适的热传导材料形成,例如,热感应微结构的材料包括金属、未掺杂的半导体材料、掺杂的半导体材料和金属硅化物中的至少一种。未掺杂的半导体材料或掺杂的半导体材料均包括硅、锗、砷化镓和磷化铟中的一种或多种,且掺杂的半导体材料中,掺杂离子包含N型离子(例如砷、锗等)或P型离子(例如硼、氟化硼、磷等)。
本实施例中,热电堆结构203包括材料不同的第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b,第一热感应微结构203a为N型掺杂的单晶硅,第二热感应微结构203b为P型掺杂的单晶硅。第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b可以分别呈线型(例如,直线或曲线或折线等),也可以呈阵列型,还可以呈梳子型。第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b可以具有大致对称的结构,例如,第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b均为直线型结构时,两者具有大致相同的长度,这有利于使得在第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b之间能够产生大致对称的热感应效果,从而有利于提高热电堆传感器的测量精度。
此外,第一热感应微结构203a的整体分布区域和第二热感应微结构203b的整体分布区域在所述热电堆结构板20的平面内可以并列排布且没有重叠,也可以有部分区域嵌套,从而至少有部分重叠。作为一种示例,第一热感应微结构203a的整体分布区域和第二热感应微结构203b的整体分布区域在热电堆结构板20的平面内有部分重叠,例如,第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b均为梳子型结构,第一热感应微结构203a的一部分梳齿插在第二热感应微结构203b的相应的梳齿缝隙中,从而在不增加热电堆传感器的表面积的同时,可以进一步提高热电堆传感器性能。
本实施例中,提供热电堆结构板的步骤中,形成热电堆结构的步骤包括:提供第一衬底;对第一衬底的部分区域进行N型离子掺杂,以形成N型掺杂区,对第一衬底的部分区域进行P型离子掺杂,以形成P型掺杂区,N型掺杂区和P型掺杂用于作为热电堆结构。其中,N型掺杂区用于作为第一热感应微结构203a,P型掺杂区用于作为第二热感应微结构203b,热电堆结构203中的热感应微结构包括形成在第一衬底中的N型掺杂区和P型掺杂区,从而使得热电堆结构203的制作与CMOS工艺相兼容,进而简化工艺、降低成本。本实施例中,第一衬底为绝缘体上硅衬底,相应的,热电堆结构203形成于顶层半导体层202中。
本实施例中,第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b均为单层结构。在其他实施例中,第一热感应微结构和第二热感应微结构也可以分别为叠层结构,此时,可以通过向第一衬底进行多次离子注入来形成,相邻两次离子注入的注入剂量或者注入能量或者掺杂离子类型不同,上下相邻的两层掺杂区的掺杂浓度和掺杂离子类型中的至少一项不同,后续还会在所述热电堆结构板上形成第一互连层,所述第一互连层中至少形成有电连接所述热电堆结构的第一导电互连结构,不同掺杂区之间能通过第一互连层中的第一导电互连结构串联耦合或者并联耦合,从而在不增加热电堆传感器的表面积的同时,可以进一步提高热电堆传感器性能。此外,第一热感应微结构203a和第二热感应微结构203b的材料也不仅限定于掺杂的半导体材料。在另一些实施例中,还可以通过金属层的图案化刻蚀、半导体层的图案化刻蚀和半导体层的金属硅化等中的至少一种工艺,在第一衬底上形成相应的热感应微结构。相应的,热感应微结构的材料还可以是金属、未掺杂的半导体材料和金属硅化物等中的至少一种。在其他实施例中,热电堆结构也可以仅具有一种热感应微结构,或者,也可以具有至少三种热感应微结构,这些热感应微结构的材料不同,或者结构不同,或者材料和结构均不同,从而形成不同的热感应微结构。热感应微结构的材料包括金属、未掺杂的半导体材料、掺杂的半导体材料和金属硅化物中的至少一种;未掺杂的半导体材料或掺杂的半导体材料包括硅、锗、砷化镓和磷化铟中的至少一种,且掺杂的半导体材料中,掺杂离子包含N型离子或P型离子。
在提供所述电路基板的步骤中,参考图2,所述电路基板10包括第二衬底100、形成在所述第二衬底100上的电路结构和第三互连结构104,所述第三互连结构104与所述电路结构电连接。所述电路基板用于通过所述第三互连结构电连接所述热电堆结构,使所述电路基板10上的电路结构处理所述热电堆结构的电信号;其中,所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧还形成有第二互连结构,所述第二互连结构连接所述第一互连结构和所述第三互连结构。
其中,所述电路基板10可以为完成FEOL(front end of line,前道制程)工艺和BEOL(back end of line,后道制程)工艺以及晶圆针测的CMOS基板,电路基板中形成有电路结构,以处理所述热电堆结构的电信号。其中,FEOL工艺和BEOL工艺均为本领域中CMOS集成电路制造的常规制程工艺,晶圆针测为本领域的测试CMOS集成电路性能的常规测试方案,在此均不再赘述。
具体的,所述第二衬底100可以为本领域技术人员熟知的任意合适的半导体衬底材料,例如硅、绝缘体上硅、锗、硅锗、砷化镓、磷化铟等。第二衬底100中已通过CMOS制造工艺形成了相应的电子元件以及位于相邻的电子元件之间的器件隔离结构101,器件结构可以包括MOS晶体管、电阻、二极管、电容、存储器等中的至少一种,所述电子元件及电子元件间的电连接结构用于构成电路结构。
在本发明实施例中,以器件结构为MOS晶体管为例,其中,MOS晶体管102包括栅极102a以及位于栅极102a两侧的源极102b和漏极102c。器件隔离结构101可以通过局部场氧化工艺或者浅沟槽隔离(STI)工艺形成。第三互连结构(包括104a、104b)可以通过与器件结构的相应端子直接电性接触的底部接触插塞以及与底部接触插塞电性连接的多层金属互连结构电连接,从而实现第三互连结构与器件结构的电连接。
其中,所述第二衬底100上还形成有层间介质材料103,从而将相邻金属互连层隔离开。其中,电路基板10的层间介质材料103还暴露出第三互连结构104a、104b的部分表面的开口105a、105b,以形成用于晶圆针测的针测点。
在本实施例中,参见图3,进一步在所述热电堆结构板20上形成与所述热电堆结构电连接的第一互连结构。
所述第一互连结构用于后续实现与第三互连结构电连接的结构。
所述第一互连结构可以包括与第一热感应微结构203a电性连接的第一导电互连线300a,以及,与第二热感应微结构203b电性连接的第二导电互连线300b。
在本发明实施例中,可以通过金属层沉积、光刻、刻蚀或者金属剥离(liff-off)等一系列工艺,在半导体层上形成第一互连结构。其中,所述第一互连结构可以是单层金属层,也可以是多层金属结构。本发明实施例中,第一互连结构为单层金属层,以降低器件的集成厚度。
进一步的,在本发明实施例中,形成第一互连结构的具体步骤可以包括:在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧形成互连钝化材料层;在所述互连钝化材料层中形成互连沟槽,所述互连沟槽暴露至少部分所述热电堆结构,以剩余的互连钝化材料层作为互连钝化层;在所述互连沟槽中形成第一互连结构;形成覆盖所述第一互连结构的第一钝化层
具体的,可以沉积足够厚的互连钝化材料层,并采用刻蚀工艺对互连钝化材料层进行相应的去除,在所述互连钝化材料层中刻蚀形成互连沟槽,在所述互连沟槽中沉积相应的金属材料,在所述互连沟槽中形成所述第一互连结构。
基于上述形成所述第一互连结构后,还可以形成覆盖所述第一互连结构的第一钝化层301。
在可选实现中,首先可以沉积足够厚的第一钝化材料层,并采用化学机械抛光(CMP)工艺对第一钝化材料层进行顶面平坦化,顶面平坦化后的所述第一钝化层位于所述热电堆结构板上。
所述第一钝化层301将第一互连结构以及热电堆结构均掩埋在内,从而保护所述第一互连结构和所述热电堆结构。
所述第一互连结构用于在后续与所述第三互连结构电连接。
在本发明实施例中,所述第一互连结构的材料可以为铜、钛、铝、钨等金属和/或金属硅化物材料的一种或多种。所述第一钝化层的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或多种。所述互连钝化层301的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等材料中的一种或多种。
参见图4,在所述热电堆结构板20具有所述热电堆结构一侧形成图形化的牺牲结构410,所述牺牲结构410在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区20A。
其中,所述牺牲结构400用于为第一空腔占据空间,使得后续工艺中可以通过去除牺牲结构,形成第一空腔。
所述牺牲结构410的材料为锗和无定型碳中的至少一种,还可以包括金属、半导体和介电材料中的至少一种。例如为能够与气相刻蚀剂反应形成气体的材料,或者能够在光照或者加热后转换为气体的材料,由此能够降低后续去除牺牲结构的难度,并保证形成的第一空腔的性能。
在本发明实施例中,可以通过牺牲材料沉积、光刻、刻蚀等一系列工艺,在所述热电堆结构板具有所述第一互连结构一侧形成牺牲结构。所述牺牲结构至少覆盖所述热辐射感应区,用于使后续形成的第一空腔与所述热辐射感应区相对。
具体在本实施例中,形成图形化的牺牲结构410的流程可以包括:形成完全覆盖所述热电堆结构板具有热电堆结构一侧的牺牲材料层;去除所述热辐射感应区外的牺牲材料层,以剩余的所述牺牲材料层为牺牲结构。其中,所述牺牲材料层可以通过沉积、生长等工艺形成。所述去除所述热辐射感应区外的牺牲材料层,可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺,去除所述热辐射感应区外的牺牲材料层,以剩余的所述牺牲材料层为牺牲结构。在去除预设区域外的牺牲材料层的过程中,可以通过控制刻蚀时间,控制具体的刻蚀过程,只要将所述热辐射感应区外的牺牲层完全去除即可。可选的,具体的刻蚀步骤,本发明实施例在此不做具体的限定。
需要说明的是,基于刻蚀工艺的特点,所述牺牲结构的横截面可以为梯形或倒梯形,在形成的牺牲结构为不完全规则形状的流程中,可以使形成的所述牺牲结构的最小尺寸处至少覆盖所述热辐射感应区。
需要进一步说明的是,在基于形成所述去除所述热辐射感应区外的牺牲材料层之后,还可以包括:在所述热电堆结构板上形成与所述牺牲结构顶面齐平的第二钝化层,从而使得第二钝化层支撑在所述牺牲结构的侧面,在去除所述牺牲结构后,可以形成预设的空腔结构,并为后续的工艺提供平整的表面。
在可选实现中,首先可以沉积足够厚的第二钝化材料层,并采用化学机械抛光(CMP)工艺对第二钝化材料层进行顶面平坦化,顶面平坦化后的所述第二钝化层位于所述热电堆结构板上,直至所述第二钝化层与所述牺牲结构410顶面齐平。
所述第二钝化层可以将所述第一导电互连线300a和第二导电互连线300b以及热电堆结构均掩埋在内。第二钝化层的材料参见第一钝化层的材料,这里不再赘述。
在本发明的其他实施例中,所述形成图形化的牺牲结构还可以通过以下流程实现:形成完全覆盖所述热电堆结构板具有热电堆结构一侧的第二钝化材料层;去除所述热辐射感应区的第二钝化材料层,形成牺牲沟槽,以剩余部分的第二钝化材料层作为第二钝化层;形成填充在所述牺牲沟槽内的牺牲结构。
其中,所述填充指的是形成在所述牺牲沟槽内的所述牺牲结构与所述第一钝化层齐平。具体的,可以通过沉积、生长等工艺形成填充所述牺牲沟槽且高出所述牺牲钝化层的牺牲材料,并进一步采用化学机械抛光(CMP)工艺对该牺牲材料进行顶面平坦化,直至该牺牲材料层与第二钝化层齐平,并以填充在所述牺牲沟槽中的牺牲材料作为牺牲结构。
参见图5,在所述热电堆结构板或所述电路基板上形成热辐射隔离板430。
热辐射隔离板430用于连接在所述热电堆结构板20和所述电路基板之间。
所述热辐射隔离板430用于对后续形成的第一空腔进行热绝缘,防止热电堆结构接收的红外辐射向第一空腔下方的热电堆结构板传导,从而影响器件的精度。
所述热辐射隔离板430可以完全覆盖所述热电堆结构板,也可以仅覆盖所述热辐射感应区20A。
具体的,所述热辐射隔离板可以形成在所述热电堆结构具有牺牲结构一侧的表面,也可以形成在所述电路基板上。
进一步的,可以通过金属沉积、光刻、刻蚀等一系列工艺或者金属剥离(liff-off)工艺,在所述牺牲结构上形成热辐射隔离板,且热辐射隔离板仅覆盖所述热辐射感应区。在本发明实施例的一种可选实现中,形成热辐射隔离板的步骤可以具体包括:形成保形覆盖在所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的隔离材料层;去除部分隔离材料层,使剩余的隔离材料层在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述牺牲结构在所述热电堆结构板的投影,其中,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。
在本发明的其他实施例中,形成仅覆盖所述热辐射感应区的热辐射隔离板还可以通过如下流程实现:形成覆盖所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的第三钝化材料层;去除所述牺牲结构顶部的第三钝化材料层,形成隔离沟槽,以剩余的第三钝化材料层作为第三钝化层;形成保形覆盖所述第三钝化层和所述隔离沟槽的隔离材料层;去除所述隔离沟槽外的隔离材料层,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。其中,所述隔离沟槽的深度与用于形成在所述隔离沟槽内的层结构的厚度相适应,在所述隔离沟槽用于形成热辐射隔离板的沟槽,对应的沟槽深度与热辐射隔离板的厚度相适应。在去除隔离沟槽外的隔离材料层时,可以采用化学机械抛光(CMP)工艺去除。
在本发明其他可选的实施例中,所述热辐射隔离板完全覆盖所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的表面,可以是形成保形覆盖在所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的隔离材料层,以所述隔离材料层为所述热辐射隔离板。
其中,当所述热辐射隔离板为金属材料时,可以通过沉积工艺分别形成所述隔离材料层。当所述热辐射隔离板为金属硅化物时,所述隔离材料层的形成步骤包括:先形成硅层,后对硅层进行金属硅化处理。当所述热辐射隔离板为掺杂的半导体时,所述隔离材料层的形成步骤包括:先形成半导体层,后对半导体层进行N型和/或P型掺杂。
在本实施例中,所述热辐射隔离板贴合所述牺牲结构;在其他可选的实施例中,所述热辐射隔离板和所述牺牲结构之间还形成有间隔钝化层。其中,所述间隔钝化层为保形覆盖在所述牺牲结构上或所述牺牲结构和第一钝化层上的一层钝化材料,所述间隔钝化层的材料可以为氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或多种。
在本发明进一步的可选实施例中,所述热辐射隔离板还可以形成在所述电路基板上。
当所述热辐射隔离板形成在所述电路基板上,且所述辐射隔离板仅覆盖所述电路基板与热辐射感应区相对应的表面,具体的,形成热辐射隔离板的步骤可以包括:形成完全覆盖所述电路基板一侧的隔离材料层;去除部分隔离材料层,使剩余的隔离材料层覆盖的区域至少与所述热辐射感应区相对应,以剩余的隔离材料层作为热辐射隔离板。或者,形成热辐射隔离板的另一步骤可以包括:形成覆盖所述电路基板的第三钝化材料层;去除与所述热辐射感应区对应的区域的第三钝化材料层,形成隔离沟槽,以剩余的第三钝化材料层作为第三钝化层;形成保形覆盖所述第三钝化层和所述隔离沟槽的隔离材料层;去除所述隔离沟槽外的隔离材料层,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。
可选的,无论所述热辐射隔离板形成在所述热电堆结构具有牺牲结构一侧的表面,还是形成在所述电路基板上,均可以在后续热电堆结构板与所述电路基板进行键合后,所述热辐射隔离板位于所述热电堆结构板与所述电路基板之间。
在本发明实施例中,形成热辐射隔离板430后,还可以进一步在所述热电堆结构板上形成表面为平面的第四钝化层,所述第四钝化层与所述热辐射隔离板表面齐平或完全覆盖所述热辐射隔离板。
其中,第四钝化层的材料包括硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的至少一种。
具体的,可以采用沉积工艺沉积形成第四钝化材料层(图中未示出),并采用化学机械抛光(CMP)工艺对第四钝化材料层进行顶面平坦化,以形成表面为平面的第四钝化层。其中,所述第四钝化层可以将所述热辐射隔离板掩埋在内,或者,所述第四钝化层的顶面可以与热辐射隔离板的顶面齐平,以为后续的工艺提供平坦的表面。
在本实施例中,第一钝化层、第二钝化层和第四钝化层可以组成第一介质层402,且第一介质层402、热辐射隔离板430和牺牲结构410可以作为支撑结构。
参见图6,通过所述热辐射隔离板430将所述热电堆结构板20键合在所述电路基板上,使键合后,所述牺牲结构410夹设在所述热电堆结构板20和所述热辐射隔离板10之间,且所述热辐射隔离板10在所述热电堆结构板20的投影至少覆盖所述热辐射感应区。
其中,在可选实现中,可以是将所述热电堆结构板20倒置键合在所述电路基板10上,用于使所述第一互连结构位于所述热电堆结构的下方,从而不会对红外辐射形成阻挡,使红外辐射传输至热电堆结构的路径通畅,同时可以减少红外辐射向第一空腔传输,提高器件的测量精度。
在本发明实施例中,将所述热电堆结构板20键合在所述电路基板10上,具体为:将所述热电堆结构板倒置键合在所述电路基板具有所述第三互连结构一侧。
参考图7,本发明实施例将所述热电堆结构板20键合在所述电路基板10上之后,所述去除所述牺牲结构410之前,还可以进一步对所述热电堆结构板背离所述电路基板10一侧进行减薄处理,去除所述底层半导体层。
通过去除所述底层半导体层降低集成厚度,以及,降低后续释放孔以及第二互连结构的制作难度。
具体的,可以根据所述底层半导体层的材料,来选用合适的去除工艺(例如化学机械抛光、刻蚀或者剥离等),去除所述底层半导体层。
具体的,可以根据所述底层半导体层200的材料,来选用合适的去除工艺(例如化学机械抛光、刻蚀或者剥离等),去除所述底层半导体层200。
参考图8,本发明实施例进一步在所述热电堆结构板20背离所述电路基板10一侧形成第二互连结构60a/60b,所述第二互连结构连接所述第一互连结构和所述第三互连结构。
所述第二互连结构用于将所述第一互连结构和所述第三互连结构的电信号输出。其中,第二互连结构60a、60b可以形成于所述热辐射感应区20A外围的所述热电堆结构板上。
所述第二互连结构可以包括电连接所述读出互连结构第三互连结构的第一插塞601a/601b,电连接所述热电堆结构的第二插塞603a/603b,以及,和连接所述第一插塞和所述第二插塞的插塞互连线602a/602b。
所述第二互连结构可以包括第一插塞、第二插塞和连接所述第一插塞和所述第二插塞的插塞互连线,具体的,形成所述第二互连结构的流程可以包括:在所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧形成第一互连通孔和第二互连通孔,所述第一互连通孔暴露所述电路基板中的第三互连结构,所述第二互连通孔暴露所述热电堆结构板的第一互连结构;在所述第一互连通孔和所述第二互连通孔的侧壁上形成绝缘介质层;在所述第一互连通孔中形成第一插塞,在所述第二互连通孔中形成第二插塞;在所述热电堆结构板表面形成插塞互连线,所述插塞互连线连接所述第一插塞和所述第二插塞。
作为一种示例,所述第二互连结构60a、60b通过重布线工艺形成,具体包括:刻蚀所述热辐射感应区20A外围的所述热电堆结构板20和第一介质层,以形成分别暴露出第三互连结构104a、104b的部分顶面的第一互连通孔(未图示);刻蚀所述热辐射感应区20A外围的所述热电堆结构板20,以形成暴露出第一互连结构的部分表面的第二互连通孔(未图示)。
然后,在所述第一互连通孔和所述第二互连通孔的侧壁上覆盖绝缘介质层,绝缘介质层用于使得后续填充的导电材料与热电堆结构板20绝缘隔离,所述绝缘介质层的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼和碳氮化硼中的一种或多种,所述绝缘介质层的底部暴露出相应的第三互连结构104a、104b的部分顶面和相应的第一互连结构的表面。
接着,在第一互连通孔和第二互连通孔中填充金属(例如钨、铜)等导电材料,并通过化学机械抛光等工艺去除覆盖在介质层表面上的多余导电材料,以形成顶面与介质层顶面齐平的第一插塞601a、601b和第二插塞603a、603b。本实施例中,第一插塞601a的底端与第三互连结构104a电性连接。第一插塞601b的底端与第三互连结构104b电性连接;第二插塞603a的底端与第一互连结构电性连接。
形成插塞互连线602a、602b的工艺具体包括:在第一插塞601a、601b、第二插塞603a、603b以及介质层201的表面上沉积金属层(例如铝、铜);接着,对所述金属层进行光刻和刻蚀,以去除热感应辐射区20A中的金属层,剩余的金属层形成插塞互连线602a、602b,插塞互连线602a覆盖第一插塞601a的顶端和第二插塞603a的顶端且将第一插塞601a的顶端和第二插塞603a的顶端电性连接。
需要说明的是,当热电堆结构板20是基于非导电的材料板形成时,第二插塞603a、603b和第一插塞601a、601b中的导电材料的侧壁上可以省略绝缘介质层。此外,第二互连结构60a、60b的形成工艺也不仅仅限定于形成第一空腔之前进行,也可以是在形成第一空腔之后进行。
在本发明的其他实施例中,所述第二互连结构包括第一插塞和第三插塞,对应的,所述第二互连结构的形成工艺还可以为:形成热辐射隔离板之后,所述将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上之前,在所述热电堆结构板具有第一互连结构一侧形成第一插塞和第三插塞,所述第一插塞用于贯穿所述热电堆结构板,且与所述电路基板的第三互连结构对准,在键合所述热电堆结构板和所述电路基板后电连接至所述电路基板的第三互连结构,所述第三插塞电连接至所述第一互连结构,且与所述电路基板的第三互连结构对准;将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上的步骤中,所述第一插塞和所述第三插塞电连接至所述第三互连结构。并进一步在所述热电堆结构板和所述电路基板键合时,通过导电键合材料将第三插塞电连接至所述第三互连结构,第一插塞电连接至所述第三互连结构,从而使第三插塞电连接所述第一互连结构和所述第三互连结构,第一插塞作为输出端子引出相应的电信号。
在本发明的另一实施例中,还可以进一步在键合所述热电堆结构板和所述电路基板之前,首先在热电堆结构板形成第三插塞,并进一步在所述热电堆结构板和所述电路基板键合时,通过导电键合材料将第三插塞电连接至所述第三互连结构,并进一步在键合后形成电连接所述第三互连结构的第一插塞,所述第一插塞与所述电路基板的第三互连结构电连接。
参见图9,去除所述牺牲结构,在所述热电堆结构板20和电路基板10之间形成第一空腔105。
在本发明实施例中,形成第一空腔105的步骤可以包括:在所述热电堆结构板背离所述电路基板的表面形成至少一个释放孔,所述释放孔暴露部分所述牺牲结构;通过所述释放孔去除所述牺牲结构,以形成第一空腔。
具体的,可以通过激光钻孔或者刻蚀工艺,从热电堆结构板20背向基板10的一面打孔,至暴露出牺牲结构的表面,以形成至少一个释放孔50。
其中,释放孔50作为腔体连接通道,能连通所述第一空腔和外部空间,由此平衡第一空腔105的气压,避免热电堆结构板20翘曲等问题。
接着,向释放孔50中通入刻蚀剂,可以是气相刻蚀剂,也可以是液体刻蚀剂,以去除牺牲结构,从而形成第一空腔105。可选地,可以进一步向释放孔50中通入清洗剂、干燥剂等,以清洗和干燥第一空腔105的表面。其中清洗剂可以是去离子水或者氮气或者惰性气体,干燥剂可以是异丙醇气体等。
参考图10,在本发明实施例中,还进一步在所述热电堆传感器上设置盖板70,以保护所述热电堆传感器的热辐射感应区。
具体的,在去除所述牺牲结构之后,还包括:提供具有第二空腔的盖板70,所述第二空腔底部的盖板上形成有辐射穿透窗口,所述辐射穿透窗口与所述热辐射感应区对应;将所述盖板键合到所述热电堆结构板背离所述电路基板的表面,使所述盖板的第二空腔的开口朝向所述电路基板,且使所述辐射穿透窗口与在所述热电堆结构板的热辐射感应区对准;去除部分所述盖板,使剩余的所述盖板暴露所述热电堆结构板的部分第二互连结构。
其中,第二空腔侧壁的盖板材料和第二空腔顶部的盖板材料可以相同,也可以不同,本发明实施例中第二空腔侧壁的盖板材料和第二空腔顶部的盖板材料不同,以便于去除第二空腔顶部的盖板。
作为一种示例,为了提供具有第二空腔的盖板70,首先提供第三基底700,第三基底700的材料可以是本领域技术人员熟知的任意合适的材料,例如玻璃、塑料、半导体等,然后在第三基底上沉积腔体材料层,刻蚀所述腔体材料层至暴露出第三基底的表面,以形成在腔体材料层中第二空腔,剩余的腔体材料构成腔体壁701,此时腔体壁的材料和第三基底的材料不同;作为另一种示例,先提供第三基底,然后刻蚀部分厚度的第三基底,以在第三基底中形成第二空腔,此时腔体壁的材料和第三基底的材料相同。
然后,将所述盖板70键合到所述介质层201上,且所述第二空腔夹设在所述第三基底和所述介质层之间,并与所述第一空腔105对准。
接着,通过激光切割等工艺,对第三基底700的边缘进行切边,以暴露出互连线的表面,由此使得互连线成为热电堆传感器的相应的外接的接触垫。
此时,释放孔50作为腔连接通道,能连通所述第二空腔和所述第一空腔105,由此平衡第二空腔702和第一空腔105的气压,避免热电堆结构板20翘曲等问题。
所述辐射穿透窗口用于透射红外线。在一种具体实施例中,所述辐射穿透窗口上方还可以设置红外增透膜。
所述辐射穿透窗口的材料包括半导体(例如硅、锗或绝缘体上硅等)和有机滤光材料(例如聚乙烯、聚丙烯等材料)中的一种或两种。
所述辐射穿透窗口的形状可以为矩形、正方形或圆形等规则形状,也可以为其他不规则形状。
本发明实施例中,第一空腔下方进一步键合有电路基板,从而可以避免开放的第一空腔对应的辐射流失,提高了器件的测量精度。并且,第一空腔下方进一步键合电路基板的方案,在不增加面积的条件下,实现了器件的垂直系统集成,有利于缩短传感信号到读出电路的互连长度、信号损失和噪声,且有利于器件的微型化;此外,还有利于进一步延展到制作主动热成像传感器阵列与CMOS读出像素阵列及外围电路的3D系统集成。高集成的热电堆传感器有利于应用到热电堆结构呈阵列排布的热成像仪,以实现温度的成像,或应用到小体积的移动终端如手机、平板电脑等,以实现移动测温等。
本发明实施例第一空腔下形成有热辐射隔离板,对第一空腔进行热绝缘,防止热电堆结构接收的红外辐射向第一空腔下方的电路基板中传导,以进一步避免红外辐射的流失,提高器件的测量精度。
本发明实施例经过热电堆结构板的键合后,使第一互连结构位于所述热电堆结构的下方,从而不会对红外辐射形成阻挡,使红外辐射传输至热电堆结构的路径通畅,同时可以减少红外辐射向第一空腔传输,提高器件的测量精度。
另外,本发明实施例中通过牺牲结构形成第一空腔,能够使牺牲结构在形成器件的工艺过程中支撑对应的器件结构,避免对应的器件结构产生塌陷等缺陷,从而进一步提高了器件的良率。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (15)
1.一种热电堆传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供热电堆结构板和电路基板,所述热电堆结构板包括热辐射感应区,所述热辐射感应区内形成有热电堆结构;
在所述热电堆结构板上形成与所述热电堆结构电连接的第一互连结构;
形成覆盖所述第一互连结构以及热电堆结构的第一钝化层;
在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧的所述第一钝化层上形成图形化的牺牲结构,所述牺牲结构在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;所述形成图形化的牺牲结构,包括:形成完全覆盖所述热电堆结构板具有热电堆结构一侧的牺牲材料层;去除所述热辐射感应区外的牺牲材料层,以剩余的所述牺牲材料层为牺牲结构;在所述热电堆结构板上形成与所述牺牲结构顶面齐平的第二钝化层;
在所述热电堆结构板或所述电路基板上形成热辐射隔离板;
形成覆盖所述热辐射隔离板的第四钝化层;
形成第四钝化层后,将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上,使键合后,所述牺牲结构夹设在所述热电堆结构板和所述热辐射隔离板之间,且所述热辐射隔离板在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述热辐射感应区;
去除所述牺牲结构,在所述热电堆结构板和电路基板之间形成第一空腔;所述去除所述牺牲结构,包括:
在所述热电堆结构板背离所述电路基板的表面形成至少一个释放孔,所述释放孔暴露部分所述牺牲结构;通过所述释放孔去除所述牺牲结构,以形成第一空腔;
在所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧形成第二互连结构,所述第二互连结构形成于所述热辐射感应区外围的所述热电堆结构板上,所述第二互连结构包括电连接所述第一互连结构的第二插塞。
2.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述提供热电堆结构板的步骤包括:
提供第一衬底;
对所述第一衬底的部分区域进行N型离子掺杂,以形成N型掺杂区,对所述第一衬底的部分区域进行P型离子掺杂,以形成P型掺杂区,所述N型掺杂区和P型掺杂用于作为热电堆结构。
3.如权利要求2所述的制作方法,其特征在于,所述第一衬底为绝缘体上硅衬底,所述绝缘体上硅衬底包括由下而上依次堆叠的底层半导体层、绝缘层和顶层半导体层,所述热电堆结构形成于所述顶层半导体层中;
在键合后,去除所述牺牲结构之前,所述制作方法还包括:去除所述底层半导体层。
4.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述形成图形化的牺牲结构,包括:
形成完全覆盖所述热电堆结构板具有热电堆结构一侧的第二钝化材料层;去除所述热辐射感应区的第二钝化材料层,形成牺牲沟槽,以剩余部分的第二钝化材料层作为第二钝化层;
形成填充在所述牺牲沟槽内的牺牲结构。
5.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述在所述热电堆结构板上形成热辐射隔离板,包括:
形成保形覆盖在所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的隔离材料层;去除部分隔离材料层,使剩余的隔离材料层在所述热电堆结构板的投影至少覆盖所述牺牲结构在所述热电堆结构板的投影,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。
6.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述在所述热电堆结构板上形成热辐射隔离板,包括:
形成覆盖所述热电堆结构板具有所述牺牲结构一侧的第三钝化材料层;
去除所述牺牲结构顶部的第三钝化材料层,形成隔离沟槽,以剩余的第三钝化材料层作为第三钝化层;
形成保形覆盖所述第三钝化层和所述隔离沟槽的隔离材料层;
去除所述隔离沟槽外的隔离材料层,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。
7.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述在所述电路基板上形成热辐射隔离板,包括:
形成完全覆盖所述电路基板一侧的隔离材料层;
去除部分隔离材料层,使剩余的隔离材料层覆盖的区域至少与所述热辐射感应区相对应,以剩余的隔离材料层作为热辐射隔离板。
8.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述在所述电路基板上形成热辐射隔离板,包括:
形成覆盖所述电路基板的第三钝化材料层;
去除与所述热辐射感应区对应的区域的第三钝化材料层,形成隔离沟槽,以剩余的第三钝化材料层作为第三钝化层;
形成保形覆盖所述第三钝化层和所述隔离沟槽的隔离材料层;
去除所述隔离沟槽外的隔离材料层,以剩余的隔离材料层为热辐射隔离板。
9.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述在所述热电堆结构板上形成与所述热电堆结构电连接的第一互连结构,包括:
在所述热电堆结构板具有所述热电堆结构一侧形成互连钝化材料层;
在所述互连钝化材料层中形成互连沟槽,所述互连沟槽暴露至少部分所述热电堆结构,以剩余的互连钝化材料层作为互连钝化层;
在所述互连沟槽中形成第一互连结构;
形成覆盖所述第一互连结构的第一钝化层。
10.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述电路基板包括第三互连结构,所述将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上之后,所述去除所述牺牲结构之前,还包括:
在所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧形成第二互连结构,所述第二互连结构电连接所述第一互连结构与所述第三互连结构。
11.如权利要求10所述的制作方法,其特征在于,所述第二互连结构包括第一插塞、第二插塞和连接所述第一插塞和所述第二插塞的插塞互连线,所述第二互连结构的形成步骤包括:
在所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧形成第一互连通孔和第二互连通孔,所述第一互连通孔暴露所述热电堆结构板的第一互连结构,所述第二互连通孔暴露所述电路基板中的第三互连结构;
在所述第一互连通孔中形成第一插塞,在所述第二互连通孔中形成第二插塞;
在所述热电堆结构板表面形成插塞互连线,所述插塞互连线连接所述第一插塞和所述第二插塞。
12.如权利要求10所述的制作方法,其特征在于,所述第二互连结构包括第一插塞和第三插塞,所述第二互连结构的形成步骤包括:
形成热辐射隔离板之后,所述将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上之前,在所述热电堆结构板具有第一互连结构一侧形成第一插塞和第三插塞,所述第一插塞贯穿所述热电堆结构板,且与所述电路基板的第三互连结构对准,所述第三插塞电连接至所述第一互连结构,且与所述电路基板的第三互连结构对准;
所述将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上的步骤中,所述第一插塞和所述第三插塞电连接至所述第三互连结构。
13.如权利要求12所述的制作方法,其特征在于,所述将所述热电堆结构板键合在所述电路基板上的步骤中,所述第一插塞和所述第三插塞通过导电键合材料电连接至所述第三互连结构。
14.如权利要求10所述的制作方法,其特征在于,所述去除所述牺牲结构之后,还包括:
提供具有第二空腔的盖板,所述第二空腔底部的盖板上形成有辐射穿透窗口,所述辐射穿透窗口与所述热辐射感应区对应;
将所述盖板键合到所述热电堆结构板背离所述电路基板一侧的表面,使所述盖板的第二空腔的开口朝向所述电路基板,且使所述辐射穿透窗口与在所述热电堆结构板的热辐射感应区对准;
去除部分所述盖板,使剩余的所述盖板暴露所述热电堆结构板的部分第二互连结构。
15.如权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述牺牲结构的材料为锗和无定型碳中的至少一种,所述热辐射隔离板的材料为金属材料、金属硅化物材料、半导体材料中的一种或多种。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010615288.9A CN112117367B (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 热电堆传感器的制作方法 |
PCT/CN2021/103821 WO2022002169A1 (zh) | 2020-06-30 | 2021-06-30 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010615288.9A CN112117367B (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 热电堆传感器的制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112117367A CN112117367A (zh) | 2020-12-22 |
CN112117367B true CN112117367B (zh) | 2022-10-18 |
Family
ID=73799597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010615288.9A Active CN112117367B (zh) | 2020-06-30 | 2020-06-30 | 热电堆传感器的制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112117367B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022002169A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012122875A1 (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | 迈尔森电子(天津)有限公司 | Mems压力传感器及其制作方法 |
CN106248222A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-21 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 红外探测器像元结构及其制备方法 |
CN107055464A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-08-18 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种使用非晶碳作为牺牲层制作微测辐射热计微桥结构的方法 |
CN108346686A (zh) * | 2017-01-25 | 2018-07-31 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
EP3428592A2 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-16 | Meridian Innovation Pte Ltd | Scalable thermoelectric-based infrared detector |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4228232B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2009-02-25 | 日本電気株式会社 | 熱型赤外線検出素子 |
US8604435B2 (en) * | 2009-02-26 | 2013-12-10 | Texas Instruments Incorporated | Infrared sensor structure and method |
JP5786273B2 (ja) * | 2009-12-28 | 2015-09-30 | オムロン株式会社 | 赤外線センサ及び赤外線センサモジュール |
CN102610619B (zh) * | 2012-03-29 | 2014-04-16 | 江苏物联网研究发展中心 | 一种晶圆级真空封装的ir fpa器件及其制造方法 |
US10788370B2 (en) * | 2015-11-27 | 2020-09-29 | Heimann Sensor Gmbh | Thermal infrared sensor array in wafer-level package |
EP3370048B1 (en) * | 2016-09-02 | 2023-07-26 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Image pickup device |
CN110044494B (zh) * | 2019-03-22 | 2021-04-13 | 清华大学 | 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 |
-
2020
- 2020-06-30 CN CN202010615288.9A patent/CN112117367B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012122875A1 (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | 迈尔森电子(天津)有限公司 | Mems压力传感器及其制作方法 |
CN106248222A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-21 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 红外探测器像元结构及其制备方法 |
CN107055464A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-08-18 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种使用非晶碳作为牺牲层制作微测辐射热计微桥结构的方法 |
CN108346686A (zh) * | 2017-01-25 | 2018-07-31 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
EP3428592A2 (en) * | 2017-07-12 | 2019-01-16 | Meridian Innovation Pte Ltd | Scalable thermoelectric-based infrared detector |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112117367A (zh) | 2020-12-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112117373B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
KR102374110B1 (ko) | 쉴딩 구조를 갖는 이미지 센서 | |
CN112117369B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
WO2020218503A1 (ja) | 撮像装置 | |
CN112117366B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN209282203U (zh) | 背照式图像传感器 | |
US9773829B2 (en) | Through-semiconductor-via capping layer as etch stop layer | |
JP2018006443A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
CN112117372B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
WO2021010024A1 (ja) | 半導体装置及び撮像装置 | |
CN112117370B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117361B (zh) | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 | |
KR100775688B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 | |
CN112117367B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN115831989A (zh) | 具有深沟隔离结构的图像传感器像素 | |
CN112038476B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117368B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117364B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112038475B (zh) | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 | |
JP2019067826A (ja) | 撮像装置およびその製造方法ならびに機器 | |
CN112117371B (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117365A (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117374A (zh) | 热电堆传感器的制作方法 | |
CN112117363B (zh) | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 | |
CN112117362B (zh) | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |