CN112129418A - 一种红外热堆传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外热堆传感器及其制作方法，包括：提供第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；在所述第一区第一表面形成热电堆结构；在所述第二区第一表面形成热敏电阻结构。本发明实施例所提供的红外热堆传感器的制作方法所得的红外热堆传感器热电堆结构和热敏电阻结构集成在第一基板上，集成度高，体积小，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种红外热堆传感器的制作方法。
背景技术
红外传感器(英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，通过将感应到的被测信息按一定规律变换成为对应的信号输出，以实现对信息的检测。典型的红外传感器如温度红外传感器、压力红外传感器、光学红外传感器等，不仅促进了传统产业的改造和更新换代，还不断开拓新型工业，成为人们关注的焦点。
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红外传感器以其尺寸小、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。红外传感器的对温度的处理中，采用热电堆单元接收辐射信息检测被测物体温度，同时为了提高准确度，需要同时热敏电阻单元接收当前环境温度，以便提高计算准确度。
然而，现有的红外热堆传感器中热电堆单元与热敏单元为分离设计后再重新组装，工艺复杂，体积较大，与微型化的趋势相违背。因此，亟需提供一种工艺简单且体积较小的红外热堆传感器。
发明内容
本发明解决的问题是如何减小红外热堆传感器的器件体积，简化工艺流程。
为解决上述问题，本发明提供了一种红外热堆传感器的制作方法，包括：
提供第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区第一表面形成热电堆结构；
在所述第二区第一表面形成热敏电阻结构。
本发明还提供了一种红外热堆传感器，包括：
第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区第一表面具有热电堆结构；
在所述第二区第一表面具有热敏电阻结构。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案有如下优点：
本发明实所提供的红外热堆传感器的制作方法中，热电堆结构和热敏电阻结构均形成在第一基板上，且二者均采用半导体工艺形成，能减小形成的红外热堆传感器的体积，提高器件的集成度。
进一步，热电堆结构和热敏电阻结构均可以通过半导体工艺形成，兼容性好。
进一步，形成热电堆结构过程中形成热敏电阻结构，省略了二者分别形成和组装的工序，工艺流程简单。
本发明所提供的红外热堆传感器中，热电堆结构和热敏电阻结构均形成在第一基板上，能减小形成的红外热堆传感器的体积，提高器件的集成度。
进一步，热敏电阻结构距离热堆结构冷端较近，获得的冷端温度更为精确，能提高红外热堆传感器的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1至图11为本发明一实施例所提供的红外热堆传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图。
图12是本发明又一实施例所提供的红外热堆传感器的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有的红外热堆传感器的器件尺寸有待提高。
红外热堆传感器又称为热电堆红外探测器，传统的红外热堆传感器包括热电堆芯片和热敏电阻芯片。红外热堆传感器测温基本原理为，通过所述热电堆芯片将人体的红外辐射能量直接转换为连续输出的电压信号，所述热敏电阻芯片在电路中回路中形成分压信号，对电压信号及分压信号进行信号处理，根据电压信号及分压信号运算所述热电堆芯片和热敏电阻芯片是否有由红外辐射造成的温度差，提高红外热堆传感器的准确性。然而上述红外热堆传感器中热电堆芯片和热敏电阻芯片分别形成，然后将二者安装至封装底座，再通过导线与信号处理芯片电连接。
由于，热电堆芯片和热敏电阻芯片分别形成，工艺步骤较长，且二者分开安装至封装底座，体积较大，同时通过外接导线连接，可靠性较差。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种红外热堆传感器的制作方法，包括：
提供第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区第一表面形成热电堆结构；
在所述第二区第一表面形成热敏电阻结构。
本发明实施例所提供的红外热堆传感器的制作方法中，热电堆结构和热敏电阻结构均形成在第一基板上，二者距离可以较近，减小了所形成的红外热堆传感器的体积。
热电堆结构和热敏电阻结构均可以通过半导体工艺形成，兼容性好。
形成热电堆结构过程中形成热敏电阻结构，省略了二者分别形成和组装的工序，工艺流程简单。
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。
请参考图1至图11，图1-图11是本发明实施例所提供的红外热堆传感器的制作方法中各步骤对应的结构示意图。
如图1所示，提供第一基板200；所述第一基板包括第一区I和第二区II。
所述第二区II包围所述第一区I。
在一实施例中，所述第一基板包括：多个第一区I和多个包围第一区I的第二区II。
所述第一基板200可以是本领域技术人员熟知的任意合适的衬底材料，例如硅、锗、硅锗、砷化镓、磷化铟等体半导体衬底材料。
所述第一基板200具有相对的第一表面和第二表面。
本实施例中，还包括在所述第一基板200上形成介质层201。所述介质层201位于第一基板200第一表面。
所述介质层201用于隔离后续形成的热电堆结构和第一基板，同时作为热堆结构的支撑层。
所述介质层201的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
采用沉积工艺或者热氧化工艺形成所述介质层201。
如图2至图7所示，在所述第一区I第一表面形成热电堆结构；在所述第二区II的第一表面形成热敏电阻结构。
所述热电堆结构包括：包括红外辐射区和外围区；所述热辐射隔离槽暴露出红外辐射区的热电堆结构。
所述热电堆结构包括多个相互连接的热电偶对，每个热电偶对包括相互电连接的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极均自外围区延伸至红外辐射区。
所述热电偶对的热端位于红外辐射区，所述热电偶对的冷端位于外围区。
所述热敏电阻结构包括：单层膜结构或者多层膜结构。
所述热敏电阻结构为多层膜结构时，各膜层的材料可以相同也可以不同或各层膜的掺杂浓度相同或者不同。
所述热敏电阻结构至少为两层结构；形成第一电极时和形成第二电极时，分别形成所述热敏电阻结构的其中两层膜层。
所述热敏电阻结构为S形排布或螺旋状排布的线状条。
所述热敏电阻结构的材料与热电堆结构的其中一电极的材料相同；或者，所述热敏电阻结构的材料与热电堆结构的其中两个电极的材料相同。
即，所述热敏电阻结构的材料与所述第一电极、或第二电极的材料相同。
所述热敏电阻结构的材料可以为具有负温度系数的材料，也可以是具有正温度系数的材料。
所述热敏电阻结构的材料包括：铝、铜、镍、铬、铁、钛、金、银、铂、锰、钴、锌等一种、两种或两种以上的金属或金属氧化物；或者半导体材料层；或者含重金属掺杂的半导体层，所述重金属掺杂的离子为：铝、铜、金、铂、银、镍、铁、锰、钼、钨、钛、锌、汞、镉、铬及钒中的一个或多个。
所述半导体材料层的材料包括：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等半导体材料，所述半导体材料可以为单晶态、多晶态或者非晶态。
本实施例中，所述热敏电阻结构的材料为金属铝。
所述热敏电阻结构每层膜层的形成方法包括：沉积热敏材料层，对所述热敏材料层图形化形成该层的热敏电阻膜层；或者，沉积介质层，对所述介质层进行图形化形成沟槽，在所述沟槽内形成热敏电阻的每层膜层。
所述热电堆结构的形成方法包括：在所述第一基板上形成第一电极材料层；图形化所述第一电极材料层，形成多个分立的所述第一电极；在所述第一基板和所述第一电极上形成上形成第二电极材料层；图形化所述第二电极材料层，形成多个分立的所述第二电极，所述第一电极与第二电极相互连接。
形成热电堆结构后，形成所述热敏电阻结构；或者，形成所述热敏电阻结构后，形成所述热电堆结构；或者，至少部分所述热敏电阻结构与所述热电堆结构同时形成。
所述热敏电阻结构每层膜层的形成方式可以和热电堆结构的其中一电极的形成方式相同，二者只是作用于不同的区域。
本实施例中，形成热电堆结构的过程中形成所述热敏电阻结构。
形成热电堆结构的过程中形成热敏电阻结构，二者的制程能够兼容，且采用同一制程形成，节约制程，工艺简单。同时采用半导体工艺形成热电堆结构和热敏电阻结构使得二者之间距离较小，能够减小所形成的红外热堆传感器的体积。
具体请参考图2至图7，形成热电堆结构过程中形成所述热敏电阻结构。
参考图2，在所述介质层201上第一电极材料层202。
所述第一电极材料层202为后续形成第一电极提供材料。
所述第一电极材料层202的材料包括：掺杂半导体材料或者金属材料，所述掺杂离子包括：P型离子或N型离子，所述金属的材料包括：由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成，半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。本实施例中，所述第一电极材料层202的材料为掺杂多晶硅或掺杂单晶硅。
所述第一电极材料层202的形成工艺包括：沉积工艺或者外延生长工艺。所述外延生长工艺还包括：外延掺杂工艺。
所述第一电极材料层202的形成方法包括：通过外延工艺形成未掺杂第一电极材料层(例如多晶硅或单晶硅等)；对所述未掺杂第一电极材料层进行离子注入，形成所述第一电极材料层202。
离子注入后，还包括对所述第一电极材料层202进行退火处理，退火处理能够修复离子注入时的晶格损失，同时激活离子注入工艺中的注入离子。
其他实施例中，也可以通过外延生长过程中离子掺杂形成所述第一电极材料层。
本实施例中，所述第一电极材料层的工艺包括：采用溅射工艺沉积形成所述第一电极材料层。
参考图3，图形化所述第一电极材料层202，形成第一电极211。
由于热电堆结构包括多个串联的热点偶对，每个热电偶对包括一个第一电极和一个第二电极，所述第一电极和第二电极相互连接，相邻的所述热电偶对的第一电极和第二电极相互电连接，因此，其中每个第一电极是分立的。
所述第一电极211的形成方法包括：
在所述第一电极材料层202表面形成第一掩膜层(未图示)，所述第一掩膜层覆盖要形成第一电极的区域，以所述第一掩膜层为掩膜刻蚀所述第一电极材料层202，形成多个分立的第一电极211。
在一实施例中，所述第一电极材料层202覆盖第一区I和第二区II的介质层201表面；图形化所述第一电极材料层202形成第一电极211过程中，形成所述热敏电阻结构。
所述第一电极和热敏电阻结构均为图形化第一电极材料层所形成，因此二者材料相同。
其他实施中，第一电极和热敏电阻结构的材料的掺杂不同时，也可以分别对第一区I和第二区II进行离子注入，然后一起图形化，形成所述第一电极和热敏电阻结构。
在另一实施中，所述热敏电阻结构为多层结构，形成第一电极过程中，形成所述热敏电阻结构的其中一层热敏层。
所述热敏电阻结构为两层结构时；形成第一电极时，形成所述热敏电阻结构的底层热敏层。所述底层热敏层的材料与第一电极材料相同。
其他实施例中，也可以是形成第一电极后或者形成第一电极之前，形成所述热敏电阻结构。这里的之前或者之后，可以形成第一电极材料层和热敏电阻材料层的顺序的先后，也可以指图形化形成第一电极和热敏电阻结构的先后关系。
参考图4，在所述第一基板200和所述第一电极211上形成钝化层203，所述钝化层203内具有第一沟槽204，所述第一沟槽204暴露出部分第一电极211表面。
所述钝化层203用于保护第一电极211。
所述钝化层203的材料包括：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。
本实施例中，所述钝化层203的材料为氧化硅。
所述第一沟槽204用于后续形成第二电极或者形成第一电极与第二电极的互连结构。
所述钝化层203的形成方法包括：在所述第一电极211和第一基板200上形成初始钝化层；在所述初始钝化层上形成第二掩膜层，所述第二掩膜层暴露出要形成第二电极的区域的初始钝化层；以所述第二掩膜层为掩膜刻蚀所述初始钝化层形成所述第一沟槽204和所述钝化层203，所述第一沟槽204暴露出部分第一电极211表面。
本实施例中，所述第一沟槽204暴露出部分第一基板表面和部分第一电极211表面。
在一实施例中，所述第一沟槽204仅暴露出部分第一电极211表面。
当所述热敏电阻结构为多层结构，且已经在形成第一电极过程中形成了其中一个热敏层时，第二区II的钝化层203内还具有得第二沟槽暴露出所述热敏层表面。
在一实施例中，所述热敏电阻结构为两层结构，所述第二沟槽暴露出底层热敏层表面。
形成第一沟槽204后，还包括：去除所述第二掩膜层。
所述第二掩膜层的材料包括光刻胶，去除所述第二掩膜层的工艺包括灰化工艺或者湿法刻蚀工艺中的一种或多种。
参考图5a，在所述第一沟槽204内形成第二电极212。
所述第二电极212的材料包括：掺杂半导体材料或者金属材料，所述掺杂离子包括：P型离子或N型离子，所述金属的材料包括：由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成，半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。
本实施中，所述第二电极212的材料为金属，例如：铝或铜。
所述第二电极212连接热电堆结构中相邻的热电偶对的第一电极211。
所述第二电极212的形成方法包括：在所述钝化层203上形成第二电极材料层，所述第二电极材料层填充满所述第一沟槽204；去除所述第一沟槽204周围的第二电极材料层，形成所述第二电极212。
在一实施例中，所述第二电极212的形成方法包括：所述形成第一沟槽204后，在所述第二掩膜层上沉积第二电极材料层；通过湿法刻蚀工艺去除所述第二掩膜层，从而形成所述第二电极212。
本实施例中，所述热敏电阻结构213为S形排布的线状条，参考图5b，图5b为所述热敏电阻结构213的俯视图。
所述热敏电阻结构中的线宽或者设计依据应用中的实际情况，合理设置，本发明中不做限定。
本实施例中，所述的红外热堆传感器中所述热电堆结构的冷端与所述热敏电阻结构213距离范围为3um到200um。
所述热电堆结构的冷端与所述热敏电阻结构213距离范围在3um到200um之间。可以确保热电堆结构中热端的热量不会通过热敏电阻结构迅速散热至外界，影响红外热堆传感器的测量精度，也可以保证热电堆和热敏结构所占的总面积不会太大。同时，热敏电阻结构距离热堆结构冷端较近，获得的冷端温度更为精确，能提高红外热堆传感器的测量精度。
热电堆结构的冷端位于外围区，这里距离是冷端与所述热敏电阻结构213的最小距离。
本实施例中，形成第二电极212过程中，形成所述热敏电阻结构213。
具体为，形成第二电极212的过程中，还包括：图形化第二区II上的第二电极材料层，在所述第二区II的钝化层203表面形成热敏电阻结构。
所述第二电极212和热敏电阻结构213均为图形化第二电极材料层所形成，因此二者材料相同。
其他实施中，第二电极212和热敏电阻结构213的材料不同时，也可以分别对第一区I和第二区II进行图形化和沟槽填充，形成所述第二电极212和热敏电阻结构213。或者，形成第二电极之前或者之后，在所述第一基板200上形成第三掩膜层，所述第三掩膜层覆盖第一区I的钝化层203，暴露出第二区II的用于形成热敏电阻结构的部分钝化层203的表面；在所述第三掩膜层上形成热敏电阻材料层；去除所述第三掩膜层，形成所述热敏电阻结构213。
在另一实施中，所述热敏电阻结构为多层结构，形成第二电极过程中，形成所述热敏电阻结构的其中一层热敏层。
所述热敏电阻结构为两层结构时；形成第二电极时，形成所述热敏电阻结构的顶层热敏层。所述顶层热敏层的材料与第二电极材料相同。
本实施例中，所述热敏电阻结构为单层结构，且与第二电极同时形成。所述热敏电阻结构和所述第二电极的材料为铝。
热敏电阻结构与第二电极同时形成，二者可以经过同一次图形化工艺形成，能够节省制程。且热敏电阻结构位于第一基板表面能更好的检测热电堆芯片的温度，提高精度，使得红外热堆传感器的性能得到提升。
两层结构的热敏电阻结构，底层热敏层为掺杂多晶硅，顶层热敏层为金属，金属传输速率较快，能够提高信号传输速率。
所述红外热堆传感器还包括：第一互连结构，所述第一互连结构用于使热电堆结构连接外部电路。
所述红外热堆传感器还包括：第二互连结构，所述第二互连结构用于使热敏电阻结构连接外部电路。
在一实施例中，形成第二电极中，还包括：在所述钝化层203上形成第一互连结构，所述第一互连结构与第二电极相连。所述第一互连结构位于第一区I外围区。
形成热敏电阻结构过程，还包括：在所述钝化层203上形成第二互连结构，所述第二互连结构与热敏电阻结构相连。所述第二互连结构位于第二区II形成热敏电阻以外的区域。
在一实施例中，所述第一互连结构还可以位于介质层201表面与第一电极211相连。
所述热敏电阻结构和第一电极同时形成时，所述第二互连结构还可以位于介质层201表面与热敏电阻结构相连。
所述第一互连结构或第二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。
参考图6，在所述钝化层203上形成吸收层205。
所述吸收层205用于吸收红外光和保护所述第二电极212和热敏电阻结构213。具体为所述辐射区的吸收层用于吸收红外光，转换层热能，所述第二电极和
所述吸收层205内具有第一开口206，所述第一开口206位于第一区I，所述第一开口206用于后续形成电连接结构连接热电堆结构和外部电路。
本实施例中，所述吸收层205内具有第二开口207，所述第二开口207位于第二区II，所述第二开口207用于后续形成电连接结构连接热敏电阻结构和外部电路。
所述吸收层205的材料包括：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。
本实施例中，所述吸收层205的材料为氮化硅。
所述吸收层205的形成工艺包括：物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺。
本实施例中，所述第一开口206和第二开口207的形成方法包括：
在所述钝化层203上形成初始吸收层，所述初始吸收层还覆盖第二电极212和热敏电阻结构213；图形化所述初始吸收层，形成所述第一开口205和所述第二开口207。
形成吸收层205后，自所述第二表面刻蚀所述基板，在第一区形成热辐射隔离槽。具体请参考图7和图8。
参考图7，在所述吸收层205表面形成保护层208。
所述保护层208在后续减薄工艺中保护所述热电堆结构和热敏电阻结构。
所述保护层208的材料包括：光刻胶
所述保护层208的形成工艺包括：旋涂工艺。
为提高后续减薄工艺的精度，也可以在对所述保护层进行化学机械平磨，提高保护层的平整度。
参考图8，自所述第一基板200的第二表面，减薄所述第一基板200。
本实施例中，减薄所述第一基板200的工艺为化学机械掩膜工艺。所述减薄工艺还可以为业界所知的任何工艺。例如先对第一基板进行离子注入，然后层切。或者采用刻蚀工艺减薄所述第一基板200。
减薄所述第一基板200以减小后续形成热辐射隔离槽的工艺难度。
继续参考图8，自所述第一基板200第二表面刻蚀所述第一基板200，在第一区I的第一基板200内形成热辐射隔离槽220。
所述热辐射隔离槽220位于红外辐射区。
所述热辐射隔离槽220暴露出部分热电堆结构，位于热辐射隔离槽220区域内的热电堆结构的电极端为热电堆结构的热端。
形成所述热辐射隔离层220的工艺为干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺中的一种或多种。
在一实施例中，形成热辐射隔离槽220的过程中，还包括：刻蚀第二区II的第一基板200，形成隔离槽，所述隔离槽暴露出热敏电阻结构所在区域的介质层。
采用上述方法形成的红外热堆传感器，热电堆结构和热敏电阻结构均位于第一基板上，集成度较高，减小了所形成的红外热堆传感器的体积。且热电堆结构和热敏电阻结构均可以通过半导体工艺形成，兼容性好。形成热电堆结构过程中形成热敏电阻结构，省略了二者分别形成和组装的工序，工艺流程简单。
参考图9，形成热辐射隔离槽200之前或者之后，还包括：在所述第一基板200第一表面上形成层间介质层217。所述层间介质层217暴露出红外辐射区的吸收层表面。
所述层间介质层217覆盖红外辐射区以外的吸收层，填充第一开口。
在所述层间介质层217中形成第一互连结构。
本实施例中，形成所述第一互连结构包括：形成第一插塞和第一互连线。
其他实施例中，形成所述第一互连结构包括：形成互连线或形成焊盘。
所述第一互连结构的形成方法包括：刻蚀所述层间介质层217，形成暴露出第二电极212的插塞开口；在所述插塞开口内和层间介质层217上形成初始金属层，图形化所述初始金属层形成所述第一互连结构。
位于所述插塞开口中的第一互连结构为第一插塞231,位于所述层间介质层上的第一互连结构为第一互连线241，所述第一插塞231与第二电极212相连，所述第一插塞互连线241与第一插塞231相连。
形成第一互连结构后，形成所述热敏电阻结构；或者，形成所述热敏电阻结构后，形成所述第一互连结构；或者，至少部分所述热敏电阻结构与所述第一互连结构同时形成。
在一实施例中，形成所述第一互连结构的过程中，形成所述热敏电阻结构。即图形化所述初始金属层的过程中，在第二区II的层间介质层217上形成热敏电阻结构。
即，形成第一插塞231或者形成第一互连线241的过程中，形成所述热敏电阻结构，或者形成第一插塞231和形成第一互连线241的过程中，形成所述热敏电阻结构。
本实施例中，形成第一互连结构的过程中，形成第二互连结构。
所述第二互连结构包括：位于第二区II的层间介质层217中的第二插塞232和位于第二区II的层间介质层217上的第二互连线，所述第二插塞232与热敏电阻结构213相连，所述第二互连线与第二插塞232相连。
其他实施例中，形成第一互连结构后，形成所述第二互连结构；或者形成第二互连结构后，形成第一互连结构。
形成热电堆结构和热敏电阻结构后，还包括：形成第一连接结构将所述热电堆结构与外部电路相连。形成第二连接结构将所述热敏电阻结构与外部电路相连。
本实施例中，具体为，形成第一连接结构将所述第一互连结构与外部电路相连。形成第二连接结构将所述第二互连结构与外部电路相连。
所述第一连接结构包括：位于第一区I外围区贯穿层间介质层217、吸收层、钝化层和第一基板200的第三插塞233和位于第一基板200第二表面的第三互连线243。
所述第二连接结构包括：位于第二区II非热敏电阻结构的区域贯穿层间介质层217、吸收层、钝化层和第一基板200的第四插塞234和位于第一基板200第二表面的第四互连线244。
在一实施例中，所述第一连接结构的形成方法包括：
形成热辐射隔离槽200过程中，刻蚀外围区的第一基板200、钝化层203和吸收层205，形成第三开口，所述第三开口暴露出第一互连结构；在所述第三开口内形成第三插塞；在所述第一基板第二表面形成第三互连线。
所述第二连接结构的形成方法包括：
形成热辐射隔离槽200过程中，刻蚀第二区II不形成热敏电阻结构的第一基板200、钝化层203和吸收层205，形成第四开口，所述第四开口暴露出第二互连结构；在所述第四开口内形成第四插塞；在所述第一基板第二表面形成第四互连线。
所述第一连接结构或第二连接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。
在一实施例中，在所述第三互连线243和第四互连线244上形成焊球，以利于后续连接外部电路。
参考图10，提供第二基板100；将所述第二基板100与第一基板200第二表面相键合，使所述热辐射隔离槽夹设在所述热电堆结构和所述第二基板100之间形成第一空腔。
所述第二基板100内具有读出电路。
所述红外热堆传感器的形成方法还包括：
在所述第二基板100内形成第三互连结构，将所述第一连接结构与外部电路连接。具体为，通过第五插塞将第三互连线243连接，实现对热电堆结构与外部信号的电连接。
在所述第二基板100内形成第四互连结构，将所述第二连接结构与外部电路连接。具体为，通过第六插塞将第四互连线244连接，实现对热敏电阻结构与外部信号的电连接。
所述第三互连结构和第四互连结构包括：绝缘层101和金属层110。
所述第三互连结构和第四互连结构的形成方法包括：刻蚀所述第二基板100，直至暴露出第三互连线243和第四互连线244，分别形成第五开口和第六开口；在所述第二基板100背对第一基板200的表面形成绝缘层101，所述绝缘层还覆盖第五开口和第六开口侧壁；刻蚀所述绝缘层101暴露出第五开口和第六开口底部的第三互连线243和第四互连线244；在所述绝缘层101表面形成初始金属层，所述初始金属层与第三互连线243和第四互连线244连接；图形化所述初始金属层，形成所述金属层110。
在一实施例中，还包括，在所述第二基板100内形成与第二基板100内读出电路连接的互连线，所述互连线与金属层110电连接，从而使得所述读出电路与热电堆结构和热敏电阻结构电连接。
本实施例中，还包括在所述第一基板200第一表面上形成封盖300。
参考图11，在所述层间介质层217上键合封盖300。
所述层间介质层217和封盖300通过键合层301键合，所述键合层的材料包括干膜或其他合适的材料。
其中，所述封盖的材料可以为玻璃、塑料、半导体等，
所述封盖的所述红外辐射区上方可以形成有辐射穿透窗口。
其中，所述封盖的材料可以为玻璃、塑料、半导体等，通过将所述封盖键合到所述热电堆结构板背离所述第二基板的表面，以覆盖所述热电堆结构的红外辐射区。
所述辐射穿透窗口的形状可以根据需要选择设置，例如圆形，矩形等。所述辐射穿透窗口的材料包括半导体(例如硅、绪或环、绝缘体上硅等)或有机滤光材料(例如聚乙烯、聚丙烯等材料)中的一种或两种。
所述辐射穿透窗口上可以设置有红外滤光层302。所述红外滤光层302内滤过特定波长的红外线，减少光串扰。
所述红外滤光层302的材料为红外滤光片。
形成封盖后，在第二基板100背离第一基板200的表面形成焊球，连接外部电路与第三插塞和第四插塞。
图12为另一实施例中所述红外热堆传感器的示意图，第一互连结构为互连线或者焊盘，不形成在层间介质层中。
本实施例中，所述第一互连结构为互连线，所述互连线具有电极互联端214。
形成第一互连结构后，形成所述热敏电阻结构；或者，形成所述热敏电阻结构后，形成所述第一互连结构。
本实施例中，所述热敏电阻结构与所述第一互连结构同时形成。
其他实施中，所述第一互连结构还包括焊盘。
本实施例中，形成第二电极过程中，形成所述第一互连结构。
所述第一连接结构与电极互连端214相连，所述第二连接结构与热敏电阻结构相连。
所述第一连接结构的形成方法包括：形成热辐射隔离槽200过程中，刻蚀外围区的第一基板200、钝化层203和吸收层205，形成第三开口，所述第三开口暴露出电极互连端214；在所述第三开口内形成第三插塞233；在所述第一基板第二表面形成第三互连线243。
所述第三互连线243与第二基板100中的第三互连结构相连，以便给热电堆结构导入外部电信号。
所述第二连接结构的形成方法包括：形成热辐射隔离槽200过程中，刻蚀第二区II不形成热敏电阻结构的第一基板200、钝化层203和吸收层205，形成第四开口，所述第四开口暴露出热敏电阻结构；在所述第四开口内形成第四插塞234；在所述第一基板第二表面形成第四互连线244。
在所述第四互连线244与第二基板100中的第四互连结构相连，以便给热敏电阻结构导入外部电信号。
上述红外热堆传感器的形成方法中，热电堆结构和热敏电阻结构均形成在第一基板上，且二者均采用半导体工艺形成，能减小形成的红外热堆传感器的体积，提高器件的集成度。热电堆结构和热敏电阻结构均可以通过半导体工艺形成，兼容性好。形成热电堆结构过程中形成热敏电阻结构，同时形成第一互连结构的过程中形成第二互连结构，省略了二者分别形成和组装的工序，工艺流程简单。
本发明还提供一种红外热堆传感器，如图11所示，包括：
第一基板200，所述第一基板200包括第一区I和第二区II，所述第一基板200具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区I第一表面具有热电堆结构；
在所述第二区II第一表面具有热敏电阻结构。
所述红外热堆传感器还包括：自所述第一区I的背面贯穿所述第一基板200的热辐射隔离槽220，所述热辐射隔离槽220与所述热电堆结构相对。
所述的红外热堆传感器中，所述热敏电阻结构213包括：单层膜结构或者多层膜结构。所述热敏电阻结构为多层膜结构时，各膜层的材料可以相同也可以不同或各层膜的掺杂浓度相同或者不同。
所述的红外热堆传感器，所述热电堆结构包括：第一电极和第二电极；
所述第一电极的材料与所述热敏电阻结构213其中一层热敏电阻的的材料相同，二者位于同一层；
在另一实施例中，所述第二电极的材料与所述热电堆结构其中一层热敏电阻的材料相同，二者位于同一层。
所述第一电极、第二电极以及热敏电阻结构的材料、形状和结构具体参考前述实施例所述，在此不再赘述。
在一实施例中，所述的红外热堆传感器，还包括：第一互连结构，所述第一互连结构电连接所述热电堆结构；
所述第一互连结构包括：第一互连线及第一插塞；
所述热敏电阻结构中其中一层热敏电阻与所述第一互连结构的第一互连线或第一插塞位于同一层。
本实施例中，所述的红外热堆传感器中所述热电堆结构的冷端与所述热敏电阻结构213距离范围为3um到200um。
所述热电堆结构的冷端与所述热敏电阻结构213距离范围在3um到200um之间。可以很好既可以确保热电堆结构中热端的热量不会通过热敏电阻结构迅速散热至外界，影响红外热堆传感器的测量精度，也可以保证热电堆和热敏结构所占的总面积不会太大。
在另一实施例中，参考图12，所述第一互连结构包括：互连线或焊盘；所述热敏电阻结构与所述互连线或焊盘位于同一层。
所述红外热堆传感器中，热电堆结构和热敏结构均形成在第一基板上，能减小形成的红外热堆传感器的体积，提高器件的集成度。同时，热敏电阻结构距离热堆结构冷端较近，获得的冷端温度更为精确，能提高红外热堆传感器的测量精度。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区第一表面形成热电堆结构；
在所述第二区第一表面形成热敏电阻结构。
2.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，形成热电堆结构后，形成所述热敏电阻结构；或者，形成所述热敏电阻结构后，形成所述热电堆结构；或者，至少部分所述热敏电阻结构与所述热电堆结构同时形成。
3.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热敏电阻结构包括：单层膜结构或者多层膜结构。
4.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热敏电阻结构每层膜层的形成方法包括：沉积热敏材料层，对所述热敏材料层图形化形成该层的热敏电阻膜层；或者，沉积介质层，对所述介质层进行图形化形成沟槽，在所述沟槽内形成热敏电阻的每层膜层。
5.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，
所述热敏电阻结构为单层膜结构；形成所述热电堆结构的其中一电极时，形成所述热敏电阻结构。
6.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热电堆结构包括：第一电极和第二电极；
所述热敏电阻结构至少为两层结构；形成第一电极时和形成第二电极时，分别形成所述热敏电阻结构的其中两层膜层。
7.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热敏电阻结构的材料与热电堆结构的其中一电极的材料相同；或者，所述热敏电阻结构的材料与热电堆结构的其中两个电极的材料相同。
8.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，还包括：在形成所述热电堆结构后，形成第一互连结构，所述第一互连结构电连接所述热电堆结构；
形成所述第一互连结构包括：形成互连线或形成焊盘；或者，形成第一插塞和第一互连线。
9.如权利要求8所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，形成第一互连结构后，形成所述热敏电阻结构；或者，形成所述热敏电阻结构后，形成所述第一互连结构；或者，至少部分所述热敏电阻结构与所述第一互连结构同时形成。
10.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热敏电阻结构的材料包括：铝、铜、镍、铬、铁、钛、金、银、铂、锰、钴、锌等一种、两种或两种以上的金属或金属氧化物；或者半导体材料层；或者含重金属掺杂的半导体层，所述重金属掺杂的离子为：铝、铜、金、铂、银、镍、铁、锰、钼、钨、钛、锌、汞、镉、铬及钒中的一个或多个。
11.如权利要求1所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热敏电阻的形状包括S形排布或者螺旋状排布的线状面电极。
12.如权利要求4所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述热电堆结构的形成方法包括：
在所述第一基板上形成第一电极材料层；图形化所述第一电极材料层，形成多个分立的所述第一电极；
在所述第一基板和所述第一电极上形成上形成第二电极材料层；图形化所述第二电极材料层，形成多个分立的所述第二电极，所述第一电极与第二电极相互连接。
13.如权利要求4所述的红外热堆传感器的制作方法，其特征在于，所述第一电极和/或第二电极的材料包括：掺杂半导体材料或者金属材料，所述掺杂离子包括：P型离子或N型离子，所述金属的材料包括：钼、铝、铜、钨、钽、铂、钌、铑、铱、铬、钛、金、锇、铼、钯。
14.一种红外热堆传感器，其特征在于，包括：
第一基板，所述第一基板包括第一区和第二区，所述第一基板具有相对的第一表面和第二表面；
在所述第一区第一表面具有热电堆结构；
在所述第二区第一表面具有热敏电阻结构。
15.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，所述热敏电阻结构包括：单层膜结构或者多层膜结构。
16.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，所述热敏电阻结构为单层膜结构；所述热敏电阻结构与热电堆结构的其中一个电极材料相同，二者位于同一层。
17.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，所述热电堆结构包括：第一电极和第二电极；所述热敏电阻结构至少为两层结构；
所述第一电极的材料与所述热电堆结构其中一层热敏电阻的材料相同，二者位于同一层；
或，所述第二电极的材料与所述热电堆结构其中一层热敏电阻的材料相同，二者位于同一层。
18.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，还包括：第一互连结构，所述第一互连结构电连接所述热电堆结构；
所述第一互连结构包括：第一互连线及第一插塞；
所述热敏电阻结构中其中一层热敏电阻与所述第一互连结构的第一互连线或第一插塞位于同一层；
或者，所述第一互连结构包括：互连线或焊盘；所述热敏电阻结构与所述互连线或焊盘位于同一层。
19.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，所述热敏电阻结构位于所述第一基板上、所述热电堆结构下方；
或者，所述热敏电阻结构位于所述热电堆结构的上方。
20.如权利要求14所述的红外热堆传感器，其特征在于，所述热电堆结构的冷端与所述热敏电阻结构距离范围为3um到200um。
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