CN114242882B - 一种红外探测器芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红外探测器芯片的制备方法，它包括以下步骤：第一SOI硅片（1）和第二SOI硅片（3）键合，第二SOI硅片（3）的减薄，第一电阻条（4)、第二电阻条（5）和保护层（14）的制备，金属引线（13）和第二金属引线（12）的制备以及腔（11）的制备。本发明得到的红外探测器芯片，热电偶采用高塞贝克系数的双单晶硅复合结构，在保证芯片响应灵敏度的同时大幅度降低了芯片面积和红外吸收支撑层面积，提高了红外吸收支撑层的刚度，从而使芯片的整体可靠性提高。
Description
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，具体是一种小体积高灵敏度红外探测器芯片。
背景技术：
红外探测器是基于红外辐射使半导体材料产生物理特性变化的一种器件。红外探测器以微电子技术和半导体技术为基础，利用吸收层材料吸收物体发出的红外光并转换成电信号或者其他形式的能量，然后经过后续处理分析加以应用，具有非接触测温、小体积、高灵敏度、成本低的特点，能够检测很小的温度变化。因此，受到国内外研究人员越来越多的关注，同时被广泛地应用于军事和民用领域。
热电堆红外探测器是通过塞贝克效应原理工作的，两种具有不同逸出功的材料相互串联形成闭环回路。其中相互接触位置中温度较高的一端被称为热结，温度较低的一端被称为冷结，冷结与热结之间形成温度梯度场，载流子沿着梯度降低的方向移动，形成电势差。
发明内容：
本发明就是为了克服现有技术中的不足，提供一种红外探测器芯片的制备方法。
本申请提供以下技术方案：
一种红外探测器芯片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、取第一SOI硅片，第一SOI硅片包括第一底层硅、第一埋氧层和第一顶层硅，在第一顶层硅的上表面上设置有介质层；
S2、取第二SOI硅片，第二SOI硅片包括第二底层硅、第二埋氧层和第二顶层硅，将第二顶层硅与介质层键合在一起；
S3、通过机械减薄去除第二SOI硅片的第二底层硅，湿法腐蚀去除第二埋氧层，露出第二顶层硅；
S4、在第二顶层硅上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第一电阻条；
S5、在第一电阻条两侧的介质层上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第二电阻条，所述第一电阻条与其下方的介质层之间形成有环形的台阶结构，所述的第二电阻条包括介质层和第一顶层硅；
S6、在第一电阻条、介质层以及第一埋氧层上通过氧化或者淀积形成绝缘的保护层；
S7、依次经过光刻、刻蚀工艺，分别在第一电阻条和第二电阻条的两端端部分别制备有接触孔；
S8、在第二电阻条一端端部设有上端伸出接触孔的第三连接部，在第二电阻条另一端端部设有上端伸出接触孔的第四连接部；在第一电阻条一端端部设有上端伸出接触孔的第一连接部，在第一电阻条另一端端部设有上端伸出接触孔的第二连接部；
S9、在第一连接部和第三连接部上通过金属引线形成连通，在相邻的第一电阻条和第二电阻条一端端部的第二连接部和第四连接部上通过第二金属引线形成连通；
S10、在第一底层硅上设有腔，所有第一电阻条和第二电阻条的另一端端部均分布在腔上方的第一埋氧层上。
在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：
所述的第一顶层硅和第二顶层硅均为单晶硅。
所述的第一埋氧层、介质层以及保护层均为二氧化硅。
发明优点：
本发明操作简便，实施效率高的所得的红外探测器芯片，热电偶采用高塞贝克系数的双单晶硅复合结构，在保证芯片响应灵敏度的同时大幅度降低了芯片面积和红外吸收支撑层面积，提高了红外吸收支撑层的刚度，从而使芯片的整体可靠性提高。
附图说明：
图1是本发明完成S2步骤后的结构示意图；
图2是本发明完成S3步骤后的结构示意图；
图3是本发明完成S6步骤后的结构示意图；
图4是本发明完成S10步骤后的结构示意图；
图5是本发明完成S10步骤后的部分俯视图。
具体实施方式：
如图1-5所示，一种红外探测器芯片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、取第一SOI硅片1，第一SOI硅片1包括第一底层硅1a、第一埋氧层1b和第一顶层硅1c，在第一顶层硅1c的上表面上通过热氧化工艺，生长出一层二氧化硅作为介质层2工艺温度：温度1050℃，工艺时间73min。
S2、取第二SOI硅片3，第二SOI硅片3包括第二底层硅3a、第二埋氧层3b和第二顶层硅3c，将第二顶层硅3c与介质层2键合在一起。
S3、通过机械减薄去除第二SOI硅片的第二底层硅3a，湿法腐蚀去除第二埋氧层3b，露出第二顶层硅3c。湿法腐蚀的工艺条件：BOE（HF：NH4F7:1）腐蚀时间：10min。
S4、在第二顶层硅3c上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第一电阻条4。光刻条件：匀2.0μm胶。
S5、在第一电阻条4两侧的介质层2上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第二电阻条5，光刻条件：匀2.5μm胶。所述第一电阻条4与其下方的介质层2之间形成有延其边缘分布的环形的台阶结构6，所述的第二电阻条5包括介质层2和第一顶层硅1c。
S6、在第一电阻条4、介质层2以及第一埋氧层1b上通过氧化或者淀积形成绝缘的保护层14，防止两种电阻条直接互联。
S7、依次经过光刻、刻蚀工艺，分别在第一电阻条4和第二电阻条5的两端端部分别制备有接触孔，光刻条件：匀2.0μm胶。
S8、在第二电阻条5一端端部设有上端伸出接触孔的第三连接部8，在第二电阻条5另一端端部设有上端伸出接触孔的第四连接部10；在第一电阻条4一端端部设有上端伸出接触孔的第一连接部7，在第一电阻条4另一端端部设有上端伸出接触孔的第二连接部9。
S9、在第一连接部7和第三连接部8上通过金属引线13形成连通，在相邻的第一电阻条4和第二电阻条5一端端部的第二连接部9和第四连接部10上通过第二金属引线12形成连通。依次通过金属铝镀膜、光刻和刻蚀工艺制备出金属引线13和第二金属引线12，金属铝膜厚度1μm，光刻条件：匀2.0μm胶。
S10、在第一底层硅1a上设有第一底层硅1a的贯穿腔11，所有第一电阻条4和第二电阻条5的另一端端部均分布在腔11上方的第一埋氧层1b上。
所述的第一顶层硅1c和第二顶层硅3c均为单晶硅。所述的第一埋氧层1b、介质层2以及保护层14均为二氧化硅。
介质层2作为红外吸收支撑层。在红外探测器芯片工作时所述位于腔11上方的第二连接部9和第四连接部10的工作温度低于第一连接部7和第三连接部8的工作温度，从而形成相对的热结和冷结。位于腔11上方区域的热结与衬底硅上方的冷结形成温度梯度场，在温度梯度场下，热结与冷结之间形成电势差，最后经过引线输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (3)
1.一种红外探测器芯片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、取第一SOI硅片（1），第一SOI硅片（1）包括第一底层硅（1a）、第一埋氧层（1b）和第一顶层硅（1c），在第一顶层硅（1c）的上表面上设置有介质层（2）；
S2、取第二SOI硅片（3），第二SOI硅片（3）包括第二底层硅（3a）、第二埋氧层（3b）和第二顶层硅（3c），将第二顶层硅（3c）与介质层（2）键合在一起；
S3、通过机械减薄去除第二SOI硅片的第二底层硅（3a），湿法腐蚀去除第二埋氧层（3b），露出第二顶层硅（3c）；
S4、在第二顶层硅（3c）上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第一电阻条（4)；
S5、在第一电阻条（4)两侧的介质层（2）上依次通过光刻、刻蚀工艺形成一组第二电阻条（5），所述第一电阻条（4)与其下方的介质层（2）之间形成有台阶结构（6），所述的第二电阻条（5）包括介质层（2）和第一顶层硅（1c）；
S6、在第一电阻条（4)、介质层（2）以及第一埋氧层（1b）上通过氧化或者淀积形成绝缘的保护层（14）；
S7、依次经过光刻、刻蚀工艺，分别在第一电阻条（4)和第二电阻条（5）的两端端部分别制备有接触孔；
S8、在第二电阻条（5）一端端部设有上端伸出接触孔的第三连接部（8），在第二电阻条（5）另一端端部设有上端伸出接触孔的第四连接部（10）；在第一电阻条（4)一端端部设有上端伸出接触孔的第一连接部（7），在第一电阻条（4)另一端端部设有上端伸出接触孔的第二连接部（9）；
S9、在第一连接部（7）和第三连接部（8）上通过金属引线（13）形成连通，在相邻的第一电阻条（4)和第二电阻条（5）一端端部的第二连接部（9）和第四连接部（10）上通过第二金属引线（12）形成连通；
S10、在第一底层硅（1a）上设有腔（11），所有第一电阻条（4)和第二电阻条（5）的另一端端部均分布在腔（11）上方的第一埋氧层（1b）上。
2.根据权利要求1中所述的一种红外探测器芯片的制备方法，其特征在于：所述的第一顶层硅（1c）和第二顶层硅（3c）均为单晶硅。
3.根据权利要求1中所述的一种红外探测器芯片的制备方法，其特征在于：所述的第一埋氧层（1b）、介质层（2）以及保护层（14）均为二氧化硅。
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| 微机械红外热电堆探测器;徐峥谊, 熊斌, 王翊, 王跃林;机械强度;20011230(04);全文 * |
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