CN216698422U - 热电堆红外探测器芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种热电堆红外探测器芯片，在SOI衬底上逆向成长各层结构，利用硅硅键合将各层结构转移至湿法深腔Si衬底表面，最后在转移芯片顶部生长吸收层材料。由此，利用硅硅键合将SOI衬底生长的结构层转移到湿法深硅刻蚀完成的硅片上，能使用湿法工艺提高生产效率并降低成本。能避免背面刻蚀过程中正面结构被腐蚀而受到损坏，提高优良率。整体制备方式较为简单，能够优化热电堆响应率、探测率和响应时间制备效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测器芯片，尤其涉及一种热电堆红外探测器芯片。
背景技术
随着红外探测技术在红外制导、夜视仪等军事和红外测温、气体检测等民用领域地位的提高，基于MEMS工艺的热电堆快速发展，具有微型化、功耗低、成本低以及便于集成等优势。热电堆传感器基本原理简单，基于塞贝克效应，利用多对两种不同材料组成的热电偶连接成“堆”将外界吸收的红外辐射信号转化为电信号，实现温度的测定。两端中，吸收红外的一段称为热区，衬底一端称为冷区。
热电堆红外探测器芯片多数采用封闭薄膜结构，主要包括衬底，支撑层，热电偶层和吸收层。衬底一般采用(100)硅片，支撑层通常选择SiO2和SiNx，热电偶层为P-N型多晶硅或Al-P型多晶硅，吸收层通常采用金黑，银黑等黑材料。为优化热电堆响应率、探测率和响应时间，中国科学院上海微系统所王跃林团队系统研究了热偶宽度、长度和对数以及吸收层区的影响。
同时，为防止热区吸收的热量从硅衬底散失以提高探测率，需要利用深硅刻蚀在Si衬底背面刻出空腔隔热。传统的深硅刻蚀使用KOH或TMAH湿法刻蚀深硅，一方面由于各向异性湿法刻蚀存在(111)面斜坡，另一方面腐蚀液对结构层多晶硅和Al都有腐蚀性，因此工业中通常不使用湿法工艺。干法工艺具有分别率高、腐蚀选择比大、均匀性和重复性好，便于工艺监控以及易于实现连续自动操作等优点，被广泛应用于微纳制造生产工艺中。
热电堆芯片深硅刻蚀采用深反应离子腐蚀工艺，基于氟基气体的高深宽比硅刻蚀技术。刻蚀高深宽比超高400微米，然而刻蚀速率较低，约10-20μm/min，其工艺步骤为钝化----刻蚀---钝化----刻蚀循环工艺，耗时长，且只能单片刻蚀不能批量生产。同时，无论湿法还是干法工艺，传统背部刻蚀工艺正反对准和保护正面结构等问题，严重影响工业集成及批量生产。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种热电堆红外探测器芯片，使其更具有产业上的利用价值。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种热电堆红外探测器芯片。
本实用新型的热电堆红外探测器芯片，包括有SiNx支撑层，其特征在于：所述SiNx支撑层的上端分布有SiNx钝化层，所述SiNx钝化层的上端分布有若干加厚焊盘，所述SiNx钝化层的下端分布有深腔Si衬底，所述SiNx钝化层的左右两端均分布有Si键合层，所述深腔Si衬底与Si键合层相连，所述SiNx支撑层内设置有若干接线构造，所述SiNx钝化层上分布有吸收层。
进一步地，上述的热电堆红外探测器芯片，其中，所述接线构造包有与SiNx钝化层相接触的衔接焊盘，所述衔接焊盘上设置有连接线组件。
再进一步地，上述的热电堆红外探测器芯片，其中，所述连接线组件为热结连接线、冷结连接线中的一种或是混合。
再进一步地，上述的热电堆红外探测器芯片，其中，所述SiNx支撑层与深腔Si衬底之间分布有P/N多晶Si热电条。
更进一步地，上述的热电堆红外探测器芯片，其中，所述吸收层为印刷金黑层，或是为印刷铂黑层，或是为印刷银黑层，或是为印刷黑漆层。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
1、利用硅硅键合将SOI衬底生长的结构层转移到湿法深硅刻蚀完成的硅片上，能使用湿法工艺提高生产效率并降低成本。
2、能避免背面刻蚀过程中正面结构被腐蚀而受到损坏，提高优良率。
3、整体制备方式较为简单，能够优化热电堆响应率、探测率和响应时间制备效率高。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是热电堆红外探测器芯片的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 SiNx支撑层 2 SiNx钝化层
3 加厚焊盘 4 深腔Si衬底
5 Si键合层 6 衔接焊盘
7 连接线组件 8 P/N多晶Si热电条
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图1的热电堆红外探测器芯片，包括有SiNx支撑层1，其与众不同之处在于：SiNx支撑层1的上端分布有SiNx钝化层2，SiNx钝化层2的上端分布有若干加厚焊盘3，SiNx钝化层2的下端分布有深腔Si衬底4。同时，SiNx钝化层2的左右两端均分布有Si键合层5，深腔Si衬底4与Si键合层5相连，SiNx支撑层1内设置有若干接线构造。并且，SiNx钝化层2上分布有吸收层，吸收层为印刷金黑层，或是为印刷铂黑层，或是为印刷银黑层，或是为印刷黑漆层。实际制造时，也可以采用喷涂方式依附，只要能应用的黑色材料，都可以被本实用新型所采纳，在此不再赘述。
结合本实用新型一较佳的实施方式来看，接线构造包括有与SiNx钝化层2相接触的衔接焊盘6，在衔接焊盘6上设置有连接线组件7。具体来说，连接线组件7为热结连接线、冷结连接线中的一种或是混合。同时，SiNx支撑层1与深腔Si衬底4之间分布有P/N多晶Si热电条8。
结合本实用新型的制造步骤来看：首先，在SOI衬底上利用热氧方式或是PE CVD方式生长SiO2剥离层。之后，采用LP CVD方式生长SiNx钝化层2。由此，可以保护热电偶层构成的热电条。接着，采用PE CVD生长单晶Si键合层5，按照深腔尺寸光刻形成Si键合层5边框。通过热电结形成，在SiNx钝化层2上生成至少一层金属层，金属层为Pt层，或是为Cr层，或是为Ti层。并且，按尺寸通过光刻形成冷区和热区热电结。之后，通过热电条形成，在LPCVD生长一层多晶Si层，在一个区域光刻离子注入P元素，另一个区域光刻离子注入B元素，通过光刻形成P/N型多晶Si热电偶条形状。然后，采用PE CVD生长SiNx支撑层1，通过光刻暴露出Si键合层5边框。通过KOH工艺或是TMAH工艺刻蚀Si衬底，形成倒锥形深腔，Si衬底与Si键合层5边框进行硅硅键合。之后，通过减薄工艺和BOE湿法刻蚀工艺，去除SOI衬底和SiO2剥离层。最后，在热结区上方印刷或喷涂黑材料，形成吸收层，得到热电堆芯片结构。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，拥有如下优点：
1、利用硅硅键合将SOI衬底生长的结构层转移到湿法深硅刻蚀完成的硅片上，能使用湿法工艺提高生产效率并降低成本。
2、能避免背面刻蚀过程中正面结构被腐蚀而受到损坏，提高优良率。
3、整体制备方式较为简单，能够优化热电堆响应率、探测率和响应时间制备效率高。
此外，本实用新型所描述的指示方位或位置关系，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或构造必须具有特定的方位，或是以特定的方位构造来进行操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。并且它可以直接在另一个组件上或者间接在该另一个组件上。当一个组件被称为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或间接连接至该另一个组件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.热电堆红外探测器芯片，包括有SiNx支撑层，其特征在于：所述SiNx支撑层的上端分布有SiNx钝化层，所述SiNx钝化层的上端分布有若干加厚焊盘，所述SiNx钝化层的下端分布有深腔Si衬底，所述SiNx钝化层的左右两端均分布有Si键合层，所述深腔Si衬底与Si键合层相连，所述SiNx支撑层内设置有若干接线构造，所述SiNx钝化层上分布有吸收层。
2.根据权利要求1所述的热电堆红外探测器芯片，其特征在于：所述接线构造包有与SiNx钝化层相接触的衔接焊盘，所述衔接焊盘上设置有连接线组件。
3.根据权利要求2所述的热电堆红外探测器芯片，其特征在于：所述连接线组件为热结连接线、冷结连接线中的一种或是混合。
4.根据权利要求1所述的热电堆红外探测器芯片，其特征在于：所述SiNx支撑层与深腔Si衬底之间分布有P/N多晶Si热电条。
5.根据权利要求1所述的热电堆红外探测器芯片，其特征在于：所述吸收层为印刷金黑层，或是为印刷铂黑层，或是为印刷银黑层，或是为印刷黑漆层。
Priority Applications (1)
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| CN202123011494.8U CN216698422U (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 热电堆红外探测器芯片 |
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Publications (1)
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| CN216698422U true CN216698422U (zh) | 2022-06-07 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202123011494.8U Active CN216698422U (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 热电堆红外探测器芯片 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN216698422U (zh) |
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2021
- 2021-12-02 CN CN202123011494.8U patent/CN216698422U/zh active Active
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