热电堆红外探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种红外探测器，特别涉及一种热电堆红外探测器。
【背景技术】
[0002]热电堆红外探测器是最早研究并实用化的红外成像器件之一，作为一种非致冷型的红外探测器，因具有尺寸小、重量轻、无需致冷、灵敏度高等优点，在安全监视、医学治疗、生命探测和消费产品等方面有广泛应用，并且其发展也更为迅速。
[0003]热电堆探测器的工作原理基于塞贝克效应:如果两种不同的材料或材料相同逸出功不同的物体A和B，在热结端相连接，热结与冷区间存在温度差AT，那么在冷区的两个梁间就会产生开路电势差AV，亦称温差电效应，其探测红外信号的过程也就是一个〃光-热-电”两级传感转换的过程。通常将热电堆设计成悬空的薄膜结构(悬浮膜结构)，并进行真空封装，以减少热损失，提高探测器的输出性能。
[0004]目前，热电堆中悬浮膜结构的释放大多采用湿法腐蚀或干法刻蚀出空腔的方法来实现。譬如，采用5微米厚的外延层作为热电堆的支撑层，采用背面湿法腐蚀的方法来去除外延层下面的硅衬底，形成悬浮膜结构，这一传统的背向腐蚀工艺需要正反双面对准，对光刻机提出了很高的要求，且增加了生产成本。现有的正面腐蚀技术大多采用KOH或TMAH溶液进行湿法腐蚀，其腐蚀时间约6小时左右，极易造成铝等金属的腐蚀和薄膜的破裂，且腐蚀开口的形状和取向也有限制。另有，采用XeF2气体进行正面干法刻蚀的技术，不存在对铝等金属的腐蚀问题，但干法刻蚀时等离子体的轰击也易造成悬浮膜结构的破裂，破坏管芯。此夕卜，还有在多孔硅上制作热电堆结构层，多孔硅作为支撑结构虽具有更加优良的结构稳定性，但对于热隔离性能还有进一步优化的空间，故又有采用KOH或TMAH溶液将该层多孔硅腐蚀掉，以形成空腔和悬浮膜结构。虽然上述这些技术都展示了制备空腔和形成悬浮膜结构的方法，然而制作工艺的成本和兼容性能的提升还需进一步的探索更有效的技术方案。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种热电堆红外探测器。
[0006]本实用新型提供一种热电堆红外探测器，包括:Ρ型掺杂的硅衬底、N阱、空腔、外延层、绝缘层和热电堆，所述N阱位于所述硅衬底中并包围所述空腔，所述外延层位于所述空腔上并封闭所述空腔，所述绝缘层位于所述外延层上，所述热电堆的热端位于所述空腔上方的绝缘层上，所述热电堆的冷端与硅衬底相连接。
[0007]可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述硅衬底包括上层结构以及位于所述上层结构之下的下层结构，所述N阱位于所述上层结构中，所述上层结构的电阻率小于10Ω.cm，所述下层结构的电阻率小于0.02 Ω.cm。
[0008]可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述N阱的深度大于或等于所述空腔的深度。
[0009]可选的，在所述的热电堆红外探测器中，所述热电堆红外探测器还包括钝化层和红外吸收层，所述钝化层覆盖所述热电堆和绝缘层，所述红外吸收层位于所述热电堆的热端上方的钝化层上。
[0010]与现有技术相比，本实用新型在硅衬底中形成N阱，在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，并对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层，再通过外延工艺使多孔硅层发生重构，外延过程中所述多孔硅层塌陷形成空腔，且所述网格结构的空洞闭合以封闭所述空腔，该方法无需通过长时间的湿法腐蚀或干法刻蚀工艺来形成空腔，并且空腔的形成是在金属淀积之前，不存在常规湿法腐蚀硅衬底形成空腔的工艺中对金属的腐蚀问题。
【附图说明】
[0011]为了更好的说明本实用新型的内容，以下结合附图对实施例做简单的说明。附图是本实用新型的理想化实施例的示意图，为了清楚表示，放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。本实用新型所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状。图中的表示是示意性的，不应该被认为限制本实用新型的范围。其中:
[0012]图1为本实用新型一实施例中空腔形成方法的流程示意图；
[0013]图2为本实用新型一实施例中热电堆红外探测器制作方法的流程示意图；
[0014]图3a?3g为本实用新型一实施例中热电堆红外探测器制作过程中的剖面示意图；
[0015]图4本实用新型一实施例中网格结构和N阱的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的空腔形成方法、热电堆红外探测器及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0017]本实用新型提供一种热电堆红外探测器，如图3g所示，所述热电堆红外探测器包括P型掺杂的硅衬底100、N阱1001、空腔1004、外延层200、绝缘层300以及热电堆400，所述N讲1001位于所述娃衬底100中并包围所述空腔1004，所述外延层200位于所述空腔1004上方并封闭所述空腔1004，所述绝缘层300位于所述外延层200上，所述热电堆400的热端位于所述空腔1004上方的绝缘层上，所述热电堆400的冷端与所述娃衬底100相连接。
[0018]作为一个非限制性的例子，所述N阱1001的深度大于空腔1004的深度，例如，N阱1001的深度可以为3?20微米。
[0019]作为一个非限制性的例子，所述热电堆红外探测器还包括钝化层500和红外吸收层600，所述钝化层500覆盖所述热电堆400和绝缘层300，所述红外吸收层600位于所述热电堆400的热端上方的钝化层500上。所述钝化层的材料为氧化硅、氮化硅或者两者组成的复合介质膜，所述红外吸收层的材料为光吸收性强的材料，如金黑、银黑、镍黑等涂层材料，也可为谐振腔结构层、超材料吸收层等结构层。
[0020]图1为本实用新型一实施例中空腔形成方法的流程示意图。如图1所示，所述空腔形成方法包括:[0021 ]步骤SI I:提供一P型掺杂的硅衬底；
[0022]步骤S12:在所述硅衬底中形成N阱，所述N阱为环状结构；
[0023]步骤S13:在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，所述网格结构的边缘与所述N阱相连接；
[0024]步骤S14:对所述N阱包围的硅衬底进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；
[0025]步骤S15:进行外延工艺以使所述多孔硅层发生迀移和重构形成所述空腔，且所述网格结构包含的空洞闭合以形成封闭所述空腔的外延层。
[0026]图2为本实用新型一实施例中热电堆红外探测器制作方法的流程示意图，如图2所示，所述热电堆红外探测器制作方法包括:
[0027]步骤S21:提供一 P型掺杂的硅衬底；
[0028]步骤S22:在所述P型掺杂的硅衬底中形成N阱，所述N阱为环状结构；
[0029]步骤S23:在所述N阱包围的硅衬底中形成N型掺杂的网格结构，所述网格结构的边缘与所述N阱相连接；
[0030]步骤S24:对所述N阱包围的硅衬底区域进行电化学腐蚀以形成多孔硅层；
[0031]步骤S25:进行外延工艺以使所述多孔硅层塌陷形成空腔，且所述网格结构的空洞闭合以形成封闭所述空腔的外延层；
[0032]步骤S26:在所述外延层上依次形成绝缘层；
[0033]步骤S27:在所述绝缘层上形成热电堆，所述热电堆的热端位于所述空腔上方的绝缘层上，所述热电堆的冷端与所述硅衬底相连接。
[0034]下面结合图3a?3g和图4对本实施例的空腔形成方法及热电堆红外探测器制作方法进行详细说明。
[0035]参考图3a，提供一P型掺杂的硅衬底100，并在所述硅衬底100上形成第一图形化的掩膜层101，所述第一图形化的掩膜层101的窗口 1la暴露欲形成N阱的硅衬底区域，然后通过离子注入的方法在硅衬底100内形成N阱1001，再去除所述第一图形化的掩膜层101。
[0036]作为一个非限制性的例子，所述硅衬底100的晶向例如是〈100>。进一步的，所述硅衬底100为上下两层结构，上层结构用于形成N阱1001，该上层结构的电阻率优选小于10 Ω.cm，下层结构位于所述上层结构之下，该下层结构的电阻率优选小于0.02 Ω.cm，厚度例如为10?30微米，用作电化学腐蚀时的接触层。
[0037]作为一个非限制性的例子，在硅衬底100上依次通过薄膜淀积、光刻和刻蚀工艺制备第一图形化的掩膜层101，定义出N阱形成区域的窗口图形。所述第一图形化的掩膜层101的材料例如是氧化硅或氮化硅。
[0038]作为一个非限制性的例子，在硅衬底100内注入的离子是N型离子，例如磷离子。进一步的，离子注入之后进行高温退火工艺，以形成相对重掺杂(N+)的N阱1001。由于