N型离子掺杂浓度越高越不容易被电化学腐蚀，因而所述N阱1001的掺杂浓度优选大于1018cm—3。优选的，该N阱1001的深度大于或等于欲形成的空腔的深度，更优选的，该N阱1001的深度大于欲形成的空腔的深度，例如，N阱1001的深度可以为3?20微米。可以理解的是，本实用新型并不限制N阱1001的具体结构，只要确保后续可作为电化学腐蚀的阻挡结构，确保形成空腔即可。
[0039]参考图3b，在硅衬底100上形成第二图形化的掩膜层102，所述第二图形化的掩膜层102的窗口 103a暴露欲形成空腔的硅衬底区域，并在所述欲形成空腔的硅衬底区域上形成第三图形化的掩膜层(图中未示出)，所述第三图形化的掩膜层暴露欲形成网格结构的硅衬底区域，然后进行离子注入形成网格结构1002，并去除所述第三图形化的掩膜层。
[0040]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二图形化的掩膜层102，定义出空腔形成区域的窗口图形。所述第二图形化的掩膜层102可以与第一图形化的掩膜层101材质相同，例如是氧化硅或氮化硅。
[0041]作为一个非限制性的例子，形成第二图形化的掩膜层102之后，依次通过光刻和刻蚀工艺在第二图形化的掩膜层102的窗口中形成第三图形化的掩膜层，所述第三图形化的掩膜层例如是光刻胶掩膜层，所述第三图形化的掩膜层定义出网格结构的窗口图形。然后，对该空腔形成区域内的硅衬底100进行N型离子注入，注入的离子例如是磷离子。离子注入之后去除该第三图形化的掩膜层，并进行高温退火工艺，以形成相对轻掺杂(N-)的网格结构1002，且网格结构1002的边缘与N阱1001相连接。应当理解的是，所述轻掺杂(N-)的网格结构1002是指相对于所述重掺杂(N+)的N阱1001的掺杂浓度较低，此处的“轻掺杂”与“重掺杂”仅是二者比较的结果，而并非是用以限定网格结构1002和N阱1001具体掺杂浓度。
[0042]如图4所示，本实施例中，所述网格结构1002由横条1003a和竖条1003b交叉而成，所述横条1003a和竖条1003b的端部分别与所述N阱1001相连接。所述横条1003a的宽度和竖条1003b的宽度相同，并且，所述横条1003a和竖条1003b交叉限定的空洞的横截面(平行于硅衬底表面的截面)形状是正方形，所述正方形的边长与横条1003a的宽度和竖条1003b的宽度相同，这样后续外延工艺过程中网格结构的空洞更容易封闭起来。应当理解的是，上述网格结构1002的形状和尺寸仅是举例而并非用来限制本实用新型，实际上，所述网格结构1002的空洞的横截面形状还可以是长方形、六边形或圆形等。
[0043]参考图3c，对N阱1001包围区域内的硅衬底100进行电化学腐蚀，在电化学腐蚀过程中，N阱1001包围区域内的硅衬底100发生反应形成多孔硅层1003，而N型掺杂的网格结构1002在电化学腐蚀中不发生反应。电化学腐蚀后去除所述第二图形化的掩膜层102。
[0044]作为一个非限制性的例子，通过调控电化学腐蚀所用的腐蚀液浓度、电流大小等制备不同孔隙率的多孔硅层1003。优选的，采用氢氟酸(HF)与乙醇(C2H5OH)的混合溶液进行电化学腐蚀，氢氟酸(HF)与乙醇(C2H5OH)体积比范围为1:10?2:1，体积比优选为I: I，采用上述比例的混合溶液有利于确保N型掺杂的网格结构1002不会发生破裂。
[0045]参考图3d，进行单晶外延工艺，多孔硅层1003在单晶外延过程中发生迀移和重构形成所述空腔1004，网格结构1002包含的空洞在外延过程中闭合，形成了封闭空腔1004上方的外延层200。作为一个非限制性的例子，单晶外延时使用的气源为含硅的气体，优选的为SiH2Cl2,外延温度大于900°C，优选为900?1100°C;所形成封闭空腔1004的深度优选为3?20微米，外延层200的厚度优选为I?5微米。
[0046]参考图3e，在外延层200上通过薄膜淀积的方法生长绝缘层300。作为一个非限制性的例子，所述绝缘层300为氧化硅、氮化硅或者两者组成的复合介质膜。
[0047]参考图3f，在绝缘层300上通过薄膜淀积和微纳加工方法，依次制备热电堆400所需的第一热偶条401和与第一热偶条对应配合的第二热偶条403。其中，第一热偶条401和第二热偶条402的一部分通过隔离层402隔离，另一部分在空腔1004上方的绝缘层300上通过连接层404相连接，以形成热电堆400的热端，与硅衬底100相连接的一端则为冷端。作为一个非限制性的例子，在绝缘层300上依次通过薄膜沉积、光刻和刻蚀工艺制备第一热偶条401，然后形成覆盖所述第一热偶条401和绝缘层300的隔离层402，接着通过光刻和刻蚀工艺形成贯穿所述隔离层402的通孔，接着在隔离层402上依次通过薄膜沉积、光刻和刻蚀工艺制备第二热偶条403和连接层404。优选的，所述第一热偶条401的材料是N型掺杂的多晶硅(N-Poly Si)、P型掺杂的多晶硅(P-Poly Si)，所述第二热偶条403和连接层404的材料是铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)、N型掺杂的多晶硅(N-Poly Si )，例如，所述第二热偶条403和第一热偶条401 的材料组合是Al/Poly S1、Ti/Poly S1、Au/Poly S1、N_Poly Si/P-Poly Si等。
[0048]参考图3g，在热电堆400上通过薄膜淀积和微纳加工方法依次制备钝化层500和红外吸收层600，从而完成热电堆器件的制备。其中，钝化层500覆盖热电堆400，其材料优选为氧化硅、氮化硅或者两者组成的复合介质膜;红外吸收层600位于热电堆400热端上方的钝化层500上，其材料为光吸收性强的材料，优选为金黑、银黑、镍黑等涂层材料，也可以为谐振腔结构、超材料吸收层结构等。
[0049]根据上所述实施例，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，并且该方法在淀积金属之前形成空腔，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，也不存在常规干法刻蚀工艺的等离子体易造成悬浮膜结构破裂的问题，并且，该空腔的形成方法比较简单，可与常规CMOS工艺兼容，适于规模化生产。
[0050]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0051]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【主权项】
1.一种热电堆红外探测器，其特征在于，包括:P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。2.如权利要求1所述的热电堆红外探测器，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的热电堆红外探测器，其特征在于，其特征在于，所述N阱的深度大于或等于所述空腔的深度。4.如权利要求1所述的热电堆红外探测器，其特征在于，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。
【专利摘要】本实用新型提供一种热电堆红外探测器。所述热电堆红外探测器包括：P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。本实用新型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。
【IPC分类】G01J5/12, H01L31/09
【公开号】CN205211778
【申请号】CN201521068407
【发明人】孙福河, 闻永祥, 季锋, 刘琛, 陈雪平, 孙伟
【申请人】杭州士兰集成电路有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月18日