专利名称：热电堆红外传感器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及红外传感器技术领域，特别涉及一种热电堆红外传感器及其制作方法。
背景技术：
目前的热电堆红外传感器中，主要是利用温差电效应(Seebeck效应)来检测温度的变化，其通常都包括多组热电偶对，并且采用MEMS技术制作的悬空结构。对于多组热电偶对的热电堆红外传感器，因多组热电偶对的串联电阻较大，从而噪声比较大，因而出现了采用一组热电偶对的热电堆红外传感器，它可有效地降低噪声等
效温差。图1为现有的一种热电堆红外传感器的结构示意图，图中仅示出了一个检测单元。如图所示，该红外传感器包括衬底200，吸收层221，两个热电偶对悬臂梁222，位于吸收层221下面的衬底表面上的电路226，用于支撑吸收层的支撑柱223位于热电偶对悬臂梁 222的热端，热电偶对悬臂梁的冷端224与衬底200连接，热电偶对悬臂梁222的下面及周围的衬底内具有空腔225。上述热电堆红外传感器仍然采用的常规红外吸收方式，即采用金黑或银黑涂层(图中未示出)等作为吸收层材料，以提高红外吸收效率。然而问题在于，金黑或银黑涂层等吸收层材料的制作工艺与常规的IC工艺不兼容，而且，在形成悬臂梁的下面及周围的空腔时所采用的释放工艺是湿法释放工艺，这种工艺会导致成品率降低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种与常规IC工艺兼容的热电堆红外探测传感器及其制作方法。为解决上述问题，本发明提供一种热电堆红外传感器，包括衬底，所述衬底内具有沟槽；吸收层，位于所述衬底上方；反射层，位于所述沟槽外的衬底表面，与所述吸收层之间具有空腔；热电偶对组成的悬臂梁，位于所述沟槽的上方，所述热电偶对的冷端与衬底连接， 热端通过支撑柱与其上方的吸收层连接。所述沟槽内表面具有释放阻挡层。可选的，所述衬底为单晶硅。所述热电偶对为P型多晶硅和N型多晶硅，或者，所述热电偶对为金属和多晶硅。可选的，所述衬底为SOI衬底。所述热电偶对为P型单晶硅和N型单晶硅，或者，所述热电偶对为金属和单晶硅。所述热电偶对中的单晶硅由SOI衬底中的顶硅层制作。所述的热电堆红外传感器还包括读出电路层，位于所述反射层下方的衬底表面。
优选的，所述反射层的材料包括Al、AlSi、AlSiCu和Ni中的一种或者至少两种的组合，所述吸收层中的金属层材料包括Ti或TiN。优选的，所述空腔的厚度范围根据所测温度范围为0. 25um-3. 5um。相应的，还提供一种热电堆红外传感器的制作方法，包括提供衬底；在所述衬底中形成沟槽及沟槽内表面的释放阻挡层，在所述沟槽内填充第一释放牺牲层；在所述第一释放牺牲层上形成热电偶对，在所述沟槽外的衬底表面形成读出电路层及读出电路层上的反射层；在所述热电偶对两侧形成释放孔，以露出第一释放牺牲层，然后在所述衬底表面覆盖第二释放牺牲层；在所述第二释放牺牲层上形成吸收层及其支撑柱；进行气相释放工艺以去除第一释放牺牲层和第二释放牺牲层。其中，所述沟槽内表面的释放阻挡层与IC工艺中的STI介质层或DTI介质层在同一步骤中形成。所述衬底为SOI衬底，则所述热电偶对有SOI衬底的顶硅层制作。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本发明实施例所述热电堆红外传感器中，吸收层、反射层及空腔组成共振吸收结构，当红外线辐照到所述检测单元后，进入由吸收层和反射层组成的共振吸收腔，然后被吸收层吸收，引起吸收层温度升高，热量通过吸收层的支撑柱传入热电偶对的热端，从而造成热电偶对的温差，产生温差电动势，最后通过读出电路层读出。由于采用共振吸收方式来提高红外吸收效率(没有利用金黑、银黑等涂层)，反射层、吸收层及其介质层(外部介质层、 绝缘介质层和释放阻挡层等)为常规IC工艺中所用的材料和工艺制作，因此，可以很容易的与现有IC工艺兼容，降低制作成本，有利于大范围的推广应用。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1为现有的一种热电堆红外传感器的结构示意图；图2为实施例一中热电堆红外传感器的结构剖面图；图3为图2中热电堆红外传感器的结构顶视图；图4至图8为实施例一中热电堆红外传感器的制作方法的示意图；图9为实施例二中热电堆红外传感器的结构剖面图；图10为实施例二中热电堆红外传感器制作方法一个步骤的示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。对于通常的热电堆红外传感器，表征其特性的一个重要的参数是其电压灵敏度， 为探测器电压与入射功率之比，如下公式(1)所示
权利要求
1.一种热电堆红外传感器，其特征在于，包括衬底，所述衬底内具有沟槽；吸收层，位于所述衬底上方；反射层，位于所述沟槽外的衬底表面，与所述吸收层之间具有空腔；热电偶对组成的悬臂梁，位于所述沟槽的上方，所述热电偶对的冷端与衬底连接，热端通过支撑柱与其上方的吸收层连接。
2.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述沟槽内表面具有释放阻挡层。
3.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述衬底为单晶硅。
4.根据权利要求3所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述热电偶对为P型多晶硅和N型多晶硅，或者，所述热电偶对为金属和多晶硅。
5.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述衬底为SOI衬底。
6.根据权利要求5所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述热电偶对为P型单晶硅和N型单晶硅，或者，所述热电偶对为金属和单晶硅。
7.根据权利要求6所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述热电偶对中的单晶硅由SOI衬底中的顶硅层制作。
8.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，还包括读出电路层，位于所述反射层下方的衬底表面。
9.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述反射层的材料包括Al、 AlSi, AlSiCu和Ni中的一种或者至少两种的组合，所述吸收层中的金属层材料包括Ti或 TiN。
10.根据权利要求1所述的热电堆红外传感器，其特征在于，所述空腔的厚度范围根据所测温度范围为0. 25um-3. 5um。
11.一种热电堆红外传感器的制作方法，其特征在于，包括提供衬底；在所述衬底中形成沟槽及沟槽内表面的释放阻挡层，在所述沟槽内填充第一释放牺牲层；在所述第一释放牺牲层上形成热电偶对，在所述沟槽外的衬底表面形成读出电路层及读出电路层上的反射层；在所述热电偶对两侧形成释放孔，以露出第一释放牺牲层，然后在所述衬底表面覆盖第二释放牺牲层；在所述第二释放牺牲层上形成吸收层及其支撑柱；进行气相释放工艺以去除第一释放牺牲层和第二释放牺牲层。
12.根据权利要求11所述热电堆红外传感器的制作方法，其特征在于，所述沟槽内表面的释放阻挡层与IC工艺中的STI介质层或DTI介质层在同一步骤中形成。
13.根据权利要求11所述热电堆红外传感器的制作方法，其特征在于，所述衬底为SOI 衬底，则所述热电偶对有SOI衬底的顶硅层制作。
全文摘要
本发明提供一种热电堆红外传感器及其制作方法，所述热电堆红外传感器包括衬底，所述衬底内具有沟槽；吸收层，位于所述衬底上方；反射层，位于所述沟槽外的衬底表面，与所述吸收层之间具有空腔；热电偶对组成的悬臂梁，位于所述沟槽的上方，所述热电偶对的冷端与衬底连接，热端通过支撑柱与其上方的吸收层连接。所述沟槽内表面具有释放阻挡层。由于采用共振吸收方式来提高红外吸收效率，反射层、吸收层及其介质层为常规IC工艺中所用的材料和工艺制作，因此，可以很容易的与现有IC工艺兼容，降低制作成本，有利于大范围的推广应用。
文档编号G01J5/14GK102384790SQ20101026798
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者欧文 申请人:中国科学院微电子研究所