[发明专利]形成MEMS热电堆探测器空腔结构的体硅微加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成MEMS空腔结构的体硅微加工技术，特别适用于热电堆红外探测器的制造。

背景技术

红外探测器是红外系统中最关键的元件之一。热电堆红外探测器是较早发展的一种非制冷型红外探测器。其工作原理基于赛贝克效应，即两种不同电导体或半导体材料温度差异导致两种材料之间产生电压差。由于热电堆红外探测器具有体积小，可以室温下工作，宽谱红外辐射响应，能够检测恒定辐射量，并且制备成本低等优势，在安全监视、医学治疗、生命探测等方面有广泛应用。

目前，热电堆结构普遍采用薄膜结构，以起到良好的隔热效果。采用MEMS技术制作的热电堆红外探测器多采用从硅片背面进行腐蚀形成全膜结构，此方法需要正反双面对准曝光，且与半导体代工厂的工艺兼容性差。此外，该方法通常采用湿法腐蚀，会产生芯片尺寸大及制造成本高的缺点。目前很多人采用了与CMOS工艺兼容，从硅片正面进行释放热电堆探测器支撑膜的制造工艺，此方法一般是在薄膜表面光刻腐蚀开口，形成热电堆结构释放通道，最后采用各向同性腐蚀工艺释放热电堆结构。此方法的缺陷是侧向钻蚀不可控制，内表面平滑度低，降低热电堆结构对称性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种形成MEMS热电堆探测器空腔结构的体硅微加工方法，形成的空腔结构内表面规则光滑，结构对称性好，工艺实现可控性高。本发明采用的技术方案是：

步骤101，提供硅基底，在硅基底的正面热氧化生长二氧化硅膜；

步骤102，在二氧化硅膜上通过淀积、光刻、刻蚀形成热电堆区域和红外吸收区；

步骤103，在二氧化硅膜、热电堆区域和红外吸收区上淀积复合膜结构；复合膜结构的上层为Si₃N₄钝化层，下层为二氧化硅保护层；

步骤104，在Si₃N₄钝化层表面旋涂光刻胶，并通过光刻工艺在光刻胶上形成光刻胶开口图形，即腐蚀开口；然后利用RIE技术刻蚀腐蚀开口下方的材料，直到达到硅基底为止，以形成热电堆结构的释放通道；

步骤105，通过释放通道，采用各向同性腐蚀方法腐蚀体硅表面浅层，以形成体硅浅层的薄型空腔；

步骤106，通过释放通道和薄型空腔，采用各向异性腐蚀方法腐蚀薄型空腔下方的体硅深层，形成规则平滑的梯形空腔结构。

本发明的优点：采用各向同性腐蚀与各向异性腐蚀技术相结合的双腐蚀工艺释放热电堆探测器腔体，使得热电堆探测器结构对称，制造过程可控性高，可制造性强与传统CMOS工艺兼容。

附图说明

图1为本发明形成二氧化硅膜后的示意图。

图2为本发明形成热电堆区域和红外吸收区后的示意图。

图3为本发明淀积复合膜结构后的示意图。

图4为本发明形成释放通道后的示意图。

图5为本发明形成薄型空腔后的示意图。

图6为本发明形成梯形空腔结构后的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出的具有空腔结构的红外热电堆探测器结构如图6所示，在硅基底1上热氧化生长二氧化硅（SiO2）膜2，在二氧化硅膜2上形成热电堆区域3和红外吸收区4，其中热电堆结构可采取多种形式如圆形、矩形等。热电堆区域3上靠近红外吸收区4的一端为热结区31，远离红外吸收区4的另一端为冷结区32。在热电堆结构层上淀积氮化硅和二氧化硅复合膜结构5，在复合膜上光刻腐蚀开口6。通过腐蚀窗口6形成热电堆结构的释放通道61，释放硅基底形成空腔7，其中空腔7由各向同性腐蚀工艺形成的体硅浅层的薄型空腔71和各向异性腐蚀工艺形成的体硅深层的梯形空腔结构72组成。具体方法过程如下所述。

步骤101，提供硅基底1，在硅基底1的正面热氧化生长二氧化硅（SiO₂）膜2；具体如图1所示，所采用的硅基底1可以是双面抛光单硅基底、P型掺杂硅基底或N型掺杂硅基底中的一种。本例采用双面抛光单硅基底。在硅基底1的正面通过干氧氧化的方式生长二氧化硅（SiO₂）膜2，该二氧化硅膜2的厚度为5000?，干氧氧化时温度为950℃，氧气的含量为60%。

步骤102，在二氧化硅膜2上通过淀积、光刻、刻蚀形成热电堆区域3和红外吸收区4；