[发明专利]基于CMOS DPTM工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外热电堆型传感器，尤其是一种基于CMOS DPTM（Double Poly Triple Metal）混合信号工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法，属于MEMS器件设计制造技术领域。

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。

通过与 MEMS 工艺对比，发现 CMOS MEMS 工艺最容易实现低成本和高性能的结合。这主要是因为 CMOS MEMS 工艺可以使用标准 CMOS 工艺线加工 MEMS 系统，从而使得器件加工成本降低。同时该工艺允许 MEMS 传感器和检测电路间采用金属互连，使得这两个模块可以布置的很近，这大大减小了互连寄生参数，从而保证了高精度和低噪声性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于CMOS DPTM工艺的红外热电堆型传感器及其制作方法，可以大大降低制造成本，并提高器件性能。

按照本发明提供的技术方案，所述基于CMOS DPTM工艺的红外热电堆型传感器，包括硅基底和位于硅基底上的封闭膜区域，其特征是：封闭膜区域自底层向上依次为第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层，在第一介质层和第二介质层之间设置第一多晶硅层，在第二介质层和第三介质层之间设置第一金属层，在第三介质层和第四介质层之间设置第二金属层，在第四介质层的表面设置第三金属层；在所述第二介质层和第三介质层上分别设置第一通孔和第二通孔，第一通孔中设置钨塞连接第一多晶硅层和第一金属层，第二通孔中设置钨塞连接第一金属层和第二金属层；在所述封闭膜区域上设置腐蚀通道，腐蚀通道由第三金属层延伸至硅基底的上表面；在所述封闭膜区域下方的硅基底上刻蚀形成空腔。

所述空腔由硅基底的上表面向硅基底的下表面延伸，并且空腔的深度小于硅基底的厚度，空腔的宽度小于硅基底的宽度。

所述第二介质层由第一层氧化硅和第二层氧化硅组成，在第一层氧化硅和第二层氧化硅之间设置第二多晶硅层；在所述第二层氧化硅上设置第三通孔，第三通孔中设置钨塞连接第一金属层和第二多晶硅层。

所述基于CMOS DPTM工艺的红外热电堆型传感器的制作方法，其特征是，包括以下工艺步骤：

（1）在硅基底上氧化生长二氧化硅，形成第一介质层；

（2）在第一介质层上采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成第一多晶硅层；

（3）在第一多晶硅层上淀积第一层二氧化硅，在第一层二氧化硅上淀积第二多晶硅层，将第二多晶硅层通过刻蚀全部去除，再在第一层二氧化硅上淀积第二层二氧化硅所述第一层二氧化硅和第二层二氧化硅组成第二介质层；

（4）在第二介质层上采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成连接第一多晶硅层和第一金属层的第一通孔，并在第一通孔中填充钨塞；

（5）在第二介质层上采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成第一金属层，第一金属层和第一多晶硅层通过第一通孔形成电连接；

（6）在第一金属层上淀积二氧化硅形成第三介质层；

（7）在第三介质层采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成连接第一金属层和第二金属层的第二通孔，并在第二通孔中填充钨塞；

（8）在第三介质层上采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成第二金属层；

（9）在第二金属层上淀积二氧化硅，形成第四介质层；

（10）在第四介质层上采用掩膜版，通过淀积、光刻、刻蚀形成第三金属层；

（11）采用CHF₃和 He混合气体进行各向异性反应离子刻蚀除去没有被第三金属层覆盖的 SiO₂介质直到到达硅基底，形成垂直于硅基底的释放孔；

（12）通过释放孔使用XeF₂和 O₂混合气体进行各项同性反应离子刻蚀，在释放孔下方的硅基底上形成空腔。