[发明专利]一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法

说明书

本发明提供一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法，所述方法包括：在衬底表面形成侧向腐蚀引导层；淀积牺牲层；制作热偶层及吸收膜层；淀积热偶保护层，刻蚀形成腐蚀孔，通过腐蚀孔去除侧向腐蚀引导层、纵向腐蚀引导层及衬底，形成隔热空腔；去除热偶保护层，淀积引线绝缘层，刻蚀引线绝缘层形成接触孔，再形成金属引线；去除牺牲层及部分引线绝缘层，获得悬浮红外热堆。本发明采用单面加工工艺，可用于实现微传感器与集成电路的单片集成，有利于小尺寸、低成本、大批量生产。另外，利用牺牲层增强结构强度，提高生产良率。

技术领域

本发明属于硅微机械传感技术领域，特别是涉及一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法。

背景技术

随着MEMS技术的迅猛发展,基于MEMS微机械加工技术制作的红外探测器以其尺寸小、价格低等优势被广泛应用于热电堆红外探测器现已广泛应用于非接触测温、气体传感、安保、卫星姿态控制、红外成像等领域。热堆红外探测器相比于其他类型的红外探测器具有明显的优势,例如可在室温下工作，无需制冷设备；具有自激励产生信号的特点,无需施加额外的偏置电压/电流,避免自加热效应的同时保证了低功耗:可以在不加斩波器的情况在实现对趋于静态的红外信号的直接测量；近年来热堆探测器阵列的发展进一步拓宽了热堆红外探测器的应用范围,同时也促使热堆红外探测器沿着更小型化、更低成本、更高性能方向发展。

传统的热堆探测器通常在介质薄膜上淀积多晶硅/金属制作热偶对,然后通过背面硅各向异性湿法腐蚀的方法在介质薄膜下方形成隔热空腔以增加热阻。但该方案需要双面加工，增加了工艺复杂度，同时器件下方没有了衬底结构，器件的机械强度下降。并且，该方案受制于(100)单晶硅衬底湿法腐蚀的各向异性，器件尺寸较大且热堆结构需要按照晶向排列，限制了热堆探测器性能的提升。

1992年，Shie.J等人通过湿法腐蚀在以硅为衬底上的玻璃膜上制造红外探测器。但是受到硅湿法腐蚀的各向异性限制，器件结构的设计必须按照一定规则排列，不能获得性能最优解[Shie J,Weng P.DESIGN CONSIDERATIONS OF METAL-FILM BOLOMETER WITHMICROMACHINED FLOATING MEMBRANE[J].SensorsActuators A Physical,1992,33(3):183-189.]2006年，Calaza.C等人通过采用标准CMOS工艺和TMAH Post-CMOS技术制作了用于红外成像的微机械热电堆红外探测器阵列，并成功获得了室温红外成像效果。但是由于受到硅湿法腐蚀的各向异性限制，单一器件面积较大，最终的探测器阵列为16×16，密度较小，且湿法腐蚀工艺会破坏结构，降低成品率。[Calaza C,Viarani N,Pedretti G,etal.An uncooled infrared focal plane array for low-cost applicationsfabricated with standard CMOS technology[J].Sensors and Actuators A(Physical),2006,132(1):129-138.]。

因此，提供一种新的在衬底上制作悬浮红外热堆的方法是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法，用于解决现有技术的方法所制作的悬浮红外热堆存在工艺复杂、机械强度低、器件尺寸大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法，所述方法至少包括：

1)提供衬底，在所述衬底表面形成侧向腐蚀引导层；

2)在所述衬底和所述侧向腐蚀引导层表面淀积牺牲层；

3)在所述牺牲层上制作热偶层以及与所述热偶层一端相连的吸收膜层；