[实用新型]一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统

说明书

本申请公开了一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，包括衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于所述第一区域内；热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括多个热电堆结构以及第一类金属连线，所述第一类金属连线将所述多个热电堆结构与所述CMOS电路串联连接。通过采用与IC标准工艺完全兼容的工艺方法，在衬底上形成热电堆传感器和CMOS电路，减小了CMOS电路与热电堆传感器之间的距离，加强了CMOS电路对热电堆传感器的驱动能力以及处理热电堆传感器产生的检测信号的能力，大幅提高了集成CMOS电路的热电堆传感器系统的精度，制造成本低、无污染、可作为量产工艺手段。

技术领域

本公开涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统。

背景技术

微电子机械系统是建立在微米或纳米技术基础上的21世纪前沿技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统、数字处理系统集成为一个整体单元的微型系统。微机电系统的出现使芯片的概念远超越了以处理电信号为目的集成电路，其功能扩展到机械、光、热、电、化学、生物等领域。微机电系统相对与传统的机电系统，实现了信息系统的微型化、智能化和集成化，提高了性能，降低了功耗和成本。

以热电堆红外探测为原理的红外阵列传感器是最早研究并实用化的红外成像器件之一，因具有尺寸小、重量轻、无需致冷、灵敏度高等优点，在安全监视、非接触式测温等方面有越来越重要的地位。红外阵列传感器是由多个红外敏感单元(像素)在同一个芯片上二维排列构成，每个红外敏感单元都可以接受并检测目标物体辐射的红外能量，经光电转换后输出与目标物体的温度分布及红外辐射强度相关的电信号。红外阵列传感器相比目前日常广泛应用的单元红外传感器具有精度高、检测范围宽、能输出可观察的图像信号等优点，与主要应用于军事等用途的红外焦平面探测器相比，又具有体积小、成本低、利于隐私保护等优点。

对于热电堆红外探测器而言，在结构、材料、尺寸参数等已优化的情况下，其响应率和探测率等关键性能主要取决于红外吸收层材料对红外辐射的吸收效率。为了提高红外阵列传感器的性能，红外吸收层能以高效率吸收红外辐射是非常重要的。目前常用的有基于光干涉、谐振机理的红外吸收层，膜层厚度与红外波长存在关系，在某些特定波长处吸收率很大，但该种膜层受干涉与谐振条件的限制，只对某几个特定波长有高的吸收率。再有利用黑硅、镍黑、镍铬等具有大比表面积、大粗糙度、多孔隙的特殊材料作为红外吸收层，此类结构均具有高的红外吸收率，但缺点是不能与IC工艺兼容，存在污染，尤其对于需要与CMOS电路单芯片集成的红外阵列传感器来说无法实现。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，在衬底上形成CMOS电路和热电堆传感器，并通过金属连线将CMOS电路和热电堆传感器电连接，实现了CMOS电路和热电堆传感器集成的目的。

根据本实用新型提供了一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，包括：衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于所述第一区域内；热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括多个热电堆结构以及第一类金属连线，所述第一类金属连线将所述多个热电堆结构与所述CMOS电路串联连接。

可选的，所述热电堆传感器还包括：位于所述衬底中的空腔，所述多个热电堆结构位于所述空腔的上方；以及位于所述多个热电堆结构之间的释放孔，其中，每个所述热电堆结构包括多个第一悬臂梁、每个所述第一悬臂梁上的至少一个热电偶和红外吸收薄膜。

可选的，所述热电堆传感器还包括：多个第二悬臂梁，所述多个热电堆结构之间通过所述第二悬臂梁彼此连接。

可选的，所述多个第一悬臂梁的一端与所述空腔的对应位置的所述衬底连接并分别沿第一方向和第二方向延伸，所述多个第一悬臂梁的另一端与所述红外吸收薄膜连接。

可选的，所述多个第一悬臂梁分别自所述空腔的顶角沿互相垂直的第一方向和第二方向延伸，并与所述红外吸收薄膜相对的两个顶角连接。