專利名稱：熱電堆紅外探測(cè)器、陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測(cè)器領(lǐng)域，特別是涉及熱電堆紅外探測(cè)器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著紅外探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外探測(cè)器作為核心部件已經(jīng)應(yīng)用于紅外測(cè)溫、紅外檢測(cè)、紅外報(bào)警、紅外成像、紅外制導(dǎo)等領(lǐng)域。熱電堆紅外探測(cè)器是熱敏探測(cè)器中的一種，主要是利用溫差電效應(yīng)來檢測(cè)物體溫度的變化。熱電堆是由兩個(gè)或多個(gè)熱電偶串接組成，各熱電偶輸出的熱電勢(shì)互相疊加就是熱電堆的熱電勢(shì)。對(duì)于通常的熱電堆紅外探測(cè)器，表征其特性的一個(gè)重要的參數(shù)是響應(yīng)率，響應(yīng)率與紅外吸收效率，探測(cè)器熱導(dǎo)，熱電偶對(duì)數(shù)等因素有關(guān)。其中，紅外吸收效率由紅外探測(cè)器的吸收面積決定，吸收區(qū)面積越大，紅外輻射能轉(zhuǎn)化為熱能效率越高，因而探測(cè)器的響應(yīng)率也越高?！つ壳埃Ｒ?guī)的熱電堆紅外探測(cè)器采用單層MEMS (Micro-electromechanicalSystems,微機(jī)電系統(tǒng))的懸空結(jié)構(gòu)，見圖I (來源120X90Element Thermopile ArrayFabricated with CMOS Technology, M. Hirota, Y. Nakajima, Infrared Technology andApplications, 2003)，在襯底上包括含有多對(duì)η型硅和ρ型硅的熱電偶101懸空部件，熱電偶圍繞在吸熱區(qū)102外邊緣，熱電偶的冷端103與襯底相連，熱端104與吸熱區(qū)102相連。吸熱區(qū)吸收的紅外輻射傳導(dǎo)到熱電偶，轉(zhuǎn)化成熱電偶熱端與冷端的電勢(shì)。其中，吸熱區(qū)102采用金黑涂層、銀黑涂層以及其他的材料作為吸收材料，來提高器件的紅外吸收率。從熱電堆紅外傳感器的俯視圖I可以看出，有2對(duì)熱電偶的熱電堆探測(cè)器，被熱電偶包圍的吸熱區(qū)102占整個(gè)傳感器表面積的比例約1/4。實(shí)際上，為了提高熱電堆探測(cè)器的響應(yīng)率，通常需要制作包含多對(duì)熱電偶的熱電堆紅外探測(cè)器。采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，隨著熱電偶對(duì)數(shù)的增加，勢(shì)必縮小吸熱區(qū)的面積。探測(cè)器吸熱區(qū)面積的縮小，使探測(cè)器的紅外吸收能力降低，不利于探測(cè)器吸收率的提高。另外，現(xiàn)有的一些熱電堆探測(cè)器，采用金黑涂層、銀黑涂層以及其他的材料作為吸收材料來提高器件的紅外吸收率。但是金黑涂層、銀黑涂層一般采用電阻加熱真空蒸鍍法制作，這種工藝與IC(Integrated Circuit,集成電路)工藝不兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種熱電堆紅外探測(cè)器、陣列及其制備方法，制作了紅外吸收區(qū)面積不受熱電偶對(duì)數(shù)影響的熱電堆紅外探測(cè)器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種熱電堆紅外探測(cè)器，包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件。其中，所述支撐部件包括支撐柱和空腔；熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，其冷端與支撐部件的支撐柱連接；紅外吸收部件位于所述熱電偶部件上方，所述熱電偶部件的熱端與紅外吸收部件連接。優(yōu)選地，所述的熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件為平面形狀，平面狀紅外吸收部件覆蓋在所述熱電偶部件上方，其下表面與所述熱電偶部件的熱端連接。
優(yōu)選地，所述的熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件包括凹形支撐體和延伸翼，所述凹形支撐體的下端與所述熱電偶的熱端連接；所述的延伸翼的一端與所述凹形支撐體的上端連接，另一端向凹形外延伸。其中，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件包括吸收支撐層和紅外吸收層，所述吸收支撐層的下表面與熱電偶部件的熱端連接；所述紅外吸收層沉積在所述吸收支撐層的上表面。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收層為黑硅材料。
優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收支撐層為二氧化硅或氮化硅。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件覆蓋全部熱電偶部件。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的支撐部件由單晶硅形成，該支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的支撐部件由類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成，所述支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔，其中，所述的類絕緣體上硅包括底層非晶硅、氧化層、頂層多晶硅。本發(fā)明還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器陣列，包括所述的熱電堆紅外探測(cè)器單元，所述熱電堆紅外探測(cè)器單元的熱電偶部件包括至少2層金屬連線用來讀出紅外探測(cè)結(jié)果。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，包括步驟在襯底上制備支撐部件的支撐柱；在所述支撐部件上制備冷端與支撐柱連接的熱電偶部件；在所述熱電偶部件上制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件；制備所述支撐部件的空腔和懸空的熱電偶部件。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，在所述熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，制備的紅外吸收部件包括吸收支撐層和沉積在吸收支撐層表面的紅外吸收層。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，在熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，包括在熱電偶部件上制備紅外吸熱部件的犧牲層；在所述犧牲層上制備露出熱電偶部件的熱端的立柱窗口 ；在所述包括立柱窗口的犧牲層上制備吸收支撐層；在所述吸收支撐層上制作紅外吸收層。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅作支撐部件，所述支撐柱制備過程包括如下步驟在單晶硅襯底上沉積阻擋氧化層；在阻擋氧化層上制備位于所述支撐柱與單晶硅襯底的接觸窗口 ；在包含接觸窗口的阻擋氧化層上沉積支撐部件的犧牲層，所述犧牲層為非晶硅；在所述支撐部件的犧牲層上制備位于所述接觸窗口位置的一對(duì)隔離槽；在上述隔離槽內(nèi)填充氧化物阻擋材料，所述隔離槽以及之間的犧牲層共同構(gòu)成了支撐柱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件位于懸空的熱電偶部件上方，與懸空的熱電偶部件的熱端相連，紅外吸收部件與熱電偶不在同一平面，所以紅外吸收部件的面積不受熱電偶懸空部件中熱電偶對(duì)數(shù)的影響，最大可以覆蓋整個(gè)熱電偶懸空部件。紅外探測(cè)器的吸收面積增大，能夠使更多的紅外輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，可以提高探測(cè)器的響應(yīng)率。另外，本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器，在尺寸小于50um時(shí)，還可以制作成焦平面陣列，有利于進(jìn)一步提高探測(cè)器的響應(yīng)率。本發(fā)明采用懸空的熱電偶部件支撐吸熱層的方法，將熱電偶的熱端與紅外吸熱部件連接，整個(gè)探測(cè)器制作過程中懸空的熱電偶部件和吸熱部件都采用通常的IC工藝制作，解決了金黑涂層制作工藝與IC工藝不兼容的問題，能夠降低探測(cè)器的制作成本。


通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。 圖I為背景技術(shù)的熱電堆紅外探測(cè)器的俯視圖；圖2為本發(fā)明熱電堆紅外探測(cè)器的俯視圖；圖3為本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器沿圖2中AB線的剖面圖；圖4為本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的制備流程圖；圖5至圖8為本發(fā)明采用單晶硅襯底作支撐部件時(shí)的支撐柱制備過程剖面示意圖；圖9和圖10為本發(fā)明采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的支撐柱制備過程中的剖面示意圖；圖11和圖12為本發(fā)明的熱電偶部件制備過程中的剖面示意圖；圖13為本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器陣列示意圖；圖14為本發(fā)明采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的熱電偶部件第2層接觸金屬制備過程中的剖面示意圖；圖15為本發(fā)明采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的熱電偶部件接觸孔制備過程中的剖面示意圖；圖16和圖17為本發(fā)明采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的紅外吸收部件制備過程中的剖面示意圖；圖18為本發(fā)明采用單晶硅形成支撐部件時(shí)的熱電堆紅外探測(cè)器刻蝕完成后的剖面示意圖；圖19為本發(fā)明采用平面形狀紅外吸熱部件的熱電堆紅外探測(cè)器的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說明，表示探測(cè)器結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定，此外，在實(shí)際探測(cè)器制備中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。熱電堆紅外探測(cè)器是熱敏傳感器中的一種，工作原理是利用溫差電效應(yīng)來檢測(cè)物體溫度的變化。紅外探測(cè)器的吸收面積越大，紅外輻射能轉(zhuǎn)化為熱能越多，這有利于提高熱電堆紅外探測(cè)器的響應(yīng)率。現(xiàn)有技術(shù)中的熱電堆紅外探測(cè)器的吸熱區(qū)被熱電偶包圍，其面積受熱電偶的影響，熱電偶對(duì)數(shù)越多吸熱面積越小。本發(fā)明提供的熱電堆紅外探測(cè)器，吸熱部件在懸空熱電偶部件的上方，面積不受熱電偶對(duì)數(shù)的影響。圖2是本發(fā)明熱電堆紅外探測(cè)器的俯視圖，為了清楚展示本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)，圖2中的熱電偶條111制作在吸熱部件112的下方，在這里熱電偶條用實(shí)線畫出，熱電偶的熱端114與吸熱部件112連接，冷端113與支撐部件連接，圖中的115是熱電偶的冷端和熱端與金屬連線的接觸孔。圖3是本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器沿圖2中AB線的剖面圖，本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器包括支撐部件200，熱電偶部件300和紅外吸收部件400。其中，熱電偶部件300懸空于支撐部件上方，其冷端與支撐部件200的支撐柱連接，紅外吸收部件400與熱電偶部件300的熱端301連接。本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的制備流程見圖4，包括以下步驟·步驟SI，在襯底上制備支撐部件的支撐柱；步驟S2，在所述支撐部件上制備冷端與支撐柱連接的熱電偶部件；步驟S3，在熱電偶部件上制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件；步驟S4，制備支撐部件的空腔和懸空的熱電偶部件。下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本實(shí)施例中熱電堆紅外探測(cè)器的制備過程。步驟SI，在襯底上制備支撐部件的支撐柱。由于熱電堆紅外探測(cè)器的工作原理是熱電偶的熱端和冷端存在溫度差時(shí)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因此，為了使熱量有效地從熱端沿著熱電偶條傳到冷端，需要在熱電偶的之間以及上下都制備出空腔結(jié)構(gòu)，形成本發(fā)明中的懸空熱電偶。這樣的空腔是在探測(cè)器制備最后一步經(jīng)過刻蝕形成的，所以需要在襯底上做一些預(yù)處理，制備出支撐部件。下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述圖5至圖8為采用單晶硅作襯底時(shí)的支撐柱制備過程中的剖面示意圖，下面結(jié)合附圖對(duì)制備過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。參見圖5，在單晶硅襯底201上通過熱氧化或低壓化學(xué)氣相沉積方法制備硬掩膜202，然后根據(jù)熱電堆紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)要求在硬掩膜202上采用通常的光刻和刻蝕方法制備刻蝕窗口 203。本實(shí)施例中的硬掩膜材料是Si02。參見圖6，在上述刻蝕窗口位置刻蝕制備深刻蝕槽204，然后通過熱氧化或低壓化學(xué)氣相沉積方法在深刻蝕槽的內(nèi)壁制備隔離氧化層205。參見圖7，采用低壓化學(xué)氣相沉積方法或等離子體增強(qiáng)CVD方法在內(nèi)壁上有隔離層205的深刻蝕槽中填充非晶硅206，通過反刻蝕方法或化學(xué)機(jī)械平坦化方法去除多余的
非晶硅。參見圖8，通過熱氧化方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法在非晶硅206上制備氧化層207，使單晶硅襯底上的掩膜層202表面平坦。在后續(xù)步驟中，將在該襯底的平坦上表面上制備熱電偶層，兩個(gè)填充非晶硅206的相鄰深刻蝕槽以及之間的單晶硅208形成了熱電偶冷端的支撐柱，在襯底硬掩膜層202下的襯底209區(qū)域上部將被刻蝕釋放后形成熱電偶下方的空腔，深刻蝕槽內(nèi)壁隔離氧化層層將作為釋放阻擋氧化層。本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器還可以采用類絕緣體上硅制備支撐部件，通常意義的絕緣體上硅包括底層單晶硅、掩埋氧化層和頂層單晶硅，本發(fā)明采用的類絕緣體上硅結(jié)構(gòu)包括底層非晶硅、氧化層、頂層多晶硅。具體類絕緣體上硅制備和支撐柱制備過程參見圖9和圖10的剖面示意圖。參見圖9，在單晶硅211上通過熱氧化或低壓化學(xué)氣相沉積方法制備釋放工藝的阻擋氧化層212，該層是在制備熱電偶下方的空腔時(shí)的刻蝕結(jié)束位置。然后按照本發(fā)明熱電堆紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)要求，通過光刻和刻蝕方法在熱電偶部件冷端位置的阻擋氧化層212上制備非晶硅與襯底硅211的接觸窗口。最后，在包括接觸窗口的阻擋氧化層212上采用低壓化學(xué)氣相沉積方法制備非晶硅層213，該非晶硅層為本發(fā)明中采用的類絕緣體硅的底層非晶硅，該非晶硅層為制備支撐部件空腔的犧牲層。參見圖10，在非晶硅層213上通過光刻、刻蝕方法制備位于接觸窗口位置的一對(duì)隔離槽214，然后采用低壓化學(xué)氣相沉積方法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在隔離槽214中填充阻擋材料，該阻擋材料可以是二氧化硅，通過反刻蝕方法或化學(xué)機(jī)械平坦化方法去除多余的阻擋材料。最后，在圖10所示的襯底上采用熱氧化或低壓化學(xué)氣相沉積方法沉積氧化層。至此，熱電堆紅外探測(cè)器的支撐柱制備完成，后續(xù)將在其上制備探測(cè)用的熱電偶部件，兩個(gè)相 鄰的填充二氧化硅的隔離槽214以及之間的非晶硅犧牲層215將作為熱電偶冷端的支撐柱，二氧化硅之間的非晶硅犧牲層213將被刻蝕后形成熱電偶下方的空腔，該空腔的腔壁為釋放阻擋氧化層。本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的后續(xù)制備步驟以類絕緣體上硅的底層非晶硅制作探測(cè)器的支撐部件為例，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的制備過程進(jìn)行詳細(xì)描述。步驟S2，在所述支撐部件上制備冷端與支撐柱連接的熱電偶部件。本發(fā)明的熱電偶部件包括熱電偶以及熱電偶熱端和冷端用于讀出探測(cè)結(jié)果的金屬連線。該步驟包括以下過程參見圖11，在包括表面氧化層302的非晶硅上采用低壓化學(xué)氣相沉積方法或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法沉積熱電偶層。熱電偶材料選擇多晶硅，該多晶硅層材料是本發(fā)明中采用的類絕緣體上硅的頂層多晶硅。另外，作為熱電偶層材料也可以選用鍺硅。通過光刻技術(shù)和離子注入技術(shù)在區(qū)域303和區(qū)域304進(jìn)行P型和N型摻雜，獲得熱電偶的兩種材料。根據(jù)熱電堆紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)要求，采用光刻和刻蝕方法制作所需圖形的熱電偶條305，采用低壓化學(xué)氣相沉積方法制備熱電偶305的覆蓋層306，該覆蓋層是二氧化硅或氮化硅。熱電偶條305、支撐氧化層302和覆蓋層306構(gòu)成了熱電偶部件的懸臂梁，也是支撐本發(fā)明中紅外吸收部件的懸臂梁。在熱電偶部件的熱端和冷端制備金屬連線，參見圖12。采用光刻和刻蝕方法去除熱電偶條305的熱端301和冷端(在圖中沒有顯示出)的覆蓋層，制作熱電偶熱端和冷端的接觸孔。通過濺射方法沉積金屬層307，經(jīng)過光刻和刻蝕處理后留下圖12中金屬層307的圖形金屬。其中覆蓋在熱電偶上面的金屬圖形在刻蝕時(shí)對(duì)熱電偶起保護(hù)作用，覆蓋在支撐柱上的金屬圖形起連線作用。然后再通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在圖形金屬上沉積絕緣層308。當(dāng)本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的尺寸小于50 μ m時(shí)，可以作為紅外探測(cè)器單元，制作成熱電堆紅外探測(cè)器陣列，也稱為焦平面陣列，見圖13。這時(shí)需要至少有2層金屬連線用來讀出信號(hào)。前面所述的過程是制備第I層金屬連線，下面描述制備第2金屬連線制備過程。參見圖14，在支撐柱215上方，采用光刻和刻蝕方法制作通孔，通過濺射方法在熱電偶支撐柱215上方沉積金屬層，通過光刻和刻蝕后制作所需圖形的金屬連線309。然后通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在接觸金屬309上沉積絕緣層310。為了在后續(xù)步驟中刻蝕釋放熱電偶，需要制備熱電偶的釋放孔，參見圖15，通過光刻和刻蝕方法去除熱電偶條305之間的二氧化硅和絕緣層，制作熱電偶釋放孔311，所述釋放孔直到類絕緣體上硅的非晶硅層213。然后通過腐蝕方法去除熱電偶條305上除熱電偶熱端和冷端外的保護(hù)金屬。·
通過以上步驟，制備了本發(fā)明的熱電偶部件，包括圖形熱電偶條和熱電偶的熱端和冷端的金屬連線，熱電偶條組成熱電偶部件的懸梁臂。以上步驟中制備的熱電偶部件，包括至少一對(duì)熱電偶，每對(duì)熱電偶的兩個(gè)熱電偶條分別在不同的懸梁臂中，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要將每對(duì)熱電偶的兩個(gè)熱電偶條制備在同一個(gè)懸梁臂中。另外，本發(fā)明的熱電偶也可以由金屬和多晶硅組成，其制備過程與上述過程類似，只是熱電偶對(duì)的熱電偶條是在不同步驟中制備的。一個(gè)熱電偶條在上述圖形熱電偶制備過程中制備，另一個(gè)熱電偶條在熱端和冷端的金屬連線制備過程中制備，這里不再詳細(xì)描述。步驟S3，在熱電偶部件上制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件。本發(fā)明的紅外吸收部件包括吸收支撐層和紅外吸收層，該步驟具體包括以下步驟在熱電偶部件上制備紅外吸熱部件的犧牲層，參見圖16。在步驟S2制備的熱電偶部件上采用旋涂聚酰亞胺(Polymide)或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法沉積紅外吸收部件的釋放犧牲層401，該釋放犧牲層是非晶硅材料。平坦化后通過光刻和刻蝕方法刻蝕去除熱電偶熱端接觸金屬307上的釋放犧牲層和絕緣層，形成紅外吸收部件的立柱窗口 402，這樣露出熱電偶的熱端接觸金屬有利于傳導(dǎo)熱量。在包括立柱窗口的犧牲層上制備吸熱部件，本實(shí)施例的的吸收部件包括支撐層和紅外吸收層，參見圖17。在立柱窗口 402的底部和側(cè)壁以及釋放犧牲層401的上表面采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法制備紅外吸收部件的支撐層，支撐層材料采用二氧化硅或氮化硅材料。該支撐層包括兩部分，沉積在立柱窗口 402中的凹形支撐體403和覆蓋在釋放犧牲層上表面的延伸翼404。該凹形支撐體403的下端與所述熱電偶的熱端接觸金屬307連接，延伸翼404的一端與所述凹形支撐體403的上端連接，另一端向凹形支撐體外延伸，最大可以延伸至覆蓋所有熱偶條。在吸收支撐層上采用通常的IC工藝制備紅外吸收層405，紅外吸收材料比較松散，沉積在吸熱支撐層上。本發(fā)明的紅外吸收層采用黑硅材料，也可以采用其它IC工藝兼容的紅外吸收材料。然后通過光刻和刻蝕方法在紅外吸收部件上制備出釋放孔406，用于后續(xù)步驟中刻蝕釋放紅外吸收部件釋放犧牲層401和襯底犧牲層非晶硅。步驟S4，制備所述支撐部件的空腔和懸空的熱電偶部件。
采用氧氣等離子體灰化工藝方法或XeF2氣相釋放工藝方法刻蝕去除紅外吸收部件的犧牲層和襯底非晶硅層，刻蝕完成后的熱電堆紅外探測(cè)器的截面圖見圖3，俯視圖見圖
2。在熱電偶部件300下方刻蝕出氧化物空腔，形成支撐部件200的空腔和懸空于的熱電偶部件，紅外吸收部件400位于懸空的熱電偶部件300的上方。至此，完成本發(fā)明的熱電堆紅外探測(cè)器的制備。采用單晶硅作本發(fā)明的支撐部件，刻蝕完成后的熱電堆紅外探測(cè)器的截面圖見圖18，在熱電偶部件下方刻蝕形成襯底支撐柱和空腔，該空腔的側(cè)壁為釋放阻擋氧化層。具體制備步驟與采用類絕緣體上硅制備支撐部件的步驟相同，這里不再重復(fù)。以上所述的紅外吸收部件的支撐層由凹形支撐體和延伸翼構(gòu)成，也可以采用平面形狀的支撐層，熱電堆紅外探測(cè)器制備完成后的截面圖見圖19。因?yàn)榧t外吸收部件的支撐層413是平面形狀，與熱電偶條305距離比較近，不利于釋放紅外吸收部件和支撐部件的犧牲層，所以需要在吸收支撐層413上制作刻蝕釋放孔414，以便加快刻蝕釋放速度?！?br> 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱電堆紅外探測(cè)器，包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件，其特征在于 所述支撐部件包括支撐柱和空腔； 熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，其冷端與支撐部件的支撐柱連接； 紅外吸收部件位于所述熱電偶部件上方，所述熱電偶部件的熱端與紅外吸收部件連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件為平面形狀， 平面狀紅外吸收部件覆蓋在所述熱電偶部件上方，其下表面與所述熱電偶部件的熱端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件包括凹形支撐體和延伸翼， 所述凹形支撐體的下端與所述熱電偶的熱端連接； 所述的延伸翼的一端與所述凹形支撐體的上端連接，另一端向凹形外延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件包括吸收支撐層和紅外吸收層，其中， 所述吸收支撐層的下表面與熱電偶部件的熱端連接； 所述紅外吸收層沉積在所述吸收支撐層的上表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收層為黑硅材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收支撐層為二氧化硅或氮化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件覆蓋全部熱電偶部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述支撐部件由單晶硅形成，該支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述支撐部件由類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成，所述支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔，其中，所述的類絕緣體上硅包括底層非晶硅、氧化層、頂層多晶硅。
10.一種熱電堆紅外探測(cè)器陣列，其特征在于，包括多個(gè)權(quán)利要求I所述的熱電堆紅外探測(cè)器單元，所述熱電堆紅外探測(cè)器單元的熱電偶部件包括至少2層金屬連線用來讀出紅外探測(cè)結(jié)果。
11.一種熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，其特征在于，包括步驟 在襯底上制備支撐部件的支撐柱； 在所述支撐部件上制備冷端與支撐柱連接的熱電偶部件； 在熱電偶部件上制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件； 制備所述支撐部件的空腔和懸空的熱電偶部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，其特征在于，在所述熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，制備的紅外吸收部件包括吸收支撐層和沉積在吸收支撐層表面的紅外吸收層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，其特征在于，在熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，包括 在熱電偶部件上制備紅外吸熱部件的犧牲層； 在所述犧牲層上制備露出熱電偶部件的熱端的立柱窗口； 在所述包括立柱窗口的犧牲層上制備吸收支撐層； 在所述吸收支撐層上制作紅外吸收層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，其特征在于，采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅作支撐部件，所述支撐柱制備過程包括 在單晶硅襯底上沉積阻擋氧化層； 在阻擋氧化層上制備位于所述支撐柱與單晶硅襯底的接觸窗口 ； 在包含接觸窗口的阻擋氧化層上沉積支撐部件的犧牲層，所述犧牲層為非晶硅； 在所述支撐部件的犧牲層上制備位于所述接觸窗口位置的一對(duì)隔離槽； 在所述隔離槽內(nèi)填充氧化物阻擋材料，所述隔離槽以及之間的犧牲層共同構(gòu)成了支撐柱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱電堆紅外探測(cè)器及其陣列，所述熱電堆紅外探測(cè)器包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件，其中，所述支撐部件包括支撐柱和空腔，熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，熱電偶部件的冷端與支撐柱連接；紅外吸收部件位于熱電偶部件上方，紅外吸收部件與熱電偶部件的熱端連接。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器的制備方法。所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件與熱電偶部件不在同一平面內(nèi)，紅外吸收部件的面積不受熱電偶對(duì)數(shù)的限制，最大可以覆蓋全部熱電偶部件，有利于提高紅外吸收效率。紅外吸收層采用黑硅材料，其制備方法與半導(dǎo)體IC工藝兼容，有利于降低探測(cè)器制備成本。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102901567SQ20111021506
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者趙利俊, 歐文 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心