專利名稱：半導(dǎo)體熱電偶和傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及熱電偶，并且更具體地涉及單塊集成熱電堆。
背景技術(shù)：
參考附圖的圖1，附圖標(biāo)記100大致指出傳統(tǒng)的單塊集成或“片上”熱電偶。熱電偶100主要包括膜102，膜102包括在硅襯底104中形成的凹進(jìn)108上從硅襯底104 (通常將其稱為“邊緣”)延伸的兩種不同導(dǎo)熱材料110和112。隨著將熱或紅外輻射施加至膜102，在凹進(jìn)108上的區(qū)域及“邊緣”(其中襯底104用作散熱器)之間的膜102中產(chǎn)生溫差。能夠?qū)⒃S多熱電偶100布置到熱電堆中，以便能夠確定可讀及可靠的溫度測量法。然而，熱電偶100具有許多缺點(diǎn)。首先，用于形成凹進(jìn)108的深度選擇性蝕刻為非標(biāo)準(zhǔn)制造步驟，該步驟能夠顯著提高制造成本。第二，膜102非常易碎，這通常要求專業(yè)運(yùn) 輸和封裝，并且這通常使得膜對壓力和振動(dòng)敏感。另外，由于膜102的脆性，膜的尺寸受機(jī)械限制。參考圖2，能夠看出另一種可替換熱電堆200。熱電堆200通常包括布置在硅襯底104上的“蛇形(serpentine)”中的第一組材料202-1、202-2、202-3以及202-4，和第二組材料204-1、204-2、204-3和204-4。隨著空氣(或另一種流體)橫穿熱電堆，在熱電堆200兩端形成溫度或熱梯度。雖然熱電堆200的布置比具有熱電偶100陣列的熱電堆更機(jī)械耐久，但是熱電偶200具有非常低的敏感性，并且通常要求大量面積，使其價(jià)格過于昂貴。在以下文獻(xiàn)中描述了傳統(tǒng)熱電偶和熱電堆的一些其他示例美國專利No. 3，393，328 ;美國專利No. 5，059，543 ;美國專利No. 5，343，064 ;美國專利No. 6，531，899 ；美國專利No. 6，565，254 ;美國專利No. 6，793，389 ;美國專利No. 6，987，223 ;美國專利No. 7，042，690 ;美國專利No. 7，282,712 ;美國專利No. 7，406，185 ;美國專利授權(quán)前公開No.2009/0260669 ；Paul 等人的“Thermoelectric Infrared Imaging Microsystem byCommercial CMOS Technology, ^Proc. Eur. Solid-State Device Conf. , Bordeaux, France, Sept. 8-10, 1998, pp. 52-55 ；以及 Lahiji 等人的 “A Batch-Fabricated SiliconThermopile Infrared Detector, ^IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 29, No.I, Jan. 1982pp. 14-22。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的示例實(shí)施例提供一種所提供的設(shè)備。該設(shè)備包括襯底；薄電介質(zhì)層，該薄電介質(zhì)層在襯底的第一部分上形成；厚電介質(zhì)層，該厚電介質(zhì)層在襯底的第二部分上形成；第一傳導(dǎo)層，該第一傳導(dǎo)層在薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層的每一層的至少一部分上延伸，其中第一傳導(dǎo)層由具有第一塞貝克系數(shù)的第一材料制成；第二傳導(dǎo)層的第一部分，該第一部分在第一傳導(dǎo)層和薄介質(zhì)層的至少一部分上延伸，其中第二層由具有第二塞貝克系數(shù)的第二材料制成；第二傳導(dǎo)層的第二部分，該第二部分在第一傳導(dǎo)層和厚介質(zhì)層的至少一部分上延伸；第一傳導(dǎo)通路，該第一傳導(dǎo)通路在第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層的第一部分之間形成；以及第二傳導(dǎo)通路，該第二傳導(dǎo)通路在第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層的第二部分之間形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，第一傳導(dǎo)層由多晶硅形成，并且其中薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層由二氧化硅形成，并且其中第二傳導(dǎo)層為鋁或銅形成的金屬化層，并且其中第一和第二傳導(dǎo)通路由鎢或鋁形成，并且其中薄電介質(zhì)層為約IOnm至約12nm之間。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，厚電介質(zhì)層為200nm至約220nm之間的場氧化層。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該設(shè)備還包括第三傳導(dǎo)層，該第三傳導(dǎo)層在第二傳導(dǎo)層的第一和第二部分的每一部分中的至少一部分上延伸；第三傳導(dǎo)通路，該第三傳導(dǎo)通路形成在第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中該第三傳導(dǎo)通路基本與第一傳導(dǎo)通路同延；第四傳導(dǎo)通路，該第四傳導(dǎo)通路形成在第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中第三傳導(dǎo)通路基本與第二傳導(dǎo)通路同延；互連層，其中該互連層具有比第三傳導(dǎo)層更高的熱阻抗；第五傳導(dǎo)通路，該第五傳導(dǎo)通路形成在第三傳導(dǎo)層和互連層之間；以及第四傳導(dǎo)層，該第四傳導(dǎo)層適于接收紅外 輻射；第六傳導(dǎo)通路，該第六傳導(dǎo)通路形成在第三傳導(dǎo)層和第四傳導(dǎo)層之間，其中第六傳導(dǎo)通路基本與第二通路同延。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，第三和第四傳導(dǎo)層每一層都由鋁或銅形成，并且其中第三、第四、第五和第六傳導(dǎo)通路由鋁或鎢形成，并且其中互連層由氮化鈦形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，厚電介質(zhì)層為約200nm至約220nm的絕緣區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該設(shè)備還包括吸收層，該吸收層在第二傳導(dǎo)層的第二部分上延伸。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該設(shè)備還包括埋層，該埋層在第二傳導(dǎo)層的第一部分下的襯底中形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，吸收層由聚酰胺形成。根據(jù)本發(fā)明的不例實(shí)施例，第一傳導(dǎo)層由摻雜有第一傳導(dǎo)類型的材料的多晶娃形成，并且其中薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層由二氧化硅形成，并且其中第二傳導(dǎo)層由摻雜有第二傳導(dǎo)類型的材料的多晶硅形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，提供一種設(shè)備。該設(shè)備包括多個(gè)熱電偶，該熱電偶被彼此耦合在陣列中，以形成熱電堆，其中每個(gè)熱電偶都包括薄電介質(zhì)層；厚電介質(zhì)層；第一傳導(dǎo)層，該第一傳導(dǎo)層在薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層中每一層的至少一部分上延伸，其中第一傳導(dǎo)層由具有第一塞貝克系數(shù)的第一材料制成；第二傳導(dǎo)層的第一部分，該第一部分在第一傳導(dǎo)層和薄介質(zhì)層的至少一部分上延伸，其中第二層由具有第二塞貝克系數(shù)的第二材料制成；第二傳導(dǎo)層的第二部分，該第二部分在第一傳導(dǎo)層和厚介質(zhì)層的至少一部分上延伸；第一傳導(dǎo)通路，該第一傳導(dǎo)通路在第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層的第一部分之間形成；以及第二傳導(dǎo)通路，該第二傳導(dǎo)通路在第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層的第二部分之間形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，每個(gè)熱電偶還包括第三傳導(dǎo)層，該第三傳導(dǎo)層在第二傳導(dǎo)層的第一和第二部分的每一部分中的至少一部分上延伸；第三傳導(dǎo)通路，該第三傳導(dǎo)通路形成在第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中該第三傳導(dǎo)通路基本與第一傳導(dǎo)通路同延；第四傳導(dǎo)通路，該第四傳導(dǎo)通路形成在第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中第三傳導(dǎo)通路基本與第二傳導(dǎo)通路同延；互連層，其中該互連層具有比第三傳導(dǎo)層更高的熱阻抗；第五傳導(dǎo)通路，該第五傳導(dǎo)通路形成在第三傳導(dǎo)層和互連層之間；第四傳導(dǎo)層，該第四傳導(dǎo)層適于接收紅外輻射；第六傳導(dǎo)通路，該第六傳導(dǎo)通路形成在第三傳導(dǎo)層和第四傳導(dǎo)層之間，其中第六傳導(dǎo)通路基本與第二通路同延；以及第七傳導(dǎo)通路，該第七傳導(dǎo)通路形成在第二傳導(dǎo)層和第三傳導(dǎo)層之間，其中第七傳導(dǎo)通路基本與第一傳導(dǎo)通路同延，以便第二傳導(dǎo)層的第一部分被電連接至鄰近的熱電偶。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，每個(gè)熱電偶還包括吸收層，該吸收層在第二傳導(dǎo)層的第二部分上延伸；以及埋層，該埋層在第二傳導(dǎo)層的第一部分下的襯底中形成。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該設(shè)備還包括放大器，該放大器被耦合至熱電堆；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，該轉(zhuǎn)換器被耦合至放大器；數(shù)字線性化引擎，該引擎被耦合至ADC ;以及接口，該接口被耦合至數(shù)字線性化引擎。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該ADC為sigma-delta ADC。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，該接口為SMBus兼容接口。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，提供一種制造熱電偶的方法。該方法包括在襯底上形成厚電介質(zhì)層和薄電介質(zhì)層；形成第一傳導(dǎo)層，該第一傳導(dǎo)層在厚電介質(zhì)層和薄電介質(zhì)層中每一層的至少一部分上延伸，其中第一傳導(dǎo)層具有第一塞貝克系數(shù)；在第一傳導(dǎo)層上形成氧化層；蝕刻該氧化層，從而形成第一孔，該第一孔基本與第一傳導(dǎo)層和薄電介質(zhì)層的至少一部分同延，并且從而形成第二孔，該第二孔基本與第一傳導(dǎo)層和厚電介質(zhì)層的至少一部分同延；填充第一和第二孔，以形成第一和第二傳導(dǎo)通路；在氧化層上形成第二傳導(dǎo)層，其中第二傳導(dǎo)層具有第二塞貝克系數(shù)；以及蝕刻第二傳導(dǎo)層，從而形成第二傳導(dǎo)層的第一和第二部分，這兩部分彼此基本電絕緣。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，金屬化層還包括第一金屬化層，并且其中氧化層還包括第一氧化層，并且其中該方法還包括在第一金屬化層上形成第二氧化層；在第二氧化層上形成互連層；在互連層上形成第三氧化層；蝕刻第二和第三氧化層，從而形成第三孔，該第三孔基本與第一傳導(dǎo)通路同延；第四孔，該第四孔基本與第二傳導(dǎo)通路同延；第五孔，該第五孔基本與至少一部分互連層同延；第六孔，該第六孔基本與至少一部分互連層同延；填充第三、第四、第五和第六孔，從而形成第三、第四、第五和第六傳導(dǎo)通路；在第三氧化層上形成第二金屬化層，以及蝕刻該第二金屬化層，以便第四和第五傳導(dǎo)通路電連接、第三傳導(dǎo)通路被電連接至第一鄰近熱電偶、以及第六傳導(dǎo)通路被電連接至第二鄰近熱電偶。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，氧化層還包括第一氧化層，并且其中金屬化層的第一和第二部分被電連接至第一和第二鄰近熱電偶，并且其中該方法還包括在第一傳導(dǎo)層下的襯底中形成埋層；在金屬化層上形成第二氧化層；以及在第二通路上形成吸收層。


參考附圖描述示例實(shí)施例，其中圖I是傳統(tǒng)熱電偶的示例；圖2是傳統(tǒng)熱電偶的示例；圖3A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖3B是沿截面線A-A的工藝步驟的正視圖；圖4A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖4B是沿截面線B-B的工藝步驟的正視圖5A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖5B是沿截面線C-C的工藝步驟的正視圖；圖6A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖6B是沿截面線D-D的工藝步驟的正視圖；圖7A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖7B是沿截面線E-E的工藝步驟的正視圖；圖8A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖8B是沿截面線F-F的工藝步驟的正視圖； 圖9A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖9B是沿截面線G-G的工藝步驟的正視圖；圖IOA是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖IOB是沿截面線H-H的工藝步驟的正視圖；圖IlA是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖IlB是沿截面線I-I的工藝步驟的正視圖；圖12A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖12B是沿截面線J-J的工藝步驟的正視圖；圖13A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖13B是沿截面線K-K的工藝步驟的正視圖；圖14A是用于形成根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的熱電偶的工藝步驟的示例的平面圖；圖14B是沿截面線L-L的工藝步驟的正視圖；圖15是使用圖3A-14B的工藝步驟中示出的熱電偶的集成電路(IC)的示例。
具體實(shí)施例方式在圖3A-10B中，示出形成熱電偶300-1 (如圖IOB中所示)的工藝。最初，如圖3A和3B所示，在襯底104上形成薄電介質(zhì)層304和厚電介質(zhì)層或場氧化層302。通常，這些層302和304由二氧化硅形成，并且通過一個(gè)或多于一個(gè)傳統(tǒng)的氧化工藝步驟在襯底104上生長。薄氧化層304能夠?yàn)榧sIOnm至約12nm厚,而場氧化層302能夠?yàn)榧s200nm至約220nm厚。另外，襯底104可以由硅形成，但是襯底104也可以由幾種其他合適的材料制成。如圖4A和4B所示，形成電介質(zhì)層302和304之后，在電介質(zhì)層302上形成傳導(dǎo)層306-1。通常，該傳導(dǎo)層306-1由多晶硅形成，該多晶硅具有約40 μ V/Κ的塞貝克系數(shù)，并且多晶硅為用于形成熱電偶300-1的一種導(dǎo)熱材料。在傳導(dǎo)層306-1的形成中，通常在層302和304上形成一層多晶硅，然后將該層多晶硅按圖案蝕刻，從而形成在圖4Α的平面圖中所示的形狀。傳導(dǎo)層306-1也能夠被摻雜有P型材料(諸如硼、銦或招)或N型材料(諸如磷、砷和銻)。參考圖5Α和5Β，使用傳導(dǎo)層306-1形成傳導(dǎo)接觸。為了完成上述步驟，電介質(zhì)層(通常為二氧化硅)308-1形成在傳導(dǎo)層306-1上，并且被圖案化和被蝕刻(形成這樣的孔，即每個(gè)孔都基本或部分與傳導(dǎo)層306-1以及層304或302中的一層同延)。然后這些孔被使用傳導(dǎo)材料(諸如鎢或鋁)填充，從而形成通路310-1和312-1。當(dāng)通路310-1和312-1處于適當(dāng)位置時(shí)，在電介質(zhì)層308_1上形成傳導(dǎo)層或金屬化層314-1 (如圖6A和6B中所示)。通常，金屬化層314-1由具有類似或近似用于通路310-1和312-1的傳導(dǎo)材料相同塞貝克系數(shù)的材料形成。例如，如果為鎢或鋁(兩者分別具有7. 5 μ V/Κ和3. 5 μ V/Κ的塞貝克系數(shù))，則鋁或銅(6. 5 μ V/Κ)就具有類似或近似的塞貝克系數(shù)。該金屬化層314-1 (—旦處于適當(dāng)位置)可以被圖案化和被蝕刻，從而形成兩個(gè)彼此電絕緣的獨(dú)立部分或“墊”。另外,這些“墊”中的每個(gè)都電接觸通路310-1和312-1中的一個(gè)?？商娲模瑐鲗?dǎo)層314-1也可以由摻雜有P型材料(諸如硼、銦或鋁)或N型材料(諸如磷、砷和銻)的多晶硅形成。通常，當(dāng)傳導(dǎo)層314-1由摻雜多晶硅形成時(shí)，傳導(dǎo)層306-1就具有傳導(dǎo)層314-1的相反摻雜。參考圖7Α和7Β,形成另外的傳導(dǎo)層。在金屬化層314_1 (以及電介質(zhì)層308_1)上首先形成電介質(zhì)層(即部分電介質(zhì)層316-1)，并且形成互連層(即沉積和蝕刻)。然后，形成電介質(zhì)層316-1的剩余部分。與早先的電介質(zhì)層308-1相同，以傳導(dǎo)材料(即鋁或鎢)形 成和填充孔，從而形成通路320、322、324和326。通常，互連層318 (該互連層用作鄰近熱電偶，諸如熱電偶300-1之間的連接層)由這樣的材料形成，該材料具有良好的導(dǎo)電性，具有比用于金屬化層314-1和328的材料更高的熱阻抗。例如，互連層318可以由氮化鈦形成。通過使用該材料，可以將一個(gè)熱電偶300-1的“熱”接頭與鄰近熱電偶(即熱電偶300-1)中的“冷”接頭熱絕緣/熱隔離。形成通路320、322、324和326之后，沉積、圖案化以及蝕刻第二金屬化層328 (如圖8Α和8Β所不)。與第一金屬化層314-1相同，金屬化層328中也存在幾個(gè)彼此電絕緣的部分或“墊”。具體地，金屬化層328將通路322和324電連接在一起、將通路326電連接至鄰近的電池或熱電偶(即熱電偶300-1)以及將通路320電連接至另一個(gè)鄰近的電池或熱電偶(即熱電偶300-1)。另外，如圖8Β中所示，通路322和320可以基本與通路310-1和312-1同延或可以與其分別對齊。一旦形成了金屬化層328，則形成另外的通路330和第三金屬化層334(如圖9Α至IOB所示)。與其他通路310-1、312-1、320、322、324、326相同，通路330由傳導(dǎo)材料(即鎢或鋁)形成，該材料沉積在電介質(zhì)層332 (即二氧化硅)中的孔中。然后，第三金屬化層334被形成在電池上，以便將熱傳導(dǎo)至“熱接頭”。另外，可以在金屬化層334上形成吸收體336 ；通常，該吸收體336可以由聚酰胺或任何其他合適的紅外或熱吸收體形成。操作中，電池或熱電偶300-1能夠使用珀?duì)柼?塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生電壓。將熱或紅外輻射施加至金屬化層334，通過金屬化層328和314-1以及通路330、322和310-1將熱和紅外輻射傳遞至傳導(dǎo)層306-1。由于厚電介質(zhì)層302 (該層為場氧化層)和薄氧化層304的相對厚度，厚電介質(zhì)層302比薄氧化層304熱傳導(dǎo)少，所以在通路310-1和傳導(dǎo)層306-1之間的接頭處形成“熱”接頭，而在傳導(dǎo)層306-1和通路312-1之間的接頭形成“冷”接頭。因而，由于傳導(dǎo)層306-1和金屬化或傳導(dǎo)層314-1和328的不同材料，所以當(dāng)向金屬化或傳導(dǎo)層334施加紅外輻射或熱時(shí)，則產(chǎn)生電壓。作為替換方式或另外特征，聚合物和/或埋層可用于紅外吸收。參考圖IlA至13Β，形成類似于圖6Α和6Β的結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)。一些不同在于(1)以絕緣區(qū)域402 (即淺槽絕緣或深槽絕緣)代替電介質(zhì)層302，其中氧化層406在絕緣區(qū)域402上延伸；(2)在襯底104中提供埋層404 (通常由植入或擴(kuò)散摻雜劑組成，并且基本與通路312同延或基本與其對齊);以及(3)金屬化層314-2的“墊”或部分被電連接至鄰近的電池。另外，如圖14Α和14Β中所示，在電介質(zhì)層316-2上形成吸收層408 (通常由聚酰胺形成)，以便基本與通路310-2同延。通常，埋層高度摻雜有P型材料(諸如硼、銦或鋁)或N型材料(諸如磷、砷和銻)。結(jié)果，電池或熱電偶300-2構(gòu)造允許從頂部和底部吸收。埋層404和吸收層都用于“捕獲/限制(trap)”紅外輻射。不管輻射的方向如何，都在“熱”接頭(通路310-2和傳導(dǎo)層603-2之間的接頭)上“捕獲”熱，并且將其消散到“冷”接頭(通路312-2和傳導(dǎo)層306-2之間的接頭)上的襯底104中。因此，類似于熱電偶300-1，當(dāng)接收紅外輻射時(shí)，熱電偶300-2也產(chǎn)生電壓。參考圖15，示出熱電偶300-1和/或300-2的應(yīng)用的示例。通常，熱電偶300_1和/或300-2被形成為集成電路(IC)的一部分。電池或熱電偶300-1和/或300-2(每個(gè)都約為7. 5 μ m2)被布置成陣列，以形成熱電堆502。典型地，熱電堆502包括數(shù)萬個(gè)電池或熱電偶300-1和300-2。熱電堆502被耦合至放大器504，并且將被放大的信號(hào)提供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 506。通常，ADC506為sigma-delta ADC,該ADC從溫度傳感器508接收局
部溫度LT，并且從基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器510接收基準(zhǔn)電壓REF。通過數(shù)字線性化引擎512線性化被放大信號(hào)的數(shù)字表示，并且將其提供給接口 514 (其通常是兼容SMBus)。作為使用熱電偶300-1和/或300-2的結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)熱電偶的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。熱電偶300-1和/或300-2完全兼容標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造工藝。無額外處理步驟，并且每個(gè)晶片的成本與所使用的工藝的每個(gè)晶片的基本成本相同。對熱電偶502的尺寸無限制。能夠通過按比例增大熱電偶502實(shí)現(xiàn)期望的敏感度和信噪比。熱電偶300-1和/或300-2具有等于硅片自身魯棒性的機(jī)械魯棒性。熱電偶300-1和/或300-2也對壓力和/或振動(dòng)或?qū)瘜W(xué)和/或離子污染不敏感。據(jù)此有意涵蓋具有在具有所有或僅一些特征或步驟的示例實(shí)施例的背景下描述的一個(gè)或多于一個(gè)特征或步驟的不同組合的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白在要求的發(fā)明范圍內(nèi)也可能有許多其他實(shí)施例和變體。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包括 襯底； 薄電介質(zhì)層，所述薄電介質(zhì)層形成在所述襯底的第一部分上； 厚電介質(zhì)層，所述厚電介質(zhì)層形成在所述襯底的第二部分上； 第一傳導(dǎo)層，所述第一傳導(dǎo)層在所述薄電介質(zhì)層和所述厚電介質(zhì)層每一層的至少一部分上延伸，其中所述第一傳導(dǎo)層由具有第一塞貝克系數(shù)的第一材料制成； 第二傳導(dǎo)層的第一部分，所述第一部分在所述第一傳導(dǎo)層和所述薄介質(zhì)層的至少一部分上延伸，其中所述第二層由具有第二塞貝克系數(shù)的第二材料制成； 所述第二傳導(dǎo)層的第二部分，所述第二部分在所述第一傳導(dǎo)層和所述厚介質(zhì)層的至少一部分上延伸； 第一傳導(dǎo)通路，所述第一傳導(dǎo)通路形成在所述第一傳導(dǎo)層和所述第二傳導(dǎo)層的所述第一部分之間；以及 第二傳導(dǎo)通路，所述第二傳導(dǎo)通路形成在所述第一傳導(dǎo)層和所述第二傳導(dǎo)層的所述第二部分之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一傳導(dǎo)層由多晶硅形成，并且其中所述薄和厚電介質(zhì)層由二氧化硅形成，并且其中所述第二傳導(dǎo)層為鋁或銅形成的金屬化層，并且其中所述第一和第二傳導(dǎo)通路由鎢或鋁形成，并且其中所述薄電介質(zhì)層為約IOnm至約12nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述厚電介質(zhì)層為約200nm至約220nm之間的場氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括 第三傳導(dǎo)層，所述第三傳導(dǎo)層在所述第二傳導(dǎo)層的所述第一和第二部分的每一部分中的至少一部分上延伸； 第三傳導(dǎo)通路，所述第三傳導(dǎo)通路形成在所述第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中所述第三傳導(dǎo)通路基本與所述第一傳導(dǎo)通路同延； 第四傳導(dǎo)通路，所述第四傳導(dǎo)通路形成在所述第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中所述第三傳導(dǎo)通路基本與所述第二傳導(dǎo)通路同延； 互連層，其中所述互連層具有比所述第三傳導(dǎo)層更高的熱阻抗； 第五傳導(dǎo)通路，所述第五傳導(dǎo)通路形成在所述第三傳導(dǎo)層和互連層之間； 第四傳導(dǎo)層，所述第四傳導(dǎo)層適于接收紅外輻射；以及 第六傳導(dǎo)通路，所述第六傳導(dǎo)通路形成在所述第三傳導(dǎo)層和所述第四傳導(dǎo)層之間，其中所述第六傳導(dǎo)通路基本與所述第二通路同延。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括包含聚酰胺的吸收層，所述吸收層在所述第二傳導(dǎo)層的所述第二部分上延伸。
6.一種包括在陣列中彼此耦合的多個(gè)熱電偶以形成熱電堆的設(shè)備，其中每個(gè)熱電偶都包括 薄電介質(zhì)層； 厚電介質(zhì)層； 第一傳導(dǎo)層，所述第一傳導(dǎo)層在所述薄電介質(zhì)層和所述厚電介質(zhì)層中每一層的至少一部分上延伸，其中所述第一傳導(dǎo)層由具有第一塞貝克系數(shù)的第一材料制成； 第二傳導(dǎo)層的第一部分，所述第一部分在所述第一傳導(dǎo)層和所述薄介質(zhì)層的至少一部分上延伸，其中所述第二層由具有第二塞貝克系數(shù)的第二材料制成； 第二傳導(dǎo)層的第二部分，所述第二部分在所述第一傳導(dǎo)層和所述厚介質(zhì)層的至少一部分上延伸； 第一傳導(dǎo)通路，所述第一傳導(dǎo)通路形成在所述第一傳導(dǎo)層和所述第二傳導(dǎo)層的所述第一部分之間；以及 第二傳導(dǎo)通路，所述第二傳導(dǎo)通路形成在所述第一傳導(dǎo)層和所述第二傳導(dǎo)層的所述第二部分之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述第一傳導(dǎo)層由多晶硅形成，并且其中所述第二傳導(dǎo)層為鋁或銅形成的金屬化層，并且其中所述第一和第二傳導(dǎo)通路由鎢或鋁形成，并且其中所述薄電介質(zhì)層為約IOnm至約12nm之間，并且其中所述薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層由二氧化硅形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中每個(gè)熱電偶還包括 第三傳導(dǎo)層，所述第三傳導(dǎo)層在所述第二傳導(dǎo)層的所述第一和第二部分的每一部分中的至少一部分上延伸； 第三傳導(dǎo)通路，所述第三傳導(dǎo)通路形成在所述第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中所述第三傳導(dǎo)通路基本與所述第一傳導(dǎo)通路同延； 第四傳導(dǎo)通路，所述第四傳導(dǎo)通路形成在所述第二和第三傳導(dǎo)層之間，其中所述第三傳導(dǎo)通路基本與所述第二傳導(dǎo)通路同延； 互連層，其中所述互連層具有比所述第三傳導(dǎo)層更高的熱阻抗； 第五傳導(dǎo)通路，所述第五傳導(dǎo)通路形成在所述第三傳導(dǎo)層和所述互連層之間； 第四傳導(dǎo)層，所述第四傳導(dǎo)層適于接收紅外輻射； 第六傳導(dǎo)通路，所述第六傳導(dǎo)通路形成在所述第三傳導(dǎo)層和所述第四傳導(dǎo)層之間，其中所述第六傳導(dǎo)通路基本與所述第二通路同延；以及 第七傳導(dǎo)通路，所述第七傳導(dǎo)通路形成在所述第二傳導(dǎo)層和所述第三傳導(dǎo)層之間，其中所述第七傳導(dǎo)通路基本與所述第一傳導(dǎo)通路同延，以便所述第二傳導(dǎo)層的第一部分被電連接至鄰近的熱電偶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第三和第四傳導(dǎo)層每一層都由鋁或銅形成，并且其中所述第三、第四、第五和第六傳導(dǎo)通路由鋁或鎢形成，并且其中所述互連層由氮化鈦形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括 放大器，其被耦合至所述熱電堆； 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被耦合至所述放大器； 數(shù)字線性化引擎，其被耦合至所述ADC ;以及 接口，其被耦合至所述數(shù)字線性化引擎。
11.一種制造熱電偶的方法，包括 在襯底上形成厚電介質(zhì)層和薄電介質(zhì)層； 形成第一傳導(dǎo)層，所述第一傳導(dǎo)層在所述厚電介質(zhì)層和薄電介質(zhì)層中每一層的至少一部分上延伸，其中所述第一傳導(dǎo)層具有第一塞貝克系數(shù)； 在所述第一傳導(dǎo)層上形成氧化層； 蝕刻所述氧化層，從而形成第一孔，所述第一孔基本與所述第一傳導(dǎo)層和所述薄電介質(zhì)層的至少一部分同延，并且從而形成第二孔，所述第二孔基本與所述第一傳導(dǎo)層和所述厚電介質(zhì)層的至少一部分同延； 填充所述第一和第二孔，以形成第一和第二傳導(dǎo)通路； 在所述氧化層上形成第二傳導(dǎo)層，其中所述第二傳導(dǎo)層具有第二塞貝克系數(shù)；以及 蝕刻所述第二傳導(dǎo)層，從而形成所述第二傳導(dǎo)層的彼此基本電絕緣的第一和第二部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一傳導(dǎo)層由多晶硅形成，并且其中所述薄電介質(zhì)層和厚電介質(zhì)層由二氧化硅形成，并且其中所述第二傳導(dǎo)層為鋁或銅形成的金屬化層，并且其中所述第一和第二傳導(dǎo)通路由鎢或鋁形成，并且其中所述薄電介質(zhì)層為約IOnm至約12nm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述厚電介質(zhì)層為200nm至約220nm之間的場氧化層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬化層還包括第一金屬化層，并且其中所述氧化層還包括第一氧化層，并且其中所述方法還包括 在所述第一金屬化層上形成第二氧化層； 在所述第二氧化層上形成互連層； 在所述互連層上形成第三氧化層； 蝕刻所述第二和第三氧化層以形成 第三孔，其基本與所述第一傳導(dǎo)通路同延； 第四孔，其基本與所述第二傳導(dǎo)通路同延； 第五孔，其基本與所述互連層的至少一部分同延；以及 第六孔，其基本與所述互連層的至少一部分同延； 填充所述第三、第四、第五和第六孔以形成第三、第四、第五和第六傳導(dǎo)通路； 在所述第三氧化層上形成第二金屬化層；以及 蝕刻所述第二金屬化層，以便所述第四和第五傳導(dǎo)通路電連接、所述第三傳導(dǎo)通路被電連接至第一鄰近熱電偶、以及所述第六傳導(dǎo)通路被電連接至第二鄰近熱電偶。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二金屬化層由鋁或銅形成，并且其中所述第三、第四、第五和第六傳導(dǎo)通路由鋁或鎢形成，并且其中所述互連層由氮化鈦形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述厚電介質(zhì)層為約200nm至約220nm之間的絕緣區(qū)域；其中所述氧化層還包括第一氧化層，并且其中所述金屬化層的所述第一和第二部分被電連接至第一和第二鄰近熱電偶，并且其中所述方法還包括 在所述第一傳導(dǎo)層下的所述襯底中形成埋層； 在所述金屬化層上形成第二氧化層；以及 在所述第二通路上形成吸收層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述吸收層由聚酰胺形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述第一傳導(dǎo)層由摻雜有第一傳導(dǎo)類型的材料的多晶 硅形成，并且其中所述第二傳導(dǎo)層由摻雜有第二傳導(dǎo)類型的材料的多晶硅形成。
全文摘要
提供一種“片上”或單片集成熱電偶，所述熱電偶使用不同厚度的熱絕緣體在集成電路內(nèi)產(chǎn)生熱差。施加至金屬化層(334)的熱被傳遞通過其他金屬化層(328、314-1)以及通路(330、322、310-1)到傳導(dǎo)層(306-1)，所述傳導(dǎo)層(306-1)具有覆蓋厚電介質(zhì)層(場氧化層302)和更導(dǎo)熱的薄氧化層(304)的部分，在通路(310-1)和所述傳導(dǎo)層(306-1)之間形成“熱”接頭，在所述傳導(dǎo)層(306-1)和另一通路(312-1)之間形成“冷”接頭，從而產(chǎn)生電壓。
文檔編號(hào)H01L35/32GK102823005SQ201080065937
公開日2012年12月12日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者D·T·特瑞福諾夫 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司