基于TiN反射层的热电堆红外探测器

摘要

本发明涉及热电堆红外探测器，具体是一种基于TiN反射层的热电堆红外探测器。进一步改进了现有热电堆红外探测器。所述探测器的加工步骤包括：1、在SOI衬底正面加工内、外两个隔离槽，划分出各加工区；2、加工SiO2介质支撑膜；3、加工构成热电偶的P/N型多晶硅条；4、加工下层SiO2隔离层及后续加工用金属连接加工孔；5、完成金属连接；6、加工上层SiO2隔离层；7、加工TiN反射层；8、加工SiN导热层；9、加工热辐射吸收层；10、形成后续加工用释放孔；11、将SiO2介质支撑膜下的热电偶加工区及热辐射吸收区空腔化；12、实现纳米森林结构的热辐射吸收层。本发明结构设计合理，制作工艺易于实现，成品性能提高明显，具有良好的发展前景。

主权项

一种基于TiN反射层的热电堆红外探测器，其特征在于按照如下步骤加工获得：a、采用LPCVD技术在SOI衬底正面沉积SiO2，形成SiO2薄膜（1），用作后续深硅刻蚀的硬掩模；b、采用深硅刻蚀工艺在SOI衬底正面加工内、外两个封闭环路状的隔离槽，内隔离槽（2）置于外隔离槽（3）中间，两隔离槽皆以SOI衬底的隐埋氧化层（4）为底；外隔离槽（3）将SOI衬底正面划分为一个热电堆加工区（5）、两个焊盘加工区（6）、两个热辐射吸收区（7），热电堆加工区（5）的两侧皆设有一个焊盘加工区（6）和一个热辐射吸收区（7），两焊盘加工区（6）和两热辐射吸收区（7）皆以SOI衬底的表面中心为对称中心点对称；内隔离槽（2）沿两焊盘加工区（6）所在的方向设置；c、采用LPCVD技术在SOI衬底正面沉积SiO2，填充隔离槽，同时形成SiO2介质支撑膜（8）；  d、采用LPCVD技术、离子注入工艺、光刻工艺、刻蚀工艺在SiO2介质支撑膜（8）上加工用于构成热电偶的N型多晶硅条（9）和P型多晶硅条（10）；所述多晶硅条的形状及分布情况如下：内隔离槽（2）在其设置方向上的中心线将SiO2介质支撑膜（8）上与热电堆加工区（5）及热辐射吸收区（7）对应的区域划分为两个加工区，在每一加工区内成对加工N型多晶硅条（9）和P型多晶硅条（10），N型多晶硅条（9）与P型多晶硅条（10）一一对应，且两加工区内的多晶硅条分别呈“﹁”形和“﹂”形；P型多晶硅条（10）和N型多晶硅条（9）的一端位于SiO2介质支撑膜（8）上与多晶硅条相邻的热辐射吸收区（7）对应的区域，P型多晶硅条（10）的另一端与另一区N型多晶硅条（9）的一端正对，N型多晶硅条（9）的另一端与另一区P型多晶硅条（10）的一端正对；e、采用LPCVD技术在SiO2介质支撑膜（8）上沉积SiO2，形成覆盖N型多晶硅条（9）和P型多晶硅条（10）的下层SiO2隔离层（11）；然后采用光刻工艺和刻蚀工艺在下层SiO2隔离层（11）上加工露出用于后续实现热电堆输出焊盘的焊盘加工区（6），并加工形成：用于后续实现P型多晶硅条（10）与对应N型多晶硅条（9）连接构成热电偶的金属连接加工孔（13）、用于后续实现两区域内热电偶串联构成热电堆的金属连接加工孔（14）、用于后续实现热电堆与输出焊盘间连接的金属连接加工孔（15）； f、采用金属溅射工艺在下层SiO2隔离层（11）及焊盘加工区（6）上溅射金属铝，然后采用光刻工艺和刻蚀工艺在焊盘加工区及上述各加工孔对应位置处形成：实现热电堆的输出焊盘（16）、将P型多晶硅条（10）与对应N型多晶硅条（9）连接构成热电偶的铝条（17）、将两区域内热电偶串联构成热电堆的铝条（18）、将热电堆的输出焊盘（16）与热电堆首尾热电偶连接的铝条（19），实现热电堆结构；所述热电堆结构有两个热结区（20）和一个冷结区（21），两个热结区（20）分别位于对应的热辐射吸收区（7），冷结区（21）处于两热结区（20）之间，位于内隔离槽（2）划出的区域；热电堆的输出焊盘（16）位于SiO2介质支撑膜（8）上与焊盘加工区（6）对应的区域；且两区内热电偶串联时，热电偶的P型多晶硅条（10）经铝条（18）连接另一区内与其端部正对的N型多晶硅条（9），热电偶的N型多晶硅条（9）经铝条（18）连接另一区内与其端部正对的P型多晶硅条（10）； g、采用PECVD技术在f步骤所得器件的表面沉积SiO2，形成覆盖热电堆结构的上层SiO2隔离层（22）；h、采用磁控溅射工艺在上层SiO2隔离层（22）的表面制备TiN薄膜，形成覆盖热电堆结构的TiN反射层（24），然后采用光刻工艺和刻蚀工艺在TiN反射层（24）上加工露出热电堆的输出焊盘（13）、SiO2介质支撑膜（8）上与热辐射吸收区对应的区域及该区域内热偶条的端部；i、采用LPCVD技术在h步骤所得器件的表面沉积SiN，然后采用光刻工艺和刻蚀工艺在SiO2介质支撑膜（8）上与热辐射吸收区（7）对应的区域形成覆盖热偶条端部的SiN导热层（23）； j、采用PECVD技术在i步骤所得器件的表面沉积多晶硅层、或者单晶硅层、或者非晶硅层，然后采用光刻工艺形成位于SiN导热层（23）上及范围内的热辐射吸收层（25）；k、采用光刻工艺和刻蚀工艺在j步骤所得器件表面与热电偶加工区（5）、热辐射吸收区（7）对应的区域内、避开热电偶开设贯通至SOI衬底顶层硅（26）的用于后续加工的释放孔（27）；l、采用光刻工艺对k步骤所得器件表面涂覆光刻胶，并光刻暴露出释放孔（27），用于实现后续步骤中的光刻保护；m、采用XeF2气体经释放孔（27）正面腐蚀SOI衬底的顶层硅（26），将SiO2介质支撑膜（8）下的热电堆加工区及热辐射吸收区空腔化，形成悬浮结构的热电堆；n、采用氧等离子去除技术将m步骤所得器件表面的光刻胶剥离，最后采用干法刻蚀工艺将热辐射吸收层（25）表面刻蚀成纳米森林结构，得到探测器成品。