本發(fā)明屬于硅微機械傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著MEMS技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于MEMS微機械加工技術(shù)制作的紅外探測器以其尺寸小、價格低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于非接觸測溫、紅外預(yù)警等領(lǐng)域。熱堆紅外探測器相比于其他類型的紅外探測器具有明顯的優(yōu)勢，例如可在室溫下工作，無需制冷設(shè)備；具有自激勵產(chǎn)生信號的特點，無需施加額外的偏置電壓/電流，避免自加熱效應(yīng)的同時保證了低功耗；可以在不加斬波器的情況在實現(xiàn)對趨于靜態(tài)的紅外信號的直接測量。近年來熱堆探測器陣列的發(fā)展進一步拓寬了熱堆紅外探測器的應(yīng)用范圍，同時也促使熱堆紅外探測器沿著更小型化、更低成本、更高性能方向發(fā)展。

傳統(tǒng)的熱堆探測器通常在介質(zhì)薄膜上淀積多晶硅/金屬制作熱偶對，然后通過背面硅各向異性濕法腐蝕的方法在介質(zhì)薄膜下方形成空腔以增加熱阻。該方案雖然制作工藝簡單，但存在尺寸較大、需要雙面加工的問題，同時多晶硅較低的賽貝克系數(shù)和較高的電阻率也限制了熱堆探測器性能的提升。相比于多晶硅，單晶硅具有更大的賽貝克系數(shù)和更低的電阻率，因此采用單晶硅作為熱電材料將有助于熱堆探測器性能的提升。1988年P(guān).M.SARRO等首先在p型硅片上通過外延的方法生長n型單晶硅薄膜，然后在外延層上通過摻雜形成p型硅作為熱電材料(鋁作為另一種熱電材料)，然后在硅背面各項異性濕法腐蝕工藝中通過電化學(xué)的方法實現(xiàn)腐蝕自停止，由此在外延單晶硅薄膜下形成空腔，然后在硅片正面通過等離子刻蝕形成由外延單晶硅材料構(gòu)成的懸臂梁，該懸臂梁的一端涂覆黑漆作為紅外吸收層，另一端包含p型硅/鋁熱偶對。[Sarro PM,Yashiro H,Vanherwaarden AW,Middelhoek S.AN INTEGRATED THERMAL INFRARED SENSING ARRAY.Sensors and Actuators 1988,14(2):191-201]。該方法雖然成功的將單晶硅用作熱電材料，但仍存在以下問題：(1)通過外延的方法制作單晶硅薄膜不僅成本較高而且其外延層的質(zhì)量總是不如原始的單晶硅，因此會對成品率帶來不利影響；(2)作為熱電材料的p-單晶硅制作在10um厚的懸臂梁(n型外延硅層)上，熱量很快地通過該懸臂梁散失，導(dǎo)致器件的靈敏度較低；(3)紅外吸收材料采用黑漆，與標(biāo)準(zhǔn)IC工藝不兼容；(4)采用硅背面各項異性濕法腐蝕工藝，器件尺寸較大。為了實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)IC工藝兼容的基于單晶硅的高靈敏度熱電堆探測器，1994年M.Muller等利用SOI硅片加工制作了以p+-單晶硅和n-多晶硅作熱電材料的熱電堆探測器，這種方法制作的熱電堆探測器雖然具有突出的性能和良好的IC兼容，但是仍存在以下不足：(1)需要使用SOI硅片，成本較高；(2)從背面采用各向異性濕法腐蝕的方法形成介質(zhì)薄膜下方空腔，器件尺寸較大并且需要進行雙面套刻。2014年R.Hopper利用SOI硅片加工制作了以p+-單晶硅和n+-單晶硅作熱電材料的熱堆探測器，從硅片背面利用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)的方法形成介質(zhì)薄膜下方空腔，該方法可以有效減小器件尺寸，但仍存在以下問題：(1)使用SOI硅片，硅片成本較高；(2)需要用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)刻穿整個硅片，工藝成本很高；(3)需要雙面套刻。

為了兼顧小型化、低成本和高性能，本發(fā)明提出了一種新型的在(111)硅片上制作的采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法。采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆主要包括一塊低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜和多對采用單晶硅作為熱偶材料的熱偶對。其中，低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜懸浮于結(jié)構(gòu)中央，多對采用單晶硅作為熱偶材料的熱偶對環(huán)繞在吸收膜四周。單晶硅/鋁熱偶對由一根單晶硅梁和制作在其上方的另一種熱偶材料組成，其一端與吸收膜相連，另一端與一塊低應(yīng)力氮化硅支撐膜相連，并通過支撐膜連接到襯底。所述熱堆結(jié)構(gòu)采用單晶硅作為熱偶材料，相較目前常用的多晶硅具有更高的塞貝克系數(shù)和更低的電阻率，可實現(xiàn)更高的靈敏度。同時利用單晶硅梁支撐懸浮的紅外吸收膜，既滿足了熱堆的絕熱性要求，同時也具有較高的結(jié)構(gòu)強度。本發(fā)明的熱堆結(jié)構(gòu)采用單硅片單面加工的加工方法，尺寸小，成本低，適合大批量生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆尺寸大、加工困難、成本高等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種梁膜結(jié)構(gòu)，所述梁膜結(jié)構(gòu)至少包括：單晶硅襯底、多根單晶硅梁、紅外吸收膜以及支撐膜；

所述多根單晶硅梁懸空于所述單晶硅襯底表面；所述紅外吸收膜制作于所述多根單晶硅梁表面一端；所述支撐膜制作于所述多根單晶硅梁另一端表面，并通過所述支撐膜將所述多根單晶硅梁連接至所述單晶硅襯底。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述多根單晶硅梁環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜周圍。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述單晶硅襯底為(111)單晶硅襯底。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述紅外吸收膜制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的中心位置，所述支撐膜制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的邊緣位置，所述紅外吸收膜和支撐膜均為低應(yīng)力氮化硅。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述紅外吸收膜的厚度范圍為0.5～2μm。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述單晶硅梁的厚度范圍為1～10μm。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述多根單晶硅梁的懸空高度范圍為10～100μm。

本發(fā)明還提供一種所述梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括：

1)提供一單晶硅片，刻蝕所述單晶硅片一表面形成多個隔離槽；

2)在所述隔離槽中填充第一絕緣材料層；

3)在所述單晶硅片表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜和支撐膜；

4)在所述單晶硅片表面形成第二絕緣材料層，刻蝕在所述單晶硅片中形成釋放槽；

5)通過所述釋放槽，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜，同時未被腐蝕的所述單晶硅片頂部形成單晶硅梁，剩余的所述單晶硅片形成單晶硅襯底；

6)去除所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層，形成梁膜結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法一種優(yōu)化的方案，所述隔離槽與所述單晶硅梁等高。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟5)中利用TMAH或KOH腐蝕液進行橫向選擇性自停止腐蝕。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)化的方案，所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層為氧化硅。

本發(fā)明還提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)，所述單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)至少包括：

上述梁膜結(jié)構(gòu)、接觸孔、第三絕緣材料層以及熱電材料層；

所述接觸孔制作于所述紅外吸收膜和支撐膜中；第三絕緣材料層形成于所述單晶硅梁表面以實現(xiàn)電絕緣；所述熱電材料層形成于所述第三絕緣材料層表面，并且所述熱電材料層通過所述接觸孔與所述單晶硅梁兩端接觸；所述單晶硅梁和熱電材料層形成熱偶對。

作為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述熱電材料層為Al、Au或者多晶硅。

本發(fā)明再提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括：

1)提供一單晶硅片，刻蝕所述單晶硅片一表面形成多個隔離槽；

2)在所述隔離槽中填充第一絕緣材料層；

3)在所述單晶硅片表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜和支撐膜，并在所述紅外吸收膜和支撐膜中形成接觸孔；

4)在所述單晶硅片表面形成第二絕緣材料層，刻蝕在所述單晶硅片中形成釋放槽；

5)通過所述釋放槽，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜，同時未被腐蝕的所述單晶硅片頂部形成單晶硅梁，剩余的所述單晶硅片形成單晶硅襯底；

6)去除所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層；

7)在所述單晶硅梁表面形成第三絕緣材料層以實現(xiàn)電絕緣；

8)刻蝕去除所述接觸孔中的第三絕緣材料層，在剩余的所述第三絕緣材料層、紅外吸收膜、支撐膜表面及接觸孔中形成熱電材料層，所述單晶硅梁和熱電材料層形成熱偶對。

如上所述，本發(fā)明的一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明創(chuàng)新性地通過在(111)硅片上實現(xiàn)的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來釋放熱堆的懸浮結(jié)構(gòu)(包括紅外吸收膜與熱偶對)，無需使用SOI硅片或電化學(xué)腐蝕自終止即可實現(xiàn)單硅片單面加工的制造工藝，解決了傳統(tǒng)的單晶硅紅外熱堆制造工藝需要使用SOI硅片或電化學(xué)腐蝕自終止的工藝難題，實現(xiàn)了單硅片單面加工的單晶硅紅外熱堆制造，具有尺寸小、靈敏度高、工藝簡單、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于紅外成像、非接觸測溫等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1a～圖1f為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的結(jié)構(gòu)半剖視流程圖。

圖2a～圖2h為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法的結(jié)構(gòu)半剖視流程圖。

圖3為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4為圖3沿虛線部分的剖視圖。

圖5為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的立體剖面圖。

圖6為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖7為圖6沿虛線部分的剖視圖。

圖8為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的立體剖面圖。

元件標(biāo)號說明

1 單晶硅片

2 隔離槽

3 第一絕緣材料層

4 紅外吸收膜

5 支撐膜

6 接觸孔

7 第二絕緣材料層

8 釋放槽

9 單晶硅梁

10 單晶硅襯底

11 第三絕緣材料層

12 熱電材料層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實施例一

如圖1a～圖1f所示，本實施例提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟：

首先執(zhí)行步驟1)，如圖1a所示，提供一單晶硅片1，刻蝕所述單晶硅片1一表面形成多個隔離槽2。

作為示例，所述單晶硅片1為N型或P型(111)單面(或雙面)的拋光硅片。本實施例采用P型單晶硅片1，厚度為450μm，軸偏切0±0.1°。

作為示例，采用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝在所述單晶硅片的正面刻蝕出隔離槽2。所述隔離槽2用于隔離后續(xù)制作形成的兩根相鄰的單晶硅梁9。所述隔離槽2的走向定義出單晶硅梁9的形狀，所述隔離槽2的寬度定義相鄰兩根單晶硅梁9、或者單晶硅梁9與釋放槽8間的距離，所述隔離槽2的深度定義單晶硅梁9的厚度，即所述隔離槽2與所述單晶硅梁9等高。

作為示例，所述隔離槽2的寬度范圍為0.5～5μm，所述隔離槽2的深度范圍為1～10μm。本實施例中，刻蝕出的所述隔離槽2的寬度和深度為2μm，隔離槽2之間的間距為3μm。

需要說明的是，附圖1a～圖1f是從結(jié)構(gòu)中心到邊緣的半剖視圖，并且附圖右側(cè)為結(jié)構(gòu)中心，左側(cè)為結(jié)構(gòu)左邊緣。

其次執(zhí)行步驟2)，如圖1b所示，在所述隔離槽2中填充第一絕緣材料層3。

作為示例，在所述隔離槽2中填充氧化硅作為第一絕緣材料層3，并采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述隔離槽以外區(qū)域單晶硅片1上方的氧化硅。

然后執(zhí)行步驟3)，如圖1c所示，在所述單晶硅片1表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，采用RIE刻蝕工藝刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度范圍為0.5～2μm。本實施例中，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度為1.2μm。

作為示例，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均為低應(yīng)力氮化硅薄膜。

作為示例，如圖3所示，所述紅外吸收膜4制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的中心位置，并且所述紅外吸收膜4形狀呈正六邊形(邊長為24μm)。所述支撐膜5制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的邊緣位置，用于連接單晶硅梁9和單晶硅襯底10。

接著執(zhí)行步驟4)，如圖1d所示，在所述單晶硅片1表面形成第二絕緣材料層7，刻蝕在所述單晶硅片1中形成釋放槽8。

如圖4所示，先在所述單晶硅片1表面進行熱氧化形成一層氧化硅作為第二絕緣材料層7。本實施例中，該氧化硅層為100nm。再利用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝刻蝕出釋放槽。優(yōu)選地，刻蝕出的釋放槽8，其中一個在紅外吸收膜4下方的單晶硅片1中，另一個在隔離槽2間的單晶硅片1中。

作為示例，所述釋放槽8的深度范圍為10～100μm。本實施例中，所述釋放槽8的深度為50μm。所述釋放槽8的深度定義了紅外吸收膜4與單晶硅梁9的懸浮高度。所述釋放槽8沿<110>晶向排布。

接著執(zhí)行步驟5)，如圖1e所示，通過所述釋放槽8，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜4，同時未被腐蝕的所述單晶硅片1頂部形成懸空的單晶硅梁9，剩余的所述單晶硅片1形成單晶硅襯底10。

作為示例，所述腐蝕液采用TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液，利用TMAH溶液中(111)硅片的橫向選擇性自停止腐蝕釋放低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4以及單晶硅梁9。本實施例中，利用溶度為25％的TMAH腐蝕溶液，在80℃溫度條件下腐蝕釋放應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4及單晶硅梁9，腐蝕時間2小時。

需要說明的是，所述單晶硅梁9是作為熱偶對中的其中一種熱偶材料，所述單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。如圖3所示，本實施例中，設(shè)置六根多晶硅梁9圍繞所述紅外吸收膜4，單晶硅梁9的寬度為3μm、厚度為2μm、長度為130μm。

本實施例利用(111)單晶硅的各向異性濕法腐蝕特性，通過紅外吸收膜以及單晶硅梁下方的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來釋放，從而實現(xiàn)懸浮效果。

接著執(zhí)行步驟6)，如圖1f所示，去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7。

作為示例，采用BOE溶液(49％HF溶液與40％NH₄F溶液按1:6體積比混合)腐蝕去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7，從而實現(xiàn)相鄰兩根單晶硅梁9間的熱隔離。

如附圖1f、圖3～圖5所示，本實施例還提供一種梁膜結(jié)構(gòu)，所述梁膜結(jié)構(gòu)由上述制作方法所制作形成，至少包括以下結(jié)構(gòu)：單晶硅襯底10、多根單晶硅梁9、紅外吸收膜4以及支撐膜5。所述多根單晶硅梁9懸空于所述單晶硅襯底10表面；所述紅外吸收膜4制作于所述多根單晶硅梁9表面一端；所述支撐膜5制作于所述多根單晶硅梁9另一端表面，并通過所述支撐膜5將所述多根單晶硅梁9連接至所述單晶硅襯底10。

作為示例，所述單晶硅襯底10為(111)單晶硅襯底；所述多根單晶硅梁9環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜4周圍。所述單晶硅梁9的根數(shù)根據(jù)具體設(shè)計來定。本實施例中，所述紅外吸收膜4呈六邊形，位于結(jié)構(gòu)中心位置，設(shè)置六根單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。所述支撐膜5制作在結(jié)構(gòu)的邊緣位置，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均采用低應(yīng)力氮化硅。

作為示例，所述紅外吸收膜4的厚度范圍為0.5～5μm；所述單晶硅梁9的厚度范圍為1～10μm；所述多根單晶硅梁9的懸空高度范圍為10～100μm。

實施例二

如圖2a～圖2h所示，本實施例提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟：

首先執(zhí)行步驟1)，如圖2a所示，提供一單晶硅片1，刻蝕所述單晶硅片1一表面形成多個隔離槽2。

作為示例，所述單晶硅片1為N型或P型(111)單面(或雙面)的拋光硅片。本實施例采用P型單晶硅片1，厚度為450μm，軸偏切0±0.1°。

作為示例，采用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝在所述單晶硅片的正面刻蝕出隔離槽2。所述隔離槽2用于隔離后續(xù)制作形成的兩根相鄰的單晶硅梁9。所述隔離槽2的走向定義出單晶硅梁9的形狀，所述隔離槽2的寬度定義相鄰兩根單晶硅梁9、或者單晶硅梁9與釋放槽8間的距離，所述隔離槽2的深度定義單晶硅梁9的厚度，即所述隔離槽與所述單晶硅梁等高。

作為示例，所述隔離槽2的寬度范圍為0.5～5μm，所述隔離槽2的深度范圍為1～10μm。本實施例中，刻蝕出的所述隔離槽2的寬度和深度為2μm，隔離槽2之間的間距為3μm。

需要說明的是，附圖2a～圖2h是從結(jié)構(gòu)中心到邊緣的半剖視圖，并且附圖右側(cè)為結(jié)構(gòu)中心，左側(cè)為結(jié)構(gòu)左邊緣。

其次執(zhí)行步驟2)，如圖2b所示，在所述隔離槽2中填充第一絕緣材料層3。

作為示例，在所述隔離槽2中填充氧化硅作為第一絕緣材料層3，并采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述隔離槽以外區(qū)域單晶硅片1上方的氧化硅。

然后執(zhí)行步驟3)，如圖2c所示，在所述單晶硅片1表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5，并在所述紅外吸收膜4和支撐膜5中形成接觸孔6。

作為示例，采用RIE刻蝕工藝刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度范圍為0.5～2μm。本實施例中，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度為1.2μm。

作為示例，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均為低應(yīng)力氮化硅薄膜。

所述紅外吸收膜4制作在熱堆的中心位置，并且所述紅外吸收膜4形狀呈正六邊形(邊長為24μm)。所述支撐膜5制作在熱堆的邊緣位置，用于連接熱偶對的一端與單晶硅襯底10。

在所述紅外吸收膜4和支撐膜5中形成的接觸孔6的形狀與尺寸不限，后續(xù)形成的熱電材料層12(如Al線)可以通過所述接觸孔6與單晶硅梁9接觸。

接著執(zhí)行步驟4)，如圖2d所示，在所述單晶硅片1表面形成第二絕緣材料層7，刻蝕在單晶硅片1中形成釋放槽8。

如圖4所示，先在所述單晶硅片1表面進行熱氧化形成一層氧化硅作為第二絕緣材料層7。本實施例中，該氧化硅層為100nm。再利用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝刻蝕出釋放槽。優(yōu)選地，刻蝕出的釋放槽8，其中一個在紅外吸收膜4下方的單晶硅片1中，另一個在隔離槽2間的單晶硅片1中。

作為示例，所述釋放槽8的深度范圍為10～100μm。本實施例中，所述釋放槽8的深度為50μm。所述釋放槽8的深度定義了紅外吸收膜4與單晶硅梁9的懸浮高度。所述釋放槽8沿<110>晶向排布。

接著執(zhí)行步驟5)，如圖2e所示，通過所述釋放槽8，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜4，同時未被腐蝕的所述單晶硅片1頂部形成單晶硅梁9，剩余的所述單晶硅片1形成單晶硅襯底10。

作為示例，所述腐蝕液采用TMAH(四甲基氫氧化銨)或KOH溶液。本實施例中，利用TMAH溶液中(111)硅片的橫向選擇性自停止腐蝕釋放低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4以及單晶硅梁9。本實施例中，利用溶度為25％的TMAH腐蝕溶液，在80℃溫度條件下腐蝕釋放應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4及單晶硅梁9，腐蝕時間2小時。

需要說明的是，所述單晶硅梁9是作為熱偶對中的其中一種熱偶材料，所述單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。如圖6所示，本實施例中，設(shè)置六根多晶硅梁9圍繞所述紅外吸收膜4，單晶硅梁9的寬度為3μm、厚度為2μm、長度為130μm。

利用(111)單晶硅的各向異性濕法腐蝕特性，通過紅外吸收膜以及單晶硅梁下方的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來釋放，從而實現(xiàn)懸浮效果，避免了傳統(tǒng)制作單晶硅熱堆所采用的SOI硅片或者電化學(xué)腐蝕自終止工藝所帶來的種種問題。

接著執(zhí)行步驟6)，如圖2f所示，去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7。

作為示例，采用BOE溶液(49％HF溶液與40％NH₄F溶液按1:6體積比混合)腐蝕去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7，從而實現(xiàn)相鄰兩根單晶硅梁9間的熱隔離。

再執(zhí)行步驟7)，如圖2g所示，在所述單晶硅梁9表面形成第三絕緣材料層11以實現(xiàn)電絕緣。

作為示例，通過熱氧化工藝，在所述單晶硅梁9表面形成一層薄氧化硅(100nm)作為第三絕緣材料層11以實現(xiàn)電絕緣。

最后執(zhí)行步驟8)，如圖2h所示，刻蝕去除所述接觸孔中的第三絕緣材料層11，在剩余的所述第三絕緣材料層11、紅外吸收膜4、支撐膜5表面及接觸孔6中形成熱電材料層12，所述單晶硅梁9和熱電材料層12形成熱偶對。

作為示例，利用RIE刻蝕工藝刻蝕去除所述接觸孔6中的第三絕緣材料層11。

形成的所述熱偶對，其一端與紅外吸收膜4相連，另一端與所述支撐膜5相連，并通過所述支撐膜5連接至單晶硅襯底10。

作為示例，所述熱電材料層12為包括但不限于Al、Au或者多晶硅等材料。本實施例中，所述熱電材料層12為Al線，用作熱偶材料及引線。

如附圖2h、圖6～圖8所示，本實施例還提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)，所述單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)由上述制作方法所制作形成，至少包括以下結(jié)構(gòu)：實施例一中提供的梁膜結(jié)構(gòu)、接觸孔6、第三絕緣材料層11以及熱電材料層12。

其中，所述梁膜結(jié)構(gòu)包括單晶硅襯底10、多根單晶硅梁9、紅外吸收膜4以及支撐膜5；所述多根單晶硅梁9懸空于所述單晶硅襯底10表面；所述紅外吸收膜4制作于所述多根單晶硅梁9表面一端；所述支撐膜5制作于所述多根單晶硅梁9另一端表面，并通過所述支撐膜5將所述多根單晶硅梁9連接至所述單晶硅襯底10。

所述接觸孔6制作于所述紅外吸收膜4和支撐膜5中；第三絕緣材料層11形成于所述單晶硅梁9表面以實現(xiàn)電絕緣；所述熱電材料層12形成于所述第三絕緣材料11層表面，并且所述熱電材料層12通過所述接觸孔6與所述單晶硅梁9兩端接觸；所述單晶硅梁9和熱電材料層12形成熱偶對。

作為示例，所述單晶硅襯底10為(111)單晶硅襯底；所述多根單晶硅梁9環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜4周圍。所述單晶硅梁9的根數(shù)根據(jù)熱堆結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計來定。本實施例中，如圖6所示，所述紅外吸收膜4呈六邊形，位于熱堆的中心位置，設(shè)置六根單晶硅梁9(作為其中一種熱偶材料)沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。所述支撐膜5制作在熱堆的邊緣位置，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均采用低應(yīng)力氮化硅。

作為示例，所述紅外吸收膜4的厚度范圍為0.5～2μm；所述單晶硅梁9的厚度范圍為1～10μm；所述多根單晶硅梁9的懸空高度范圍為10～100μm。

作為示例，所述第三絕緣材料層11為氧化硅，所述熱電材料層12包括但不限于Al、Au或者多晶硅等材料。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。