專利名稱：集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)及其制作方法，更確切
地說本發(fā)明涉及一種基于MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)傳感器和CMOS信號(hào)處理電路的微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)及其制作方法，屬于紅外探測器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著紅外探測技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的地位日益提高，非致冷紅外傳感器發(fā)展迅速。熱電堆紅外探測器是最早發(fā)展的一種熱紅外探測器，其工作原理是Seebeck效應(yīng)[T. H. Geballe and G. W. Hull, "Seebeck Effect inSilicon, ，， 紐，vol. 98, No. 4， pp. 940-947， May 1955.]。 i亥效
應(yīng)指出兩種不同材料組成的熱偶，如果閉合回路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在溫度差，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢。早期的熱電堆紅外探測器是利用真空鍍膜的方法，將熱電偶材料沉積到塑料或氧化鋁襯底上獲得的，器件尺寸較大，也不易批量生產(chǎn)。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS技術(shù)的發(fā)展，1982年美國密歇根大學(xué)的K.D. Wise等[G. R. Lahiji and K. D. Wise, "A Batch-Fabricated SiliconThermopile Infrared Detector," Z5S 7y朋51. ^57ectn9/ "eK/ces, vol.ED-29， no. 1， pp. 14-23， January 1982.]率先采用微機(jī)械手段制作了兩種封閉膜結(jié)構(gòu)的硅基熱電堆紅外探測器，熱偶材料分別為Bi-Sb與Si-Au。按照構(gòu)成熱偶的材料分類，主要包括金屬熱偶，硅-金屬熱偶，以及硅-硅熱偶[l.M.C. Foote， E. W. Jones and T. Caillat， "Uncooled Thermopile InfraredDetector Linear Arrays with Detectivity Greater than 109 cmHz1/2/W，，，7i5M rra/zs. j57ectro/ "ei^z'ces, vol. 45， no. 9， pp. 1896-1902， September1998. ][2. W. G. Baer， K. Najaf i ， K. D. Wise and R. S, Toth， "A 32-el匿ntmicromachined thermal imager with on—chip multiplexing, ，， Se/ s.A'vol. 48， issue 1, pp. 47-54， May 1995. ] [3. R.Lenggenhager， H. BaltesandT. Elbel， "Thermoelectric infrared sensorsin CMOS technology, ,， 6"面.爿"朋tor".'尸Afs. vol. 37-38， pp. 216-220，June-August 1998. ] [4. T. Akin， Z. Olgun， 0. Akar， H. Kulah， "Anintegrated thermopile structure with high responsivity using anystandard CMOS process, ，， 5b/ s. Jcti/stors A.，vol. 66， issue 1-3,pp. 218-224， April 1998.]。這些研究不僅拓寬了構(gòu)成熱偶的材料，還探索了不同的結(jié)構(gòu)釋放工藝。例如增加了氧化硅-氮化硅復(fù)合介質(zhì)膜，使用了TMAH等濕法腐蝕液，嘗試了從硅片正面釋放結(jié)構(gòu)等工藝方法。
由于MEMS和CMOS工藝的相似性，如何將熱電堆傳感器和信號(hào)讀出電路實(shí)現(xiàn)單片集成是研究者們關(guān)注的另一方向。隨著IC工藝的不斷發(fā)展，工藝水平持續(xù)提高，特征尺寸不斷下降，給熱電堆集成紅外探測器的制作提供了一種低成本和高可靠性的方法，同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)IC工藝制作的探測器比較容易與讀出電路集成，制作在同一塊芯片當(dāng)中，提高探測器輸出信號(hào)的質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)傳感系統(tǒng)的微型化。1986年K. D. Wise等[I. H. Choi and K. D, Wise, "ASilicon-Thermopile-Based Infrared Sensing Array for Use in AutomatedManufacturing," /￡五￡ Tra肌五/e"raw Z)ev/ces, vol. ED-33, no. 1, pp. 72-79,January 1998.]制作的探測器已經(jīng)集成了簡單的MUX電路。進(jìn)而，1999年他們在單個(gè)傳感單元的基礎(chǔ)上制作了 32x32像素的熱電堆傳感器陣列[A. D.Oliver, K. D. Wise, "A 1024-element bulk-micromachined thermopile infraredimaging array," 爿cfwatora丄P/z,, vol, 73, issue 3， pp. 222-231， March
1999.]。他們所用的熱偶材料是n-PoIySi/p-PolySi，采用正面和背面腐蝕相結(jié)合的方法來釋放絕熱結(jié)構(gòu)。2001年，ETH的A. Schaufelbuhl等[A.Schaufelbuhl, N. Schneeberger, U. Munch, "Uncooled low-lost thermal imagerbased on micromachined CMOS integrated sensor array," M五MS， vol. 10,
issue 4, pp. 503-510, December 2001.]報(bào)道了一種10x10像素的熱電堆紅外傳感陣列，這種制作方法完全與商業(yè)上用的CMOS工藝兼容，利用EM公司提供的lpm CMOS工藝。此外1995年，M. Mtiller等[M. Miiller, W. Budde, R.Gottfried-Gottfried, "A Thermoelectric Infrared Radiation Sensor withMonolithically Integrated Amplifier Stage and Temperature Sensor," T7ze S
/兀Stockholm, Sweden, June 25-29, 1995, vol. 2, pp. 640-643]在SOI基體上制作了包括熱電堆，模擬放大器和溫度傳感器的集成紅外探測器。
在整個(gè)單片集成紅外傳感系統(tǒng)中，信號(hào)讀出電路是一個(gè)很重要的方面，對(duì)最終的系統(tǒng)性能有很重要的影響。在相關(guān)的集成紅外傳感器的文章中，在電路方面的設(shè)計(jì)還比較少，比較成功的是同樣來自ETH的研究報(bào)告[C.Menolfi and Q. Huang, "A low-noise CMOS instrumentation amplifier forthermoelectric infrared detectors," ZEEE J! 5b/zW-5!fafe Cz>cw//5， vol. SC-32, no.7，pp. 968-976, July 1997.]，利用斬波技術(shù)對(duì)紅外傳感器產(chǎn)生的低頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。
通常對(duì)傳感器專用放大器的要求是在傳感器輸出信號(hào)帶寬內(nèi)要有較高的增益，低的等效輸入噪聲，并且對(duì)直流失調(diào)電壓要有很強(qiáng)的抑制作用?，F(xiàn)階段用于減少1/f噪聲和失調(diào)電壓的技術(shù)主要有[姚鐳，單片集成MEMS紅外傳感器中的低噪聲CMOS接口電路研究，中國科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文，2007.5]:自調(diào)零技術(shù)(Auto Zero)與斬波技術(shù)(Chopper Stabilized)]。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)及其制作方法。所述的紅外探測系統(tǒng)可以分成熱電堆紅外探測器和信號(hào)處理電路兩大部分。圖l是系統(tǒng)框圖，圖2是系統(tǒng)剖面圖。其中，圖2中的信號(hào)處理電路6包括圖1中的前置放大器2，帶通濾波器3，主放大器4和斬波器5，熱電堆探測器7則是圖1中的傳感器1。本發(fā)明所提出的系統(tǒng)充分考慮并實(shí)現(xiàn)了傳感器和電路的工藝兼容性，從材料選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝次序等方面作了改善。
本發(fā)明旨在改進(jìn)MEMS熱電堆傳感器和CMOS信號(hào)處理電路的兼容性，因此提出了一種采用通過正面開口干法刻蝕工藝釋放的熱電堆紅外探測器以克服濕法腐蝕對(duì)CMOS電路的影響，圖3為熱電堆紅外探測器俯視圖。該結(jié)構(gòu)最明顯的特性是利用干法刻蝕從正面腐蝕單晶硅襯底，從而形成懸浮膜結(jié)構(gòu)的紅外吸收層。千法刻蝕具有極好的選擇性，可以選擇某些只腐蝕硅，而
對(duì)鋁等材料腐蝕速率極小的氣體(如XeF2 )作為工作氣體。這樣就可以采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中最常用的材料來構(gòu)成熱電偶(如Al/Poly Si， Al/ Si， n-PolySi/p-PolySi， Au/Si等)，從而大大提高了兼容性。整個(gè)熱電堆紅外探測器包括基體硅13，框架9，熱電偶12，支撐臂11，紅外吸收層8，腐蝕開口 10等六部分。其中，基體和懸浮于框架中間的紅外吸收層分別構(gòu)成熱電堆的冷結(jié)區(qū)和熱結(jié)區(qū)，支撐臂起到連接框架和紅外吸收區(qū)以及承載熱電堆的目的。支撐臂和紅外吸收層是由在單晶硅上淀積的氧化硅和氮化硅復(fù)合膜構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)的具體特征是制作了中間懸浮的紅外吸收層，并設(shè)計(jì)了用于干法刻蝕基體的腐蝕開口。由于干法刻蝕的各向同性，腐蝕開口的形狀可以多種多樣，不同于濕法腐蝕開口必須嚴(yán)格沿著特定晶向排布，從而大大增加了設(shè)計(jì)的靈活性。
信號(hào)處理電路是系統(tǒng)的另一主要組成部分。 一般的熱電堆紅外探測器輸出信號(hào)特性如下幅度小(幾到幾十pV)，頻率低(幾Hz)，背景噪聲強(qiáng)(主要為1/f噪聲)，電阻約為幾十到幾百kQ。參考分立傳感器處理電路的性能指標(biāo)，并結(jié)合熱電堆的輸出信號(hào)特性，本發(fā)明采用斬波技術(shù)削弱低頻噪聲對(duì)信號(hào)的影響。電路主要包括四部分前置放大器，帶通濾波器，主放大器和斬波器。其中，斬波器包括振蕩器和調(diào)制解調(diào)電路，振蕩器為調(diào)制解調(diào)電路
提供雙相時(shí)鐘信號(hào)。斬波技術(shù)降低1/f噪聲的原理是首先調(diào)制器將原始輸
入信號(hào)調(diào)制到高頻，然后進(jìn)入放大器進(jìn)行放大，這時(shí)信號(hào)中就1/f噪聲和電路失調(diào)電壓，但均處于低頻。解調(diào)時(shí)，高頻的有用信號(hào)被還原到低頻，而低頻的1/f噪聲和電路失調(diào)電壓被調(diào)制到高頻，最后通過一個(gè)低通濾波器就可以得到?jīng)]有1/f噪聲和失調(diào)電壓影響的放大信號(hào)，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的放大。振蕩器的具體實(shí)現(xiàn)方式可以多種多樣，但都包括選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)。調(diào)制解
調(diào)電路可以使用MOS開關(guān)電路構(gòu)成。
前置放大器和主放大器分開設(shè)計(jì)主要是為了便于調(diào)節(jié)電路增益和信號(hào)帶寬兩個(gè)參數(shù)。前置放大器的作用是對(duì)微弱的紅外探測器的信號(hào)進(jìn)行初步放大，方便后續(xù)的濾波處理，放大倍數(shù)如果太大會(huì)在濾波處理之前引入很大的噪聲。
具體性能指標(biāo)包括放大倍數(shù)(10-30)，高輸入阻抗(幾百M(fèi)Q)，高CMRR
7(^80dB);低輸入噪聲電壓(<10nV//Hz)。主放大器的作用是將整個(gè)電路的增益調(diào)整到一個(gè)合適的范圍，其放大倍數(shù)應(yīng)在100以上，同時(shí)要滿足低輸入噪聲(<10nV/VHz)和高共模抑制比CMRR( (280dB)的要求。帶通濾波器的中心頻率應(yīng)和振蕩器的信號(hào)頻率保持固定關(guān)系，最簡單的情況是兩者一致。整個(gè)電路的總體增益大約為60-80dB，熱電堆紅外探測器的輸出信號(hào)被放大到幾十mV量級(jí)。
綜上所述，本發(fā)明提供的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，包括熱電堆探測器和信號(hào)處理電路兩大部分，其中信號(hào)處理電路包括前置放大器，帶通濾波器，主放大器和振蕩器四部分；其特征在于實(shí)現(xiàn)了熱電堆探測器和信號(hào)處理電路的單片集成設(shè)計(jì)，制作和測試。
所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)中的熱電堆探測器結(jié)構(gòu)，包括(硅)基體，框架，熱電偶，支撐臂，紅外吸收層，腐蝕開口等六部分;其特征在于中間懸浮的紅外吸收層可以帶有不同形狀的腐蝕開口，干法刻蝕工作氣體通過腐蝕開口進(jìn)入襯底腐蝕硅釋放結(jié)構(gòu)；所述的腐蝕開口是為干法刻蝕工作氣體進(jìn)入襯底進(jìn)行反應(yīng)提供通道，可以設(shè)計(jì)成方形，圓形，扇形等多種形狀，不必考慮特定的晶向。
所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)中的熱電堆探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于熱電偶對(duì)的幾何構(gòu)型可以平行于框架各邊，可以沿框架的對(duì)角線方向，可以沿框架的徑向等多種方案。
所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)中的信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)，其特征在于使用斬波技術(shù)削弱低頻噪聲對(duì)信號(hào)的影響。
本發(fā)明所提出的系統(tǒng)在制作方法上采用標(biāo)準(zhǔn)N阱CMOS工藝，熱電堆傳感器和信號(hào)處理電路同時(shí)制作，主要工藝步驟包括
(1) 選擇P+硅片作為襯底，初始氧化P-外延層。
(2) 在P-外延層上光刻N(yùn)阱，離子注入磷，阱區(qū)推進(jìn)。
(3) 生長熱氧化硅，LPCVD沉積氮化硅。
(4) 光刻CMOS電路有源區(qū)，刻蝕氮化硅和氧化硅。
(5) 刻蝕硅片，生長場氧化層。
(6) 刻蝕去除CMOS電路區(qū)域的氮化硅和氧化硅。
8(7) 有源區(qū)生長柵氧化層。
(8) 沉積多晶硅，光刻，分別形成CMOS電路的柵極和熱電堆的多晶硅條。
(9) PMOS區(qū)離子注入硼，形成源極和漏極，其它區(qū)域使用光刻膠保護(hù)。
(10) NMOS區(qū)離子注入磷，形成源極和漏極，其它區(qū)域使用光刻膠保護(hù)。
(11) 淀積低溫氧化層，拋光，光刻引線孔。
(12) 淀積金屬，光刻，腐蝕，形成CMOS電路的連線和熱電堆的金屬條。
(13) 光刻熱電堆腐蝕開口。
(14) 干法刻蝕襯底，釋放熱電堆。
由此可見，本發(fā)明所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)的制作方法，其特征在于使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝同時(shí)制作熱電堆探測器和信號(hào)處理電路，實(shí)現(xiàn)了 MEMS傳感器和CMOS電路從材料選擇，版圖設(shè)計(jì)，工藝流程等方面的兼容。
(1) 其特征在于可以使用N阱，由P阱或雙阱CMOS工藝替代；也即使用這三種中的任一種；
(2) 其特征在于所述的氧化硅和氮化硅可以作為熱電堆的紅外吸收層；
(3) 其特征在于所述的多晶硅作為熱電堆的一種材料和CMOS電路的柵極可以同時(shí)制作完成；
(4) 其特征在于所述的引線孔可以同時(shí)作為熱電堆紅外探測器的引線孔和CMOS電路的通孔；
(5) 其特征在于所述的金屬可以同時(shí)作為熱電堆的組成材料和CM0S電路的連線。


圖l是本發(fā)明所提供的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明所提供的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)剖面圖。圖3是本發(fā)明所提供的系統(tǒng)中的熱電堆探測器俯視圖。圖4是本發(fā)明所提供的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)工藝流程。圖4-l:硅片準(zhǔn)備，初始氧化；圖4-2:形成N阱；
圖4-3:熱氧化，LPCVD沉積氮化硅；圖4-4:光刻有源區(qū)；
圖4-5:生長場氧化層；
圖4-6:形成CMOS有源區(qū)；
圖4-7:生長柵氧化層；
圖4-8:光刻?hào)艠O和多晶硅條；
圖4-9: PMOS源極漏極離子注入硼；
圖4-10: NMOS源極漏極離子注入磷；
圖4-ll:光刻引線孔；
圖4-12:光刻金屬連線；
圖4-13:光刻熱電堆腐蝕開口；
圖4-14:干法刻蝕釋放熱電堆。
圖5:實(shí)施例2中的熱電堆探測器的俯視圖。
圖中各數(shù)字代表的含義為
l.傳感器，2.前置放大器，3.帶通濾波器，4.主放大器，5.斬波器，6.信號(hào) 處理電路，7.熱電堆探測器，8.紅外吸收層，9.框架，IO.腐蝕開口， 11.支撐 臂，12.熱電偶對(duì)，13.(硅)基體，14.P-外延層，15.氧化硅，16.N阱，17.氮 化硅，18.場氧化層，19.柵氧化層，20.多晶硅，21.光刻膠，22.硼，23.PMOS 源極漏極，24.磷，25.NMOS源極漏極，26.低溫氧化硅，27.引線孔，28.鋁， 29.腐蝕開口， 30.腔體
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合本發(fā)明所提供的工藝流程，來具體闡明該探測器的具體結(jié)構(gòu)。 實(shí)施例1
主要工藝步驟包括
(1) 選擇(100)晶向的P+硅片(圖中未畫出)作為襯底，電阻率10Q 'cm， 初始氧化P-外延層14生長氧化硅6000A 。
(2) 在P-外延層上光刻N(yùn)阱16，離子注入磷，劑量2E12cm'2，能量60keV， 阱區(qū)推進(jìn)，結(jié)深6.0pm左右。
(3) 生長熱氧化硅5000A， LPCVD沉積厚度為2000A的氮化硅17。(4) 光刻CMOS電路有源區(qū)，刻蝕氮化硅和氧化硅。
(5) 刻蝕硅片，生長大約8000A的場氧化層18。
(6) 刻蝕去除CMOS電路區(qū)域的氮化硅和氧化硅。
(7) 有源區(qū)生長厚約1500A的柵氧化層19。
(8) LPCVD沉積2.0pm厚的多晶硅20，離子注入硼，劑量5E15cm—2，能量 80keV，光刻，分別形成CMOS電路的柵極和熱電堆的多晶硅條。
(9) PMOS區(qū)離子注入硼22，劑量8E15cm'2，能量60keV，形成源極和漏極 23，其它區(qū)域使用光刻膠21保護(hù)。
(10) NMOS區(qū)離子注入磷24，劑量6E15cm—2，能量80keV，形成源極和漏極 25，其它區(qū)域使用光刻膠21保護(hù)。
(11) 淀積8000A的低溫氧化層，拋光，光刻引線孔27。
(12) 淀積2.0nm的鋁28，光刻，腐蝕，形成CMOS電路的連線和熱電堆的金 屬條。
(13) 光刻熱電堆腐蝕開口29。
(14) XeF2刻蝕襯底，形成腔體30，釋放熱電堆。 以上各步對(duì)應(yīng)于圖4-1至圖4-14所示。
其具體實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同，主要區(qū)別在于將實(shí)施例1中的熱電 堆幾何構(gòu)型修改為圖5中的結(jié)構(gòu)。熱電偶對(duì)的幾何形狀不是圖3所示的徑向 而是平行于框架的各邊；腐蝕開口設(shè)計(jì)成方形而不是圖3所示的圓形，均不 必考慮特殊的晶向。
實(shí)施例3
其具體實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同，主要區(qū)別在于將實(shí)施例1中的N阱 CMOS工藝修改為P阱或雙阱CMOS工藝。以P阱CMOS工藝為例，改動(dòng) 的工藝步驟如下(a)將實(shí)施例1中步驟(1)中的P+硅片改為N+硅片作為 襯底。(b)將實(shí)施例1中步驟(2)修改為"在N-外延層上光刻P阱，離子注 入硼，劑量為5E12cm-2，能量為60keV，阱區(qū)推進(jìn)，結(jié)深6.0pm左右"。(c) 將實(shí)施例1中步驟(8)中的"離子注入硼，劑量為5E15cm—2，能量為80keV"修改為"離子注入磷，劑量為5E15cm—2，能量為60keV"。 (d)將實(shí)施例1中 步驟(9)中的"PMOS區(qū)離子注入硼22，劑量為8E15cm-2，能量為6QkeV" 修改為"NMOS區(qū)離子注入磷，劑量為6E15cm'2，能量為80keV"。 (e)將實(shí) 施例l中步驟(10)中的"NMOS區(qū)離子注入磷24，劑量為6E15cm氣能量 為80keV"修改為"PMOS區(qū)離子注入硼，劑量為8E15cm-2，能量為60keV"。 其它步驟不變。
權(quán)利要求
1、一種集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于所述的微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，包括熱電堆探測器和信號(hào)處理電路兩部分，實(shí)現(xiàn)了該兩部分的集成；其中信號(hào)處理電路是依次由前置放大器、帶通濾波器、主放大器以及斬波器構(gòu)成；熱電堆探測器是由基本、框架、熱電偶對(duì)、支撐臂、紅外吸收層以及腐蝕開口六部分構(gòu)成的；基體和懸浮于框架中間的紅外吸收層分別構(gòu)成熱電堆探測器的冷結(jié)區(qū)和熱結(jié)區(qū)；支撐臂連接框架和紅外吸收區(qū)；中間懸浮的紅外吸收層帶有不同形狀的腐蝕開口。
2、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于所 述的腐蝕開口為干法刻蝕時(shí)工作氣體進(jìn)入襯底進(jìn)行反應(yīng)提供通道，該腐蝕開 口設(shè)計(jì)成方形、圓形或扇形，且不必考慮特定的晶向。
3、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于所 述的熱電偶對(duì)的幾何構(gòu)型為平行于框架各邊、沿框架的對(duì)角線方向或沿框架 的徑向。
4、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于支 撐臂和紅外吸收層是由在單晶硅基體上沉積的氧化硅和氮化硅復(fù)合膜構(gòu)成 的。
5、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于所 述的斬波器包括振蕩器和調(diào)制解調(diào)電路，以削弱低頻噪聲對(duì)信號(hào)的影響；振 蕩器為調(diào)制解調(diào)電路提供雙相時(shí)鐘信號(hào)。
6、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于前 置放大器放大倍數(shù)為10 30;主放大器的倍數(shù)大于100，兩個(gè)放大器同時(shí)具 有〈10nVNHZ的低輸入噪聲和》80dB的高共模抑制比。
7、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于帶 通濾波器的中心頻率與振蕩器的信號(hào)頻率一致。
8、 按權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)，其特征在于信 號(hào)處理電路的增益為60 80dB，熱電堆紅外探測器的輸出信號(hào)被放大到幾十 mV量級(jí)。
9、 制作如權(quán)利要求1所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)的方法，其特征在于采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，熱電堆紅外探測器和信號(hào)處理電路通知制作，工藝步驟包括(1) 選擇(100)晶向的P+硅片作為襯底，電阻率10Q ，cm，初始氧化 P-外延層上生長氧化硅6000A;(2) 在P-外延層上光刻N(yùn)阱，離子注入磷，劑量為2E12cm—2，能量60keV， 阱區(qū)推進(jìn)，結(jié)深為6.0pm;(3) 生長熱氧化硅5000A， LPCVD沉積厚度為2000A的氮化硅；(4) 光刻CMOS電路有源區(qū)，刻蝕氮化硅和氧化硅；(5) 刻蝕硅片，生長8000A的場氧化層；(6) 刻蝕去除CMOS電路區(qū)域的氮化硅和氧化硅；(7) 有源區(qū)生長厚為1500A的柵氧化層；(8) LPCVD沉積2.0pm厚的多晶硅，離子注入硼，劑量5E15cm—2，能量 80keV，光刻，分別形成CMOS電路的柵極和熱電堆的多晶硅條；(9) PMOS區(qū)離子注入硼，劑量為8E15cm'2，能量60keV，形成源極和漏極，其它區(qū)域使用光刻膠保護(hù)；(10) NMOS區(qū)離子注入磷24，劑量為6E15cm氣能量80keV，形成源極和漏極，其它區(qū)域使用光刻膠保護(hù)；(11) 淀積8000A的低溫氧化層，拋光，光刻引線孔；(12) 淀積2.0pm的鋁，光亥U，腐蝕，形成CMOS電路的連線和熱電堆的 金屬條；(13) 光刻熱電堆腐蝕開口；(14) XeF2刻蝕襯底，形成腔體，釋放熱電堆。
10、 按權(quán)利要求9所述的集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)的制作方法，其特征在于(a) N阱為P阱或雙阱CMOS工藝替代；(b) 步驟(8)中的多晶硅和CMOS電路的柵極同時(shí)制作；(c) 步驟(11)中的引線孔同時(shí)作為熱電堆紅外探測器的引線孔和CMOS 電路的通孔；(d) 步驟(12)中的金屬同時(shí)作為熱電堆探測器的組成材料和CMOS電路 的連線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成微機(jī)械熱電堆紅外探測系統(tǒng)及制作方法，所述的系統(tǒng)包括熱電堆探測器和信號(hào)處理電路兩大部分。其中信號(hào)處理電路包括前置放大器，帶通濾波器，主放大器和振蕩器四部分。特征在于實(shí)現(xiàn)了熱電堆探測器和信號(hào)處理電路的單片集成設(shè)計(jì)和制作。使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝同時(shí)制作熱電堆探測器和信號(hào)處理電路，實(shí)現(xiàn)了MEMS傳感器和CMOS電路的兼容。系統(tǒng)中的熱電堆探測器結(jié)構(gòu)，包括(硅)基體，框架，熱電偶，支撐臂，紅外吸收層，腐蝕開口等六部分；中間懸浮的紅外吸收層可以帶有不同形狀的腐蝕開口，干法刻蝕工作氣體通過腐蝕開口進(jìn)入襯底腐蝕硅釋放結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中的信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)使用了斬波技術(shù)削弱低頻噪聲對(duì)信號(hào)的影響。
文檔編號(hào)G01J5/14GK101476941SQ20081020215
公開日2009年7月8日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者劉米豐, 徐德輝, 楊恒昭, 斌 熊, 王躍林 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所