一種mems熱電堆結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多個(gè)熱電偶串聯(lián)成的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底；第一導(dǎo)熱層；第二導(dǎo)熱層；由第一熱偶材料形成的第一熱偶層，部分置于所述第二導(dǎo)熱層中，另一部分懸空于述襯底上；形成于第一熱偶層上的熱偶垂直部，其包括由第一熱偶材料形成的第一垂直部和由第二熱偶材料形成的位于所述第一導(dǎo)熱層中的第二垂直部；由第二熱偶材料形成的第二熱偶層，形成于熱偶垂直部上連接第一垂直部和第二垂直部；吸熱層，置于第一垂直部上的第二熱偶層的上方。第二熱偶層與第一垂直部相連處形成熱電偶的熱端，第二垂直部與第一熱偶層相連處形成熱電偶的冷端。本發(fā)明可提高熱電堆探測(cè)器的溫度分辨率和穩(wěn)定性。
【專利說明】一種MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶是一種廣泛應(yīng)用的溫度傳感器，也被用來(lái)將熱勢(shì)差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)差。它的工作原理是基于Thomas Seebeck于1821年發(fā)現(xiàn)的熱電效應(yīng)或者Seebeck效應(yīng):兩種不同金屬材料A和B構(gòu)成的回路中，如果兩種金屬的結(jié)點(diǎn)處溫度Tl和T2不同，該回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)。
[0003]由Seebeck效應(yīng)產(chǎn)生的電壓可表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)串聯(lián)的熱電偶，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底； 第一導(dǎo)熱層，置于所述半導(dǎo)體襯底上； 第二導(dǎo)熱層，置于所述第一導(dǎo)熱層上； 由第一熱偶材料形成的第一熱偶層，部分置于所述第二導(dǎo)熱層中，另一部分懸空于所述襯底上； 熱偶垂直部，形成于所述第一熱偶層上，其包括由所述第一熱偶材料形成的第一垂直部和由第二熱偶材料形成的位于所述第一導(dǎo)熱層中的第二垂直部； 由所述第二熱偶材料形成的第二熱偶層，形成于所述熱偶垂直部上，連接所述第一垂直部和第二垂直部； 吸熱層，置于位于所述第一垂直部上的第二熱偶層的上方； 其中所述第二熱偶層與所述第一垂直部相連處形成所述熱電偶的熱端，所述第二垂直部與所述第一熱偶層相連處形成所述熱電偶的冷端。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述吸熱層包覆于絕緣保護(hù)層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱層和第二導(dǎo)熱層為相同或不同種類的介質(zhì)薄膜導(dǎo)熱材料；所述介質(zhì)薄膜導(dǎo)熱材料為SiO2薄膜、BN薄膜、AlN薄膜或無(wú)摻雜的單晶硅薄膜；所述第一熱偶層和第二熱偶層為硅薄膜或金屬薄膜；所述吸熱層為氮化硅薄膜或Ti/TiN薄膜或Ta/TaN薄膜。
4.一種MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，所述MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)包括多個(gè)串聯(lián)的熱電偶，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟: 在半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)熱層； 在所述第一導(dǎo)熱層上沉積第一熱偶材料并圖形化，以形成第一熱偶層；在所述第一熱偶層上形成第二導(dǎo)熱層以及熱偶垂直部，所述熱偶垂直部包括所述第一熱偶材料形成的第一垂直部和第二熱偶材料形成的第二垂直部；在所述熱偶垂直部上形成連接所述第一垂直部和第二垂直部的第二熱偶層，其中所述第二熱偶層與所述第一垂直部相連處為所述熱電偶的熱端，所述第二垂直部與所述第一熱偶層相連處為熱電偶的冷端；在所述熱端上形成吸熱層； 進(jìn)行釋放工藝，去除所述第一垂直部周圍的所述第二導(dǎo)熱層及其下方的所述第一導(dǎo)熱曾，形成所述MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述熱偶垂直部通過兩次單大馬士革工藝形成，在所述第一熱偶層上形成第二導(dǎo)熱層以及熱偶垂直部的步驟包括: 在所述第一熱偶層上沉積所述第二導(dǎo)熱層； 通過光刻刻蝕工藝在所述第二導(dǎo)熱層中刻蝕出底部延伸至所述第一熱偶層的第一熱偶通孔； 在所述第一熱偶通孔中填充所述第一熱偶材料并平坦化，使得所述第一熱偶材料的上表面與所述第二導(dǎo)熱層的上表面平齊； 通過光刻刻蝕工藝在所述第二導(dǎo)熱層中刻蝕出底部延伸至所述第一熱偶層的第二熱偶通孔； 在所述第二熱偶通孔中填充所述第二熱偶材料并平坦化，使所述第二熱偶材料的上表面與所述第二導(dǎo)熱層的上表面平齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述第二熱偶層通過單大馬士革工藝形成，其包括: 沉積第三導(dǎo)熱材料層； 通過光刻刻蝕工藝在所述第三導(dǎo)熱材料層中刻蝕出第二熱偶層圖形，所述第二熱偶圖形底部與所述第一垂直部和第二垂直部接觸； 在所述第二熱偶層圖形中填充所述第二熱偶材料并平坦化，以形成第二熱偶層且所述第二熱偶層的上表面與所述第三導(dǎo)熱層的上表面平齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，在所述熱端上形成吸熱層的步驟包括: 在所述第三導(dǎo)熱層及第二熱偶層上沉積第一絕緣保護(hù)層； 在所述第一絕緣保護(hù)層上形成所述吸熱層并圖形化，使得所述吸熱層位于所述熱端上方； 在所述吸熱層上沉積第二絕緣保護(hù)層；以及 形成貫穿所述第一絕緣層和第二絕緣層的釋放窗口，其中所述吸熱層包覆于所述第一絕緣層和第二絕緣層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述釋放工藝為通過所述釋放窗口進(jìn)行濕法工藝，以去除所述熱端下方的所述第二導(dǎo)熱層和第一導(dǎo)熱層，使所述第一垂直部及其下方的第一熱偶層懸空于所述半導(dǎo)體襯底上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS熱電堆結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱層和第二導(dǎo)熱層為相同或不同種類的介質(zhì)薄膜導(dǎo)熱材料；所述介質(zhì)薄膜導(dǎo)熱材料為Si02薄膜、BN薄膜、AlN薄膜或無(wú)摻雜的單晶硅薄膜；所述第一熱偶層和第二熱偶層為硅薄膜或金屬薄膜；所述吸熱層為氮化硅薄膜或Ti/TiN薄膜或Ta/TaN薄膜。
【文檔編號(hào)】H01L35/34GK103715348SQ201310753760
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】袁超 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司