[发明专利]一种红外探测器的制备方法以及由此得到的红外探测器

说明书

本发明涉及一种红外探测器的制备方法，包括如下步骤：选用半导体晶圆作为衬底；在衬底表面形成复合薄膜；在复合薄膜表面形成热电薄膜；在热电薄膜上形成沿对角线密排图形化的硼和磷重掺杂热电偶，其由硼重掺杂热电条和磷重掺杂热电条组成；使硼和磷重掺杂热电偶金属欧姆互连；以及将复合薄膜从衬底上释放，得到封闭膜式的密排热电偶的红外探测器。本发明还提供由上述的制备方法得到的红外探测器。本发明通过密排图形和硼/磷离子重掺杂，沿红外探测器对角线上依次形成平面或堆叠密排的热电偶，最后形成金属欧姆互连，实现密排热电偶的红外探测器的制备。

技术领域

本发明涉及MEMS传感器，更具体地涉及一种红外探测器的制备方法以及由此得到的红外探测器。

背景技术

随着MEMS传感技术的不断发展，以热电堆为核心部件的红外探测器已广泛应用于红外测温、红外检测、红外报警、红外成像、红外制导等领域。热电红外探测器的基本原理是根据热电材料的塞贝克效应，即两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象，最终实现光-热-电的转换。热电红外探测器一般由数对互连的热电偶、红外吸收区以及悬空的支撑膜组成，热电偶制作在支撑膜表面，此膜又是吸收膜，其中与红外吸收区相连的热电偶端为热端，与衬底相连的热电偶端为冷端，红外吸收区实现红外吸收并转化为温度，热电偶利用自身的塞贝克效应将热转换成最终的电压输出。热电堆红外探测器的输出响应与热电偶塞贝克系数差、热电偶对数和冷热端温差成正比例关系，热电偶对数越多，热电堆红外探测响应越大。

现今，热电偶的排列主要分为三种：第一种，条形热电偶冷热端都沿吸收薄膜边界平行排列，热电偶的对数和长度受薄膜边长和热端几何平行排列的影响，热电偶对数不高，而且吸收区面积利用率也不高。第二种，热电偶热端沿圆形几何周长绕行排列，该方法虽然比第一种方法可以集成更多的热电偶数量，但是其数量受圆形周长限制，同时热电偶以扇形分布，其宽度从冷端到热端逐渐减小，热端互连技术要求高，增加工艺难度。第三种，柱状热电偶被垂直制作在红外吸收介质薄膜和衬底之间，虽然热电偶对数非常多，但是热电偶的长度很短，冷热端温差小，同时这种垂直集成热电偶的工艺技术在柱状热电偶刻蚀、离子注入、金属互连方面都是非常困难的。如何实现薄膜上密排更多的热电偶和简单的加工工艺成为研究重点。

发明内容

为了解决现有技术中的红外探测器无法密排大量热电偶的问题，本发明提供一种红外探测器的制备方法以及由此得到的红外探测器。

根据本发明的红外探测器的制备方法，包括如下步骤：S1，选用半导体晶圆作为衬底；S2，在衬底表面形成复合薄膜；S3，在复合薄膜表面形成热电薄膜；S4，在热电薄膜上形成沿对角线密排图形化的硼和磷重掺杂热电偶，其由硼重掺杂热电条和磷重掺杂热电条组成；S5，使硼和磷重掺杂热电偶金属欧姆互连；以及S6，将复合薄膜从衬底上释放，得到封闭膜式的密排热电偶的红外探测器。

一方面，根据几何分析可知，对角线长度大于各边长度，热电偶沿对角线依次排列，可以使得在同等薄膜面积的情况下比沿边长排列的方式集成更多的热电偶对，另一方面，根据热电效应，硼和磷重掺杂热电偶可以实现塞贝克系数差的最优化，其对热电薄膜进行对应剂量的掺杂可显著提升红外探测器的光探测率和响应。

优选地，步骤S1中的衬底为单晶硅衬底。应该理解，其他能被IC工艺或MEMS工艺加工的半导体材料衬底均可用在本发明中。优选地，晶圆尺寸可以为4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等。优选地，晶圆厚度可以为300-500μm。

优选地，步骤S2中的复合薄膜是与衬底应力匹配的氧化硅和氮化硅的复合薄膜，其作为结构支撑和红外吸收热绝缘材料。优选地，步骤S2包括对衬底进行清洗，然后在清洗的衬底表面高温热氧化生长氧化硅层，最后再通过化学气相沉积形成氮化硅层。该清洗操作用于保证其上形成的复合薄膜的质量，该高温热氧化和化学气相沉积操作也可以通过其他操作替代，只要能够形成氧化硅和氮化硅的复合薄膜即可。