[发明专利]一种红外热电堆传感装置

说明书

本发明提供一种红外热电堆传感装置，其包括基于衬底形成的热电堆传感器，所述热电堆传感器包括：悬空薄膜，其悬置于所述衬底的空腔之上；多个热电偶，其设置于所述悬空薄膜中，所述热电偶的热端悬置于所述衬底的空腔之上，且所述热电偶的热端位于所述悬空薄膜的内侧；所述热电偶的冷端悬置于所述衬底的空腔之上，且所述热电偶的冷端位于所述悬空薄膜的外边缘；高热导率填充区，其设置于所述悬空薄膜的外侧，其紧邻所述热电偶的冷端，且跨过所述衬底的空腔的边界，并且延伸至所述衬底上。与现有技术相比，本发明不仅可以与标准CMOS工艺兼容，而且还可以使红外热电堆的热学参数不敏感工艺偏差，提高器件性能一致性。

【技术领域】

本发明涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件领域，尤其涉及一种一致性高，良率高，并且与标准CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺兼容的红外热电堆传感装置。

【背景技术】

为了使热电堆冷端温度与环境温度一致，现有MEMS热电堆结构的冷端位于硅衬底上，其热端位于悬空薄膜上，悬空薄膜的边界通过刻蚀进行定义，无论是正向刻蚀还是背刻蚀，由光刻对准以及侧向刻蚀带来的总体偏差在20～40um，这样同一晶圆上的不同区域，以及不同的晶圆批次，其悬空薄膜的边界也不相同，红外热电堆传感器的灵敏度，响应时间都会存在较大的偏差，一致性差，不利于后端的校正，特别是热电堆与ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，即专用集成电路)的集成芯片，为了得到合适的精度，则需要更多的校正数据位。

因此，有必要提出一种技术方案来解决红外热电堆的结构的性能参数一致性差，随工艺偏差影响大的技术问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种红外热电堆传感装置，其不仅可以与标准CMOS工艺兼容，而且还可以使红外热电堆的热学参数不敏感工艺偏差，提高器件性能一致性。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种红外热电堆传感装置，其包括基于衬底形成的热电堆传感器，所述热电堆传感器包括：悬空薄膜，其悬置于所述衬底的空腔之上；多个热电偶，其设置于所述悬空薄膜中，所述热电偶的热端悬置于所述衬底的空腔之上，且所述热电偶的热端位于所述悬空薄膜的内侧；所述热电偶的冷端悬置于所述衬底的空腔之上，且所述热电偶的冷端位于所述悬空薄膜的外边缘；高热导率填充区，其设置于所述悬空薄膜的外侧，其紧邻所述热电偶的冷端，且跨过所述衬底的空腔的边界，并且延伸至所述衬底上。

进一步的，所述高热导率填充区和所述热电偶的冷端不存在电连接；所述高热导率填充区使所述热电偶的冷端温度与所述衬底温度保持一致。

进一步的，所述悬空薄膜包括依次层叠的多晶硅层、第一金属层和第二金属层，所述热电偶由多晶硅层、第一金属层和/或第二金属层构成。

进一步的，所述高热导率填充区由导热高的材料堆叠而成，所述高热导率填充区由多晶硅层、第一金属层和/或第二金属层构成，其中，所述高热导率填充区的第一金属层与所述悬空薄膜的第一金属层是相同的一层金属图形化而成的不同部分，所述高热导率填充区的第二金属层与所述悬空薄膜的第二金属层是相同的另一层金属图形化而成的不同部分，所述高热导率填充区的多晶硅层与所述悬空薄膜的多晶硅层是相同的一层多晶硅图形化而成的不同部分。

进一步的，所述多晶硅层和所述衬底之间还设置有介质层；所述多晶硅层和所述第二金属层之间也设置有介质层；所述第一金属层和第二金属层之间也设置有介质层。

进一步的，所述红外热电堆传感装置还包括基于所述衬底形成的信号处理电路，所述信号处理电路与所述热电堆传感器电连接，并用于处理所述热电堆传感器产生的传感信号。

进一步的，所述热电堆传感器和所述信号处理电路均基于CMOS工艺制作而成的。