本發(fā)明專利技術(shù)屬體硅微機(jī)械制造技術(shù)與硅柵自對(duì)準(zhǔn)CMOS集成電路工藝相結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器及其全自對(duì)準(zhǔn)制造工藝。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明專利技術(shù)提供了這樣一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，包括有P型硅襯底、硅島、濃硼摻雜硅層、深槽、深槽內(nèi)濃硼摻雜硅層、多晶硅、場區(qū)氧化層，P型硅襯底上加工有兩個(gè)硅島，P型硅襯底對(duì)應(yīng)于硅島區(qū)域的底部注入有濃硼摻雜硅層，P型硅襯底四周邊緣加工有方形深槽，深槽中注入有濃硼摻雜硅層，多晶硅填充在深槽內(nèi)，深槽與硅島、硅島與硅島通過場區(qū)氧化層連接在一起。本發(fā)明專利技術(shù)達(dá)到了響應(yīng)速度快，測(cè)量頻帶寬、動(dòng)態(tài)和過負(fù)載特性優(yōu)良、結(jié)構(gòu)新穎的效果。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器及其全自對(duì)準(zhǔn)制造工藝
本專利技術(shù)屬體娃微機(jī)械制造技術(shù)與娃柵自對(duì)準(zhǔn)CMOS集成電路工藝相結(jié)合的
，具體涉及一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器及其全自對(duì)準(zhǔn)制造工藝。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換器將電壓電流乘積產(chǎn)生的待測(cè)電功率，通過加熱電阻將該電功率轉(zhuǎn)換成焦耳熱。再由熱電偶類測(cè)溫元件感測(cè)加熱電阻溫度的變化并輸出電壓信號(hào)。這種熱電轉(zhuǎn)換器形式多樣，轉(zhuǎn)換原理符合電功率的原始定義，檢測(cè)過程具有補(bǔ)償原理，精度優(yōu)于0.1%。這種傳統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換器，雖然在其結(jié)構(gòu)中可選用具有各種不同特性的材料來制作加熱電阻。但加熱電阻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要綜合考慮溫度穩(wěn)定性和加熱電阻結(jié)構(gòu)優(yōu)化多方面因素。長期以來，這種傳統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換模式飽受頻帶窄、響應(yīng)速度慢以及動(dòng)態(tài)特性差和過載能力不足、加工工藝復(fù)雜、成本高的困擾。因此有必要研究出一種響應(yīng)頻帶寬、速度快，動(dòng)態(tài)特性和過負(fù)載特性也更為優(yōu)良、結(jié)構(gòu)新穎、加工工藝簡單、成本低的新型熱電轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
( I)要解決的技術(shù)問題 本專利技術(shù)為了克服現(xiàn)有熱電轉(zhuǎn)換模式頻帶窄、響應(yīng)速度慢以及動(dòng)態(tài)特性差和過載能力不足、加工工藝復(fù)雜和成本高的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種頻帶寬、響應(yīng)速度快以及動(dòng)態(tài)特性和過負(fù)載特性也更為優(yōu)良、結(jié)構(gòu)新穎、加工工藝簡單、成本低的場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器及其全自對(duì)準(zhǔn)制造工藝。(2)技術(shù)方案 為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了這樣一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，包括有P型娃襯底、娃島、濃硼摻雜娃層、深槽、多晶娃、場區(qū)氧化層、刻蝕槽，P型娃襯底上加工有兩個(gè)硅島，P型硅襯底對(duì)應(yīng)于硅島區(qū)域的底部注入有濃硼摻雜硅層，P型硅襯底四周邊緣加工有方形深槽，左邊深槽旁還加工有一道與其平行的深槽，深槽中注入有濃硼摻雜硅層，多晶硅填充在深槽濃硼摻雜硅層內(nèi)，深槽與硅島、兩硅島之間通過場區(qū)氧化層支撐并連接在一起。優(yōu)選地，所述硅島上加工有兩個(gè)多晶硅柵極和兩個(gè)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件，在兩個(gè)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件中間加工有半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件。優(yōu)選地，所述MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件分別引出柵極、漏極和源極三個(gè)電極，所述半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件分別引出正極和負(fù)極兩個(gè)電極。優(yōu)選地，本專利技術(shù)還提供了一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器的全自對(duì)準(zhǔn)制造方法，包括如下步驟: a.選P型娃襯底。b.光刻1#版，即光刻硅島區(qū)域，離子注入摻雜濃硼，形成濃硼摻雜硅層。c.去除硅表面選擇注入硼的掩蔽膜，熱氧化生長二氧化硅緩沖層，低壓化學(xué)氣相淀積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD)氮化娃薄膜。d.光刻 2# 版，刻蝕深槽(Deep-Trench)。e.槽底面和側(cè)面采用傾斜離子注入摻雜濃硼，在深槽形成濃硼摻雜硅層。f.低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)制作多晶硅并同時(shí)填充深槽，氮化硅(Si3N4)硬掩膜自對(duì)準(zhǔn)反刻多晶硅至氮化硅薄膜終止。g.光刻3#版，即光刻有源區(qū)，進(jìn)行場區(qū)氧化，形成場區(qū)氧化層。場區(qū)氧化工藝結(jié)束后，先去膠，再去除覆蓋有源區(qū)的氮化硅薄膜，整個(gè)硅片表面通過熱氧化工藝生長二氧化硅(SiO2)柵介質(zhì)膜，并在二氧化硅(SiO2)柵介質(zhì)膜表面通過低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝制作多晶硅薄膜。h.光刻4#版，制作出多晶硅柵極。1.按照傳統(tǒng)硅柵自對(duì)準(zhǔn)CMOS工藝完成硅片表面有源區(qū)內(nèi)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件和半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件的制作。j.表面鈍化后劃片，把制作在整個(gè)硅片上的各個(gè)獨(dú)立的熱電轉(zhuǎn)換器分割開來。k.正面用光刻膠保護(hù)，背面刻蝕未摻雜或輕摻雜硼的襯底硅。刻蝕工藝終止于濃硼摻雜硅層或場區(qū)氧化層的下表面。優(yōu)選地，所 述b步驟中，注入所述摻雜濃硼的深度距硅片表面7-10mm。優(yōu)選地，所述d步驟中，所述深槽的深度為350_370mm。優(yōu)選地，所述i步驟中，傳統(tǒng)硅柵自對(duì)準(zhǔn)CMOS工藝完成硅片表面有源區(qū)內(nèi)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件和半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件的制作步驟為:il.光刻5#版，進(jìn)行MOSFET源、漏區(qū)和PN結(jié)n_區(qū)摻雜，離子注入磷，形成磷摻雜硅層。?2.光刻5#反版，進(jìn)行MOSFET襯底連接區(qū)和PN結(jié)p_區(qū)摻雜，離子注入硼，形成硼摻雜娃層。i3.光刻6#版,制作歐姆接觸孔。物理氣相淀積(physical vapor deposition:PVD)即磁控濺射工藝制作金屬鋁膜。?4.光刻7#版，制作鋁連線及電極引出壓點(diǎn)。工作原理:本專利技術(shù)選用P型硅襯底結(jié)構(gòu)，采用單面光刻實(shí)現(xiàn)雙面自對(duì)準(zhǔn)刻蝕。工藝中采用在距離硅表面下7-10Mffl深度局部離子注入摻雜濃硼，形成濃硼摻雜硅層，同時(shí)，在襯底正面刻蝕深槽，深槽底面和側(cè)面也采用先進(jìn)的傾斜離子注入工藝摻雜濃硼，在深槽中形成濃硼摻雜硅層，濃硼摻雜硅層具有高的刻蝕選擇比特性，再結(jié)合硅材料晶向刻蝕時(shí)也具有的刻蝕選擇特性，形成本專利技術(shù)背面自對(duì)準(zhǔn)刻蝕時(shí)的刻蝕終止層，對(duì)于刻蝕面積很小的區(qū)域，刻蝕時(shí)，刻蝕過程中自動(dòng)形成了刻蝕槽，對(duì)于背面刻蝕面積大的區(qū)域，在理論上也會(huì)形成像刻蝕槽一樣的刻蝕終止圖形，但該刻蝕終止圖形對(duì)應(yīng)的深度超過了硅襯底的厚度，因此背面刻蝕自動(dòng)終止于濃硼摻雜硅層的下表面，沒有濃硼摻雜區(qū)域的硅，刻蝕終止于場區(qū)氧化層的下表面，實(shí)現(xiàn)由場效應(yīng)管組成的陣列熱電轉(zhuǎn)換器全自對(duì)準(zhǔn)制作工藝。工藝中制作出由絕熱特性極高的場區(qū)氧化層支撐的單晶硅器件區(qū)(島)，在每個(gè)硅島上制作兩個(gè)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件和一個(gè)半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件。MOSFET漏源電壓和漏源電流的乘積即輸入待測(cè)電功率的值，該輸入電功率在MOSFET體內(nèi)被直接轉(zhuǎn)換成熱量，該熱量由集成于片上緊鄰MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件的半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件檢測(cè)并輸出直流電壓信號(hào)。由于，每個(gè)硅島由絕熱二氧化硅支撐，因此從MOSFET體內(nèi)轉(zhuǎn)換出的熱量散失極小，同時(shí)，溫度檢測(cè)傳感器緊鄰MOSFET，感應(yīng)更靈敏。所以，相比于傳統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換模式，這種新型單片式熱電轉(zhuǎn)換器省去了從熱電轉(zhuǎn)換到溫度測(cè)量的中間過渡環(huán)節(jié)，提高了熱電轉(zhuǎn)換精度，實(shí)現(xiàn)高精度片上熱電轉(zhuǎn)換功能。另外，MOSFET和PN結(jié)半導(dǎo)體器件的響應(yīng)速度極快，頻帶也更寬，動(dòng)態(tài)特性也更為優(yōu)良，且MOSFET還具有負(fù)的溫度特性，有自保護(hù)功能，不易損壞，因此，過負(fù)載能力很強(qiáng)。(3)有益效果 本專利技術(shù)解決了現(xiàn)有熱電轉(zhuǎn)換模式頻帶窄、響應(yīng)速度慢以及動(dòng)態(tài)特性差和過載能力不足的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)由于采用片上集成的MOSFET和PN結(jié)半導(dǎo)體器件，因此，達(dá)到了響應(yīng)速度快，測(cè)量頻帶寬、以及動(dòng)態(tài)特性和過負(fù)載特性也更為優(yōu)良、結(jié)構(gòu)新穎的效果。【附圖說明】圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A、圖2B、圖2C為本專利技術(shù)加工過程中的b_b剖視圖。圖3A、圖3B為本專利技術(shù)加工過程中的a_a剖視圖。附圖中的標(biāo)記為:Ι-p型硅襯底，2-濃硼摻雜硅層，3- 二氧化硅緩沖層，4-氮化硅薄膜，5-深槽，6-多晶硅，7-有源區(qū)，8-場區(qū)氧化層，9-多晶硅柵極，10-磷摻雜硅層，11-硼摻雜硅層，12-刻蝕槽，13-硅島，14-M0SFET熱電轉(zhuǎn)換器件，15-PN結(jié)溫度傳感器件。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1 一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，如圖1、圖2A、圖2B、圖2C、圖3A、圖3B所示，包括有P型硅襯底1、硅島13、濃硼摻雜硅層2、深槽5、多晶硅6、本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括有P型硅襯底（1）、硅島（13）、濃硼摻雜硅層（2）、深槽（5）、多晶硅（6）、場區(qū)氧化層（8）、刻蝕槽（12），P型硅襯底（1）上加工有兩個(gè)硅島（13），P型硅襯底（1）對(duì)應(yīng)于硅島（13）區(qū)域的底部注入有濃硼摻雜硅層（2），P型硅襯底（1）四周邊緣加工有方形深槽（5），左邊深槽（5）旁還加工有一道與其平行的深槽（5），深槽（5）中注入有濃硼摻雜硅層（2），多晶硅（6）填充在深槽（5）濃硼摻雜硅層（2）內(nèi)，深槽（5）與硅島（13）、兩硅島（13）之間通過場區(qū)氧化層（8）支撐并連接在一起，P型硅襯底（1）背面自對(duì)準(zhǔn)刻蝕形成刻蝕槽（12）。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器,其特征在于，包括有P型娃襯底(I )、娃島(13)、濃硼摻雜硅層(2)、深槽(5)、多晶硅(6)、場區(qū)氧化層(8)、刻蝕槽(12)，P型硅襯底(I)上加工有兩個(gè)硅島(13)，P型硅襯底(I)對(duì)應(yīng)于硅島(13)區(qū)域的底部注入有濃硼摻雜硅層(2)，P型硅襯底(I)四周邊緣加工有方形深槽(5)，左邊深槽(5)旁還加工有一道與其平行的深槽(5)，深槽(5)中注入有濃硼摻雜硅層(2)，多晶硅(6)填充在深槽(5)濃硼摻雜硅層(2)內(nèi)，深槽(5)與硅島(13)、兩硅島(13)之間通過場區(qū)氧化層(8)支撐并連接在一起，P型硅襯底(I)背面自對(duì)準(zhǔn)刻蝕形成刻蝕槽(12 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述硅島(13)上加工有兩個(gè)多晶硅柵極(9)和兩個(gè)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件(14)，在兩個(gè)MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件(14)中間加工有半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件(15)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述MOSFET熱電轉(zhuǎn)換器件(14)分別引出柵極、漏極和源極三個(gè)電極，所述半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器件(15 )分別引出正極和負(fù)極兩個(gè)電極。4.一種場效應(yīng)管片上陣列熱電轉(zhuǎn)換器的全自對(duì)準(zhǔn)制造工藝，包括如下步驟: a.選P型娃襯底(I); b.光刻1#版，即光刻硅島(13)區(qū)域，離子注入摻雜濃硼，形成濃硼摻雜硅層(2); c.去除硅表面選擇注入硼的掩蔽膜，熱氧化生長二氧化硅(SiO2)緩沖層(3)，低壓化學(xué)氣相淀積生成氮化硅(Si3N4)薄膜(4); d.光刻2#版，刻蝕深槽(5); e.槽底面和側(cè)面采用傾斜離子注入摻雜濃硼，在深槽(5)形成濃硼摻雜硅層(2); f.低壓化學(xué)氣相淀積制作多晶硅(6)并同時(shí)填充深槽(5)，氮化硅(S...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁壽財(cái)，謝曉春，韓建強(qiáng)，袁新娣，廖昱博，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：贛南師范學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：江西;36
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