一種微型熱輻射紅外傳感器，用多孔硅膜形成的微橋為支持結構。微橋組成包括多孔硅膜，多孔硅梁，和挖空的隔層。多孔硅梁一端托起多孔硅膜，另一端連接硅片框架。作為熱敏感元的熱敏電阻器或熱電探測器及其上的紅外吸收膜由多孔硅膜支持?？紫堵矢哂冢叮埃?，且微孔直徑和微孔之間硅絲尺寸小于硅中聲子自由程長度４００Ａ的多孔硅，其熱導率遠低于二氧化硅和氮化硅。多孔硅膜的殘余應力也遠低于二氧化硅膜和氮化硅膜，形成的膜厚不受應力限制。增加多孔硅膜厚度可以提高微橋的機械強度。該傳感器可以采用工業標準的ＣＭＯＳ電路技術制造。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
本專利技術是關于微細加工熱輻射紅外傳感器，特別是關于采用低熱導率，低殘余應力，由硅電化學腐蝕形成卻不改變硅體積，因而適合平面加工的多孔硅膜為傳感器的機械支持膜，并用工業標準的CMOS電路技術制造的微細加工熱輻射紅外傳感器。微型熱輻射紅外傳感器應用范圍非常廣泛，包括安全保衛夜視儀，輔助駕駛路面監察儀，防火警報儀，工業用幅射計，搜索和救助輔助設備，邊界巡邏和汽車防撞輔助設備等。近年來發展的微型熱輻射紅外傳感器，采用集成電路技術和微細加工技術制造，具有體積小，功效高，產量大，成本低等優點。傳感器可在室溫下運行，革除了傳統的熱輻射紅外傳感器須要進行泠卻的使用要求，因而范圍廣闊的民政和消費應用迅速擴展，顯示出美好的前景。微型熱輻射紅外傳感器主要由熱敏電阻器和熱輻射紅外吸收膜組成。一般說來，有兩種途徑可以提高傳感器的靈敏度。一是選用高電阻溫度系數的電阻材料和高吸收系數的紅外吸收材料，使微小的溫度變化能夠產生較大的電阻變化。二是減小傳感器機械支持膜與周圍環境的熱交流，使吸收的熱紅外輻射能的大部分能用來提高傳感器的溫度。后者主要采用將傳感元懸掛于空氣或真空中，以降低與周圍環境熱接觸的方法來實現。已有大量的文獻報道，以硅為材料，采用微細加工技術，可以形成種類繁多的微結構。其中一種微結構稱為微橋，即為一塊懸空的矩形薄膜通過一根或多根懸空梁連接到硅襯底的框架上。這種微結構已用來建造各種微型熱輻射紅外傳感器。微橋的熱隔離性能由微橋的幾何形狀和建造材料的熱導率決定。用來建造微橋的常用材料為硅片上形成的二氧化硅膜或氮化硅膜。更有不少文獻報道，這種熱輻射紅外傳感器與處理傳感器轉換的電信號的集成電路制造在同一硅襯底上，構成所謂的單片集成的傳感器。一類熱輻射紅外傳感器，利用熱氧化形成的二氧化硅膜作為機械支持結構的建造材料。熱生長二氧化硅的殘余應力高達200MPa，由于應力限制，可以形成的熱生長二氧化硅膜的厚度僅為2μm。二氧化硅膜過厚造成的后果，一是，總應力隨之增加，使膜破裂脫落；二是，熱阻隨之增大，電路的散熱性能變差。因此集成電路中常用的熱生長二氧化硅膜厚約為1μm。而用1μm厚的二氧化硅膜形成熱輻射紅外傳感器的機械支持結構，由于過于脆弱，在制造過程中必須采取復雜的保護措施，否則很難保證足夠的產品成品率。另一類輻射紅外傳感器的機械支持結構由氮化硅膜形成。低壓化學氣相沉積(LPCVD)的氮化硅，其殘余應力都比氧化硅高。只有當氮化硅中的硅含量比較高的情況下，其殘余應力才能有比較大的降低，但其厚度目前仍未能超過2μm的限制。用氮化硅為機械支持結構，除了機械強度低以外，還存在其它問題，主要是一 氮化硅是沉積到硅襯底上去的，而不像熱氧化硅是從硅里生長出來的，因此氮化硅膜光刻腐蝕后形成的圖形都會產生一定高度的臺階。氮化硅膜增厚，雖然機械強度增加，但臺階也隨著抬高。集成電路制造用的是平面加工技術，硅襯底表面存在過高的臺階對平面加工是很不利的。二 氮化硅的熱導率比二氧化硅高，用氮化硅膜作熱隔離結構的建造材料并不很理想。如上述，以熱氧化硅和富硅含量的氮化硅為機械支持結構材料的共同存在的問題之一，是支持結構機械強度低。除此之外，還有一個共同存在的問題，是能否成功執行“先電路后微機械”的制造方針?！跋入娐泛笪C械”是發展集成傳感器和集成微機電系統努力追求的制造方針。這一方針得以貫徹，有利于充分利用集成電路工業的豐富資源，避免制造設施的重復投資，加速集成傳感器和集成微機電系統的發展速度。由于熱氧化硅和富硅氮化硅都要在比較高的溫度下形成，而集成電路的金屬鋁布線經受不了這么高的溫度，因此不能先作好集成電路，再形成氧化硅或氮化硅膜，即不能執行“先電路后微機械”的制造方針。為了解決上述熱輻射紅外傳感器存在的問題，本專利技術提出一種新的熱輻射紅外傳感器，該傳感器具有如下特征本專利技術的熱輻射紅外傳感器的特征之一，是傳感器的機械支持結構由硅片自身形成，機械支持結構形成后，硅片的體積不改變，不增加硅片表面的高度，不在硅片表面產生臺階，不給硅片集成電路平面加工造成困難。本專利技術的熱輻射紅外傳感器的特征之二，是建造傳感器機械支持結構的薄膜具有極低的殘余應力，膜厚不受應力限制，因而可以形成比較厚的膜，使建造的機械支持結構具有比較高的機械強度。本專利技術的熱輻射紅外傳感器的特征之三，是傳感器的機械支持結構在比較低的溫度下形成，在這個溫度下集成電路不受損壞，特別是集成電路的鋁布線不受損壞，可以順利執行“先集成電路后微機械”的制造方針。本專利技術的熱輻射紅外傳感器的特征之四，是傳感器機械支持結構的建造材料具有比二氧化硅和氮化硅更低的熱導率，因而形成的機械支持結構比由二氧化硅和氮化硅形成的機械支持結構具有更好的熱隔離性能。本專利技術的熱輻射紅外傳感器的特征之五，是傳感器的機械支持結構與硅襯底框架之間的縱向和橫向隔離空間間隙比較小，機械支持結構的縱向和橫向過度形變后，由于能觸及框架，受到框架保護，從而避免遭到損壞。下面詳細敘述本專利技術的最佳實施方案，并給出附圖以便對照。本專利
相關的熟練技術人員讀了以后，對本專利技術的特征會清楚明了，對專利技術的實施途徑也能掌握要領。本專利技術提出的熱輻射紅外傳感器矩陣形成在一塊硅襯底上，最好是這塊襯底已經制造有工業標準的CMOS電路，用以處理熱輻射紅外傳感器轉換的電信號。每個傳感器包括一塊多孔硅膜，四根多孔硅梁，和一個空腔。多孔硅梁一端托起多孔硅膜，另一端連接襯底框架?？涨惶幱诙嗫坠枘ず投嗫坠枇旱南路?，將多孔硅膜和多孔硅梁與襯底分隔開。要特別指出的是，多孔硅膜和多孔硅梁的表面與襯底表面處于同一平面，襯底表面不存在由多孔硅膜和多孔硅梁形成的突出平面的臺階。此外，傳感器還包括處于多孔硅膜和多孔硅梁表面的電絕緣介質膜，電介質膜上的熱敏電阻，覆蓋熱敏電阻的另一層電絕緣介質膜，和覆蓋整個多孔硅膜的熱輻射紅外吸收膜。須指出的是，空腔的縱向分隔間距很小，多孔硅膜和多孔硅梁形變過度時，會碰到襯底框架，受到襯底框架保護而不損壞。多孔硅膜和多孔硅梁的橫向分隔間距也很小，也有在形變過度提供保護的作用。多孔硅是含有大量微孔的特殊形態的單晶硅，是硅在濃HF溶液中進行陽極氧化的產物。出現陽極氧化的起始陽極電壓與硅的摻雜類型和摻雜濃度有關，按照陽極氧化起始電壓從小至大排列，一般的規律是V重摻雜的P-型硅小于V重摻雜的N-型硅小于V輕摻雜的P-型硅小于V輕摻雜的N-型硅。根據這個規律，可以通過控制陽極電壓的大小，實現在輕摻雜的P-型硅襯底上選擇性地將重摻雜的P-型區的硅和重摻雜的N-型區的硅轉變成多孔硅，或在輕摻雜的N-型硅襯底上選擇性地將重摻雜的P-型區的硅，重摻雜的N-型區的硅以及輕摻雜的P-型區的硅轉變成多孔硅。多孔硅的微孔直徑和微孔之間硅絲尺寸也與形成的硅摻雜類型和摻雜濃度有關。輕摻雜的P-型硅形成的多孔硅，其微孔直徑和孔間硅絲尺寸最小，一般在10至50范圍之內。重摻雜的P-型硅形成的多孔硅，其微孔直徑和孔間硅絲尺寸中等，分布在50至100范圍之內。重摻雜的N-型硅形成的多孔硅，其微孔直徑和孔間硅絲尺寸也是中等，分布在50至100范圍之內。輕摻雜的N-型硅形成的多孔硅，其微孔直徑和孔間硅絲尺寸最大，分布100至1000范圍之內。測量表明，輕摻雜的P-硅形成的多孔硅的熱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是該傳感器包括：一塊硅片；一層多孔硅薄膜，處于所說硅片之內；至少一條多孔硅梁，一端托起所說多孔硅膜，另一端與所說硅片相連，其表面與所說多孔硅膜和所說硅片表面處于同一平面；一個挖空的隔層， 處于所說多孔硅膜和多孔硅梁的下方，將多孔硅膜和多孔硅梁與所說硅片分開；第一層絕緣介質膜，覆蓋所說多孔硅膜和多孔硅梁；一個熱敏元，處于所說絕緣介質膜表面；第二層絕緣介質膜，覆蓋所說熱敏元；一層熱幅射紅外吸收膜，覆蓋所說第一層介 質膜和所說熱敏元。
【技術特征摘要】
1.一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是該傳感器包括一塊硅片；一層多孔硅薄膜，處于所說硅片之內；至少一條多孔硅梁，一端托起所說多孔硅膜，另一端與所說硅片相連，其表面與所說多孔硅膜和所說硅片表面處于同一平面；一個挖空的隔層，處于所說多孔硅膜和多孔硅梁的下方，將多孔硅膜和多孔硅梁與所說硅片分開；第一層絕緣介質膜，覆蓋所說多孔硅膜和多孔硅梁；一個熱敏元，處于所說絕緣介質膜表面；第二層絕緣介質膜，覆蓋所說熱敏元；一層熱幅射紅外吸收膜，覆蓋所說第一層介質膜和所說熱敏元。2.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔硅為微孔間硅絲尺寸分布在10至50之間的多孔硅。3.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔硅為熱氧化后微孔間硅絲尺寸分布在10至50之間的多孔硅。4.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔硅為熱氮化后微孔間硅絲尺寸分布在10至50之間的多孔硅。5.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔硅為孔隙率分布在50％至80％之間的多孔硅。6.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔硅為微孔內壁表面具有極薄熱氧化硅膜的多孔硅。7.權利要求1所述的一種微細加工的熱輻射紅外傳感器，其特征是所說多孔為微孔內壁表面具有極薄熱氮化硅膜的多孔硅。8.權利要求1所述的熱敏元為熱敏電阻器。9.權利要求1所述的熱敏元為熱電(Pyroelectric)探測器。10.一種制造微細加工的熱輻射紅外傳感器的方法，其特征是制造步驟包括準備一塊硅片，上面已形成CMOS電路，并預留制造所說傳感器的區域，包括P-型阱區或輕摻雜的P-型硅區和金屬電連接引線；進行光刻腐蝕，暴露出所說P-型阱區中部大部分區域；低溫沉積第一層耐HF溶液腐蝕的薄膜；進行光刻腐蝕，形成第一層...
【專利技術屬性】
技術研發人員：涂相征，
申請(專利權)人：李韞言，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]
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