[发明专利]集成微机械热电堆红外探测系统及其制作方法

权利要求书

1、一种集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于所述的微机械热电堆红外探测系统，包括热电堆探测器和信号处理电路两部分，实现了该两部分的集成；其中信号处理电路是依次由前置放大器、带通滤波器、主放大器以及斩波器构成；热电堆探测器是由基本、框架、热电偶对、支撑臂、红外吸收层以及腐蚀开口六部分构成的；基体和悬浮于框架中间的红外吸收层分别构成热电堆探测器的冷结区和热结区；支撑臂连接框架和红外吸收区；中间悬浮的红外吸收层带有不同形状的腐蚀开口。

2、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于所述的腐蚀开口为干法刻蚀时工作气体进入衬底进行反应提供通道，该腐蚀开口设计成方形、圆形或扇形，且不必考虑特定的晶向。

3、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于所述的热电偶对的几何构型为平行于框架各边、沿框架的对角线方向或沿框架的径向。

4、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于支撑臂和红外吸收层是由在单晶硅基体上沉积的氧化硅和氮化硅复合膜构成的。

5、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于所述的斩波器包括振荡器和调制解调电路，以削弱低频噪声对信号的影响；振荡器为调制解调电路提供双相时钟信号。

6、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于前置放大器放大倍数为10～30；主放大器的倍数大于100，两个放大器同时具有<10nVNHZ的低输入噪声和≥80dB的高共模抑制比。

7、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于带通滤波器的中心频率与振荡器的信号频率一致。

8、按权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统，其特征在于信号处理电路的增益为60～80dB，热电堆红外探测器的输出信号被放大到几十mV量级。

9、制作如权利要求1所述的集成微机械热电堆红外探测系统的方法，其特征在于采用标准CMOS工艺，热电堆红外探测器和信号处理电路通知制作，工艺步骤包括：

(1)选择(100)晶向的P+硅片作为衬底，电阻率10Ω·cm，初始氧化P-外延层上生长氧化硅6000；

(2)在P-外延层上光刻N阱，离子注入磷，剂量为2E12cm^-2，能量60keV，阱区推进，结深为6.0μm；

(3)生长热氧化硅5000，LPCVD沉积厚度为2000的氮化硅；

(4)光刻CMOS电路有源区，刻蚀氮化硅和氧化硅；

(5)刻蚀硅片，生长8000的场氧化层；

(6)刻蚀去除CMOS电路区域的氮化硅和氧化硅；

(7)有源区生长厚为1500的栅氧化层；

(8)LPCVD沉积2.0μm厚的多晶硅，离子注入硼，剂量5E15cm^-2，能量80keV，光刻，分别形成CMOS电路的栅极和热电堆的多晶硅条；

(9)PMOS区离子注入硼，剂量为8E15cm^-2，能量60keV，形成源极和漏极，其它区域使用光刻胶保护；

(10)NMOS区离子注入磷24，剂量为6E15cm^-2，能量80keV，形成源极和漏极，其它区域使用光刻胶保护；

(11)淀积8000的低温氧化层，抛光，光刻引线孔；

(12)淀积2.0μm的铝，光刻，腐蚀，形成CMOS电路的连线和热电堆的金属条；

(13)光刻热电堆腐蚀开口；

(14)XeF₂刻蚀衬底，形成腔体，释放热电堆。

10、按权利要求9所述的集成微机械热电堆红外探测系统的制作方法，其特征在于：

(a)N阱为P阱或双阱CMOS工艺替代；

(b)步骤(8)中的多晶硅和CMOS电路的栅极同时制作；

(c)步骤(11)中的引线孔同时作为热电堆红外探测器的引线孔和CMOS电路的通孔；

(d)步骤(12)中的金属同时作为热电堆探测器的组成材料和CMOS电路的连线。