[实用新型]MEMS热电堆红外探测器芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及MEMS（微机电系统）器件领域，尤其涉及一种MEMS热电堆红外探测器芯片。 

背景技术

近年来，热电堆红外探测器广泛的应用于需要温度以及辐射测量的领域，如在国防、医疗、家电、工控、汽车、公共安全等等。其工作原理是利用塞贝克效应，即两种不同电导体或半导体的温度差异而导致两种材料之间产生电压差的热点现象，来探测红外辐射。与其它电子元器件一样，随着应用的普及及需求量的增加，热电堆红外探测器的发展趋势是体积小、灵敏度高、功耗小、价格低、可靠性高等。 

而目前MEMS技术正推动着半导体界“超越摩尔定律”的变革，在国内外得到了迅猛的发展。世界正经过昨天的真空电子管时代，跨越现在的固体电子时代进入明天的MEMS时代。MEMS为近年来高速发展的一项高新技术，其采用先进的半导体制备工艺，批量实现MEMS器件的制备。与对应传统热电堆红外探测器相比，MEMS热电堆红外探测器在体积、功耗、重量以及价格等方面有十分明显的优势。所以，采用先进MEMS技术制作的热电堆红外探测器是未来主流的技术发展方向。 

目前采用MEMS技术制作的热电堆红外探测器多采用从硅片背面进行腐蚀形成全膜结构。此方法虽然有着工艺简单的优点，但是此方法需要正反双面对准曝光，且采用半导体代工厂的工艺兼容性差。此外，此方法由于通常采用湿法腐蚀，通常有着芯片尺寸大以及制造成本高的缺点。所以，目前很多人采用了与CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺兼容，从硅片正面进行释放出MEMS热电堆红外探测器支撑膜的制造工艺。此制造方法充分利用了CMOS工艺的热电堆材料（如P型与N型掺杂多晶硅形成的热电堆，以及P型掺杂多晶硅与铝形成的热电堆等）。此方法具有尺寸小、价格低、工艺可制造性强以及可扩展到阵列制造等优点。 

但是上述两种方法皆需红外吸热层来增加器件的性能。目前红外吸热层主要分为三类：金属薄膜、多孔黑金属以及薄膜堆叠。多孔黑金属有着红外吸收率高的优点，但是也有着粘附性差以及工艺兼容性差等缺点。虽然薄膜堆叠方法工艺兼容性好，但是对工艺控制要求较高。 

除了上述的热电堆制造方法以及吸热层材料之外，MEMS热电堆红外探测器的封装也是一个很大的难题。由于加工好的MEMS热电堆红外探测器包含有活动的机械部件，如果不能在后续的封装工艺中得到很好的保护，则此MEMS器件极易遭受到损坏。传统的半导体封装设备并不能直接用于MEMS器件的封装，必须经过特殊的改造才能满足MEMS器件的特殊的封装要求。正是因为MEMS封装的特殊性，且与现有的半导体封装测试设备不能很好的兼容，所以通常MEMS器件封装和测试成本要远远高于其制造成本，成为MEMS器件不能迅速产业化的重要原因。 

而晶圆级封装技术无疑能很好的解决MEMS器件的封装问题，其主要思想为在制造完成MEMS器件的晶圆上通过某种方法，把晶圆上所有的MEMS器件加以保护，通常称此工序为零级封装。完成零级封装的硅片上所有的MEMS器件都得到保护，那么硅片在后续的划片、取片和粘片等工序完全与现有的半导体封装工艺兼容。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可制造性较高的MEMS热电堆红外探测器芯片。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种MEMS热电堆红外探测器芯片，包括内芯片和位于内芯片上的红外滤窗，所述内芯片含有衬底，所述衬底设有正面、背面及自正面凹陷形成的空气腔体，所述空气腔体未贯穿衬底的背面，所述衬底正面设有支撑部和红外吸热层，所述红外吸热层位于支撑部和空气腔体内，其厚度大于支撑部且小于空气腔体，在所述支撑部上设有热电堆，所述衬底与红外吸热层分别形成热电堆的冷端与热端，所述热电堆包括由不同导电材料所制成的第一、第二导电层，所述第一、第二导电层通过其末端的第一、第二电极引出，所述第一、第二电极的顶部露出，所述热电堆是由与CMOS工艺相兼容的材料制成。