[发明专利]一种褶皱膜温度传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种褶皱膜温度传感器及其制作方法。

背景技术

温度探测一直以来是传感器行业热门的话题，其中红外探测技术由其非接触式测温更受广大设计、制造和使用者欢迎。热电堆温度传感器作为红外探测器的一种，以其制造工艺简单、成本低、使用方便、无1/f噪声等特点被广泛研究。

热电堆温度传感器的主要工作原理为塞贝克Seebeck效应。该效应可以简述为：两种具有不同塞贝克系数α1、α2的材料一端相连一端开路，若两端存在温度差ΔT＝T1-T2，则会在开路端会产生一开路电势ΔV，即赛贝克效应。该结构构成一个热电偶，若将N个热电偶串联起来就形成热电堆，与单个热电偶相比可以产生更大的热电势，即ΔV＝N*(α1-α2)*ΔT。

通常，热电堆温度传感器主要采用隔热膜式结构，其具体形式为在一硅片衬底上制作具有高塞贝克系数的两种热偶材料，一般呈长条状以减少热偶的热导，将N对热偶对串联起来形成热电堆结构。两种热偶材料的一端布置在传感器中心位置，作为热电堆温度传感器的热结，用于接受红外吸收层吸收测量物体发出的红外辐射而产生的温度变化；另一端布置在远离传感器中心的硅衬底上，与环境温度一致，作为热电堆温度传感器的冷结。在传感器中心区域背面刻蚀硅衬底或者正面开释放孔刻蚀硅衬底，并在热电堆的热偶对上形成一层薄膜，以使该热电堆与硅衬底的热隔离，二者之间热阻越大，热隔离效果越好，则热电堆温度传感器的灵敏度越高。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，传统的热电堆温度传感器由于尺寸效应的限制，在有限区域内很难有效地调制和优化热电堆与硅衬底之间的热阻，从而这种热电堆温度传感器的灵敏度也不会太高。

本申请提出一种褶皱膜温度传感器及其制作方法，通过微加工技术，使隔热膜形成一种褶皱结构，从而增加隔热膜的尺寸，使得隔热膜以及热偶对的热阻大大增加，由此，本申请的褶皱膜温度传感器与现有技术中的热电堆温度传感器相比，在不增加传感器面积的情况下，提高灵敏度；此外，本申请的制作方法相比于传统的背面刻蚀硅衬底或者正面开释放孔刻蚀硅衬底的方法更便捷和高效。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种褶皱膜温度传感器的制作方法，该方法包括：

在基片1上形成第一凹槽2，并且，所述基片在所述第一凹槽2周边的部分形成为台阶部2a；

形成至少覆盖所述第一凹槽2底部的牺牲层褶皱结构4，所述牺牲层褶皱结构4具有至少两个凹部4a和至少一个凸部4b；

在所述台阶部2a的表面以及所述牺牲层褶皱结构4的表面形成第一层介质层5；

形成第一层热电堆材料结构6以覆盖所述第一介质层5的表面，并且，所述第一层热电堆材料结构6具有使所述第一层介质层5的上表面的一部分露出的第二凹槽7；

形成第二层介质层结构8以覆盖所述第一层热电堆材料结构6以及所述第二凹槽7，并且，所述第二层介质层结构8具有使所述第一层热电堆材料结构6部分露出的第三凹槽9和第四凹槽10，所述第三凹槽9位于所述台阶部2a上方，所述第四凹槽10位于所述第二凹槽7的外侧；

形成第二层热电堆材料结构11以覆盖所述第二层介质层结构8和所述第四凹槽10，所述第二层热电堆材料结构11通过所述第四凹槽10与下方的所述第一层热电堆材料结构6连接，所述第二层热电堆材料结构11具有对应于所述第二凹槽7的第五凹槽11b，以露出所述第二凹槽7内的所述第二层介质层结构8；

形成第三层介质层结构12以覆盖所述第二层热电堆材料结构11和所述第五凹槽11b，所述第三层介质层结构12具有第六凹槽13和第七凹槽14，其中，所述第六凹槽13位于所述台阶部2a上方，且比所述第三凹槽9更远离所述第一凹槽2，所述第二层热电堆材料结构11从所述第六凹槽13露出，所述第七凹槽14位于所述第二凹槽7的上方，且所述第二凹槽7内的所述第二层介质层结构8的一部分通过所述第七凹槽14露出；

通过所述第七凹槽14刻蚀所述第二层介质层结构8和所述第一层介质层5，形成释放孔14a；

经由所述释放孔14a去除所述牺牲层褶皱结构4，形成空腔15。