[发明专利]微测辐射热计结构

说明书

本发明提供一种在标准CMOS铸造厂中制造微测辐射热计探测器的方法，系统和设备。该方法包括形成互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片，其包括硅衬底层，金属叠层，介电层和嵌入在介电层中的热电转换元件。金属叠层包括至少两个彼此接触的金属层。金属叠层和介电层位于硅衬底层上。热电转换元件配置为将热量转换为电信号。该方法包括蚀刻金属叠层以限定微测辐射热计桥的外侧边缘，该微测辐射热计桥包括介电层的至少一部分和嵌入介电层中的热电转换元件。该方法包括在微测辐射热计桥下方蚀刻硅衬底层。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月16日提交的名称为“微测辐射热计结构”的美国临时专利申请No.62/268,291的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

1.技术领域

本说明书涉及用于制造微测辐射热计探测器的系统和方法。

2.相关技术说明

微测辐射热计(microbolometer)是一种特定类型的辐射热测量计，其主要用作检测长波长红外(LWIR)辐射的检测器。微测辐射热计由悬浮的微测辐射热计桥、像素臂、热电转换元件和吸收剂构成，像素臂将悬浮的微测辐射热计桥(microbolometer bridge)连接到制造微测辐射热计的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片衬底，热电转换元件转换微测辐射热计桥的热变化为电信号，并且吸收剂吸收红外辐射。吸收的辐射增加了微测辐射热计桥的温度。该热升温由热电转换元件转换成电信号，并且该电参数变化由读出集成电路(ROIC)测量，以便产生图像，视频或任何其他形式的数据。

文献中的微测辐射热计制造方法使用表面微机械加工，其包含在基板顶部上制造薄膜层，或者体微机械加工，其包含蚀刻或去除基板的一部分以形成微测辐射热计的制造步骤。

发明内容

通常，本说明书中描述的主题的一个方面体现在用于制造微测辐射热计探测器的方法中。该专利中描述的方法主要使用标准CMOS层或组件以形成微测辐射热计，这与文献中使用特殊调谐层来形成微测辐射热计物理结构和热电转换元件的大多数方法相反。该专利中的方法旨在使用标准CMOS晶片并且在CMOS制造之后具有简单的微机电系统(MEMS)工艺以制造微测辐射热计，以使得整体制造简单，快速地与大规模制造代工厂兼容(例如CMOS代工厂)，并且成本低。

该专利中的这些方法使用块状CMOS晶片或绝缘体上硅互补金属氧化物半导体(SOI-CMOS)晶片作为衬底。有意地对CMOS工艺中的金属层进行成形，以形成微测辐射热计结构。为此目的，金属层可以用作牺牲层或硬MEMS掩模。当用作牺牲层时，可以具有高填充因子微测辐射热计结构。在标准CMOS制造之后，需要简单的MEMS工艺来制造微测辐射热计。通过蚀刻掉硅晶片的某一部分来形成悬浮的微测辐射热计桥。该专利中的方法可以使用各向异性或各向同性硅蚀刻，并且可以利用CMOS层实现一个或多个蚀刻停止。

该专利中的方法包括形成互补金属氧化物半导体(CMOS)晶片，其包括硅衬底层，金属叠层，介电层和嵌入介电层中的热电转换元件。金属叠层包括至少两个彼此接触的金属层。金属叠层和介电层位于硅衬底层上。热电转换元件配置为将热量转换为电信号。该方法包括蚀刻金属叠层以限定微测辐射热计桥的外侧边缘，该微测辐射热计桥包括介电层的至少一部分和嵌入介电层中的热电转换元件。该方法包括在微测辐射热计桥下方蚀刻硅衬底层。

这些和其他实施例可选地包括以下特征中的一个或多个。该方法可以包括蚀刻硅衬底层以形成至少一个像素臂，其中嵌入导电层以承载电信号，并且在微测辐射热计探测器和相邻的微测辐射热计探测器之间形成至少一个壁结构。至少一个壁结构可以减少微测辐射热计探测器之间的热串扰。壁结构可以包括用于承载电信号的布线金属。

热电转换元件可以包括金属层，金属籽晶层，多晶硅层，硅化物层，可以用作电阻器的任何CMOS技术层，一个或多个晶体管，一个或多个二极管，任何CMOS技术有源或无源元件，或在CMOS制造期间/之内或CMOS制造之后沉积的非CMOS技术层中的至少一个。