[发明专利]一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺有效
申请号: | 202010271506.1 | 申请日: | 2020-03-28 |
公开(公告)号: | CN111426399B | 公开(公告)日: | 2022-04-15 |
发明(设计)人: | 张巧杏;张国珠;袁 | 申请(专利权)人: | 无锡豪帮高科股份有限公司 |
主分类号: | G01J5/12 | 分类号: | G01J5/12;H01L35/34;H01L35/32 |
代理公司: | 江阴市轻舟专利代理事务所(普通合伙) 32380 | 代理人: | 曹键 |
地址: | 214000 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 热电 无线 温度传感器 生产工艺 | ||
1.一种基于热电堆的无线温度传感器的生产工艺,其特征在于具体步骤如下:
步骤一、基体上下两面生长氮化硅;
在基体的上表面和下表面分别形成上层氮化硅和下层氮化硅;
步骤二、生长多晶硅,硼注入,退火;
在上层氮化硅表面生长多晶硅,在多晶硅上进行硼元素的掺杂,然后退火;
步骤三、光刻第一版,形成四排多晶硅条组,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条;
步骤四、溅射金属,光刻第二版,湿法刻蚀金属;
湿法刻蚀金属后形成多根金属条,多根金属条将所有的多晶硅条串联, 并且在整个芯片的一角形成金属条的输入端和输出端;
步骤五、钝化处理,光刻第三版;
在上一步骤的半成品上表面生长热阻层;
步骤六、溅射钛金,剥离,冷端上形成反射层;
磁控溅射钛金然后剥离,在冷端形成反射层;
步骤七、湿法腐蚀,腐蚀出窗口;
在芯片背面腐蚀形成窗口;
步骤一的具体步骤:
生长氮化硅前先进行基体清洗;
清洗基体时,在清洗间用三号液与一号液清洗,然后再用稀释氢氟酸 漂洗基体,去除表面杂物; 所述三号液按体积比的配比为 H2SO4:H2O2=4:1 ,所述一号液按体积比的配比NH3·H2O:H2O2 :H2O =1:1:4 ,所述稀释氢氟酸按体积比的配比为 HF:H2O=1:20;
在基体上下两面生长氮化硅时通过 LPCVD 生长氮化硅形成上层氮化 硅和下层氮化硅,上层氮化硅和下层氮化硅的厚度均为 5000埃;
步骤二的具体步骤:
通过 LPCVD 在上层氮化硅表面生长多晶硅,多晶硅厚度为 1.5 微米, 在多晶硅上进行硼元素的掺杂,得到 P 型多晶体薄膜,注入剂量为 1.5E16,
注入能量为 50KeV;
然后用三号液和一号液清洗硅片;
然后高温炉退火,修复晶格缺陷,激活杂质,退火温度为 1000℃ ,退 火时间为 20 分钟;
步骤三的具体步骤:
光刻第一版前先涂覆增粘剂,使得光刻胶更好的附着在多晶硅上,在180℃下进行烘片1 小时; 去除吸附在表面的湿气,充分干燥并保持洁净;
然后光刻第一版,旋转涂覆光刻胶;
在 95℃下,热板前烘 1 分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为 10;
显影 60 秒;
在氧气环境下扫底膜 8 分钟;
采用 RIE 刻蚀多晶硅,厚度为 1.5 微米,每排多晶硅条组包括并排布置的多根多晶硅条,多晶硅条的长度为 900 微米,宽度为 35 微米;
步骤四的具体步骤:
溅射金属之前先去胶清洗,先依次采用三号液、三号液以及一号液进 行三次清洗,然后采用稀释氢氟酸进行漂洗,去除自然氧化层;
然后通过磁控溅射,在上一步骤的半成品上表面生成 5000 埃的金属层,溅射的金属为金属铝;
然后光刻第二版,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后在 50℃下,湿法刻蚀金属层 2 分钟,得到长度为 900 微米,宽度为 35 微米的金属条;
然后依次采用正胶去膜剂清洗; 丙酮、乙醇清洗; 去离子水清洗; 然后在 400℃下加热 40 分钟,金属条和多晶硅条形成欧姆接触;
步骤五的具体步骤:
先通过 PECVD 进行钝化处理,在上一步骤的半成品上表面生长 2000 埃的热阻层,热阻层为氧化硅层;
然后光刻第三版,在和步骤三相同条件下进行曝光显影;
然后采用 RIE 刻蚀热阻层,露出中心红外辐射区和外围的焊盘; 红外 辐射区边长为800 微米;
步骤六的具体步骤:
磁控溅射钛金然后剥离,厚度为 1000 埃,在冷端形成反射层;
步骤七的具体步骤:
窗口的下边缘宽度为 2600 微米;窗口的上边缘宽度略大于红外辐射区的横向尺寸;
首先将热板温度设置为 160 度,然后将 5 寸玻璃板,放置于热板上方,在玻璃板上涂抹 CRY 封蜡,然后将整片硅片正面向下,放到玻璃板上,使得硅片正面充分与 CRY 封蜡接触,并且要赶出硅片与封蜡之间的气泡;
硅片位置确定好之后,在硅片周边涂抹大量的 APIE封蜡;
将硅片放入到温度为 70 度,浓度为 33.3%的 KOH 溶液中,进行湿法 腐蚀,在此过程中,将硅片捞出数次,进行补蜡;
腐蚀完毕之后,先用三氯乙烷去除硅片周边的 APIE 封蜡,然后将玻璃板放到热板上,160 度时取下硅片,放置于丙酮乙醇中浸泡;
将芯片取出,完成制备;
在步骤五和步骤六之间有以下步骤:
光刻第四版;
先依次通过,丙酮超声,乙醇超声,去离子水清洗,去除光刻胶;
陪片前烘 180℃一小时;
光刻第四版;
在 85℃下,热板前烘 3.5 分钟;
采用阳版的接近式曝光,剂量为 3;
显影 5 分钟;
在步骤六和步骤七之间有以下步骤:
光刻第五版;
先超声剥离光刻胶;
光刻第五版,在步骤三相同条件下进行曝光显影;
上述工艺制备得到的基于热电堆的无线温度传感器,包括基体(1),基体(1)为矩形的P 型硅衬底,所述基体(1)的上下表面生长氮化硅分别形成上层氮化硅 (2)和下层氮化硅(3),所述上层氮化硅(2)的表面生长多晶硅然后进行硼注入和蚀刻后形成四排多晶硅条组,多晶硅条组形成 P 型电极,四排多晶硅条组形成口字形结构,每排多晶硅条组包括并排布置的四根到五十根多晶硅条(4),所述上层氮化硅(2)的表面溅射金属然后蚀刻后形成多 根金属条(5),金属条(5)形成金属电极,金属条(5)为铝材质, 多根金属条(5)将所有的多晶硅条(4)串联,并且在整个芯片的一角形成金属条(5)的输入端和输出端,在上层氮化硅(2)的表面设置有热阻层(6),热阻层(6)为矩形结构,矩形结构的四边将所有的多晶硅条(4) 以及金属条(5)遮盖,热阻层(6)的中心为矩形的空腔结构,在该空腔处露出矩形的上层氮化硅(2),该处的上层氮化硅(2)形成基于热电堆的 无线温度传感器的红外辐射区(9),每根多晶硅条(4)分别与其接近的红 外辐射区(9)的边缘垂直,因此多晶硅条(4)靠近红外辐射区(9)的一 端为热端,多晶硅条(4)远离红外辐射区(9)的一端为冷端,所述热阻层(6)的表面设置有反射层,所述反射层包括四根反射条(7),所述反射 条(7)是在热阻层(6)上溅射钛金而形成,四根反射条(7)位于四排多 晶硅条组的多晶硅条(4)的冷端的正上方,所述基体(1)和下层氮化硅(3)的中段进行蚀刻形成纵向贯通布置的窗口(8),窗口(8)的截面呈等腰梯形,窗口(8)位于红外辐射区(9)的下方;
所述基体(1)的材料是晶向为100 的P 型硅衬底,基体(1)的尺寸为 3×3 毫米,基体(1)的厚度约为 300 至 400 微米,掺杂浓度为 1014/cm3至 1016/cm3 ,所述 P 型电极的材料为 P 型多晶硅半导体,多晶硅条的厚 度为 0.5 微米至 2 微米之间,典型值是 1.5微米,金属条的厚度为 0. 1 微 米至 1 微米之间,典型值为 0.5 微米,所述热阻层 为厚度 0. 1 微米至 0.5 微米的氧化硅层,典型值是 0.2 微米,用于隔绝环境温度对冷端的影响。
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