[发明专利]集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法

说明书

公开了一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法，包括：衬底，包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于第一区域内，包括源极和漏极以及栅叠层；热电堆传感器，位于第二区域内，包括热电偶电极；层间介质层，覆盖CMOS电路和热电堆传感器；金属层，位于层间介质层上，包括第一区域内的金属互联层和第二区域内的热电堆金属层；热电偶电极位于第二区域中的多个子区域内，每个子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个子区域的第二电极层位于第一电极层上，由隔离层隔开；第一电极层通过热电堆金属层连接不同子区域的第二电极层。本申请可以降低管芯面积以及堆叠排布引起的噪声，增加热电堆传感器系统的灵敏度。

技术领域

本发明涉及红外探测技术领域，特别涉及一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法。

背景技术

MEMS(micro electro-mechanical system)又称为微机电系统，在近年来由于集成电路工艺的迅速发展，逐渐推动了MEMS技术成为越来越热门的综合性学科。MEMS技术制造的核心元件主要是负责传感、执行、信号处理、外接电路、传输、电源，最终可以形成完整的微系统被人们应用于生产和生活的各个方面。如今MEMS工艺已被广泛应用于电脑、汽车、医疗仪器和航空航天等的微芯片制造中，因为它不仅具有体积小、重量轻、可靠性高的优点，还能在持续增加芯片性能的同时降低成本，利于大批量生产，因此受到高技术产业市场的欢迎。

热电堆红外探测器是最早研究并实用化的热电型红外成像器件之一，通常由四部分组成：红外吸收体、绝热结构、热电偶以及支撑结构。红外吸收体吸收入射红外辐射，温度升高，对应热电堆的热结区，起到热隔离效果的绝热结构的热导很小，所以，热电堆的热结区升温相应增加，而热电堆的冷结区所对应的单晶硅衬底热导率较大，从而使热电堆的冷结区温度与环境温度一致。由于热电堆热结区和冷结区的温度差，导致热电偶两端由于赛贝克效应而产生电压，其值大小与红外辐射量有关，故可以通过热电堆产生的赛贝克电压来间接探测红外辐射的大小。

近年来，随着工艺条件的不断提升，利用现有的CMOS工艺制作MEMS器件，能够使成本降低，与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器也取得了较好的发展。采用微机械手段加工的MEMS热电堆红外探测器可以充分利用CMOS工艺实现与信号处理电路的单片集成，从而进一步提高性能降低成本。同时将CMOS工艺的IC与热电堆红外探测器制作在同一芯片中，易于信号读出并且提高了探测器输出信号的质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统及其制造方法，实现了热电堆传感器和信号处理电路的单片集成，采用CMOS工艺将热电堆传感器与信号处理电路制作在同一块芯片当中。

根据本发明的第一方面，提供一种集成CMOS电路的热电堆传感器系统，包括：衬底，所述衬底包括第一区域和第二区域；CMOS电路，位于所述第一区域内，包括位于衬底内的源极和漏极以及位于衬底上的栅叠层，所述栅叠层包括栅氧化层和栅极层；热电堆传感器，位于所述第二区域内，包括位于衬底上的热电偶电极；层间介质层，覆盖所述CMOS电路和所述热电堆传感器；金属层，位于所述层间介质层上，包括位于所述第一区域的金属互联层和位于所述第二区域的热电堆金属层；其中，所述热电偶电极位于所述第二区域中的多个子区域内，每个所述子区域的热电偶电极包括第一电极层和第二电极层，每个所述子区域的第二电极层位于所述第一电极层上，且由隔离层隔开；所述第一电极层通过所述热电堆金属层连接不同子区域的所述第二电极层。

优选地，所述CMOS电路和所述热电堆传感器基于CMOS工艺同时形成。

优选地，所述第一电极层和所述栅极层同时形成。

优选地，所述热电堆传感器系统还包括：场氧化层，位于所述第一区域的衬底上；支撑层，位于所述第二区域的衬底和所述第一电极层之间，与所述场氧化层同时形成。