红外传感器及形成方法与流程

本发明涉及半导体，尤其是涉及一种红外传感器及形成方法。

背景技术：

1、红外传感器按照工作原理，可大致分为红外热探测器和红外光子探测器。红外热电堆探测器属于红外热传感器，其通过吸收红外辐射转化为热量，并利用塞贝克效应，在多个串联的热电偶对的起始和末端之间形成温差电动势，通过测量这个电压信号，即可推算出红外辐射强度。

2、热电堆探测器具有原理简单、使用方便（无需制冷、无需斩波器、无需偏置电压、工作波谱范围广、非接触式测量）、成本低（工艺与cmos兼容）等优势，在红外传感器市场中占有非常多的份额。其制作基于mems工艺，并可与cmos工艺兼容，广泛应用于非接触式温度测量、ndir气体分析、热成像等应用。包括ndir在内的所有种类的气体探测与分析系统，可以按照气体采样方式分为扩散式与泵吸式。扩散式气体传感器依靠待测目标气体的浓度梯度自然扩散的原理工作，因气体扩散到探测器气室需要一定过程，系统响应受限于此扩散过程所需时间；泵吸式气体传感器内置气泵，通过产生负压主动抽取检测环境中的气体样本。泵吸式气体传感器因主动抽取气体且强制气流循环，系统响应速度更快，采样更精准，精度更高，也更适配复杂场景。

3、然而，在使用热电堆作为敏感元件的气体分析或温度测量系统时，作为系统的核心元件的热电堆探测器也非常容易受到测量环境中粉尘颗粒/气溶胶的吸附、沉积或玷污，进而影响测量精度甚至导致测量系统的失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种红外传感器及形成方法，可以清洁测量环境中的粉尘颗粒和气溶胶，防止热电堆探测器和滤光片受到粉尘颗粒和气溶胶的污染，从而可以提高测量精度和使用寿命。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种红外传感器的形成方法，包括：

3、提供第一基板，所述第一基板包括相对的正面和背面，将所述第一基板分为电极区、出气口区和滤光区，所述电极区和出气口区围绕于所述滤光区的周围；

4、在所述电极区的第一基板正面形成压电薄膜以及位于所述压电薄膜下方的第一基板内的第一空腔；

5、在所述滤光区的第一基板内形成滤光窗和位于所述滤光窗上的滤光片；

6、从所述出气口区的第一基板正面形成贯穿至背面的出气口；

7、提供第二基板，所述第二基板包括相对的正面和背面，在所述第二基板正面形成热电堆探测器；

8、分别形成贯穿第二基板正面和背面的第二空腔和第三空腔，所述第三空腔的侧面与第二空腔连通；

9、提供第三基板，所述第三基板包括相对的正面和背面，从所述第三基板的正面形成贯穿至背面的进气口；

10、将所述第一基板的背面和第二基板的正面键合，所述第一空腔对准第二空腔，所述第三空腔对准出气口，所述热电堆探测器对准滤光窗，将所述第二基板的背面和第三基板的正面键合，所述进气口对准第二空腔和第三空腔。

11、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，还包括：在所述压电薄膜的下方和上方均形成电极，以及，在所述第一空腔两侧的第一基板区内形成与所述电极分别连接的导电柱。

12、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，还包括：在所述第二基板正面形成pmut激励电路，键合后，所述pmut激励电路通过所述导电柱与所述电极分别连接。

13、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，还包括：在所述第二基板正面形成与所述热电堆探测器连接的热电堆信号调理电路。

14、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，还包括：从所述出气口区的第一基板正面形成贯穿至背面的出气口时，在靠近背面的出气口处形成第一阀片。

15、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，还包括：在所述第三基板的正面形成贯穿至背面的进气口时，在靠近正面的进气口处形成第二阀片。

16、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，在形成第一电极之前，还包括：在所述电极区和所述出气口区的第一基板正面形成二氧化硅层。

17、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，在形成第二电极之后，还包括：在滤光区的第一基板的正面和第二电极上形成减反膜。

18、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，在所述第二基板分别形成贯穿正面和背面的第二空腔和第三空腔之后，还包括：在所述热电堆探测器下方的第二基板内形成释放空腔。

19、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，在所述释放空腔内形成吸气剂。

20、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，所述第三空腔在纵截面上包括从下至上并连通的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均为上窄下宽的梯形形状，第二部分的底面宽度小于第一部分顶面宽度。

21、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，当所述出气口处具有第一阀片时，所述第三空腔在纵截面上包括从下至上并连通的第一部分和第二部分以及位于第二部分顶端两侧并与所述第二部分连通的第三部分，第一部分为上窄下宽的梯形形状，第二部分为长方形形状，第三部分为凹状缺口形状。

22、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，所述进气口在纵截面上包括第一部分以及位于第一部分顶端两侧并与所述第一部分连通的第二部分，第一部分为上窄下宽的梯形形状，第二部分为凹状缺口形状。

23、可选的，在所述的红外传感器的形成方法中，在所述第二基板正面形成红外传感器的热电堆探测器之后，还包括：

24、在所述第二基板的背面形成第一复合膜层。

25、本发明还提供了一种使用上述所述的红外传感器的形成方法形成的红外传感器，包括：

26、第一基板，所述第一基板包括相对的正面和背面，将所述第一基板分为电极区、出气口区和滤光区，所述电极区和出气口区围绕于所述滤光区的周围；

27、位于所述电极区的第一基板正面的压电薄膜以及位于所述压电薄膜下方的第一基板内的第一空腔；

28、位于所述滤光区的第一基板内的滤光窗和位于所述滤光窗上的滤光片，所述出气口区的第一基板正面设置有贯穿至背面的出气口；

29、第二基板，所述第二基板包括相对的正面和背面，位于所述第二基板正面的热电堆探测器；

30、贯穿所述第二基板正面和背面的第二空腔和第三空腔，所述第三空腔的侧面与第二空腔连通；

31、第三基板，所述第三基板包括相对的正面和背面，所述第三基板的正面设置有贯穿至背面的进气口；

32、所述第一基板的背面键合在所述第二基板的正面，所述第一空腔对准第二空腔，所述第三空腔对准出气口，所述热电堆探测器对准滤光窗，所述第二基板的背面键合在第三基板的正面，所述进气口对准第二空腔和第三空腔。

33、在本发明提供的红外传感器及形成方法中，本发明通过改变压电薄膜的形状，使得压电薄膜向外凸起，从而通过第一空腔、第二空腔从进气口吸入气体。然后，继续改变压电薄膜的形状，使得压电薄膜向内凹陷，通过第三空腔到出气口排出气体。从而通过自身的结构形成流通的空气，清洁测量环境中的粉尘颗粒和气溶胶，防止了热电堆探测器和滤光片受到粉尘颗粒和气溶胶的污染，提高了测量精度并延长了使用寿命。