一种MEMS红外热传感芯片的制作方法

一种mems红外热传感芯片技术领域1.本发明涉及mems(微机电系统)器件的技术领域，尤其涉及一种mems红外热传感芯片。背景技术：2.近年来，微电子技术不断发展，微电子机械系统(mems)的概念得到广泛关注。凭借mems技术，半导体材料被使用作为热电堆传感器基体，以微电子技术和半导体技术为基础，使用红外辐射原理制作，形成了mems热电堆红外传感器芯片。现有的mems红外热传感芯片在基体内部形成气腔，为了避免感应部接收辐射受热后导致气腔内气压过大，参见图3，通常在芯片与基板之间采用银胶垫高，使气腔内外气体流通。然而，芯片固晶时难以控制银胶的厚度，造成芯片一侧高、一侧低，降低了芯片的测温精度，或某一侧银胶厚度过大，直接淹没了芯片的周侧等，导致芯片固晶时难以保证平整度，降低了芯片测温精度。3.因此，有必要提供一种mems红外热传感芯片，以保证芯片安装平整度的同时，避免气腔内气体受热膨胀破坏芯片结构。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种mems红外热传感芯片，以保证芯片安装平整度的同时，避免气腔内气体受热膨胀破坏芯片结构。5.根据本发明的一方面，提供一种mems红外热传感芯片，所述芯片通过固晶膜设置于基板上，所述固晶膜在所述基板上的正投影覆盖所述芯片在所述基板上的正投影；6.所述芯片包括：7.基体，靠近所述基板的一面与所述固晶膜相连接；8.感应部，设置于所述基体的中部且背离所述基板的一面；9.气腔，自所述基体的中部且靠近所述基板的一面向背离所述基板的方向刻蚀形成；10.开窗，自所述基体的周部且靠近所述基板的一面向背离所述基板的方向刻蚀形成，至少一对所述开窗对称形成于所述基体上，并与所述气腔相连通，所述周部围绕所述中部，所述气腔被围绕于所述周部内。11.更优地，所述基体包括：12.正面，背离所述基板的一面，且所述感应部设置于所述正面；13.反面，靠近所述基板的一面，并与所述正面平行且正对，且所述反面与所述固晶膜背离所述基板的一面相连接；14.周侧，形成于所述周部背离所述中部的一侧，并位于所述正面与所述反面之间，所述周侧围成所述气腔，过所述正面中心且垂直所述正面的面记为法面，每对所述开窗沿垂直于所述法面的方向贯穿所述周侧，并以所述法面为对称面相对称。15.更优地，所述周侧包括：16.第一周侧，垂直于所述正面；17.第二周侧，与所述第一周侧正对且平行；18.第三周侧，垂直于所述正面和所述第一周侧；19.第四周侧，与所述第三周侧正对且平行；所述第一周侧、所述第二周侧、所述第三周侧和所述第四周侧围成所述气腔。20.更优地，平行所述第一周侧和所述第二周侧的法面记为第一法面，至少一对所述开窗以所述第一法面为对称面分别对称设置于所述第一周侧和所述第二周侧上。21.更优地，平行所述第三周侧和所述第四周侧的法面记为第二法面，至少一对所述开窗以所述第二法面为对称面分别对称设置于所述第三周侧和所述第四周侧上。22.更优地，每一所述开窗的第一面至所述反面的高度相同，每一所述开窗的第二面至第三面的距离相同，所述第一面为所述开窗靠近所述正面的一面，所述第二面和第三面分别垂直于所述第一面。23.更优地，刻蚀形成所述气腔与所述开窗的过程中，在所述基体的反面设置半色调掩膜，通过所述半色调掩膜分别图形化所述中部和所述周部，以在所述中部沿背离所述基板的方向刻蚀形成所述气腔，在所述周部背离所述基板的方向刻蚀形成所述开窗。24.更优地，所述感应部包括：25.热电堆，根据冷端与热端的温度差产生热电流；26.红外吸热膜，吸收外部红外辐射并作为所述热电堆的热端，所述基体作为所述热电堆的冷端；27.支撑部，形成于所述正面，所述热电堆设置于所述支撑部背离所述反面的一侧，所述红外吸热膜设置于所述支撑部靠近所述反面的一侧，且所述红外吸热膜位于所述气腔内。28.更优地，所述感应部还包括：29.第一电极和第二电极，设置于所述支撑部背离所述反面的一侧，并分别与所述热电堆电连接。30.更优地，所述热电堆包括：31.第一导电层，形成于所述支撑部背离所述反面的一侧，并与所述第一电极电连接；32.第二导电层，形成于所述第一导电层背离所述反面的一侧，并与所述第二电极电连接；33.所述第一导电层与所述第二导电层由不同的导电材料制成。34.本发明具有如下有益效果：35.通过在基体沿背离基板的方向分别刻蚀形成气腔和连通气腔内外的开窗，使得芯片气腔内的气体内外对流，避免芯片工作时，由于气腔内的气体受热膨胀，导致脆弱的红外吸热膜破裂；同时，避免气腔内的气体受热膨胀，以维持热电堆的结构稳定，保证芯片的测温精度；对比现有技术中通过银胶将芯片设置于基板上，本发明通过固晶膜将芯片设置于基板上，提高了芯片安装时的平整度，平整度越高，芯片测量温度的精度就越高；同时，对比现有技术中通过银胶将芯片设置于基板上，本发明避免了银胶厚度难以控制，造成银胶淹没芯片的周侧，或造成芯片安装不平整，影响热电堆感温精度，导致芯片测温精度下降等问题。附图说明36.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。37.图1为本发明一实施方式所述的芯片一视角结构示意图；38.图2为本发明一实施方式所述的芯片另一视角结构示意图；39.图3为本发明现有技术中芯片通过银胶安装在基板上的结构示意图；40.图4为本发明一实施方式所述的芯片通过固晶膜设置于基板上的一视角结构示意图；41.图5为本发明一实施方式所述的芯片通过固晶膜设置于基板上的另一视角结构示意图；42.图6为图4中a-a处的剖面结构示意图；43.图7为本发明一实施方式中所述的芯片立体结构示意图；44.图8为本发明一实施方式中所述的芯片通过固晶膜设置于基板上的一视角结构示意图；45.图9为本发明另一实施方式所述的芯片通过固晶膜设置于基板上的另一视角结构示意图；46.图10为本发明在基体上设置半色调掩膜的结构示意图；47.图11为本发明通过半色调掩膜刻蚀形成开窗和气腔的结构示意图；48.图12为本发明一实施方式中固晶膜在基板上的投影正好覆盖芯片在基板上投影的结构示意图；49.图13为本发明另一实施方式中固晶膜在基板上的投影正好覆盖基板表面时的结构示意图；50.附图标号说明：100、芯片；200、基板；300、固晶膜；10、基体；20、感应部；30、气腔；40、开窗；11、正面；12、反面；13、周侧；41、第一面；42、第二面；43、第三面；131、第一周侧；132、第二周侧；133、第三周侧；134、第四周侧；21、热电堆；22、红外吸热膜；14、支撑部；23、第一电极；24、第二电极；211、第一导电层；212、第二导电层；60、银胶；70、中部；80、周部；90、半色调掩膜；91、第一结构；92、第二结构；93、光致抗蚀剂；f、法面；f1、第一法面；f2、第二法面；210、表面；f3、第一方向。具体实施方式51.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施方式。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。52.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。53.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。54.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。55.请参考图1-图13，本发明一实施方式提供了一种mems红外热传感芯片100，该芯片100包括：基体10、感应部20、气腔30、开窗40。56.在一实施方式中，为了避免现有技术中，通过银胶60将芯片100与基板200相固定，导致芯片100安装不平整的情况。本实施方式中，芯片100通过固晶膜300设置于基板200上，基板200用于承载芯片100，固晶膜300设置于芯片100与基板200之间，起到固定芯片100和基板200的作用。57.具体地，银胶60为固晶胶的一种，具有胶体柔性的特质，导致银胶60作为连接剂连接芯片100与基板200时，存在厚度不易控制，难以保证芯片100固晶时的平整性等问题。本实施方式中的固晶膜300指的是具有导电性、导热性、粘附性的用于芯片100固晶的膜体，具有高度平整性的优点。现有技术中，银胶60设置在基体10底部的两侧，令垫高后的基体10在另外两侧形成与气腔30相连通的通道，从而使气腔30内的气体与外部连通，然而银胶60是胶状物，很难保证两侧的银胶60等高平齐，导致基体10的平整性难以保证。本实施方式中，通过采用固晶膜300连接芯片100和基板200，提高了芯片100安装的平整性。具体地，基体10可以采用常规的芯片衬底材料，本实施方式中，基体10由硅制成，基体10安装于基板200上，并与基板200相连接。感应部20设置于基体10背离基板200的一面，以接收来自外部的红外辐射。58.在一实施方式中，为了保证芯片100固晶时的平整性，通过将所述固晶膜300配置为：该固晶膜300在所述基板200上的正投影覆盖所述芯片100在所述基板200上的正投影。其中，正投影应当理解为沿垂直于基板200表面210的方向，即沿图6中的第一方向f3。59.具体地，固晶膜300在所述基板200上的正投影覆盖所述芯片100在所述基板200上的正投影，可以是固晶膜300在所述基板200上的正投影正好覆盖了芯片100在所述基板200上的正投影，也可以是固晶膜300在所述基板200上的正投影覆盖了整个基板200表面210；还可以是固晶膜300在所述基板200上的正投影大于且覆盖了芯片100在所述基板200上的正投影，但并未完全覆盖基板200表面210。本实施方式中，参见图12，为了保证芯片100固晶时的平整性，固晶膜300在所述基板200上的正投影正好覆盖了芯片100在所述基板200上的正投影。60.在另一实施方式中，为了便于在基板200上固晶多个芯片100，并保证多个芯片100固晶时平整度的均一性，通过将固晶膜300配置为：该固晶膜300在所述基板200上的正投影覆盖了整个基板200表面210，使得芯片100固晶时，可以灵活地将芯片100固晶于基板200表面210上的任一位置，同时，由于每一芯片100固晶采用的是同一固晶膜300，同一固晶膜300的任一位置厚度相同，因此，便于保证每一芯片100固晶时平整度的均一性。具体地，气腔30自基体10靠近基板200的一面凹陷形成，从而形成一个如图1和图2所示的未贯通基体10的凹槽，以图2的视角，可以认为感应部20位于凹槽的底部位置；61.在形成气腔30的过程中，可以自基体10靠近基板200的一面，即基体10与固晶膜300相连接的一面，沿背离基板200的方向进行刻蚀。更具体地，可以自基体10靠近基板200一面的中部70向远离基板200的方向进行刻蚀。进一步地，可以在基体10靠近基板200的一面，即在本实施方式中的反面12设置一掩膜，通过光电化学刻蚀的方法刻蚀基板200的中部70，从而凹陷形成气腔30。62.具体地，参见图1，开窗40贯穿基体10并与气腔30相连通，且至少一对所述开窗40对称形成于所述基体10上，所述周部80围绕所述中部70，所述气腔30被围绕于所述周部80内，从而，通过在基体10贯穿形成与气腔30相连通的开窗40，使得气腔30内的气体与外部对流，避免感应部20工作时吸收外红辐射，导致气腔30内气体受热膨胀，造成红外吸热膜22破裂，或降低热电堆21结构平整度，导致芯片100测温精度降低。63.本实施方式中，为了同时刻蚀形成开窗40和气腔30，开窗40包括：第一面41、第二面42、第三面43。64.具体地，第一面41自反面12向靠近正面11方向凹陷形成；第二面42形成于第一面41与反面12之间；第三面43形成于第一面41与反面12之间并与第二面42正对；第一面41与正面11相平行，第二面42和第三面43均垂直于第一面41。从而，为了便于在基体10上通过光刻蚀工艺形成开窗40，以降低加工成本，同时为了降低气流通过开窗40时造成的振动对感应部20接收红外辐射精度的影响，通过在远离感应部20的反面12刻蚀形成开窗40的第一面41，从而通过第一面41、第二面42和第三面43围成的“门”形开窗40结构，供气腔30内外的气体对流。65.在形成开窗40的过程中，可以自基体10靠近基板200的一面，即与形成气腔30过程中的同一面，沿背离基板200的方向进行刻蚀。更具体地，可以自基体10靠近基本一面的周部80向远离基板200的方向进行刻蚀。进一步地，可以在基体10靠近基板200的一面，即与形成气腔30过程中的同一面设置一掩膜，通过光电化学刻蚀的方法刻蚀基板200的周部80，从而形成于气腔30相连通的开窗40。66.进一步地，参见图10和图11，形成开窗40的过程中，可以采用与形成气腔30过程中的同一块掩膜，即采用一半色调掩膜90一次性刻蚀形成开窗40和气腔30。该半色调掩膜90在不同的区域具有不同的透光率，从而在不同区域刻蚀出不同深度的凹陷结构。本实施方式中，该半色调掩膜90上包括：对应基体10的中部70位置进行图案化以用于刻蚀形成气腔30的第一结构91，以及对应基体10的周部80位置进行图案化以用于刻蚀形成开窗40的第二结构92，本实施方式中，先在基体10的反面12涂布光致抗蚀剂93，再通过半色调掩膜90进行曝光显影，本实施方式中，第一结构91的透光率配置为80％，第二结构92的透光率配置为40％，光致抗蚀剂93依据不同的透光率形成不同强度的光阻，之后，以化学溶剂冲刷去除被刻蚀掉的部分，获得刻蚀程度不同的开窗40和气腔30。67.在一实施方式中，作为一种最优的实施方式，基体10包括：正面11、反面12、周侧13、支撑部14。68.具体地，正面11背离所述基板200的一面，且所述感应部20设置于所述正面11；反面12靠近所述基板200的一面，并与所述正面11平行且正对，且与所述固晶膜300背离所述基板200的一面相连接；周侧13，形成于所述周部80背离所述中部70的一侧，并位于所述正面11与所述反面12之间，且围成所述气腔30。将过所述正面11中心且垂直所述正面11的面记为法面f，每对所述开窗40沿垂直于所述法面f的方向贯穿所述周侧13，并以所述法面f为对称面相对称。本实施方式中，参见图1和图2，一对开窗40以法面f为对称面对称设置于基体10的两侧。69.从而，通过在周侧13形成开窗40，使得气腔30内的受热膨胀的气体沿平行感应部20的方向排出气腔30，实现气腔30内外气体对流的同时，避免气流经过开窗40时对基体10造成沿垂直感应部20方向的振动，导致感应部20接收红外辐射的精度降低。70.具体地，基体10的整体形状可以是圆柱体、长方体、或其他多边形主体中的一种。本实施方式中，基体10的整体形状为长方体，参见图1，正面11为长方体的顶面，感应部20设置于正面11上。反面12为长方体的底面，气腔30自反面12向靠近正面11的方向凹陷形成凹槽，反面12与基体10相连接，使气腔30形成密闭的空间。周侧13指的是长方体前后左右四个侧面，气腔30被围在周侧13之间。开窗40形成于周侧13上，使密闭的气腔30与外界相连通。71.在一实施方式中，作为一种最优的实施方式，周侧13包括：第一周侧131、第二周侧132、第三周侧133、第四周侧134。72.具体地，第一周侧131、第二周侧132、第三周侧133、第四周侧134分别对应长方体的前后左右四个侧面。第一周侧131垂直于正面11；第二周侧132与第一周侧131正对且平行；第三周侧133垂直于正面11和第一周侧131；第四周侧134与第三周侧133正对且平行；第一周侧131、第二周侧132、第三周侧133和第四周侧134围成气腔30。73.具体地，将平行所述第一周侧131和所述第二周侧132的法面f记为第一法面f1，至少一对所述开窗40以所述第一法面f1为对称面分别对称设置于所述第一周侧131和所述第二周侧132上。将平行所述第三周侧133和所述第四周侧134的法面f记为第二法面f2，至少一对所述开窗40以所述第二法面f2为对称面分别对称设置于所述第三周侧133和所述第四周侧134上。74.在一实施方式中，参见图7，一对开窗40以第一法面f1为对称面，对称设置于所述第一周侧131和所述第二周侧132上；另一对开窗40以所述第二法面f2为对称面，对称设置于所述第三周侧133和所述第四周侧134上。四个开窗40分别对称地设置于第一周侧131、第二周侧132、第三周侧133和第四周侧134上，使得芯片100具有良好的结构对称性，使芯片100安装于基板200的过程中更易于保证受力的均匀性，有助于提高芯片100安装的平整度。75.在一实施方式中，参见图8和图9，也可以是多对开窗40分别对称地设置于基体10上。本实施方式中，三对开窗40以第一法面f1为对称面，对称地设置于第一周侧131和第二周侧132上，另三对开窗40以第二法面f2为对称面，对称地设置于第三周侧133和第四周侧134上，使得芯片100具有良好的气体通过性，在芯片100处于高温物体测量场景中，能够避免气腔30内气体受热膨胀影响热电堆21结构，保证芯片100的测温精度。76.具体地，支撑部14形成于正面11，热电堆21设置于支撑部14背离反面12的一侧，红外吸热膜22设置于支撑部14靠近反面12的一侧，且红外吸热膜22位于气腔30内。77.具体地，本实施方式的芯片100为封闭膜式，相应地，本实施方式中的支撑部14为支撑膜，支撑膜一体成型于基体10的正面11，热电堆21设置于支撑膜背离反面12的一侧，红外吸热膜22设置于支撑膜靠近反面12的一侧，且红外吸热膜22位于气腔30内。红外吸热膜22吸收外部红外辐射，并作为热电堆21的热端，基体10作为热电堆21的冷端。热电堆21根据冷端与热端的温度差产生热电流。78.当红外吸热膜22吸收外部红外热辐射后会加热气腔30内的空气，导致气腔30内的气压升高，如果不能保持气腔30内外压差，不仅会使得支撑膜膨胀，导致红外吸热膜22的平整性被破坏，造成红外吸热膜22上不同位置吸收红外热辐射的效率不同，导致热端的热量不均匀，热电堆21产生的热电流无法准确地反映外部的物体温度，从而影响感应部20的精度。79.具体地，感应部20包括：热电堆21、红外吸热膜22、第一电极23、第二电极24、第一导电层211、第二导电层212。80.具体地，第一电极23和第二电极24设置于支撑部14背离反面12的一侧，且一端分别与热电堆21电连接，另一端分别与封装的管脚电连接。第一导电层211形成于支撑部14背离反面12的一侧，并与第一电极23电连接；第二导电层212形成于第一导电层211背离反面12的一侧，并与第二电极24电连接；第一导电层211与第二导电层212由不同的导电材料制成。第一导电层211通过将第一导电材料淀积于支撑部14上形成，第二导电层212通过将第二导电材料淀积于第一导电层211上形成。导电材料可以是电导体，也可以是半导体，本实施方式中，第一导电层211与第二导电层212为不同材料的半导体。81.本实施方式中，红外吸热膜22为金属薄膜堆叠而成，可以理解的是，红外吸热膜22还可以采用现有技术中的其他材料，例如多孔黑金属或由掺杂p型硅或者n型硅的材料制成。82.借此，通过在基体10沿背离基板200的方向分别刻蚀形成气腔30和连通气腔30内外的开窗40，使得芯片100气腔30内的气体内外对流，避免芯片100工作时，由于气腔30内的气体受热膨胀，导致脆弱的红外吸热膜22破裂；同时，避免气腔30内的气体受热膨胀，以维持热电堆21的结构稳定，保证芯片100的测温精度；对比现有技术中通过银胶60将芯片100设置于基板200上，本发明通过固晶膜300将芯片100设置于基板200上，提高了芯片100安装时的平整度，平整度越高，芯片100测量温度的精度就越高；同时，对比现有技术中通过银胶60将芯片100设置于基板200上，本发明避免了银胶60厚度难以控制，造成银胶60淹没芯片100的周侧13，或造成芯片100安装不平整，影响热电堆21感温精度，导致芯片100测温精度下降等问题。83.以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。