本發(fā)明屬于硅微機(jī)械傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著MEMS技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于MEMS微機(jī)械加工技術(shù)制作的紅外探測(cè)器以其尺寸小、價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于非接觸測(cè)溫、紅外預(yù)警等領(lǐng)域。熱堆紅外探測(cè)器相比于其他類型的紅外探測(cè)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如可在室溫下工作，無(wú)需制冷設(shè)備；具有自激勵(lì)產(chǎn)生信號(hào)的特點(diǎn)，無(wú)需施加額外的偏置電壓/電流，避免自加熱效應(yīng)的同時(shí)保證了低功耗；可以在不加斬波器的情況在實(shí)現(xiàn)對(duì)趨于靜態(tài)的紅外信號(hào)的直接測(cè)量。近年來(lái)熱堆探測(cè)器陣列的發(fā)展進(jìn)一步拓寬了熱堆紅外探測(cè)器的應(yīng)用范圍，同時(shí)也促使熱堆紅外探測(cè)器沿著更小型化、更低成本、更高性能方向發(fā)展。

傳統(tǒng)的熱堆探測(cè)器通常在介質(zhì)薄膜上淀積多晶硅/金屬制作熱偶對(duì)，然后通過(guò)背面硅各向異性濕法腐蝕的方法在介質(zhì)薄膜下方形成空腔以增加熱阻。該方案雖然制作工藝簡(jiǎn)單，但存在尺寸較大、需要雙面加工的問(wèn)題，同時(shí)多晶硅較低的賽貝克系數(shù)和較高的電阻率也限制了熱堆探測(cè)器性能的提升。相比于多晶硅，單晶硅具有更大的賽貝克系數(shù)和更低的電阻率，因此采用單晶硅作為熱電材料將有助于熱堆探測(cè)器性能的提升。1988年P(guān).M.SARRO等首先在p型硅片上通過(guò)外延的方法生長(zhǎng)n型單晶硅薄膜，然后在外延層上通過(guò)摻雜形成p型硅作為熱電材料(鋁作為另一種熱電材料)，然后在硅背面各項(xiàng)異性濕法腐蝕工藝中通過(guò)電化學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)腐蝕自停止，由此在外延單晶硅薄膜下形成空腔，然后在硅片正面通過(guò)等離子刻蝕形成由外延單晶硅材料構(gòu)成的懸臂梁，該懸臂梁的一端涂覆黑漆作為紅外吸收層，另一端包含p型硅/鋁熱偶對(duì)。[Sarro PM,Yashiro H,Vanherwaarden AW,Middelhoek S.AN INTEGRATED THERMAL INFRARED SENSING ARRAY.Sensors and Actuators 1988,14(2):191-201]。該方法雖然成功的將單晶硅用作熱電材料，但仍存在以下問(wèn)題：(1)通過(guò)外延的方法制作單晶硅薄膜不僅成本較高而且其外延層的質(zhì)量總是不如原始的單晶硅，因此會(huì)對(duì)成品率帶來(lái)不利影響；(2)作為熱電材料的p-單晶硅制作在10um厚的懸臂梁(n型外延硅層)上，熱量很快地通過(guò)該懸臂梁散失，導(dǎo)致器件的靈敏度較低；(3)紅外吸收材料采用黑漆，與標(biāo)準(zhǔn)IC工藝不兼容；(4)采用硅背面各項(xiàng)異性濕法腐蝕工藝，器件尺寸較大。為了實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)IC工藝兼容的基于單晶硅的高靈敏度熱電堆探測(cè)器，1994年M.Muller等利用SOI硅片加工制作了以p+-單晶硅和n-多晶硅作熱電材料的熱電堆探測(cè)器，這種方法制作的熱電堆探測(cè)器雖然具有突出的性能和良好的IC兼容，但是仍存在以下不足：(1)需要使用SOI硅片，成本較高；(2)從背面采用各向異性濕法腐蝕的方法形成介質(zhì)薄膜下方空腔，器件尺寸較大并且需要進(jìn)行雙面套刻。2014年R.Hopper利用SOI硅片加工制作了以p+-單晶硅和n+-單晶硅作熱電材料的熱堆探測(cè)器，從硅片背面利用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)的方法形成介質(zhì)薄膜下方空腔，該方法可以有效減小器件尺寸，但仍存在以下問(wèn)題：(1)使用SOI硅片，硅片成本較高；(2)需要用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)刻穿整個(gè)硅片，工藝成本很高；(3)需要雙面套刻。

為了兼顧小型化、低成本和高性能，本發(fā)明提出了一種新型的在(111)硅片上制作的采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法。采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆主要包括一塊低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜和多對(duì)采用單晶硅作為熱偶材料的熱偶對(duì)。其中，低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜懸浮于結(jié)構(gòu)中央，多對(duì)采用單晶硅作為熱偶材料的熱偶對(duì)環(huán)繞在吸收膜四周。單晶硅/鋁熱偶對(duì)由一根單晶硅梁和制作在其上方的另一種熱偶材料組成，其一端與吸收膜相連，另一端與一塊低應(yīng)力氮化硅支撐膜相連，并通過(guò)支撐膜連接到襯底。所述熱堆結(jié)構(gòu)采用單晶硅作為熱偶材料，相較目前常用的多晶硅具有更高的塞貝克系數(shù)和更低的電阻率，可實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度。同時(shí)利用單晶硅梁支撐懸浮的紅外吸收膜，既滿足了熱堆的絕熱性要求，同時(shí)也具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。本發(fā)明的熱堆結(jié)構(gòu)采用單硅片單面加工的加工方法，尺寸小，成本低，適合大批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用單晶硅作為熱偶材料的熱堆尺寸大、加工困難、成本高等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種梁膜結(jié)構(gòu)，所述梁膜結(jié)構(gòu)至少包括：?jiǎn)尉Ч枰r底、多根單晶硅梁、紅外吸收膜以及支撐膜；

所述多根單晶硅梁懸空于所述單晶硅襯底表面；所述紅外吸收膜制作于所述多根單晶硅梁表面一端；所述支撐膜制作于所述多根單晶硅梁另一端表面，并通過(guò)所述支撐膜將所述多根單晶硅梁連接至所述單晶硅襯底。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述多根單晶硅梁環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜周?chē)?/p>

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述單晶硅襯底為(111)單晶硅襯底。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述紅外吸收膜制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的中心位置，所述支撐膜制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的邊緣位置，所述紅外吸收膜和支撐膜均為低應(yīng)力氮化硅。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述紅外吸收膜的厚度范圍為0.5～2μm。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述單晶硅梁的厚度范圍為1～10μm。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述多根單晶硅梁的懸空高度范圍為10～100μm。

本發(fā)明還提供一種所述梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括：

1)提供一單晶硅片，刻蝕所述單晶硅片一表面形成多個(gè)隔離槽；

2)在所述隔離槽中填充第一絕緣材料層；

3)在所述單晶硅片表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜和支撐膜；

4)在所述單晶硅片表面形成第二絕緣材料層，刻蝕在所述單晶硅片中形成釋放槽；

5)通過(guò)所述釋放槽，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜，同時(shí)未被腐蝕的所述單晶硅片頂部形成單晶硅梁，剩余的所述單晶硅片形成單晶硅襯底；

6)去除所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層，形成梁膜結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法一種優(yōu)化的方案，所述隔離槽與所述單晶硅梁等高。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟5)中利用TMAH或KOH腐蝕液進(jìn)行橫向選擇性自停止腐蝕。

作為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的一種優(yōu)化的方案，所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層為氧化硅。

本發(fā)明還提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)，所述單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)至少包括：

上述梁膜結(jié)構(gòu)、接觸孔、第三絕緣材料層以及熱電材料層；

所述接觸孔制作于所述紅外吸收膜和支撐膜中；第三絕緣材料層形成于所述單晶硅梁表面以實(shí)現(xiàn)電絕緣；所述熱電材料層形成于所述第三絕緣材料層表面，并且所述熱電材料層通過(guò)所述接觸孔與所述單晶硅梁兩端接觸；所述單晶硅梁和熱電材料層形成熱偶對(duì)。

作為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)化的方案，所述熱電材料層為Al、Au或者多晶硅。

本發(fā)明再提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括：

1)提供一單晶硅片，刻蝕所述單晶硅片一表面形成多個(gè)隔離槽；

2)在所述隔離槽中填充第一絕緣材料層；

3)在所述單晶硅片表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜和支撐膜，并在所述紅外吸收膜和支撐膜中形成接觸孔；

4)在所述單晶硅片表面形成第二絕緣材料層，刻蝕在所述單晶硅片中形成釋放槽；

5)通過(guò)所述釋放槽，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜，同時(shí)未被腐蝕的所述單晶硅片頂部形成單晶硅梁，剩余的所述單晶硅片形成單晶硅襯底；

6)去除所述第一絕緣材料層和第二絕緣材料層；

7)在所述單晶硅梁表面形成第三絕緣材料層以實(shí)現(xiàn)電絕緣；

8)刻蝕去除所述接觸孔中的第三絕緣材料層，在剩余的所述第三絕緣材料層、紅外吸收膜、支撐膜表面及接觸孔中形成熱電材料層，所述單晶硅梁和熱電材料層形成熱偶對(duì)。

如上所述，本發(fā)明的一種包含梁膜結(jié)構(gòu)的單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)及其制作方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明創(chuàng)新性地通過(guò)在(111)硅片上實(shí)現(xiàn)的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來(lái)釋放熱堆的懸浮結(jié)構(gòu)(包括紅外吸收膜與熱偶對(duì))，無(wú)需使用SOI硅片或電化學(xué)腐蝕自終止即可實(shí)現(xiàn)單硅片單面加工的制造工藝，解決了傳統(tǒng)的單晶硅紅外熱堆制造工藝需要使用SOI硅片或電化學(xué)腐蝕自終止的工藝難題，實(shí)現(xiàn)了單硅片單面加工的單晶硅紅外熱堆制造，具有尺寸小、靈敏度高、工藝簡(jiǎn)單、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于紅外成像、非接觸測(cè)溫等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1a～圖1f為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的制作方法的結(jié)構(gòu)半剖視流程圖。

圖2a～圖2h為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法的結(jié)構(gòu)半剖視流程圖。

圖3為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4為圖3沿虛線部分的剖視圖。

圖5為本發(fā)明梁膜結(jié)構(gòu)的立體剖面圖。

圖6為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖7為圖6沿虛線部分的剖視圖。

圖8為本發(fā)明單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的立體剖面圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1 單晶硅片

2 隔離槽

3 第一絕緣材料層

4 紅外吸收膜

5 支撐膜

6 接觸孔

7 第二絕緣材料層

8 釋放槽

9 單晶硅梁

10 單晶硅襯底

11 第三絕緣材料層

12 熱電材料層

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱附圖。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

如圖1a～圖1f所示，本實(shí)施例提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟：

首先執(zhí)行步驟1)，如圖1a所示，提供一單晶硅片1，刻蝕所述單晶硅片1一表面形成多個(gè)隔離槽2。

作為示例，所述單晶硅片1為N型或P型(111)單面(或雙面)的拋光硅片。本實(shí)施例采用P型單晶硅片1，厚度為450μm，軸偏切0±0.1°。

作為示例，采用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝在所述單晶硅片的正面刻蝕出隔離槽2。所述隔離槽2用于隔離后續(xù)制作形成的兩根相鄰的單晶硅梁9。所述隔離槽2的走向定義出單晶硅梁9的形狀，所述隔離槽2的寬度定義相鄰兩根單晶硅梁9、或者單晶硅梁9與釋放槽8間的距離，所述隔離槽2的深度定義單晶硅梁9的厚度，即所述隔離槽2與所述單晶硅梁9等高。

作為示例，所述隔離槽2的寬度范圍為0.5～5μm，所述隔離槽2的深度范圍為1～10μm。本實(shí)施例中，刻蝕出的所述隔離槽2的寬度和深度為2μm，隔離槽2之間的間距為3μm。

需要說(shuō)明的是，附圖1a～圖1f是從結(jié)構(gòu)中心到邊緣的半剖視圖，并且附圖右側(cè)為結(jié)構(gòu)中心，左側(cè)為結(jié)構(gòu)左邊緣。

其次執(zhí)行步驟2)，如圖1b所示，在所述隔離槽2中填充第一絕緣材料層3。

作為示例，在所述隔離槽2中填充氧化硅作為第一絕緣材料層3，并采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述隔離槽以外區(qū)域單晶硅片1上方的氧化硅。

然后執(zhí)行步驟3)，如圖1c所示，在所述單晶硅片1表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，采用RIE刻蝕工藝刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度范圍為0.5～2μm。本實(shí)施例中，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度為1.2μm。

作為示例，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均為低應(yīng)力氮化硅薄膜。

作為示例，如圖3所示，所述紅外吸收膜4制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的中心位置，并且所述紅外吸收膜4形狀呈正六邊形(邊長(zhǎng)為24μm)。所述支撐膜5制作在所述梁膜結(jié)構(gòu)的邊緣位置，用于連接單晶硅梁9和單晶硅襯底10。

接著執(zhí)行步驟4)，如圖1d所示，在所述單晶硅片1表面形成第二絕緣材料層7，刻蝕在所述單晶硅片1中形成釋放槽8。

如圖4所示，先在所述單晶硅片1表面進(jìn)行熱氧化形成一層氧化硅作為第二絕緣材料層7。本實(shí)施例中，該氧化硅層為100nm。再利用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝刻蝕出釋放槽。優(yōu)選地，刻蝕出的釋放槽8，其中一個(gè)在紅外吸收膜4下方的單晶硅片1中，另一個(gè)在隔離槽2間的單晶硅片1中。

作為示例，所述釋放槽8的深度范圍為10～100μm。本實(shí)施例中，所述釋放槽8的深度為50μm。所述釋放槽8的深度定義了紅外吸收膜4與單晶硅梁9的懸浮高度。所述釋放槽8沿<110>晶向排布。

接著執(zhí)行步驟5)，如圖1e所示，通過(guò)所述釋放槽8，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜4，同時(shí)未被腐蝕的所述單晶硅片1頂部形成懸空的單晶硅梁9，剩余的所述單晶硅片1形成單晶硅襯底10。

作為示例，所述腐蝕液采用TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液，利用TMAH溶液中(111)硅片的橫向選擇性自停止腐蝕釋放低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4以及單晶硅梁9。本實(shí)施例中，利用溶度為25％的TMAH腐蝕溶液，在80℃溫度條件下腐蝕釋放應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4及單晶硅梁9，腐蝕時(shí)間2小時(shí)。

需要說(shuō)明的是，所述單晶硅梁9是作為熱偶對(duì)中的其中一種熱偶材料，所述單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。如圖3所示，本實(shí)施例中，設(shè)置六根多晶硅梁9圍繞所述紅外吸收膜4，單晶硅梁9的寬度為3μm、厚度為2μm、長(zhǎng)度為130μm。

本實(shí)施例利用(111)單晶硅的各向異性濕法腐蝕特性，通過(guò)紅外吸收膜以及單晶硅梁下方的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來(lái)釋放，從而實(shí)現(xiàn)懸浮效果。

接著執(zhí)行步驟6)，如圖1f所示，去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7。

作為示例，采用BOE溶液(49％HF溶液與40％NH₄F溶液按1:6體積比混合)腐蝕去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7，從而實(shí)現(xiàn)相鄰兩根單晶硅梁9間的熱隔離。

如附圖1f、圖3～圖5所示，本實(shí)施例還提供一種梁膜結(jié)構(gòu)，所述梁膜結(jié)構(gòu)由上述制作方法所制作形成，至少包括以下結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉Ч枰r底10、多根單晶硅梁9、紅外吸收膜4以及支撐膜5。所述多根單晶硅梁9懸空于所述單晶硅襯底10表面；所述紅外吸收膜4制作于所述多根單晶硅梁9表面一端；所述支撐膜5制作于所述多根單晶硅梁9另一端表面，并通過(guò)所述支撐膜5將所述多根單晶硅梁9連接至所述單晶硅襯底10。

作為示例，所述單晶硅襯底10為(111)單晶硅襯底；所述多根單晶硅梁9環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜4周?chē)Ｋ鰡尉Ч枇?的根數(shù)根據(jù)具體設(shè)計(jì)來(lái)定。本實(shí)施例中，所述紅外吸收膜4呈六邊形，位于結(jié)構(gòu)中心位置，設(shè)置六根單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。所述支撐膜5制作在結(jié)構(gòu)的邊緣位置，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均采用低應(yīng)力氮化硅。

作為示例，所述紅外吸收膜4的厚度范圍為0.5～5μm；所述單晶硅梁9的厚度范圍為1～10μm；所述多根單晶硅梁9的懸空高度范圍為10～100μm。

實(shí)施例二

如圖2a～圖2h所示，本實(shí)施例提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟：

首先執(zhí)行步驟1)，如圖2a所示，提供一單晶硅片1，刻蝕所述單晶硅片1一表面形成多個(gè)隔離槽2。

作為示例，所述單晶硅片1為N型或P型(111)單面(或雙面)的拋光硅片。本實(shí)施例采用P型單晶硅片1，厚度為450μm，軸偏切0±0.1°。

作為示例，采用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝在所述單晶硅片的正面刻蝕出隔離槽2。所述隔離槽2用于隔離后續(xù)制作形成的兩根相鄰的單晶硅梁9。所述隔離槽2的走向定義出單晶硅梁9的形狀，所述隔離槽2的寬度定義相鄰兩根單晶硅梁9、或者單晶硅梁9與釋放槽8間的距離，所述隔離槽2的深度定義單晶硅梁9的厚度，即所述隔離槽與所述單晶硅梁等高。

作為示例，所述隔離槽2的寬度范圍為0.5～5μm，所述隔離槽2的深度范圍為1～10μm。本實(shí)施例中，刻蝕出的所述隔離槽2的寬度和深度為2μm，隔離槽2之間的間距為3μm。

需要說(shuō)明的是，附圖2a～圖2h是從結(jié)構(gòu)中心到邊緣的半剖視圖，并且附圖右側(cè)為結(jié)構(gòu)中心，左側(cè)為結(jié)構(gòu)左邊緣。

其次執(zhí)行步驟2)，如圖2b所示，在所述隔離槽2中填充第一絕緣材料層3。

作為示例，在所述隔離槽2中填充氧化硅作為第一絕緣材料層3，并采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝去除所述隔離槽以外區(qū)域單晶硅片1上方的氧化硅。

然后執(zhí)行步驟3)，如圖2c所示，在所述單晶硅片1表面淀積一薄膜層，刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5，并在所述紅外吸收膜4和支撐膜5中形成接觸孔6。

作為示例，采用RIE刻蝕工藝刻蝕所述薄膜層形成紅外吸收膜4和支撐膜5。

作為示例，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度范圍為0.5～2μm。本實(shí)施例中，所述紅外吸收膜和支撐膜的厚度為1.2μm。

作為示例，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均為低應(yīng)力氮化硅薄膜。

所述紅外吸收膜4制作在熱堆的中心位置，并且所述紅外吸收膜4形狀呈正六邊形(邊長(zhǎng)為24μm)。所述支撐膜5制作在熱堆的邊緣位置，用于連接熱偶對(duì)的一端與單晶硅襯底10。

在所述紅外吸收膜4和支撐膜5中形成的接觸孔6的形狀與尺寸不限，后續(xù)形成的熱電材料層12(如Al線)可以通過(guò)所述接觸孔6與單晶硅梁9接觸。

接著執(zhí)行步驟4)，如圖2d所示，在所述單晶硅片1表面形成第二絕緣材料層7，刻蝕在單晶硅片1中形成釋放槽8。

如圖4所示，先在所述單晶硅片1表面進(jìn)行熱氧化形成一層氧化硅作為第二絕緣材料層7。本實(shí)施例中，該氧化硅層為100nm。再利用深反應(yīng)離子刻蝕(Deep-RIE)工藝刻蝕出釋放槽。優(yōu)選地，刻蝕出的釋放槽8，其中一個(gè)在紅外吸收膜4下方的單晶硅片1中，另一個(gè)在隔離槽2間的單晶硅片1中。

作為示例，所述釋放槽8的深度范圍為10～100μm。本實(shí)施例中，所述釋放槽8的深度為50μm。所述釋放槽8的深度定義了紅外吸收膜4與單晶硅梁9的懸浮高度。所述釋放槽8沿<110>晶向排布。

接著執(zhí)行步驟5)，如圖2e所示，通過(guò)所述釋放槽8，利用腐蝕液橫向選擇性自停止腐蝕釋放所述紅外吸收膜4，同時(shí)未被腐蝕的所述單晶硅片1頂部形成單晶硅梁9，剩余的所述單晶硅片1形成單晶硅襯底10。

作為示例，所述腐蝕液采用TMAH(四甲基氫氧化銨)或KOH溶液。本實(shí)施例中，利用TMAH溶液中(111)硅片的橫向選擇性自停止腐蝕釋放低應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4以及單晶硅梁9。本實(shí)施例中，利用溶度為25％的TMAH腐蝕溶液，在80℃溫度條件下腐蝕釋放應(yīng)力氮化硅紅外吸收膜4及單晶硅梁9，腐蝕時(shí)間2小時(shí)。

需要說(shuō)明的是，所述單晶硅梁9是作為熱偶對(duì)中的其中一種熱偶材料，所述單晶硅梁9沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。如圖6所示，本實(shí)施例中，設(shè)置六根多晶硅梁9圍繞所述紅外吸收膜4，單晶硅梁9的寬度為3μm、厚度為2μm、長(zhǎng)度為130μm。

利用(111)單晶硅的各向異性濕法腐蝕特性，通過(guò)紅外吸收膜以及單晶硅梁下方的單晶硅的橫向選擇性自停止腐蝕來(lái)釋放，從而實(shí)現(xiàn)懸浮效果，避免了傳統(tǒng)制作單晶硅熱堆所采用的SOI硅片或者電化學(xué)腐蝕自終止工藝所帶來(lái)的種種問(wèn)題。

接著執(zhí)行步驟6)，如圖2f所示，去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7。

作為示例，采用BOE溶液(49％HF溶液與40％NH₄F溶液按1:6體積比混合)腐蝕去除所述第一絕緣材料層3和第二絕緣材料層7，從而實(shí)現(xiàn)相鄰兩根單晶硅梁9間的熱隔離。

再執(zhí)行步驟7)，如圖2g所示，在所述單晶硅梁9表面形成第三絕緣材料層11以實(shí)現(xiàn)電絕緣。

作為示例，通過(guò)熱氧化工藝，在所述單晶硅梁9表面形成一層薄氧化硅(100nm)作為第三絕緣材料層11以實(shí)現(xiàn)電絕緣。

最后執(zhí)行步驟8)，如圖2h所示，刻蝕去除所述接觸孔中的第三絕緣材料層11，在剩余的所述第三絕緣材料層11、紅外吸收膜4、支撐膜5表面及接觸孔6中形成熱電材料層12，所述單晶硅梁9和熱電材料層12形成熱偶對(duì)。

作為示例，利用RIE刻蝕工藝刻蝕去除所述接觸孔6中的第三絕緣材料層11。

形成的所述熱偶對(duì)，其一端與紅外吸收膜4相連，另一端與所述支撐膜5相連，并通過(guò)所述支撐膜5連接至單晶硅襯底10。

作為示例，所述熱電材料層12為包括但不限于Al、Au或者多晶硅等材料。本實(shí)施例中，所述熱電材料層12為Al線，用作熱偶材料及引線。

如附圖2h、圖6～圖8所示，本實(shí)施例還提供一種單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)，所述單晶硅紅外熱堆結(jié)構(gòu)由上述制作方法所制作形成，至少包括以下結(jié)構(gòu)：實(shí)施例一中提供的梁膜結(jié)構(gòu)、接觸孔6、第三絕緣材料層11以及熱電材料層12。

其中，所述梁膜結(jié)構(gòu)包括單晶硅襯底10、多根單晶硅梁9、紅外吸收膜4以及支撐膜5；所述多根單晶硅梁9懸空于所述單晶硅襯底10表面；所述紅外吸收膜4制作于所述多根單晶硅梁9表面一端；所述支撐膜5制作于所述多根單晶硅梁9另一端表面，并通過(guò)所述支撐膜5將所述多根單晶硅梁9連接至所述單晶硅襯底10。

所述接觸孔6制作于所述紅外吸收膜4和支撐膜5中；第三絕緣材料層11形成于所述單晶硅梁9表面以實(shí)現(xiàn)電絕緣；所述熱電材料層12形成于所述第三絕緣材料11層表面，并且所述熱電材料層12通過(guò)所述接觸孔6與所述單晶硅梁9兩端接觸；所述單晶硅梁9和熱電材料層12形成熱偶對(duì)。

作為示例，所述單晶硅襯底10為(111)單晶硅襯底；所述多根單晶硅梁9環(huán)繞設(shè)置在所述紅外吸收膜4周?chē)?。所述單晶硅?的根數(shù)根據(jù)熱堆結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)來(lái)定。本實(shí)施例中，如圖6所示，所述紅外吸收膜4呈六邊形，位于熱堆的中心位置，設(shè)置六根單晶硅梁9(作為其中一種熱偶材料)沿<110>晶向圍繞所述紅外吸收膜4。所述支撐膜5制作在熱堆的邊緣位置，所述紅外吸收膜4和支撐膜5均采用低應(yīng)力氮化硅。

作為示例，所述紅外吸收膜4的厚度范圍為0.5～2μm；所述單晶硅梁9的厚度范圍為1～10μm；所述多根單晶硅梁9的懸空高度范圍為10～100μm。

作為示例，所述第三絕緣材料層11為氧化硅，所述熱電材料層12包括但不限于Al、Au或者多晶硅等材料。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。