(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210855664.0 (22)申请日 2022.07.21 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115078290 A (43)申请公布日 2022.09.20 (73)专利权人 无锡芯感智半导体有限公司 地址 214000 江苏省无锡市滨湖区建 筑西 路777号A10幢3层裙楼北侧 (72)发明人 杨绍松　刘同庆　曹锦云　 (74)专利代理 机构 无锡盛阳专利商标事务所 (普通合伙) 32227 专利代理师 顾朝瑞 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01)C23C 28/04(2006.01) C30B 28/12(2006.01) C30B 29/06(2006.01) C30B 33/00(2006.01) C23C 14/35(2006.01) C23C 14/16(2006.01) C23C 16/34(2006.01) C23C 16/40(2006.01) 审查员 翁永超 (54)发明名称 一种适于NDIR原理气体传感器芯片及其制 备方法 (57)摘要 本发明提供了一种适于NDIR原理气体传感 器芯片及其制备方法， 其将微凸透镜与NDIR红外 气体传感器芯片在芯片制造过程中就进行集成， 使得微凸透镜能够很好的汇聚聚集红外光的能 量在红外检测芯片的敏感区域， 提升了芯片输 出， 进而提升了整个传感器的气体探测灵敏度， 其特征在于： 其包括芯片本体和微凸透镜， 所述 芯片本体和微凸透镜通过光学胶粘剂固定在一 起， 所述微凸透镜的圆弧面位于芯片本体的黑色 吸光层上方。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 115078290 B 2022.11.04 CN 115078290 B 1.一种适于NDIR原 理气体传感器芯片， 其特征在于： 其包括芯片本体和微凸透镜， 所述 芯片本体和微凸透镜通过光学胶粘剂固定在一起， 所述微凸透镜的圆弧面位于 芯片本体的 黑色吸光层上 方； 所述芯片本体包括衬底， 所述衬底上表面设置有支撑层； 所述支撑层上设置有热电偶堆和电极PAD； 所述热电偶堆包括若干个热电偶对， 每个所 述热电偶对从上至下依次包括金属铝上层热电偶、 氧化硅层和N型多晶硅下层热电偶， 所述 N型多晶硅下层热电偶和相邻的热电偶对的金属铝上层热电偶通过靠近冷端的冷端连接通 孔连接， 同一个所述热电偶对中金属铝上层热电偶和 N型多晶硅下层热电偶通过靠近热端 的热端连接通 孔连接； 所述热电偶 堆上表面设置有顶部氧化层， 所述顶部氧化层的上表面设置有氮化硅吸收 钝化层， 所述氮化硅吸 收钝化层与金属铝上层热电偶通过靠 近热端的热导 通通孔连接； 所述氮化硅吸 收钝化层的上表面在热端设置有黑色吸光层。 2.根据权利要求1的一种适于NDIR原理气体传感器芯片， 其特征在于： 所述支撑层从下 至上依次包括第一氧化硅支撑层、 氮化硅支撑层和第二氧化硅支撑层。 3.根据权利要求1的一种适于NDIR原理气体传感器芯片， 其特征在于： 所述电极PAD的 上表面未被覆盖 。 4.根据权利要求1的一种适于NDIR原理气体传感器芯片， 其特征在于： 所述黑色吸光层 的表面粗糙化形成表面 粗糙化黑色吸光层。 5.根据权利要求1的一种适于NDIR原理气体传感器芯片， 其特征在于： 所述衬底在热端 设置有背面释放腔， 所述背面释放腔刻蚀图形四边进行倒圆角处 理。 6.基于权利要求1 ‑5中任意一项所述的适于NDIR原理气体传感器芯片的制备方法， 其 特征在于： 包括以下步骤, 步骤1、 制备微凸透 镜； 步骤2、 制备芯片本体； 步骤3、 集成所述芯片本体和微凸透 镜； 所述步骤1具体包括： 步骤1‑1、 将P型双抛硅片进行清洗处 理， 并进行减薄处 理； 步骤1‑2、 在上述硅片的上表面旋 涂一层光刻 胶； 步骤1‑3、 在圆孔光刻掩模板的约束下， 经过曝光及显影过程， 在硅片表面形成微小圆 柱体光刻 胶； 步骤1‑4、 将上述硅片倒转， 并通过支撑架将硅片固定在加热板上方进行烘烤， 使上述 微小圆柱体光刻胶在表面张力作用下自动热熔流动形成具有圆弧或近圆弧轮廓的微透镜 结构； 步骤1‑5、 通过反应离 子刻蚀完成硅微透 镜图案转移， 形成微透 镜阵列结构； 步骤1‑6、 硅片背面 通过光刻 及干法刻蚀的工艺后形成有 背腔的微透 镜阵列结构； 所述步骤2具体包括： 步骤2‑1、 将P型双抛硅片进行清洗处 理， 并进行减薄处 理； 步骤2‑2、 将上述硅片作为衬底， 在衬底上表面沉积一层第一氧化硅支撑层， 再在第一 氧化硅支撑层上表面 沉积一层氮化硅支撑层 及一层第二氧化硅支撑层；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078290 B 2步骤2‑3、 在第二氧化硅支撑层上表面溅射一层多晶硅， 再掺杂形成N型多晶硅半导体， 再光刻图形化形成N型多晶硅下层热电偶； 再在N型多晶硅下层热电偶上表面制作一层氧化 硅层， 最后进行光刻分别形成冷端连接通 孔和热端连接通 孔； 步骤2‑4、 在氧化硅层上表面进行溅射沉积一层铝， 进行光刻图形化， 形成金属铝上层 热电偶， 同时进行电连接形成连接导线结构及电极PAD， 金属铝上层热电偶和N型多晶硅下 层热电偶通过靠近热端的热端连接通孔连接， N型多晶硅下层热电偶和相邻的热电偶对的 金属铝上层热电偶通过靠近冷端的冷端连接通孔连接； 再沉积一层氧化硅用作顶部氧化 层； 然后对顶部氧化层 在热端进行光刻至金属铝上层热电偶， 形成热导 通通孔； 步骤2‑5、 在顶部沉积氮化硅吸收钝化层， 并覆盖热导通通孔， 使顶部的氮化硅吸收钝 化层与热端相连通， 形成热导通层； 再在氮化硅吸收钝化层上表面进行旋涂形成黑色光刻 胶吸光层， 并利用光刻图形化将黑色光刻胶吸光层进行刻蚀只在热端分布形成黑色吸光 层； 将电极PAD漏出； 步骤2‑6、 将黑色吸光层粗糙化， 形成表面粗糙化黑色吸光层， 最后再将衬底进行背腔 刻蚀， 在芯片本体中心热端位置形成背面释放腔， 背面释放腔刻蚀图形四边进行倒圆角处 理； 所述步骤3具体包括： 步骤3‑1、 对微凸透镜和芯片本体的胶合面进行超精密抛光， 微凸透镜的胶合面是相对 于透镜面的反面， 芯片本体的胶合 面是热敏面； 步骤3‑2、 对微凸透 镜和芯片本体进行恒温处 理； 步骤3‑3、 对微凸透 镜和芯片本体进行洁净处 理； 步骤3‑4、 将微凸透镜和芯片本体通过光学胶粘剂结合， 之后在胶合面的接触边缘外侧 涂覆一薄层光敏胶。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078290 B 3