[發(fā)明專利]非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310030429.0
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103117287A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 余萍;陳瀟洋;王曉峰;楊春麗;胡旭;朱建國;張小山;徐尊平
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L27/144
• 分類號: H01L27/144;G01J5/20;H01L31/18
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵

1.非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，包括含讀出電路的第一基片（1），其特征在于還包括含熱隔離微橋陣列和敏感元陣列的第二基片（2），所述第一基片（1）與第二基片（2）鍵合成一體，所述熱隔離微橋陣列中的各熱隔離微橋單元以刻蝕后的第二基片（2）為橋墩，以與所述橋墩頂面緊密結合的支撐層（3）為橋面，各熱隔離微橋單元的空氣隙（11）厚度與第二基片的厚度相同；各熱隔離微橋單元的橋面上均設置有敏感元陣列，各敏感元陣列通過引線電極與第一基片上對應的讀出電路實現(xiàn)電連接。

2.根據(jù)權利要求1所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于所述第一基片（1）為硅基片，所述第二基片（2）為雙拋面硅基片，第一基片（1）與第二基片（2）通過硅-硅鍵合技術實現(xiàn)鍵合，第二基片上各敏感元陣列的下電極通過爬坡電極制作技術制作引線電極分別與第一基片上對應的讀出電路的下電極（9）連接，敏感元陣列中各敏感元的上電極（6）通過爬坡電極制作技術制作引線電極分別與第一基片上對應的讀出電路的上電極（10）連接。

3.根據(jù)權利要求1或2所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于所述熱隔離微橋單元的橋面為SiO₂層或Si₃N₄/?SiO₂復合層。

4.根據(jù)權利要求1或2所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于所述熱隔離微橋單元的橋面厚度為600?nm～1000nm、長度和寬度為100μm～1600μm，?所述長度＝寬度，或所述長度≠寬度；所述熱隔離微橋單元的空氣隙（11）厚度為120μm～365μm。

5.根據(jù)權利要求3所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于所述熱隔離微橋單元的橋面厚度為600?nm～1000nm、長度和寬度為100μm～1600μm，?所述長度＝寬度，或所述長度≠寬度；所述熱隔離微橋單元的空氣隙（11）厚度為120μm～365μm。

6.根據(jù)權利要求1或2所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于組成敏感元陣列的敏感元至少為兩個，所述敏感元由下電極（4）、敏感層（5）、上電極（6）和上下電極隔離層（7）構成。

7.根據(jù)權利要求3所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于組成敏感元陣列的敏感元至少為兩個，所述敏感元由下電極（4）、敏感層（5）、上電極（6）和上下電極隔離層（7）構成。

8.根據(jù)權利要求4所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于組成敏感元陣列的敏感元至少為兩個，所述敏感元由下電極（4）、敏感層（5）、上電極（6）和上下電極隔離層（7）構成。

9.根據(jù)權利要求1或2所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構，其特征在于熱隔離微橋陣列中，熱隔離微橋單元的行距和列距w≥50μm，熱隔離微橋單元距第二基片邊緣的距離t≥4500μm。

10.一種非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結構的制備方法，步驟如下：

①第一基片鍵合面圖形的制備

將硅片作為第一基片（1），在含有讀出電路的第一基片（1）表面沉積一層鈦膜，在所述鈦膜表層沉積一層金膜，然后根據(jù)設計好的電極和鍵合面圖形圖形化；

或將含有讀出電路的第一基片（1）采用等離子體增強技術沉積一層SiO₂作為鈍化層，再根據(jù)設計好的電極和鍵合面圖形圖形化；

②支撐層制備

將雙拋面硅片作為第二基片（2），將所述第二基片兩面熱氧化，使其兩面均生成一層致密的SiO₂層，選擇其中一面的SiO₂層作為支撐層；

或在兩面熱氧處理后的雙拋面硅片的其中一面上生長一層Si₃N₄，形成Si₃N₄/?SiO₂復合支撐層；

將支撐層所在的面定義為第二基片（2）的正面；

③敏感元陣列制備

根據(jù)設計好的非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器的圖形、尺寸及工藝要求依次在所述支撐層（3）上制作組成敏感元陣列的敏感元；

④第二基片正面的保護

將制備有敏感元陣列的第二基片（2）正面沉積一層SiO₂層，進行正面保護；

⑤熱隔離微橋陣列的制備?

根據(jù)設計好的非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器的微橋圖形及尺寸在制有敏感元陣列的第二基片（2）背面采用干法刻蝕技術刻蝕微橋圖形，刻蝕深度到達其正面的支撐層（3），形成以刻蝕后的第二基片（2）為橋墩、以支撐層為橋面的熱隔離微橋陣列，且組成熱隔離微橋陣列的各熱隔離微橋單元的橋面上均有敏感元陣列；

⑥第一基片與第二基片的鍵合

采用硅-硅鍵合技術將制備有敏感元陣列的第二基片（2）的背面與制備有讀出電路的第一基片（1）鍵合成一體；

⑦除去第二基片正面的保護層；

⑧敏感元電極與讀出電路電極的連接

通過爬坡電極制作技術制作引線電極，將第二基片（2）上各敏感元陣列的下電極通過引線電極分別與第一基片上對應的讀出電路的下電極（9）連接，將敏感元陣列中各敏感元的上電極（6）通過引線電極分別與第一基片上對應的讀出電路的上電極（10）連接。