[發(fā)明專利]非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結(jié)構(gòu)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(shè)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(quán)）人: 四川大學(xué)
• 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(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結(jié)構(gòu)及其制備方法

背景技術(shù)

非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器是一種基于熱效應(yīng)原理工作的熱輻射探測器件，其核心部分是具有熱感應(yīng)能力的敏感元陣列。通過增加熱隔離微橋可有效改善敏感元的熱探測能力，為提高敏感元及整個探測器的工作性能，人們不斷地對熱隔離微橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。目前報道的可與讀出電路集成的薄膜型非制冷紅外焦平面陣列探測器結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是基于表面微機(jī)械加工技術(shù)的犧牲層技術(shù)，即在已制備好讀出電路的硅基片上直接依次沉積犧牲層、支撐層、敏感層，圖形化后通過釋放犧牲層得到具有熱隔離微橋結(jié)構(gòu)的陣列探測器；?另一類是將讀出電路和敏感元陣列制備在硅基片的同一層面，基于體微機(jī)械加工技術(shù)，即采用反應(yīng)離子刻蝕、等離子刻蝕、化學(xué)輔助離子刻蝕以及各向異性化學(xué)腐蝕等物理和/或化學(xué)方法，從基片的背面將敏感元所在的部位進(jìn)行一定程度的刻蝕形成一個空腔，從而在每一個敏感元底部形成硅基熱隔離微橋結(jié)構(gòu)的陣列探測器。???

在上述第一類技術(shù)中，因?yàn)槭窃谧x出電路基片表面上通過沉積犧牲層和Si₃N₄支撐層薄膜、然后圖形化，并刻蝕犧牲層薄膜以獲得熱絕緣微橋結(jié)構(gòu)，故工藝上對Si₃N₄支撐層有較高要求，如果微橋面積較大，Si₃N₄薄膜可能會出現(xiàn)彎曲、翹曲、破裂等現(xiàn)象，橋墩及橋腿的尺寸、工藝質(zhì)量直接影響微橋的質(zhì)量及隔熱效果，因此一個橋面上制備一個敏感元；若犧牲層材料為SiO₂，刻蝕犧牲層薄膜需要使用HF等，這對熱釋電薄膜性能破壞較大。若犧牲層為聚酰亞胺，為避免長時間的犧牲層釋放過程中由于溫度升高引起犧牲層焦化，需分段釋放，因而存在耗時長的缺陷。而且，后續(xù)敏感層的沉積、圖形化以及上電極制備工藝中易造成微橋損壞。因此該技術(shù)工藝復(fù)雜，技術(shù)難度高，并且敏感元陣列制備工藝復(fù)雜造成的敏感元結(jié)構(gòu)均勻性差異還會帶來陣列探測器電信號均勻性不高的缺陷。但該技術(shù)由于敏感元陣列直接制備在讀出電路上方，敏感元陣列與讀出電路分別在兩個不同的層面上占用基片的有效工作面積，因此有利于小面元、高密度像素大規(guī)模陣列器件的制備，是目前能夠盡可能提高敏感元填充率的唯一有效技術(shù)方案。

上述第二類技術(shù)則具有微橋制備工藝相對簡單的優(yōu)點(diǎn)，基片刻蝕步驟可放在敏感元制備工藝的最后，可有效避免敏感元制作工藝可能對微橋結(jié)構(gòu)造成的損壞。通過目前的干法刻蝕技術(shù)，此技術(shù)可得到更為垂直的微腔，從而有效減少熱量的損失，增大測試信號的輸出。但遺憾的是，由于該技術(shù)中微橋位于敏感面元正下方，占據(jù)了與敏感面元面積相當(dāng)?shù)墓杌娣e，讀出電路只能設(shè)計在敏感面元的兩側(cè)，即讀出電路需與敏感面元共同分享基片的有效面積，因此敏感元填充率低，只適合于低像素密度、小陣列器件的制作，無法滿足小面元、高密度像素大規(guī)模陣列器件的制備要求。

再者，上述兩類技術(shù)方案涉及的陣列結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)薄膜型敏感元陣列與讀出電路的集成，均要求熱敏感層薄膜的制備溫度低于讀出電路的熱耐受溫度（450℃）。而基于熱效應(yīng)原理工作的具有高熱探測性能的熱敏感元材料，無論是熱釋電薄膜材料還是氧化釩熱敏電阻薄膜均需在高溫（650℃以上）下結(jié)晶，結(jié)晶不好的熱敏感元材料不具有理想的熱敏感性能。因此，上述兩類技術(shù)方案也不能與目前敏感層材料制備技術(shù)相匹配，敏感層材料制備技術(shù)的不足也正制約著以小面元、高密度像素大規(guī)模陣列為特征的薄膜型非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結(jié)構(gòu)及其制備方法，以滿足小面元、高密度像素大規(guī)模陣列器件的制備要求，有效改善由于敏感元陣列制備工藝復(fù)雜、加工難度大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)均勻性差異造成電信號均勻性不高的缺陷。

本發(fā)明所述非制冷薄膜型紅外焦平面陣列探測器結(jié)構(gòu)，包括含讀出電路的第一基片，含熱隔離微橋陣列和敏感元陣列的第二基片，所述第一基片與第二基片鍵合成一體，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為橋墩，以與所述橋墩頂面緊密結(jié)合的支撐層為橋面，各熱隔離微橋單元的空氣隙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(shè)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(yīng)的讀出電路實(shí)現(xiàn)電連接。