[發明專利]一種單層空心紅外微橋探測器

有效

• 申請號: 202110711263.3
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113432728B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 翟光杰;潘輝;武佩;翟光強
• 申請（專利權）人: 北京北方高業科技有限公司
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 安偉

1.一種單層空心紅外微橋探測器，其特征在于，包括：

CMOS測量電路系統和CMOS紅外傳感結構，所述CMOS測量電路系統和所述CMOS紅外傳感結構均使用CMOS工藝制備，在所述CMOS測量電路系統上直接制備所述CMOS紅外傳感結構；

所述CMOS測量電路系統上方包括至少一層密閉釋放隔絕層，所述密閉釋放隔絕層用于在制作所述CMOS紅外傳感結構的釋放刻蝕過程中，保護所述CMOS測量電路系統不受工藝影響；

所述CMOS紅外傳感結構的CMOS制作工藝包括金屬互連工藝、通孔工藝、IMD工藝以及RDL工藝，所述CMOS紅外傳感結構包括至少兩層金屬互連層、至少兩層介質層和多個互連通孔，所述兩層金屬互連層至少包括反射層和電極層，所述兩層介質層至少包括一層犧牲層和一層熱敏感介質層；其中，所述熱敏感介質層用于將其吸收的紅外輻射對應的溫度變化轉化為電阻變化，進而通過所述CMOS測量電路系統將紅外目標信號轉化成可實現電讀出的信號；

所述CMOS紅外傳感結構包括由所述反射層和所述熱敏感介質層構成的諧振腔、控制熱傳遞的懸空微橋結構以及具有電連接和支撐功能的柱狀結構，所述柱狀結構為空心柱狀結構，所述柱狀結構至少包括電極層，沿遠離所述CMOS測量電路系統的方向，所述懸空微橋結構依次包括第一介質層、電極層和第二介質層，構成所述第一介質層的材料包括由非晶硅、非晶鍺、非晶鍺硅或非晶碳制備的電阻溫度系數大于設定值的材料中的至少一種，構成所述第二介質層的材料包括由非晶硅、非晶鍺、非晶鍺硅或非晶碳制備的電阻溫度系數大于設定值的材料中的至少一種，構成所述電極層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鈦鎢合金、鎳鉻合金、鎳鉑合金、鎳硅合金、鎳、鉻、鉑、鎢、鋁或銅中的至少一種；所述懸空微橋結構包括吸收板和多個梁結構，所述梁結構中所述第一介質層的厚度小于所述吸收板中所述第一介質層的厚度；和/或，所述梁結構中所述第二介質層的厚度小于所述吸收板中所述第二介質層的厚度；

所述吸收板上形成有至少一個孔狀結構，所述孔狀結構至少貫穿所述吸收板中的介質層；和/或，所述梁結構上形成有至少一個孔狀結構，所述孔狀結構至少貫穿所述梁結構中的介質層；所述單層空心紅外微橋探測器還包括偏振結構，所述偏振結構與所述單層空心紅外微橋探測器單片集成；

所述紅外微橋探測器還包括加固結構，所述加固結構對應所述柱狀結構所在位置設置，所述加固結構用于增強所述柱狀結構與所述懸空微橋結構之間以及所述柱狀結構與所述反射層之間的連接穩固性；

所述CMOS測量電路系統用于測量和處理一個或多個所述CMOS紅外傳感結構形成的陣列電阻值，并將紅外信號轉化為圖像電信號；所述CMOS測量電路系統包括偏壓產生電路、列級模擬前端電路和行級電路，所述偏壓產生電路的輸入端連接所述行級電路的輸出端，所述列級模擬前端電路的輸入端連接所述偏壓產生電路的輸出端，所述行級電路中包括行級鏡像像元和行選開關，所述列級模擬前端電路中包括盲像元；其中，所述行級電路分布在每個像素內并根據時序產生電路的行選通信號選取待處理信號，并在所述偏壓產生電路的作用下輸出電流信號至所述列級模擬前端電路以進行電流電壓轉換輸出；

所述行級電路受所述行選開關控制而被選通時向所述偏壓產生電路輸出第三偏置電壓，所述偏壓產生電路根據輸入的恒壓及所述第三偏置電壓輸出第一偏置電壓和第二偏置電壓，所述列級模擬前端電路根據所述第一偏置電壓和所述第二偏置電壓得到兩路電流，并對所產生的兩路電流之差進行跨阻放大并作為輸出電壓輸出。

2.根據權利要求1所述的單層空心紅外微橋探測器，其特征在于，在所述CMOS測量電路系統的金屬互連層上層或者同層制備所述CMOS紅外傳感結構。

3.根據權利要求1所述的單層空心紅外微橋探測器，其特征在于，所述犧牲層用于使所述CMOS紅外傳感結構形成鏤空結構，構成所述犧牲層的材料是氧化硅，采用post-CMOS工藝腐蝕所述犧牲層。

4.根據權利要求1所述的單層空心紅外微橋探測器，其特征在于，所述加固結構位于所述電極層臨近或遠離所述CMOS測量電路系統的一側。

5.根據權利要求1所述的單層空心紅外微橋探測器，其特征在于，所述密閉釋放隔絕層位于所述CMOS測量電路系統和所述CMOS紅外傳感結構之間的界面和/或位于所述CMOS紅外傳感結構中。