一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列制造技术

本发明专利技术属于半导体技术中的微电子机械系统领域，公开了一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列，其包括半导体衬底、桥面、梁以及支撑柱，其中，桥面悬空设置在半导体衬底上，四个梁分别从桥面的边角处引出，四个支撑柱均架设在半导体衬底上，并通过梁与桥面连接。本发明专利技术提供了一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列，与传统结构相比，现有的微桥结构由于提供了四个支撑柱和梁，使得像元整体结构更加平衡，增加了工艺窗口；采用共享支撑柱形成阵列时，一个最小周期单元仅含有一个支撑柱，具有较高的填充率，能保证桥面最大限度的接收红外光，在获得极佳的结构稳固性的同时，保证了微辐射探测器具有较高的灵敏度和信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列
本专利技术涉及半导体技术中的微电子机械系统领域，具体涉及一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列。
技术介绍
自然界中的物质都会向外辐射红外信号，微辐射探测器用于接收物质辐射的红外光，并利用热敏感材料对红外辐射的敏感性探测物体的温度变化，由于其能够在室温状态下工作，并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功率小、启动快及稳定性好等优点，满足了民用红外系统和部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要，近几年来发展迅猛。其中，基于MEMS制造工艺的微辐射探测器由于其响应速率高，制作工艺简单且与集成电路制造工艺兼容，具有较低的串音和较低的1/f噪声，较高的帧速，工作无需斩波器，便于大规模生产等优点，成为主流技术之一。现有基于MEMS制造工艺的微辐射探测器一般采用微桥结构，包括支撑柱、梁及桥面等，为了防止能量损失，减少热量传播路径，承担红外吸收和感应的桥面与支撑柱之间由较窄的梁进行连接，梁的其它部分以及支撑柱和桥面之间由真空分隔，起到绝热的效果。为使桥面最大限度的接收红外光，提高填充率(FillFactor)，支撑柱一般设置为对角放置的两个，但这样会导致微辐射探测器整体结构不易平衡，在工艺控制不佳的情况下极易出现像元翘曲甚至断裂现象。因此，本领域技术人员亟需提供一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列，使得像元整体结构更加平衡，增加工艺窗口，同时不损失填充率，保证微辐射探测器具有较高的灵敏度和信噪比。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列，使得像元整体结构更加平衡，增加工艺窗口，同时不损失填充率，保证微辐射探测器具有较高的灵敏度和信噪比。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微辐射探测器的微桥结构，所述微桥结构包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有读出电路；桥面，所述桥面悬空设置在所述半导体衬底上；梁，所述梁为四个，分别从所述桥面的边角处引出；支撑柱，所述支撑柱为四个，均架设在所述半导体衬底上，并通过所述梁与所述桥面连接。优选的，所述桥面呈对称结构，所述桥面沿互相垂直的X轴方向和Y轴方向对称。优选的，所述桥面、梁以及支撑柱构成的图形具有二重旋转对称轴或四重旋转对称轴。优选的，所述梁包括不带电连接的第一组梁以及带有电连接的第二组梁，所述第一组梁和第二组梁沿互相垂直的X轴方向和Y轴方向设置，且所述第一组梁和第二组梁均包括中心对称设置的两根梁。优选的，所述梁呈细长结构，其一端与所述桥面连接，另一端与所述支撑柱连接，所述梁的宽度为0.1～0.5微米，其具有至少一道弯折。优选的，所述支撑柱包括呈对角线设置的第一对支撑柱以及第二对支撑柱，所述第一对支撑柱提供不带有电连接的机械支撑，与所述第一组梁相连，所述第二对支撑柱提供带有电连接的机械支撑，与所述第二组梁相连。优选的，所述第一对支撑柱以及第二对支撑柱的横截面大小相等。优选的，所述第一对支撑柱的横截面大于所述第二对支撑柱的横截面。优选的，所述梁与支撑柱的连接处位于所述支撑柱的外侧边缘，所述梁与支撑柱的边缘共同构成微辐射探测器的外围。优选的，所述梁与支撑柱的连接处靠近所述支撑柱的内侧边缘，且所述梁的外边缘与所述支撑柱横截面的中点位置距离0.05微米～1微米。本专利技术还提供一种微辐射探测器的微桥结构阵列，采用上述所述的微辐射探测器的微桥结构作为基本单元沿X轴方向以及Y轴方向重复排列，基本单元之间无交叠且间隔0.1微米～2微米。本专利技术还提供一种微辐射探测器的微桥结构阵列，采用上述所述的微辐射探测器的微桥结构作为基本单元，沿X轴方向以及Y轴方向重复排列，相邻的所述基本单元之间共用支撑柱。优选的，所述支撑柱向四个相邻基本单元中的两个基本单元提供不带电连接的机械支撑，同时向四个相邻基本单元中的另外两个基本单元提供带电连接的机械支撑。本专利技术还提供一种微辐射探测器的微桥结构阵列，采用上述所述的微辐射探测器的微桥结构作为基本单元，由基本单元及基本单元的对称结构沿X轴方向以及Y轴方向间隔重复排列，所述基本单元和其相邻的对称结构之间共用支撑柱。优选的，所述支撑柱向四个相邻的基本单元和对称结构同时提供不带电连接的机械支撑或同时提供带电连接的机械支撑。优选的，所述支撑柱具有两种不同大小尺寸的横截面，基本单元和其相邻的对称结构共用一个横截面较大的支撑柱，该支撑柱同时向四个相邻基本单元和对称结构提供不带电连接的机械支撑；横截面较小的支撑柱只向一个基本单元或其对称结构提供带有电连接的机械支撑。本专利技术提供了一种微辐射探测器的微桥结构及其阵列，与传统结构相比，现有的微桥结构由于提供了四个支撑柱和梁，使得像元整体结构更加平衡，增加了工艺窗口；采用共享支撑柱形成阵列时，一个最小周期单元仅含有一个支撑柱，具有较高的填充率，能保证桥面最大限度的接收红外光，在获得极佳的结构稳固性的同时，保证了微辐射探测器具有较高的灵敏度和信噪比。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提出的微辐射探测器的微桥结构的剖面示意图；图2a是本专利技术实施例一中的微辐射探测器的微桥结构平面示意图；图2b是本专利技术实施例一中的微辐射探测器的微桥结构阵列平面示意图；图3a是本专利技术实施例二中的微辐射探测器的微桥结构平面示意图；图3b是本专利技术实施例二中的微辐射探测器的微桥结构阵列平面示意图；图3c是本专利技术实施例二中的微辐射探测器的微桥结构阵列平面示意图；图4a是本专利技术实施例三中的微辐射探测器的微桥平面示意图；图4b是本专利技术实施例三中的微辐射探测器的微桥结构阵列平面示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如图1所示，本专利技术提供了一种微辐射探测器的微桥结构的剖面平面示意图，微桥结构包括半导体衬底101、桥面104、梁103以及支撑柱102，其中，桥面104悬空设置在半导体衬底101上，四个梁103分别从桥面104的边角处引出，四个支撑柱102均架设在半导体衬底101上，并通过梁103与桥面104连接。半导体衬底101中包含读出电路，且已设置好用于电连接的顶层金属层和反射层金属层；支撑柱102主要起到机械支撑的作用，其下端与半导体衬底101中的顶层金属层相连，支撑柱102中可含有导电材料以提供电连接；桥面104具有敏感材料，其占据桥面的大部分区域，悬空设置在半导体衬底101之上；梁103连接支撑柱102与桥面104，当含有导电材料时，梁103也可同时提供电连接。实施例一请参考图2a，其为本专利技术实施例一的微辐射探测器的微桥结构的平面示意图。其中，桥面203悬空设置在半导体衬底上，桥面203沿X轴方向及Y轴方向均对称，呈方形对称结构，其四个顶角处均具有一方形缺口，四个支撑柱102分别设置在方形缺口处的位置上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微辐射探测器的微桥结构，其特征在于，所述微桥结构包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有读出电路；桥面，所述桥面悬空设置在所述半导体衬底上；梁，所述梁为四个，分别从所述桥面的边角处引出；支撑柱，所述支撑柱为四个，均架设在所述半导体衬底上，并通过所述梁与所述桥面连接。

【技术特征摘要】
1.一种微辐射探测器的微桥结构阵列，其特征在于，采用微辐射探测器的微桥结构作为基本单元，沿X轴方向以及Y轴方向重复排列，相邻的所述基本单元之间共用支撑柱，所述支撑柱向四个相邻基本单元中的两个基本单元提供不带电连接的机械支撑，同时向四个相邻基本单元中的另外两个基本单元提供带电连接的机械支撑；其中，微桥结构包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有读出电路；桥面，所述桥面悬空设置在所述半导体衬底上；梁，所述梁为四个，分别从所述桥面的边角处引出；支撑柱，所述支撑柱为四个，均架设在所述半导体衬底上，并通过所述梁与所述桥面连接。2.根据权利要求1所述的微辐射探测器的微桥结构阵列，其特征在于，所述桥面呈对称结构，其沿互相垂直的X轴方向和Y轴方向对称；所述桥面、梁以及支撑柱构成的图形具有二重旋转对称轴或四重旋转对称轴；所述梁呈细长结构，其一端与所述桥面连接，另一端与所述支撑柱连接，所述梁的宽度为0.1～0.5微米，其具有至少一道弯折；其中，所述梁包括不带电连接的第一组梁以及带有电连接的第二组梁，所述第一组梁和第二组梁沿互相垂直的X轴方向和Y轴方向设置，且所述第一组梁和第二组梁均包括中心对称设置的两根梁。3.根据权利要求2所述的微辐射探测器的微桥结构阵列，其特征在于，所述支撑柱包括呈对角线设置的第一对支撑柱以及第二对支撑柱，所述第一对支撑柱提供不带有电连接的机械支撑，与所述第一组梁相连，所述第二对支撑柱提供带有电连接的机械支撑，与所述第二组梁相连；其中，所述第一对支撑柱以及第二对支撑柱的横截面大小相等，或第一对支撑柱的横截面大于所述第二对支撑柱的横截面。4.根据权利要求1～3任意一项所述的微辐射探测器的微桥结构阵列，其特征在于，所述梁与支撑柱的连接处靠近所述支撑柱的内侧边缘，所述梁的外边缘与所述支撑柱横截面的中点位置距离0.05微米～1微米。5.一种微辐射探测器的微桥结构阵列，其特征在于，采用微辐射探测器的微桥结构作为基本单元，由基本单元及基本单元的对称结构沿X轴方向以及Y轴方向间隔重复排列，所述基本单元和其相邻的对称结构之间共用支撑柱；其中，微桥结构包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有读出电路；桥面，所述桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁超，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31