一种双层非制冷红外探测器结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双层非制冷红外探测器结构及其制备方法，所述探测器包括一包含读出电路的半导体基座和一带微桥支撑结构的探测器，所述半导体基座的读出电路与所述探测器电连接，所述探测器包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层、第一保护层、第二支撑层、电极金属层、热敏层和第二保护层，所述电极金属层上设有热敏层，所述热敏层不能完全覆盖电极金属层，所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接；制备时，先沉积电极金属层，再沉积热敏薄膜氧化钒，电极金属层之上覆盖着一层热敏薄膜氧化钒，使其对红外辐射的反射率大大降低，提高了探测器的红外吸收效率。

Double layer uncooled infrared detector structure and preparation method thereof

The invention relates to a double-layer structure of uncooled infrared detector and a preparation method thereof, wherein the detector comprises a readout circuit and semiconductor base area comprises a micro bridge support structure of the detector, the readout circuit of the semiconductor base is connected with the detector, the detector comprises an insulating medium layer, a metal reflective layer, the first supporting layer and a metal electrode layer, a first protective layer, support layer, the second electrode layer and the second metal layer, thermal protection layer, a heat sensitive layer of the metal electrode layer, the thermosensitive layer can not completely cover the electrode metal layer, the heat sensitive layer through the metal electrode layer and the metal electrode layer electrical connection; preparation, the first electrode metal layer deposition, deposition of vanadium oxide thin film electrode, the metal layer is covered with a layer of vanadium oxide films, the infrared radiation The reflectivity of the detector is greatly reduced, and the infrared absorption efficiency of the detector is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种双层非制冷红外探测器结构及其制备方法
本专利技术属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，具体涉及一种非制冷红外焦平面探测器制备方法。
技术介绍
非制冷红外探测技术是无需制冷系统对外界物体的红外辐射(IR)进行感知并转化成电信号经处理后在显示终端输出的技术，可广泛应用于国防、航天、医学、生产监控等众多领域。非制冷红外焦平面探测器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。非制冷红外探测器主要包括测辐射热计、热释电和热电堆探测器等，其中基于微机电系统(MEMS)制造工艺的微测辐射热计(Micro-bolometer)红外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，是非制冷红外探测器的主流技术之一。微测辐射热计(Micro-bolometer)是基于具有热敏特性的材料在温度发生变化时电阻值发生相应的变化而制造的一种非制冷红外探测器。工作时对支撑在绝热结构上的热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源，入射红外辐射引起的温度变化使得热敏电阻阻值减小，从而使电流、电压发生改变，并由读出电路(ROIC)读出电信号的变化。作为热敏电阻的材料必须具有较高的电阻温度系数(TCR)，较低的1/f噪声，适当的电阻值和稳定的电性能，以及易于制备等要求。目前主流的热敏材料包括氧化钒(VOx)、非晶硅以及高温超导材料(YBCO)等。非制冷红外焦平面阵列探测器的单元通常采用悬臂梁微桥结构，利用牺牲层释放工艺形成微桥支撑结构，支撑平台上的热敏材料通过微桥与基底读出电路相连。现在对探测器的分辨率要求越来越高，阵列要求越来越大，如果芯片的尺寸不变，则像元越来越小，对像元的平坦度要求会越来越高；两侧微桥结构需要两层牺牲层，两层牺牲层吸收的能量较多。随着像元尺寸的逐步缩小，入射到红外像元中的红外辐射能量以平方率的方式缩小。当像元尺寸由25微米下降到17微米时，入射能量降低一倍；当像素降低至12微米时，入射能量仅为25微米的25％，单层工艺无法满足红外探测器性能要求。热敏薄膜不能承受高温工艺，如果将热敏薄膜放在金属电极次之前，就不能兼容标准IC(intergartedcircuit:集成电路)工艺和PVD(物理气相沉积)工艺。金属电极沉积在热敏薄膜氧化钒之后，氧化钒上接触孔(Contact)处金属电极会反射红外，会降低探测器红外吸收效率，如果先沉积金属电极，再沉积热敏薄膜氧化钒，金属电极之上覆盖着一层热敏薄膜氧化钒，使其对红外辐射的反射率大大降低，提高了探测器的红外辐射吸收效率。氧化钒热敏薄膜和集成电路制造工艺的兼容性不好，工厂担心氧化钒材料和钒材料沾污设备，需要对氧化钒工艺后的设备，进行单独配置且进行隔离，防止沾污其它产品和工艺设备。随着像元尺寸的逐步缩小，入射到红外像元中的红外辐射能量以平方率的方式缩小。当像元尺寸由25微米下降到17微米时，入射能量降低一倍；当像素降低至12微米时，入射能量仅为25微米的25％。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提供一种双层非制冷红外探测器结构及其制备方法，先沉积金属电极，再沉积热敏层薄膜，能够提高红外吸收效率。本专利技术中一种双层非制冷红外探测器的技术方案如下：一种双层非制冷红外探测器结构，包括一包含读出电路的半导体基座和一带微桥支撑结构的探测器，所述半导体基座的读出电路与所述探测器电连接，所述探测器包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述金属块上设有第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述金属反射层，所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线；所述金属电极层上设有第一保护层，所述第一保护层上设有第二支撑层，所述第二支撑层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述金属电极，所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层；所述电极金属层上设有热敏层，所述热敏层不能完全覆盖电极金属层，所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接；所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层。本专利技术中一种双层非制冷红外探测器结构的有益效果是：双层结构提高像元结构的有效填充因子及红外吸收效率；先完成电极金属层的图形化处理，在电极金属层上制作与热敏薄膜的接触孔，可以向像元边缘拓展接触孔的尺寸，增加了像元的填充系数，降低工艺难度且降低热敏薄膜和电极之间的接触电阻，为更小像元尺寸的研发和生产打下基础；另外，先沉积电极金属层，再沉积热敏薄膜氧化钒，电极金属层之上覆盖着一层热敏薄膜氧化钒，使其对红外辐射的反射率大大降低，提高了探测器的红外吸收效率。进一步，所述第一支撑层和第二支撑层为氮化硅，所述第一保护层和第二保护层为氮化硅，所述热敏层为氧化钒薄膜，所述金属电极为V、Ti,NiCr,TiN薄膜。本专利技术还涉及上述双层非制冷红外探测器结构的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在包含读出电路半导体基座上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属反射层形成若干个金属块；所述金属块与半导体基座上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层上沉积绝缘介质层，并对绝缘介质层进行图形化处理，并露出金属块；步骤2：在所述的绝缘介质层上沉积第一牺牲层，并对第一牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的第一牺牲层上沉积第一支撑层，所述第一支撑层为氮化硅薄膜，所述第一牺牲层为聚酰亚胺；步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第一支撑层，第一支撑层蚀刻终止于所述金属块，形成第一通孔，在所述第一通孔内和所述第一支撑层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，形成金属电极和金属连线；步骤4：在图形化后的金属电极层上沉积第一保护层；步骤5：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分所述第一保护层和第一支撑层，蚀刻终止于所述第一牺牲层，露出部分第一牺牲层；步骤6：在蚀刻后的第一保护层和露出的第一牺牲层上沉积第二牺牲层，并对第二牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的第二牺牲层上沉积第二支撑层，所述第二支撑层为氮化硅薄膜，所述第二牺牲层为聚酰亚胺；步骤7：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第二支撑层和第一保护层，形成第二通孔，所述第二通孔蚀刻终止于所述金属电极，然后，在所述第二支撑层和第二通孔内沉积电极金属层，并对电极金属层进行图形化处理，蚀刻掉部分电极金属，露出部分第二支撑层；步骤8:在图形化后的电极金属层和露出的第二支撑层上沉积热敏层，并自然形成接触孔，所述接触孔为热敏层上覆盖图形化后电极金属时形成的孔；步骤9：在热敏层上沉积第二保护层，并对第二保护层进行图形化处理，然后，进行结构释放，去掉牺牲层形成微桥结构。本专利技术中上述非制冷红外焦平面探测器结构的制备方法的有益效果：(1)沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及红外吸收效率；(2)先完成电极金属层图形化，电极金属层的图形化能够决定后续热敏层上形成接触孔的大小，且接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层非制冷红外探测器结构，其特征在于，包括一包含读出电路的半导体基座和一带微桥支撑结构的探测器，所述半导体基座的读出电路与所述探测器电连接，所述探测器包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述金属块上设有第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述金属块，所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线；所述金属电极层上设有第一保护层，所述第一保护层上设有第二支撑层，所述第二支撑层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述金属电极，所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层；所述电极金属层上设有热敏层，所述热敏层不能完全覆盖电极金属层，所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接；所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层。

【技术特征摘要】
1.一种双层非制冷红外探测器结构，其特征在于，包括一包含读出电路的半导体基座和一带微桥支撑结构的探测器，所述半导体基座的读出电路与所述探测器电连接，所述探测器包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述金属块上设有第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述金属块，所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线；所述金属电极层上设有第一保护层，所述第一保护层上设有第二支撑层，所述第二支撑层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述金属电极，所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层；所述电极金属层上设有热敏层，所述热敏层不能完全覆盖电极金属层，所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接；所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层。2.根据权利要求1所述的一种双层非制冷红外探测器结构，其特征在于，所述第一支撑层和第二支撑层为氮化硅，所述第一保护层和第二保护层为氮化硅，所述热敏层为氧化钒薄膜，所述金属电极为V、Ti,NiCr,TiN薄膜。3.权利要求1或2所述的一种双层非制冷红外探测器结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在包含读出电路半导体基座上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属反射层形成若干个金属块；所述金属块与半导体基座上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层上沉积绝缘介质层，并对绝缘介质层进行图形化处理，并露出金属块；步骤2：在所述的绝缘介质层上沉积第一牺牲层，并对第一牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的第一牺牲层上沉积第一支撑层，所述第一支撑层为氮化硅薄膜，所述第一牺牲层为聚酰亚胺；步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第一支撑层，第一支撑层蚀刻终止于所述金属块，形成第一通孔，在所述第一通孔内和所述第一支撑层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，形成金属电极和金属连线；步骤4：在图形化后的金属电极层上沉积第一保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨水长，王宏臣，甘先锋，牟晓宇，曲婷，
申请(专利权)人：烟台睿创微纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37