微桥结构制造技术

一种加工微桥结构（１４，１６）于衬底（２０）上的方法。该方法包括以下步骤：设置牺牲材料（３２）于衬底（２０）的表面区域；形成图案的方式刻蚀牺牲材料（３２）；设置传感材料（３４）于牺牲材料的表面区域；设置支撑材料（３６）于传感材料的表面区域；以及去除牺牲材料（３２）留下支撑材料（３６）及传感材料（３４）于其下表面上，基本上独立于衬底（２０）之上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制作微桥的一种方法与微桥的一种新结构，此种结构例如可以用在探测入射辐射的成象器件上。本专利技术自热成象领域产生，但并不必局限于该领域。基于热探测器的二维阵列的红外成象摄像机因其工作在室温附近而具有吸引力。用于红外成象的热探测器仰赖于传感材料吸收红外辐射而产生的温度变化。现场的温度每变化1℃导致探测器中大约0.001℃的温度变化，因此试图使被吸收的辐射量最大化是重要的。传感材料具有温度相关的性质，此种性质允许温度上的变化幅度能够应用电子学线路来探测、放大以及显示。实例是热电阵列，它依赖于铁电材料中出现的电极化随温度的变化；电阻式微测热辐射计阵列，它利用某些材料中出现的电阻随温度的变化。在所有各种热探测器中，有利的是要最大程度地提高传感材料因吸收红外辐射而产生的温升。温升由于将热量从传感材料带走的任何热传导机制而减小。这就导致了探测器的设计需要最大程度地实现传感材料的热绝缘。对电读出与机械刚性的要求是指，对于大部分实用的探测器来说，传感材料需要实现物理连接。红外(IR)成象仰赖于所有物体辐射能量均有一个与其温度相关的峰值波长这样一个事实。对于具有周围温度的物体，该峰值波长处于红外而约为10μm。更热的物体其辐射也更强。IR成象典型的情况涉及采用可能是锗制作的透镜来收集和聚焦辐射到位于光学系统焦平面上的传感元件阵列。这些元件通常是微电容器或微电阻器(微测热辐射计)，其特性参数(分别为电荷或电阻)与温度相关。微测热辐射计通常采用“微量切削加工技术”在硅的衬底上形成。这里涉及沉积和采用光刻方法在牺牲层上制作出活性层图案而最后刻蚀掉留下一个独立式的热绝缘结构。这样的一个结构如附附图说明图1所示，其中腿2，4支撑元件1的主体于衬底上(图中未示)。腿2，4保证向主体提供机械支撑但对衬底则具有低导热性。每个元件生成一个正比于它的温度的电信号，而这又依赖于它或它的邻层所吸收的红外能量。电信号必须随后用一个兼有滤波及放大功能的电路读出。传统上用以探测红外辐射的量子器件要求冷却到液氮温度。这里描述的“非冷却”技术运作在室温下。因为红外辐射不为烟雾所遮蔽，这种技术也在消防应用中发挥作用。还可以在不需要高分辨成象的场合下应用。红外传感元件能够用到简单的“闯入者探测器”或火灾探测器上。现时电阻微桥有两种基本形式。第一种是均匀形式，如附图2a剖面所示。在这类微测热辐射计中，微桥由一种材料制成，该材料的温度因吸收辐射而改变，其性质随之而改变。材料性质的变化用某种方式测定出来，或许采用测量通过桥的电流变化的方法。熟练技术人员将会理解，当均匀微桥能够很好地工作时，其性能可能不如期望的有效。第二种可以称为“支撑薄膜(film-on-support)”微桥，它提供一种温度相关的(可以是电阻性的)材料以薄膜的形式贴在支撑桥上。这种支撑物上薄膜微桥的剖面表示见附图2b。桥吸收相关波长的入射热辐射，导致桥中的温度变化，从而影响电阻性材料的电阻。通常电阻性材料是一种金属，在它放置在桥上时，反射一部分入射辐射，使微测热辐射计的灵敏度降低。此外，设置金属于桥的顶部要求加工通过桥的通孔，这就需要更多的工序。微桥结构的实例见于微机电系统杂志1996年12月第5卷第4期Shie，Chen，et al.一文(Journal of Microelectromechanicalsystem Vol 5，No4，December 1996)。然而，该文给出的微测热辐射计的加工过程有可能比所期望的会要复杂一些。桥在一个采用异向性湿法刻蚀加工的V形槽范围形成。另外一种微桥结构也在US 5 698 852中给出，那里一个钽层提供电阻器于一层SiO2形成的桥的底面。然而，这个文件显示电阻性微测热辐射计部分夹在两层SiO2之间。此项美国专利所展示的微测热辐射计比了这里描述的微测热辐射计在结构上要复杂得多。可以理解，简化结构及工序会降低器件成本，也有助于增加产量。按照专利技术的第一个方面，提供了一个在一个衬体上加工微桥器件的方法，包括以下步骤a 提供牺牲材料于衬底的表面区域；b 图案刻蚀牺牲材料；c 提供传感材料于牺牲材料的表面区域；d 提供支撑材料于传感材料的表面区域；和e 除去牺牲材料使支撑材料、传感材料处于其下表面，基本独立于衬底之上。本方法有利之处在于它提供了一种微桥结构，其所用的方法比起现有技术具有较少工序。熟练技术人员将会理解，减少工序数目是有很大好处的，因为这往往会增加加工过程的产量，也会降低采用此法加工的器件成本。有利的是，支撑元件以单层材料构成，同时提供了对于传感材料的物理支撑以及起着入射辐射的吸收体的作用。传感材料可以是导电材料。这样一种材料适合于提供一种在其中测量电阻变化的微桥结构。微桥器件最好是一种微测热辐射计，其中传感材料构成电阻器。另一方面，传感材料也可以是铁电材料。这种材料适合于提供一种在其中测量电荷变化的微桥结构。衬底最好要有电子学线路设置在内。这样的好处是它允许提供处理电子学线路来处理来自微桥的信号，并允许提供一个兼有微桥与处理电子学线路的单个密封装置(package)。设置最佳处理电子学线路在某些现有技术结构中可能无法实现。例如，在Shie，Chen，et al.的论文中，设置在微桥结构下面的V形槽大概是要避免在微桥器件的平面区域底下设置这种电子学—衬底上设置电子学线路的区域被刻蚀掉。所以，用这种方法提供的结构可以在微桥器件底下留出一个可以设置信号处理电子学线路的区域。这个方法最好要与CMOS的处理步骤相兼容。这样的好处是因为允许采用标准加工过程从而一般地能够降低按照此法加工器件的成本。方便地，相关过程的步骤b包括设置通过牺牲材料的通孔以便连接到衬底上的电子学线路。这样一步是提供具有处理电子学线路与微桥的单一密封装置的便利方法。熟练技术人员可以理解，采用一种通常的光抗蚀剂来制作牺牲层的图案或者采用光可描摹的聚合物作为牺牲层，可以使通孔的位置得以确定下来。在一种实施方案中，牺牲层为聚酰亚胺，后者可以是旋转沉积并凝固的。牺牲材料可以应用到大约3μm的厚度。但是，在另外一种实施方案中，牺牲材料可以应用到大约1.5-6μm厚度，或者可以在大约2-4.5μm之间。可以理解，牺牲材料的厚度支配着最终微桥结构中衬底上面的传感材料的高度。本方法可包括采用一种刻蚀溶剂以保证在牺牲层沉积之后除去所有抗蚀层的步骤。刻蚀溶剂可为EKC。传感材料可为钛(Ti)。钛的好处是它的特性随温度而变化，也因为它噪声水平低。此外，钛具有高电阻率，它使得对CMOS电路的设计优化比其它传感材料的优化更为容易。熟练技术人员会理解，对于两个相等部分的材料，具有较高电阻率的那部分的电阻较高。传感材料可以借助于溅射沉积方法沉积下来，这提供了一种与CMOS相兼容的方便方法。传感材料可以沉积到大约0.2μm的厚度。然而，熟练技术人员会认识到其它厚度也可能合适。例如，传感材料可以提供到大约0.05-0.3μm范围的厚度，或者大约0.1-0.25μm。如果微桥器件是一个微测热辐射计，则传感材料可以形成电阻器。希望该电阻器的电阻相对地高，因为这样使得从微测热辐射计提供的信号较易于处理。在这个范围里提供传感材料保证了合适的电阻。大于这个范围的厚度可能会过多地降低电阻。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测热辐射计，该测热辐射计包括一个拥有衬底（２０）的微桥结构（１４，１６），在所述衬底上设有支撑元件（１６），在所述支撑元件（１６）的下边设置电阻性传感材料（１４），所述传感材料（１４）的电阻随入射辐射而发生变化；该传感材料（１４）被支撑元件（１６）支撑在衬底（２０）之上，并且在连接区与衬底上的轨道相连接；所述支撑元件（１６）基本上包括一个单层材料，其特征在于，把支撑材料（１６）布置成吸收入射的辐射。

【技术特征摘要】
GB 1999-8-24 9919877.21.一种测热辐射计，该测热辐射计包括一个拥有衬底(20)的微桥结构(14，16)，在所述衬底上设有支撑元件(16)，在所述支撑元件(16)的下边设置电阻性传感材料(14)，所述传感材料(14)的电阻随入射辐射而发生变化；该传感材料(14)被支撑元件(16)支撑在衬底(20)之上，并且在连接区与衬底上的轨道相连接；所述支撑元件(16)基本上包括一个单层材料，其特征在于，把支撑材料(16)布置成吸收入射的辐射。2.根据权利要求1的测热辐射计，其中支撑元件(16)的厚度满足大体为入射辐射在支撑元件(16)材料内1/4λ的条件。3.根据前述任何一项权利要求的测热辐射计，其中支撑元件(16)由SiO2制成。4.根据前述任一项权利要求的测热辐射计，其中腿部分(2，4)被设置使得支撑元件(16)悬于衬底(20)之上而其中传感材料(34)位于腿部分的下边。5.根据前述任何一项权利要求的测热辐射计，其中传感材料(34)被设置成使得至少一条轨道(60)具有弯曲结构。6.根据权利要求5的测热辐射计，其中弯曲结构(60)包含有沿横向的部分。7.根据权利要求6的测热辐射计，其中各横向基本上互相垂直。8.根据前述任何一项权利要求的测热辐射计，其中一个匹配层被设置在该支撑元件(16)的最上表面。9.一种加工包括位于衬底(20)上的微桥结构(14，16)的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP吉尔哈姆，R瓦顿，JC阿尔德曼，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]