一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)及其陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中的微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)及其陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中的物質(zhì)都會(huì)向外輻射紅外信號(hào)，微輻射探測(cè)器用于接收物質(zhì)輻射的紅外光，并利用熱敏感材料對(duì)紅外輻射的敏感性探測(cè)物體的溫度變化，由于其能夠在室溫狀態(tài)下工作，并具有質(zhì)量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低、功率小、啟動(dòng)快及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足了民用紅外系統(tǒng)和部分軍事紅外系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的迫切需要，近幾年來(lái)發(fā)展迅猛。其中，基于MEMS制造工藝的微輻射探測(cè)器由于其響應(yīng)速率高，制作工藝簡(jiǎn)單且與集成電路制造工藝兼容，具有較低的串音和較低的Ι/f噪聲，較高的幀速，工作無(wú)需斬波器，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，成為主流技術(shù)之一。
[0003]現(xiàn)有基于MEMS制造工藝的微輻射探測(cè)器一般采用微橋結(jié)構(gòu)，包括支撐柱、梁及橋面等，為了防止能量損失，減少熱量傳播路徑，承擔(dān)紅外吸收和感應(yīng)的橋面與支撐柱之間由較窄的梁進(jìn)行連接，梁的其它部分以及支撐柱和橋面之間由真空分隔，起到絕熱的效果。為使橋面最大限度的接收紅外光，提高填充率(Fill Factor)，支撐柱一般設(shè)置為對(duì)角放置的兩個(gè)，但這樣會(huì)導(dǎo)致微輻射探測(cè)器整體結(jié)構(gòu)不易平衡，在工藝控制不佳的情況下極易出現(xiàn)像元翹曲甚至斷裂現(xiàn)象。
[0004]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需提供一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)及其陣列，使得像元整體結(jié)構(gòu)更加平衡，增加工藝窗口，同時(shí)不損失填充率，保證微輻射探測(cè)器具有較高的靈敏度和信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)及其陣列，使得像元整體結(jié)構(gòu)更加平衡，增加工藝窗口，同時(shí)不損失填充率，保證微輻射探測(cè)器具有較高的靈敏度和信噪比。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)，所述微橋結(jié)構(gòu)包括:
[0007]半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有讀出電路；
[0008]橋面，所述橋面懸空設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上；
[0009]梁，所述梁為四個(gè)，分別從所述橋面的邊角處引出；
[0010]支撐柱，所述支撐柱為四個(gè)，均架設(shè)在所述半導(dǎo)體襯底上，并通過(guò)所述梁與所述橋面連接。
[0011 ]優(yōu)選的，所述橋面呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述橋面沿互相垂直的X軸方向和Y軸方向?qū)ΨQ。
[0012]優(yōu)選的，所述橋面、梁以及支撐柱構(gòu)成的圖形具有二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸或四重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸。
[0013]優(yōu)選的，所述梁包括不帶電連接的第一組梁以及帶有電連接的第二組梁，所述第一組梁和第二組梁沿互相垂直的X軸方向和Y軸方向設(shè)置，且所述第一組梁和第二組梁均包括中心對(duì)稱設(shè)置的兩根梁。
[0014]優(yōu)選的，所述梁呈細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，其一端與所述橋面連接，另一端與所述支撐柱連接，所述梁的寬度為0.1?0.5微米，其具有至少一道彎折。
[0015]優(yōu)選的，所述支撐柱包括呈對(duì)角線設(shè)置的第一對(duì)支撐柱以及第二對(duì)支撐柱，所述第一對(duì)支撐柱提供不帶有電連接的機(jī)械支撐，與所述第一組梁相連，所述第二對(duì)支撐柱提供帶有電連接的機(jī)械支撐，與所述第二組梁相連。
[0016]優(yōu)選的，所述第一對(duì)支撐柱以及第二對(duì)支撐柱的橫截面大小相等。
[0017]優(yōu)選的，所述第一對(duì)支撐柱的橫截面大于所述第二對(duì)支撐柱的橫截面。
[0018]優(yōu)選的，所述梁與支撐柱的連接處位于所述支撐柱的外側(cè)邊緣，所述梁與支撐柱的邊緣共同構(gòu)成微輻射探測(cè)器的外圍。
[0019]優(yōu)選的，所述梁與支撐柱的連接處靠近所述支撐柱的內(nèi)側(cè)邊緣，且所述梁的外邊緣與所述支撐柱橫截面的中點(diǎn)位置距離0.05微米?I微米。
[0020]本發(fā)明還提供一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列，采用上述所述的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)作為基本單元沿X軸方向以及Y軸方向重復(fù)排列，基本單元之間無(wú)交疊且間隔
0.1微米?2微米。
[0021 ]本發(fā)明還提供一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列，采用上述所述的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)作為基本單元，沿X軸方向以及Y軸方向重復(fù)排列，相鄰的所述基本單元之間共用支撐柱。
[0022]優(yōu)選的，所述支撐柱向四個(gè)相鄰基本單元中的兩個(gè)基本單元提供不帶電連接的機(jī)械支撐，同時(shí)向四個(gè)相鄰基本單元中的另外兩個(gè)基本單元提供帶電連接的機(jī)械支撐。
[0023]本發(fā)明還提供一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列，采用上述所述的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)作為基本單元，由基本單元及基本單元的對(duì)稱結(jié)構(gòu)沿X軸方向以及Y軸方向間隔重復(fù)排列，所述基本單元和其相鄰的對(duì)稱結(jié)構(gòu)之間共用支撐柱。
[0024]優(yōu)選的，所述支撐柱向四個(gè)相鄰的基本單元和對(duì)稱結(jié)構(gòu)同時(shí)提供不帶電連接的機(jī)械支撐或同時(shí)提供帶電連接的機(jī)械支撐。
[0025]優(yōu)選的，所述支撐柱具有兩種不同大小尺寸的橫截面，基本單元和其相鄰的對(duì)稱結(jié)構(gòu)共用一個(gè)橫截面較大的支撐柱，該支撐柱同時(shí)向四個(gè)相鄰基本單元和對(duì)稱結(jié)構(gòu)提供不帶電連接的機(jī)械支撐;橫截面較小的支撐柱只向一個(gè)基本單元或其對(duì)稱結(jié)構(gòu)提供帶有電連接的機(jī)械支撐。
[0026]本發(fā)明提供了一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)及其陣列，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)有的微橋結(jié)構(gòu)由于提供了四個(gè)支撐柱和梁，使得像元整體結(jié)構(gòu)更加平衡，增加了工藝窗口；采用共享支撐柱形成陣列時(shí)，一個(gè)最小周期單元僅含有一個(gè)支撐柱，具有較高的填充率，能保證橋面最大限度的接收紅外光，在獲得極佳的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的同時(shí)，保證了微輻射探測(cè)器具有較高的靈敏度和信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0027]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明提出的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0029]圖2a是本發(fā)明實(shí)施例一中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0030]圖2b是本發(fā)明實(shí)施例一中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列平面示意圖；
[0031]圖3a是本發(fā)明實(shí)施例二中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0032]圖3b是本發(fā)明實(shí)施例二中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列平面示意圖；
[0033]圖3c是本發(fā)明實(shí)施例二中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列平面示意圖；
[0034]圖4a是本發(fā)明實(shí)施例三中的微輻射探測(cè)器的微橋平面示意圖；
[0035]圖4b是本發(fā)明實(shí)施例三中的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)陣列平面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)的剖面平面示意圖，微橋結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底101、橋面104、梁103以及支撐柱102，其中，橋面104懸空設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上，四個(gè)梁103分別從橋面104的邊角處引出，四個(gè)支撐柱102均架設(shè)在半導(dǎo)體襯底101上，并通過(guò)梁103與橋面104連接。半導(dǎo)體襯底101中包含讀出電路，且已設(shè)置好用于電連接的頂層金屬層和反射層金屬層;支撐柱102主要起到機(jī)械支撐的作用，其下端與半導(dǎo)體襯底101中的頂層金屬層相連，支撐柱102中可含有導(dǎo)電材料以提供電連接;橋面104具有敏感材料，其占據(jù)橋面的大部分區(qū)域，懸空設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101之上;梁103連接支撐柱102與橋面104，當(dāng)含有導(dǎo)電材料時(shí)，梁103也可同時(shí)提供電連接。
[0038]實(shí)施例一
[0039]請(qǐng)參考圖2a，其為本發(fā)明實(shí)施例一的微輻射探測(cè)器的微橋結(jié)構(gòu)的平面示意圖。其中，橋面203懸空設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上，橋面203沿X軸方向及Y軸方向均對(duì)稱，呈方形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其四個(gè)頂角處均具有一方形缺口，四個(gè)支撐柱102分別設(shè)置在方形缺口處的位置上。本實(shí)施例沿橋面203的四個(gè)邊角處引出第一組梁201b和第二組梁202b，其中相對(duì)設(shè)置的兩根第一組梁201b僅提供機(jī)械連接，另外相對(duì)設(shè)置的兩根第二組梁202b同時(shí)提供機(jī)械連接和電連接。較佳的，在本實(shí)施例中，第一組梁201b以及第二組梁202b均具有一道彎折，在其它實(shí)施例中，梁可以有多道彎折。本實(shí)施例中還具有呈對(duì)角線設(shè)置的第一對(duì)支撐柱201a和第二對(duì)支撐柱202a，其分別與第一組梁201b和第二組梁202b相連，第一對(duì)支撐柱201a僅提供機(jī)械支撐，第二對(duì)支撐柱202a同時(shí)提供機(jī)械支撐和電連接，本實(shí)施例中的各支撐柱的橫截面大小相同，梁與支撐柱的連接處位于支撐柱的外側(cè)邊緣，梁與支撐柱共同構(gòu)成了微橋結(jié)構(gòu)的外圍。本實(shí)施例中的梁、支撐柱與橋面203之間由真空分隔，較佳的，分隔寬度為0.1微米?I微米。本實(shí)施例中的微橋結(jié)構(gòu)具有二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，即沿過(guò)橋面中心且與橋面垂直的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180度時(shí)，微橋結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)重合;特別的，在本實(shí)施例中，當(dāng)四個(gè)支撐柱相同，四根梁也相