一種紅外探測(cè)器陣列及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種紅外探測(cè)器陣列及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測(cè)器是能將外界紅外輻射轉(zhuǎn)變成易測(cè)量的其他物理量的器件，根據(jù)探測(cè)機(jī)理紅外探測(cè)器可分為光子型和熱型探測(cè)器，前者利用探測(cè)器吸收光子后，本身電子狀態(tài)發(fā)生改變，從而引起內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)等光子效應(yīng)；后者利用探測(cè)器吸收紅外后自身溫度升高，從而引起敏感元件的物理性質(zhì)發(fā)生改變來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)。光子探測(cè)器一般是基于窄禁帶寬度半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)制作的，為了降低器件噪聲，需要致冷設(shè)備，因此造價(jià)較高，維護(hù)成本較高；而熱型探測(cè)器工作時(shí)一般不需要致冷，可以在常溫下工作，降低了制造成本，更利于大規(guī)模生產(chǎn)。近年來(lái)，隨著非致冷紅外熱成像技術(shù)地不斷進(jìn)步，該技術(shù)的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的軍事領(lǐng)域延伸到了電力、消防、工業(yè)、醫(yī)療、安防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)。非致冷紅外探測(cè)器巨大的商業(yè)價(jià)值潛力促進(jìn)了非致冷紅外探測(cè)器的快速發(fā)展。
[0003]非致冷紅外探測(cè)器主要包括非晶硅型、氧化釩型和二極管型紅外探測(cè)器，它們利用非晶硅、氧化釩和二極管的溫敏特性將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電學(xué)信號(hào)，直接將該信號(hào)進(jìn)行放大處理從而獲取紅外信號(hào)。本發(fā)明提出采用惠斯通電橋連接數(shù)個(gè)敏感單元，以提高器件的信噪比，并減小環(huán)境背景溫度變化的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種紅外探測(cè)器陣列及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中紅外探測(cè)器的信噪比低，并受環(huán)境背景溫度變化的影響大的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種紅外探測(cè)器陣列，所述紅外探測(cè)器陣列包括若干個(gè)像素，所述像素包括:
[0006]襯底，所述襯底表面形成有一空腔，所述襯底表面還形成有第一介質(zhì)層、制作在所述第一介質(zhì)層表面的第一熱敏單元和第二熱敏單元、形成在所述第一熱敏單元和第二熱敏單元表面的第一金屬層、包覆在所述第一熱敏單元和第二熱敏單元及第一金屬層上的第一鈍化層、以及覆蓋在所述第一鈍化層表面的金屬反射層；
[0007]懸橋結(jié)構(gòu)，懸空在所述空腔上方且通過(guò)支撐梁與所述襯底相連，所述懸橋結(jié)構(gòu)包括第二介質(zhì)層、制作在所述第二介質(zhì)層表面的第三熱敏單元和第四熱敏單元、形成在第三熱敏單元和第四熱敏單元表面的第二金屬層、以及包覆在所述第三熱敏單元和第四熱敏單元及第二金屬層上的第二鈍化層；
[0008]所述支撐梁包括第三介質(zhì)層、制作在第三介質(zhì)層上的第三金屬層、以及包覆所述第三金屬層的第三鈍化層；
[0009]所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元之間通過(guò)所述第三金屬層連接形成惠斯通電橋。
[0010]可選地，所述支撐梁懸空在所述空腔上方，且所述支撐梁的一端與襯底相連。
[0011 ] 可選地，所述第三金屬層為單層電連線。
[0012]可選地，所述第三金屬層為雙層電連線，每一層包括兩條電連線，層間電連線之間通過(guò)第三鈍化層隔離。
[0013]可選地，所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元采用相同的材料和工藝制作，結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。
[0014]可選地，所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元均包含至少一個(gè)熱敏元件。
[0015]可選地，所述熱敏元件為非晶硅熱敏電阻、氧化釩熱敏電阻或者二極管中的一種。
[0016]可選地，每一個(gè)像素均包括一個(gè)第一熱敏單元和一個(gè)第二熱敏單元；或者多個(gè)像素公用一個(gè)第一熱敏單元和一個(gè)第二熱敏單元。
[0017]本發(fā)明還提供一種紅外探測(cè)器陣列的制作方法，所述方法包括:
[0018]I)提供一襯底，在所述襯底表面依次沉積生長(zhǎng)介質(zhì)層和功能材料層；
[0019]2)圖形化所述功能材料層，在所述介質(zhì)層表面形成第一熱敏單元、第二熱敏單元、第二熱敏單兀和第四熱敏單兀；
[0020]3)淀積金屬層并圖形化，以在所述第一熱敏單元、第二熱敏單元表面形成第一金屬層、在所述第三熱敏單元和第四熱敏單元表面形成第二金屬層、在所述介質(zhì)層表面形成第三金屬層，所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元之間通過(guò)所述第三金屬層連接形成惠斯通電橋；
[0021]4)沉積鈍化層，并在與所述第一熱敏單元、第二熱敏單元對(duì)應(yīng)的鈍化層表面形成金屬反射層；
[0022]5)刻蝕所述鈍化層、介質(zhì)層和襯底，以在所述襯底和第一熱敏單元、第二熱敏單元之間形成第一介質(zhì)層，所述襯底和第三金屬層之間形成第三介質(zhì)層，所述襯底和第三熱敏單元和第四熱敏單元之間形成第二介質(zhì)層，所述第一金屬層和金屬反射層之間形成第一鈍化層，所述第三金屬層表面形成第三鈍化層，所述第二金屬層表面形成第二鈍化層，所述襯底中形成腐蝕槽；所述第二介質(zhì)層、第三熱敏單元、第四熱敏單元、第二金屬層和第二鈍化層構(gòu)成懸橋結(jié)構(gòu)，所述第三介質(zhì)層、第三金屬層和第三鈍化層構(gòu)成支撐梁；
[0023]6)繼續(xù)腐蝕所述襯底，將所述腐蝕槽腐蝕形成一個(gè)空腔，使所述懸橋結(jié)構(gòu)和支撐梁懸空。
[0024]可選地，所述步驟3)中形成的第三金屬層為部分惠斯通電橋的電連線，這種情況下，所述步驟4)包括:沉積鈍化層，并在與所述第一熱敏單元、第二熱敏單元對(duì)應(yīng)的鈍化層表面形成金屬反射層，同時(shí)在所述第三金屬層所對(duì)應(yīng)鈍化層表面再形成一層第三金屬層作為電連線，這兩層第三金屬層一起用來(lái)連接所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元形成惠斯通電橋。
[0025]可選地，所述襯底為SOI襯底，則所述步驟I)中先腐蝕掉SOI中的頂層硅，之后在SOI的埋氧層上直接生長(zhǎng)功能材料層；步驟2)中圖形化所述功能材料層后形成熱敏電阻型的第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元。
[0026]可選地，所述步驟I)中的襯底為SOI襯底，則步驟2)中直接利用SOI的頂層硅作為功能材料層，圖形化所述功能材料層后形成二極管型的第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元。
[0027]如上所述，本發(fā)明的紅外探測(cè)器陣列及其制作方法，所述紅外探測(cè)器陣列包括若干個(gè)像素，所述像素包括:襯底，所述襯底表面形成有一空腔，所述襯底表面還形成有第一介質(zhì)層、第一熱敏單元和第二熱敏單元、第一金屬層、第一鈍化層、以及金屬反射層；懸橋結(jié)構(gòu)，懸空在所述空腔上方且通過(guò)支撐梁與所述襯底相連，所述懸橋結(jié)構(gòu)包括第二介質(zhì)層、第三熱敏單元和第四熱敏單元、第二金屬層、以及第二鈍化層；所述支撐梁包括第三介質(zhì)層、第三金屬層、以及第三鈍化層；所述第一熱敏單元、第二熱敏單元、第三熱敏單元和第四熱敏單元之間通過(guò)所述第三金屬層連接形成惠斯通電橋。本發(fā)明通過(guò)惠斯通電橋形式將四組熱敏單元連接起來(lái)，差分輸出電信號(hào)，抑制了電路噪聲，可顯著地提高器件的信噪比。本發(fā)明制作方法的特點(diǎn)在于:在釋放像素結(jié)構(gòu)時(shí)，先在硅襯底中刻蝕出深槽，然后采用各向異性腐蝕劑腐蝕硅釋放像素結(jié)構(gòu)，提高了腐蝕釋放效率，且腐蝕形狀及深度可控，可避免像素和襯底之間發(fā)生粘連，還可以以未腐蝕盡的硅作為像素的錨，簡(jiǎn)化了錨的制作工藝。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1四個(gè)熱敏單元采用