微測輻射熱計紅外探測器及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種微測輻射熱計紅外探測器的制備方法，包括下列步驟：步驟A，采用CMOS工藝制造信號處理電路，同時形成紅外探測器單元半成品；步驟B，采用干法刻蝕工藝刻蝕紅外探測器單元半成品，形成腐蝕窗口；步驟C，淀積保護層，并刻蝕保護層形成側墻；步驟D，通過腐蝕窗口腐蝕硅襯底，在紅外探測器單元中制作懸空的懸臂和紅外吸收層，并形成空腔。上述微測輻射熱計紅外探測器的制備方法，采用市場上商業標準CMOS工藝與MEMS工藝相結合，可以將紅外探測單元與信號處理電路集成在一個芯片上，其制作工藝與標準CMOS工藝完全兼容，易于集成，非常適合大批量生產。相對于采用成本昂貴及工藝不成熟的SOI技術來說，成本得到大大降低，易于實現工業化量產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及紅外探測器
，尤其涉及一種。
技術介紹
紅外探測器陣列成像技術是集紅外材料、光學技術、制冷技術和微電子技術于一體的高科技綜合技術。目前，紅外成像技術也已廣泛應用于工業和民用諸領域，如紅外資源探測、紅外熱分析、以及包括人體組織在內的各類紅外成像和紅外故障診斷等。可以預見，隨著制造成本的進一步降低，其應用領域還會迅速擴大，其廣闊的市場前景是勿庸置疑的。熱紅外探測器基于熱敏材料吸收紅外輻射的熱效應，主要包括微測輻射熱計、熱電堆和熱釋電探測器三種類型。它們的優點是體積小、功耗低、毋須制冷和響應光譜波段寬等。其中，基于PN結溫度效應的微測輻射熱計在制備上比熱釋電探測器簡單，響應率又遠 高于熱電堆，而且其易于與CMOS讀出電路集成，故這是目前制造非制冷紅外探測器陣列的一個主要方向。在世界范圍內，各國研究人員對以低成本實現適合各種應用的超大規模紅外探測器陣列進行了廣泛的研究，實現低成本紅外探測器的主要問題出在單片集成以及與CMOS工藝技術的兼容性方面。
技術實現思路
基于此，有必要提供一種與標準CMOS工藝兼容的微測輻射熱計紅外探測器的制造方法。一種微測輻射熱計紅外探測器的制備方法，包括下列步驟步驟A，采用CMOS工藝制造信號處理電路，同時形成紅外探測器單元半成品；步驟B，采用干法刻蝕工藝刻蝕紅外探測器單元半成品，形成腐蝕窗口 ；步驟C，淀積保護層，并刻蝕所述保護層形成側墻；步驟D，通過所述腐蝕窗口腐蝕硅襯底，在紅外探測器單元中制作懸空的懸臂和紅外吸收層，并形成空腔。優選的，所述步驟A包括以下步驟步驟Al，設計所述微測輻射熱計紅外探測器的版圖；步驟A2，采用標準CMOS工藝進行流片，得到集成了所述信號處理電路和紅外探測器單元半成品的芯片。優選的，所述步驟B包括以下步驟步驟BI，以金屬層為掩蔽層，對所述紅外探測器單元半成品的二氧化硅層進行刻蝕；步驟B2，所述二氧化硅層刻蝕完畢后，繼續用干法刻蝕工藝刻蝕硅襯底,形成所述腐蝕窗口。優選的，所述步驟C是采用低壓化學氣相淀積工藝淀積所述保護層。優選的，所述步驟D中的腐蝕是濕法腐蝕。還有必要提供一種采用該方法制造得到的微測輻射熱計紅外探測器。一種微測輻射熱計紅外探測器，包括相互連接的信號處理電路和紅外探測單元，所述紅外探測單元包括硅襯底、隔離槽、紅外吸收層以及懸臂；所述隔離槽、紅外吸收層以及懸臂設于所述硅襯底上，所述紅外吸收層與隔離槽之間設有鏤空結構的腐蝕窗口，所述紅外吸收層為懸空結構并通過懸臂與隔離槽連接在一起；所述懸臂包括臂硅襯底、設于所述臂硅襯底上的懸臂二氧化硅層以及設于所述懸臂二氧化硅層內的懸臂多晶硅，所述懸臂的兩側為懸臂側墻；所述紅外吸收層包括吸收層硅襯底、設于所述吸收層硅襯底上的二氧化硅吸收層、設于所述吸收層硅襯底內且與所述二氧化硅吸收層交界的阱區、設于所述二氧化硅吸收層內的吸收多晶硅以及設于所述吸收二氧化硅吸收層內的吸收金屬層，所述紅外吸收層的兩側為吸收側墻；所述紅外吸收層還包括電氣連接線，所述吸收金屬層通過所述電氣連接線與阱區以及吸收多晶硅連接；所述紅外吸收層與硅襯底之間、所述懸臂與硅襯底之間形成空腔，所述懸臂多晶硅和吸收多晶硅相互連接。優選的，所述硅襯底是N型硅，所述阱區是P+型阱；或所述硅襯底是P-型硅，阱區是N+型講。優選的，所述懸臂為回折結構或直線型結構。 優選的，所述側墻的材質是氮化硅或二氧化硅。優選的，所述紅外探測單元的數量為多個且排列組成紅外焦平面陣列。上述微測輻射熱計紅外探測器的制備方法，采用市場上商業標準CMOS工藝與MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微電機系統)工藝相結合，可以將紅外探測單元與信號處理電路集成在一個芯片上，其制作工藝與標準CMOS工藝完全兼容，易于集成，非常適合大批量生產。相對于采用成本昂貴及工藝不成熟的SOI (SiIicon-On-Insulator,絕緣層上硅)技術來說，成本得到大大降低，易于實現工業化量產。附圖說明圖I是一實施例中微測輻射熱計紅外探測器陣列的俯視圖；圖2是圖I中單個紅外探測單元的俯視圖；圖3是圖2所示紅外探測單元沿A-A方向的剖面結構示意圖；圖4是一實施例中微測輻射熱計紅外探測器的制備方法的流程圖；圖5是一實施例中步驟A形成的紅外探測器單元半成品的剖面結構示意圖；圖6是步驟B完成后紅外探測器單元的剖面結構示意圖；圖7是步驟C完成后紅外探測器單元的剖面結構示意圖。10-隔離槽 20-腐蝕窗口 30-紅外吸收層 40-懸臂110-金屬層 120-側墻 130-阱區150-二氧化硅層160-多晶硅 170-硅襯底 180-空腔190-電氣連接線具體實施方式為使本專利技術的目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做詳細的說明。微測輻射熱計紅外探測器包括相互連接的信號處理電路和紅外探測單元。微測輻射熱計紅外探測器中的紅外探測單元可以單獨使用，也可以由多個紅外探測器單元排列組成紅外焦平面陣列(即微測輻射熱計紅外探測器陣列)。圖I是一實施例中微測輻射熱計紅外探測器陣列的俯視圖，圖2是圖I中單個紅外探測單元的俯視圖。紅外探測單元包括硅襯底，還包括設于硅襯底上的隔離槽10、紅外吸收層30以及懸臂40。紅外吸收層30與隔離槽10之間設有鏤空結構的腐蝕窗口 20 (由刻蝕工藝形成)，紅外吸收層30為懸空結構，僅通過懸臂40與隔離槽10連接在一起。圖3是圖2所示紅外探測單元的剖面結構示意圖。隔離槽10包括設于邊緣的隔離槽側墻121和設于硅襯底170上的隔離槽二氧化硅層151。隔離槽10用于實現各個紅外探測器單元之間的電隔離。懸臂40包括臂硅襯底174、設于臂硅襯底174上的懸臂二氧化硅層154、設于懸臂二氧化硅層154內的懸臂多晶硅164，懸臂40的兩側為懸臂側墻124。在本實施例中，懸臂40為圖2所示的回折結構。在其他實施例中，懸臂40也可以采用直線型結構。紅外吸收層30包括吸收層硅襯底173、設于吸收層硅襯底173上的二氧化硅吸收層153、設于吸收層硅襯底173內且與二氧化硅吸收層153交界的阱區130、設于二氧化硅吸收層153內的吸收多晶硅163以及設于二氧化硅吸收層153內的吸收金屬層113，紅外吸 收層30的兩側為吸收側墻123。紅外吸收層30還包括電氣連接線190，吸收金屬層113通過電氣連接線190與阱區130以及吸收多晶硅163連接。—部分娃襯底170被刻蝕掉后在懸臂40與娃襯底170之間、紅外吸收層30與娃襯底170之間形成空腔180。側墻120包括隔離槽側墻121、懸臂側墻124、吸收側墻123。二氧化硅層150包括隔離槽二氧化硅層151、二氧化硅吸收層153、懸臂二氧化硅層154。多晶硅160包括懸臂多晶硅164和吸收多晶硅163，懸臂多晶硅164和吸收多晶硅163是相互連接的。在本實施例中，側墻120的材質是氮化硅。在其他實施例中側墻120的材質也可以是二氧化硅。空腔180的作用是絕熱。形成空腔180后，紅外吸收層30就與硅襯底170 (本自然段所指硅襯底170不包括臂硅襯底174和吸收層硅襯底173)隔絕，紅外吸收層30就不會通過硅襯底170吸熱和散熱，保證了 PN結的溫度效應，使得器件能夠正常工作。紅外吸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微測輻射熱計紅外探測器，其特征在于，包括相互連接的信號處理電路和紅外探測單元，所述紅外探測單元包括硅襯底、隔離槽、紅外吸收層以及懸臂；所述隔離槽、紅外吸收層以及懸臂設于所述硅襯底上，所述紅外吸收層與隔離槽之間設有鏤空結構的腐蝕窗口，所述紅外吸收層為懸空結構并通過懸臂與隔離槽連接在一起；所述懸臂包括臂硅襯底、設于所述臂硅襯底上的懸臂二氧化硅層以及設于所述懸臂二氧化硅層內的懸臂多晶硅，所述懸臂的兩側為懸臂側墻；所述紅外吸收層包括吸收層硅襯底、設于所述吸收層硅襯底上的二氧化硅吸收層、設于所述吸收層硅襯底內且與所述二氧化硅吸收層交界的阱區、設于所述二氧化硅吸收層內的吸收多晶硅以及設于所述吸收二氧化硅吸收層內的吸收金屬層，所述紅外吸收層的兩側為吸收側墻；所述紅外吸收層還包括電氣連接線，所述吸收金屬層通過所述電氣連接線與阱區以及吸收多晶硅連接；所述紅外吸收層與硅襯底之間、所述懸臂與硅襯底之間形成空腔，所述懸臂多晶硅和吸收多晶硅相互連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞挺，于峰崎，彭本賢，
申請(專利權)人：中國科學院深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：