[发明专利]一种红外探测器热绝缘结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种红外探测器热绝缘结构及其 制备方法。

背景技术

目前，非制冷红外探测器分为两种，一种是传统的电读出非制冷红外探测 器，另一种是光学读出非制冷红外探测器。

光学读出非制冷红外探测是一种基于材料热光效应的红外探测技术，即由 于红外辐射的作用引起探测器温度的升高，从而导致探测材料的光学特性发生 改变，利用商用Si CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合器件图像传感器)来探 测其光学性能的改变来实现对红外辐射的探测。与传统电读出非制冷红外探测 器不同，这种光学读出非制冷红外探测技术不需要设计专用读出电路，而可采 用商用Si CCD进行信号的读出，因此在成本上相对电读出非制冷红外探测器更 低，有利于红外探测技术在民用领域中的推广。

非制冷红外探测器的制备工艺的关键点在于制备出具有与衬底热绝缘以及 像元之间热绝缘的探测器阵列。热绝缘一般通过悬空结构来实现，像元与衬底 之间有空隙，这样在真空环境下避免了热传导以及热对流所导致的像元之间的 串扰。现有技术中制备热绝缘结构采用的工艺是：先制备牺牲层，然后沉积热 辐射敏感材料，制备出探测器结构后，去掉牺牲层形成悬空的热绝缘结构。以 典型的电读出非制冷红外探测器--非晶硅微测辐射热计为例，其制备工艺中采用 聚酰亚胺作为传统的牺牲层材料，可以通过光刻技术中的匀胶工艺实现牺牲层 的沉积，并可利用光刻技术中的曝光和显影直接在该牺牲层成形图形，与半导 体工艺兼容性很好。但聚酰亚胺作为牺牲层存在的最大问题是：当牺牲层经过 高温化后，通常采用干法去胶，因为利用湿法工艺是很难去除，而干法去胶的 横向钻蚀能力较差，这样对于非制冷红外探测器像元面积较大时，位于探测器 像元下中间部位的牺牲层很难去掉。为了解决这一问题，通常在刻蚀成像元图 形的同时，在每个像元的中心成形一些小孔，在干法去胶过程中通过这些小孔 能够很好的去除像元下中间部位的聚酰亚胺牺牲层。

但对于光学读出非制冷红外探测器来说，其利用的是探测器材料的光学效 应，对于探测器像元与衬底之间的悬空层高度的精确度有很高的要求，也要求 探测器像元表面保证绝对的平整。如果采用聚酰亚胺作为牺牲层，一方面由于 聚酰亚胺通过匀胶工艺涂敷，厚度很难精确控制；另外，聚酰亚胺去除难度大， 如果采用类似非晶硅微测辐射热计的工艺方法在像元中心开很多小孔，必将引 起一系列的例如衍射等其它光学现象。

一篇名为新型低功耗非制冷红外摄像机的文献Novel Low-Cost Uncooled Infrared Camera，Proc.of SPIE 5783，496-505，记载了采用SiNx材料通过 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强型化学气相沉 积)的方式生长牺牲层，然后沉积上光读出探测器的热敏感多层膜即像元材料， 最后刻蚀出正六边形的像元面积以及像元之间的间隔，在每个正六边形像元的 中央设计一个支撑柱，SiNx牺牲层的去除采用干法刻蚀方法去除，但是这种热 绝缘结构容易造成应力失配而导致探测器表面翘曲和脱落等现象。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种红外探测器热绝缘结构及其制备方法， 克服现有的热绝缘结构容易造成应力失配而导致探测器表面翘曲和脱落的缺 陷。

本发明采用的技术方案是，所述红外探测器热绝缘结构制备方法，包括如 下步骤：

步骤一、在红外探测器衬底上沉积牺牲层；

步骤二、通过第一次光刻和刻蚀过程在牺牲层中制备小孔；

步骤三、在牺牲层上沉积热敏感多层膜，同时将所述小孔填满；

步骤四、通过第二次光刻和刻蚀过程在将红外探测器衬底以上的部分划分 成像元阵列，所述小孔均匀地分布在每个像元的边缘处。

步骤五、去除牺牲层。

所述牺牲层材料是硫化锌。

所述步骤一是采用磁控溅射方法在探测器衬底上沉积牺牲层的。

所述步骤二具体包括如下过程：使用匀胶设备在牺牲层上面涂敷光刻胶， 经过紫外曝光后在光刻胶上光刻出小孔的图形，然后利用电感耦合等离子体刻 蚀将小孔处的牺牲层完全去除，最终在红外探测器衬底上形成带有小孔的牺牲 层。