[实用新型]一种非制冷红外探测器塔式桥墩

说明书

技术领域

本实用新型涉及MEMS器件设计和制造领域，具体为一种非制冷红外探测器塔式桥墩结构。 

背景技术

非制冷红外探测器（Uncooled Infrared Detector）广泛应用于军事、汽车、安防、生物医学、电力、航空、警用、森林防火和物联网等领域。近年来，非致冷红外探测器技术获得了重要突破并实现商业量产化。它不仅解决了制冷红外探测器要求低温（-77K）冷却的工作条件，还实现同读出电路的大规模或超大规模集成。这种技术适合采用大规模集成电路制造技术批量生产，使红外探测器成本低廉化，从而使红外热像仪的应用从传统的军用领域逐渐推广到民用领域。它响应速率高，具有极低的噪声水平，它工作时无需斩波器辅助，便于大规模生产。工作时，在热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源，入射红外辐射引起的温度变化使得热敏材料电阻值发生变化，从而使电流、电压发生改变，并由读出电路（ROIC）读出电信号的变化，并把电信号转换为图形信号进行成像。 

同时，非制冷红外探测器的加工属于微机电系统（MEMS：Micro-Electromechanical Systems）领域，是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。但是，在MEMS器件的制造工艺中，涉及到复杂的三维结构，需要使用牺牲层来制作微结构，如微型桥、悬臂梁、悬臂块和质量块等，在制作微结构中，一定包含固定支撑结构即锚点（Anchor，在本专利中，称为桥墩）。 

非制冷红外探测器实现了和读出电路的集成，随着技术路线的发展和技术革新，非制冷红外探测器的像元（Pixel）大小从50μm－35μm－25μm－17μm－14μm及以下尺寸发展。但由于非制冷红外探测器是属于MEMS技术领域，有些特殊结构，如支撑结构的桥墩（Anchor），就不能按照像元尺寸等比例进行缩小。所以本发明方法，就是针对Bolometer关键的支撑结构桥墩（Anchor）进行优化和创新，可适用于像元（Pixel）尺寸为25μm，17μm，14μm及以下尺寸的结构和制造工艺之中，并降低工艺制造的难度，确保像元尺寸缩小时，桥墩结构缩小且仍保持原有的稳固性和可靠性，并改进和解决尺寸缩小所引入的新的问题。 

现有技术：在牺牲层（厚度为2.0～2.5μm）上蚀刻支撑孔，支撑孔为直孔（各向异性蚀刻）或一定倾斜度（如50～70°）的倾斜孔，然后可使用Lift-off工艺进行Ti、TiNi、NiCr等金属填充，然后完成后面的支撑层、热敏层、介质层、电极层和钝化层等一系列工艺。在介质层工艺完成后，需要在支撑孔位置处光刻和蚀刻通孔（VIA），通孔必须制作在支撑孔（Post Hole）底部的中间，不可蚀刻到桥墩（Anchor）的侧壁。否则，桥墩侧壁被蚀刻，破坏了桥墩的支撑作用，后面无法进行完整的电极布线，电极金属薄膜在此位置处的台阶覆盖差或根本无法进行覆盖；由于要求通孔必须制作在支撑孔底部的中间，要求设计时保留一定的对位容差，如支撑孔（Post Hole）底部比通孔直径大1.0μm。如果通孔要求是2.0μm，支撑孔的高度为2.0μm，倾角为60°，考虑支撑孔内壁的介质厚度为0.3～0.5μm。那么，支撑孔上部桥墩宽度在6.0μm左右甚至更大。随着像元尺寸的缩小，为了保持支撑结构的稳定性，可靠性，以及保持通孔的大小不变才能保证良好的电接触。所以，桥墩（Anchor）大小不能按像元尺寸缩小的比例进行减少，这样就必然占用像元的有效面积，导致器件的填充系数偏低，影响器件的性能。且传统的方法，一般还需要在通孔（VIA）后进行铝（Al）工艺填充或溅射厚的电极金属，填充工艺复杂，厚金属热导大；另外，如果桥墩（Anchor）缩小，通孔的大小保持不变，那么对位容差就小，会增加通孔层的制造难度等。 

实用新型内容