[发明专利]微测辐射热计红外探测器及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种微测辐射热计红外探测器及其制备方法。

【背景技术】

红外探测器阵列成像技术是集红外材料、光学技术、制冷技术和微电子技术于一体的高科技综合技术。目前，红外成像技术也已广泛应用于工业和民用诸领域，如红外资源探测、红外热分析、以及包括人体组织在内的各类红外成像和红外故障诊断等。可以预见，随着制造成本的进一步降低，其应用领域还会迅速扩大，其广阔的市场前景是勿庸置疑的。

热红外探测器基于热敏材料吸收红外辐射的热效应，主要包括微测辐射热计、热电堆和热释电探测器三种类型。它们的优点是体积小、功耗低、毋须制冷和响应光谱波段宽等。其中，基于PN结温度效应的微测辐射热计在制备上比热释电探测器简单，响应率又远高于热电堆，而且其易于与CMOS读出电路集成，故这是目前制造非制冷红外探测器阵列的一个主要方向。

在世界范围内，各国研究人员对以低成本实现适合各种应用的超大规模红外探测器阵列进行了广泛的研究，实现低成本红外探测器的主要问题出在单片集成以及与CMOS工艺技术的兼容性方面。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种与标准CMOS工艺兼容的微测辐射热计红外探测器的制造方法。

一种微测辐射热计红外探测器的制备方法，包括下列步骤：步骤A，采用CMOS工艺制造信号处理电路，同时形成红外探测器单元半成品；步骤B，采用干法刻蚀工艺刻蚀红外探测器单元半成品，形成腐蚀窗口；步骤C，淀积保护层，并刻蚀所述保护层形成侧墙；步骤D，通过所述腐蚀窗口腐蚀硅衬底，在红外探测器单元中制作悬空的悬臂和红外吸收层，并形成空腔。

优选的，所述步骤A包括以下步骤：步骤A1，设计所述微测辐射热计红外探测器的版图；步骤A2，采用标准CMOS工艺进行流片，得到集成了所述信号处理电路和红外探测器单元半成品的芯片。

优选的，所述步骤B包括以下步骤：步骤B1，以金属层为掩蔽层，对所述红外探测器单元半成品的二氧化硅层进行刻蚀；步骤B2，所述二氧化硅层刻蚀完毕后，继续用干法刻蚀工艺刻蚀硅衬底，形成所述腐蚀窗口。

优选的，所述步骤C是采用低压化学气相淀积工艺淀积所述保护层。

优选的，所述步骤D中的腐蚀是湿法腐蚀。

还有必要提供一种采用该方法制造得到的微测辐射热计红外探测器。

一种微测辐射热计红外探测器，包括相互连接的信号处理电路和红外探测单元，所述红外探测单元包括硅衬底、隔离槽、红外吸收层以及悬臂；所述隔离槽、红外吸收层以及悬臂设于所述硅衬底上，所述红外吸收层与隔离槽之间设有镂空结构的腐蚀窗口，所述红外吸收层为悬空结构并通过悬臂与隔离槽连接在一起；所述悬臂包括臂硅衬底、设于所述臂硅衬底上的悬臂二氧化硅层以及设于所述悬臂二氧化硅层内的悬臂多晶硅，所述悬臂的两侧为悬臂侧墙；所述红外吸收层包括吸收层硅衬底、设于所述吸收层硅衬底上的二氧化硅吸收层、设于所述吸收层硅衬底内且与所述二氧化硅吸收层交界的阱区、设于所述二氧化硅吸收层内的吸收多晶硅以及设于所述吸收二氧化硅吸收层内的吸收金属层，所述红外吸收层的两侧为吸收侧墙；所述红外吸收层还包括电气连接线，所述吸收金属层通过所述电气连接线与阱区以及吸收多晶硅连接；所述红外吸收层与硅衬底之间、所述悬臂与硅衬底之间形成空腔，所述悬臂多晶硅和吸收多晶硅相互连接。

优选的，所述硅衬底是N型硅，所述阱区是P+型阱；或所述硅衬底是P-型硅，阱区是N+型阱。

优选的，所述悬臂为回折结构或直线型结构。

优选的，所述侧墙的材质是氮化硅或二氧化硅。

优选的，所述红外探测单元的数量为多个且排列组成红外焦平面阵列。

上述微测辐射热计红外探测器的制备方法，采用市场上商业标准CMOS工艺与MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微电机系统)工艺相结合，可以将红外探测单元与信号处理电路集成在一个芯片上，其制作工艺与标准CMOS工艺完全兼容，易于集成，非常适合大批量生产。相对于采用成本昂贵及工艺不成熟的SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘层上硅)技术来说，成本得到大大降低，易于实现工业化量产。

【附图说明】

图1是一实施例中微测辐射热计红外探测器阵列的俯视图；

图2是图1中单个红外探测单元的俯视图；

图3是图2所示红外探测单元沿A-A方向的剖面结构示意图；

图4是一实施例中微测辐射热计红外探测器的制备方法的流程图；