[发明专利]一种非制冷红外探测器像元及其制备方法

说明书

本申请涉及一种非制冷红外探测器像元及其制备方法，所述像元包括底层衬底和位于衬底上的双支撑悬臂梁结构；双支撑悬臂梁结构包括第一介质层、第二金属电极层，光敏层和第二介质层，第一介质层为双支撑悬臂梁结构的支撑层，支撑层向下凹陷延伸至第一金属电极层上形成至少两处具有容纳空间的支撑柱；所述支撑柱的侧壁为陡直的支撑臂侧壁；在所述像元制备过程中通过在聚酰亚胺牺牲层上面增加介质牺牲层作为RIE刻蚀聚酰亚胺牺牲层的掩膜，之后通过RIE刻蚀去除介质掩膜层，同时平滑聚酰亚胺侧壁，从而获得陡直的侧壁，为获得陡直的支撑柱提供了基础，该方法为小像元器件的提供了保障。

技术领域

本发明属于半导体技术中的非制冷红外探测器制造领域，具体涉及一种非制冷红外探测器像元及其制备方法。

背景技术

红外探测技术的发现和使用极大的拓展了人类视野的范围，其在信息获取、物质分析方面具有广阔的应用前景。红外探测器件主要分为光子型器件和热敏型器件，虽然热敏型器件的灵敏度、响应时间都不如光子型，但是热敏型器件的体积、功耗、制备工艺、成本都远低于光子型器件，因此，在民用和近距离遥感、探测领域有很大的应用需求。

基于微桥结构的非制冷探测器是由美国美国霍尼韦尔公司上世纪70年代发明的，也是目前最主要的非制冷探测产品，高填充率、高分辨是目前非制冷探测器研究的重点，而要实现高填充率、高分辨，就要不断的减小探测器像元和降低非感光区面积。而探测器支撑柱是主要的非感光区域，因此，如何制备陡直的面积小的支撑柱对于提升非制冷探测的填充率、实现高分辨率成像都有很重要的意义。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种非制冷红外探测器像元及其制备方法，一方面解决了支撑结构的弱连接问题；另一方面解决了传统非制冷探测支撑柱尺寸大的问题，实现了小尺寸、陡直支撑柱的制备，为实现高填充率、高分辨率非制冷探测器提供了支撑。本发明提供的像元及其制备方法可用于小像元非制冷红外探测器制备、红外安防、红外夜视、红外光谱检测和深空探测等技术领域。

为实现上述目的，本发明根据本申请实施例的第一方面，提供一种非制冷红外探测器像元，包括底层衬底和位于底层衬底上的双支撑悬臂梁结构；

所述底层衬底上设置有第一金属电极层、第一金属反射层和第一金属保护层；所述双支撑悬臂梁结构包括第一介质层、第二金属电极层，光敏层和第二介质层，其中，

所述第一介质层为双支撑悬臂梁结构的支撑层，所述支撑层向下凹陷延伸至第一金属电极层上形成至少两处具有容纳空间的支撑柱；所述支撑柱的侧壁为陡直的支撑臂侧壁；位于支撑柱底部的第一介质层上开设有通孔；

所述第二金属电极层设置在容纳空间中，且覆盖在支撑柱中的支撑臂侧壁上；所述第二金属电极层通过第一介质层上的通孔与第一金属电极层电连接；所述光敏层位于第一介质层上面，所述第二介质层覆盖在光敏层上面。

进一步的，所述第一金属电极层和第一金属反射层设置在底层衬底上面，所述第一金属电极层和所述第一金属反射层选用同样金属和厚度，所述底层衬底上面处于支撑柱底部端面覆盖的区域为第一金属电极层，所述底层衬底上面未被支撑柱底部端面覆盖的区域为第一金属反射层。

进一步的，所述底层衬底包括含读出电路的半导体衬底、带有阵列读出电路的晶圆或者具有支撑作用的材料。

进一步的，向上延伸出容纳空间的第二金属电极层的顶端部向外周折弯在容纳空间的开口处。

本发明根据本申请实施例的第二方面，提供一种非制冷红外探测器像元制备方法，该制备方法用于制备上述的非制冷红外探测器像元，其制备方法步骤如下：

1)、在已加工好读出电路或者具有支撑作用结构的衬底上制备第一金属电极层、第一金属反射层和第一金属保护层，其中第一金属电极层和第一金属反射层选用同样金属和厚度，整个金属厚度大于金属的趋肤深度；