CN108917942B - 一种非制冷红外探测器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非制冷红外探测器，其中用于将红外探测层中的热敏薄膜层与读出电路电连接的锚点为实心锚点。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点可以有效增加锚点的结构强度以及减小热敏薄膜层与读出电路之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层与读出电路之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。本发明还提供了一种非制冷红外探测器的制备方法，所制备而成的非制冷红外探测器同样具有上述有益效果。

Description

一种非制冷红外探测器及其制备方法

技术领域

本发明涉及MEMS领域，特别是涉及一种非制冷红外探测器及一种非制冷红外探测器的制备方法。

背景技术

随着近年来科技不断的进步以及社会不断的发展，MEMS(微机电系统)得到了极大的发展，相应的作为MEMS中的非制冷红外探测器也得到了极大的发展。而非制冷红外探测器已经广泛的应用于汽车、安防、生物医学、电力、智慧楼宇、森林防火、智能手机和物联网等领域。

在现阶段，非制冷红外探测器主要通过其中的热敏薄膜接收红外线照射，经过红外线照射的热敏薄膜的电阻会发生变化从而产生相应的电信号，进而通过与热敏薄膜电连接的锚点将上述电信号传输至读出电路，实现红外探测功能。

但是现有技术中，非制冷红外探测器中的锚点的体积通常很大，从而不利于非制冷红外探测器的小型化。所以如何减少非制冷红外探测器的体积是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种非制冷红外探测器，可以具有体积较小的锚点；本发明的另一目的在于提供一种非制冷红外探测器的制备方法，所制备而成的非制冷红外探测器可以具有体积较小的锚点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种非制冷红外探测器，包括：

相对设置的读出电路和红外探测层；

位于所述读出电路和所述红外探测层之间的实心锚点；其中，所述红外探测层中的热敏薄膜层通过所述实心锚点与所述读出电路电连接。

可选的，所述锚点包括与所述读出电路相接触的导电槽，以及填充于所述导电槽中的导电层；其中，所述导电层具体为钨或铜。

可选的，所述红外探测层包括：

位于所述锚点背向所述读出电路一侧端部侧壁的支撑层；

位于所述支撑层背向所述读出电路一侧表面的所述热敏薄膜层；其中，所述热敏薄膜层不覆盖所述锚点；

同时覆盖所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面，以及所述锚点背向所述读出电路一侧表面的保护层；其中，所述保护层中设置有裸露所述锚点背向所述读出电路一侧表面预设区域的第一通孔，以及裸露所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面预设区域的第二通孔；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的桥腿；其中，所述桥腿通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点与所述热敏薄膜层电连接。

可选的，所述支撑层背向所述读出电路一侧表面与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相平齐。

可选的，所述红外探测层还包括：

位于所述桥腿背向所述读出电路一侧表面，且遮蔽所述热敏薄膜层的第一吸收层。

可选的，所述红外探测层还包括：

位于所述第一吸收层背向所述读出电路一侧的第二吸收层；其中，所述第二吸收层包括朝向所述热敏薄膜层方向延伸的凹槽。

可选的，所述桥腿包括：

位于所述第一通孔，且与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相接触的第一接触层；

位于所述第二通孔，且与所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面相接触的第二接触层；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的导电条；其中，所述导电条的一端与所述第一接触层背向所述读出电路一侧表面相接触；所述导电条的另一端与所述第二接触层背向所述读出电路一侧表面相接触。

本发明还提供了一种非制冷红外探测器的制备方法，包括：

在读出电路的表面设置牺牲层；

从所述牺牲层背向所述读出电路一侧表面刻蚀所述牺牲层以暴露所述读出电路表面的连接点，并形成锚点通孔；

在所述锚点通孔内溅射导电槽，并在所述导电槽中沉积一用于填充所述导电槽的导电层，以形成实心锚点；

在所述锚点背向所述读出电路一侧端部设置红外探测层；其中，所述锚点与所述红外探测层中的热敏薄膜层电连接；

去除所述牺牲层，以制成所述非制冷红外探测器。

可选的，所述在读出电路的第一表面设置牺牲层之后，所述方法还包括：

在所述牺牲层表面设置支撑层；

所述从所述牺牲层背向所述读出电路一侧表面刻蚀所述牺牲层以暴露所述第一表面的连接点，并形成锚点通孔包括：

从所述支撑层背向所述读出电路一侧表面依次刻蚀所述支撑层以及所述牺牲层，以暴露所述第一表面的所述连接点，并形成所述锚点通孔；

所述在所述锚点背向所述读出电路一侧端部设置红外探测层包括：

在所述支撑层表面设置所述热敏薄膜层；其中，所述热敏薄膜层不覆盖所述锚点；

在所述热敏薄膜层表面设置保护层；其中，所述保护层覆盖所述锚点背向所述读出电路一侧表面；

刻蚀所述保护层覆盖所述锚点表面的预设区域，以暴露所述锚点，并形成第一通孔；

刻蚀所述保护层覆盖所述热敏薄膜层表面的预设区域，以暴露所述热敏薄膜层，并形成第二通孔；

在所述保护层表面设置桥腿；其中，所述桥腿通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点与所述热敏薄膜层电连接。

可选的，所述在所述保护层表面设置桥腿包括：

在所述第一通孔中设置第一接触层；

在所述第二通孔中设置第二接触层；

在所述保护层表面设置导电条；其中，所述导电条的一端与所述第一接触层表面相接触；所述导电条的另一端与所述第二接触层表面相接触。

本发明所提供的一种非制冷红外探测器，其中用于将红外探测层中的热敏薄膜层与读出电路电连接的锚点为实心锚点。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点可以有效增加锚点的结构强度以及减小热敏薄膜层与读出电路之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层与读出电路之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

本发明还提供了一种非制冷红外探测器的制备方法，所制备而成的非制冷红外探测器同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图；

图4至图8为本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图；

图9至图18为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图；

图19至图21为本发明实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图。

图中：1.读出电路、2.锚点、21.导电槽、22.导电层、3.红外探测层、30.支撑层、31.热敏薄膜层、32.保护层、321.第一保护层、322.第二保护层、33.桥腿、331.第一接触层、332.第二接触层、333.导电条、34.第一吸收层、35.第二吸收层、4.牺牲层、41.锚点通孔、42.第一通孔、43.第二通孔。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种非制冷红外探测器。在现有技术中，用于使热敏薄膜与读出电路电连接的锚点均为空心锚点，在锚点中心处通常为空心结构。为了在现有技术中使得锚点具有一定的结构强度以制成热敏薄膜及相关结构，同时使得热敏薄膜与读出电路之间具有较小的接触电阻，使得现有技术中的锚点通常较大，从而不利于非制冷红外探测器的小型化。

而本发明所提供的一种非制冷红外探测器，其中用于将红外探测层中的热敏薄膜层与读出电路电连接的锚点为实心锚点。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点可以有效增加锚点的结构强度以及减小热敏薄膜层与读出电路之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层与读出电路之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器的结构示意图。

参见图1，在本发明实施例中，所述非制冷红外探测器包括相对设置的读出电路1和红外探测层3；位于所述读出电路1和所述红外探测层3之间的实心锚点2；其中，所述红外探测层3中的热敏薄膜层31通过所述实心锚点2与所述读出电路1电连接。

上述读出电路1即ROIC(readout integrated circuit)，所述读出电路1可以获取红外探测层3中热敏薄膜层31所发出的电信号。有关非制冷红外探测器的具体工作原理将在下述段落中做详细介绍。有关读出电路1的具体结构可以参照现有技术，在本发明实施例中并不做具体限定。

上述红外探测层3中主要用于探测红外线的部件为热敏薄膜层31。当热敏薄膜层31受到红外线照射时，其电阻会产生变化从而可以产生电信号。在现阶段，热敏薄膜层31的组分主要是氧化钒或者是氧化钛，当然，在本发明实施例中对于热敏薄膜层31的具体组分并不做具体限定。有关上述红外探测层3的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述红外探测层3与读出电路1之间设置有锚点2，通常情况下会设置有多个锚点2。所述锚点2用于将红外探测层3中的热敏薄膜层31与读出电路1电连接，以将热敏薄膜层31所产生的电信号传输至读出电路1，以便该读出电路1根据所述电信号进行红外探测。在本发明实施例中，所述锚点2为实心锚点2，即该锚点2中不含有空心结构。通常情况下，在本发明实施例中锚点2为多层复合结构。具体的，所述锚点2通常包括与所述读出电路1相接触的导电槽21，以及填充于所述导电槽21中的导电层22。通过上述导电层22填充至与读出电路1直接接触的导电槽21中，从而形成实心的锚点2。

作为优选的，上述导电层22优选为钨或铜。需要说明的是，上述导电槽21通常也为复合结构，所述导电槽21通常包括有位于导电槽21外层，与读出电路1直接接触的导电外槽，以及与导电外槽内壁相贴合的导电内槽。当上述导电层22为钨(w)时，为了导电层22与导电槽21之间可以形成良好的接触，上述导电外槽的材质可以为钛(Ti)，相应的导电内槽的材质为氮化钛(TiN)；或者是上述导电外槽的材质为钛(Ti)，而导电内槽的材质为钴(Co)。当上述导电层22为铜(Cu)时，为了导电层22与导电槽21之间可以形成良好的接触，上述导电外槽的材质可以为钽(Ta)，相应的导电内槽的材质为氮化钽(TaN)。需要说明的是，上述热敏薄膜层31通常与锚点2中的导电层22电连接。将导电层22的材质设置为钨或铜可以有效减少热敏薄膜层31与锚点2之间的接触电阻，从而可以提高热敏薄膜层31所产生的电信号的质量。

有关上述锚点2具体的制作步骤将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。上述锚点2的形状可以成倒圆台型、圆柱型等等，具体根据不同的刻蚀工艺以及刻蚀标准会具体行程不同形状的锚点2，有关锚点2的具体形状在本发明实施例中并不作具体限定。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器，用于将红外探测层3中的热敏薄膜层31与读出电路1电连接的锚点2为实心锚点2。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点2可以有效增加锚点2的结构强度以及减小热敏薄膜层31与读出电路1之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层31与读出电路1之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点2的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

有关上述非制冷红外探测器中红外探测层3的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对非制冷红外探测器中红外探测层3的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本发明实施例中，所述红外探测层3包括位于所述锚点2背向所述读出电路1一侧端部侧壁的支撑层30；位于所述支撑层30背向所述读出电路1一侧表面的所述热敏薄膜层31；其中，所述热敏薄膜层31不覆盖所述锚点2；覆盖所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面，以及所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面的保护层32；其中，所述保护层32中设置有裸露所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面预设区域的第一通孔42，以及裸露所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面预设区域的第二通孔43；位于所述保护层32背向所述读出电路1一侧表面的桥腿33；其中，所述桥腿33通过所述第一通孔42和所述第二通孔43使所述锚点2与所述热敏薄膜层31电连接。

上述支撑层30通常为低应力氮化硅薄膜。在本发明实施例中，支撑层30设置在锚点2背向读出电路1一侧端部侧壁，以支撑位于锚点2背向读出电路1一侧端部的红外探测层3，即上述支撑层30不会覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面。在具体的制作过程中，该支撑层30还可以用来限制用于设置锚点2的锚点通孔41的直径。有关具体制作流程将在下述发明实施例中做详细介绍。在本发明实施例中，上述支撑层30的厚度通常在

至

之间，包括端点值。

作为优选的，上述支撑层30背向所述读出电路1一侧表面可以与所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面相平齐，从而便于红外探测层3中后续结构的设置。为了实现上述支撑层30背向读出电路1一侧表面与锚点2背向读出电路1一侧表面相平齐，通常会通过抛光工艺，对支撑层30表面进行抛光。在抛光之后可以保证热敏薄膜层31的平整。有关具体的抛光工艺将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述热敏薄膜层31设置在支撑层30背向读出电路1一侧表面，同时该热敏薄膜层31不会覆盖锚点2。即热敏薄膜层31不会与锚点2直接接触，以防止热敏薄膜层31吸收的红外辐射能量还没有加热热敏薄膜层31就通过锚点2传导掉，从而无法探测红外辐射信号。具体的，热敏薄膜层31会通过桥腿33与锚点2电连接，有关桥腿33的具体结构将在后续段落中做详细介绍。有关热敏薄膜层31的具体材质已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述保护层32会同时覆盖热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面以及锚点2背向读出电路1一侧表面。具体的，由于制作工艺的原因，在设置热敏薄膜层31时需要对热敏薄膜层31进行图案化；同时为了在对热敏薄膜层31进行图案化时保护剩余的热敏薄膜层31不易受到腐蚀损坏，通常会先在热敏薄膜层31表面设置第一保护层321，再设置同时覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面以及覆盖第一保护层321表面的第二保护层322。即上述保护层32包括第一保护层321以及第二保护层322，其中第一保护层321仅仅覆盖热敏薄膜层31，而第二保护层322会覆盖第一保护层321以及锚点2背向读出电路1一侧表面。此时，覆盖在锚点2表面的保护层32的厚度仅仅为第二保护层322的厚度，而覆盖在热敏薄膜层31表面的保护层32的厚度为第一保护层321的厚度加上第二保护层322的厚度。通常情况下，上述第一保护层321以及第二保护层322均为氮化硅薄膜，其中第一保护层321的厚度通常在

至

之间，包括端点值；而第二保护层322的厚度通常在

至

之间，包括端点值。当然，在本发明实施例中对于上述保护层32的具体厚度并不做具体限定，上述保护层32的厚度需要根据非制冷红外探测器的热响应常数以及响应率决定。

在上述保护层32中，覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面的预设区域处设置有第一通孔42，该第一通孔42会裸露锚点2背向读出电路1一侧表面的预设区域；同时，覆盖热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的预设区域处设置有第二通孔43，该第二通孔43会裸露热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的预设区域。在本发明实施例中，第一通孔42的深度通常与上述第二保护层322的厚度相同，而第一通孔42的深度通常与上述第一保护层321的厚度加第二保护层322的厚度相同，即第一通孔42与第二通孔43之间的高度通常只差一层热敏薄膜层31的厚度，而第一通孔42的深度与第二通孔43的深度之间差值通常仅仅为一层第一保护层321的厚度。

上述桥腿33位于保护层32背向读出电路1一侧表面。而桥腿33的两个端部对分别通过上述第一通孔42以及第二通孔43与锚点2以及热敏薄膜层31电连接，从而使得热敏薄膜层31通过桥腿33与锚点2电连接。有关上述桥腿33具体的结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

作为优选的，在本发明实施例中，所述红外探测层3还可以包括位于所述桥腿33背向所述读出电路1一侧表面，且遮蔽所述热敏薄膜层31的第一吸收层34。

上述第一吸收层34通常会位于桥腿33背向读出电路1一侧表面，且覆盖位于热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的保护层32，即第一吸收层34通常需要遮蔽整个热敏薄膜层31。具体的，上述第一吸收层34通常为复合结构，该第一吸收层34通常为依次设置的低应力氮化硅薄膜、吸收薄膜以及钝化薄膜的三明治结构，该三明治结构的第一吸收层34的总厚度通常在

至

之间，包括端点值。上述低应力氮化硅薄膜通常直接与上述桥腿33以及保护层32相接触，以保证第一吸收层34可以与桥腿33以及保护层32之间具有良好的接触；上述吸收薄膜通常为金属薄膜或金属氮化物薄膜，例如钛、金、镍铬、氮化钛薄膜等等。该吸收薄膜可以有效增加红外探测层3对红外辐射的吸收，减少对红外辐射的反射；而上述钝化薄膜通常为钝化氮化硅薄膜，主要起钝化作用，保护红外探测层3不易受到腐蚀损坏。

作为优选的，所述红外探测层3还可以包括位于所述第一吸收层34背向所述读出电路1一侧的第二吸收层35；其中，所述第二吸收层35包括朝向所述热敏薄膜层31方向延伸的凹槽。

上述第二吸收层35具体可以为二氧化硅薄膜，氮化硅薄膜，甚至于二者的复合薄膜，还可以是低应力的金属薄膜。有关第二吸收层35的具体材质在本发明实施例中并不做具体限定。上述第二吸收层35具有朝向所述热敏薄膜层31方向延伸的凹槽，即该凹槽的轴线通常需要指向热敏薄膜层31。上述凹槽的底部通常需要与上述第一吸收层34相接触，以支撑整个第二吸收层35。具体的，上述凹槽的侧壁通常需要沿槽口至槽底的方向减缩，从而形成一倒梯形结构，以便第二吸收层35可以尽可能多的将红外辐射汇聚至热敏薄膜层31。设置有本发明实施例所提供的第二吸收层35，可以有效增加非制冷红外探测器的填充因子、红外吸收，进一步提高非制冷红外探测器的灵敏度。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器，在锚点2背向读出电路1一侧端部的侧壁设置支撑层30可以提高红外探测层3的结构强度，保证非制冷红外探测器在使用过程中不易发生损坏；通过设置第一吸收层34以及第二吸收层35可以有效提高红外探测层3对红外辐射的吸收，增加非制冷红外探测器的填充因子，进一步提高非制冷红外探测器的灵敏度。

有关上述非制冷红外探测器中桥腿33的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图3，图3为本发明实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对非制冷红外探测器中桥腿33的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3，在本发明实施例中，所述桥腿33包括位于所述第一通孔42，且与所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面相接触的第一接触层331；位于所述第二通孔43，且与所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面相接触的第二接触层332；位于所述保护层32背向所述读出电路1一侧表面的导电条333；其中，所述导电条333的一端与所述第一接触层331背向所述读出电路1一侧表面相接触；所述导电条333的另一端与所述第二接触层332背向所述读出电路1一侧表面相接触。即上述桥腿33有三部分构成，分别是位于第一通孔42内的第一接触层331；位于第二通孔43内的第二接触层332，以及位于保护层32表面，使得第一接触层331以及第二接触层332相互电连接的导电条333。相应的，在制作过程中也是分别制作第一接触层331、第二接触层332以及导电条333。有关桥腿33具体的制作流程将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述第一接触层331的材质可以是钛、钒、钴、钽、氮化钛、氮化钽等等，通常情况下，第一接触层331的厚度与上述第一通孔42的深度相等；上述第二接触层332与第一接触层331相类似，第二接触层332的材质可以是钛、钒、钴、钽、氮化钛、氮化钽等等，通常情况下，第二接触层332的厚度与上述第二通孔43的深度相等。上述导电条333位于保护层32背向读出电路1一侧表面，导电条333的两端分别与第一接触层331以及第二接触层332相接触，从而使得第一接触层331与第二接触层332电连接，最终使得热敏薄膜层31与锚点2电连接。上述导电条333的材质通常为钛、氮化钛、镍铬合金等等。通常情况下，上述导电条333的厚度通常较薄，以使桥腿33具有较低的热导率。

通常情况下，桥腿33自身有两个重要的参数，一个是热导率，还有一个是与热敏薄膜层31以及锚点2的接触电阻值。其中，桥腿33的热导率越低表明热敏薄膜层31的散热越少，从而可以使得非制冷红外探测器越灵敏；而接触电阻值越低，表示热敏薄膜层31与锚点2之间传输的电信号的质量越好，从而可以使得非制冷红外探测器越灵敏。在现有技术中，桥腿33通常是一体式成型，即桥腿33中分别与锚点2以及热敏薄膜层31相接触的端部以及两端部之间的连接部厚度相同，从而使得较低的接触电阻值与较低的热导率是不能同时满足的：若需要较低的接触电阻值，需要增加桥腿33的厚度，同时会增加桥腿33的热导率；若需要较低的热导率，需要减少桥腿33的厚度，同时会减少桥腿33的接触电阻值。

而在本发明实施例中，通过上述第一接触层331以及第二接触层332可以有效增加桥腿33与热敏薄膜层31以及锚点2之间的接触电阻值；同时通过设置厚度较薄的导电条333可以有效减少桥腿33的热导率，从而有效增加非制冷红外探测器灵敏性。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器，通过将桥腿33设置为第一接触层331、第二接触层332、以及导电条333的结构，可以使得桥腿33同时具有较低的接触电阻以及较低的热导率，从而有效增加非制冷红外探测器灵敏性。

下面对本发明所提供的一种非制冷红外探测器的制备方法进行介绍，下文描述的制备方法与上述描述的非制冷红外探测器的结构可以相互对应参照。

请参考图4至图8，图4至图8为本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图。

参见图4，在本发明实施例中，非制冷红外探测器的制备方法可以包括：

S101：在读出电路的表面设置牺牲层。

参见图5，有关读出电路1的具体结构可以参照现有技术，在本发明实施例中并不做具体限定。上述牺牲层4通常为聚酰亚胺牺牲层4，即牺牲层4的材质通常为聚酰亚胺。在设置聚酰亚胺牺牲层4时，通常是先在读出电路1的表面涂覆聚酰亚胺；然后在氮气(N₂)的氛围下退火0.5小时至2小时，使得上述聚酰亚胺完全的胺化。上述退火的温度范围通常在250℃至400℃之间，包括端点值。

S102：从牺牲层背向读出电路一侧表面刻蚀牺牲层以暴露读出电路表面的连接点，并形成锚点通孔。

参见图6，在本步骤中，会刻蚀上述牺牲层4以形成锚点通孔41，并暴露读出电路1表面的连接点。在后续步骤中会在锚点通孔41中设置实心的锚点2。具体的，上述锚点通孔41通常呈柱状或倒置的圆台状，有关锚点通孔41的具体形状在本发明实施例中并不做具体限定。

在刻蚀牺牲层4时，若牺牲层4具体为聚酰亚胺牺牲层4，则在刻蚀过程汇总具体会通过氧等离子体刻蚀聚酰亚胺牺牲层4，以形成锚点通孔41。

S103：在锚点通孔内溅射导电槽，并在导电槽中沉积一用于填充导电槽的导电层，以形成实心锚点。

参见图7，在本步骤中，会先在锚点通孔41内溅射导电槽21，再在导电槽21中沉积一导电层22，该导电层22会将导电槽21填充满，以形成实心锚点2。有关锚点2的具体结构以及具体材质已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

具体的，在本步骤中通常会先使用PVD设备溅射上述导电层22，在通过CVD或电镀的方法在导电槽21内沉积导电层22。需要说明的是，电镀也可以称为电沉积，属于沉积方法中的一种。在本步骤中设置的导电层22会与S102中暴露出的读出电路1表面的连接点相接触，以使得锚点2与读出电路1电连接。

S104：在锚点背向读出电路一侧端部设置红外探测层。

参见图8，在本发明实施例中，所述锚点2与所述红外探测层3中的热敏薄膜层31电连接。有关红外探测层3具体的制备步骤将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S105：去除牺牲层，以制成非制冷红外探测器。

在本步骤中，具体会对已经设置好红外探测层3的非制冷红外探测器的前置结构进行释放，以去除在S101中设置的牺牲层4，最终制成非制冷红外探测器。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器的制备方法，所制备而成的非制冷红外探测器中，用于将红外探测层3中的热敏薄膜层31与读出电路1电连接的锚点2为实心锚点2。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点2可以有效增加锚点2的结构强度以及减小热敏薄膜层31与读出电路1之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层31与读出电路1之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点2的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

本发明中有关红外探测层3的具体制作步骤将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图9至图18，图9至图18为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图。

参见图9，在本发明实施例中，非制冷红外探测器的制备方法可以包括：

S201：在读出电路的表面设置牺牲层。

本步骤与上述发明实施例中S101基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。

S202：在牺牲层表面设置支撑层。

参见图10，在本步骤中，所述支撑层30通常为低应力的氮化硅薄膜。通常情况下，会通过PECVD(等离子体化学气相沉积)工艺在牺牲层4的表面沉积支撑层30。所述支撑层30除了用于支撑位于锚点2背向读出电路1一侧端部的红外探测层3以外，还可以用于限制锚点通孔41的孔径。由于通常情况下，支撑层30为一层硬掩蔽薄膜，用于刻蚀牺牲层4的工艺通常无法刻蚀支撑层30。所以在后续步骤中，会分别依次刻蚀支撑层30以及牺牲层4来制作锚点通孔41。由于在刻蚀牺牲层4时不会继续扩大在支撑层30中刻蚀的通孔，所以通过上述支撑层30可以有效显示锚点通孔41的直径。

S203：从支撑层背向读出电路一侧表面依次刻蚀支撑层以及牺牲层，以暴露第一表面的连接点，并形成锚点通孔。

参见图11，在本步骤中，具体会先通过光刻蚀的方法，即先后进行涂覆光刻胶、曝光、显影以及刻蚀的步骤刻蚀支撑层30；之后再通过在支撑层30中刻蚀的通孔刻蚀牺牲层4，并最终形成锚点通孔41。由于在刻蚀牺牲层4时通常不会再对支撑层30造成影响，所以通过上述支撑层30可以有效限制锚点通孔41的直径。

本步骤的其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S204：在锚点通孔内溅射导电槽，并在导电槽中沉积一用于填充导电槽的导电层，以形成实心锚点。

本步骤与上述发明实施例中S103基本相同，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。

参见图12，作为优选的，在本步骤之后，会对支撑层30以及锚点2背向读出电路1一侧表面进行抛光，以去除在设置锚点2时溅射或沉积在支撑层30表面的导电材料，同时将支撑层30背向读出电路1一侧表面抛光成与锚点2背向读出电路1一侧表面相平齐，以保证后续在支撑层30表面设置的热敏薄膜的平整以及厚度均匀，从而保证非制冷红外芯片的成像质量。具体的，在本发明实施例中CMP(化学机械抛光)工艺对支撑层30以及锚点2背向读出电路1一侧表面进行抛光。有关CMP工艺的具体内容可以参照现有技术，在本发明实施例中并不做具体限定。

S205：在支撑层表面设置热敏薄膜层。

参见图13，在本发明实施例中，所述热敏薄膜层31不覆盖所述锚点2。

在本步骤中，通常会先在整个支撑层30表面通过反应溅射的工艺在支撑层30以及锚点2背向读出电路1一侧表面设置满足一定厚度以及方阻要求的热敏薄膜层31；再具体通过光刻蚀的工艺，对热敏薄膜层31进行图案化，以使热敏薄膜层31不覆盖锚点2。有关具体的刻蚀工艺可以参照现有技术，在本发明实施例中并不作具体限定。

作为优选的，在对热敏薄膜层31进行图案化之前，可以先在热敏薄膜层31表面沉积第一保护层321，有关第一保护层321的具体结构以及具体材质可以参照上述发明实施例，在此不再进行赘述。通过第一保护层321可以有效保护不需要被刻蚀掉的热敏薄膜层31在图案化的过程中可以不接触或者少接触光刻胶、湿法液体等，从而避免热敏薄膜层31收外界环境干扰从而产生薄膜性质以及方阻的变化。

S206：在热敏薄膜层表面设置保护层。

参见图14，在本发明实施例中，保护层覆盖所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面。

通常情况下，在本步骤中会通过沉积的工艺在热敏薄膜层31表面沉积一层保护层，该保护层通常为上述发明实施例中所述的第二保护层322，有关该保护层的具体内容可以参照上述发明实施例，在此不再进行赘述，该保护层会覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面。

S207：刻蚀保护层覆盖锚点表面的预设区域，以暴露锚点，并形成第一通孔。

参见图15，在本步骤中，通常是通过光刻蚀的工艺在保护层覆盖锚点2表面的预设区域进行刻蚀，以刻蚀出第一通孔42，该第一通孔42会暴露上述锚点2。

S208：刻蚀保护层覆盖热敏薄膜层表面的预设区域，以暴露热敏薄膜层，并形成第二通孔。

参见图15，在本步骤中，通常是通过光刻蚀的工艺在保护层覆盖热敏薄膜层31表面的预设区域进行刻蚀，以刻蚀出第二通孔43，该第二通孔43会暴露上述锚点2。需要说明的是，若在S205中设置有第一保护层321，则在本步骤中同样需要对第一保护层321进行刻蚀。

需要说明的是，上述S206以及S207之间并没有先后顺序，可以先执行S206再执行S207，也可以先执行S207再执行S206。作为优选的，上述S206以及S207可以同时进行，即同时对保护层进行刻蚀，以在一个步骤中制备出第一通孔42以及第二通孔43。

S209：在保护层表面设置桥腿。

参见图16，在本发明实施例中，所述桥腿33通过所述第一通孔42和所述第二通孔43使所述锚点2与所述热敏薄膜层31电连接。

上述桥腿33通过在S206以及S207中所制备而出的第一通孔42以及第二通孔43将热敏薄膜层31与锚点2电连接，在本步骤中，通常会通过沉积的工艺在保护层表面沉积一层导电材料；再通过对该导电材料进行图案化以制成桥腿33。有关桥腿33的具体制作流程将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

S210：在桥腿表面设置第一吸收层。

参见图17，在本发明实施例中，所述第一吸收层34需要遮蔽热敏薄膜层31。

在本步骤中，通常会在桥腿33表面依次沉积遮蔽热敏薄膜层31的低应力氮化硅薄膜、吸收薄膜以及钝化薄膜，从而形成三明治结构的第一吸收层34。有关第一吸收层34的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

当然，在本发明实施例中也可以不执行S209，即也可以不在桥腿33表面设置第一吸收层34。需要说明的是，在本步骤之后，通常会采用自对准的工艺，对红外探测层3进行像元隔离图形化，将每个像元分割开来，从而完成每个非制冷红外探测器的初步分割。

S211：在第一吸收层表面设置牺牲层。

本步骤与本发明实施例中S201基本类似，在本步骤中设置牺牲层4时通常需要在第一吸收层34表面进行涂覆以及固化，以在第一吸收层34表面设置牺牲层4。有关具体牺牲层4的制备工艺可以参照S201中的内容，在本发明实施例中并不做具体限定。

S212：从设置在第一吸收层表面的牺牲层背向读出电路一侧表面沿指向热敏薄膜层方向刻蚀该牺牲层，以暴露第一吸收层，并形成第二吸收层通孔。

在本步骤中，会在设置在第一吸收层34表面的牺牲层4表面刻蚀一第二吸收层通孔，该第二吸收层通孔指向热敏薄膜层31并暴露第一吸收层34。

S213：在设置在第一吸收层表面的牺牲层表面沉积覆盖第二吸收层通孔内壁的第二吸收层。

参见图18，在本发明实施例中，所述第二吸收层35需要覆盖第二吸收层通孔内壁以及被暴露的第一吸收层34表面，从而形成的第二吸收层35具有一个朝向热敏薄膜层31方向延伸的凹槽。有关第二吸收层35的具体结构以及具体材质可以参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。具体的，在本步骤中会采用沉积的工艺设置该第二吸收层35。需要说明的是，在本发明实施例中也可以不执行S210至S212，即也可以不在第一吸收层34表面设置第二吸收层35。

S214：去除牺牲层，以制成非制冷红外探测器。

本步骤与上述发明实施例中S105基本相同，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器的制备方法，通过先在位于读出电路1表面的牺牲层4表面设置支撑层30，可以有效通过支撑层30限制锚点通孔41的直径，从而限制制备而成的锚点2的大小。

本发明中有关红外探测层3的具体制作步骤将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图19至图21，图19至图21为本发明实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器制备方法的工艺流程图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对S209进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图19，在本发明实施例中，上述发明实施例中S209具体包括：

S301：在第一通孔中设置第一接触层。

参见图20，在本步骤中，通常会先在保护层表面溅射一层导电材料，该导电材料会填充第一通孔42；在溅射完成后，会对该导电材料进行图案化，以去除覆盖在保护层背向读出电路1一侧表面的导电材料，从而在第一通孔42中形成第一接触层331。

S302：在第二通孔中设置第二接触层。

参见图20，与S301相类似，在本步骤中，通常会先在保护层表面溅射一层导电材料，该导电材料会填充第二通孔43；在溅射完成后，会对该导电材料进行图案化，以去除覆盖在保护层背向读出电路1一侧表面的导电材料，从而在第二通孔43中形成第二接触层332。

需要说明的是，上述S301以及S302之间并没有先后顺序，可以先执行S301再执行S302，也可以先执行S302再执行S301。作为优选的，上述S301以及S302可以同时进行，即同时在第一通孔42中设置第一接触层331，以及在第二通孔43中设置第二接触层332。由于在本发明实施例中第一通孔42与第二通孔43基本位于同一平面，且第一通孔42与第二通孔43之间深度基本相同，从而可以在同一步骤中同时设置第一接触层331以及第二接触层332，从而简化非制冷红外探测器的制备流程。

S303：在保护层表面设置导电条。

参见图21，在本发明实施例中，所述导电条333的一端与所述第一接触层331表面相接触；所述导电条333的另一端与所述第二接触层332表面相接触。

在本步骤中，通常会先在保护层表面沉积一导电材料，由于在S301以及S302中已经填充过第一通孔42以及第二通孔43，从而在本步骤中所沉积的导电材料通常仅仅会覆盖保护层、第一接触层331以及第二接触层332的表面；在沉积完成之后，会对该导电材料进行图案化，已在保护层表面形成导电条333，该导电条333的两个端部分别与第一接触层331以及第二接触层332相接触，从而使得热敏薄膜层31通过锚点2与读出电路1电连接。有关上述图案化的具体工艺可以参照现有技术，在本发明实施例中并不作具体限定。

本发明实施例所提供的非制冷红外探测器中有关桥腿33的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种非制冷红外探测器的制备方法，所制备而成的非制冷红外探测器，通过将桥腿33设置为第一接触层331、第二接触层332、以及导电条333的结构，可以使得桥腿33同时具有较低的接触电阻以及较低的热导率，从而有效增加非制冷红外探测器灵敏性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种非制冷红外探测器及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非制冷红外探测器，其特征在于，包括：

相对设置的读出电路和红外探测层；

位于所述读出电路和所述红外探测层之间的实心锚点；其中，所述红外探测层中的热敏薄膜层通过所述锚点与所述读出电路电连接；

所述锚点为：

在读出电路的表面设置牺牲层；

在所述牺牲层表面设置支撑层；

从所述支撑层背向所述读出电路一侧表面依次刻蚀所述支撑层以及所述牺牲层，以暴露所述读出电路表面的连接点，并形成所述锚点通孔；

在所述锚点通孔内溅射导电槽，并在所述导电槽中沉积一用于填充所述导电槽的导电层；

对所述支撑层以及所述锚点背向读出电路一侧表面进行抛光，所形成的实心锚点。

2.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述锚点包括与所述读出电路相接触的导电槽，以及填充于所述导电槽中的导电层；其中，所述导电层具体为钨或铜。

3.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述红外探测层包括：

位于所述锚点背向所述读出电路一侧端部侧壁的支撑层；

位于所述支撑层背向所述读出电路一侧表面的所述热敏薄膜层；其中，所述热敏薄膜层不覆盖所述锚点；

同时覆盖所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面，以及所述锚点背向所述读出电路一侧表面的保护层；其中，所述保护层中设置有裸露所述锚点背向所述读出电路一侧表面预设区域的第一通孔，以及裸露所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面预设区域的第二通孔；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的桥腿；其中，所述桥腿通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点与所述热敏薄膜层电连接。

4.根据权利要求3所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述支撑层背向所述读出电路一侧表面与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相平齐。

5.根据权利要求3所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述红外探测层还包括：

位于所述桥腿背向所述读出电路一侧表面，且遮蔽所述热敏薄膜层的第一吸收层。

6.根据权利要求5所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述红外探测层还包括：

位于所述第一吸收层背向所述读出电路一侧的第二吸收层；其中，所述第二吸收层包括朝向所述热敏薄膜层方向延伸的凹槽。

7.根据权利要求3至6任一项权利要求所述的非制冷红外探测器，其特征在于，所述桥腿包括：

位于所述第一通孔，且与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相接触的第一接触层；

位于所述第二通孔，且与所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面相接触的第二接触层；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的导电条；其中，所述导电条的一端与所述第一接触层背向所述读出电路一侧表面相接触；所述导电条的另一端与所述第二接触层背向所述读出电路一侧表面相接触。

8.一种非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：

在读出电路的表面设置牺牲层；

从所述牺牲层背向所述读出电路一侧表面刻蚀所述牺牲层以暴露所述读出电路表面的连接点，并形成锚点通孔；

在所述锚点通孔内溅射导电槽，并在所述导电槽中沉积一用于填充所述导电槽的导电层，以形成实心锚点；

在所述锚点背向所述读出电路一侧端部设置红外探测层；其中，所述锚点与所述红外探测层中的热敏薄膜层电连接；

去除所述牺牲层，以制成所述非制冷红外探测器；

所述在读出电路的表面设置牺牲层之后，所述方法还包括：

在所述牺牲层表面设置支撑层；

所述从所述牺牲层背向所述读出电路一侧表面刻蚀所述牺牲层以暴露所述读出电路表面的连接点，并形成锚点通孔包括：

从所述支撑层背向所述读出电路一侧表面依次刻蚀所述支撑层以及所述牺牲层，以暴露所述读出电路表面的所述连接点，并形成所述锚点通孔。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述锚点背向所述读出电路一侧端部设置红外探测层包括：

在所述支撑层表面设置所述热敏薄膜层；其中，所述热敏薄膜层不覆盖所述锚点；

在所述热敏薄膜层表面设置保护层；其中，所述保护层覆盖所述锚点背向所述读出电路一侧表面；

刻蚀所述保护层覆盖所述锚点表面的预设区域，以暴露所述锚点，并形成第一通孔；

刻蚀所述保护层覆盖所述热敏薄膜层表面的预设区域，以暴露所述热敏薄膜层，并形成第二通孔；

在所述保护层表面设置桥腿；其中，所述桥腿通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点与所述热敏薄膜层电连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述保护层表面设置桥腿包括：

在所述第一通孔中设置第一接触层；

在所述第二通孔中设置第二接触层；

在所述保护层表面设置导电条；其中，所述导电条的一端与所述第一接触层表面相接触；所述导电条的另一端与所述第二接触层表面相接触。

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