CN103117287B - 非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，包括含读出电路的第一基片，含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片，所述第一基片与第二基片键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层为桥面；各热隔离微桥单元的桥面上均设置有敏感元阵列，各敏感元阵列通过引线电极与第一基片上对应的读出电路实现电连接。制备方法：第一基片键合面图形的制备；支撑层制备；敏感元阵列的制备；第二基片正面保护；热隔离微桥阵列的制备；第一基片与第二基片的键合；除去第二基片的正面保护层；敏感元电极读出电路电极的连接。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件领域，特别涉及一种非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法
背景技术
非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器是一种基于热效应原理工作的热辐射探测器件，其核心部分是具有热感应能力的敏感元阵列。通过增加热隔离微桥可有效改善敏感元的热探测能力，为提高敏感元及整个探测器的工作性能，人们不断地对热隔离微桥结构进行改进。目前报道的可与读出电路集成的薄膜型非制冷红外焦平面阵列探测器结构可分为两大类：一类是基于表面微机械加工技术的牺牲层技术，即在已制备好读出电路的硅基片上直接依次沉积牺牲层、支撑层、敏感层，图形化后通过释放牺牲层得到具有热隔离微桥结构的阵列探测器；另一类是将读出电路和敏感元阵列制备在硅基片的同一层面，基于体微机械加工技术，即采用反应离子刻蚀、等离子刻蚀、化学辅助离子刻蚀以及各向异性化学腐蚀等物理和/或化学方法，从基片的背面将敏感元所在的部位进行一定程度的刻蚀形成一个空腔，从而在每一个敏感元底部形成硅基热隔离微桥结构的阵列探测器。
在上述第一类技术中，因为是在读出电路基片表面上通过沉积牺牲层和Si3N4支撑层薄膜、然后图形化，并刻蚀牺牲层薄膜以获得热绝缘微桥结构，故工艺上对Si3N4支撑层有较高要求，如果微桥面积较大，Si3N4薄膜可能会出现弯曲、翘曲、破裂等现象，桥墩及桥腿的尺寸、工艺质量直接影响微桥的质量及隔热效果，因此一个桥面上制备一个敏感元；若牺牲层材料为SiO2，刻蚀牺牲层薄膜需要使用HF等，这对热释电薄膜性能破坏较大。若牺牲层为聚酰亚胺，为避免长时间的牺牲层释放过程中由于温度升高引起牺牲层焦化，需分段释放，因而存在耗时长的缺陷。而且，后续敏感层的沉积、图形化以及上电极制备工艺中易造成微桥损坏。因此该技术工艺复杂，技术难度高，并且敏感元阵列制备工艺复杂造成的敏感元结构均匀性差异还会带来阵列探测器电信号均匀性不高的缺陷。但该技术由于敏感元阵列直接制备在读出电路上方，敏感元阵列与读出电路分别在两个不同的层面上占用基片的有效工作面积，因此有利于小面元、高密度像素大规模阵列器件的制备，是目前能够尽可能提高敏感元填充率的唯一有效技术方案。
上述第二类技术则具有微桥制备工艺相对简单的优点，基片刻蚀步骤可放在敏感元制备工艺的最后，可有效避免敏感元制作工艺可能对微桥结构造成的损坏。通过目前的干法刻蚀技术，此技术可得到更为垂直的微腔，从而有效减少热量的损失，增大测试信号的输出。但遗憾的是，由于该技术中微桥位于敏感面元正下方，占据了与敏感面元面积相当的硅基片面积，读出电路只能设计在敏感面元的两侧，即读出电路需与敏感面元共同分享基片的有效面积，因此敏感元填充率低，只适合于低像素密度、小阵列器件的制作，无法满足小面元、高密度像素大规模阵列器件的制备要求。
再者，上述两类技术方案涉及的阵列结构，要实现薄膜型敏感元阵列与读出电路的集成，均要求热敏感层薄膜的制备温度低于读出电路的热耐受温度（450℃）。而基于热效应原理工作的具有高热探测性能的热敏感元材料，无论是热释电薄膜材料还是氧化钒热敏电阻薄膜均需在高温（650℃以上）下结晶，结晶不好的热敏感元材料不具有理想的热敏感性能。因此，上述两类技术方案也不能与目前敏感层材料制备技术相匹配，敏感层材料制备技术的不足也正制约着以小面元、高密度像素大规模阵列为特征的薄膜型非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器件的制造。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法，以满足小面元、高密度像素大规模阵列器件的制备要求，有效改善由于敏感元阵列制备工艺复杂、加工难度大导致结构均匀性差异造成电信号均匀性不高的缺陷。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，包括含读出电路的第一基片，含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片，所述第一基片与第二基片键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层为桥面，各热隔离微桥单元的空气隙厚度与第二基片的厚度相同；各热隔离微桥单元的桥面上均设置有敏感元阵列，各敏感元阵列通过引线电极与第一基片上对应的读出电路实现电连接。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其第一基片为硅基片，其第二基片为双抛面硅基片，第一基片与第二基片通过硅-硅键合技术实现键合，第二基片上各敏感元阵列的下电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极连接，敏感元阵列中各敏感元的上电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极连接。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其热隔离微桥单元的桥面（支撑层）为SiO2层或Si3N4/ SiO2复合层。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其热隔离微桥单元的桥面（支撑层）厚度为600 nm～1000nm、长度x和宽度y为100μm～1600μm， 所述长度x＝宽度y，或所述长度x≠宽度y；其热隔离微桥单元的空气隙厚度为120μm～365μm。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其热隔离微桥阵列中，热隔离微桥单元的行距和列距w≥50μm，热隔离微桥单元距第二基片边缘的距离t≥4500μm。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，组成敏感元阵列的敏感元至少为两个，所述敏感元由下电极、敏感层、上电极和上下电极隔离层构成。所述敏感元形状为正方形，其面积可介于1550μm×1550μm 与50μm×50μm之间，其敏感层厚度为500 nm ~ 3000nm ；敏感元阵列中，敏感元的行距和列距u= 100μm~725μm，敏感元距微桥边缘的距离v= 25μm ~700μm。
本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的制备方法，步骤如下：
①第一基片键合面图形的制备
将硅片作为第一基片，在含有读出电路的第一基片表面沉积一层钛膜，在所述钛膜表层沉积一层金膜，然后根据设计好的电极和键合面图形图形化；
或将含有读出电路的第一基片采用等离子体增强技术沉积一层SiO2作为钝化层，再根据设计好的电极和键合面图形图形化；
②支撑层制备
将双抛面硅片作为第二基片，将所述第二基片两面热氧化，使其两面均生成一层致密的SiO2层，选择其中一面的SiO2层作为支撑层；
或在双面热氧处理后的双抛面硅片的其中一面上生长一层Si3N4，形成Si3N4/ SiO2复合支撑层；将支撑层所在的面定义为第二基片的正面；
③敏感元阵列制备
根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的图形、尺寸及工艺要求依次在所述支撑层上制作组成敏感元阵列的敏感元；
④第二基片正面的保护
将制备有敏感元阵列的第二基片正面沉积一层SiO2层，进行正面保护；
⑤热隔离微桥阵列的制备
根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的微桥图形及尺寸在制有敏感元阵列的第二基片背面采用干法刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达其正面的支撑层，形成以刻蚀后的第二基片为桥墩、以支撑层为桥面的热隔离微桥阵列，且组成热隔离微桥阵列的各热隔离微桥单元的桥面上均有敏感元阵列；
⑥第一基片与第二基片的键合
采用硅-硅键合技术将制备有敏感元阵列的第二基片的背面与制备有读出电路的第一基片键合成一体；
⑦除去第二基片正面的保护层；
⑧敏感元电极与读出电路电极的连接
通过爬坡电极制作技术制作引线电极，将第二基片上各敏感元阵列的下电极通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极连接，将敏感元阵列中各敏感元的上电极通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极连接。
上述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法中，各种电极的厚度为10 nm ~1000nm，电极材料为Al、Au、Pt、PtTi、AuPtTi或NiCr。
上述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法中，敏感元的敏感层为(1-x)Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-xPbTiO3(PSTT(x))、Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3(PLZT)、PbTiO3(PT)、PbTiZrO3(PZT)、 Pb1-xLaxTiO3(PLT)、Ba1-xSrxTiO3(BST)、BST/LNO、PT/PbO、PZT/PbO、PLT/PbO、PLZT/PbO或PSST/PbO材料的单层或多层薄膜，或是上述多种材料的多层膜。
上述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的制备方法中，所使用的硅-硅键合技术可以是金硅共熔硅-硅键合技术，湿法亲水低温硅-硅键合工艺、等离子活化处理低温硅-硅直接键合工艺、真空低温硅-硅直接键合工艺和紫外光辅助表面活化疏水硅-硅键合工艺中的一种。所使用的刻蚀技术可以是反应离子刻蚀、等离子刻蚀、化学辅助离子刻蚀以及各向异性化学腐蚀技术中的一种独立使用或其中两种交替使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的敏感元与读出电路分别制作在两张硅基片上，解除了敏感材料不能在高于450℃环境中热处理的限制，使得现有敏感材料制备技术与本发明阵列结构器件制备工艺兼容，可获得高热电性能的探测器敏感元阵列。
2、由于本发明技术方案采用体硅微机械加工工艺制作大面积微桥，使得多个面元（敏感元）可共用一个微桥桥面，大大提高了敏感元及微桥结构的一致性，从而显著改善探测器阵列电学输出信号的均匀性。
3、由于本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的敏感元阵列与读出电路分别制作在两张硅基片上，敏感元阵列不需要与读出电路分享基片工作面积，满足小面元、高密度像素大规模阵列器件的制备要求，在现有技术允许的条件下可获得最高的填充率。
4、采用本发明技术方案制作的微桥空气隙比已有的牺牲层技术制作的微桥空气隙（2～5μm）尺寸更大 (120～365μm)，因而具有更好的热隔离效果，更好地改进了探测器阵列的热响应特性。
5、本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的制备中，基片刻蚀步骤可放在敏感元制备工艺的最后，可有效避免敏感元制作工艺可能对微桥结构造成的损坏。
附图说明
图1为本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的含敏感元阵列的热隔离微桥单元结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的热隔离微桥阵列的示意图。
图中，1—第一基片、2—第二基片、3—支撑层（桥面）、4—敏感元的下电极、5—敏感层、6—敏感元的上电极、7—上下电极隔离层、8—引线电极、9—读出电路的下电极、10—读出电路的上电极、11—热隔离微桥单元的空气隙。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法作进一步说明。
实施例1
本实施例中，非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构包括含读出电路的第一基片1、含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片2，所述第一基片1与第二基片2通过硅-硅键合技术键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片2为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层3为桥面，各热隔离微桥单元的空气隙11厚度与第二基片的厚度相同，如图1、图2所示；第一基片1为硅基片，第二基片2为双抛面硅基片，桥面（支撑层3）为SiO2层。所述热隔离微桥阵列由4×3个相同的热隔离微桥单元组成，所述热隔离微桥单元在第二基片2上的分布如图3所示，各热隔离微桥单元的长度x＝400μm、宽度y=400μm，桥面厚度为600 nm，空气隙11厚度为365μm，热隔离微桥阵列中，热隔离微桥单元的行距和列距w=50μm，热隔离微桥单元距第二基片边缘的距离t=4500μm。各热隔离微桥单元的桥面上均设置有相同的敏感元阵列。各热隔离微桥单元桥面上的敏感元阵列由3×3个相同的敏感元组成，在热隔离微桥单元上的分布如图2所示，各敏感元的形状为正方形，其面积为 50μm×50μm，敏感元阵列中，敏感元的行距和列距u=100μm，敏感元距微桥边缘的距离v=25μm。所述敏感元由下电极4、敏感层5、上电极6和上下电极隔离层7构成，其下电极4由 PtTi制作，厚度为250nm，其敏感层5由BST/LNO制作，厚度为2500nm，上电极6由NiCr制作，厚度为10nm 上下电极隔离层7由SiO2制作，厚度为300nm。各敏感元阵列的下电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极8分别与第一基片上对应的读出电路的下电极9连接，敏感元阵列中各敏感元的上电极6通过爬坡电极制作技术制作引线电极8分别与第一基片上对应的读出电路的上电极10连接。所述引线电极8由AuPtTi制作，厚度为400nm、读出电路的上电极10和下电极9由 PtTi制作，厚度为250nm。
实施例2
本实施例中，非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构包括含读出电路的第一基片1、含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片2，所述第一基片1与第二基片2通过硅-硅键合技术键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片2为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层3为桥面，各热隔离微桥单元的空气隙11厚度与第二基片的厚度相同；第一基片1为硅基片，第二基片2为双抛面硅基片，桥面（支撑层3）为SiO2/Si3N4复合层。所述热隔离微桥阵列由8×8个相同的热隔离微桥单元组成，各热隔离微桥单元的长度x＝1600μm、宽度y=1600μm，桥面厚度为1000 nm，空气隙11厚度为365μm，热隔离微桥阵列中，热隔离微桥单元的行距和列距w=170μm，热隔离微桥单元距第二基片边缘的距离t=4500μm。各热隔离微桥单元的桥面上均设置有相同的敏感元阵列。各热隔离微桥单元桥面上的敏感元阵列由11×11个相同的敏感元组成，各敏感元的形状为正方形，其面积为 50μm×50μm，敏感元阵列中，敏感元的行距和列距u=100μm，敏感元距微桥边缘的距离v=25μm。所述敏感元由下电极4、敏感层5、上电极6和上下电极隔离层7构成，其下电极4由 PtTi制作，厚度为250nm，其敏感层5由PZT/PbO制作，厚度为1500nm，上电极6由NiCr制作，厚度为10nm，上下电极隔离层7由SiO2制作，厚度为300nm。各敏感元阵列的下电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极8分别与第一基片上对应的读出电路的下电极9连接，敏感元阵列中各敏感元的上电极6通过爬坡电极制作技术制作引线电极8分别与第一基片上对应的读出电路的上电极10连接。所述引线电极8由AuPtTi制作，厚度为400nm、读出电路的上电极10和下电极9由 PtTi制作，厚度为250nm。
实施例3
本实施例为制备实施例1所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的方法，步骤如下：
（1）第一基片键合面图形的制备
将硅片作为第一基片1，在含有读出电路的第一基片1表面沉积一层厚30nm的钛膜，在所述钛膜表层沉积一层厚120nm的金膜，然后根据设计好的电极和键合面图形光刻图形，实现键合面的图形化；
（2）支撑层制备
将双抛面硅片作为第二基片2，将所述第二基片两面热氧化，使其两面均生成一层600nm厚致密的SiO2层；选择其中一面作为支撑层3，该面定义为第二基片的正面；
（3）敏感元阵列制备
①进行正面标记刻蚀
将第二基片的正面，依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），等离子体刻蚀SiO2层至Si基底，去胶；
②再次进行正面光刻，制作底电极图形
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），蒸发电极（Ti50nm，Pt200nm），剥离去胶；
③采用磁控溅射或溶胶凝胶成膜技术在正面制备BST/LNO敏感层，厚度为2200nm/300nm ；
④再次进行正面光刻，并制作敏感元图形
依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），采用湿法腐蚀的方法将BST/LNO敏感层图形化，然后用去离子水清洗，再用光刻胶剥离液将光刻胶去除，进一步用去离子水清洗，然后干燥，得到尺寸为50×50μm的敏感元阵列，敏感元行距和列距均为100μm；
⑤上下电极间的SiO2隔离层制备
采用等离子体增强化学气相沉积技术在正面沉积一层300nm厚的SiO2层，正面进行光刻，依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），等离子体刻蚀SiO2，去胶；
⑥再次进行正面光刻，制作上电极图形
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟）蒸发电极（NiCr，10nm），剥离去胶；
⑦再次进行正面光刻，制作上电极引线制作
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），蒸发电极（AuPtTi，400nm），剥离去胶；
（4）第二基片正面的保护
将制备有敏感元的基片表面采用等离子体增强技术沉积一层非晶SiO2层，进行正面保护；
（5）热隔离微桥阵列的制备
①进行背面光刻，制作背面刻蚀图形
依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），采用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达正面的SiO2层，去胶。形成桥面尺寸为400μm×400μm的热隔离微桥阵列，微桥行距和列距均为50μm；
②正面去油去胶；
（6）第一基片与第二基片的键合
采用硅-硅键合工艺将基片1与基片2背面进行键合。将清洁的第一基片和第二基片2在自然环境中贴合，之后将预键合的两个基片在退火炉中350℃下退火2小时，取出，得到读出电路与敏感元阵列连接的探测器结构；
（7）刻蚀SiO2，除去第二基片正面保护层；
（8）敏感元电极与读出电路电极的连接
再次进行正面光刻，制作爬坡引线电极图形，实现敏感元阵列与读出电路的电连接。
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟）、采用旋转蒸发的方式蒸发电极（AuPtTi，400nm），剥离去胶。
实施例4
本实施例为制备实施例2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的方法，步骤如下：
（1）第一基片键合面图形的制备
将硅片作为第一基片1，在含有读出电路的第一基片1表面沉积一层厚30nm的钛膜，在所述钛膜表层沉积一层厚120nm的金膜，然后根据设计好的电极和键合面图形光刻图形，实现键合面的图形化；
（2）支撑层制备
将双抛面硅片作为第二基片2，将所述第二基片两面热氧化，使其两面均生成一层600nm厚致密的SiO2层；选择其中一面作为正面，采用等离子体增强化学气相沉积技术在SiO2层上沉积一层400nm厚的Si3N4薄膜，以该SiO2/ Si3N4复合层作为支撑层3；
（3）敏感元阵列制备
①进行正面标记刻蚀
将第二基片的正面，依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），等离子体刻蚀SiO2/ Si3N4复合层至Si基底，去胶；
②再次进行正面光刻，制作底电极图形
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），蒸发电极（Ti50nm，Pt200nm），剥离去胶；
③采用磁控溅射或溶胶凝胶成膜技术在正面制备PZT/PbO敏感层，厚度为1200nm/300nm ；
④再次进行正面光刻，并制作敏感元图形
依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），采用湿法腐蚀的方法将PZT/PbO敏感层图形化，然后用去离子水清洗，再用光刻胶剥离液将光刻胶去除，进一步用去离子水清洗，然后干燥，得到尺寸为50×50μm的敏感元阵列，敏感元行距和列距均为100μm；
⑤上下电极间的SiO2隔离层制备
采用等离子体增强化学气相沉积技术在正面沉积一层300nm厚的SiO2层，正面进行光刻，依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），等离子体刻蚀SiO2，去胶；
⑥再次进行正面光刻，制作上电极图形
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟）蒸发电极（NiCr，10nm），剥离去胶；
⑦再次进行正面光刻，制作上电极引线制作
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），蒸发电极（AuPtTi，400nm），剥离去胶；
（4）第二基片正面的保护
将制备有敏感元的基片表面采用等离子体增强技术沉积一层非晶SiO2层，进行正面保护；
（5）热隔离微桥阵列的制备
①进行背面光刻，制作背面刻蚀图形
依次进行涂胶（正性胶AZ6130）、前烘（100℃，10分钟）、曝光（14秒）、后烘（100℃，10分钟）、显影（14秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟），采用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达正面的SiO2层，去胶。形成桥面尺寸为1600μm×1600μm的热隔离微桥阵列，微桥行距和列距均为170μm；
②正面去油去胶；
（6）第一基片与第二基片的键合
采用硅-硅键合工艺将基片1与基片2背面进行键合。将清洁的第一基片和第二基片2在自然环境中贴合，之后将预键合的两个基片在退火炉中350℃下退火2小时，取出，得到读出电路与敏感元阵列连接的探测器结构；
（7）刻蚀SiO2，除去第二基片正面保护层；
（8）敏感元电极与读出电路电极的连接
再次进行正面光刻，制作爬坡引线电极图形，实现敏感元阵列与读出电路的电连接。
依次进行涂胶（负性胶，L-300胶）、前烘（95℃，5分钟）、曝光（55秒）、后烘（105℃，5分钟）、显影（45秒）、坚膜工艺（110℃，20分钟）、采用旋转蒸发的方式蒸发电极（AuPtTi，400nm），剥离去胶。
本发明不限于上述实施例，可根据器件的要求，设计权利要求所限定的各种非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构。
Claims (7)
1.非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，包括含读出电路的第一基片(1)，其特征在于还包括含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片(2)，所述第一基片(1)与第二基片(2)键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片(2)为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层(3)为桥面，各热隔离微桥单元的空气隙(11)厚度与第二基片的厚度相同；各热隔离微桥单元的桥面上均设置有敏感元阵列，各敏感元阵列的敏感元分别通过引线电极与第一基片上对应的读出电路实现电连接；
所述第二基片(2)的刻蚀是在第二基片背面采用干法刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达其正面的支撑层(3)；
所述敏感元由下电极(4)、敏感层(5)、上电极(6)和上下电极隔离层(7)构成，敏感层(5)为(1-x)Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-xPbTiO3(PSTT(x))、Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3(PLZT)、PbTiO3(PT)、PbTiZrO3(PZT)、Pb1-xLaxTiO3(PLT)、Ba1-xSrxTiO3(BST)、BST/LNO、PT/PbO、PZT/PbO、PLT/PbO、PLZT/PbO或PSST/PbO材料的单层或多层薄膜，或是上述多种材料的多层膜。
2.根据权利要求1所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述第一基片(1)为硅基片，所述第二基片(2)为双抛面硅基片，第一基片(1)与第二基片(2)通过硅-硅键合技术实现键合，第二基片上各敏感元阵列的下电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极(9)连接，敏感元阵列中各敏感元的上电极(6)通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极(10)连接。
3.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面为SiO2层或Si3N4/SiO2复合层。
4.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面厚度为600nm～1000nm、长度和宽度为100μm～1600μm，所述长度＝宽度，或所述长度≠宽度；所述热隔离微桥单元的空气隙(11)厚度为120μm～365μm。
5.根据权利要求3所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面厚度为600nm～1000nm、长度和宽度为100μm～1600μm，所述长度＝宽度，或所述长度≠宽度；所述热隔离微桥单元的空气隙(11)厚度为120μm～365μm。
6.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于热隔离微桥阵列中，热隔离微桥单元的行距和列距w≥50μm，热隔离微桥单元距第二基片边缘的距离t≥4500μm。
7.一种非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的制备方法，步骤如下：
①第一基片键合面图形的制备
将硅片作为第一基片(1)，在含有读出电路的第一基片(1)表面沉积一层钛膜，在所述钛膜表层沉积一层金膜，然后根据设计好的电极和键合面图形图形化；
或将含有读出电路的第一基片(1)采用等离子体增强技术沉积一层SiO2作为钝化层，再根据设计好的电极和键合面图形图形化；
②支撑层制备
将双抛面硅片作为第二基片(2)，将所述第二基片两面热氧化，使其两面均生成一层致密的SiO2层，选择其中一面的SiO2层作为支撑层；
或在两面热氧处理后的双抛面硅片的其中一面上生长一层Si3N4，形成Si3N4/SiO2复合支撑层；
将支撑层所在的面定义为第二基片(2)的正面；
③敏感元阵列制备
根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的图形、尺寸及工艺要求依次在所述支撑层(3)上制作组成敏感元阵列的敏感元；
④第二基片正面的保护
将制备有敏感元阵列的第二基片(2)正面沉积一层SiO2层，进行正面保护；
⑤热隔离微桥阵列的制备
根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的微桥图形及尺寸在制有敏感元阵列的第二基片(2)背面采用干法刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达其正面的支撑层(3)，形成以刻蚀后的第二基片(2)为桥墩、以支撑层为桥面的热隔离微桥阵列，且组成热隔离微桥阵列的各热隔离微桥单元的桥面上均有敏感元阵列；
⑥第一基片与第二基片的键合
采用硅-硅键合技术将制备有敏感元阵列的第二基片(2)的背面与制备有读出电路的第一基片(1)键合成一体；
⑦除去第二基片正面的保护层；
⑧敏感元电极与读出电路电极的连接
通过爬坡电极制作技术制作引线电极，将第二基片(2)上各敏感元阵列的下电极通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极(9)连接，将敏感元阵列中各敏感元的上电极(6)通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极(10)连接。
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