CN107117578A - 一种非制冷双色红外探测器mems芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，分为呈矩阵排列的四个区域：第一、三区域和第二、四区域，第一、三区域和第二、四区域形成高度不同的谐振腔，且其上溅射方阻值不同的热敏层薄膜，能够更好地吸收不同波段的红外能量，然后转换成电学信号进行处理进行图像输出。本发明还涉及一种制备上述芯片的方法，包括在第一、三区域和第二、四区域分别制作不同高度的谐振腔的步骤、分别溅射不同方阻值热敏层薄膜的步骤及封装测试的步骤，所述芯片能够在超低温(‑80℃～‑60℃)环境下工作和超高温(85℃～100℃)环境下工作。
Description
技术领域
本发明涉及到一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片及其制造方法，属于非制冷红外探测器领域。
背景技术
非制冷红外探测器(uncooled infrared bolometer)除了在军事领域的应用外，在民用领域得到了广泛的应用，如消防、汽车辅助、森林防火、野外探测、环境保护等领域。
原有的非制冷红外焦平面(Uncooled IRFPA)芯片，为单色芯片，目前还没有双色红外探测器芯片集成在一个芯片上，主要原因在于不同红外波段，要求的谐振腔高度不一致，传统的工艺方法和结构无法进行整合；单色芯片沉积的氧化钒薄膜方阻为同一数值，导致其工作温度范围受限，正常调节的工作温度范围为-40℃～85℃，实际上在高低温的两端，成像质量因氧化钒电阻变动产生影响，导致薄膜非均匀性的放大或受桥腿电阻的负面影响而导致成像质量降低，并且会增加图形算法的难度。
非制冷红外探测器，主要利用红外辐射的两个波段窗口，一个是8～14微米的远红外波段，也称作红外第一大气窗区；另一个是3～5微米的波段，称为红外第二大气窗区，也即中红外波段。3-5微米波长的红外属于中红外，优点是更适合测量高温物质如500度以上的温度，并且这类热像仪价格非常高；而8-14微米长波红外在大气中基本没有明显衰减，测量精度受距离影响很小，远近距离测量都很适合，测温范围也比较宽。
由于红外***使用区域的不同、气候温度的改变、目标的伪装，红外诱 饵的释放等原因，就会导致单色的红外探测***获取的信息减弱。特别是当运动中的目标温度发生改变时，其红外辐射峰值波长将发生移动，将导致红外探器探测准确度大幅度下降，甚至很可能无法探测。
另外，非制冷红外探测器由于周围气候温度的改变，在高/低温工作环境(85℃或-40℃)附近，电路处理信号受探测器的电阻非均匀性或桥腿电阻的影响，成像质量或性能会相对常温成像减低。为了确保在高/低温(85℃或-40℃)工作环境附近，仍能得到较好的红外图像输出，避免高低温的工作环境影响探测器的电阻非均匀性或桥腿电阻的影响，特设计交叉的两个能发挥最佳性能的探测器，一个适合工作在-20℃～100℃，一个适合-60℃～60℃的探测器，这两个探测器在高低温时进行互补，根据周围环境温度，程序自动选择一个或两个芯片甚至四个芯片同时进行工作，接收红外信号后输出最佳的图形质量。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种工作温度范围大，不同的红外波段进行最佳的成像的非制冷双色红外探测器MEMS芯片。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，包括一带有ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)的衬底和一具有微桥支撑结构的探测器，所述探测器与所述半导体衬底的ASIC电路电连接，所述探测器分为呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
所述探测器包括所述衬底上的金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个矩阵排列的金属块，第一、三区域绝缘介质层的厚度大于第二、四区域的绝缘介质层，所述第一、三区域绝缘介质层上设有若干个金属电极，所述金属电极通过贯穿所述第一、三区域绝缘介质层的连接金属与所述金属反射层连接；
所述第一、三区域的金属电极和第二、四区域的金属块上依次设有支撑层、热敏层、第一保护层，所述热敏层的面积小于所述支撑层的面积，所述第一、三区域的热敏层的方阻比第二四区域的方阻值高200KΩ±20KΩ，所述第一保护层上开有若干个接触孔，所述接触孔的下端终止于所述热敏层；
在所述第一保护层上还设有通孔，所述通孔穿过所述第一保护层和所述支撑层，终止于第二、四区域的金属块或第一三区域的金属电极；
所述通孔和所述接触孔内充满电极金属，所述电极金属和第一保护层上设有第二保护层，所述热敏层与所述电极金属电连接。
进一步，所述支撑层为氧化硅薄膜，所述热敏层为氧化钒或氧化钛，所述第一保护层和第二保护层均为氮化硅薄膜。
进一步，所述绝缘介质层为二氧化硅，其厚度为
进一步，所述连接金属为坞。
本发明中一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的有益效果是：双色红外探测器芯片，因为整合了ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)电路可对中远红外光电信号进行同步转换，保证两个红外波段窗口的信号没有时间差，做到同步输出，真正做到同步探测目标，得到较好的红外图像，能探测到较真实的物体，避免了红外伪装或红外干扰。拓展其红外探测器的应用范围，可同时较好地探测高低温物质，空中目标，还同时用于探测地物自身辐射，夜间红外扫描成像等多领域的应用。
另外，双色红外探测器芯片，比单独的几个芯片整合封装在一起的体积和面积更小，功耗也更低，电路部分可整合共用，只是对阵列进行工作区域的选择控制，可单独或同时使某一个或几个阵列区域进行工作，大幅度缩减了器件的功耗。同时降低了器件封装的难度，缩小机芯的体积和重量，利于便携的应用和降低成本。
可针对不同的红外波段(如3～5微米的中红外或8～14微米远红外)进行最佳的成像，制造双色芯片，不同芯片使用不同的氧化钒薄膜方阻，达 到了在温度工作条件变动的情况下，自动选择适合此温度范围工作的探测器进行工作，使薄膜的成像质量得以保持最佳，同时延伸了器件的工作温度范围，甚至在低于-40℃，高于85℃，都能得到较好的成像质量。
本发明还涉及一种制造上述非制冷红外探测器MEMS芯片的制造方法，
步骤1.在包含ASIC电路的衬底上沉积一层金属反射层，并对所述金属反射层进行图形化处理，图形化处理之后的金属反射层包括矩阵排列的金属块；
步骤2.在金属反射层上沉积绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行化学机械抛光处理(CMP)处理；
步骤3.利用光刻和蚀刻的方法，在第一、三区域，对应阵列的探测器像元接口电极的对应位置上蚀刻连接孔，在所述连接孔内沉积连接金属；
步骤4.在第一、三区域绝缘介质层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，图形化处理之后的金属电极层形成若干个矩阵排列的金属电极，且金属电极与所述连接金属一一对应，所述金属电极为探测器像元接口电极；
步骤5.光刻和蚀刻第二区域和第四区域的绝缘介质层，蚀刻终止金属反射层的上端面；
步骤6.在图形化后的金属电极层和蚀刻之后的第二、四区域的绝缘介质层上喷涂第一牺牲层，第二、四区域的第一牺牲层的上表面与第一、三区域的经过CMP处理的绝缘介质层的上表面平齐；
步骤7.采用光刻和蚀刻的方法，将第一、三区域中的第一牺牲层等离子体灰化，去除第一、三区域中的第一牺牲层，之后进行CMP处理；
步骤8.在第一、三区域的绝缘介质层和第二、四区域的第一牺牲层上涂覆第二牺牲层；
步骤9.对第二牺牲层和第一牺牲层进行图形化处理，图形化之后在第一区域和第三区域上形成第一锚点孔，所述第一锚点孔终止于所述金属电极， 在第二区域和第四区域上形成第二锚点孔，所述第二锚点孔终止于所述金属块；
步骤10.在图形化处理之后的第一牺牲层和第二牺牲层上沉积支撑层；
步骤11.利用lift-off process(剥离工艺)，分别在第一、三区域和第二、四区域的支撑层上分别反应溅射热敏层，且第一、三区域的热敏层薄膜比第二、四区域的热敏层薄膜的方阻值高200KΩ±20KΩ；
步骤12.在热敏层和支撑层上沉积第一保护层。
步骤13.在第一锚点孔和第二锚点孔的底部，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述第一保护层和支撑层，分别终止于所述金属电极和第二、四区域的金属块，形成通孔；
步骤14.在热敏层上方的第一保护层上，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉第一，保护层，终止于所述热敏层，形成接触孔；
步骤15.在通孔和接触孔内沉积电极金属，所述电极金属的方阻为5～50Ω；
步骤16.在电极金属层上沉积第二保护层；
步骤17.利用光刻和蚀刻的方法，对各像元进行自对准工艺的隔离图形化；
步骤18.结构释放，对芯片进行划片释放，把第一牺牲层和第二牺牲层释放干净，形成谐振腔。
本发明中一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法的有益效果是：对探测器阵列功能区域进行划分，实现非制冷双色红外探测器MEMS芯片的划分；第一、三区域和第二、四区域形成两个不同高度的红外谐振腔，且顶部在同一个高度平面上，可以吸收不同波长的红外波段；第一、三区域和第二、四区域的氧化钒薄膜的方阻值不同，方阻值低的可用于超低温(-80℃～-60℃)环境下工作，方阻高的可用于超高温(85℃～100℃)环境下工作。
另外，整合了ASIC电路，可对中远红外光电信号进行同步转换，保证两个红外波段窗口的信号没有时间差，做到同步输出，真正做到同步探测目标，得到较好的红外图像，能探测到较真实的物体，避免了红外伪装或红外干扰，拓展其红外探测器的应用范围，可同时较好地探测高低温物质，空中目标，还同时用于探测地物自身辐射，夜间红外扫描成像等多领域的应用。
进一步，还包括步骤19.封装测试，探测器测试封装制造成机芯或整机，选择合适的环境温度，可同时让中红外和远红外两个探测器进行工作，甚至四个探测器一起工作。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：中红外或者远红外探测器同时观察对一个目标进行观察，提高探测目标的真实度，分辨率和可靠性，能探测到较真实的物体，避免了红外伪装或红外干扰。
进一步，所述绝缘介质层为二氧化硅，步骤2中沉积的绝缘介质层厚度为
进一步，步骤3中，在所述连接孔内沉积连接金属后，对所述连接金属进行CMP处理，并对第二区域和第四区域的绝缘介质层进行CMP处理。
进一步，所述热敏层厚度在之间。
进一步，所述第一牺牲层的厚度所述第二牺牲层聚酰亚胺，厚度为
进一步，所述第一保护层和所述第二保护层的厚度均为
附图说明
图1为本发明ASIC电路阵列区域的划分示意图；
图2为本发明沉积绝缘介质层示意图；
图3为本发明对绝缘介质层进行CMP处理后的示意图；
图4为本发明金属电极与金属反射层连接示意图；
图5为本发明沉积第一牺牲层的示意图；
图6为本发明对第一牺牲层进行CMP处理后的示意图；
图7为本发明锚点孔形成示意图；
图8为本发明沉积支撑层示意图；
图9为本发明沉积热敏层的示意图；
图10为本发明沉积第一保护层的示意图；
图11为本发明蚀刻通孔的示意图；
图12为本发明蚀刻接触孔的示意图；
图13为本发明沉积电极金属和沉积第二保护层的示意图；
图14为本发明各像元进行自对准工艺的隔离图形化示意图；
图15为本发明的芯片结构示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、第一区域，2、第二区域，3、第三区域，4、第四区域，5、含有ASIC电路的衬底，6、金属反射层，7、绝缘介质层，8、连接金属，9、金属电极，10、第一牺牲层，11、第二牺牲层，12、第一锚点孔，13、第二锚点孔，14、支撑层，15、第一、三区域热敏层，16、第二、四区域热敏层，17、第一保护层，18、通孔，19、接触孔，20、电极金属，21、第二保护层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明中一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图15所示，一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，包括一带有ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)的衬底5和一具有微桥支撑结构的探测器，所述探测器与所述半导体衬底5的ASIC电路电连接，所述探测器分为呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域1、第二区域2、第三区域3和第四区域4；
所述探测器包括所述衬底上的金属反射层6和绝缘介质层7，所述金属 反射层6包括若干个矩阵排列的金属块，第一、三区域的绝缘介质层7厚度大于第二、四区域的绝缘介质层7，所述第一、三区域的绝缘介质层7上设有若干个金属电极9，所述金属电极9通过贯穿所述第一三区域绝缘介质层的连接金属8与所述金属反射层6连接，所述连接金属8为坞；
所述第一、三区域的金属电极9和第二、四区域的金属块上依次设有支撑层14、热敏层、第一保护层17，所述热敏层的面积小于所述支撑层14的面积，所述第一三区域热敏层15的方阻比第二四区域热敏层16的方阻值高200KΩ±20KΩ，所述第一保护层17上开有若干个接触孔19，所述接触孔19的下端终止于所述热敏层；
在所述第一保护层17上还设有通孔18，所述通孔18穿过所述第一保护层17和所述支撑层14，终止于所述金属块或金属电极9；
所述通孔18和所述接触孔19内充满电极金属20，所述电极金属20和第一保护层17上设有第二保护层21。
所述支撑层14为氧化硅薄膜，所述热敏层为氧化钒或氧化钛，所述第一保护层17和第二保护层21均为氮化硅薄膜。
本发明中一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的工作原理如下：
不同波长的红外线，适合不同的测量温度，引起第一、三区域热敏层15薄膜或者第二、四区域热敏层16的阻值发生变化，第一、三区域通过电极金属20、金属电极9、连接金属8、金属反射层6将信号传递到半导体衬底5上的ASIC电路，第二、四区域通过电极金属20、金属反射层6将信号传递到半导体衬底5上的ASIC电路，通过数据处理进行最佳成像。
本发明还涉及上述非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，下面结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，包括以下步骤：
步骤1.在包含ASIC电路的衬底上沉积一层金属反射层6，并对所述金 属反射层6进行图形化处理，图形化处理之后的金属反射层6包括矩阵排列的金属块；
步骤2.在金属反射层6上沉积绝缘介质层7，所述绝缘介质层7为二氧化硅，所述绝缘介质层7的厚度为如图2所示，并对所述绝缘介质层7进行CMP处理，除去厚度为如图3所示；
步骤3.利用光刻和蚀刻的方法，在第一、三区域，对应阵列的探测器像元接口电极的对应位置上蚀刻连接孔，在所述连接孔内沉积连接金属8；对第二、四区域的绝缘介质层7进行CMP处理，除去第二、四区域的绝缘介质层7的厚度为对第一、三区域的连接金属进行CMP处理，并除去厚度为的第一、三区域绝缘介质层7；
步骤4.在第一、三区域绝缘介质层7上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，图形化处理之后的金属电极层形成若干个矩阵排列的金属电极9，且金属电极9与所述连接金属8一一对应，所述金属电极9为探测器像元接口电极；
步骤5.光刻和蚀刻第二、四区域的绝缘介质层7，直至露出金属反射层6，如图4所示；
步骤6.在图形化后的金属电极层和蚀刻之后的第二区域和第四区域的绝缘介质层7上喷涂第一牺牲层10，所述第一牺牲层10为聚酰亚胺，所述第一牺牲层10的厚度为如图5所示；
步骤7.采用光刻和蚀刻的方法，将第一区域和第三区域中的第一牺牲层10等离子体灰化，之后进行CMP处理，如图6所示；
步骤8.在等离子灰化后的第一牺牲层10上涂覆第二牺牲层11，所述第二牺牲层11为聚酰亚胺，其厚度为
步骤9.对第二牺牲层11和第一牺牲层10进行图形化处理，图形化之后在第一区域和第三区域上形成第一锚点孔12，所述第一锚点12孔终止于所述金属电极9，在第二区域和第四区域上形成第二锚点孔13，所述第二锚点 孔13终止于所述金属块，如图7所示；
步骤10.在图形化处理之后的第一牺牲层10和第二牺牲层11上沉积支撑层14，所述支撑层14为氮化硅薄膜，如图8所示；
步骤11.利用lift-off process(剥离工艺)，分别在第一、三区域和第二、四区域的支撑层14上反应溅射热敏层薄膜，所述热敏层厚度在 之间，第一、三区域的热敏层15薄膜比第二、四区域的热敏层16薄膜的方阻值高200KΩ±20KΩ，不同的方阻值，可用于超低温或者超高温工作；，如图9所示
步骤12.在热敏层和支撑层14上沉积一层保护层17，所述第一保护层17的厚度为如图10所示。
步骤13.在第一锚点孔12和第二锚点孔13的底部，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述第一保护层17和支撑层14，分别终止于所述金属电极9和第二、四区域的金属块，形成通孔18，如图11所示；
步骤14.在热敏层上方的第一保护层17上，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉第一保护层17，终止于所述热敏层，形成接触孔19，如图12所示；
步骤15.在通孔18和接触孔19内沉积电极金属20，所述电极金属20的方阻为5～50Ω；
步骤16.在电极金属层上沉积第二保护层21，所述第二保护层21的厚度为如图13所示；
步骤17.利用光刻和蚀刻的方法，对各像元进行自对准工艺的隔离图形化，如图14所示；
步骤18.结构释放，对芯片进行划片释放，把第一牺牲层10和第二牺牲层11释放干净，在第一、三区域和第二、四区域分别形成高度为 和高度为的谐振腔，且顶部都在都一个高度平面上，如图15所示。
步骤19.封装测试，探测器测试封装制造成机芯或整机，选择合适的环 境温度，可同时让中红外和远红外两个探测器进行工作，甚至四个探测器一起工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，其特征在于：包括带有AS IC电路的衬底和具有微桥支撑结构的探测器，所述探测器与所述半导体衬底的ASI C电路电连接，所述探测器分为呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
所述探测器包括所述衬底上的金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个矩阵排列的金属块，第一、三区域绝缘介质层的厚度大于第二、四区域的绝缘介质层，所述第一、三区域绝缘介质层上设有若干个金属电极，所述金属电极通过贯穿所述第一、三区域绝缘介质层的连接金属与所述金属反射层连接；
所述第一、三区域的金属电极和第二、四区域的金属块上依次设有支撑层、热敏层、第一保护层，所述热敏层的面积小于所述支撑层的面积，所述第一、三区域的热敏层的方阻比第二、四区域的方阻值高200KΩ±20KΩ，所述第一保护层上开有若干个接触孔，所述接触孔的下端终止于所述热敏层；
在所述第一保护层上还设有通孔，所述通孔穿过所述第一保护层和所述支撑层，终止于第二、四区域的金属块或第一三区域的金属电极；
所述通孔和所述接触孔内充满电极金属，所述电极金属和第一保护层上设有第二保护层，所述热敏层与所述电极金属电连接。
2.根据权利要求1所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，其特征在于，所述支撑层为氮化硅薄膜，所述热敏层为氧化钒或氧化钛，所述第一保护层和第二保护层均为氮化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，其特征在于，所述绝缘介质层为二氧化硅，其厚度为
4.根据权利要求1所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，其特征在于，所述连接金属为坞。
5.一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在包含ASIC电路的衬底上沉积一层金属反射层，并对所述金属反射层进行图形化处理，图形化处理之后的金属反射层包括矩阵排列的金属块；
步骤2.在金属反射层上沉积绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行化学机械抛光处理(CMP)处理；
步骤3.利用光刻和蚀刻的方法，在第一、三区域，对应阵列的探测器像元接口电极的对应位置上蚀刻连接孔，在所述连接孔内沉积连接金属；
步骤4.在第一、三区域绝缘介质层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，图形化处理之后的金属电极层形成若干个矩阵排列的金属电极，且金属电极与所述连接金属一一对应，所述金属电极为探测器像元接口电极；
步骤5.光刻和蚀刻第二区域和第四区域的绝缘介质层，蚀刻终止金属反射层的上端面；
步骤6.在图形化后的金属电极层和蚀刻之后的第二、四区域的绝缘介质层上喷涂第一牺牲层，第二、四区域的第一牺牲层的上表面与第一、三区域的经过CMP处理的绝缘介质层的上表面平齐；
步骤7.采用光刻和蚀刻的方法，将第一、三区域中的第一牺牲层等离子体灰化，去除第一、三区域中的第一牺牲层，之后进行CMP处理；
步骤8.在第一、三区域的绝缘介质层和第二、四区域的第一牺牲层上涂覆第二牺牲层；
步骤9.对第二牺牲层和第一牺牲层进行图形化处理，图形化之后在第一区域和第三区域上形成第一锚点孔，所述第一锚点孔终止于所述金属电极，在第二区域和第四区域上形成第二锚点孔，所述第二锚点孔终止于所述金属块；
步骤10.在图形化处理之后的第一牺牲层和第二牺牲层上沉积支撑层，所述支撑层为氮化硅薄膜；
步骤11.利用lift-off process(剥离工艺)，分别在第一、三区域和第二、四区域的支撑层上分别反应溅射热敏层，且第一、三区域的热敏层薄膜比第二、四区域的热敏层薄膜的方阻值高200KΩ±20KΩ；
步骤12.在热敏层和支撑层上沉积第一保护层。
步骤13.在第一锚点孔和第二锚点孔的底部，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述第一保护层和支撑层，分别终止于所述金属电极和第二、四区域的金属块，形成通孔；
步骤14.在热敏层上方的第一保护层上，采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉第一，保护层，终止于所述热敏层，形成接触孔；
步骤15.在通孔和接触孔内沉积电极金属，所述电极金属的方阻为5～50Ω；
步骤16.在电极金属层上沉积第二保护层；
步骤17.利用光刻和蚀刻的方法，对各像元进行自对准工艺的隔离图形化；
步骤18.结构释放，对芯片进行划片释放，把第一牺牲层和第二牺牲层释放干净，形成谐振腔。
6.根据权利要求5所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，还包括步骤19.封装测试，探测器测试封装制造成机芯或整机。
7.根据权利要求5所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，所述绝缘介质层为二氧化硅，步骤2中沉积的绝缘介质层厚度为
8.根据权利要求5所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，步骤3中，在所述连接孔内沉积连接金属后，对所述连接金属进行CMP处理，并对第二区域和第四区域的绝缘介质层进行CMP处理。
9.根据权利要求5所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，所述热敏层厚度在之间。
10.根据权利要求5所述的一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层的厚度所述第二牺牲层聚酰亚胺，厚度为所述第一保护层和所述第二保护层的厚度均为
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110120437A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-13 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法 |
| CN111017862A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Mems桥梁柱结构及形成方法 |
| CN111896120A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-06 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法 |
| CN113432724A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 北京北方高业科技有限公司 | 一种非制冷调谐型红外探测器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495829B1 (en) * | 1999-01-12 | 2002-12-17 | Nec Corporation | Thermal infrared array sensor for detecting a plurality of infrared wavelength bands |
| CN101586985A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 单片集成非制冷红外/紫外双色探测器及其制造方法 |
| US20100006757A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-14 | Naoki Oda | Dual-wavelength thermal infrared sensor |
| CN102175329A (zh) * | 2010-12-01 | 2011-09-07 | 烟台睿创微纳技术有限公司 | 红外探测器及其制作方法及多波段非制冷红外焦平面 |
| CN102426060A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-04-25 | 电子科技大学 | 一种太赫兹或红外微测辐射热计及其制作方法 |
| CN106098846A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种用于非制冷红外探测器参考像元及其制造方法 |
-
2017
- 2017-05-11 CN CN201710328749.2A patent/CN107117578B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495829B1 (en) * | 1999-01-12 | 2002-12-17 | Nec Corporation | Thermal infrared array sensor for detecting a plurality of infrared wavelength bands |
| CN101586985A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 单片集成非制冷红外/紫外双色探测器及其制造方法 |
| US20100006757A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-14 | Naoki Oda | Dual-wavelength thermal infrared sensor |
| CN102175329A (zh) * | 2010-12-01 | 2011-09-07 | 烟台睿创微纳技术有限公司 | 红外探测器及其制作方法及多波段非制冷红外焦平面 |
| CN102426060A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-04-25 | 电子科技大学 | 一种太赫兹或红外微测辐射热计及其制作方法 |
| CN106098846A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种用于非制冷红外探测器参考像元及其制造方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110120437A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-13 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法 |
| CN110120437B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-04-30 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法 |
| CN111017862A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-17 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Mems桥梁柱结构及形成方法 |
| CN111896120A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-06 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法 |
| CN111896120B (zh) * | 2020-08-11 | 2022-03-22 | 烟台睿创微纳技术股份有限公司 | 一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法 |
| CN113432724A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 北京北方高业科技有限公司 | 一种非制冷调谐型红外探测器 |
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Denomination of invention: The invention relates to an uncooled two-color infrared detector MEMS chip and a manufacturing method thereof Effective date of registration: 20211228 Granted publication date: 20190129 Pledgee: Yantai Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI RAYTRON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980016546 |
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Denomination of invention: An uncooled dual-color infrared detector MEMS chip and its manufacturing method Effective date of registration: 20230113 Granted publication date: 20190129 Pledgee: Yantai Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI RAYTRON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980031039 |
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