本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)設(shè)計制造，特別涉及一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)：

1、基于cmos工藝實現(xiàn)的mems非制冷紅外探測器已在軍事和商用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如夜視、探礦、自動駕駛、火災(zāi)防控等。該探測器芯片主要包括兩部分，一是具有較高響應(yīng)率的mems芯片，二是與mems芯片直接相連的roic芯片。非制冷紅外探測器工作原理為外界紅外輻射照射到芯片熱敏層導(dǎo)致熱敏層溫升，由于熱敏材料本身具有一定的電阻溫度系數(shù)，溫升導(dǎo)致熱敏材料的電阻變化，利用roic芯片通過在熱敏材料兩端施加一定電偏置便可讀出由于外界紅外輻射造成的熱敏材料電阻變化，通過一定的標(biāo)定手段再將電阻變化對應(yīng)到外界溫度變化，即完成紅外測溫以及成像功能。

2、上述roic芯片的主要功能是按照合理的時序?qū)ems芯片產(chǎn)生的光電流信號積分轉(zhuǎn)換成電壓信號，并進(jìn)行放大、采樣、輸出驅(qū)動等信號處理操作，實現(xiàn)探測器陣列光電信號與系統(tǒng)信號處理電路之間的橋梁作用。

3、一般roic電路采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝流片加工完成，然后mems芯片在roic上再次流片形成完整的irfpa芯片。最后的輸出信號內(nèi)容既包含mems芯片采集的外界輻射信息，也包含roic芯片的處理過程附加信息，如需驗證irfpa整體輸出信號的問題來自mems或roic一般是比較困難的，甚至最終無法判斷問題來源，需投入大量晶圓分批實驗排查問題，產(chǎn)生大量資金和時間。現(xiàn)有irfpa芯片未進(jìn)行充分設(shè)計以達(dá)到驗證芯片問題來源的目的；另一種現(xiàn)有技術(shù)為在兩片晶圓上分別流片制作mems與roic芯片驗證問題來源，該技術(shù)方法的不足在于裸晶圓上制備的mems芯片與在roic上接著流片加工結(jié)構(gòu)和性能會有差異，如在roic上加工mems芯片時，mems工藝中產(chǎn)生的熱會影響到下層roic的性能，又有roic芯片晶圓與裸晶圓的熱傳導(dǎo)能力不同，導(dǎo)致溫度會影響mems工藝進(jìn)而影響mems性能。兩種現(xiàn)有技術(shù)均不能較好地完成驗證工作，但該驗證工作是十分必要的，將問題區(qū)分開針對問題芯片進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計或工藝調(diào)整將節(jié)省工程時間、節(jié)約資金投入。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提出一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)及制備方法，旨在將roic和mems產(chǎn)生的不良問題分開驗證，提升紅外焦平面探測器像元的響應(yīng)率，并且不影響像元的熱學(xué)、電學(xué)參數(shù)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)，所述帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)包括roic晶圓、懸浮驗證結(jié)構(gòu)、像元橋面層和紅外吸收傘層，其中，所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述roic晶圓表面，所述像元橋面層設(shè)置于所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)上，所述紅外吸收傘層設(shè)置于所述像元橋面層上；

3、所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)層和電阻層，所述電阻層分為兩部分，一部分是懸浮驗證結(jié)構(gòu)的加熱電阻，另一部分是替代像元電阻結(jié)構(gòu)。

4、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述像元橋面層包括從下至上依次設(shè)置的第一電介質(zhì)絕緣層、熱敏層、第二電介質(zhì)絕緣層、電導(dǎo)通層以及電介質(zhì)保護(hù)層。

5、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述紅外吸收傘層由電介質(zhì)和具有一定電阻的導(dǎo)電層構(gòu)成。

6、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)的電阻層為具有一定電阻的單層或多層材料，所述材料包括ti、ai、cu、w、cr、ni、tin或者多晶硅。

7、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層的材料包括si3n4或者sio2。

8、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括以下步驟：

9、步驟s10，在roic晶圓上制備懸浮pi-o層，在懸浮pi-o層制備完成后，對懸浮pi-o層進(jìn)行光刻刻蝕露出roic晶圓的懸浮驗證結(jié)構(gòu)電極；

10、步驟s20，在懸浮pi-o層上制備電介質(zhì)層和電阻層，進(jìn)行光刻刻蝕形成具有一定電阻的懸浮驗證結(jié)構(gòu)，其中，所述電阻層分為兩部分，一部分是懸浮驗證結(jié)構(gòu)的加熱電阻，另一部分是替代像元電阻結(jié)構(gòu)；

11、步驟s30，在懸浮驗證結(jié)構(gòu)上制備pi-1層，光刻刻蝕形成像元結(jié)構(gòu)與roic晶圓像元電極相連的pi-1孔結(jié)構(gòu)；

12、步驟s40，在pi-1層上制備第一電介質(zhì)絕緣層和熱敏層，對其進(jìn)行光刻刻蝕形成合適結(jié)構(gòu)；

13、步驟s50，在熱敏層上制備第二電介質(zhì)絕緣層和電導(dǎo)通層，其中，所述電導(dǎo)通層的一端與所述熱敏層相連，另一端與roic晶圓像元電極相連；在所述電導(dǎo)通層上制備一層電介質(zhì)層形成保護(hù)層，所述pi-1層上制備的第一電介質(zhì)絕緣層、熱敏層、第二電介質(zhì)絕緣層、電導(dǎo)通層以及所述電介質(zhì)保護(hù)層共同構(gòu)成像元橋面層；

14、步驟s60，在所述像元橋面層上制備pi-2層，光刻刻蝕形成與所述電介質(zhì)保護(hù)層貫通的接觸孔，在pi-2層上制備紅外吸收傘層，所述紅外吸收傘層由電介質(zhì)和具有一定電阻的導(dǎo)電層構(gòu)成；

15、步驟s70，通過等離子體工藝對所有pi層釋放形成具有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的像元結(jié)構(gòu)。

16、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述步驟s10中，在roic晶圓上制備懸浮pi-0層的步驟包括：

17、在roic晶圓上進(jìn)行深硅刻蝕，形成倒梯形刻蝕凹坑，在所述倒梯形刻蝕凹坑內(nèi)表面制備紅外反射層，然后在所述紅外反射層上制備懸浮pi-0層，或者，在所述roic晶圓上直接制備懸浮pi-0層。

18、本發(fā)明進(jìn)一步地技術(shù)方案是，所述步驟s10之前還包括：

19、對roic晶圓進(jìn)行清洗烘干去除表面雜質(zhì)和水分。

20、本發(fā)明帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)及制備方法的有益效果是：

21、1、通過在同一片roic晶圓上順序制備了roic和mems兩種芯片，mems芯片帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)，可將roic和mems產(chǎn)生的不良問題分開驗證，節(jié)省了資金和時間成本；

22、2、本發(fā)明采用倒梯形刻蝕凹坑內(nèi)制備了紅外反射層，相比于平面反射層，倒梯形反射層的聚光效果更好，提升了紅外焦平面探測器像元的響應(yīng)率；

23、3、本發(fā)明制備的懸浮驗證結(jié)構(gòu)對像元結(jié)構(gòu)的電學(xué)參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)無影響，保證像元結(jié)構(gòu)具有高響應(yīng)率。

技術(shù)特征：

1.一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)包括roic晶圓、懸浮驗證結(jié)構(gòu)、像元橋面層和紅外吸收傘層，其中，所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述roic晶圓表面，所述像元橋面層設(shè)置于所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)上，所述紅外吸收傘層設(shè)置于所述像元橋面層上；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述像元橋面層包括從下至上依次設(shè)置的第一電介質(zhì)絕緣層、熱敏層、第二電介質(zhì)絕緣層、電導(dǎo)通層以及電介質(zhì)保護(hù)層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外吸收傘層由電介質(zhì)和具有一定電阻的導(dǎo)電層構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述懸浮驗證結(jié)構(gòu)的電阻層為具有一定電阻的單層或多層材料，所述材料包括ti、al、cu、w、cr、ni、tin或者多晶硅。

5.一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟s10中，在roic晶圓上制備懸浮pi-0層的步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟s10之前還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)及制備方法，該帶有懸浮驗證結(jié)構(gòu)的紅外焦平面探測器芯片結(jié)構(gòu)包括R0IC晶圓、懸浮驗證結(jié)構(gòu)、像元橋面層和紅外吸收傘層，其中，懸浮驗證結(jié)構(gòu)設(shè)置于R0IC晶圓表面，像元橋面層設(shè)置于懸浮驗證結(jié)構(gòu)上，紅外吸收傘層設(shè)置于像元橋面層上；懸浮驗證結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)層和電阻層，電阻層分為兩部分，一部分是懸浮驗證結(jié)構(gòu)的加熱電阻，另一部分是替代像元電阻結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能將R0IC和MEMS產(chǎn)生的不良問題分開驗證，提升紅外焦平面探測器像元的響應(yīng)率，懸浮驗證結(jié)構(gòu)對像元的熱學(xué)、電學(xué)參數(shù)無影響。

技術(shù)研發(fā)人員：丁雪峰,趙玉杰,左元呈,解純鋼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州零度感知科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6