一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)讀出紅外探測器的像素結(jié)構(gòu)一般包括:銷、支撐梁(包括雙材料梁和隔熱梁)和可動微鏡。錨站立于襯底之上，可動微鏡通過支撐梁與錨相聯(lián)接，并懸浮于襯底之上。雙材料梁一般由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料構(gòu)成，如由金屬材料(金或鋁或其它金屬材料)和介質(zhì)材料(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它們的復(fù)合膜)構(gòu)成；隔熱梁由熱導(dǎo)系數(shù)較小的材料(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它們的復(fù)合膜)構(gòu)成；可動微鏡部分一般包括可見光反射層(金或鋁或其它金屬材料)和紅外吸收層(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它們的復(fù)合膜)。
[0003]就現(xiàn)已公開發(fā)表的光學(xué)讀出紅外探測器研制方案而言，一般基于硅襯底進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計，其制作方法可以分為兩類:
[0004]—類是采用表面微機(jī)械加工技術(shù)制作(如圖1所示)，以硅為襯底，以氧化硅、磷硅玻璃、多晶娃為犧牲層，一般采用濕法腐蝕釋放像素結(jié)構(gòu)(Yang Zhao, Minyao Mao, RobertoHorowitz, Arunava Majumdar, et al.0ptomechanical Uncooled Infrared Imaging System:Design, Microfabricat1n, and Performance, Journal of Micro-electro-mechanicalSystems, Vol.11, No, 2, 2002:136-146)。由于不需要去除襯底娃，器件的機(jī)械強(qiáng)度好，像素之間沒有熱串?dāng)_；由于犧牲層厚度只有幾微米，采用這種方法制作的光學(xué)讀出紅外探測器陣列釋放后的像素很容易和硅襯底發(fā)生粘連，另外紅外輻射需要透過硅襯底才能入射到像素結(jié)構(gòu)中的紅外吸收層上，而硅在8-14 μ m波長范圍內(nèi)的紅外透過率大約為50 %左右，也就是說這類器件的紅外輻射利用率一般在50%左右。
[0005]另一類是采用體硅微機(jī)械工藝制作(如圖2所示)，一般采用深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)方法去除像素下方的娃襯底釋放像素陣列(Feng Fei, Jiao Jiwei, X1ng Binand Wang Yuelin.A Novel All-Light Optically Readable Thermal Imaging SensorBased on MEMS Technology.The second IEEE internat1nal conference on sensors.Toronto, Canada.0ctober 22-24，2003:513-516.)，紅外福射能無遮擋地入射到像素結(jié)構(gòu)中的紅外吸收層上，大幅提高了紅外輻射的利用率；由于像素結(jié)構(gòu)下的硅襯底被去除，避免了像素和襯底的粘連；但是深反應(yīng)離子刻蝕過程中高能粒子的轟擊會對像素結(jié)構(gòu)帶來一定程度的損傷，去除像素下方的硅襯底會造成器件的機(jī)械強(qiáng)度下降；另外如果像素下方的娃襯底被全部去除時，像素之間會有嚴(yán)重的熱串?dāng)_(Zhengyu Miao, QingchuanZhang, Dapeng Chen and et al.Uncooled IR imaging using optomechanical detectors.Ultramicroscopy 107(2007):610 - 616)。
[0006]在目前的研制方案中，可見光反射層通常直接沉積在紅外吸收層之上，一方面由于雙材料效應(yīng)會導(dǎo)致可動微鏡形變，導(dǎo)致器件靈敏度下降；另一方面，可見光反射層面積占整個像素面積的比例較小，像素間無讀出信號的空間較大，像素可見光利用率低。
[0007]綜上所述，就目前所公開的制作方法不能同時滿足光學(xué)讀出紅外探測器對器件機(jī)械強(qiáng)度、熱串?dāng)_、像素的無損釋放、紅外輻射利用率、可動微鏡平整度和可見光利用率等方面的要求。針對上述問題，我們提出了一種新的光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)及制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中所公開的制作方法不能同時滿足光學(xué)讀出紅外探測器對器件機(jī)械強(qiáng)度、熱串?dāng)_、像素的無損釋放、紅外輻射利用率、可動微鏡平整度和可見光利用率等方面的要求的問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)，所述探測器結(jié)構(gòu)至少包括:玻璃襯底和通過第二錨懸空于所述玻璃襯底上的懸浮結(jié)構(gòu)；
[0010]所述懸浮結(jié)構(gòu)包括可見光反射層、紅外吸收層以及支撐梁；所述可見光反射層懸空于所述玻璃襯底上，所述紅外吸收層通過第一錨懸空于所述可見光反射層上，所述支撐梁懸空于所述可見光反射層上，并且所述支撐梁的一端與同一平面內(nèi)的所述紅外吸收層相連、另一端通過第二錨固定于所述玻璃襯底上。
[0011]可選地，所述可見光反射層與紅外吸收層之間的間隔為不小于I μπι。
[0012]可選地，所述支撐梁對稱分布于所述紅外吸收層的兩側(cè)。
[0013]可選地，所述支撐梁包括雙材料梁和隔熱梁，其中，所述雙材料梁與所述紅外吸收層相連，所述隔熱梁的一端與雙材料梁相連、另一端通過第二錨固定于所述玻璃襯底上。
[0014]可選地，所述雙材料梁由介質(zhì)層和附著在所述介質(zhì)層上表面或下表面的金屬層構(gòu)成，所述隔熱梁由介質(zhì)薄膜構(gòu)成。
[0015]本發(fā)明還提供一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括:
[0016]I)提供一犧牲襯底和一玻璃襯底，將所述犧牲襯底與所述玻璃襯底鍵合，減薄所述犧牲襯底形成第一犧牲層；
[0017]2)在所述第一犧牲層上制作可見光反射層，然后淀積一第二犧牲層，所述第二犧牲層覆蓋所述可見光反射層和第一犧牲層；
[0018]3)刻蝕所述第二犧牲層，形成暴露所述可見光反射層表面的第一錨區(qū)；
[0019]4)在所述第二犧牲層表面淀積金屬薄膜并圖形化形成雙材料梁的金屬層；
[0020]5)刻蝕所述第二犧牲層和第一犧牲層，形成暴露所述玻璃襯底的第二錨區(qū)；
[0021]6)在所述步驟5)獲得的結(jié)構(gòu)表面淀積介質(zhì)薄膜并圖形化，以在所述第二犧牲層表面形成紅外吸收層、在所述第一錨區(qū)中形成用于連接所述紅外吸收層和可見光反射層的第一錨、在所述雙材料梁的金屬層表面形成雙材料梁的介質(zhì)層、在所述第二犧牲層表面形成與所述雙材料梁的介質(zhì)層相連的隔熱梁、在所述第二錨區(qū)中形成用于連接所述隔熱梁和玻璃襯底的第二錨；
[0022]7)腐蝕所述第二犧牲層和第一犧牲層，從而形成光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)。
[0023]可選地，所述第二犧牲層的厚度不小于I μ m0
[0024]可選地，所述第二犧牲層的材料為非晶硅、多晶硅或者鍺。
[0025]可選地，所述步驟I)中提供的犧牲襯底為硅襯底，形成的第一犧牲層為硅犧牲層，步驟具體包括:將所述硅襯底與玻璃襯底進(jìn)行陽極鍵合，鍵合溫度為200?450 °C，鍵合電壓為600?1400V，鍵合之后采用化學(xué)機(jī)械拋光或者化學(xué)腐蝕的方法減薄所述硅襯底，并對減薄后的硅襯底表面進(jìn)行拋光，獲得表面平整的第一犧牲層。
[0026]可選地，所述步驟I)中提供的犧牲襯底為SOI襯底，所述SOI襯底包括底層硅、埋氧層和頂層硅，形成的第一犧牲層為硅犧牲層，步驟具體包括:將所述SOI襯底中的頂層硅與玻璃襯底進(jìn)行陽極鍵合，鍵合溫度為200?450°C，鍵合電壓為600?1400V，鍵合之后采用化學(xué)腐蝕或刻蝕的方法去除所述SOI襯底中的底層硅和埋氧層，剩下的頂層硅形成第一犧牲層。
[0027]可選地，所述第一犧牲層的厚度為d，7 < d < 100 μ m。
[0028]可選地，所述可見光反射層的厚度遠(yuǎn)小于所述雙材料梁的金屬層的厚度。
[0029]可選地，所述可見光反射層的厚度小于50nm。
[0030]可選地，所述介質(zhì)薄膜為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜或者碳化硅薄膜中的一種或多種的組合。
[0031]本發(fā)明再提供一種光學(xué)讀出紅外探測器結(jié)構(gòu)的制作方法，所述制作方法至少包括:
[0032]I)提供一犧牲襯底和一玻璃襯底，將所述犧牲襯底與所述玻璃襯底鍵合，減薄所述犧牲襯底形成第一犧牲層；
[0033]2)在所述第一犧牲層上制作可見光反射層，然后淀積一第二犧牲層，所述犧牲層覆蓋所述可見光反射層和第一犧牲層；
[0034]3)刻蝕所述第二犧牲層，形成暴露所述可見光反射層表面的第一錨區(qū)；
[0035]4)刻蝕所述第二犧牲層和第一犧牲層，形成暴露所述玻璃襯底的第二錨區(qū)；
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