本發(fā)明涉及一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元及其制備方法，屬于非制冷紅外焦平面探測(cè)器領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著像元尺寸逐步縮小，單個(gè)傳感器所吸收的目標(biāo)輻射能量顯著減少。為了維持相對(duì)一致的傳感器靈敏度，必須提升傳感器的響應(yīng)率。傳感器的響應(yīng)率取決于像元尺寸、傳感器與襯底間的熱導(dǎo)、傳感器的光學(xué)吸收效率與熱敏材料性能。在傳統(tǒng)雙層微橋結(jié)構(gòu)中，第一層為細(xì)長(zhǎng)橋腿構(gòu)成的橋腿支撐結(jié)構(gòu)，用以提升傳感器與襯底間的熱導(dǎo)。第二層包含氧化釩層，用以吸收目標(biāo)紅外輻射并轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)信號(hào)。當(dāng)紅外輻射入射到紅外探測(cè)器像元時(shí)，除頂層對(duì)紅外輻射有吸收外，底部橋腿對(duì)于入射的紅外輻射也有部分吸收作用，但對(duì)于頂層溫升貢獻(xiàn)有限。隨著像元尺寸的進(jìn)一步縮小，需進(jìn)一步提升頂層結(jié)構(gòu)的吸收效率。

美國Raytheon曾申請(qǐng)專利(美國專利：US 6690014B1)。該專利采用的技術(shù)方案采用雙層微橋結(jié)構(gòu)，第一層為支撐橋腿，第二層為熱敏層非晶硅薄膜。該結(jié)構(gòu)雖然可以有效的探測(cè)紅外輻射，但是當(dāng)像元縮小時(shí)，熱敏層的面積隨之減小，從而導(dǎo)致吸收率會(huì)下降非常明顯。所以該結(jié)構(gòu)不利于制作高響應(yīng)率的小像元探測(cè)器。此外，DRS專利(美國專利：US891161B2)采用類似Raytheon的結(jié)構(gòu)，制作雙層結(jié)構(gòu)，第一層的熱絕緣橋腿采用蛇形結(jié)構(gòu)，第二層制作懸空探測(cè)器，兩層結(jié)構(gòu)與基底形成兩個(gè)諧振腔。該結(jié)構(gòu)同Raytheon專利的利弊相同。

非制冷紅外探測(cè)技術(shù)是無需制冷系統(tǒng)對(duì)外界物體的紅外輻射(IR)進(jìn)行感知并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)處理后在顯示終端輸出的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于國防、航天、醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。非制冷紅外焦平面探測(cè)器由于其能夠在室溫狀態(tài)下工作，并具有質(zhì)量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低、功率小、啟動(dòng)快及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足了民用紅外系統(tǒng)和部分軍事紅外系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的迫切需要，近幾年來發(fā)展迅猛，正朝著高靈敏、寬譜段、高分辨率、低功耗、小型化和智能化的方向發(fā)展。非制冷紅外探測(cè)器主要包括測(cè)輻射熱計(jì)、熱釋電和熱電堆探測(cè)器等，其中基于MEMS制造工藝的微測(cè)輻射熱計(jì)(Micro-bolometer)紅外探測(cè)器由于其響應(yīng)速率高，制作工藝簡(jiǎn)單且與集成電路制造工藝兼容，具有較低的串音和較低的1/f噪聲，較高的幀速，工作無需斬波器，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是非制冷紅外探測(cè)器的主流技術(shù)之一。

微測(cè)輻射熱計(jì)(Micro-bolometer)是基于具有熱敏特性的材料在溫度發(fā)生變化時(shí)電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化而制造的一種非致冷紅外探測(cè)器。工作時(shí)對(duì)支撐在絕熱結(jié)構(gòu)上的熱敏電阻兩端施加固定的偏置電壓或電流源，入射紅外輻射引起的溫度變化使得熱敏電阻阻值減小，從而使電流、電壓發(fā)生改變，并由讀出電路(ROIC:Readout Integrated Circuits)讀出電信號(hào)的變化。微測(cè)輻射熱計(jì)的紅外輻射探測(cè)過程，主要是通過懸空的微橋結(jié)構(gòu)來完成的，所以微測(cè)輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)制造是決定其性能的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)，底層橋腿，頂層熱敏層，而對(duì)熱敏層的溫升貢獻(xiàn)主要集中在頂層結(jié)構(gòu)，底層的橋腿結(jié)構(gòu)等其余結(jié)構(gòu)的溫升貢獻(xiàn)都比較小，從而導(dǎo)致探測(cè)器的靈敏度比較低。

中國發(fā)明專利授權(quán)公告號(hào)為CN 103715307 B的《一種非制冷紅外探測(cè)器及其制備方法》，公開了一種非制冷紅外探測(cè)器的制備方法及其結(jié)構(gòu)。該專利使用的單層微橋結(jié)構(gòu)，橋腿和熱敏層均在同一層。該結(jié)構(gòu)在制作大尺寸像元時(shí)，可以有效的提升吸收率。但是隨著像元尺寸的縮小，該結(jié)構(gòu)將不能滿足高吸收率探測(cè)器像元的需求。另外，由于該結(jié)構(gòu)的諧振腔高度有限，能夠檢測(cè)到的紅外波長(zhǎng)范圍有限，主要集中在8-14μm。

鑒于此，有必要開發(fā)一種新的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一，是提供一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元的制備方法。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，能夠提高與集成電路的兼容性，從而可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：提供一包含讀出電路的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上沉積一金屬層；并對(duì)金屬層進(jìn)行圖形化，形成金屬反射層圖形和金屬電極塊；金屬電極塊與半導(dǎo)體襯底上的讀出電路電連接；在完成圖形化的金屬層上沉積絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上沉積第一層犧牲層，并對(duì)第一犧牲層進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第一犧牲層上沉積SiO₂薄膜作為第一支撐層；再在第一支撐層上沉積氮化硅薄膜作為第一支撐層保護(hù)層；

步驟2：在從所述第一支撐層保護(hù)層至所述半導(dǎo)體襯底方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第一通孔，第一通孔蝕刻終止于與讀出電路電連接的金屬電極塊；

步驟3：在第一支撐層保護(hù)層上和第一通孔的底部沉積第一金屬電極層，并對(duì)第一金屬電極層進(jìn)行圖形化，形成金屬連線和金屬電極；在完成圖形化處理后的第一金屬電極層上沉積第一氮化硅介質(zhì)層；然后自第一氮化硅介質(zhì)層垂直向下，依次蝕刻第一氮化硅介質(zhì)層、第一金屬電極層、第一支撐層保護(hù)層和第一支撐層，蝕刻終止于所述第一犧牲層；形成橋腿結(jié)構(gòu)；

步驟4：在橋腿結(jié)構(gòu)上沉積第二犧牲層，并對(duì)第二犧牲層進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第二犧牲層上沉積SiO₂薄膜作為第二支撐層；再在第二支撐層上沉積氮化硅薄膜作為第二支撐層保護(hù)層；在從所述第二支撐層保護(hù)層至所述第一金屬電極層方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第二通孔，第二通孔蝕刻終止于與第一金屬電極層；

步驟5：在第二支撐層保護(hù)層上沉積熱敏層，并對(duì)熱敏層進(jìn)行圖形化；

步驟6：在完成圖形化處理后的熱敏層上沉積氮化硅薄膜作為熱敏層保護(hù)層，并對(duì)熱敏層保護(hù)層進(jìn)行圖形化；在完成圖形化處理后的熱敏層保護(hù)層上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法，刻蝕掉熱敏層上方的部分熱敏層保護(hù)層，露出熱敏層，形成接觸孔；

步驟7：在第二支撐層保護(hù)層上、熱敏保護(hù)層、接觸孔和第二通孔的底部沉積第二金屬電極層，并對(duì)第二金屬電極層進(jìn)行圖形化；

步驟8：在完成圖形化處理后的第二金屬電極層上沉積第二氮化硅介質(zhì)層，并對(duì)第二氮化硅介質(zhì)層進(jìn)行圖形化；

步驟9：自完成圖形化處理后的第二氮化硅介質(zhì)層垂直向下，依次蝕刻第二氮化硅介質(zhì)層、第二金屬電極層、熱敏層保護(hù)層、熱敏層、第二支撐層保護(hù)層，蝕刻終止于第二犧牲層；形成包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；

步驟10：在包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上沉積第三犧牲層，并對(duì)第三犧牲層進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第三犧牲層上沉積SiO₂薄膜作為第三支撐層；再在第三支撐層上沉積吸收層薄膜作為吸收層；再在吸收層上沉積氮化硅薄膜作為吸收層保護(hù)層，形成吸收層結(jié)構(gòu)；

步驟11：自吸收保護(hù)層垂直向下，依次蝕刻吸收保護(hù)層、吸收層和第三支撐層，蝕刻終止于第三犧牲層；然后釋放第一犧牲層、第二犧牲層和第三犧牲層，即得所述新型非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，步驟1中，所述金屬反射層厚度為0.05-0.40μm；所述絕緣介質(zhì)層為氮化硅薄膜或者SiO₂薄膜，所述絕緣介質(zhì)層的厚度為0.02-0.30μm；所述第一犧牲層為非晶碳、非晶硅、聚酰亞胺中的一種；采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第一支撐層；所述第一支撐層的厚度為0.05-0.30μm；采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為第一支撐層保護(hù)層；所述第一支撐層保護(hù)層的厚度為0.05-0.30μm。

采用上述進(jìn)一步的有益效果是：能夠?qū)崿F(xiàn)各層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與平整度。其中，金屬反射層對(duì)特定波長(zhǎng)(如8-14μm)的紅外光的反射率在98％以上。

進(jìn)一步，步驟3中，采用PVD方法沉積所述第一金屬電極層，所述第一金屬電極層為Ti薄膜、NiCr薄膜或TiN薄膜中的一種；所述第一金屬電極層的厚度為采用PEVCD方法沉積所述第一氮化硅介質(zhì)層；所述第一氮化硅介質(zhì)層的厚度為

進(jìn)一步，步驟4中，所述第二犧牲層為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種；所述第二犧牲層的厚度為0.5-3μm；采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第二支撐層；所述第二支撐層的厚度為0.05-0.30μm；采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為第二支撐層保護(hù)層；所述第二支撐層保護(hù)層的厚度為0.05-0.30μm。

進(jìn)一步，步驟5中，采用離子束沉積或物理氣相沉積的方法沉積所述熱敏層；所述熱敏層為VOx薄膜或非晶硅薄膜；所述熱敏層的厚度為在沉積熱敏層之前，先沉積一層V/V₂O₅/V薄膜作為過渡層，所述V/V₂O₅/V薄膜的厚度為

進(jìn)一步，步驟6中，采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為熱敏保護(hù)層；所述熱敏層保護(hù)層的厚度為蝕刻接觸孔采用SF₆、CHF₃和O₂，或CF₄和O₂作為蝕刻氣體，采用終點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行蝕刻反應(yīng)終點(diǎn)監(jiān)控。

采用上述進(jìn)一步的有益效果是：采用EPD監(jiān)控蝕刻反應(yīng)，能夠有效的監(jiān)控蝕刻進(jìn)程，避免將電極全部蝕刻干凈，防止刻穿熱敏層。

進(jìn)一步，步驟10中，所述第三犧牲層為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種；所述第三犧牲層的厚度為0.5-3μm；采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第三支撐層；所述第三支撐層的厚度為0.05-0.30μm；所述吸收層薄膜的材料為石墨烯、碳納米管、二氧化鈦納米管、氧化鋅納米管、氧化鋁納米管中的一種；所述吸收層保護(hù)層的厚度為0.05-0.30μm。

采用上述進(jìn)一步的有益效果是：拓寬吸收譜段至短波紅外，并且可以提升對(duì)于特定紅外波段(如8-14μm)的吸收率。

進(jìn)一步，步驟11中，采用去膠機(jī)、離子刻蝕機(jī)或等離子灰化機(jī)對(duì)所述第一犧牲層、第二犧牲層和第三犧牲層進(jìn)行釋放。

采用上述進(jìn)一步的有益效果是：采用去膠機(jī)、離子刻蝕機(jī)或等離子灰化機(jī)釋放非晶碳，可以釋放地更完全，而且生成二氧化碳和水，不會(huì)污染環(huán)境。

進(jìn)一步，步驟1、步驟4、步驟6、步驟10中，所述氮化硅薄膜的應(yīng)力均為-50-100MPa。

采用上述進(jìn)一步的有益效果是：氮化硅薄膜的壓力為-50-100MPa，屬于低應(yīng)力。過大的張應(yīng)力會(huì)使薄膜發(fā)生斷裂,而過大的壓應(yīng)力則會(huì)使薄膜發(fā)生翹曲在上述低應(yīng)力下。而本發(fā)明的氮化硅薄膜所采用的壓力范圍，可以有效地防止薄膜斷裂或者翹曲。

本發(fā)明的目的之二，是提供一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元。本發(fā)明的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，能顯著提高紅外輻射的吸收率，提升探測(cè)器的響應(yīng)率，為制造更大陣列和更小像元的探測(cè)器打下基礎(chǔ)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，包括一包含讀出電路的半導(dǎo)體襯底和一具有三層結(jié)構(gòu)的探測(cè)器像元，所述探測(cè)器像元與所述半導(dǎo)體襯底的讀出電路形成電連接，

所述探測(cè)器像元自半導(dǎo)體襯底往上，依次包括三層結(jié)構(gòu)，其中，第一層為橋腿結(jié)構(gòu)，第二層為熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，第三層為吸收層結(jié)構(gòu)；

第一層的橋腿結(jié)構(gòu)包括金屬反射層、絕緣介質(zhì)層、第一支撐層、第一支撐層保護(hù)層、第一金屬電極層和第一氮化硅介質(zhì)層；

第二層的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括第二支撐層、第二支撐層保護(hù)層、熱敏層、熱敏層保護(hù)層、第二金屬電極層和第二氮化硅介質(zhì)層；

第三層的吸收層結(jié)構(gòu)包括第三支撐層、吸收層和吸收層保護(hù)層；

所述半導(dǎo)體襯底的讀出電路上依次設(shè)置有金屬反射層和絕緣介質(zhì)層；

所述第一支撐層設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層的上方；

所述第一支撐層上依次設(shè)置有所述第一支撐層保護(hù)層、第一金屬電極層和第一氮化硅介質(zhì)層；

所述第二支撐層設(shè)置于所述第一氮化硅介質(zhì)層的上方；

所述第二支撐層上依次設(shè)置有所述第二支撐層保護(hù)層、熱敏層、熱敏層保護(hù)層、第二金屬電極層和第二氮化硅介質(zhì)層；

所述第三支撐層設(shè)置于所述第二氮化硅介質(zhì)層的上方；

所述第三支撐層上依次設(shè)置有所述吸收層和吸收層保護(hù)層。

本發(fā)明中，第一層的橋腿結(jié)構(gòu)為底層，采用密布細(xì)長(zhǎng)橋腿的橋支撐結(jié)構(gòu)，是用于實(shí)現(xiàn)傳感器與襯底間的熱絕緣。

第二層的熱電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)還包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)，從而使整體結(jié)構(gòu)的橋腿長(zhǎng)度變長(zhǎng)，可以使探測(cè)器的熱絕緣性更好，從而可以減小環(huán)境溫度的影響，減小熱導(dǎo)，提升探測(cè)器的性能。

第三層的吸收層為頂層，采用亞波長(zhǎng)吸收結(jié)構(gòu)，可以有效拓寬紅外吸收光譜范圍，并增加8-14μm波段的吸收率，從而使與第三層結(jié)構(gòu)相連的第二層熱電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的熱響應(yīng)更大。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述絕緣介質(zhì)層為氮化硅薄膜；所述第一支撐層為SiO₂薄膜；所述第一支撐層保護(hù)層為氮化硅薄膜；所述第二支撐層為SiO₂薄膜；所述第二支撐層保護(hù)層為氮化硅薄膜；所述熱敏層為VOx薄膜或非晶硅薄膜；所述熱敏層保護(hù)層為氮化硅薄膜；所述第三支撐層為SiO₂薄膜。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，采用三層結(jié)構(gòu)，第二層的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別處于第一層的橋腿結(jié)構(gòu)和第三層的吸收層結(jié)構(gòu)之間，從而在制作小像元的探測(cè)器時(shí)可以有效的提升填充因子。另外，該結(jié)構(gòu)的探測(cè)器像元可以將探測(cè)范圍從8-14μm擴(kuò)展到更寬的亞波長(zhǎng)波段。

2.本發(fā)明的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，可以實(shí)現(xiàn)熱敏單元與襯底的熱絕緣，從而減小環(huán)境溫度變化對(duì)探測(cè)器輸出的影響，增加了探測(cè)器的靈敏度。

3.本發(fā)明的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，能顯著提高紅外輻射的吸收率，拓寬紅外吸收譜段，提升探測(cè)器的響應(yīng)率，為制造更大陣列和更小像元的探測(cè)器打下基礎(chǔ)。

4.本發(fā)明的方法能夠與集成電路工藝兼容，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的金屬反射層、第一犧牲層、第一支撐層和第一支撐層保護(hù)層形成示意圖。

圖2為本發(fā)明的第一通孔形成示意圖。

圖3為本發(fā)明的第一金屬電極層以及第一層的橋腿結(jié)構(gòu)形成示意圖。

圖4為本發(fā)明的第二犧牲層、第二支撐層和第二支撐層保護(hù)層形成示意圖。

圖5為本發(fā)明的熱敏層形成示意圖。

圖6為本發(fā)明的熱敏層保護(hù)層和接觸孔形成示意圖。

圖7為本發(fā)明的第二金屬電極層形成示意圖。

圖8為本發(fā)明的第二氮化硅介質(zhì)層形成示意圖。

圖9為本發(fā)明的第二層結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形成示意圖。

圖10為本發(fā)明的第三犧牲層和第三支撐層、吸收層、吸收層保護(hù)層形成示意圖。

圖11為本發(fā)明的三層微橋結(jié)構(gòu)形成示意圖。

圖12為本發(fā)明的像元與現(xiàn)有技術(shù)的像元的吸收率對(duì)比曲線圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、半導(dǎo)體襯底，2、金屬反射層，3、金屬電極塊，4、絕緣介質(zhì)層，51、第一犧牲層，52、第二犧牲層，53、第三犧牲層，6、第一支撐層，7、第一支撐層保護(hù)層，8、第一通孔，9、第一金屬電極層，91、金屬連線，92、金屬電極，10、第一氮化硅介質(zhì)層，11、第二支撐層，12、第二支撐層保護(hù)層，13、第二通孔，14、第二金屬電極層，15、第二氮化硅介質(zhì)層，16、接觸孔，17、熱敏層，18、熱敏層保護(hù)層，19、第三支撐層，20、吸收層，21、吸收層保護(hù)層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：如圖1所示，提供一包含讀出電路(圖中未示出)的半導(dǎo)體襯底1，在半導(dǎo)體襯底1上沉積一金屬層；并對(duì)金屬層進(jìn)行圖形化，形成金屬反射層2圖形和金屬電極塊3，金屬反射層2厚度為0.05-0.40μm；金屬電極塊3與半導(dǎo)體襯底1上的讀出電路電連接；在完成圖形化的金屬層上沉積絕緣介質(zhì)層4，絕緣介質(zhì)層4為應(yīng)力為-50-100MPa的氮化硅薄膜或者SiO₂薄膜，絕緣介質(zhì)層4的厚度為0.02-0.30μm；在絕緣介質(zhì)層4上沉積第一犧牲層51，第一犧牲層51為非晶碳、非晶硅、聚酰亞胺中的一種，并對(duì)第一犧牲層51進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第一犧牲層51上采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第一支撐層6；再在第一支撐層6上沉積應(yīng)力為-50-100MPa的氮化硅薄膜作為第一支撐層保護(hù)層7，第一支撐層6的厚度為0.05-0.30μm。

步驟2：如圖2所示，在從所述第一支撐層保護(hù)層7至所述半導(dǎo)體襯底1方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第一通孔8，第一通孔8蝕刻終止于與讀出電路電連接的金屬電極塊3。

步驟3：如圖3所示，在第一支撐層保護(hù)層7上和第一通孔8的底部采用PVD方法沉積第一金屬電極層9，第一金屬電極層9為Ti薄膜、NiCr薄膜或TiN薄膜中的一種，第一金屬電極層9的厚度為并對(duì)第一金屬電極層9進(jìn)行圖形化，形成金屬連線91和金屬電極92；在完成圖形化處理后的第一金屬電極層9上采用PEVCD方法沉積第一氮化硅介質(zhì)層10，第一氮化硅介質(zhì)層10的厚度為然后自第一氮化硅介質(zhì)層10垂直向下，依次蝕刻第一氮化硅介質(zhì)層10、第一金屬電極層9、第一支撐層保護(hù)層7和第一支撐層6，蝕刻終止于所述第一犧牲層51；形成橋腿結(jié)構(gòu)。

步驟4：如圖4所示，在橋腿結(jié)構(gòu)上沉積第二犧牲層52，第二犧牲層52為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種，第二犧牲層52的厚度為0.5-3μm，并對(duì)第二犧牲層52進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第二犧牲層52上采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第二支撐層11，第二支撐層11的厚度為0.05-0.30μm；再在第二支撐層11上采用PECVD方法沉積應(yīng)力為-50-100MPa的氮化硅薄膜作為第二支撐層保護(hù)層12，第二支撐層保護(hù)層12的厚度為0.05-0.30μm；在從所述第二支撐層保護(hù)層12至所述第一金屬電極層9方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第二通孔13，第二通孔13蝕刻終止于與第一金屬電極層9。

步驟5：如圖5所示，在第二支撐層保護(hù)層12上，采用離子束沉積或物理氣相沉積的方法沉積熱敏層17，熱敏層17為VOx薄膜或非晶硅薄膜；熱敏層17的厚度為在沉積熱敏層17之前，先沉積一層V/V₂O₅/V薄膜作為過渡層，V/V₂O₅/V薄膜的厚度為并對(duì)熱敏層17進(jìn)行圖形化。

步驟6：如圖6所示，在完成圖形化處理后的熱敏層17上，采用PECVD方法沉積應(yīng)力為-50-100MPa的氮化硅薄膜作為熱敏層保護(hù)層18，熱敏層保護(hù)層18的厚度為并對(duì)熱敏層保護(hù)層18進(jìn)行圖形化；在完成圖形化處理后的熱敏層保護(hù)層18上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法，刻蝕掉熱敏層17上方的部分熱敏層保護(hù)層18，露出熱敏層17，形成接觸孔16，蝕刻接觸孔16采用SF₆、CHF₃和O₂，或CF₄和O₂作為蝕刻氣體；金屬電極層厚度極薄，蝕刻過程中，采用終點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行蝕刻反應(yīng)終點(diǎn)監(jiān)控，以免將金屬電極層蝕刻干凈。

步驟7：如圖7所示，在第二支撐層保護(hù)層12上、熱敏保護(hù)層18、接觸孔16和第二通孔13的底部，采用PVD方法沉積第二金屬電極層14，第二金屬電極層14為Ti薄膜、NiCr薄膜或TiN薄膜中的一種；第二金屬電極層14的厚度為并對(duì)第二金屬電極層14進(jìn)行圖形化。

步驟8：如圖8所示，在完成圖形化處理后的第二金屬電極層14上，采用PEVCD方法沉積第二氮化硅介質(zhì)層15，第二氮化硅介質(zhì)層15的厚度為并對(duì)第二氮化硅介質(zhì)層15進(jìn)行圖形化。

步驟9：如圖9所示，自完成圖形化處理后的第二氮化硅介質(zhì)層15垂直向下，依次蝕刻第二氮化硅介質(zhì)層15、第二金屬電極層14、熱敏層保護(hù)層18、熱敏層17、第二支撐層保護(hù)層12，蝕刻終止于第二犧牲層52；形成包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

步驟10：如圖10所示，在包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上沉積第三犧牲層53，第三犧牲層53為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種；第三犧牲層53的厚度為0.5-3μm；并對(duì)第三犧牲層53進(jìn)行平坦化處理，在完成平坦化處理后的第三犧牲層53上，采用PECVD方法沉積SiO₂薄膜作為第三支撐層19；第三支撐層19的厚度為0.05-0.30μm；再在第三支撐層19上沉積吸收層薄膜作為吸收層20；再在吸收層20上沉積應(yīng)力為-50-100MPa的氮化硅薄膜作為吸收層保護(hù)層21，吸收層薄膜的材料為石墨烯、碳納米管、二氧化鈦納米管、氧化鋅納米管、氧化鋁納米管中的一種，吸收層保護(hù)層21的厚度為0.05-0.30μm，形成吸收層結(jié)構(gòu)。

一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，如圖11所示，包括一包含讀出電路的半導(dǎo)體襯底和一具有三層結(jié)構(gòu)的探測(cè)器像元，所述探測(cè)器像元與所述半導(dǎo)體襯底的讀出電路形成電連接，

所述探測(cè)器像元自半導(dǎo)體襯底1往上，依次包括三層結(jié)構(gòu)，其中，第一層為橋腿結(jié)構(gòu)，第二層為熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，第三層為吸收層結(jié)構(gòu)；

第一層的橋腿結(jié)構(gòu)包括金屬反射層2、絕緣介質(zhì)層4、第一支撐層6、第一支撐層保護(hù)層7、第一金屬電極層9和第一氮化硅介質(zhì)層10；

第二層的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括第二支撐層11、第二支撐層保護(hù)層12、熱敏層17、熱敏層保護(hù)層18、第二金屬電極層14和第二氮化硅介質(zhì)層15；

第三層的吸收層結(jié)構(gòu)包括第三支撐層19、吸收層20和吸收層保護(hù)層21；

所述半導(dǎo)體襯底1的讀出電路上依次設(shè)置有金屬反射層2和絕緣介質(zhì)層4；

所述第一支撐層6設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層4的上方；

所述第一支撐層6上依次設(shè)置有所述第一支撐層保護(hù)層7、第一金屬電極層9和第一氮化硅介質(zhì)層10；

所述第二支撐層11設(shè)置于所述第一氮化硅介質(zhì)層10的上方；

所述第二支撐層11上依次設(shè)置有所述第二支撐層保護(hù)層12、熱敏層17、熱敏層保護(hù)層18、第二金屬電極層14和第二氮化硅介質(zhì)層15；

所述第三支撐層19設(shè)置于所述第二氮化硅介質(zhì)層15的上方；

所述第三支撐層19上依次設(shè)置有所述吸收層20和吸收層保護(hù)層21。

其中，所述絕緣介質(zhì)層4為氮化硅薄膜；所述第一支撐層6為SiO₂薄膜；所述第一支撐層保護(hù)層7為氮化硅薄膜；所述第二支撐層11為SiO₂薄膜；所述第二支撐層保護(hù)層12為氮化硅薄膜；所述熱敏層17為VOx薄膜或非晶硅薄膜；所述熱敏層保護(hù)層18為氮化硅薄膜；所述第三支撐層19為SiO₂薄膜。

將本發(fā)明的像元與現(xiàn)有技術(shù)的像元的吸收率做對(duì)比，如圖12所示。本發(fā)明的像元結(jié)構(gòu)在3-14μm的吸收率均在80％以上，8-14μm波段的吸收率更達(dá)到了90％以上。而現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)在3-5μm的吸收率非常低，只有15-40％，8-14μm的吸收率也只有80％左右。由此可見，本發(fā)明的非制冷紅外焦平面探測(cè)器像元，能顯著提高紅外輻射的吸收率，拓寬紅外吸收譜段，提升探測(cè)器的響應(yīng)率，為制造更大陣列和更小像元的探測(cè)器打下基礎(chǔ)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。