一种非制冷红外探测器的制作方法

本实用新型涉及MEMS领域，特别是涉及一种非制冷红外探测器。

背景技术：

随着近年来科技不断的进步以及社会不断的发展，MEMS(微机电系统)得到了极大的发展，相应的作为MEMS中的非制冷红外探测器也得到了极大的发展。而非制冷红外探测器已经广泛的应用于汽车、安防、生物医学、电力、智慧楼宇、森林防火、智能手机和物联网等领域。

在现阶段，非制冷红外探测器主要通过其中的热敏薄膜接收红外线照射，经过红外线照射的热敏薄膜的电阻会发生变化从而产生相应的电信号，进而通过与热敏薄膜电连接的锚点将上述电信号传输至读出电路，实现红外探测功能。

但是现有技术中，非制冷红外探测器中的锚点的体积通常很大，从而不利于非制冷红外探测器的小型化。所以如何减少非制冷红外探测器的体积是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种非制冷红外探测器，可以具有体积较小的锚点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种非制冷红外探测器，包括：

相对设置的读出电路和红外探测层；

位于所述读出电路和所述红外探测层之间的实心锚点；其中，所述红外探测层中的热敏薄膜层通过所述实心锚点与所述读出电路电连接。

可选的，所述锚点包括与所述读出电路相接触的导电槽，以及填充于所述导电槽中的导电层；其中，所述导电层具体为钨或铜。

可选的，所述红外探测层包括：

位于所述锚点背向所述读出电路一侧端部侧壁的支撑层；

位于所述支撑层背向所述读出电路一侧表面的所述热敏薄膜层；其中，所述热敏薄膜层不覆盖所述锚点；

同时覆盖所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面，以及所述锚点背向所述读出电路一侧表面的保护层；其中，所述保护层中设置有裸露所述锚点背向所述读出电路一侧表面预设区域的第一通孔，以及裸露所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面预设区域的第二通孔；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的桥腿；其中，所述桥腿通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点与所述热敏薄膜层电连接。

可选的，所述支撑层背向所述读出电路一侧表面与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相平齐。

可选的，所述红外探测层还包括：

位于所述桥腿背向所述读出电路一侧表面，且遮蔽所述热敏薄膜层的第一吸收层。

可选的，所述红外探测层还包括：

位于所述第一吸收层背向所述读出电路一侧的第二吸收层；其中，所述第二吸收层包括朝向所述热敏薄膜层方向延伸的凹槽。

可选的，所述桥腿包括：

位于所述第一通孔，且与所述锚点背向所述读出电路一侧表面相接触的第一接触层；

位于所述第二通孔，且与所述热敏薄膜层背向所述读出电路一侧表面相接触的第二接触层；

位于所述保护层背向所述读出电路一侧表面的导电条；其中，所述导电条的一端与所述第一接触层背向所述读出电路一侧表面相接触；所述导电条的另一端与所述第二接触层背向所述读出电路一侧表面相接触。

本实用新型所提供的一种非制冷红外探测器，其中用于将红外探测层中的热敏薄膜层与读出电路电连接的锚点为实心锚点。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点可以有效增加锚点的结构强度以及减小热敏薄膜层与读出电路之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层与读出电路之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种非制冷红外探测器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图。

图中：1.读出电路、2.锚点、21.导电槽、22.导电层、3.红外探测层、30.支撑层、31.热敏薄膜层、32.保护层、321.第一保护层、322.第二保护层、33.桥腿、331.第一接触层、332.第二接触层、333.导电条、34.第一吸收层、35.第二吸收层。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种非制冷红外探测器。在现有技术中，用于使热敏薄膜与读出电路电连接的锚点均为空心锚点，在锚点中心处通常为空心结构。为了在现有技术中使得锚点具有一定的结构强度以制成热敏薄膜及相关结构，同时使得热敏薄膜与读出电路之间具有较小的接触电阻，使得现有技术中的锚点通常较大，从而不利于非制冷红外探测器的小型化。

而本实用新型所提供的一种非制冷红外探测器，其中用于将红外探测层中的热敏薄膜层与读出电路电连接的锚点为实心锚点。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点可以有效增加锚点的结构强度以及减小热敏薄膜层与读出电路之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层与读出电路之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种非制冷红外探测器的结构示意图。

参见图1，在本实用新型实施例中，所述非制冷红外探测器包括相对设置的读出电路1和红外探测层3；位于所述读出电路1和所述红外探测层3之间的实心锚点2；其中，所述红外探测层3中的热敏薄膜层31通过所述实心锚点2与所述读出电路1电连接。

上述读出电路1即ROIC(readout integrated circuit)，所述读出电路1可以获取红外探测层3中热敏薄膜层31所发出的电信号。有关非制冷红外探测器的具体工作原理将在下述段落中做详细介绍。有关读出电路1的具体结构可以参照现有技术，在本实用新型实施例中并不做具体限定。

上述红外探测层3中主要用于探测红外线的部件为热敏薄膜层31。当热敏薄膜层31受到红外线照射时，其电阻会产生变化从而可以产生电信号。在现阶段，热敏薄膜层31的组分主要是氧化钒或者是氧化钛，当然，在本实用新型实施例中对于热敏薄膜层31的具体组分并不做具体限定。有关上述红外探测层3的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述红外探测层3与读出电路1之间设置有锚点2，通常情况下会设置有多个锚点2。所述锚点2用于将红外探测层3中的热敏薄膜层31与读出电路1电连接，以将热敏薄膜层31所产生的电信号传输至读出电路1，以便该读出电路1根据所述电信号进行红外探测。在本实用新型实施例中，所述锚点2为实心锚点2，即该锚点2中不含有空心结构。通常情况下，在本实用新型实施例中锚点2为多层复合结构。具体的，所述锚点2通常包括与所述读出电路1相接触的导电槽21，以及填充于所述导电槽21中的导电层22。通过上述导电层22填充至与读出电路1直接接触的导电槽21中，从而形成实心的锚点2。

作为优选的，上述导电层22优选为钨或铜。需要说明的是，上述导电槽21通常也为复合结构，所述导电槽21通常包括有位于导电槽21外层，与读出电路1直接接触的导电外槽，以及与导电外槽内壁相贴合的导电内槽。当上述导电层22为钨(w)时，为了导电层22与导电槽21之间可以形成良好的接触，上述导电外槽的材质可以为钛(Ti)，相应的导电内槽的材质为氮化钛(TiN)；或者是上述导电外槽的材质为钛(Ti)，而导电内槽的材质为钴(Co)。当上述导电层22为铜(Cu)时，为了导电层22与导电槽21之间可以形成良好的接触，上述导电外槽的材质可以为钽(Ta)，相应的导电内槽的材质为氮化钽(TaN)。需要说明的是，上述热敏薄膜层31通常与锚点2中的导电层22电连接。将导电层22的材质设置为钨或铜可以有效减少热敏薄膜层31与锚点2之间的接触电阻，从而可以提高热敏薄膜层31所产生的电信号的质量。

上述锚点2的形状可以成倒圆台型、圆柱型等等，具体根据不同的刻蚀工艺以及刻蚀标准会具体行程不同形状的锚点2，有关锚点2的具体形状在本实用新型实施例中并不作具体限定。

本实用新型实施例所提供的一种非制冷红外探测器，用于将红外探测层3中的热敏薄膜层31与读出电路1电连接的锚点2为实心锚点2。相比于现有技术中的空心锚点，实心锚点2可以有效增加锚点2的结构强度以及减小热敏薄膜层31与读出电路1之间的接触电阻，从而在保证一定的结构强度以及热敏薄膜层31与读出电路1之间一定的接触电阻的条件下，可以有效减小锚点2的体积，从而便于非制冷红外探测器的小型化。

有关上述非制冷红外探测器中红外探测层3的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图2，图2为本实用新型实施例所提供的一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对非制冷红外探测器中红外探测层3的结构进行具体限定。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图2，在本实用新型实施例中，所述红外探测层3包括位于所述锚点2背向所述读出电路1一侧端部侧壁的支撑层30；位于所述支撑层30背向所述读出电路1一侧表面的所述热敏薄膜层31；其中，所述热敏薄膜层31不覆盖所述锚点2；覆盖所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面，以及所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面的保护层32；其中，所述保护层32中设置有裸露所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面预设区域的第一通孔，以及裸露所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面预设区域的第二通孔；位于所述保护层32背向所述读出电路1一侧表面的桥腿33；其中，所述桥腿33通过所述第一通孔和所述第二通孔使所述锚点2与所述热敏薄膜层31电连接。

上述支撑层30通常为低应力氮化硅薄膜。在本实用新型实施例中，支撑层30设置在锚点2背向读出电路1一侧端部侧壁，以支撑位于锚点2背向读出电路1一侧端部的红外探测层3，即上述支撑层30不会覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面。在本实用新型实施例中，上述支撑层30的厚度通常在至之间，包括端点值。

作为优选的，上述支撑层30背向所述读出电路1一侧表面可以与所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面相平齐，从而便于红外探测层3中后续结构的设置。为了实现上述支撑层30背向读出电路1一侧表面与锚点2背向读出电路1一侧表面相平齐，通常会通过抛光工艺，对支撑层30表面进行抛光。在抛光之后可以保证热敏薄膜层31的平整。

上述热敏薄膜层31设置在支撑层30背向读出电路1一侧表面，同时该热敏薄膜层31不会覆盖锚点2。即热敏薄膜层31不会与锚点2直接接触，以防止热敏薄膜层31吸收的红外辐射能量还没有加热热敏薄膜层31就通过锚点2传导掉，从而无法探测红外辐射信号。具体的，热敏薄膜层31会通过桥腿33与锚点2电连接，有关桥腿33的具体结构将在后续段落中做详细介绍。有关热敏薄膜层31的具体材质已在上述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

上述保护层32会同时覆盖热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面以及锚点2背向读出电路1一侧表面。具体的，由于制作工艺的原因，在设置热敏薄膜层31时需要对热敏薄膜层31进行图案化；同时为了在对热敏薄膜层31进行图案化时保护剩余的热敏薄膜层31不易受到腐蚀损坏，通常会先在热敏薄膜层31表面设置第一保护层321，再设置同时覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面以及覆盖第一保护层321表面的第二保护层322。即上述保护层32包括第一保护层321以及第二保护层322，其中第一保护层321仅仅覆盖热敏薄膜层31，而第二保护层322会覆盖第一保护层321以及锚点2背向读出电路1一侧表面。此时，覆盖在锚点2表面的保护层32的厚度仅仅为第二保护层322的厚度，而覆盖在热敏薄膜层31表面的保护层32的厚度为第一保护层321的厚度加上第二保护层322的厚度。通常情况下，上述第一保护层321以及第二保护层322均为氮化硅薄膜，其中第一保护层321的厚度通常在至之间，包括端点值；而第二保护层322的厚度通常在至之间，包括端点值。当然，在本实用新型实施例中对于上述保护层32的具体厚度并不做具体限定，上述保护层32的厚度需要根据非制冷红外探测器的热响应常数以及响应率决定。

在上述保护层32中，覆盖锚点2背向读出电路1一侧表面的预设区域处设置有第一通孔，该第一通孔会裸露锚点2背向读出电路1一侧表面的预设区域；同时，覆盖热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的预设区域处设置有第二通孔，该第二通孔会裸露热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的预设区域。在本实用新型实施例中，第一通孔的深度通常与上述第二保护层322的厚度相同，而第一通孔的深度通常与上述第一保护层321的厚度加第二保护层322的厚度相同，即第一通孔与第二通孔之间的高度通常只差一层热敏薄膜层31的厚度，而第一通孔的深度与第二通孔的深度之间差值通常仅仅为一层第一保护层321的厚度。

上述桥腿33位于保护层32背向读出电路1一侧表面。而桥腿33的两个端部对分别通过上述第一通孔以及第二通孔与锚点2以及热敏薄膜层31电连接，从而使得热敏薄膜层31通过桥腿33与锚点2电连接。有关上述桥腿33具体的结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

作为优选的，在本实用新型实施例中，所述红外探测层3还可以包括位于所述桥腿33背向所述读出电路1一侧表面，且遮蔽所述热敏薄膜层31的第一吸收层34。

上述第一吸收层34通常会位于桥腿33背向读出电路1一侧表面，且覆盖位于热敏薄膜层31背向读出电路1一侧表面的保护层32，即第一吸收层34通常需要遮蔽整个热敏薄膜层31。具体的，上述第一吸收层34通常为复合结构，该第一吸收层34通常为依次设置的低应力氮化硅薄膜、吸收薄膜以及钝化薄膜的三明治结构，该三明治结构的第一吸收层34的总厚度通常在至之间，包括端点值。上述低应力氮化硅薄膜通常直接与上述桥腿33以及保护层32相接触，以保证第一吸收层34可以与桥腿33以及保护层32之间具有良好的接触；上述吸收薄膜通常为金属薄膜或金属氮化物薄膜，例如钛、金、镍铬、氮化钛薄膜等等。该吸收薄膜可以有效增加红外探测层3对红外辐射的吸收，减少对红外辐射的反射；而上述钝化薄膜通常为钝化氮化硅薄膜，主要起钝化作用，保护红外探测层3不易受到腐蚀损坏。

作为优选的，所述红外探测层3还可以包括位于所述第一吸收层34背向所述读出电路1一侧的第二吸收层35；其中，所述第二吸收层35包括朝向所述热敏薄膜层31方向延伸的凹槽。

上述第二吸收层35具体可以为二氧化硅薄膜，氮化硅薄膜，甚至于二者的复合薄膜，还可以是低应力的金属薄膜。有关第二吸收层35的具体材质在本实用新型实施例中并不做具体限定。上述第二吸收层35具有朝向所述热敏薄膜层31方向延伸的凹槽，即该凹槽的轴线通常需要指向热敏薄膜层31。上述凹槽的底部通常需要与上述第一吸收层34相接触，以支撑整个第二吸收层35。具体的，上述凹槽的侧壁通常需要沿槽口至槽底的方向减缩，从而形成一倒梯形结构，以便第二吸收层35可以尽可能多的将红外辐射汇聚至热敏薄膜层31。设置有本实用新型实施例所提供的第二吸收层35，可以有效增加非制冷红外探测器的填充因子、红外吸收，进一步提高非制冷红外探测器的灵敏度。

本实用新型实施例所提供的一种非制冷红外探测器，在锚点2背向读出电路1一侧端部的侧壁设置支撑层30可以提高红外探测层3的结构强度，保证非制冷红外探测器在使用过程中不易发生损坏；通过设置第一吸收层34以及第二吸收层35可以有效提高红外探测层3对红外辐射的吸收，增加非制冷红外探测器的填充因子，进一步提高非制冷红外探测器的灵敏度。

有关上述非制冷红外探测器中桥腿33的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图3，图3为本实用新型实施例所提供的另一种具体的非制冷红外探测器的结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对非制冷红外探测器中桥腿33的结构进行具体限定。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3，在本实用新型实施例中，所述桥腿33包括位于所述第一通孔，且与所述锚点2背向所述读出电路1一侧表面相接触的第一接触层331；位于所述第二通孔，且与所述热敏薄膜层31背向所述读出电路1一侧表面相接触的第二接触层332；位于所述保护层32背向所述读出电路1一侧表面的导电条333；其中，所述导电条333的一端与所述第一接触层331背向所述读出电路1一侧表面相接触；所述导电条333的另一端与所述第二接触层332背向所述读出电路1一侧表面相接触。即上述桥腿33有三部分构成，分别是位于第一通孔内的第一接触层331；位于第二通孔内的第二接触层332，以及位于保护层32表面，使得第一接触层331以及第二接触层332相互电连接的导电条333。相应的，在制作过程中也是分别制作第一接触层331、第二接触层332以及导电条333。

上述第一接触层331的材质可以是钛、钒、钴、钽、氮化钛、氮化钽等等，通常情况下，第一接触层331的厚度与上述第一通孔的深度相等；上述第二接触层332与第一接触层331相类似，第二接触层332的材质可以是钛、钒、钴、钽、氮化钛、氮化钽等等，通常情况下，第二接触层332的厚度与上述第二通孔的深度相等。上述导电条333位于保护层32背向读出电路1一侧表面，导电条333的两端分别与第一接触层331以及第二接触层332相接触，从而使得第一接触层331与第二接触层332电连接，最终使得热敏薄膜层31与锚点2电连接。上述导电条333的材质通常为钛、氮化钛、镍铬合金等等。通常情况下，上述导电条333的厚度通常较薄，以使桥腿33具有较低的热导率。

通常情况下，桥腿33自身有两个重要的参数，一个是热导率，还有一个是与热敏薄膜层31以及锚点2的接触电阻值。其中，桥腿33的热导率越低表明热敏薄膜层31的散热越少，从而可以使得非制冷红外探测器越灵敏；而接触电阻值越低，表示热敏薄膜层31与锚点2之间传输的电信号的质量越好，从而可以使得非制冷红外探测器越灵敏。在现有技术中，桥腿33通常是一体式成型，即桥腿33中分别与锚点2以及热敏薄膜层31相接触的端部以及两端部之间的连接部厚度相同，从而使得较低的接触电阻值与较低的热导率是不能同时满足的：若需要较低的接触电阻值，需要增加桥腿33的厚度，同时会增加桥腿33的热导率；若需要较低的热导率，需要减少桥腿33的厚度，同时会减少桥腿33的接触电阻值。

而在本实用新型实施例中，通过上述第一接触层331以及第二接触层332可以有效增加桥腿33与热敏薄膜层31以及锚点2之间的接触电阻值；同时通过设置厚度较薄的导电条333可以有效减少桥腿33的热导率，从而有效增加非制冷红外探测器灵敏性。

本实用新型实施例所提供的一种非制冷红外探测器，通过将桥腿33设置为第一接触层331、第二接触层332、以及导电条333的结构，可以使得桥腿33同时具有较低的接触电阻以及较低的热导率，从而有效增加非制冷红外探测器灵敏性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种非制冷红外探测器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。