一种红外探测器阵列及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种红外探测器阵列及其制作方法。
【背景技术】
[0002]红外探测器是能将外界红外辐射转变成易测量的其他物理量的器件，根据探测机理红外探测器可分为光子型和热型探测器，前者利用探测器吸收光子后，本身电子状态发生改变，从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应；后者利用探测器吸收红外后自身温度升高，从而引起敏感元件的物理性质发生改变来实现探测。光子探测器一般是基于窄禁带宽度半导体材料设计制作的，为了降低器件噪声，需要致冷设备，因此造价较高，维护成本较高；而热型探测器工作时一般不需要致冷，可以在常温下工作，降低了制造成本，更利于大规模生产。近年来，随着非致冷红外热成像技术地不断进步，该技术的应用已从传统的军事领域延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。非致冷红外探测器巨大的商业价值潜力促进了非致冷红外探测器的快速发展。
[0003]非致冷红外探测器主要包括非晶硅型、氧化钒型和二极管型红外探测器，它们利用非晶硅、氧化钒和二极管的温敏特性将红外信号转化为可测量的电学信号，直接将该信号进行放大处理从而获取红外信号。本发明提出采用惠斯通电桥连接数个敏感单元，以提高器件的信噪比，并减小环境背景温度变化的影响。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种红外探测器阵列及其制作方法，用于解决现有技术中红外探测器的信噪比低，并受环境背景温度变化的影响大的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种红外探测器阵列，所述红外探测器阵列包括若干个像素，所述像素包括:
[0006]衬底，所述衬底表面形成有一空腔，所述衬底表面还形成有第一介质层、制作在所述第一介质层表面的第一热敏单元和第二热敏单元、形成在所述第一热敏单元和第二热敏单元表面的第一金属层、包覆在所述第一热敏单元和第二热敏单元及第一金属层上的第一钝化层、以及覆盖在所述第一钝化层表面的金属反射层；
[0007]悬桥结构，悬空在所述空腔上方且通过支撑梁与所述衬底相连，所述悬桥结构包括第二介质层、制作在所述第二介质层表面的第三热敏单元和第四热敏单元、形成在第三热敏单元和第四热敏单元表面的第二金属层、以及包覆在所述第三热敏单元和第四热敏单元及第二金属层上的第二钝化层；
[0008]所述支撑梁包括第三介质层、制作在第三介质层上的第三金属层、以及包覆所述第三金属层的第三钝化层；
[0009]所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元之间通过所述第三金属层连接形成惠斯通电桥。
[0010]可选地，所述支撑梁悬空在所述空腔上方，且所述支撑梁的一端与衬底相连。
[0011 ] 可选地，所述第三金属层为单层电连线。
[0012]可选地，所述第三金属层为双层电连线，每一层包括两条电连线，层间电连线之间通过第三钝化层隔离。
[0013]可选地，所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元采用相同的材料和工艺制作，结构参数相同。
[0014]可选地，所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元均包含至少一个热敏元件。
[0015]可选地，所述热敏元件为非晶硅热敏电阻、氧化钒热敏电阻或者二极管中的一种。
[0016]可选地，每一个像素均包括一个第一热敏单元和一个第二热敏单元；或者多个像素公用一个第一热敏单元和一个第二热敏单元。
[0017]本发明还提供一种红外探测器阵列的制作方法，所述方法包括:
[0018]I)提供一衬底，在所述衬底表面依次沉积生长介质层和功能材料层；
[0019]2)图形化所述功能材料层，在所述介质层表面形成第一热敏单元、第二热敏单元、第二热敏单兀和第四热敏单兀；
[0020]3)淀积金属层并图形化，以在所述第一热敏单元、第二热敏单元表面形成第一金属层、在所述第三热敏单元和第四热敏单元表面形成第二金属层、在所述介质层表面形成第三金属层，所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元之间通过所述第三金属层连接形成惠斯通电桥；
[0021]4)沉积钝化层，并在与所述第一热敏单元、第二热敏单元对应的钝化层表面形成金属反射层；
[0022]5)刻蚀所述钝化层、介质层和衬底，以在所述衬底和第一热敏单元、第二热敏单元之间形成第一介质层，所述衬底和第三金属层之间形成第三介质层，所述衬底和第三热敏单元和第四热敏单元之间形成第二介质层，所述第一金属层和金属反射层之间形成第一钝化层，所述第三金属层表面形成第三钝化层，所述第二金属层表面形成第二钝化层，所述衬底中形成腐蚀槽；所述第二介质层、第三热敏单元、第四热敏单元、第二金属层和第二钝化层构成悬桥结构，所述第三介质层、第三金属层和第三钝化层构成支撑梁；
[0023]6)继续腐蚀所述衬底，将所述腐蚀槽腐蚀形成一个空腔，使所述悬桥结构和支撑梁悬空。
[0024]可选地，所述步骤3)中形成的第三金属层为部分惠斯通电桥的电连线，这种情况下，所述步骤4)包括:沉积钝化层，并在与所述第一热敏单元、第二热敏单元对应的钝化层表面形成金属反射层，同时在所述第三金属层所对应钝化层表面再形成一层第三金属层作为电连线，这两层第三金属层一起用来连接所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元形成惠斯通电桥。
[0025]可选地，所述衬底为SOI衬底，则所述步骤I)中先腐蚀掉SOI中的顶层硅，之后在SOI的埋氧层上直接生长功能材料层；步骤2)中图形化所述功能材料层后形成热敏电阻型的第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元。
[0026]可选地，所述步骤I)中的衬底为SOI衬底，则步骤2)中直接利用SOI的顶层硅作为功能材料层，图形化所述功能材料层后形成二极管型的第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元。
[0027]如上所述，本发明的红外探测器阵列及其制作方法，所述红外探测器阵列包括若干个像素，所述像素包括:衬底，所述衬底表面形成有一空腔，所述衬底表面还形成有第一介质层、第一热敏单元和第二热敏单元、第一金属层、第一钝化层、以及金属反射层；悬桥结构，悬空在所述空腔上方且通过支撑梁与所述衬底相连，所述悬桥结构包括第二介质层、第三热敏单元和第四热敏单元、第二金属层、以及第二钝化层；所述支撑梁包括第三介质层、第三金属层、以及第三钝化层；所述第一热敏单元、第二热敏单元、第三热敏单元和第四热敏单元之间通过所述第三金属层连接形成惠斯通电桥。本发明通过惠斯通电桥形式将四组热敏单元连接起来，差分输出电信号，抑制了电路噪声，可显著地提高器件的信噪比。本发明制作方法的特点在于:在释放像素结构时，先在硅衬底中刻蚀出深槽，然后采用各向异性腐蚀剂腐蚀硅释放像素结构，提高了腐蚀释放效率，且腐蚀形状及深度可控，可避免像素和衬底之间发生粘连，还可以以未腐蚀尽的硅作为像素的锚，简化了锚的制作工艺。
【附图说明】
[0028]图1四个热敏单元采用