技术特征：
1.一种非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；采用cmos工艺在所述衬底上制备cmos测量电路系统；采用cmos工艺在所述cmos测量电路系统上直接制备cmos红外传感结构；其中，采用cmos工艺在所述cmos测量电路系统上直接制备cmos红外传感结构，包括：步骤1，采用rdl工艺在所述cmos测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层；或者，以所述cmos测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；其中，所述第一金属互连层为反射层；步骤2，沉积第一介质层；其中，所述第一介质层为密闭释放隔绝层；步骤3，在所述第一介质层上沉积第二金属互连层，并刻蚀所述第二金属互连层以形成第一互连柱；步骤4，沉积形成第一牺牲层；步骤5，在所述第一互连柱上方沉积第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层成第一图形化电极结构，以形成梁结构；步骤6，沉积形成第二牺牲层；步骤7，采用通孔工艺和cmp平坦化工艺制备第二互连柱；步骤8，沉积第四金属互连层和第二介质层，并刻蚀所述第四金属互连层成第二图形化电极结构，以形成吸收板；其中，所述第二介质层为热敏感介质层。2.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，采用cmos工艺在所述衬底上制备cmos测量电路系统，包括：采用氧化工艺、沉积工艺和掺杂工艺制备所述cmos测量电路系统中的工艺层；采用光刻工艺定位区间以将数字化图形转移至所述cmos测量电路系统；采用刻蚀工艺去除所述cmos测量电路系统中设定区域的材料。3.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的采用rdl工艺在所述cmos测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层，包括：在所述cmos测量电路系统上沉积第一绝缘层，并采用cmp工艺处理所述第一绝缘层的表面；在平坦化后的所述第一绝缘层上刻蚀第一通孔；采用pvd工艺沉积金属钨以填充所述第一通孔，或者采用电镀ecp工艺沉积金属铜以填充所述第一通孔；采用cmp工艺处理所述第一通孔的表面；在所述第一通孔的表面上沉积金属层，并刻蚀所述金属层以形成所述第一金属互连层；所述步骤1中的以所述cmos测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层，包括：采用cmp工艺处理所述cmos测量电路系统的表面。4.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2在所述步骤1之后执行，所述步骤2具体包括：采用cvd工艺在所述第一金属互连层上沉积所述第一介质层；或者，所述步骤1采用rdl工艺在所述cmos测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互
连层，所述步骤2在所述步骤1之前执行，所述步骤2具体包括：采用cmp工艺处理所述cmos测量电路系统的表面；采用cvd工艺在所述cmos测量电路系统的表面上沉积所述第一介质层；其中，构成所述第一介质层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，所述第一介质层用于在制作所述cmos红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述cmos测量电路系统不受工艺影响。5.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：沉积所述第一牺牲层；采用cmp工艺处理所述第一牺牲层的表面；其中，所述cmp工艺截止至所述第二金属互连层的上表面；或者，所述步骤3之后，所述制备方法还包括：采用cvd工艺在所述第一互连柱上沉积第二绝缘层；所述步骤4具体包括：沉积所述第一牺牲层；采用cmp工艺处理所述第一牺牲层的表面；其中，所述cmp工艺截止至所述第二金属互连层或者所述第二绝缘层的上表面；其中，构成所述第二绝缘层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种；其中，构成所述第二金属互连层的材料包括金属铝，所述cmos红外传感结构包括至少两个所述第一互连柱，所述第一互连柱包括至少一个分立互连柱。6.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：采用pvd工艺或者cvd工艺制备所述第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层以形成所述第一图形化电极结构，以形成所述梁结构；或者，所述步骤5具体包括：采用cvd工艺制备第三介质层；其中，所述第三介质层为所述梁结构的支撑层，构成所述第三介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种；采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第三介质层上制备所述第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层以形成所述第一图形化电极结构，以及刻蚀所述第三介质层以形成图形化介质层，以形成所述梁结构；或者，所述步骤5具体包括：采用pvd工艺或者cvd工艺制备所述第三金属互连层；采用cvd工艺在所述第三金属互连层上制备第四介质层并刻蚀所述第四介质层以形成图形化介质层，以及刻蚀所述第三金属互连层以形成所述第一图形化电极结构，以形成所述梁结构；其中，所述第四介质层为所述梁结构的钝化层，构成所述第四介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种；或者，所述步骤5具体包括：采用cvd工艺制备第三介质层；其中，构成所述第三介质层为所述梁结构的支撑层，构
成所述第三介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种；采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第三介质层上制备所述第三金属互连层；采用cvd工艺在所述第三金属互连层上制备第四介质层，并刻蚀所述第四介质层以形成图形化介质层，以及刻蚀所述第三金属互连层以形成所述第一图形化电极结构，以及刻蚀所述第三介质层以形成图形化介质层，以形成所述梁结构；其中，所述第四介质层为所述梁结构的钝化层，构成所述第四介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种；其中，构成所述第三金属互连层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种。7.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：刻蚀所述第二牺牲层以形成柱状通孔；在所述柱状通孔内沉积金属钨或金属铜以形成所述第二互连柱；或者，所述步骤7具体包括：刻蚀所述第二牺牲层以形成柱状通孔；在所述柱状通孔内沉积黏附层；其中，构成所述黏附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种；在所述柱状通孔的所述黏附层上沉积金属钨或金属铜以形成所述第二互连柱；或者，所述步骤7具体包括：刻蚀所述第二牺牲层以形成柱状通孔；采用cvd工艺在所述柱状通孔内沉积第三绝缘层；其中，构成所述第三绝缘层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种；刻蚀所述第三绝缘层以形成第二通孔；在所述第二通孔内沉积金属钨或金属铜以形成所述第二互连柱；或者，所述步骤7具体包括：刻蚀所述第二牺牲层以形成柱状通孔；采用cvd工艺在所述柱状通孔内沉积第三绝缘层；其中，构成所述第三绝缘层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种；刻蚀所述第三绝缘层以形成第二通孔；在所述第二通孔内沉积黏附层；其中，构成所述黏附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种；在所述第二通孔的所述黏附层上沉积金属钨或金属铜以形成所述第二互连柱；其中，所述cmos红外传感结构包括至少两个所述第二互连柱，所述第二互连柱包括至少一个分立互连柱。8.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述第一牺牲层由采用热氧化工艺或者cvd工艺制备的氧化硅构成，所述第二牺牲层由采用热氧化工艺或者cvd工艺制备的氧化硅构成；
在所述步骤8之后，所述制备方法还包括：采用释放工艺刻蚀所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，使得所述梁结构和所述吸收板悬空于所述第一介质层，以形成悬空的cmos红外传感结构。9.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤8具体包括：采用pvd工艺或者cvd工艺制备所述第四金属互连层；采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第四金属互连层上制备所述第二介质层，并光刻刻蚀所述第二介质层以形成图形化介质层，以及刻蚀所述第四金属互连层以形成所述第二图形化电极结构，以形成所述吸收板；或者，所述步骤8具体包括：采用pvd工艺或者cvd工艺制备所述第二介质层；采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第二介质层上制备所述第四金属互连层，并刻蚀所述第四金属互连层以形成所述第二图形化电极结构，以及光刻刻蚀所述第二介质层以形成图形化介质层，以形成所述吸收板；其中，构成所述第四金属互连层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，构成所述第二介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、氧化钛钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、非晶碳、石墨烯、钇钡铜氧、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种。10.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，在制备所述第四金属互连层和所述第二介质层之前，所述步骤8还包括：采用cvd工艺制备第五介质层并刻蚀所述第五介质层以形成图形化介质层；其中，所述第五介质层为所述吸收板的支撑层，构成所述第五介质层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种；和/或，在制备所述第四金属互连层和所述第二介质层之后，所述步骤8还包括：采用cvd工艺制备第六介质层并刻蚀所述第六介质层以形成图形化介质层；其中，所述第六介质层为所述吸收板的钝化层，构成所述第六介质层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。11.根据权利要求1所述的非制冷红外探测器的制备方法，其特征在于，在所述步骤4之后，还包括：采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第一互连柱和/或所述第二互连柱的对应位置沉积第一加固层，并刻蚀所述第一加固层以形成对应所述梁结构的加固结构；其中，构成所述第一加固层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金或镍硅合金中的至少一种；和/或，在所述步骤7之后，还包括：采用pvd工艺或者cvd工艺在所述第二互连柱的对应位置沉积第二加固层，并刻蚀所述第二加固层以形成对应所述吸收板的加固结构；其中，构成所述第二加固层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、硅、锗、锗硅、
铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金或镍硅合金中的至少一种。12.一种非制冷红外探测器，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的非制冷红外探测器的制备方法制备形成，所述非制冷红外探测器包括：所述cmos测量电路系统和所述cmos红外传感结构；所述cmos测量电路系统上方包括至少一层所述密闭释放隔绝层；所述cmos红外传感结构的cmos制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、imd工艺以及rdl工艺，所述cmos红外传感结构包括至少三层金属互连层、至少四层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和两层电极层，所述介质层至少包括一层所述密闭释放隔绝层、两层牺牲层和热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述cmos测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；所述cmos红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔以及控制热传递的悬空微桥结构，所述悬空微桥结构包括至少一层所述梁结构和至少一层所述吸收板，所述梁结构位于所述吸收板临近或者远离所述cmos测量电路系统的一侧；所述反射层和所述梁结构之间设置有所述第一互连柱且所述第一互连柱直接电连接所述反射层中的支撑底座和对应的所述梁结构，所述梁结构通过所述第一互连柱和所述支撑底座与所述cmos测量电路系统电连接；所述吸收板与所述梁结构之间设置有所述第二互连柱且所述第二互连柱直接电连接对应的所述吸收板和对应的所述梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过所述第二互连柱和对应的所述梁结构与对应的所述第一互连柱电连接。
技术总结
本发明涉及一种非制冷红外探测器的制备方法及非制冷红外探测器，制备方法包括采用CMOS工艺制备CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构；制备CMOS红外传感结构包括采用RDL工艺在CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层或者以CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；在第一互连柱上方沉积第三金属互连层以形成梁结构；采用通孔工艺和CMP平坦化工艺制备第二互连柱，沉积第四金属互连层和第二介质层以形成吸收板。通过本发明的技术方案，解决了传统MEMS工艺非制冷红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，优化了非制冷红外探测器的性能。优化了非制冷红外探测器的性能。优化了非制冷红外探测器的性能。
技术研发人员：翟光杰 武佩 潘辉 翟光强
受保护的技术使用者：北京北方高业科技有限公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2022/1/14