[发明专利]红外探测器像元应力的监控结构及监控方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种红外探测器，特别是关于一种红外探测器像元应力的监 控结构及监控方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺 兼容性好、成本低等诸多优点。红外探测器是红外探测技术领域中应用非常广 泛的一种MEMS产品，它利用敏感材料探测层吸收红外线且将其转化成电信号， 据此来实现热成像功能，其可用于电力网络的安全检测、森林火警的探测以及 人体温度探测等各种环境。

红外探测器中敏感材料探测层和金属电极对其质量有着极其重要的影响。 其像元结构是半悬空的微桥结构，上面是释放保护层材料、微桥支撑层材料、 探测器敏感材料和金属电极的复合结构，下面是反射层。由于是半悬空的微桥 结构，微桥结构上表面的复合材料产生的应力对像元特性非常关键，一旦应力 控制不好，就会发生微桥结构的翘曲甚至断裂，导致产品性能下降和失效。

现有技术在开发和制造该红外探测器时，请参见图1，先制备反射层110和 牺牲层120，然后制备释放保护层及支撑层130、敏感材料层140和金属电极150， 其中金属电极150经过图形化处理。经过释放工艺后，其牺牲层120材料被完 全去除掉，形成微桥悬空结构，并在反射层110和敏感材料层140之间形成支 撑柱及电连接160。在开发和制造红外探测器时，其像元结构的应力是通过培片 来开发和监控的，然而经过多步工艺处理以后，现有技术中对于像元微桥结构 的应力并没有很好的测试和监控手段。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种红外探测器像元应力的监控结构及监控方法， 以实现像元微桥结构的应力监控。

为解决上述技术问题，本发明提供一种红外探测器像元应力的监控结构， 用于监控一红外探测器像元结构中的应力，所述监控结构包括从下至上依次层 叠的金属反射层，牺牲层，释放保护及支撑层，敏感材料层，以及覆盖于所述 敏感材料层上的未经过图形化处理的金属电极，其中，所述金属反射层作为一 下电极板，金属电极作为一上电极板，利用所述上、下电极板间的电容特性来 监控所述红外探测器像元结构中的应力。

可选的，所述监控结构还包括连接在上、下电极板之间的测量电路，用于 测量上、下电极板之间的电容值，并可通过硅片级测试来监控所述电容值。

本发明还提供了一种红外探测器像元应力的监控方法，用于监控一红外探 测器像元结构中的应力，所述监控方法包括下列步骤：

首先，在硅衬底上依次制作金属反射层，牺牲层，释放保护及支撑层，敏 感材料层，以及金属电极，其中，所述制作过程采用与待监控的红外探测器像 元结构相同的工艺条件完成，且所述金属电极不经过图形化处理；

接着，将所述金属反射层作为一下电极板，金属电极作为一上电极板，获 取一标准工艺条件下，上、下电极板之间的电容值作为一参考电容值；

然后，对不同工艺条件下，上、下电极板之间的电容值进行测量，并将测 得的电容值与参考电容值进行比较，以判断所述待监控的红外探测器像元结构 中的应力类型及相对大小。

本发明的监控结构采用和红外探测器像元结构相同的工艺制造，基于电容 值随上、下极板间距变化的原理，以金属反射层和未经过图形化处理的金属电 极作为下电极板和上电极板进行电容值监测，通过该电容值可以反映出金属反 射层与金属电极之间的距离变化，即反应了是否存在极板翘曲现象，从而实现 对红外探测器像元微桥结构在应力影响下产生翘曲程度的监控。采用该监控结 构和方法不需要在制造工艺中增加额外的工序，便于实施且成本较低，同时， 该监控结构和方法也可以应用于测试敏感材料对应温度变化引起热膨胀系数变 化时，发生应力致其形变而引起的翘曲，从而为工艺开发、优化和监控提供有 力的测试和监控手段，提高整个产品的可靠性、成品率和性能。

附图说明

图1所示为现有红外探测器像元结构的示意图；

图2A所示为本发明一实施例所提供的监控结构示意图；

图2B所示为本发明一实施例所提供的监控结构的局部剖视图；

图3所示为本发明一实施例所提供的监控方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，给出较佳实施例并结合附图，对本 发明作进一步说明。