[发明专利]一种用于红外焦平面阵列器件的微结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微结构及其制造方法，尤其是一种用于红外焦平面阵列器件的微结构及其制造方法，属于MEMS器件的技术领域。

背景技术

红外成像技术广泛应用于军事、工业、农业、医疗、森林防火、环境保护等各领域，其核心部件是红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array，IRFPA）。根据工作原理分类，可分为：光子型红外探测器和非制冷红外探测器。光子型红外探测器采用窄禁带半导体材料，如HgCdTe、InSb等，利用光电效应实现红外光信号向电信号的转换；因而需要工作在77K或更低的温度下，这就需要笨重而又复杂的制冷设备，难以小型化，携带不方便。另一方面，HgCdTe和InSb等材料价格昂贵、制备困难，且与CMOS工艺不兼容，所以光子型红外探测器的价格一直居高不下。这些都极大地阻碍了红外摄像机的广泛应用，特别是在民用方面，迫切需要开发一种性能适中、价格低廉的新型红外摄像机。非制冷热型红外探测器通过红外探测单元吸收红外线，红外能量引起红外探测单元的电学特性发生变化，把红外能量转化为电信号，通过读出电路读取该信号并进行处理。

如图1和US7005644B2中的图2是两种主要的以单晶硅PN结二极管作为红外传感单元的非制冷红外探测器单元制作的微结构，其中，图1为“640X480 pixel uncooled infrared FPA with SOI diode detectors”. Proc. Of SPIE Vol.5783, 2005”中的附图。两种结构上利用单晶硅PN结二极管的温敏特性与加工工艺不敏感的特点，从而有利于制作出非均匀性很好的红外焦平面阵列。两种结构都是采用共振吸收结构来提高红外吸收效率，为了提高该两种结构的红外吸收效率，制作了专门的金属反射层，结构复杂，不易制造。同时，这两种结构是采用两步释放法，即第一步释放上面的红外吸收结构，由于是采用Polymide（聚酰亚胺）作为牺牲层，因此这步采用O₂等离子体灰化方法进行释放，这种方法与常规的IC工艺不兼容，第二步是采用XeF₂气相释放工艺释放掉单晶硅，制作出空腔悬空结构。主要的问题是共振吸收结构做得非常复杂，不易于制造，同时采用的Polymide牺牲层材料与常规的IC工艺不兼容。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于红外焦平面阵列器件的微结构及其制造方法，其工艺步骤简单，与常规IC工艺兼容，检测精度高，制造方便。

按照本发明提供的技术方案，所述用于红外焦平面阵列器件的微结构，包括第一衬底及位于所述第一衬底上方的第二衬底，所述第二衬底的上方设有第三衬底；所述第一衬底的表面上覆盖有钝化介质层，所述钝化介质层下方的第一衬底内设有CMOS读取电路，所述CMOS读取电路包括最外层的反光板，刻蚀反光板上方相应的钝化介质层以形成位于钝化介质层内的共振槽；在共振槽外圈的钝化介质层上设有第一低温键合体及位于第一低温键合体外圈的第二低温键合体；

在第二衬底内设有若干贯通第二衬底的空腔，第二衬底内对应空腔的外侧设有阻挡槽，所述阻挡槽的内壁及底部覆盖有释放腐蚀阻挡层，并在阻挡槽内填充热沉；在任意空腔的下方均设有红外敏感区及位于红外敏感区外侧的热隔离悬臂梁；红外敏感区包括红外吸收层及硅岛，所述硅岛通过绝缘介质层与红外吸收层相绝缘隔离，硅岛内设有若干串联分布的二极管；第二衬底上设有与第一低温键合体相对应分布的第三低温键合体及与第二低温键合体相对应分布的第四低温键合体，所述第三低温键合体通过连接线与第二衬底相连，连接线位于红外敏感区及热隔离悬臂梁的外圈，且连接线与硅岛内的二极管电连接；第三低温键合体与第四低温键合体间设有吸气剂；第一衬底与第二衬底通过第一低温键合体与第三低温键合体对应真空焊接以及第二低温键合体与第四低温键合体对应真空焊接后连接成一体，并使得红外吸收层与反光板间的共振槽形成共振腔；

第二衬底对应邻近第三衬底的表面设有第五低温键合体，第三衬底上设有与第五低温键合体相对应分布的第六低温键合体，第二衬底与第三衬底通过第五低温键合体及第六低温键合体真空焊接后连接成一体。

所述第三衬底上设有抗反射层，所述抗反射层覆盖第三衬底的两个表面。

所述第三衬底上设有微透镜，所述微透镜位于空腔的正上方并位于第三衬底对应远离第二衬底的表面上；微透镜位于抗反射层与第三衬底间。

所述第一衬底内设有TSV导电通孔，所述TSV导电通孔与第一低温键合体电连接，并与CMOS读取电路电连接。