一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法与流程

背景技术：

1、基于cmos工艺实现的mems非制冷红外探测器已在军事和商用领域得到广泛应用，如夜视、探矿、自动驾驶、火灾防控等。该探测器的核心技术为具有较高响应率的热敏芯片。其工作原理为外界红外辐射照射到芯片热敏层，由于热敏材料本身具有一定的电阻温度系数，导致热敏材料的电阻随外界辐射和本身偏置的能量变化，通过在热敏材料两端施加一定电偏置便可读出由于外界红外辐射造成的热敏材料电阻变化值，再通过一定的标定手段将电阻变化值对应到外界温度变化，即可完成红外测温以及成像功能。热敏芯片灵敏度取决于热敏材料的属性、读出电路性能以及微桥结构的热隔离效果。为保证微桥结构具有良好的热隔离效果，通常在读出电路芯片上采用牺牲层技术制备由介质支撑层、电路连通金属层、钝化层等构成的热隔离结构。该结构仅在微桥结构的桥墩底部与读出电路芯片接触，其他部分悬浮于读出电路上方，与读出电路之间形成真空绝热。微桥结构的桥墩高度取决于牺牲层的厚度，控制着热隔离的程度，也影响着芯片对红外辐射的吸收能力，最终影响芯片的响应率。同时，作为整个芯片的承载体，微桥结构的桥墩需要在较薄结构的基础上具有一定的结构强度和稳定性，避免在探测器使用过程中芯片崩塌或者输出不稳定。

2、由于芯片小型化的要求，常规像元（微桥结构）间距已经做到17um甚至12um，而更高端工艺已经实验成功8um左右的小像元间距。为保证热敏层及微桥桥腿留有足够空间，留给桥墩孔的尺寸则非常有限，通常只有几个微米。因此就需要将桥墩孔加工的几乎垂直于读出电路芯片。如此严格的尺寸要求在工艺调试完成后的量产过程也需要精细控制工艺过程，保证产品合格率，这样造成了工艺不便性和时间的浪费。同时，桥墩孔大小较难精确控制，常常造成与读出电路电连接点尺寸失配，或者造成与第二层及以上的多层膜结构干涉问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：构建一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，克服现有非制冷红外焦平面探测器微桥制作过程中工艺复杂，良品率低的技术问题。

2、本发明的技术方案是：提供一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，包括如下步骤：

3、涂覆聚酰亚胺：在读出电路芯片电极层上涂覆第一层聚酰亚胺，前烘烤，将聚酰亚胺液态转为固态；

4、纳米压印：采用带有凸模的纳米压印模板在聚酰亚胺层上纳米压印形成与纳米压印模板凸模形状相同的微桥桥墩孔，然后将纳米压印模板脱模得到带有孔的聚酰亚胺层；

5、制作微桥桥墩孔:将压印后的聚酰亚胺层固化形成固化后的聚酰亚胺层微桥桥墩孔；

6、制作支撑层：在聚酰亚胺层上制备一层薄膜作为支撑层；

7、制备热敏层：制备热敏层，刻蚀去除微桥桥墩孔部分的热敏层以及微桥桥腿部分的热敏层，保留微桥桥面热敏层；

8、制备第一绝缘层：在热敏层上制备第一绝缘层，并在微桥桥墩孔的孔底部开孔va1，露出读出电路电极，在热敏层电连接位置开孔va2，露出热敏层；

9、制备电连接层：设置电连接层，将电连接层光刻刻蚀图形化使热敏层与读出电路电极通过桥墩孔电连接导通；

10、制备第二绝缘层：所述电连接层上制作第二绝缘层；

11、去除聚酰亚胺层：去除制作微桥过程中形成的聚酰亚胺层。

12、本发明的进一步技术方案是：在制作微桥桥墩孔步骤中，若凸模高度h1和微桥桥墩孔深度d1相等，则固化后的聚酰亚胺层微桥桥墩孔即为完成的通孔。

13、本发明的进一步技术方案是：在制作微桥桥墩孔步骤中，若凸模高度h1小于微桥桥墩孔深度d1，将纳米压印孔内部微桥桥墩孔深度d1大于凸模高度h1的部分光刻刻蚀掉，形成聚酰亚胺层微桥桥墩孔。

14、本发明的进一步技术方案是：所述纳米压印模板凸模设置有角度，所述角度在0度至89度之间。

15、本发明的进一步技术方案是：所述纳米压印模板凸模为带有角度的台阶状。

16、本发明的进一步技术方案是：在制作微桥桥墩孔步骤中，还包括在在所述聚酰亚胺层上设置侧墙阻挡层。

17、本发明的进一步技术方案是：在制作微桥桥墩孔步骤中，通过刻蚀图形化将盲孔底部的侧墙阻挡层去除后再进行聚酰亚胺层刻蚀。

18、本发明的进一步技术方案是：对于单层微桥结构，直接通过聚酰亚胺释放工艺去除聚酰亚胺层。

19、本发明的进一步技术方案是：对于多层微桥结构，在第二绝缘层的基础上再次制备上层聚酰亚胺层，然后在上层聚酰亚胺层上制备其他功能层，再通过聚酰亚胺释放工艺去除聚酰亚胺层。

20、本发明的进一步技术方案是：所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为钝化绝缘层，且第二绝缘层作为红外吸收层。

21、本发明的技术效果是：本发明提供一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，包括如下步骤：在读出电路芯片电极层上涂覆第一层聚酰亚胺，前烘烤后将聚酰亚胺液态转为固态；采用带有凸模的纳米压印模板在聚酰亚胺层上纳米压印形成与纳米压印模板凸模形状相同的微桥桥墩孔，然后将纳米压印模板脱模得到带有孔的聚酰亚胺层；将压印后的聚酰亚胺层固化形成固化后的聚酰亚胺层微桥桥墩孔；在聚酰亚胺层上制备一层薄膜作为支撑层；制备热敏层，刻蚀去除微桥桥墩孔部分的热敏层以及微桥桥腿部分的热敏层，保留微桥桥面热敏层；在热敏层上制备第一绝缘层，并在微桥桥墩孔的孔底部开孔va1，露出读出电路电极，在热敏层电连接位置开孔va2，露出热敏层；设置电连接层，将电连接层光刻刻蚀图形化使热敏层与读出电路电极通过桥墩孔电连接导通；所述电连接层上制作第二绝缘层；去除制作微桥过程中形成的聚酰亚胺层。本发明提供一种采用纳米压印与光刻刻蚀两步法制备微桥桥墩孔的工艺，该工艺方法降低了微桥结构桥墩孔的工艺难度，改善了微桥深孔侧壁薄膜厚度不均匀以及导致的结构强度和电连接问题，优化了桥墩孔刻蚀不精确难题。

技术特征：

1.一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，在制作微桥桥墩孔步骤中，若凸模高度h1和微桥桥墩孔深度d1相等，则固化后的聚酰亚胺层微桥桥墩孔即为完成的通孔。

3.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，在制作微桥桥墩孔步骤中，若凸模高度h1小于微桥桥墩孔深度d1，将纳米压印孔内部微桥桥墩孔深度d1大于凸模高度h1的部分光刻刻蚀掉，形成聚酰亚胺层微桥桥墩孔。

4.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，所述纳米压印模板凸模设置有角度，所述角度在0度至89度之间。

5.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，所述纳米压印模板凸模为带有角度的台阶状。

6.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，在制作微桥桥墩孔步骤中，还包括在在所述聚酰亚胺层上设置侧墙阻挡层。

7.根据权利要求6所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，在制作微桥桥墩孔步骤中，通过刻蚀图形化将盲孔底部的侧墙阻挡层去除后再进行聚酰亚胺层刻蚀。

8.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，对于单层微桥结构，直接通过聚酰亚胺释放工艺去除聚酰亚胺层。

9.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，对于多层微桥结构，在第二绝缘层的基础上再次制备上层聚酰亚胺层，然后在上层聚酰亚胺层上制备其他功能层，再通过聚酰亚胺释放工艺去除聚酰亚胺层。

10.根据权利要求1所述非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为钝化绝缘层，且第二绝缘层作为红外吸收层。

技术总结本发明涉及一种非制冷红外焦平面探测器微桥的制备方法，包括如下步骤：涂覆聚酰亚胺，纳米压印，制作微桥桥墩孔，制作支撑层，制备热敏层，制备第一绝缘层，制备电连接层，制备第二绝缘层，去除聚酰亚胺层。本发明提供一种采用纳米压印与光刻刻蚀两步法制备微桥桥墩孔的工艺，该工艺方法降低了微桥结构桥墩孔的工艺难度，改善了微桥桥墩深孔侧壁薄膜厚度不均匀以及导致的结构强度和电连接问题，优化了桥墩孔刻蚀不精确难题。技术研发人员：丁雪峰,赵玉杰,左元呈,解纯钢受保护的技术使用者：苏州零度感知科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15