具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法

2023-06-09 18:49:56 1

專利名稱：具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法，特別是涉及一種用於通過分光鏡(spectroscopic)設計以共振吸收穿過包括空腔的λ/4光學路徑的紅外線來提高吸收率並且通過1)使象素關於其對角線對稱；2)在具有切口區域的吸收-傳輸層中形成夾層結構；以及3)形成包括氮化矽層的緩衝層以防止由於發熱引起的多種應力造成的傳感器變形的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法。
背景技術：
通常，存在兩種類型的紅外傳感器(下文中將其稱為「IR傳感器」)，即，致冷IR傳感器和非致冷IR傳感器。致冷IR傳感器檢測由紅外線的光子和物體的電子的相互作用而產生的電信號。非致冷IR傳感器通過檢測由物體吸收的紅外線產生的熱量變化來工作。致冷IR傳感器主要包括半導體器件並且提供低噪音和快的響應時間。然而，致冷IR傳感器存在一些缺點。例如，需要-193℃的液氮溫度來激活致冷IR傳感器。非致冷IR傳感器的性能相對差，但其能在常溫下工作。因此，需要冷卻處理的致冷IR傳感器主要用於軍事工業。另一方面，非致冷IR傳感器主要生產用於民用。
非致冷IR傳感器又被分成測輻射熱計型、熱電偶型及焦熱電型。焦熱電型IR傳感器具有較高的探測靈敏度但是產量較低。與焦熱電型IR傳感器相比，測輻射熱計型IR傳感器和熱電偶型IR傳感器都具有相對較低的探測靈敏度，但是通過將紅外傳感器與檢測電路一起製造在單矽晶片上(單片電路型)可以獲得較高的產量。因此，測輻射熱計型IR傳感器和熱電偶型IR傳感器都符合民用的要求。測輻射熱儀型IR傳感器通過吸收來自物體的紅外線，將吸收的紅外線轉換為引起溫度增加的熱能，以及測量由該熱變化引起的阻抗變化來檢測紅外線。
圖1示出了在專利號為No.5,300,915美國專利文獻中公開的名稱為「thermal sensor(熱感式傳感器)」的兩層測輻射熱紅外傳感器的示意圖。
參照圖1，該兩層測輻射熱紅外傳感器10包括凸起的上層11和下層12。該下層具有諸如矽襯底的平面半導體襯底。該矽襯底表面具有集成電路的多個組件，包括二極體、x總線和y總線、連接線路(connection)及x總線末端的接觸焊盤。凸起的上層11包括第一氮化矽層、測輻射熱計層、設置在第一氮化矽層和測輻射熱計層之間的第二氮化矽層以及設置在第二氮化矽層上方的紅外吸收層。所述上層11和下層12被一空腔隔開。
在上述現有技術的紅外傳感器中存在著許多問題。例如，在所述凸起的上層上設置有多個支撐件，從而減小了用於吸收紅外線的整個區域。因此，幾乎不能獲得用於吸收紅外線的最大區域。
專利號為No.10-299642和No.10-299643的韓國專利文獻、專利號為No.6,441,374及No.6,448,557的美國專利文獻公開了用於提高紅外傳感器的靈敏度及其佔空因數的紅外傳感器及其製造方法，例如分別介紹了具有三層的測輻射熱傳感器、製造具有三層的測輻射熱傳感器的方法、具有包括紅外反射層的三層測輻射熱傳感器以及具有熱量分離結構的熱感式紅外線探測器。
然而，在上述的現有技術中，使用紅外傳感器的電特性和結構特性來提高吸收率。因而，與基於分光鏡方法設計的紅外傳感器相比，現有技術的紅外傳感器只提供了相對低的吸收率。此外，在根據現有技術方法的紅外線吸收測輻射熱儀中，吸收紅外線的上部從底部凸起(也就是形成了空腔)，從而導致了紅外傳感器上部的變形，因而不利地影響了紅外傳感器的特性。
為了解決這些問題，提供有幾個解決方案。例如，在公開號為No.2000-46515的韓國專利文獻中公開了一種具有三層的紅外傳感器，其包括氧化矽層、測輻射熱計層以及位於所述氧化矽層上方和下方並且包圍所述測輻射熱計層以防止空氣中的蒸氣與氧化矽層之間的反應引起的紅外傳感器變形的氮氧化矽層。在公開號為No.2000-04158的韓國專利文獻中公開了一種測輻射熱紅外傳感器，該傳感器包括驅動層、支撐層、位於驅動層和支撐層之間的背襯層以及吸收層。
儘管有這些解決方案，但是仍然存在著許多缺點。詳細地說，還需要額外的工藝以形成氮氧化矽層並且代替蒸氣的發熱仍然會引起上部的變形。此外，背襯層的形成也需要額外的工序並且減小了紅外吸收區域。

發明內容
因此，本發明意在提供一種具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法，以消除由於現有技術的局限及缺點帶來的一個或多個問題。
本發明的一個主要目的在於提供一種具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法，其通過用於共振吸收紅外線的分光鏡設計能夠提高吸收率，通過形成緩衝層能夠防止由於發熱產生的應力引起的傳感器變形並且能夠優化象素結構。
為實現這些目的及其它的優點並根據本發明的目的，如本文中具體及寬泛的描述，本發明提供了一種包括讀取集成電路(Read Out IC)(下文中將其稱為「ROIC」)襯底和多個象素的紅外傳感器，其包括位於所述ROIC襯底上的第一緩衝層；位於所述第一緩衝層上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方的用於共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層包括位於所述空腔上方的第一絕緣層、位於所述第一絕緣層上的第二緩衝層、位於所述第二緩衝層上的測輻射熱計層、位於所述測輻射熱計層上的第二絕緣層和位於所述第二絕緣層上的吸收—傳輸層；以及位於所述ROIC襯底上用於支撐所述上層的包含多於一對固定件的單位象素。
此外，本發明的另一目的通過包括ROIC襯底和多個象素的紅外傳感器來實現，該傳感器包括位於所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方用於共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層具有關於所述象素的對角線對稱的結構並且具有固定件以及位於吸收—傳輸層上方和下方的測輻射熱計層；位於所述象素端部彼此成對角相對的第一固定件和第二固定件，其中所述第二固定件用作與位於所述ROIC襯底上的讀取訪問終端相連接的電極並且所述第二固定件之間的距離小於第一固定件之間的距離。
而且，本發明的又一目的通過包括ROIC襯底及多個象素的紅外傳感器來實現，其包括位於所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方用於共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層形包括在其中間具有切口區域的吸收—傳輸層和在所述吸收—傳輸層的上方和下方的測輻射熱計層；以及設置在所述象素的邊緣用於支撐所述上層並用作電極的固定件。
此外，本發明的又一目的通過包括如下步驟的製造紅外傳感器的方法來實現在ROIC襯底上形成反射金屬層；通過SOP塗覆在所述反射金屬層上沉積犧牲層並通過等離子體去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上設置測輻射熱計層和吸收—傳輸層；在所述犧牲層、測輻射熱計層和吸收—傳輸層中形成導通孔；將金屬材料填入所述導通孔中以形成用作電極的固定件；以及通過去除犧牲層形成空腔。


通過下述結合附圖的詳細說明能更充分地理解本發明的進一步的目的和優點，在附圖中圖1為根據現有技術方法的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖2為根據本發明實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖3為根據圖2所示的實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的截面圖；圖4為根據本發明另一實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖5為根據圖4所示的實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的截面圖；圖6為根據本發明又一實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖7為根據圖6所示的實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖8為根據本發明又一實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的象素的俯視圖；圖9為沿圖8中的A-A』線提取的截面圖；圖10為根據本發明又一實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖11為沿圖10中的C-C』線提取的截面圖；
圖12至圖15為沿圖8中的A-A』線提取的截面圖，其描述了具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的製造過程；圖16為描述根據本發明的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的吸收率的圖表。
具體實施例方式
現在結合附圖詳細說明本發明的優選實施方式。
圖2至圖11示出了按照本發明實施方式的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的單位象素的透視圖、截面圖以及俯視圖。
根據本發明，具有兩層結構和50μm×50μm單元象素的紅外線傳感器包括底層100、上層200、兩層之間的空腔300以及用於支撐上層200的固定件(anchor)401、402、403、404a、404b、404c、404d及405。
底層100包括ROIC襯底101、111、121、131及151(下文中統稱為「1x1」)以及其上的反射金屬層102、112、132及152(下文中統稱為「1x2」)。反射金屬層1x2的材料選自由Ti(鈦)、AL(鋁)及鋁合金組成的材料組。優選地，鈦材料的反射金屬層的厚度在2000埃()到5000埃()之間，鋁或鋁合金材料的反射金屬層的厚度在500埃()到10000埃()之間。包括氮化矽(SiNx)層的第一緩衝層(圖4、圖7、圖8及圖11中未示出)或者位於ROIC襯底1x1和反射金屬層1x2之間或者位於ROIC襯底之下。所述第一緩衝層能夠最小化由紅外傳感器產生的熱量而引起的應力。
在各象素的端部設置有多於一對的固定件。各固定件可以起電極的作用。位於底層100和上層200之間的空腔300具有介於1μm和3μm之間的高度並且保持為空。
測輻射熱計層202、212、222、232及252(下文中統稱為「2x2)和吸收—傳輸層204、214、224、234及254(下文中統稱為「2x4)設置在空腔300上。測輻射熱計層2x2的材料選自由Ti，TiOx，VOx及摻雜非晶矽組成的材料組。測輻射熱計層2x2或者設置在上層200上或者具有特定的圖案。例如，由鈦製成的測輻射熱計層2x2可具有預先設定範圍在300(埃)和1500(埃)之間的厚度以及預先設定的面積比(即，測輻射熱計層與上層之間的面積比)以使得佔空因數(即，吸收紅外線的有效區域)超過50％。由TiOx製成的測輻射熱計層2x2可以具有範圍在500(埃)和5000(埃)之間的厚度。由摻雜非晶矽製成的測輻射熱計層2x2可以具有範圍在500(埃)和3000(埃)之間的厚度並且可設計使其面積比超過80％。
吸收—傳輸層2x4設置在上層200的頂部表面上以提高吸收率。在此，吸收—傳輸層2x4通過對從反射金屬層1x2反射的紅外線與傳輸到吸收—傳輸層2x4的紅外線之間的破壞性幹擾而再吸收紅外線。為了進行該再吸收，在距離反射金屬層1x2為λ/4(λ為檢測到的紅外線的中心波長)的位置處設置吸收—傳輸層2x4以在空腔300中吸收紅外線。
優選地，吸收—傳輸層2x4的材料選自由Ti(鈦)、TiN(氮化鈦)和Cr(鉻)組成的材料組。優選地，Ti或TiN材料的吸收—傳輸層2x4的厚度介於20(埃)到100(埃)之間，而Cr材料的吸收—傳輸層2x4的厚度則介於20(埃)到200(埃)之間。此外，第一絕緣層可設置在測輻射熱計層2x2的下方。第二絕緣層和第二緩衝層可設置在測輻射熱計層2x2與吸收—傳輸層2x4之間。在此，第一和第二絕緣層優選地由二氧化矽(SiO2)製成。第二緩衝層優選地由包括氮化矽的材料製成。上層200可包括用於熱絕緣的絕緣切口以及用於減小應力並形成空腔300的蝕刻孔。構成紅外傳感器單位象素的各層的各熱時間常數在33msec(毫秒)內，優選地介於2msec(毫秒)到5msec(毫秒)之間。在此，該熱時間常數是指紅外傳感器冷卻到其初始溫度與紅外傳感器增加的溫度之間的差的37％時花費的時間。熱時間常數基於如下等式計算得出「熱時間常數＝熱容量/導熱係數」。如果兩個連續圖片之間的時間差大於33msec(毫秒)，則該熱時間常數應小於33msec(毫秒)以防止在肉眼中產生殘留影像。
下面參考附圖詳細說明本發明的優選實施例。
參考圖2及圖3，具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器包括底層100、上層200及底層和上層之間的空腔300。
上層200包括用於電絕緣的第一絕緣層201、位於其上具有預定形狀的測輻射熱計層202、位於第一絕緣層201和測輻射熱計層202之上的第二絕緣層203以及位於第二絕緣層203之上的吸收—傳輸層204。降低蝕刻時間並且緩解單位象素物理應力的蝕刻孔設置在上層200上並且具有小於5μm的直徑。此外，用於熱絕緣的絕緣切口設置在上層200上並且具有小於5μm的寬度。第一和第二絕緣層具有介於300(埃)到1500(埃)之間的厚度並且由二氧化矽(SiO2)材料製成。
測輻射熱計層被做成 圖案的形狀並且其寬度介於3μm到9μm之間。將測輻射熱計層202連接到固定件401的矩形區域面積介於5μm×5μm和10μm×10μm之間。吸收—傳輸層204由Ti(鈦)材料製成，其厚度介於40(埃)和70(埃)之間。
接下來參考圖4和圖5，另一具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的上層200包括測輻射熱計層212、吸收—傳輸層214、用作電極並用於將底層100和上層200相連接的固定件402以及用於熱絕緣的絕緣切口216。測輻射熱計層212和吸收—傳輸層214都設置在整個上層200上。測輻射熱計層優選地由摻雜非晶矽製成。
接下來參考圖6及圖7，又一具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的上層200包括第一絕緣層220、位於第一絕緣層之上的第二緩衝層221以及測輻射熱計層222。在此，第一絕緣層優選為厚度在0.65±0.1μm範圍之間的二氧化矽(SiO2)。第二緩衝層221優選使用包括氮化矽(SiNx)的厚度在0.2±0.05μm範圍之間的材料製成。位於第二緩衝層頂部的測輻射熱計層222優選使用包含Ti或TiOx(x＝1到3)的材料製成。鈦(Ti)材料的測輻射熱計層的厚度介於300(埃)和1500(埃)之間，而TiOx(氧化鈦)材料的測輻射熱計層的厚度介於500(埃)和5000(埃)之間。為減輕應力，第一絕緣層和第二緩衝層可以交替而重複地在測輻射熱計層222下方形成。隨後，由二氧化矽製成的第二絕緣層223形成在測輻射熱計層222上，並且吸收—傳輸層224設置在所述第二絕緣層上。絕緣切口(未示出)在上層200上形成。
接下來，參考圖8及圖9(沿圖8中的A-A』線提取的截面圖)，又一具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的上層200關於象素的對角線對稱，呈蝴蝶形狀。該蝴蝶形狀能夠最小化由剪切應力(shear stress)引起的紅外傳感器變形。此外，紅外傳感器通過使第一固定件404a和404b之間的距離大於第二固定件404c和404d之間的距離來減小阻抗，因此有效且高效地探測紅外線。此外，上層200包括用於去除犧牲層(sacrificial layer)(未示出)的蝕刻孔235以及用於熱絕緣的絕緣切口。第二固定件404c和404d不僅支撐上層200，還同時用作與設置在ROIC襯底上的讀取訪問終端連接的電極。沿圖8中B-B』線提取的截面圖(未示出)除第一電極404a和404b不與讀取訪問終端相連接外與圖9相同。此外，上層200還進一步具有設置在測輻射熱計層232上方和/或下方的絕緣層或緩衝層。測輻射熱計層232由N型或P型摻雜非晶矽製成並且優選地具有介於500(埃)和3000(埃)範圍之間的厚度。
最後，參考圖10及圖11(沿圖10中的C-C』線提取的截面圖)，又一具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的上層200包括吸收—傳輸層254以及在該吸收—傳輸層254的上方和下方同時設置的測輻射熱計層252。在吸收—傳輸層254的中間形成切口區域257。用於熱絕緣的絕緣切口256設置在固定件405的周圍。在現有技術的製造紅外傳感器的方法中，吸收—傳輸層在熱處理過程中會由於受熱而被拉伸。此外，操作產生的熱應力會施加到包括吸收—傳輸層的上層200。這些問題將導致上層200變形或對紅外傳感器的可靠型產生不利的影響。然而，在根據本發明的紅外傳感器中，通過採用將測輻射熱計層252設置在吸收—傳輸層254的上方和下方的夾層形結構來解決這些問題。例如，如果壓應力和/或張應力被施加到測輻射熱計層252或吸收—傳輸層254上，則該夾層形結構能夠抵消所述應力，從而防止了上層200變形。而且，在用於形成空腔300的製造過程中產生的來自等離子體、熱板及腔室的熱量會增加ROIC襯底151的溫度，並可拉伸吸收—傳輸層254，從而產生應力。利用夾層形結構及切割區域257能夠將上層200從應力中解除出來。
所述夾層形結構也能夠減少熱損失。具體的說，在吸收—傳輸層254發生的破壞性幹擾導致吸收紅外線。然後，所述熱量通過測輻射熱計層252傳輸。因此，夾層形結構能夠防止通過吸收—傳輸層254發生的熱損失。而且，位於吸收—傳輸層254中間的切割區域257代替了現有技術中的蝕刻孔來減輕應力，從而增加了有效的佔空因數並且減小了阻抗。
測輻射熱計層252的阻抗由除吸收—傳輸層254的切割區域257確定。因此，測輻射熱計層252的阻抗(下文中用「R」來表示)通過Rs×(L/W)計算(「L」為切割區域257的寬度、「W」為象素的長度並且「Rs」為薄膜電阻)。由於厚度為2000埃()的非晶矽的Rs為10ohm/sq，如果L為2μm並且W為50μm，R將為400千歐姆(kohm)，其比按照現有技術的方法的阻抗(即，大約500千歐姆)更小。因此，通過調整L/W的值能夠形成期望阻抗的薄層。
隨著通過絕緣切口256形成的橋259變得越來越窄和越來越長，會增加熱短路效應(thermal short effect)。然而，也應該考慮具有懸臂形狀的上層200的安全支撐而確定橋259的寬度和長度。例如，如果「W」為50μm，優選的橋259的寬度介於1.5μm和5μm的範圍之間並且其長度介於4μm和35μm的範圍之間。
此外，如圖10及圖11所示的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器可具有如圖8所示的對稱結構(即，蝴蝶型)。具體地說，測輻射熱紅外傳感器可以包括具有夾層型結構的上層，其中切割區域沿象素的對角線分布並且具有關於象素的對角線對稱的結構。在此，固定件包括第一固定件及第二固定件。第一固定件和第二固定件在象素的端部沿對角彼此相對。第二固定件用作與設置在ROIC襯底上的讀取訪問終端相連接的電極。第二固定件之間的距離小於第一固定件之間的距離。
下面將參考圖12到圖15(沿圖8中的A-A』線提取的截面圖)來詳細描述製造具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的步驟。
參考圖12，製備其上包括讀取訪問終端的ROIC襯底131。隨後，通過真空澱積或濺射工藝而沉積電極焊盤135和反射金屬層132並對其構圖。可以在對電極焊盤135和反射金屬層132構圖之前形成用於絕緣分隔開的象素的第一緩衝層。在此，第一緩衝層由包括氮化矽的材料製成。
接著，參考圖13，犧牲層350在已形成的結構上形成並且通過等離子蝕刻而去除其頂部350b。通過SOP(在聚合體上旋轉)工藝塗覆有機薄層(如，Honeywell的ACCUFLO 1513 EL)，犧牲層350具有介於0.5μm和3.5μm範圍之間的厚度。在現有技術的方法中，SOP工藝在犧牲層350的表面上留有旋轉塗覆的痕跡。即使在形成測輻射熱計層(未示出)和去除犧牲層的後續工藝完成之後，這些痕跡仍會留在測輻射熱計層的下表面上，這將導致測輻射熱計層變形。為解決這個問題，利用Ar/O2等離子體將犧牲層350b的頂部去除100埃()和2000埃()之間的厚度以減小應力。
隨後，參考圖14，測輻射熱計層232形成在犧牲層350a上，並且吸收—傳輸層234沉積在所述測輻射熱計層上。在已形成的結構的犧牲層、測輻射熱計層和吸收—傳輸層中形成貫穿電極焊盤135的導通孔450和絕緣切口(圖8中的236)。優選地，測輻射熱計層232由厚度介於500埃()和3000埃()範圍之間的N型或P型非晶矽製成。
優選地，導通孔和絕緣切口通過使用選自由CF4，CHF3和Ar組成的氣體組的氣體進行等離子體蝕刻而形成。另外的絕緣層(未示出)可直接形成在測輻射熱計層的上方和/或下方。例如，由氧化矽製成的第一絕緣層可形成在測輻射熱計層232的下方。並且由氮化矽製成的第二絕緣層可以通過等離子增強化學氣相沉積(PECVD)工藝而形成在測輻射熱計層232和吸收—傳輸層234之間。
隨後，參考圖15，將用於接觸的金屬材料填充在導通孔中並對其構圖以形成也用作電極的固定件404c和404d。然後通過氧氣(O2)等離子體蝕刻而將犧牲層350a去除以形成空腔300。
圖16示出了根據本發明的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器吸收率的仿真結果。中心波長為7μm到14μm的紅外線的吸收率超過95％。
如上所述，本發明提供了具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的製造方法的一實施例，其包括如下步驟在ROIC襯底上形成接觸焊盤和反射金屬層；通過SOP塗覆工藝形成犧牲層；通過等離子體蝕刻去除所述犧牲層的上部；形成測輻射熱計層和吸收—傳輸層；通過蝕刻所述犧牲層暴露出用於固定件的預定部分；利用所述用於固定件的暴露出的部分形成電極；通過去除犧牲層形成空腔。
在此，可在製造過程的最後執行形成吸收—傳輸層的步驟。例如，本發明提供了具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的製造方法的另一實施例，其包括如下步驟在ROIC襯底上形成接觸焊盤和反射金屬層；通過SOP塗覆工藝形成犧牲層；通過等離子體蝕刻去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上形成測輻射熱計層；通過蝕刻所述犧牲層暴露出用於固定件的預定部分；利用所述用於固定件的暴露出的部分形成電極；通過去除犧牲層形成空腔；形成吸收-傳輸層。
利用圖8和圖9對根據本發明的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器的製造方法進行了示例性和廣泛性的描述。然而，該製造紅外傳感器的方法也可以容易地應用於圖2至圖11所示的其它實施方式。因此，在此省略了對其它實施方式的製造方法的詳細描述。
雖然在此對製造的方法、裝置及項目進行了示例性的描述，但本專利申請的覆蓋範圍並不局限於此。相反，本專利申請覆蓋了所有直接或根據等同原則落入所附權利要求保護範圍內的所有用於製造的方法、裝置及項目。
工業應用性因此，按照本發明的具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法可利用分光鏡方法提高紅外吸收率並簡化製造過程。而且，根據本發明的測輻射熱紅外傳感器可應用於對多種物體的非接觸式熱發散診斷器，如消防帽、在檢修孔和隧道中工作時用的頭盔、汽車內的夜視裝置、監視相機、印刷電路板及晶片。此外，根據本發明的測輻射熱紅外傳感器也可應用於諸如人體溫度視覺診斷器、個人武器的夜視鏡、監視海濱的夜視系統及警戒哨位(guard post)的軍事裝置。
權利要求
1.一種包括讀取集成電路襯底和多個象素的紅外傳感器，包括位於讀取集成電路襯底上的第一緩衝層；位於所述第一緩衝層上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方用於共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層包括位於所述空腔上方的第一絕緣層、位於所述第一絕緣層上的第二緩衝層，位於所述第二緩衝層上的測輻射熱計層、位於所述測輻射熱計層上的第二絕緣層和位於所述第二絕緣層上的吸收—傳輸層；以及用於支撐所述包括位於所述讀取集成電路襯底上的多於一對的固定件的上層的單位象素。
2.一種包括讀取集成電路襯底和多個象素的紅外傳感器，包括位於所述讀取集成電路襯底上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方的用於共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層形包括具有位於其中間的切口區域的吸收—傳輸層以及位於所述吸收—傳輸層上方和下方的測輻射熱計層；以及設置在所述象素的邊緣用於支撐所述上層並用作電極的固定件。
3.根據權利要求1或2所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述上層具有關於所述象素的對角線對稱的結構，並且所述固定件包括在所述象素的端部彼此相對的第一固定件和第二固定件，其中所述第二固定件用作與位於所述讀取集成電路襯底上的讀取訪問終端相連接的電極並且所述第二固定件之間的距離小於第一固定件之間的距離。
4.根據權利要求1或2所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述測輻射熱計層與所述吸收—傳輸層之間的距離為λ/4。
5.根據權利要求2所述的紅外傳感器，其特徵在於，還進一步包括位於所述反射金屬層下方的第一緩衝層。
6.根據權利要求1所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述第一緩衝層和第二緩衝層由包括氮化矽的材料製成。
7.根據權利要求1所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述第一絕緣層和第二絕緣層由氧化矽製成。
8.根據權利要求1或2所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述反射金屬層包括選自由鈦和鋁組成的組中的材料。
9.根據權利要求1或2所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述測輻射熱計層由選自由鈦、TiOx、VOx及摻雜非晶矽組成的組中的材料製成。
10.根據權利要求1或2所述的紅外傳感器，其特徵在於，所述吸收—傳輸層由選自由Ti、TiN和Cr組成的組中的材料製成。
11.根據權利要求10所述的紅外傳感器，其特徵在於，由Ti或TiN材料製成的所述吸收—傳輸層的厚度介於20埃到100埃之間，而由Cr材料製成的所述吸收—傳輸層的厚度介於20埃到200埃之間。
12.一種製造紅外傳感器的方法，包括如下步驟在讀取集成電路襯底上形成反射金屬層；通過SOP塗覆在所述反射金屬層上沉積犧牲層並通過等離子體去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上設置測輻射熱計層和吸收—傳輸層；在所述犧牲層、測輻射熱計層和吸收—傳輸層中形成導通孔；將金屬材料填入所述導通孔中以形成用作電極的固定件；以及通過去除犧牲層而形成空腔。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，通過氧氣等離子體灰化工藝去除所述犧牲層。
14.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，通過利用Ar/O2氣體的等離子體工藝去除所述犧牲層的上部。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述被去除的犧牲層的厚度介於100埃到2000埃之間。
16.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述測輻射熱計層由選自由Ti、TiOx、VOx及摻雜非晶矽組成的組中的材料製成。
17.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述吸收—傳輸層由選自由Ti、TiN和Cr組成的組中的材料製成。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，由Ti或TiN材料製成的所述吸收—傳輸層的厚度介於20埃到100埃之間，而由Cr材料製成的所述吸收—傳輸層的厚度介於20埃到200埃之間。
19.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，通過等離子體蝕刻形成所述導通孔，其中所述等離子體蝕刻使用的氣體選自由CF4，CHF3和Ar組成的組中。
全文摘要
本發明公開了一種具有兩層結構的測輻射熱紅外傳感器及其製造方法，其通過分光鏡設計來共振吸收紅外線從而提高吸收率，並且防止了由於發熱產生的應力導致的傳感器變形。所述包括ROIC襯底和多個象素的紅外傳感器包括位於所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位於所述底層上方用於共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層包括在其中間具有切口區域的吸收一傳輸層和位於所述吸收一傳輸層上方和下方的測輻射熱計層；以及設置在所述象素的邊緣用於支撐所述上層並用作電極的固定件。
文檔編號G01J1/02GK1864274SQ200480029360
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月9日 優先權日2003年10月9日
發明者李洪基, 任容槿 申請人:Ocas株式會社