一种非制冷红外器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及红外探测技术领域，具体公开了一种非制冷红外器件，包括：敏感区、悬臂梁、框架、有源器件和金属引线，其中，所述敏感区通过所述悬臂梁与所述框架机械连接，并悬空；所述有源器件位于所述框架上，并通过所述悬臂梁与所述敏感区电学连接；所述金属引线位于所述有源器件上，将有源器件信号引出。本发明专利技术还公开了一种非制冷红外器件的制作方法。本发明专利技术通过简单的结构以及与器件兼容的MEMS工艺，实现了一种具有开关与放大功能的非制冷红外器件，该器件可与电路分别制造，且后期通过打线集成；从而克服现有的单片集成和3D集成为实现制作，器件和电路的性能需彼此妥协的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外器件及其制作方法
本专利技术涉及红外探测
，尤其涉及一种非制冷红外器件及其制作方法。
技术介绍
近年来，红外探测领域蓬勃发展，尤其是非制冷红外成像技术的突破，解决了红外成像技术中最为突出的低温（～77K）冷却工作的要求；同时与读出电路的大规模或超大规模集成，使得红外热像仪具有了高密度、小型化、便携带的优点。非制冷红外器件是红外热像仪的核心器件，为使非制冷红外器件的信号便于处理，通常需要配备读出电路，用于对器件进行信号选择、放大、滤波、AD转换等功能。目前，器件与读出电路的集成主要有单片集成和3D集成两种形式。其中，单片集成采用CMOS工艺将器件与电路制作在同一个晶圆上；3D集成则是在电路片上通过MEMS工艺继续制作器件来实现。这两种形式中，虽然器件和电路的功能彼此独立；但是，无论两部分的加工工艺是同时制作，还是串行制作，为了兼容彼此，各自的性能都会有所妥协。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种非制冷红外器件及非制冷红外器件的制作方法，器件通过简单的结构以及与其兼容的MEMS工艺，实现了一种具有开关与放大功能的非制冷红外器件，该器件可与电路分别制造，且后期通过打线集成；从而克服现有的单片集成和3D集成为实现制作，器件和电路的性能需彼此妥协的问题。作为本专利技术的一个方面，提供一种非制冷红外器件，包括：敏感区、悬臂梁、框架、有源器件和金属引线，其中，所述敏感区通过所述悬臂梁与所述框架机械连接，并悬空；所述有源器件位于所述框架上，并通过所述悬臂梁与所述敏感区电学连接；所述金属引线位于所述有源器件上，将有源器件信号引出。进一步地，所述框架包括衬底和支撑层，所述敏感区包括支撑层、功能材料层和红外吸收层，所述悬臂梁包括支撑层、导线层和导线保护层，所述有源器件包括栅电极、栅绝缘层、有源层、源电极、漏电极和有源区介质层，且所述源电极和漏电极均与有源层相连接，其中，所述衬底上设置有所述支撑层，所述支撑层上分别设置有所述功能材料层、导线层以及栅电极，所述功能材料层上设置有所述红外吸收层，所述导线层上设置有所述导线保护层，所述栅电极上设置有所述栅绝缘层，所述栅绝缘层上设置有所述有源层，所述有源层上分别设置有所述源电极和漏电极，所述有源层、源电极以及漏电极上均设置有所述有源区介质层，所述栅电极连接所述金属引线，所述源电极或漏电极连接所述金属引线；其中，所述衬底的正面或背面设置有隔热空腔以悬空所述敏感区。进一步地，所述框架包括衬底和支撑层，所述敏感区包括支撑层、功能材料层和红外吸收层，所述悬臂梁包括支撑层、导线层和导线保护层，所述有源器件包括栅电极、栅绝缘层、有源层、源电极、漏电极和有源区介质层，且所述源电极和漏电极均与有源层相连接，其中，所述衬底上设置有支撑层，所述支撑层上分别设置有功能材料层、导线层、有源层，所述功能材料层上设置有所述红外吸收层，所述导线层上设置有所述导线保护层，所述有源层上分别设置有所述栅绝缘层、源电极和漏电极，所述栅绝缘层中设置有所述栅电极，所述有源层、源电极以及漏电极上均设置有所述有源区介质层，所述栅电极连接所述金属引线，所述源电极或漏电极连接所述金属引线；其中，所述衬底的正面或背面设置有隔热空腔以悬空所述敏感区。进一步地，所述衬底为绝缘体或半导体；所述支撑层和导线保护层的材料均为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合；所述功能材料层为热敏电阻、二极管、热电堆或热释电结构；所述导线层的材料为掺杂的半导体或金属；所述栅电极、源电极以及漏电极均为导电材料，导电材料为掺杂的半导体或金属；所述红外吸收层的材料为氧化硅、氮化硅或两者中至少一种和钛的组合；所述栅绝缘层和有源区介质层的材料均为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合；所述有源层为半导体或金属氧化物。进一步地，所述金属引线包括接触孔和金属导线，其中，将所述栅电极用所述金属导线穿过所述接触孔引出，将所述源电极或漏电极用所述金属导线穿过所述接触孔引出。进一步地，所述金属导线的材料包括Ti、Mo、Al、Cu、Au、Pt中的一种或其组合。进一步地，所述敏感区的支撑层通过悬臂梁的支撑层与框架的支撑层连接，实现所述敏感区通过所述悬臂梁与所述框架机械连接并悬空；所述功能材料层通过所述导线层和所述有源层连接，实现所述有源器件通过所述悬臂梁与所述敏感区电学连接。作为本专利技术的另一个方面，提供一种非制冷红外器件的制作方法，其中，所述非制冷红外器件的制作方法包括：提供框架；在所述框架上分别形成敏感区、悬臂梁、有源器件；在所述有源器件上形成金属引线；正面或背面刻蚀所述框架，形成隔热空腔，以悬空所述敏感区。进一步地，还包括：提供衬底；在所述衬底上淀积支撑层；在所述支撑层上淀积并图形化，形成功能材料层、导线层、栅电极；在所述功能材料层上淀积刻蚀形成红外吸收层；在所述导线层上淀积刻蚀形成导线保护层；在所述栅电极上淀积刻蚀形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上淀积刻蚀形成有源层；在所述有源层上淀积刻蚀形成源电极和漏电极；在所述有源层、源电极以及漏电极上淀积刻蚀形成有源区介质层，并通过刻蚀介质在所述栅电极上形成接触孔，以及在源电极或者漏电极上形成接触孔，在接触孔上通过淀积金属并图形化形成金属引线；正面或背面刻蚀所述衬底，形成隔热空腔，悬空敏感区。进一步地，还包括：提供衬底；在所述衬底上淀积支撑层；在支撑层上淀积并图形化，形成功能材料层、导线层、有源层；在所述功能材料层上淀积刻蚀形成红外吸收层；在所述导线层上淀积刻蚀形成导线保护层；在所述有源层上淀积刻蚀形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层上淀积刻蚀形成栅电极；在所述有源层上淀积刻蚀形成源电极和漏电极；在所述有源层、源电极以及漏电极上淀积刻蚀形成有源区介质层，并通过刻蚀介质在所述栅电极上形成接触孔，以及在源电极或者漏电极上形成接触孔，在接触孔上通过淀积金属并图形化形成金属引线；正面或背面刻蚀所述衬底，形成隔热空腔，悬空敏感区。本专利技术的有益效果在于：在未增加器件制作的工艺难度及成本的情况下，通过红外器件的制作同时形成了有源器件；器件具备基本的开关与放大功能，使其后期可与电路实现打线集成，为器件和电路的集成提供了新的集成方案，有利于器件和电路性能的单独优化。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1至图6为本专利技术实施例一中的工艺形成剖面示意图。图1为本专利技术实施例一中衬底上形成支撑层示意图。图2为本专利技术实施例一中功能材料层、导线层以及栅电极形成示意图。图3为本专利技术实施例一中红外吸收层形成示意图。图4为本专利技术实施例一中导线保护层和栅绝缘层形成示意图。图5为本专利技术实施例一中有源层、源电极以及漏电极形成示意图。...

【技术保护点】
1.一种非制冷红外器件，其特征在于，包括：敏感区、悬臂梁、框架、有源器件和金属引线，其中，所述敏感区通过所述悬臂梁与所述框架机械连接，并悬空；所述有源器件位于所述框架上，并通过所述悬臂梁与所述敏感区电学连接；所述金属引线位于所述有源器件上，将有源器件信号引出。/n

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外器件，其特征在于，包括：敏感区、悬臂梁、框架、有源器件和金属引线，其中，所述敏感区通过所述悬臂梁与所述框架机械连接，并悬空；所述有源器件位于所述框架上，并通过所述悬臂梁与所述敏感区电学连接；所述金属引线位于所述有源器件上，将有源器件信号引出。


2.根据权利要求1所述的非制冷红外器件，其特征在于，所述框架包括衬底（101）和支撑层（102），所述敏感区包括支撑层（102）、功能材料层（103）和红外吸收层（106），所述悬臂梁包括支撑层（102）、导线层（104）和导线保护层（107），所述有源器件包括栅电极（105）、栅绝缘层（108）、有源层（109）、源电极（110）、漏电极（114）和有源区介质层（111），且所述源电极（110）和漏电极（114）均与有源层（109）相连接，其中，所述衬底（101）上设置有所述支撑层（102），所述支撑层（102）上分别设置有所述功能材料层（103）、导线层（104）以及栅电极（105），所述功能材料层（103）上设置有所述红外吸收层（106），所述导线层（104）上设置有所述导线保护层（107），所述栅电极（105）上设置有所述栅绝缘层（108），所述栅绝缘层（108）上设置有所述有源层（109），所述有源层（109）上分别设置有所述源电极（110）和漏电极（114），所述有源层（109）、源电极（110）以及漏电极（114）上均设置有所述有源区介质层（111），所述栅电极（105）连接所述金属引线（112），所述源电极（110）或漏电极（114）连接所述金属引线（112）；其中，所述衬底（101）的正面或背面设置有隔热空腔（113）以悬空所述敏感区。


3.根据权利要求1所述的非制冷红外器件，其特征在于，所述框架包括衬底（101）和支撑层（102），所述敏感区包括支撑层（102）、功能材料层（103）和红外吸收层（106），所述悬臂梁包括支撑层（102）、导线层（104）和导线保护层（107），所述有源器件包括栅电极（105）、栅绝缘层（108）、有源层（109）、源电极（110）、漏电极（114）和有源区介质层（111），且所述源电极（110）和漏电极（114）均与有源层（109）相连接，其中，所述衬底（101）上设置有支撑层（102），所述支撑层（102）上分别设置有功能材料层（103）、导线层（104）、有源层（109），所述功能材料层（103）上设置有所述红外吸收层（106），所述导线层（104）上设置有所述导线保护层（107），所述有源层（109）上分别设置有所述栅绝缘层（108）、源电极（110）和漏电极（114），所述栅绝缘层（108）中设置有所述栅电极（105），所述有源层（109）、源电极（110）以及漏电极（114）上均设置有所述有源区介质层（111），所述栅电极（105）连接所述金属引线（112），所述源电极（110）或漏电极（114）连接所述金属引线（112）；其中，所述衬底（101）的正面或背面设置有隔热空腔（113）以悬空所述敏感区。


4.根据权利要求2或3所述的非制冷红外器件，其特征在于，所述衬底（101）为绝缘体或半导体；所述支撑层（102）和导线保护层（107）的材料均为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合；所述功能材料层（103）为热敏电阻、二极管、热电堆或热释电结构；所述导线层（104）的材料为掺杂的半导体或金属；所述栅电极（105）、源电极（110）以及漏电极（114）均为导电材料，导电材料为掺杂的半导体或金属；所述红外吸收层（106）的材料为氧化硅、氮化硅或两者中至少一种和钛的组合；所述栅绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，傅剑宇，侯影，刘超，冯万进，黄鹏，周琼，陈大鹏，
申请(专利权)人：无锡物联网创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32