一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构及其制备方法与流程

本发明涉及非制冷红外焦平面探测器，尤其是指一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构及其制备方法。

背景技术：

1、非制冷红外焦平面探测器无需设置制冷装置，并能够在室温条件下工作，具有低成本、低功耗、体积小、启动快和可靠性高等核心优势，在军事、工农业、医学等领域有着广泛的应用。

2、微桥结构（也叫像元）是构成红外探测器阵列的最小独立感光单元，负责将红外辐射能量转换为电信号。桥面是具有高电阻温度系数的热敏层，通过具有良好支撑和导电材料的桥腿连接到桥墩进而连接到衬底上。电连接是金属电极通过桥墩和桥腿连接到热敏材料上，热敏材料再通过桥腿和桥墩连接到金属电极上，从而读出热敏材料的电信号变化。

3、在像元制备过程中，因工艺限制，热敏材料图形化刻蚀后形成的侧壁接近垂直，在后续桥腿刻蚀因侧墙效应，热敏材料侧壁会出现桥腿金属残留的风险，从而造成热敏材料两端金属电极之间连接，导致热敏材料电阻短路，影响到产品良率。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中刻蚀热敏材料时热敏材料侧壁会出现桥腿金属残留的风险，从而造成热敏材料两端金属电极之间连接、导致热敏材料电阻短路的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，包括：

3、牺牲层；

4、支撑层，设置于所述牺牲层上；

5、热敏材料层，设置于所述支撑层上，并具有图形化边界；

6、侧壁保护层，覆盖所述热敏材料层及所述图形化边界的侧壁，所述侧壁保护层在所述图形化边界的外侧形成相对于所述支撑层上表面倾斜的外侧壁，所述外侧壁与所述支撑层上表面之间的夹角α为70°～85°，且所述侧壁保护层位于所述热敏材料层顶部的厚度为10 nm～200 nm；

7、第一接触孔和第二接触孔，间隔开设于所述侧壁保护层中并分别使所述热敏材料层的预设接触区域露出；

8、金属电极层，设置于所述侧壁保护层上，并分别通过所述第一接触孔和所述第二接触孔与所述热敏材料层电连接。

9、在本发明的一种实施方式中，所述牺牲层采用聚酰亚胺材料。

10、在本发明的一种实施方式中，所述支撑层采用si3n4薄膜，厚度为140 nm～180 nm。

11、在本发明的一种实施方式中，所述热敏材料层采用vox薄膜，其中x为2～2.5，所述热敏材料层的电阻温度系数为2%～3.5%，厚度为10 nm～200 nm。

12、在本发明的一种实施方式中，所述侧壁保护层采用si3n4薄膜。

13、在本发明的一种实施方式中，所述金属电极层采用金属ti，厚度为25 ±5nm。

14、本发明还提供一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构的制备方法，包括：

15、在牺牲层上沉积si3n4形成支撑层；

16、在所述支撑层上沉积vox形成热敏材料层；

17、在所述热敏材料层上沉积厚度为10 nm～100 nm的si3n4形成第一保护层，并通过光刻和刻蚀对所述热敏材料层进行图形化，形成图形化边界；

18、在所述第一保护层的基础上继续沉积si3n4，使覆盖于所述热敏材料层上的si3n4总厚度达到100 nm～400 nm，随后对si3n4进行无掩膜干法回刻，回刻去除厚度为10 nm～300 nm，并选择沉积厚度与回刻厚度使回刻后位于所述热敏材料层顶部的si3n4厚度为10nm～200 nm，以形成侧壁保护层，且使所述侧壁保护层在所述图形化边界处的外侧壁与所述支撑层上表面之间的夹角α为70°～85°；

19、对所述侧壁保护层进行光刻图形化，并采用干法刻蚀形成第一接触孔和第二接触孔，使所述热敏材料层的对应预设接触区域露出；

20、在形成所述第一接触孔和所述第二接触孔后溅射厚度ti层，对所述ti层进行图形化，以形成金属电极层。

21、在本发明的一种实施方式中，所述牺牲层为p12610型聚酰亚胺材料，采用旋转涂敷方式形成，并在旋转涂敷后进行烘烤固化；固化温度为250℃～350℃，固化时间为20 min～3 h。

22、在本发明的一种实施方式中，所述支撑层、所述第一保护层及所述侧壁保护层均采用等离子增强化学气相沉积方式形成，沉积温度为200℃～350℃，反应气体包括硅烷和氨气，载气为氦气、氮气中的至少一种；所述干法刻蚀采用对vox具有低腐蚀速率的含氟气体体系。

23、在本发明的一种实施方式中，所述热敏材料层采用纯钒靶材通过反应物理溅射方式沉积，所述热敏材料层采用vox薄膜，其中x为2～2.5，所述热敏材料层的电阻温度系数为2%～3.5%；对所述热敏材料层图形化后形成的侧壁与所述支撑层上表面之间的夹角为87°～90°。

24、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

25、本发明所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构及其制备方法，通过在热敏材料层（vox）图形化后增加si3n4覆盖厚度并进行无掩膜整面回刻，使原本接近垂直的热敏材料层（vox）台阶外侧形成具有较小倾斜角的si3n4过渡侧壁。该过渡侧壁能够降低后续金属电极层溅射时vox非接触侧壁方向上的金属覆盖厚度，并降低金属电极层干法刻蚀中的侧墙效应，使侧壁残留金属电极层（ti）更易被去除，从而降低相邻电极被残留ti桥连的风险。

26、同时，本发明通过第一接触孔和第二接触孔保留ti电极与vox之间的预设电连接，而在vox非接触侧壁处保持si3n4绝缘隔离，因此能够在改善侧壁刻蚀形貌的同时维持热敏电阻的正常读出路径。所采用的si3n4沉积、干法回刻、接触孔刻蚀和ti图形化工艺均可与现有非制冷红外焦平面微桥制程衔接，便于在既有工艺基础上实施。

1.一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，所述牺牲层（1）采用聚酰亚胺材料。

3.根据权利要求1所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，所述支撑层（2）采用si3n4薄膜，厚度为140 nm～180 nm。

4.根据权利要求1所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，所述热敏材料层（3）采用vox薄膜，其中x为2～2.5，所述热敏材料层（3）的电阻温度系数为2%～3.5%，厚度为10 nm～200 nm。

5.根据权利要求1所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，所述侧壁保护层（5）采用si3n4薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构，其特征在于，所述金属电极层（6）采用金属ti，厚度为25 ±5nm。

7.一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构的制备方法，其特征在于，所述牺牲层（1）为p12610型聚酰亚胺材料，采用旋转涂敷方式形成，并在旋转涂敷后进行烘烤固化；固化温度为250℃～350℃，固化时间为20 min～3 h。

9.根据权利要求7所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构的制备方法，其特征在于，所述支撑层（2）、所述第一保护层（4）及所述侧壁保护层（5）均采用等离子增强化学气相沉积方式形成，沉积温度为200℃～350℃，反应气体包括硅烷和氨气，载气为氦气、氮气中的至少一种；所述干法刻蚀采用对vox具有低腐蚀速率的含氟气体体系。

10.根据权利要求7所述的一种改善非制冷红外焦平面像元短路的防护结构的制备方法，其特征在于，所述热敏材料层（3）采用纯钒靶材通过反应物理溅射方式沉积，所述热敏材料层（3）采用vox薄膜，其中x为2～2.5，所述热敏材料层（3）的电阻温度系数为2%～3.5%；对所述热敏材料层（3）图形化后形成的侧壁与所述支撑层（2）上表面之间的夹角为87°～90°。