本发明属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，具体涉及一种双层偏振非制冷红外探测器结构及其制备方法。
背景技术：
非制冷红外焦平面阵列探测器的单元通常采用悬臂梁微桥结构，利用牺牲层释放工艺形成微桥支撑结构，支撑平台上的热敏材料通过微桥与基底读出电路相连。现在对探测器的分辨率要求越来越高，阵列要求越来越大，如果芯片的尺寸不变，则像元越来越小，对像元的平坦度要求会越来越高；两侧微桥结构需要两层牺牲层，两层牺牲层吸收的能量较多。
随着像元尺寸的逐步缩小，入射到红外像元中的红外辐射能量以平方率的方式缩小。当像元尺寸由25微米下降到17微米时，入射能量降低一倍；当像素降低至12微米时，入射能量仅为25微米的25％，单层工艺无法满足红外探测器性能要求。
偏振是光的一个重要信息，偏振探测可以把信息量从三维(光强、光谱、空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率、旋转的方向)。由于地物背景的偏振度远小于人造目标的偏振度，因此红外偏振探测技术在空间遥感领域有非常重要的应用。
在现有的偏振探测系统中，偏振元件独立于探测器之外，需要在整机的镜头上增加偏振片，或者进行偏振镜头的设计，这种方法的成本比较高，设计难度也比较大；通过旋转偏振元件获取偏振信息，这种现有的偏振探测系统的缺点是：光学元件复杂，而且光路系统复杂。另外，通过偏振片与探测器组合采集的偏振图像需要通过图像融合算法进行处理，不仅复杂而且也相对不准确。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种能够提高像元结构的有效填充因子及红外吸收效率、具备偏振效果的双层偏振非制冷红外探测器结构。
本发明中一种双层偏振非制冷红外探测器的技术方案如下：一种双层偏振非制冷红外探测器结构，包括一包含读出电路的半导体基座和一带微桥支撑结构的探测器本体，所述半导体基座的读出电路与所述探测器本体电连接，所述探测器本体包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；
所述金属块上设有第一支撑层，所述绝缘介质层与所述第一支撑层之间形成第一谐振腔，所述第一支撑层上设有第一通孔，所述第一通孔终止于所述金属块，所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线；
所述金属电极层上设有第一保护层，所述第一保护层上设有第二支撑层，所述第二支撑层与所述第一保护层之间形成第二谐振腔，所述第二支撑层上设有第二通孔，所述第二通孔终止于所述金属电极，所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层，所述电极金属层包括设置在所述第二通孔内的电极金属连线和设置在所述第二支撑层上电极金属；
所述电极金属上设有热敏层，所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接；所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层；
所述第二保护层上设有金属光栅结构，所述金属光栅结构包括若干个依次排列的金属光栅，相邻所述金属光栅之间的间隔为10～500nm。
本发明中一种双层偏振非制冷红外探测器结构的有益效果是：
(1)双层结构提高像元结构的有效填充因子及红外吸收效率；先完成电极金属层的图形化处理，在电极金属层上制作与热敏薄膜的接触孔，可以向像元边缘拓展接触孔的尺寸，增加了像元的填充系数，降低工艺难度且降低热敏薄膜和电极之间的接触电阻，为更小像元尺寸的研发和生产打下基础。
(2)通过将偏振结构与非制冷红外探测器(第一层悬空结构)进行单片集成，不仅可以实现偏振敏感型红外探测器的单片集成，而且极大的降低了光学设计的难度，简化了光学系统，减少了光学元件，降低了光学系统的成本。
(3)通过单片集成的偏振型非制冷红外探测器采集的图像为原始红外图像信息，读出电路只需要处理探测器探测的信号就可以得到准确的图像信息，而不需要进行现有探测器的图像融合，极大的提升了图像的真实性与有效性；金属光栅结构可以增强特定波段的红外光的吸收，通过调整光栅结构的金属条的宽度或者间距，可以改变被增强红外波段；金属光栅结构作为偏振结构，可以将不同方向的干扰波进行屏蔽过滤，只允许目标波通过该结构，这样就可以增强对比度，从而能够使目标的轮廓特性更明显。
(4)金属光栅结构不会与第一层的热敏薄膜接触，不会造成红外敏感微桥结构的形变，不会影响敏感薄膜的热敏特性。
进一步，所述金属光栅为直线型或弯曲型，且可以任意角度旋转或组合。
进一步，所述第一支撑层和第二支撑层为氮化硅，所述第一保护层和第二保护层为氮化硅。
进一步，所述热敏层为氧化钒、氧化钛、多晶硅、氧化锰或氧化钴，所述金属电极层为v、ti、nicr或tin。
本发明还涉及上述双层偏振非制冷红外探测器结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在包含读出电路半导体基座上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属反射层形成若干个金属块；所述金属块与半导体基座上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层上沉积绝缘介质层，并对绝缘介质层进行图形化处理，并露出金属块；
步骤2：在所述的绝缘介质层上沉积第一牺牲层，并对第一牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的第一牺牲层上沉积第一支撑层；
步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第一支撑层，第一支撑层蚀刻终止于所述金属块，形成第一通孔，在所述第一通孔内和所述第一支撑层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，形成金属电极和金属连线；
步骤4：在图形化后的金属电极层上沉积第一保护层；
步骤5：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分所述第一保护层和第一支撑层，蚀刻终止于所述第一牺牲层，露出部分第一牺牲层；
步骤6：在蚀刻后的第一保护层和露出的第一牺牲层上沉积第二牺牲层，并对第二牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的第二牺牲层上沉积第二支撑层；
步骤7：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第二支撑层和第一保护层，形成第二通孔，所述第二通孔蚀刻终止于所述金属电极，然后，在所述第二支撑层和第二通孔内沉积电极金属层，并对电极金属层进行图形化处理，蚀刻掉部分电极金属层，露出部分第二支撑层，形成在第二通孔内的电极金属连线和在所述第二支撑层上电极金属；
步骤8:在图形化后的电极金属层和露出的第二支撑层上沉积热敏层；
步骤9：在热敏层上沉积第二保护层，并对第二保护层进行图形化处理；
步骤10：在第二保护层上制备偏振结构，所述偏振结构为金属光栅结构；
步骤11:将探测器放入结构释放设备中，进行结构释放，去除第一牺牲层和第二牺牲层，形成探测器的微桥结构。
本发明中上述双层偏振非制冷红外探测器结构的制备方法的有益效果：
(1)沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及红外吸收效率；
(2)先完成电极金属层图形化，电极金属层的图形化能够决定后续热敏层上形成接触孔的大小，且接触孔自然形成，不需要单独的光刻和蚀刻工艺，工艺更加简单，且可以向像元边缘拓展接触孔的尺寸，增加了像元的填充系数，降低工艺难度且降低热敏薄膜和电极金属层之间的接触电阻，为更小像元尺寸的研发和生产打下基础；
(3)实现了红外探测器与偏振结构的集成，不仅提升了探测器的偏振特性，减少光路原件，增加光学系统的灵活性，而且可以有效的节省单独制作偏振片的成本；
(4)与现有的红外偏振图像相比，通过偏振型红外探测器所采集的图像效果更具有较高的对比度，能够凸显出目标物体的轮廓特征，提升军事防伪能力。
进一步，金属反射层的厚度为
进一步，所述第一牺牲层和第二牺牲层为非晶碳或聚酰亚胺，其厚度均为1.0～2.5μm，其厚度均为1.0～2.5μm。
进一步，所述第一保护层和第二保护层都是利用化学气相沉积低应力氮化硅形成的。
进一步，步骤10中，制备金属光栅结构时，先利用物理气相沉积或溅射在第二保护层上沉积或者溅射一层金属薄膜，再利用干法刻蚀工艺刻蚀光栅图形，使相邻所述光栅之间的间隔为10～500nm。
进一步，制备金属光栅结构时，先在第二保护层上旋涂光刻胶或pi，利用光刻技术在光刻胶涂层或pi涂层上得到光栅图形，光栅间隔10～500nm，然后，利用物理气相沉积或溅射在光刻好的光刻胶或pi涂层上沉积或溅射金属薄膜，最后，利用剥离工艺去除光刻胶或pi涂层，并将多余的金属薄膜剥离。
附图说明
图1为本发明金属反射层和绝缘介质层形成示意图；
图2为本发明第一牺牲层和第一支撑层形成示意图；
图3为本发明金属电极层和第一保护层形成示意图；
图4为本发明第一保护层和第一支撑层图形化示意图；
图5为本发明第二牺牲层和第二支撑层形成示意图；
图6为本发明电极金属层形成示意图；
图7为本发明热敏层和第二保护层形成示意图；
图8为本发明中探测器结构示意图；
图9为本发明中直线型金属光栅结构示意图；
图10为本发明中左向弯曲型金属光栅结构示意图；
图11为本发明中右向弯曲型金属光栅结构示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、半导体基座，2、金属反射层，2-1、金属块，3、绝缘介质层，4、第一牺牲层，5、第一支撑层，6、金属电极层，6-1、金属电极，6-2、金属连线，7、第一保护层，8、第一通孔，9、第二牺牲层，10、第二支撑层，11、电极金属层，11-1、电极金属连线，11-2、电极金属，12、第二通孔，13、热敏层，14、第二保护层，15、金属光栅，16、第一谐振腔，17、第二谐振腔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明中一种双层偏振非制冷红外探测器结构的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提出了一种双层偏振非制冷红外探测器结构，如图8所示，包括一包含读出电路的半导体基座1和一带微桥支撑结构的探测器本体，所述半导体基座1的读出电路与所述探测器本体电连接，所述探测器本体包括绝缘介质层3、金属反射层2、第一支撑层5、金属电极层6，所述半导体基座1上设有金属反射层2和绝缘介质层3，所述金属反射层2包括若干个金属块2-1；
所述金属块2-1上设有第一支撑层5，所述绝缘介质层3与所述第一支撑层5之间形成第一谐振腔16，所述第一支撑层5上设有第一通孔8，所述第一通孔8终止于所述金属块2-1，所述第一支撑层5上和第一通孔8内设有金属电极层6，所述金属电极层6包括设置在所述第一支撑层5上的金属电极6-2和设置在所述第一通孔8内的金属连线6-1，所述第一支撑层5为氮化硅；
所述金属电极层6上设有第一保护层7，所述第一保护层7为氮化硅，所述第一保护层7上设有第二支撑层10，所述第二支撑层10为氮化硅，所述第二支撑层10与所述第一保护层7之间形成第二谐振腔17，所述第二支撑层10上设有第二通孔12，所述第二通孔12终止于所述金属电极6-1，所述第二支撑层10上和第二通孔12内设有电极金属层11，所述电极金属层11包括设置在所述第二通孔12内的电极金属连线11-1和设置在所述第二支撑层10上电极金属11-2；
所述电极金属11-2上设有热敏层13，所述热敏层13通过所述电极金属层11与所述金属电极层6电连接；所述热敏层13上和电极金属层11上设有第二保护层14，所述热敏层13为氧化钒、氧化钛、多晶硅、氧化锰或氧化钴，所述金属电极层6为v、ti、nicr或tin；
所述第二保护层14上设有偏振结构，所述偏振结构为金属光栅结构，所述金属光栅结构包括若干个依次排列的金属光栅17，相邻所述金属光栅17之间的间隔为10～500nm，所述金属光栅为直线型或弯曲型，且可以任意角度旋转或组合，如图9-11所示。
本发明还涉及上述双层偏振非制冷红外探测器结构的制备方法，以下结合附图对该方法进行描述。
实施例一
一种双层偏振非制冷红外探测器结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在包含读出电路半导体基座1上制作金属反射层2，并对金属反射层2进行图形化处理，图形化后的金属反射层2形成若干个金属块2-1；所述金属块2-1与半导体基座1上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层2上沉积绝缘介质层3，并对绝缘介质层3进行图形化处理，并露出金属块2-1，如图1所示；
步骤2：在所述的绝缘介质层3上沉积第一牺牲层4，并对第一牺牲层4进行图形化处理，在图形化处理后的第一牺牲层4上沉积第一支撑层5，如图2所示；
步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第一支撑层5，第一支撑层5蚀刻终止于所述金属块2-1，形成第一通孔8，在所述第一通孔8内和所述第一支撑层5上沉积金属电极层6，并对金属电极层6进行图形化处理，形成金属电极6-1和金属连线6-2；
步骤4：在图形化后的金属电极层6上利用化学气相沉积的方法沉积第一保护层7，如图3所示；
步骤5：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分所述第一保护层7和第一支撑层5，蚀刻终止于所述第一牺牲层4，露出部分第一牺牲层4，如图4所示；
步骤6：在蚀刻后的第一保护层7和露出的第一牺牲层4上沉积第二牺牲层9，并对第二牺牲层9进行图形化处理，在图形化处理后的第二牺牲层9上沉积第二支撑层10，如图5所示；
步骤7：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分第二支撑层10和第一保护层7，形成第二通孔12，所述第二通孔12蚀刻终止于所述金属电极6-1，然后，在所述第二支撑层10和第二通孔12内沉积电极金属层11，并对电极金属层11进行图形化处理，蚀刻掉部分电极金属层11，露出部分第二支撑层10，形成在第二通孔12内的电极金属连线11-1和在所述第二支撑层10上电极金属11-2，如图6所示；
步骤8:在图形化后的电极金属层11和露出的第二支撑层10上沉积热敏层13，如图7所示；
步骤9：在热敏层13上采用化学气相沉积的方法沉积第二保护层14，并对第二保护层14进行图形化处理；
步骤10：在第二保护层14上制备金属光栅结构时，先利用物理气相沉积或溅射在所述第二保护层14上沉积或者溅射一层金属薄膜，再利用干法刻蚀工艺刻蚀光栅图形，使相邻所述金属光栅17之间的间隔为10～500nm；
步骤11:将探测器放入结构释放设备中，进行结构释放，去除第一牺牲层4和第二牺牲层9，形成探测器的微桥结构和偏振结构，如图9所示。
实施例二
与实施例一不同的是步骤10中制备金属光栅结构时，先在第二支撑层上旋涂光刻胶或pi，利用光刻技术在光刻胶涂层或pi涂层上得到光栅图形，光栅间隔10～500nm，然后，利用物理气相沉积或溅射在光刻好的光刻胶或pi涂层上沉积或溅射金属薄膜，最后，利用剥离工艺去除光刻胶或pi涂层，并将多余的金属薄膜剥离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
