一种MEMS图像传感器像元的制作方法

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种mems图像传感器像元。

背景技术：

目前，mems图像传感器的像元结构都是以平面结构设计并加工的，参见图1和图2，由桥面10、桥臂11、桥墩12和衬底13组成。像元桥面和桥臂在同一个平面内，桥臂采用直线型设计，即一定尺寸大小的像元，桥面的面积占比较大时，桥臂的面积占比会较小，反之亦然。要保证器件优越的netd（噪声等效温差）指标，可以通过增大桥面的面积或减小桥臂的热导来实现。

然而随着大面阵小像元的发展趋势，像元的尺寸越来越小，通过增大桥面的面积受到限制，要提升netd指标，可以通过减小桥臂的热导，减小桥臂的热导可以通过增加长度、减小厚度、缩小宽度及更换热导率小的材料来实现，但对某一种材料来说，减小厚度可能导致电阻值急剧增大，影响其它性能；缩小宽度会受到工艺设备的限制；更换热导率小的材料会带来工艺的兼容性问题，因此要进一步提高netd指标，局限性明显。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种mems图像传感器像元，通过立体结构设计增加桥臂的长度，减小热导，具体技术方案如下：

一种mems图像传感器像元，包括衬底、桥墩、桥面和桥臂，所述桥面通过桥臂和桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将桥面上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，所述桥臂的横截面呈周期性曲折状。

进一步地，所述桥臂的横截面呈连续的梯形波形、正弦波形、方波形或锯齿形中的一种。

进一步地，所述桥臂底端到衬底的距离大于0.2μm。

优选地，所述桥臂的横截面呈连续的梯形波形，所述梯形波形的底角为80°。

优选地，所述桥臂底端到衬底的距离为0.5μm。

优选地，所述图像传感器为红外热成像传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明将桥臂的横截面设计成周期性曲折状，可以在有限的空间内，更大限度的延长桥臂，从而减小热导，提升netd指标。

附图说明

图1是现有技术像元结构示意图；

图2是现有技术像元的剖面图；

图3是本发明像元结构剖面图a；

图4是本发明像元结构剖面图b；

图5是本发明像元结构剖面图c；

图6是本发明像元结构剖面图d。

具体实施方式

下面结合图1至图6，对本发明的实施方式和具体的操作过程作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明公开了一种立体结构的mems图像传感器像元，参见图3至图6，包括衬底13、桥墩12、桥面10和桥臂11，桥面10通过桥臂11和桥墩12固定在衬底13上，并通过桥墩12中的引线将桥面10上产生的电信号传递至衬底13上的读出电路，从而检测出电流或电阻的变化，最终实现对红外辐射的探测，进而成像；本发明的关键在于：桥臂11的横截面呈周期性曲折状。周期性曲折状的结构设计可以在有限的像元空间内，更大限度的延长桥臂，从而减小像元的热导，提升netd指标。

进一步地，桥臂的横截面呈连续的梯形波形（图3）、正弦波形（图4）、方波形（图5）或锯齿形（图6）中的一种。桥臂底端到衬底的距离大于0.2μm，以避免桥臂发生微量形变时与衬底接触。相比像元桥面和桥臂在同一个平面内的直线型传统设计，本发明采用连续的波形结构，不仅有效延长桥臂的长度，减小热导，而且易于实现工艺制作。为了避免热短路，优选桥臂底端到衬底的距离为0.5μm。

经过多次工艺实验，优选桥臂的横截面呈连续的梯形波形。梯形波形的底角设为ф，参见图3，底角ф小于90°，优选底角ф为80°。与传统直线型桥臂相比，采用此种结构，桥臂长度增加了约85%，即在其它条件不变时，像元的netd指标提升了约85%。

优选地，mems图像传感器为红外热成像传感器，虽然本发明尤其适用于mems红外热成像传感器，但仍然可以应用于其他类型图像传感器，例如thz传感器，只要是通过像元吸收电磁波辐射能量实现成像的图像传感器，都可以采用本发明提供的立体结构延长桥臂，以减小热导提升netd指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种mems图像传感器像元，包括衬底、桥墩、桥面和桥臂，所述桥面通过桥臂和桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将桥面上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，其特征在于，所述桥臂的横截面呈周期性曲折状。

2.根据权利要求1所述的一种mems图像传感器像元，其特征在于，所述桥臂的横截面呈连续的梯形波形、正弦波形、方波形或锯齿形中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种mems图像传感器像元，其特征在于，所述桥臂底端到衬底的距离大于0.2μm。

4.根据权利要求2所述的一种mems图像传感器像元，其特征在于，所述桥臂的横截面呈连续的梯形波形，所述梯形波形的底角为80°。

5.根据权利要求3所述的一种mems图像传感器像元，其特征在于，所述桥臂底端到衬底的距离为0.5μm。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种mems图像传感器像元，其特征在于，所述图像传感器为红外热成像传感器。

技术总结
本发明公开了一种MEMS图像传感器像元，包括衬底、桥墩、桥面和桥臂，桥面通过桥臂和桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将桥面上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，所述桥臂的横截面呈周期性曲折状。本发明将桥臂的横截面设计成周期性曲折状，可以在有限的空间内，更大限度的延长桥臂，从而减小热导，提升NETD指标。

技术研发人员：巨锦华;林晓东
受保护的技术使用者：中科微机电技术(北京)有限公司
技术研发日：2020.03.16
技术公布日：2020.06.02