本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)工藝制造領(lǐng)域，具體涉及一種微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化鈦熱敏薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

微測(cè)輻射熱計(jì)(micro-bolometer)是基于具有熱敏特性的材料在溫度發(fā)生變化時(shí)電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化而制造的一種非制冷紅外探測(cè)器。工作時(shí)對(duì)支撐在絕熱結(jié)構(gòu)上的熱敏電阻兩端施加固定的偏置電壓或電流源，入射紅外輻射引起的溫度變化使得熱敏電阻阻值減小，從而使電流、電壓發(fā)生改變，并由讀出電路(roic)讀出電信號(hào)的變化。作為熱敏電阻的材料必須具有較高的電阻溫度系數(shù)(tcr)，較低的1/f噪聲，適當(dāng)?shù)碾娮柚岛头€(wěn)定的電性能，以及易于制備等要求。

在非制冷紅外探測(cè)器的生產(chǎn)過程中，熱敏電阻材料可以說是其中最基本的組成之一。其原理是通過制作的薄膜材料，吸收紅外輻射引起自身溫度變化時(shí)，其電阻將發(fā)生變化，而后將這種變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化，以便讀出響應(yīng)信號(hào)，達(dá)到檢測(cè)的目的。目前市場(chǎng)上比較成熟的主流熱敏電阻材料主要有氧化釩(vox)和非晶硅(a-si)。氧化釩薄膜的制備主要采用離子束反應(yīng)濺射沉積，通氬氣和氧氣的混合氣體，控制功率、溫度、氣壓等參數(shù)，濺射釩金屬靶材，得到混合相得氧化釩薄膜。非晶硅薄膜的制備主要采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，使用純的或者氫稀釋的硅烷或者乙硅烷作為源氣體，控制等離子體功率密度、襯底溫度、饋氣濃度、氣壓、氣體流速、磁場(chǎng)和等離子體激發(fā)頻率等參數(shù)得到非晶硅薄膜。

傳統(tǒng)制備氧化鈦的方法多為制作飽和態(tài)的二氧化鈦(tio2)，是一種絕緣體，不適合用來制作微測(cè)輻射熱計(jì)的熱敏層，在制備氧原子不飽和的氧化鈦時(shí)，需要嚴(yán)格控制氧氣的比例。

現(xiàn)有的氧化釩薄膜性能優(yōu)異，沉積條件與cmos工藝兼容，但是釩元素的引入使得氧化釩薄膜制備及其后續(xù)工藝必須采用專用設(shè)備，而不能夠直接與cmos工藝設(shè)備共用，產(chǎn)品研發(fā)與量產(chǎn)投入較高；非晶硅薄膜主要存在閃爍噪聲較大的問題，不利于進(jìn)一步提升非微測(cè)輻射熱計(jì)的性噪比并降低其低頻噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種性能穩(wěn)定且能夠用于微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化鈦敏感薄膜的制備方法。

本發(fā)明中解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化鈦敏感薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)待沉積氧化鈦薄膜的晶圓進(jìn)行清潔處理；

步驟2：提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)具有鈦靶材和待沉積氧化鈦的晶圓，所述晶圓的襯底溫度控制在10～200℃，所述晶圓放在設(shè)置在真空腔體的載體上，所述載體上設(shè)有加熱裝置；

步驟3：調(diào)整真空腔體的溫度，所述真空腔體壁上設(shè)有控制溫度的裝置，使其溫度控制在10～100℃，同時(shí)通入氬氣和氧氣，其中氧氣占總氣體流量的比例不低于0.5％，且低于10％，總氣體流量保持在50～150sccm；

步驟4：預(yù)濺射鈦靶材5～10min，可以用隔板將腔體隔開，使鈦靶材表面的氧化層濺射到隔板上；

步驟5：進(jìn)行反應(yīng)濺射，使用離子束轟擊鈦靶材，使鈦濺射到晶圓表面，鈦和腔體中的氧氣或氧離子反應(yīng)，生成氧化鈦薄膜。

本發(fā)明的有益效果：

(1)通過嚴(yán)格控制氧氣的通入比例，使其與鈦不能充分反映，制作的氧化鈦薄膜是tino2n-1，氧原子不飽和，薄膜呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)，能夠滿足微測(cè)輻射熱計(jì)熱敏層的使用要求，相對(duì)氧化釩來講，具有較好的穩(wěn)定性，相同操作條件下，電阻回復(fù)速度也相對(duì)較快，電阻記憶效應(yīng)較少；相對(duì)非晶硅來講，閃爍噪聲較小，對(duì)非制冷紅外探測(cè)器性能有較大提升；

(2)全球鈦礦儲(chǔ)備量大，在兼顧到性能和成本的前提下，氧化鈦薄膜將是未來消費(fèi)類非制冷紅外熱像儀的熱門選擇之一。

進(jìn)一步，還包括步驟6：退火處理，對(duì)生成的氧化鈦薄膜進(jìn)行退火處理。

采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：退火處理能夠使氧化鈦薄膜的物理、化學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定，暴露在空氣中不易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，以及后續(xù)在微測(cè)輻射熱計(jì)的使用中提供穩(wěn)定的薄膜性能。

進(jìn)一步，步驟1中，對(duì)晶圓采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝進(jìn)行濕法清洗。

進(jìn)一步，步驟1中，將晶圓放入真空腔體后，對(duì)晶圓采用離子銑進(jìn)行清潔處理。

進(jìn)一步，步驟3中，腔體壓力保持在10^-6～10pa之間。

進(jìn)一步，步驟6中，退火處理處于氧氣或氮?dú)夥諊鷷r(shí)，退火溫度控制在200～600℃，時(shí)間控制在20分鐘到2小時(shí)之間。

進(jìn)一步，步驟6中，退火處理處于真空氣氛時(shí)，退火溫度控制在200～600℃，時(shí)間控制在20分鐘到2小時(shí)之間。

進(jìn)一步，所述退火采用rtp或激光退火，所述激光退火為激光輻射晶圓表面，對(duì)氧化鈦表面進(jìn)行退火。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例中氧化鈦薄膜的制備流程圖；

圖2為本發(fā)明中使用的反應(yīng)濺射設(shè)備示意圖；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例一

一種微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化鈦熱敏薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)待沉積氧化鈦薄膜的晶圓4進(jìn)行清潔處理，對(duì)晶圓采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝進(jìn)行濕法清洗；

步驟2：提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)具有鈦靶材3和待沉積氧化鈦的晶圓4，所述晶圓4的襯底溫度控制在10～200℃，所述晶圓4放在設(shè)置在真空腔體的載體上，所述載體上設(shè)有加熱裝置；

步驟3：調(diào)整真空腔體的溫度，所述真空腔體壁上設(shè)有控制溫度的裝置，使其溫度控制在10～100℃，從氬氣輸入口1和氧氣輸入口1分別同步通入氬氣和氧氣，其中氧氣占總氣體流量的比例不低于0.5％，且低于10％，總氣體流量保持在50～150sccm；腔體壓力保持在10^-6～10pa之間；

步驟4：預(yù)濺射鈦靶材5～10min，可以用隔板將腔體隔開，使鈦靶材表面的氧化層濺射到隔板上；

步驟5：進(jìn)行反應(yīng)濺射，使用離子束轟擊鈦靶材3，使鈦濺射到晶圓表面，鈦和腔體中的氧氣或氧離子反應(yīng)，生成氧化鈦薄膜。

步驟6：退火處理，處于氧氣或氮?dú)夥諊鷷r(shí)，退火溫度控制在200～600℃，時(shí)間控制在20分鐘到2小時(shí)之間。

實(shí)施例二

與實(shí)施例一不同的是，步驟1中，對(duì)晶圓的清潔處理為：將晶圓放入真空腔體后，對(duì)晶圓采用離子銑進(jìn)行清潔處理；步驟6中，是先用抽氣泵連接腔體排氣口5，將腔體內(nèi)的氣體抽出，處于真空氛圍時(shí)，采用rtp或激光退火，所述激光退火為激光輻射晶圓表面，對(duì)氧化鈦表面進(jìn)行退火，退火溫度控制在200～600℃，時(shí)間控制在20分鐘到2小時(shí)之間。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化鈦熱敏薄膜的制備方法，包括以下步驟：步驟1：對(duì)待沉積氧化鈦薄膜的晶圓進(jìn)行清潔處理；步驟2：提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)具有鈦靶材和待沉積氧化鈦的晶圓，所述晶圓的襯底溫度控制在10～200℃；步驟3：調(diào)整真空腔體的溫度，使其溫度控制在10～100℃，同時(shí)通入氬氣和氧氣，其中氧氣占總氣體的比例不低于0.5％，且低于10％，總氣體流量保持在50～150sccm；步驟4：預(yù)濺射鈦靶材5～10min，去除鈦靶材表面的氧化層；步驟5：進(jìn)行反應(yīng)濺射，使用離子束轟擊鈦靶材，使鈦濺射到晶圓表面，鈦和真空腔體中的氧氣或氧離子反應(yīng)，生成氧化鈦薄膜；步驟6：退火處理。

技術(shù)研發(fā)人員：楊鑫;王宏臣;陳文禮;王鵬;甘先鋒;董珊;孫豐沛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.07.28