專利名稱：一種紅外探測器及其制造方法
一種紅外探測器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)城
本發(fā)明涉及紅外探測器的制造工藝，具體地說，涉及一種紅外探測器及其 制造方法。
背景技術(shù)：
微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS ) 4支術(shù)具有4效小、 智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優(yōu)點，故其已開始廣泛 應(yīng)用在包括紅外探測技術(shù)領(lǐng)域的諸多領(lǐng)域。紅外探測器是紅外探測技術(shù)領(lǐng)域中 應(yīng)用非常廣泛的一種MEMS產(chǎn)品，它利用探測器敏感材料層(通常為非晶硅或 氧化釩)吸收紅外線且將其轉(zhuǎn)化成電信號，據(jù)此來實現(xiàn)熱成像功能，其可用于 電力網(wǎng)絡(luò)的安全檢測、森林火警的探測以及人體溫度的探測和其他場所。
紅外探測器中探測器敏感材料層和金屬電極的質(zhì)量對紅外探測器的質(zhì)量有 著極其重要的影響。現(xiàn)有技術(shù)在制造紅外探測器時，先通過化學(xué)氣相沉積工藝 (CVD)依次在硅村底上沉積探測器犧牲層，釋放保護和支撐層，以及探測器 敏感材料層，接著在該探測器敏感材料層上沉積金屬層，然后光刻出金屬電極 圖形，再通過濕法或者干法刻蝕工藝將^t感材料4笨測層上沒有光刻膠保護的金 屬層去除并形成金屬電極。上述直接在探測器敏感材料層上沉積金屬層并通過 光刻和刻蝕工藝形成金屬電極的工藝因直接在探測器敏感材料層上進行刻蝕， 會在該探測器敏感材料層上形成刻蝕損傷或污染，這些污染或損傷會對紅外揮: 測器的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，例如其均勻性、靈敏度會大大降低，金屬電極間產(chǎn) 生短路。
需要說明的是，在制造紅外探測器時，還包括通過釋^L工藝去除犧牲層材 料以形成半懸空的樣i橋結(jié)構(gòu)的步驟，該孩i橋結(jié)構(gòu)由支撐層支撐，故釋放保護和 支撐層對于該步驟以及整個紅外探測器結(jié)構(gòu)都具有非常重要的作用，在具體制 作時，可以采用兩層結(jié)構(gòu)分別作為釋放保護層和支撐層，也可以釆用一層結(jié)構(gòu)
同時實現(xiàn)釋放保護和支撐的作用。然而，關(guān)于微橋結(jié)構(gòu)以及釋放保護和支撐層 的制造工藝并非本發(fā)明的重點，故在此不作進一步展開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種紅外探測器及其制造方法，以避免在 制造紅外探測器時損傷或污染探測器敏感材料層而影響紅外探測器的質(zhì)量。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種紅外探測器，包括硅村底、依次 形成于硅襯底上的探測器犧牲層、釋放保護和支撐層，以及依次形成于釋放保 護和支撐層上的金屬電極和探測器敏感材料層。其中，所述探測器敏感材料層 形成于金屬電極表面和未被金屬電極覆蓋的釋放保護和支撐層表面，或者所述 探測器敏感材料層覆蓋于釋放保護和支撐層表面并填充在相鄰金屬電極之間。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種紅外探測器制造方法，其包括以下步驟1) 在硅襯底上制作探測器犧牲層；2)在探測器犧牲層上制作支撐層；3)在支撐 層上沉積制M屬層；4)在所述金屬層上涂布光刻膠并光刻刻蝕出金屬電極； 5)在步驟4制作完成的器件結(jié)構(gòu)表面沉積探測器敏感材料層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種紅外探測器及其制造方法，先制作金屬 電極，并通過光刻刻蝕實現(xiàn)其圖形化，然后再淀積探測器敏感材料層。由于探 測器敏感材料層制作完之后不會再經(jīng)歷金屬電極的光刻刻蝕工序，因而大大減 少了后續(xù)工藝對探測器敏感材料層的刻蝕損傷和污染，并能避免金屬電極間的 短路，相應(yīng)地可大大提高該紅外探測器的性能、成品率和可靠性。


圖1為本發(fā)明第一實施例的紅外探測器的結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖2為本發(fā)明第一實施例的紅外探測器的金屬電極、探測器敏感材料層制 造方法的流程圖。
圖3為完成圖2中步驟S3后紅外探測器的結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖4為完成圖2中步驟S4后紅外探測器的結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖5為本發(fā)明第二實施例的紅外探測器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種紅外探測器及其制造方法的較佳實施例 作詳細描述，以期進一步理解本發(fā)明的纟支術(shù)方案、目的以及有益效果。 第一實施例
圖1為本發(fā)明的紅外探測器的剖視圖。紅外探測器包括硅襯底l、依次層 疊在硅襯底1上的探測器犧牲層2、釋放保護和支撐層3、金屬電極40、敏感材 料探測層5。其中探測器犧牲層2為多孔硅或非晶硅犧牲層或二氧化硅(Si02 ); 探測器敏感材料層5為非晶硅或氧化釩或其他材^h釋，放保護和支撐層3可以 是二氧化硅(Si02)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)或 其他基于硅(Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)或其他成分的介質(zhì)薄膜，也 可以是非化學(xué)計量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可為摻有硼 (B)、磷(P)、碳(C)或其他元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼 磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。
請參閱圖1并結(jié)合圖2，圖2為圖1所示的紅外探測器制造方法流程圖。本 發(fā)明的紅外探測器制造方法包括以下步驟
步驟Sl,在硅襯底上制作探測器犧牲層2。在本實施例中，所述探測器犧 牲層2為聚酰亞胺(polymide)或硅(Si)或二氧化硅(Si02),其通過涂敷或 者化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)制作，并通過化學(xué)刻蝕工藝進行釋放。
步驟S2，在探測器犧牲層2上制作釋放保護和支撐層3。所述的釋放保護 和支撐層3可通過原子層沉積(ALD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離 子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、亞常壓化學(xué) 氣相沉積(SACVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝制備。 在本實施例中，該釋放保護和支撐層3采用兩層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其中，釋放保護層 為二氧化硅，支撐層為氮化硅。
步驟S3，通過物理氣相沉積工藝沉積制備金屬層4，所述金屬層4可為鈦、 鉭、氮化鈦、氮化鉭、上下層疊的氮化鈦和鈦或上下層疊的鉭和氮化鉭。在本 實施例中，所述金屬層4為上下層疊的氮化鈥和鈦。完成步驟S3之后的器件結(jié) 構(gòu)請參見圖3。
步驟S4，在所述金屬層4上涂布光刻膠并光刻刻蝕出所述金屬電極40。其
金屬電極刻蝕工藝停在釋放保護和支撐層3上，金屬電極40與釋放保護和支撐 層3的刻蝕選擇比大于一預(yù)i殳安全值，所述預(yù)i殳安全值為10，在此可通過刻蝕 氣體為氬氣(Ar)、三氟曱烷(CHF3)、三氯化硼(BC13)或氯氣(C12)的 等離子干法刻蝕工藝刻蝕所述金屬電極。在本實施例中，通過刻蝕氣體為氬氣 的等離子干法刻蝕工藝刻蝕所述金屬電極4。
參見圖4，并結(jié)合參見圖3,圖4顯示了完成步驟S4后的紅外探測器的結(jié) 構(gòu)，如圖所示，圖形化的金屬電極40位于釋放保護和支撐層3上。
步驟S5，在金屬電極40以及未被金屬電極40覆蓋的釋放保護和支撐層3 表面，通過化學(xué)氣相沉積工藝制作探測器敏感材料層5，所述化學(xué)氣相沉積工藝 可以是ALD、 LPCVD、 PECVD、 APCVD、 SACVD或HDPCVD。在本實施例 中，探測器敏感材料層5為摻硼的非晶硅。
參見圖1，并結(jié)合參見圖3和圖4，圖1顯示了完成步驟S5后的紅外探測 器的結(jié)構(gòu)，如圖所示，探測器敏感材料層5位于圖形化后的金屬電極40之上。
第二實施例
本實施例的制造方法與第一實施例的不同之處在于，在步驟S5后，即在圖 l所示的紅外探測器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了一步去除部分探測器敏感材料層，以 暴露出金屬電極40或釋放保護和支撐層3或犧牲層2。
探測器敏感材料層去除的多少根據(jù)工藝需要而定，若只需暴露出金屬電極 40,則只需在圖1所示的紅外探測器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，把覆蓋在金屬電極40上的探 測器敏感材料層刻蝕掉，并加以平坦化處理即可，完成制作后的紅外探測器結(jié) 構(gòu)圖如圖5所示，該探測器敏感材料層5'覆蓋于釋放保護和支撐層3表面并填 充在相鄰金屬電極40之間。如果需要暴露出釋放保護和支撐層3，則只要把對 應(yīng)部分的探測器敏感材料層刻蝕掉，如需進一步暴露出犧牲層2，則繼續(xù)刻蝕對 應(yīng)部分的釋放保護和支撐層3,從而得到所需的探測器結(jié)構(gòu)。
從上述描述可知，本發(fā)明提供的一種紅外探測器及其制造方法，將金屬電 極的制作步驟放到探測器敏感材料層的沉積步驟之前，如此可避免后續(xù)工藝損 傷或污染探測器敏感材料層，并避免電極之間的短路，同時可大大提高紅外探 測器的性能、成品率和可靠性。
需說明的是，本發(fā)明中所述的紅外探測器可為非制冷式紅外探測器或制冷 式紅外探測器，
權(quán)利要求
1. 一種紅外探測器，包括硅襯底及依次形成于硅襯底上的探測器犧牲層、釋放保護和支撐層，其特征在于，所述紅外探測器還包括依次形成于釋放保護和支撐層上的金屬電極和探測器敏感材料層。
2. 如權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，所述纟笨測器敏感材料層形成 于金屬電極表面和未被金屬電極覆蓋的釋放保護和支撐層表面。
3. 如權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，所述探測器敏感材料層覆蓋 于釋放保護和支撐層表面并填充在相鄰金屬電極之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，所述釋放保護和支撐層為二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅，或者非化學(xué)計量比的二氧化硅、氮氧化 硅、氮化硅、碳化硅，或者摻雜有硼、磷、碳或氟元素的上述材料。
5. 如權(quán)利要求1所迷的紅外探測器，其特征在于，所述探測器犧牲層為多孔硅或非晶硅犧牲層或二氧化硅層。
6. 如權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，所述探測器敏感材料層為非晶硅或氧化釩。
7. —種紅外探測器制造方法，其特征在于，包括以下步驟1) 在硅襯底上制作探測器犧牲層；2) 在探測器犧牲層上制作釋放保護和支撐層； 3 )在釋放保護和支撐層上沉積制備金屬層；4) 在所述金屬層上涂布光刻膠并光刻刻蝕出金屬電極；5) 在步驟4制作完成的器件結(jié)構(gòu)表面沉積探測器敏感材料層。
8. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟l中，在硅襯底上制作探測器犧牲層，是通過涂敷或者化學(xué)氣相沉積工藝制成，并通過化學(xué)刻蝕工藝進行釋放。
9. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟2中，釋 放保護和支撐層通過原子層沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、等離子增強化學(xué)氣相沉 積、常壓化學(xué)氣相沉積、亞常壓化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 工藝制備。
10. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟3中， 金屬層為鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、上下層疊的氮化鈦和鈦，或上下層疊的鉭 和氮化鉭。
11. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟4中， 通過刻蝕氣體為氬氣、三氟甲烷、三氯化硼或氯氣的等離子干法刻蝕工藝刻蝕 所述金屬電極。
12. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟4中， 金屬電極刻蝕工藝停止在釋放保護和支撐層上。
13. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟4中， 金屬電極與釋放保護和支撐層的刻蝕選擇比大于一預(yù)設(shè)安全值。
14. 如權(quán)利要求13所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)安全值 為10。
15. 如權(quán)利要求7所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，所述步驟5之后 還包括步驟6:去除部分探測器敏感材料層，以暴露出金屬電極或釋放保護和支 撐層或犧牲層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外探測器及其制造方法，涉及紅外探測器的制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的一種紅外探測器結(jié)構(gòu)包括硅襯底、依次層疊在硅襯底上的探測器犧牲層、釋放保護和支撐層、金屬電極和探測器敏感材料層，其中，探測器敏感材料層形成于金屬電極表面和未被金屬電極覆蓋的釋放保護和支撐層表面，或者覆蓋于釋放保護和支撐層表面并填充在相鄰金屬電極之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的紅外探測器及其制造方法，在制作完金屬電極之后再沉積探測器敏感材料層，減少了后續(xù)工藝對探測器敏感材料層的損傷，并能避免金屬電極間的短路，相應(yīng)地可提高該紅外探測器的性能、成品率和可靠性。
文檔編號B81B7/02GK101386402SQ200810201309
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者姜利軍, 康曉旭 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司;浙江大立科技股份有限公司