專利名稱：具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法，特別是涉及一種用于通過分光鏡(spectroscopic)設(shè)計(jì)以共振吸收穿過包括空腔的λ/4光學(xué)路徑的紅外線來提高吸收率并且通過1)使象素關(guān)于其對(duì)角線對(duì)稱；2)在具有切口區(qū)域的吸收-傳輸層中形成夾層結(jié)構(gòu)；以及3)形成包括氮化硅層的緩沖層以防止由于發(fā)熱引起的多種應(yīng)力造成的傳感器變形的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，存在兩種類型的紅外傳感器(下文中將其稱為“IR傳感器”)，即，致冷IR傳感器和非致冷IR傳感器。致冷IR傳感器檢測(cè)由紅外線的光子和物體的電子的相互作用而產(chǎn)生的電信號(hào)。非致冷IR傳感器通過檢測(cè)由物體吸收的紅外線產(chǎn)生的熱量變化來工作。致冷IR傳感器主要包括半導(dǎo)體器件并且提供低噪音和快的響應(yīng)時(shí)間。然而，致冷IR傳感器存在一些缺點(diǎn)。例如，需要-193℃的液氮溫度來激活致冷IR傳感器。非致冷IR傳感器的性能相對(duì)差，但其能在常溫下工作。因此，需要冷卻處理的致冷IR傳感器主要用于軍事工業(yè)。另一方面，非致冷IR傳感器主要生產(chǎn)用于民用。
非致冷IR傳感器又被分成測(cè)輻射熱計(jì)型、熱電偶型及焦熱電型。焦熱電型IR傳感器具有較高的探測(cè)靈敏度但是產(chǎn)量較低。與焦熱電型IR傳感器相比，測(cè)輻射熱計(jì)型IR傳感器和熱電偶型IR傳感器都具有相對(duì)較低的探測(cè)靈敏度，但是通過將紅外傳感器與檢測(cè)電路一起制造在單硅晶片上(單片電路型)可以獲得較高的產(chǎn)量。因此，測(cè)輻射熱計(jì)型IR傳感器和熱電偶型IR傳感器都符合民用的要求。測(cè)輻射熱儀型IR傳感器通過吸收來自物體的紅外線，將吸收的紅外線轉(zhuǎn)換為引起溫度增加的熱能，以及測(cè)量由該熱變化引起的阻抗變化來檢測(cè)紅外線。
圖1示出了在專利號(hào)為No.5,300,915美國(guó)專利文獻(xiàn)中公開的名稱為“thermal sensor(熱感式傳感器)”的兩層測(cè)輻射熱紅外傳感器的示意圖。
參照?qǐng)D1，該兩層測(cè)輻射熱紅外傳感器10包括凸起的上層11和下層12。該下層具有諸如硅襯底的平面半導(dǎo)體襯底。該硅襯底表面具有集成電路的多個(gè)組件，包括二極管、x總線和y總線、連接線路(connection)及x總線末端的接觸焊盤。凸起的上層11包括第一氮化硅層、測(cè)輻射熱計(jì)層、設(shè)置在第一氮化硅層和測(cè)輻射熱計(jì)層之間的第二氮化硅層以及設(shè)置在第二氮化硅層上方的紅外吸收層。所述上層11和下層12被一空腔隔開。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的紅外傳感器中存在著許多問題。例如，在所述凸起的上層上設(shè)置有多個(gè)支撐件，從而減小了用于吸收紅外線的整個(gè)區(qū)域。因此，幾乎不能獲得用于吸收紅外線的最大區(qū)域。
專利號(hào)為No.10-299642和No.10-299643的韓國(guó)專利文獻(xiàn)、專利號(hào)為No.6,441,374及No.6,448,557的美國(guó)專利文獻(xiàn)公開了用于提高紅外傳感器的靈敏度及其占空因數(shù)的紅外傳感器及其制造方法，例如分別介紹了具有三層的測(cè)輻射熱傳感器、制造具有三層的測(cè)輻射熱傳感器的方法、具有包括紅外反射層的三層測(cè)輻射熱傳感器以及具有熱量分離結(jié)構(gòu)的熱感式紅外線探測(cè)器。
然而，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，使用紅外傳感器的電特性和結(jié)構(gòu)特性來提高吸收率。因而，與基于分光鏡方法設(shè)計(jì)的紅外傳感器相比，現(xiàn)有技術(shù)的紅外傳感器只提供了相對(duì)低的吸收率。此外，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法的紅外線吸收測(cè)輻射熱儀中，吸收紅外線的上部從底部凸起(也就是形成了空腔)，從而導(dǎo)致了紅外傳感器上部的變形，因而不利地影響了紅外傳感器的特性。
為了解決這些問題，提供有幾個(gè)解決方案。例如，在公開號(hào)為No.2000-46515的韓國(guó)專利文獻(xiàn)中公開了一種具有三層的紅外傳感器，其包括氧化硅層、測(cè)輻射熱計(jì)層以及位于所述氧化硅層上方和下方并且包圍所述測(cè)輻射熱計(jì)層以防止空氣中的蒸氣與氧化硅層之間的反應(yīng)引起的紅外傳感器變形的氮氧化硅層。在公開號(hào)為No.2000-04158的韓國(guó)專利文獻(xiàn)中公開了一種測(cè)輻射熱紅外傳感器，該傳感器包括驅(qū)動(dòng)層、支撐層、位于驅(qū)動(dòng)層和支撐層之間的背襯層以及吸收層。
盡管有這些解決方案，但是仍然存在著許多缺點(diǎn)。詳細(xì)地說，還需要額外的工藝以形成氮氧化硅層并且代替蒸氣的發(fā)熱仍然會(huì)引起上部的變形。此外，背襯層的形成也需要額外的工序并且減小了紅外吸收區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明意在提供一種具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法，以消除由于現(xiàn)有技術(shù)的局限及缺點(diǎn)帶來的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)主要目的在于提供一種具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法，其通過用于共振吸收紅外線的分光鏡設(shè)計(jì)能夠提高吸收率，通過形成緩沖層能夠防止由于發(fā)熱產(chǎn)生的應(yīng)力引起的傳感器變形并且能夠優(yōu)化象素結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)這些目的及其它的優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文中具體及寬泛的描述，本發(fā)明提供了一種包括讀取集成電路(Read Out IC)(下文中將其稱為“ROIC”)襯底和多個(gè)象素的紅外傳感器，其包括位于所述ROIC襯底上的第一緩沖層；位于所述第一緩沖層上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方的用于共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層包括位于所述空腔上方的第一絕緣層、位于所述第一絕緣層上的第二緩沖層、位于所述第二緩沖層上的測(cè)輻射熱計(jì)層、位于所述測(cè)輻射熱計(jì)層上的第二絕緣層和位于所述第二絕緣層上的吸收—傳輸層；以及位于所述ROIC襯底上用于支撐所述上層的包含多于一對(duì)固定件的單位象素。
此外，本發(fā)明的另一目的通過包括ROIC襯底和多個(gè)象素的紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)，該傳感器包括位于所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方用于共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層具有關(guān)于所述象素的對(duì)角線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)并且具有固定件以及位于吸收—傳輸層上方和下方的測(cè)輻射熱計(jì)層；位于所述象素端部彼此成對(duì)角相對(duì)的第一固定件和第二固定件，其中所述第二固定件用作與位于所述ROIC襯底上的讀取訪問終端相連接的電極并且所述第二固定件之間的距離小于第一固定件之間的距離。
而且，本發(fā)明的又一目的通過包括ROIC襯底及多個(gè)象素的紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)，其包括位于所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方用于共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層形包括在其中間具有切口區(qū)域的吸收—傳輸層和在所述吸收—傳輸層的上方和下方的測(cè)輻射熱計(jì)層；以及設(shè)置在所述象素的邊緣用于支撐所述上層并用作電極的固定件。
此外，本發(fā)明的又一目的通過包括如下步驟的制造紅外傳感器的方法來實(shí)現(xiàn)在ROIC襯底上形成反射金屬層；通過SOP涂覆在所述反射金屬層上沉積犧牲層并通過等離子體去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上設(shè)置測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層；在所述犧牲層、測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層中形成導(dǎo)通孔；將金屬材料填入所述導(dǎo)通孔中以形成用作電極的固定件；以及通過去除犧牲層形成空腔。


通過下述結(jié)合附圖的詳細(xì)說明能更充分地理解本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖3為根據(jù)圖2所示的實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖5為根據(jù)圖4所示的實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的截面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖7為根據(jù)圖6所示的實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的象素的俯視圖；圖9為沿圖8中的A-A’線提取的截面圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的透視圖；圖11為沿圖10中的C-C’線提取的截面圖；
圖12至圖15為沿圖8中的A-A’線提取的截面圖，其描述了具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的制造過程；圖16為描述根據(jù)本發(fā)明的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的吸收率的圖表。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖2至圖11示出了按照本發(fā)明實(shí)施方式的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的單位象素的透視圖、截面圖以及俯視圖。
根據(jù)本發(fā)明，具有兩層結(jié)構(gòu)和50μm×50μm單元象素的紅外線傳感器包括底層100、上層200、兩層之間的空腔300以及用于支撐上層200的固定件(anchor)401、402、403、404a、404b、404c、404d及405。
底層100包括ROIC襯底101、111、121、131及151(下文中統(tǒng)稱為“1x1”)以及其上的反射金屬層102、112、132及152(下文中統(tǒng)稱為“1x2”)。反射金屬層1x2的材料選自由Ti(鈦)、AL(鋁)及鋁合金組成的材料組。優(yōu)選地，鈦材料的反射金屬層的厚度在2000埃()到5000埃()之間，鋁或鋁合金材料的反射金屬層的厚度在500埃()到10000埃()之間。包括氮化硅(SiNx)層的第一緩沖層(圖4、圖7、圖8及圖11中未示出)或者位于ROIC襯底1x1和反射金屬層1x2之間或者位于ROIC襯底之下。所述第一緩沖層能夠最小化由紅外傳感器產(chǎn)生的熱量而引起的應(yīng)力。
在各象素的端部設(shè)置有多于一對(duì)的固定件。各固定件可以起電極的作用。位于底層100和上層200之間的空腔300具有介于1μm和3μm之間的高度并且保持為空。
測(cè)輻射熱計(jì)層202、212、222、232及252(下文中統(tǒng)稱為“2x2)和吸收—傳輸層204、214、224、234及254(下文中統(tǒng)稱為“2x4)設(shè)置在空腔300上。測(cè)輻射熱計(jì)層2x2的材料選自由Ti，TiOx，VOx及摻雜非晶硅組成的材料組。測(cè)輻射熱計(jì)層2x2或者設(shè)置在上層200上或者具有特定的圖案。例如，由鈦制成的測(cè)輻射熱計(jì)層2x2可具有預(yù)先設(shè)定范圍在300(埃)和1500(埃)之間的厚度以及預(yù)先設(shè)定的面積比(即，測(cè)輻射熱計(jì)層與上層之間的面積比)以使得占空因數(shù)(即，吸收紅外線的有效區(qū)域)超過50％。由TiOx制成的測(cè)輻射熱計(jì)層2x2可以具有范圍在500(埃)和5000(埃)之間的厚度。由摻雜非晶硅制成的測(cè)輻射熱計(jì)層2x2可以具有范圍在500(埃)和3000(埃)之間的厚度并且可設(shè)計(jì)使其面積比超過80％。
吸收—傳輸層2x4設(shè)置在上層200的頂部表面上以提高吸收率。在此，吸收—傳輸層2x4通過對(duì)從反射金屬層1x2反射的紅外線與傳輸?shù)轿铡獋鬏攲?x4的紅外線之間的破壞性干擾而再吸收紅外線。為了進(jìn)行該再吸收，在距離反射金屬層1x2為λ/4(λ為檢測(cè)到的紅外線的中心波長(zhǎng))的位置處設(shè)置吸收—傳輸層2x4以在空腔300中吸收紅外線。
優(yōu)選地，吸收—傳輸層2x4的材料選自由Ti(鈦)、TiN(氮化鈦)和Cr(鉻)組成的材料組。優(yōu)選地，Ti或TiN材料的吸收—傳輸層2x4的厚度介于20(埃)到100(埃)之間，而Cr材料的吸收—傳輸層2x4的厚度則介于20(埃)到200(埃)之間。此外，第一絕緣層可設(shè)置在測(cè)輻射熱計(jì)層2x2的下方。第二絕緣層和第二緩沖層可設(shè)置在測(cè)輻射熱計(jì)層2x2與吸收—傳輸層2x4之間。在此，第一和第二絕緣層優(yōu)選地由二氧化硅(SiO2)制成。第二緩沖層優(yōu)選地由包括氮化硅的材料制成。上層200可包括用于熱絕緣的絕緣切口以及用于減小應(yīng)力并形成空腔300的蝕刻孔。構(gòu)成紅外傳感器單位象素的各層的各熱時(shí)間常數(shù)在33msec(毫秒)內(nèi)，優(yōu)選地介于2msec(毫秒)到5msec(毫秒)之間。在此，該熱時(shí)間常數(shù)是指紅外傳感器冷卻到其初始溫度與紅外傳感器增加的溫度之間的差的37％時(shí)花費(fèi)的時(shí)間。熱時(shí)間常數(shù)基于如下等式計(jì)算得出“熱時(shí)間常數(shù)＝熱容量/導(dǎo)熱系數(shù)”。如果兩個(gè)連續(xù)圖片之間的時(shí)間差大于33msec(毫秒)，則該熱時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于33msec(毫秒)以防止在肉眼中產(chǎn)生殘留影像。
下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參考圖2及圖3，具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器包括底層100、上層200及底層和上層之間的空腔300。
上層200包括用于電絕緣的第一絕緣層201、位于其上具有預(yù)定形狀的測(cè)輻射熱計(jì)層202、位于第一絕緣層201和測(cè)輻射熱計(jì)層202之上的第二絕緣層203以及位于第二絕緣層203之上的吸收—傳輸層204。降低蝕刻時(shí)間并且緩解單位象素物理應(yīng)力的蝕刻孔設(shè)置在上層200上并且具有小于5μm的直徑。此外，用于熱絕緣的絕緣切口設(shè)置在上層200上并且具有小于5μm的寬度。第一和第二絕緣層具有介于300(埃)到1500(埃)之間的厚度并且由二氧化硅(SiO2)材料制成。
測(cè)輻射熱計(jì)層被做成 圖案的形狀并且其寬度介于3μm到9μm之間。將測(cè)輻射熱計(jì)層202連接到固定件401的矩形區(qū)域面積介于5μm×5μm和10μm×10μm之間。吸收—傳輸層204由Ti(鈦)材料制成，其厚度介于40(埃)和70(埃)之間。
接下來參考圖4和圖5，另一具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的上層200包括測(cè)輻射熱計(jì)層212、吸收—傳輸層214、用作電極并用于將底層100和上層200相連接的固定件402以及用于熱絕緣的絕緣切口216。測(cè)輻射熱計(jì)層212和吸收—傳輸層214都設(shè)置在整個(gè)上層200上。測(cè)輻射熱計(jì)層優(yōu)選地由摻雜非晶硅制成。
接下來參考圖6及圖7，又一具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的上層200包括第一絕緣層220、位于第一絕緣層之上的第二緩沖層221以及測(cè)輻射熱計(jì)層222。在此，第一絕緣層優(yōu)選為厚度在0.65±0.1μm范圍之間的二氧化硅(SiO2)。第二緩沖層221優(yōu)選使用包括氮化硅(SiNx)的厚度在0.2±0.05μm范圍之間的材料制成。位于第二緩沖層頂部的測(cè)輻射熱計(jì)層222優(yōu)選使用包含Ti或TiOx(x＝1到3)的材料制成。鈦(Ti)材料的測(cè)輻射熱計(jì)層的厚度介于300(埃)和1500(埃)之間，而TiOx(氧化鈦)材料的測(cè)輻射熱計(jì)層的厚度介于500(埃)和5000(埃)之間。為減輕應(yīng)力，第一絕緣層和第二緩沖層可以交替而重復(fù)地在測(cè)輻射熱計(jì)層222下方形成。隨后，由二氧化硅制成的第二絕緣層223形成在測(cè)輻射熱計(jì)層222上，并且吸收—傳輸層224設(shè)置在所述第二絕緣層上。絕緣切口(未示出)在上層200上形成。
接下來，參考圖8及圖9(沿圖8中的A-A’線提取的截面圖)，又一具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的上層200關(guān)于象素的對(duì)角線對(duì)稱，呈蝴蝶形狀。該蝴蝶形狀能夠最小化由剪切應(yīng)力(shear stress)引起的紅外傳感器變形。此外，紅外傳感器通過使第一固定件404a和404b之間的距離大于第二固定件404c和404d之間的距離來減小阻抗，因此有效且高效地探測(cè)紅外線。此外，上層200包括用于去除犧牲層(sacrificial layer)(未示出)的蝕刻孔235以及用于熱絕緣的絕緣切口。第二固定件404c和404d不僅支撐上層200，還同時(shí)用作與設(shè)置在ROIC襯底上的讀取訪問終端連接的電極。沿圖8中B-B’線提取的截面圖(未示出)除第一電極404a和404b不與讀取訪問終端相連接外與圖9相同。此外，上層200還進(jìn)一步具有設(shè)置在測(cè)輻射熱計(jì)層232上方和/或下方的絕緣層或緩沖層。測(cè)輻射熱計(jì)層232由N型或P型摻雜非晶硅制成并且優(yōu)選地具有介于500(埃)和3000(埃)范圍之間的厚度。
最后，參考圖10及圖11(沿圖10中的C-C’線提取的截面圖)，又一具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的上層200包括吸收—傳輸層254以及在該吸收—傳輸層254的上方和下方同時(shí)設(shè)置的測(cè)輻射熱計(jì)層252。在吸收—傳輸層254的中間形成切口區(qū)域257。用于熱絕緣的絕緣切口256設(shè)置在固定件405的周圍。在現(xiàn)有技術(shù)的制造紅外傳感器的方法中，吸收—傳輸層在熱處理過程中會(huì)由于受熱而被拉伸。此外，操作產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)施加到包括吸收—傳輸層的上層200。這些問題將導(dǎo)致上層200變形或?qū)t外傳感器的可靠型產(chǎn)生不利的影響。然而，在根據(jù)本發(fā)明的紅外傳感器中，通過采用將測(cè)輻射熱計(jì)層252設(shè)置在吸收—傳輸層254的上方和下方的夾層形結(jié)構(gòu)來解決這些問題。例如，如果壓應(yīng)力和/或張應(yīng)力被施加到測(cè)輻射熱計(jì)層252或吸收—傳輸層254上，則該夾層形結(jié)構(gòu)能夠抵消所述應(yīng)力，從而防止了上層200變形。而且，在用于形成空腔300的制造過程中產(chǎn)生的來自等離子體、熱板及腔室的熱量會(huì)增加ROIC襯底151的溫度，并可拉伸吸收—傳輸層254，從而產(chǎn)生應(yīng)力。利用夾層形結(jié)構(gòu)及切割區(qū)域257能夠?qū)⑸蠈?00從應(yīng)力中解除出來。
所述夾層形結(jié)構(gòu)也能夠減少熱損失。具體的說，在吸收—傳輸層254發(fā)生的破壞性干擾導(dǎo)致吸收紅外線。然后，所述熱量通過測(cè)輻射熱計(jì)層252傳輸。因此，夾層形結(jié)構(gòu)能夠防止通過吸收—傳輸層254發(fā)生的熱損失。而且，位于吸收—傳輸層254中間的切割區(qū)域257代替了現(xiàn)有技術(shù)中的蝕刻孔來減輕應(yīng)力，從而增加了有效的占空因數(shù)并且減小了阻抗。
測(cè)輻射熱計(jì)層252的阻抗由除吸收—傳輸層254的切割區(qū)域257確定。因此，測(cè)輻射熱計(jì)層252的阻抗(下文中用“R”來表示)通過Rs×(L/W)計(jì)算(“L”為切割區(qū)域257的寬度、“W”為象素的長(zhǎng)度并且“Rs”為薄膜電阻)。由于厚度為2000埃()的非晶硅的Rs為10ohm/sq，如果L為2μm并且W為50μm，R將為400千歐姆(kohm)，其比按照現(xiàn)有技術(shù)的方法的阻抗(即，大約500千歐姆)更小。因此，通過調(diào)整L/W的值能夠形成期望阻抗的薄層。
隨著通過絕緣切口256形成的橋259變得越來越窄和越來越長(zhǎng)，會(huì)增加熱短路效應(yīng)(thermal short effect)。然而，也應(yīng)該考慮具有懸臂形狀的上層200的安全支撐而確定橋259的寬度和長(zhǎng)度。例如，如果“W”為50μm，優(yōu)選的橋259的寬度介于1.5μm和5μm的范圍之間并且其長(zhǎng)度介于4μm和35μm的范圍之間。
此外，如圖10及圖11所示的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器可具有如圖8所示的對(duì)稱結(jié)構(gòu)(即，蝴蝶型)。具體地說，測(cè)輻射熱紅外傳感器可以包括具有夾層型結(jié)構(gòu)的上層，其中切割區(qū)域沿象素的對(duì)角線分布并且具有關(guān)于象素的對(duì)角線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。在此，固定件包括第一固定件及第二固定件。第一固定件和第二固定件在象素的端部沿對(duì)角彼此相對(duì)。第二固定件用作與設(shè)置在ROIC襯底上的讀取訪問終端相連接的電極。第二固定件之間的距離小于第一固定件之間的距離。
下面將參考圖12到圖15(沿圖8中的A-A’線提取的截面圖)來詳細(xì)描述制造具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的步驟。
參考圖12，制備其上包括讀取訪問終端的ROIC襯底131。隨后，通過真空淀積或?yàn)R射工藝而沉積電極焊盤135和反射金屬層132并對(duì)其構(gòu)圖?？梢栽趯?duì)電極焊盤135和反射金屬層132構(gòu)圖之前形成用于絕緣分隔開的象素的第一緩沖層。在此，第一緩沖層由包括氮化硅的材料制成。
接著，參考圖13，犧牲層350在已形成的結(jié)構(gòu)上形成并且通過等離子蝕刻而去除其頂部350b。通過SOP(在聚合體上旋轉(zhuǎn))工藝涂覆有機(jī)薄層(如，Honeywell的ACCUFLO 1513 EL)，犧牲層350具有介于0.5μm和3.5μm范圍之間的厚度。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，SOP工藝在犧牲層350的表面上留有旋轉(zhuǎn)涂覆的痕跡。即使在形成測(cè)輻射熱計(jì)層(未示出)和去除犧牲層的后續(xù)工藝完成之后，這些痕跡仍會(huì)留在測(cè)輻射熱計(jì)層的下表面上，這將導(dǎo)致測(cè)輻射熱計(jì)層變形。為解決這個(gè)問題，利用Ar/O2等離子體將犧牲層350b的頂部去除100埃()和2000埃()之間的厚度以減小應(yīng)力。
隨后，參考圖14，測(cè)輻射熱計(jì)層232形成在犧牲層350a上，并且吸收—傳輸層234沉積在所述測(cè)輻射熱計(jì)層上。在已形成的結(jié)構(gòu)的犧牲層、測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層中形成貫穿電極焊盤135的導(dǎo)通孔450和絕緣切口(圖8中的236)。優(yōu)選地，測(cè)輻射熱計(jì)層232由厚度介于500埃()和3000埃()范圍之間的N型或P型非晶硅制成。
優(yōu)選地，導(dǎo)通孔和絕緣切口通過使用選自由CF4，CHF3和Ar組成的氣體組的氣體進(jìn)行等離子體蝕刻而形成。另外的絕緣層(未示出)可直接形成在測(cè)輻射熱計(jì)層的上方和/或下方。例如，由氧化硅制成的第一絕緣層可形成在測(cè)輻射熱計(jì)層232的下方。并且由氮化硅制成的第二絕緣層可以通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝而形成在測(cè)輻射熱計(jì)層232和吸收—傳輸層234之間。
隨后，參考圖15，將用于接觸的金屬材料填充在導(dǎo)通孔中并對(duì)其構(gòu)圖以形成也用作電極的固定件404c和404d。然后通過氧氣(O2)等離子體蝕刻而將犧牲層350a去除以形成空腔300。
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器吸收率的仿真結(jié)果。中心波長(zhǎng)為7μm到14μm的紅外線的吸收率超過95％。
如上所述，本發(fā)明提供了具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的制造方法的一實(shí)施例，其包括如下步驟在ROIC襯底上形成接觸焊盤和反射金屬層；通過SOP涂覆工藝形成犧牲層；通過等離子體蝕刻去除所述犧牲層的上部；形成測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層；通過蝕刻所述犧牲層暴露出用于固定件的預(yù)定部分；利用所述用于固定件的暴露出的部分形成電極；通過去除犧牲層形成空腔。
在此，可在制造過程的最后執(zhí)行形成吸收—傳輸層的步驟。例如，本發(fā)明提供了具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的制造方法的另一實(shí)施例，其包括如下步驟在ROIC襯底上形成接觸焊盤和反射金屬層；通過SOP涂覆工藝形成犧牲層；通過等離子體蝕刻去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上形成測(cè)輻射熱計(jì)層；通過蝕刻所述犧牲層暴露出用于固定件的預(yù)定部分；利用所述用于固定件的暴露出的部分形成電極；通過去除犧牲層形成空腔；形成吸收-傳輸層。
利用圖8和圖9對(duì)根據(jù)本發(fā)明的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器的制造方法進(jìn)行了示例性和廣泛性的描述。然而，該制造紅外傳感器的方法也可以容易地應(yīng)用于圖2至圖11所示的其它實(shí)施方式。因此，在此省略了對(duì)其它實(shí)施方式的制造方法的詳細(xì)描述。
雖然在此對(duì)制造的方法、裝置及項(xiàng)目進(jìn)行了示例性的描述，但本專利申請(qǐng)的覆蓋范圍并不局限于此。相反，本專利申請(qǐng)覆蓋了所有直接或根據(jù)等同原則落入所附權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的所有用于制造的方法、裝置及項(xiàng)目。
工業(yè)應(yīng)用性因此，按照本發(fā)明的具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法可利用分光鏡方法提高紅外吸收率并簡(jiǎn)化制造過程。而且，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)輻射熱紅外傳感器可應(yīng)用于對(duì)多種物體的非接觸式熱發(fā)散診斷器，如消防帽、在檢修孔和隧道中工作時(shí)用的頭盔、汽車內(nèi)的夜視裝置、監(jiān)視相機(jī)、印刷電路板及晶片。此外，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)輻射熱紅外傳感器也可應(yīng)用于諸如人體溫度視覺診斷器、個(gè)人武器的夜視鏡、監(jiān)視海濱的夜視系統(tǒng)及警戒哨位(guard post)的軍事裝置。
權(quán)利要求
1.一種包括讀取集成電路襯底和多個(gè)象素的紅外傳感器，包括位于讀取集成電路襯底上的第一緩沖層；位于所述第一緩沖層上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方用于共振吸收紅外線的空腔；上層，該上層包括位于所述空腔上方的第一絕緣層、位于所述第一絕緣層上的第二緩沖層，位于所述第二緩沖層上的測(cè)輻射熱計(jì)層、位于所述測(cè)輻射熱計(jì)層上的第二絕緣層和位于所述第二絕緣層上的吸收—傳輸層；以及用于支撐所述包括位于所述讀取集成電路襯底上的多于一對(duì)的固定件的上層的單位象素。
2.一種包括讀取集成電路襯底和多個(gè)象素的紅外傳感器，包括位于所述讀取集成電路襯底上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方的用于共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層形包括具有位于其中間的切口區(qū)域的吸收—傳輸層以及位于所述吸收—傳輸層上方和下方的測(cè)輻射熱計(jì)層；以及設(shè)置在所述象素的邊緣用于支撐所述上層并用作電極的固定件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外傳感器，其特征在于，所述上層具有關(guān)于所述象素的對(duì)角線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，并且所述固定件包括在所述象素的端部彼此相對(duì)的第一固定件和第二固定件，其中所述第二固定件用作與位于所述讀取集成電路襯底上的讀取訪問終端相連接的電極并且所述第二固定件之間的距離小于第一固定件之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外傳感器，其特征在于，所述測(cè)輻射熱計(jì)層與所述吸收—傳輸層之間的距離為λ/4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外傳感器，其特征在于，還進(jìn)一步包括位于所述反射金屬層下方的第一緩沖層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外傳感器，其特征在于，所述第一緩沖層和第二緩沖層由包括氮化硅的材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外傳感器，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕緣層由氧化硅制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外傳感器，其特征在于，所述反射金屬層包括選自由鈦和鋁組成的組中的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外傳感器，其特征在于，所述測(cè)輻射熱計(jì)層由選自由鈦、TiOx、VOx及摻雜非晶硅組成的組中的材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外傳感器，其特征在于，所述吸收—傳輸層由選自由Ti、TiN和Cr組成的組中的材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紅外傳感器，其特征在于，由Ti或TiN材料制成的所述吸收—傳輸層的厚度介于20埃到100埃之間，而由Cr材料制成的所述吸收—傳輸層的厚度介于20埃到200埃之間。
12.一種制造紅外傳感器的方法，包括如下步驟在讀取集成電路襯底上形成反射金屬層；通過SOP涂覆在所述反射金屬層上沉積犧牲層并通過等離子體去除所述犧牲層的上部；在所述犧牲層上設(shè)置測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層；在所述犧牲層、測(cè)輻射熱計(jì)層和吸收—傳輸層中形成導(dǎo)通孔；將金屬材料填入所述導(dǎo)通孔中以形成用作電極的固定件；以及通過去除犧牲層而形成空腔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過氧氣等離子體灰化工藝去除所述犧牲層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過利用Ar/O2氣體的等離子體工藝去除所述犧牲層的上部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述被去除的犧牲層的厚度介于100埃到2000埃之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述測(cè)輻射熱計(jì)層由選自由Ti、TiOx、VOx及摻雜非晶硅組成的組中的材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述吸收—傳輸層由選自由Ti、TiN和Cr組成的組中的材料制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，由Ti或TiN材料制成的所述吸收—傳輸層的厚度介于20埃到100埃之間，而由Cr材料制成的所述吸收—傳輸層的厚度介于20埃到200埃之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過等離子體蝕刻形成所述導(dǎo)通孔，其中所述等離子體蝕刻使用的氣體選自由CF4，CHF3和Ar組成的組中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有兩層結(jié)構(gòu)的測(cè)輻射熱紅外傳感器及其制造方法，其通過分光鏡設(shè)計(jì)來共振吸收紅外線從而提高吸收率，并且防止了由于發(fā)熱產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致的傳感器變形。所述包括ROIC襯底和多個(gè)象素的紅外傳感器包括位于所述ROIC襯底上的包括反射金屬層的底層；位于所述底層上方用于共振吸收紅外線的空腔；具有夾層形的上層，所述夾層包括在其中間具有切口區(qū)域的吸收一傳輸層和位于所述吸收一傳輸層上方和下方的測(cè)輻射熱計(jì)層；以及設(shè)置在所述象素的邊緣用于支撐所述上層并用作電極的固定件。
文檔編號(hào)G01J1/02GK1864274SQ200480029360
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者李洪基, 任容槿 申請(qǐng)人:Ocas株式會(huì)社