本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中的微機電系統(tǒng)工藝制造領(lǐng)域領(lǐng)域，尤其涉及一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法和結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

非制冷紅外探測技術(shù)是無需制冷系統(tǒng)對外界物體的紅外輻射進行感知并轉(zhuǎn)化成電信號經(jīng)處理后在顯示終端輸出的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于國防、航天、醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。非制冷紅外焦平面探測器由于其能夠在室溫狀態(tài)下工作，并具有質(zhì)量輕、體積小、壽命長、成本低、功率小、啟動快及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，滿足了民用紅外系統(tǒng)和部分軍事紅外系統(tǒng)對長波紅外探測器的迫切需要，近幾年來發(fā)展迅猛。非制冷紅外探測器主要包括測輻射熱計、熱釋電和熱電堆探測器等，其中基于微機電系統(tǒng)制造工藝的微測輻射熱計紅外探測器由于其響應(yīng)速率高，制作工藝簡單且與集成電路制造工藝兼容，具有較低的串音和較低的1/f噪聲，較高的幀速，工作無需斬波器，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，是非制冷紅外探測器的主流技術(shù)之一。

微測輻射熱計是基于具有熱敏特性的材料在溫度發(fā)生變化時電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化而制造的一種非制冷紅外探測器。工作時對支撐在絕熱結(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，并由讀出電路讀出電信號的變化。作為熱敏電阻的材料必須具有較高的電阻溫度系數(shù)，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。目前主流的熱敏材料包括氧化釩、非晶硅以及高溫超導(dǎo)材料等，另外也有關(guān)于氧化鈦，氧化鎳等材料作為微測輻射熱計熱敏材料的研究報道。

非制冷紅外焦平面陣列探測器的單元通常采用懸臂梁微橋結(jié)構(gòu)，它利用犧牲層釋放工藝形成橋支撐結(jié)構(gòu)，支撐平臺上的熱敏材料通過微橋與基底讀出電路相連。懸臂梁使用絕熱支撐層對紅外吸收層平臺起到機械支撐作用，同時也使用一種導(dǎo)電材料作為電極提供基底讀出電路與熱敏材料的電性連接。金屬電極的一端通過接觸孔與支撐層上的熱敏材料連接，另一端通過橋墩和通孔與基底讀出電路的金屬電極相連，從而讀出熱敏材料的電信號變化。為了使紅外探測器具有較高的靈敏度和較低的噪聲，這就要求懸臂梁具有很好的絕熱性和盡可能低的接觸電阻。

傳統(tǒng)的非制冷紅外探測器器件制備方法是:(中國專利CN102315329A，美國專利：US6322670B2)

1.在讀出電路上濺射金屬如Al、Au、Pt、NiCr薄膜，并進行圖形化后形成反射層，再利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在反射層上制備低應(yīng)力Si₃N₄薄膜作為保護層；

2.制備犧牲層聚酰亞胺PI或者非晶碳結(jié)構(gòu)，并光刻蝕刻形成犧牲層圖形，利用PECVD在PI圖形上沉積低應(yīng)力的Si₃N₄薄膜做為支撐層；

3.制備熱敏層薄膜(VOx)或者非晶硅，對熱敏薄膜圖形化后，沉積一層介質(zhì)薄膜對熱敏圖形進行覆蓋保護，介質(zhì)薄膜可以是Si₃N₄或SiO₂；

4.在橋墩處利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)蝕刻出通孔，通孔與基底讀出電路的金屬電極塊相連；

5.在熱敏薄膜上利用RIE蝕刻出接觸孔，接觸孔是電極薄膜與支撐層上的熱敏材料相連接；

6.蝕刻好通孔和接觸孔后，接著沉積金屬電極薄膜(Ti、TiN、Cr、NiCr等)，再利用光刻和蝕刻技術(shù)制作金屬電極實現(xiàn)其電連接；

7.制備鈍化層薄膜，然后進行鈍化層圖形化，對傳感器單元進行隔離和結(jié)構(gòu)釋放位置開口，結(jié)構(gòu)釋放后，形成非制冷紅外探測器結(jié)構(gòu)。

該方法存在的問題如下：

在傳統(tǒng)雙層微橋設(shè)計中，底層是橋腿結(jié)構(gòu)，頂層熱敏平臺層。入射光輻射被頂層平臺層與底層橋腿結(jié)構(gòu)吸收，底層橋腿所吸收的紅外輻射對于頂層平臺層的溫升并沒有太多貢獻，這就導(dǎo)致了入射紅外輻射并沒有真正轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾袇^(qū)域溫升，沒有對信號響應(yīng)進行貢獻，對于12um及更小像元響應(yīng)偏低，不能滿足高效率非制冷紅外探測器的成像需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法和結(jié)構(gòu)，具體技術(shù)方案如下：

一種高吸收率非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法，包括以下步驟：

步驟1，在以讀出電路為基底的晶圓上制備反射層；

步驟2，在所述反射層上依次制備絕緣介質(zhì)層、第一犧牲層和第一支撐層；

步驟3，光刻和蝕刻所述絕緣介質(zhì)層和所述第一支撐層，在所述反射層上制備第一通孔；

步驟4，在所述第一支撐層上依次制備第一電極、第一介質(zhì)層、第一鈍化層、第二犧牲層、第二支撐層、熱敏層和保護層；

步驟5，光刻和蝕刻所述第一介質(zhì)層第二支撐層，在所述第一電極上制備第二通孔；

步驟6，光刻和蝕刻所述保護層，在所述熱敏層上制備接觸孔；

步驟7，在所述熱敏層及所述第二支撐層上依次制備第二電極、第二介質(zhì)層、第二鈍化層、第三犧牲層、第三支撐層和第三鈍化層；

步驟8，釋放所述第一犧牲層、所述第二犧牲層和所述第三犧牲層，得到三層微橋結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：通過在讀出電路上制作反射層，以及在反射層上依次制備絕緣介質(zhì)層、第一犧牲層和第一支撐層，在第一支撐層上設(shè)置第一通孔，在第一支撐層上依次制備第一電極、第一介質(zhì)層、第一鈍化層、第二犧牲層、第二支撐層、熱敏層、保護層，在第一電極上制備第二通孔，在熱敏層上制備接觸孔，在熱敏層及所述第二支撐層上依次制備第二電極、第二介質(zhì)層、第二鈍化層、第三犧牲層、第三支撐層、第三鈍化層，并犧牲各層犧牲層，得到了三層微橋支撐結(jié)構(gòu)，增加熱敏薄膜及第三層傘狀結(jié)構(gòu)的面積，有效提升入射紅外輻射的吸收效率，減少橋腿結(jié)構(gòu)無效吸收的比例，提高吸收平臺的吸收比例，保證入射的紅外輻射真正轉(zhuǎn)變?yōu)橛行舾性獏^(qū)域的溫升。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步地，步驟2中，所述反射層的材料包括厚度為的金屬薄膜，所述金屬薄膜對波長為8～14μm的紅外光的反射率大于99％；通過蝕刻所述反射層形成反射層圖形，并在所述反射層圖形上沉積絕緣介質(zhì)，得到絕緣介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)包括厚度均為的Si₃N₄或SiO₂薄膜；通過在所述絕緣介質(zhì)層上沉積犧牲層材料，得到第一犧牲層；通過蝕刻所述第一犧牲層形成第一犧牲層圖形，并在所述第一犧牲層圖形上沉積支撐層材料，得到第一支撐層。

進一步地，蝕刻所用的氣體包括SF₆、CHF₃、O₂或CF₄、O₂等。

進一步地，步驟4中，通過在所述第一支撐層上沉積電極層材料，得到第一電極；光刻和蝕刻所述第一電極形成第一電極圖形，并在所述第一電極圖形上沉積介質(zhì)層材料，得到第一介質(zhì)層；通過蝕刻所述第一介質(zhì)層及所述第一支撐層形成第一鈍化層；通過在所述第一鈍化層上沉積犧牲層材料，得到第二犧牲層；通過蝕刻所述第二犧牲層形成第二犧牲層圖形，并在所述第二犧牲層圖形上沉積支撐層材料，得到第二支撐層；通過在所述第二支撐層上沉積熱敏層材料，得到熱敏層，所述熱敏層材料包括厚度均為方阻均為50～5000KΩ/□的V₂O₅或α-Si薄膜；通過在所述熱敏層上沉積保護層材料，得到保護層，所述保護層材料包括厚度為的Si₃N₄薄膜，所述保護層通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積得到。

進一步地，步驟7中，通過在所述熱敏層及所述第二支撐層上沉積電極層材料，得到第二電極；光刻和蝕刻所述第二電極形成第二電極圖形，并在所述第二電極圖形上沉積介質(zhì)層材料，得到第二介質(zhì)層；通過蝕刻所述第二介質(zhì)層及所述第二支撐層形成第二鈍化層；通過在所述第二鈍化層上沉積犧牲層材料，得到第三犧牲層；通過蝕刻所述第三犧牲層形成第三犧牲層圖形，并在所述第三犧牲層圖形上沉積支撐層材料，得到第三支撐層；通過蝕刻所述第三支撐層形成第三鈍化層。

進一步地，所述犧牲層材料包括Al薄膜、非晶碳或者耐溫光刻膠(如BCD、PI)，所述第一犧牲層、所述第二犧牲層和所述第三犧牲層的厚度均為1.0～2.5um。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過采用Al薄膜、非晶碳或者耐溫光刻膠作為犧牲材料，有利于犧牲層的釋放。

進一步地，所述支撐層材料包括Si₃N₄薄膜，所述第一支撐層、所述第二支撐層和所述第三支撐層的厚度均為所述第一支撐層、所述第二支撐層和所述第三支撐層均通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積得到。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過采用Si₃N₄薄膜作為支撐材料，更好的支撐結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述電極層材料包括V、Ti、NiCr或TiN薄膜，所述第一電極和所述第二電極的厚度均為所述第一電極和所述第二電極均通過物理氣相沉積得到。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過采用V、Ti、NiCr或TiN薄膜作為電極材料，使結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性更好。

進一步地，所述介質(zhì)層材料包括Si₃N₄薄膜，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層的厚度均為所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積得到。

進一步地，所述熱敏層的沉積方法包括電子束蒸發(fā)、激光蒸發(fā)、離子束沉積或物理氣相沉積，沉積所述熱敏層之前先沉積V/V₂O₅/V復(fù)合薄膜做為過渡層，所述過渡層的厚度為所述熱敏層的蝕刻方法包括離子束刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕，并使用終點監(jiān)測設(shè)備對蝕刻過程進行監(jiān)控。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過終點監(jiān)測技術(shù)對蝕刻反應(yīng)進行監(jiān)控，使熱敏薄膜更加完整，防止被完全蝕刻。

進一步地，本發(fā)明所述的制作方法，不限于非制冷紅外探測器，同時也用于太赫茲器件和其他光學(xué)傳感器件。

一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的結(jié)構(gòu)：包括在以讀出電路為基底的晶圓上設(shè)置有被蝕刻過的金屬反射層，以及在金屬反射層上設(shè)置的絕緣介質(zhì)層，在的絕緣介質(zhì)層上設(shè)置有被蝕刻過的第一支撐層，在第一支撐層上設(shè)置有第一通孔，在第一支撐層及第一通孔上設(shè)置有第一電極，在第一電極上設(shè)置有被蝕刻過的第一介質(zhì)層，第一介質(zhì)層之上設(shè)置有被蝕刻過的第二支撐層，第二支撐層上設(shè)置有熱敏層以及第二通孔，熱敏層上設(shè)置有被蝕刻過的保護層，保護層上設(shè)置有接觸孔，接觸孔、第二通孔以及第二支撐層上設(shè)置有第二電極，第二電極上設(shè)置有被蝕刻過的第二介質(zhì)層，第二介質(zhì)層之上設(shè)置有被蝕刻過的第三支撐層。

本發(fā)明附加的方面的優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明實踐了解到。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的反射層形成示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的第一犧牲層形成示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的第一鈍化層形成示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的第二犧牲層形成示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的熱敏層形成示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的第二鈍化層形成示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的第三犧牲層形成示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法的結(jié)構(gòu)形成示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

1.讀出電路，2.反射層，3.絕緣介質(zhì)層，4.第一犧牲層，5.第一支撐層，6.第一通孔，7.第一電極，8.第一介質(zhì)層，9.第一鈍化層，10.第二犧牲層，11.第二支撐層，12.熱敏層，13.保護層，14.第二通孔，15.接觸孔，16.第二電極，17.第二介質(zhì)層，18.第二鈍化層，19.第三犧牲層，20.第三支撐層，21.第三鈍化層。

具體實施方式

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

本發(fā)明的一種實施例提供了一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的制作方法，參見圖1至圖8，其具體工藝步驟如下：

如圖1所示，在以讀出電路1為基底的晶圓上制作反射層2，反射層2所用材料為金屬，金屬薄膜厚度為反射層2金屬對特定波長(如8～14um)的紅外光的反射率在99％以上，蝕刻反射層2后在反射層2圖形上沉積絕緣介質(zhì)層3，絕緣介質(zhì)層3可采用Si₃N₄薄膜或者SiO₂薄膜，薄膜厚度

如圖2所示，在絕緣介質(zhì)層3上制備第一犧牲層4，第一犧牲層4可以選用Al薄膜、非晶碳或者耐溫光刻膠，例如耐溫光刻膠可以選用BCD或PI，第一犧牲層4厚度為1.0～2.5um，然后蝕刻第一犧牲層4，在第一犧牲層4圖形上沉積第一支撐層5，第一支撐層5利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積低應(yīng)力Si₃N₄薄膜得到，第一支撐層5厚度為

如圖3所示，光刻和蝕刻第一支撐層5以及絕緣介質(zhì)層3，露出下面的反射層2，形成第一通孔6，然后在第一支撐層5及反射層2上沉積第一電極7，第一電極7利用物理氣相沉積(PVD)沉積，一般使用V、Ti、NiCr、TiN薄膜，厚度為厚度一般根據(jù)電極方阻決定，然后蝕刻出第一電極7圖形，然后在第一電極7圖形上沉積第一介質(zhì)層8，第一介質(zhì)層8為利用PECVD沉積的Si₃N₄介質(zhì)層，厚度為蝕刻第一介質(zhì)層8及第一支撐層5形成第一鈍化層9。

如圖4所示，在第一鈍化層9上制備第二犧牲層10，第二犧牲層10可以選用鋁薄膜、光刻膠、非晶碳或者耐溫光刻膠，如BCD或PI，第二犧牲層10厚度為1.0～2.5um，然后蝕刻第二犧牲層10，在第二犧牲層10圖形上沉積第二支撐層11，第二支撐層11利用PECVD沉積低應(yīng)力Si₃N₄薄膜得到，第二支撐層11厚度為

如圖5所示，在第二支撐層11上沉積熱敏層12，熱敏層12材料為氧化釩、α-Si薄膜層，熱敏層12薄膜的厚度和方阻根據(jù)器件的性能決定，熱敏層12薄膜的厚度為方阻為50～5000KΩ/□，沉積熱敏層12可采用電子束蒸發(fā)、激光蒸發(fā)、離子束沉積(IBD)或PVD的方法生長，沉積熱敏層12的時候可以先沉積一層V/V₂O₅/V復(fù)合薄膜做為過渡層，過渡層厚度為熱敏層12的蝕刻可以使用離子束刻蝕(IBE)或反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的方法，然后在熱敏層12上沉積保護層13，保護層13為利用PECVD沉積的低應(yīng)力Si₃N₄薄膜，Si₃N₄薄膜厚度

如圖6所示，利用光刻和蝕刻的方法，使用SF₆、CHF₃、O₂或CF₄、O₂等氣體作為蝕刻氣體，蝕刻第二支撐層11及第一介質(zhì)層8形成第二通孔14，然后蝕刻保護層13，形成接觸孔15，露出下面的熱敏層12，由于熱敏薄膜厚度較薄，需要使用終點監(jiān)測技術(shù)進行蝕刻反應(yīng)結(jié)束監(jiān)控，以免將熱敏薄膜全部蝕刻干凈，然后在熱敏層12及第二支撐層11上沉積第二電極16，第二電極16利用PVD沉積，一般使用Ti、NiCr、TiN薄膜，厚度為厚度一般根據(jù)電極方阻決定，然后蝕刻出第二電極16圖形，并在第二電極16圖形上沉積第二介質(zhì)層17，第二介質(zhì)層17為利用PECVD沉積的Si₃N₄介質(zhì)層，厚度為然后蝕刻第二介質(zhì)層17及第二支撐層11形成第二鈍化層18。

如圖7所示，在第二鈍化層18上制備第三犧牲層19，第三犧牲層19可以選用鋁薄膜、光刻膠、非晶碳或者耐溫光刻膠如BCD或PI，第三犧牲層19厚度為1.0～2.5um，然后蝕刻第三犧牲層19，在第三犧牲層19圖形上沉積第三支撐層20，第三支撐層20利用PECVD沉積低應(yīng)力Si₃N₄薄膜得到，第三支撐層20厚度為

如圖8所示，蝕刻第三支撐層20形成第三鈍化層21，釋放各層犧牲層，得到三層微橋結(jié)構(gòu)。

上述實施例提供的制作方法，通過在讀出電路1上制作反射層2，以及在反射層2上依次制備絕緣介質(zhì)層3、第一犧牲層4和第一支撐層5，在第一支撐層5上設(shè)置第一通孔6，在第一支撐層5上依次制備第一電極7、第一介質(zhì)層8、第一鈍化層9、第二犧牲層10、第二支撐層11、熱敏層12、保護層13，在第一電極7上制備第二通孔14，在熱敏層12上制備接觸孔15，在熱敏層12及所述第二支撐層11上依次制備第二電極16、第二介質(zhì)層17、第二鈍化層18、第三犧牲層19、第三支撐層20、第三鈍化層21，并犧牲各層犧牲層，得到了三層微橋支撐結(jié)構(gòu)，增加熱敏薄膜及第三層傘狀結(jié)構(gòu)的面積，有效提升入射紅外輻射的吸收效率，減少橋腿結(jié)構(gòu)無效吸收的比例，提高吸收平臺的吸收比例，保證入射的紅外輻射真正轉(zhuǎn)變?yōu)橛行舾性獏^(qū)域的溫升。

本發(fā)明的另一種實施例提供了一種非制冷紅外焦平面探測器微橋的結(jié)構(gòu)，如圖8所示，包括：

在以讀出電路1為基底的晶圓上設(shè)置有被蝕刻過的金屬反射層2，以及在金屬反射層2上設(shè)置的絕緣介質(zhì)層3，在的絕緣介質(zhì)層3上設(shè)置有被蝕刻過的第一支撐層5，在第一支撐層5上設(shè)置有第一通孔6，在第一支撐層5及第一通孔6上設(shè)置有第一電極7，在第一電極7上設(shè)置有被蝕刻過的第一介質(zhì)層8，第一介質(zhì)層8之上設(shè)置有被蝕刻過的第二支撐層11，第二支撐層11上設(shè)置有熱敏層12以及第二通孔14，熱敏層12上設(shè)置有被蝕刻過的保護層13，保護層13上設(shè)置有接觸孔15，接觸孔15、第二通孔14以及第二支撐層11上設(shè)置有第二電極16，第二電極16上設(shè)置有被蝕刻過的第二介質(zhì)層17，第二介質(zhì)層17之上設(shè)置有被蝕刻過的第三支撐層20。

應(yīng)理解，與本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)相類似的結(jié)構(gòu)，或采用其他材質(zhì)通過本發(fā)明所述的制作方法中任一項得到的結(jié)構(gòu)，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。