專利名稱：應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸浮微結(jié)構(gòu)及其制造方法，應(yīng)用于紅外線成像器與紅外線傳感器。
背景技術(shù)：
集成電路技術(shù)發(fā)展初期，就有人利用犧牲層技術(shù)來制作硅基微結(jié)構(gòu)。后來則逐漸發(fā)展出以犧牲層的觀念制作懸浮微結(jié)構(gòu)；犧牲層的觀念被廣泛地應(yīng)用在面型加工技術(shù)(Surface Micromachining)等微機(jī)電系統(tǒng)制造工藝發(fā)展上。
紅外線傳感器是檢測紅外線(波長0.7～1000μm)電磁波的組件，其基本物理機(jī)制為利用材料特性隨入射紅外線或熱幅射而改變的性質(zhì)作為檢測紅外線或熱幅射的指標(biāo)。在制作紅外線傳感器與成像器的懸浮微結(jié)構(gòu)的制造工藝過程中，可以運(yùn)用犧牲層的方法來制造具有紅外線感測材料的懸浮微結(jié)構(gòu)。但是，犧牲層厚度的控制會對懸浮微結(jié)構(gòu)造成影響，對某些犧牲層材料而言，如犧牲層太厚(約大于2微米)，可能造成犧牲層剝落，犧牲層太薄(小于1微米)則會使懸浮微結(jié)構(gòu)容易接觸到基板。目前大部分的工藝都必需使用各種方法以避免這些問題。如美國第5300915號(再發(fā)證案號為36136)專利中所述的懸浮微結(jié)構(gòu)，是以對角線的方式使支撐懸浮微結(jié)構(gòu)的一對接腳和基板的接觸點(diǎn)加以連接。在懸浮微結(jié)構(gòu)離基板的距離很小的時候，此懸浮微結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力容易使懸浮微結(jié)構(gòu)彎曲而接觸到基板。
為了避免懸浮微結(jié)構(gòu)彎曲并與基板接觸，美國第6262417號專利提出了一種使懸浮微結(jié)構(gòu)保持平行于基板的紅外線傳感器。同樣以對角線的方式使支撐懸浮微結(jié)構(gòu)的一對接腳和基板的接觸點(diǎn)加以連接，再通過接腳的特殊設(shè)計來使懸浮微結(jié)構(gòu)保持平行。其接腳支撐懸浮微結(jié)構(gòu)的懸臂部分為一雙層結(jié)構(gòu)(bimorph)，雙層結(jié)構(gòu)間所產(chǎn)生的應(yīng)力差異會使懸臂產(chǎn)生一定程度的微翹曲；因此，將懸臂分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，其外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域在反方向分別產(chǎn)生的微翹曲角度將達(dá)成平衡。使懸臂和懸浮微結(jié)構(gòu)的銜接點(diǎn)能平行于基板，進(jìn)而使懸浮微結(jié)構(gòu)與基板保持平行。然而，這種結(jié)構(gòu)需要精密的加工技術(shù)來劃分懸臂的內(nèi)外區(qū)域，同時增加了制造上的難度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠確保懸浮微結(jié)構(gòu)不會與基板產(chǎn)生接觸；并能應(yīng)用現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)來進(jìn)行批生產(chǎn)，尤其可以運(yùn)用半導(dǎo)體工藝中的金屬層作為犧牲層，使制造簡化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，包含有一基板，其具有提供電性導(dǎo)通的金屬電極與紅外線信號讀取電路；一對同側(cè)接腳，連接于基板的金屬電極，此對同側(cè)接腳各連結(jié)有一懸臂部分，此懸臂由雙層或多層結(jié)構(gòu)所形成，借助雙層或多層結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差使懸臂形成向上翹曲狀，例如，若為雙層結(jié)構(gòu)，則上層結(jié)構(gòu)是拉應(yīng)力，通常使用金屬材料(并作為感測材料的電極)；下層結(jié)構(gòu)是壓應(yīng)力，通常使用介電材料；以及一懸浮微結(jié)構(gòu)，連接于同側(cè)接腳的懸臂上，并借助此同側(cè)接腳與懸臂支撐來懸浮于基板表面，由于接腳是位于同側(cè)且懸臂呈現(xiàn)向上翹曲狀，得以確保懸浮微結(jié)構(gòu)能懸浮于基板表面。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法；可配合現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝及設(shè)備來制造上述的微結(jié)構(gòu)。其步驟包含有首先，提供一基板，其表面具有電極金屬與紅外線信號讀取電路；定義另一金屬電極層形成金屬電極和犧牲層；在金屬電極和犧牲層表面形成介電層，其介電層并在金屬電極的頂端形成一開口；在金屬電極和介電層表面沉積一金屬層(作為感測材料的電極)，與紅外線感測材料層、介電層，也可以再沉積并定義紅外線吸收層；定義紅外線感測懸浮微結(jié)構(gòu)與一對同側(cè)接腳及懸臂，此懸臂由介電層和金屬層所組成的雙層或多層結(jié)構(gòu)所形成，且金屬層與金屬電極電性連接；紅外線感測微結(jié)構(gòu)則連接于該對同側(cè)的懸臂與接腳；去除預(yù)先定義于基板表面的犧牲層以釋放紅外線感測微結(jié)構(gòu)及其同側(cè)的懸臂與接腳，同時借助雙層或多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力差異使懸臂產(chǎn)生向上微翹曲，進(jìn)而使微結(jié)構(gòu)懸空成為懸浮微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明利用微翹曲的同側(cè)懸臂來支撐懸浮微結(jié)構(gòu)，使得用以制造懸浮微結(jié)構(gòu)的犧牲層厚度能降低至1微米左右。進(jìn)而能配合現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝及設(shè)備來制造上述的微結(jié)構(gòu)；利用互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝來制作懸浮微結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可直接利用國內(nèi)半導(dǎo)體廠的工藝設(shè)備從事研究制造，大大的減低設(shè)備的投資及維護(hù)費(fèi)用。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的接腳與懸臂結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的制作流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包含有一基板10，其具有提供電性導(dǎo)通的金屬電極11；一對同側(cè)接腳20，對應(yīng)連接于該對金屬電極11以實(shí)現(xiàn)電性導(dǎo)通，此對同側(cè)接腳20具有一懸臂21，是由上層金屬層和下層介電層所組成的雙層結(jié)構(gòu)，借助雙層結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差使懸臂形成向上翹曲狀；以及一懸浮微結(jié)構(gòu)30，其中包含有紅外線感測材料，懸浮微結(jié)構(gòu)30是經(jīng)過懸臂21連接于同側(cè)接腳20并借助此同側(cè)接腳20的支撐來懸浮于基板10表面，由于接腳20位于同側(cè)且懸臂21呈現(xiàn)向上翹曲狀，得以確保懸浮微結(jié)構(gòu)30能懸浮于基板10表面。其中，接合于基板的接腳結(jié)構(gòu)，如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的接腳與懸臂結(jié)構(gòu)示意圖。接腳20對應(yīng)連接于基板上的金屬電極11以實(shí)現(xiàn)電性導(dǎo)通，其同側(cè)接腳20包含有一懸臂21，在此圖中是由上層金屬層23和下層介電層22所組成的雙層結(jié)構(gòu)所形成，上層金屬層23作為拉應(yīng)力層下層介電層22則作為壓應(yīng)力層，使懸臂21呈現(xiàn)向上翹曲的形狀。
本發(fā)明所提供的懸浮微結(jié)構(gòu)的懸臂可由上層金屬層和下層介電層所組成的雙層結(jié)構(gòu)或是上層介電層、中層金屬層與下層介電層所組成的層結(jié)構(gòu)來形成；借助雙層或多層結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差使其產(chǎn)生向上微翹曲的特性，因此能運(yùn)用小于1微米的犧牲層來制造懸浮微結(jié)構(gòu)。其金屬層材料可選擇鎳鉻合金、氮化鈦或是鈦金屬；介電層材料則可選擇氧化硅、氮氧化硅或是氮化硅。尤其是可運(yùn)用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中的金屬電極層來作為犧牲層，如此，即可大量簡化紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)工藝步驟，同時可節(jié)省工藝設(shè)備的成本。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法；可配合現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝及設(shè)備來制造上述的微結(jié)構(gòu)。如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例的制作流程圖，其步驟包含有首先，步驟110提供包含有電極與電路的基板；步驟120沉積并定義一金屬電極層形成金屬電極和犧牲層，其金屬電極是用以與基板實(shí)現(xiàn)電路導(dǎo)通；步驟130再在金屬電極和犧牲層表面形成介電層，其介電層在金屬電極的頂端形成一開口；步驟140在金屬電極和介電層表面沉積并定義一金屬層，以做為感測材料的電極；步驟150再提供包含感測材料的微結(jié)構(gòu)；步驟160定義懸臂與接腳同時定義包含感測材料的微結(jié)構(gòu)；最后，在步驟170去除預(yù)先定義于基板表面的犧牲層釋放微結(jié)構(gòu)及其同側(cè)的懸臂與接腳以形成懸浮微結(jié)構(gòu)，借助同側(cè)懸臂的雙層或多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力差異使懸臂產(chǎn)生向上微翹曲，進(jìn)而使微結(jié)構(gòu)懸空成為懸浮微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)上的重要特點(diǎn)為利用微翹曲的同側(cè)懸臂來支撐懸浮微結(jié)構(gòu)，使得用以制造懸浮微結(jié)構(gòu)的犧牲層厚度能降低至1微米左右。進(jìn)而能配合現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝及設(shè)備來制造上述的微結(jié)構(gòu)；利用互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝來制作懸浮微結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可直接利用國內(nèi)半導(dǎo)體廠的工藝設(shè)備從事研究制造，大大的減低設(shè)備的投資及維護(hù)費(fèi)用。
一般工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝主要是用來制作集成電路(IC)芯片，而不是用來制作微傳感器等微懸浮結(jié)構(gòu)。因此，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝中，除非制作廠商愿意更改其制造程序及參數(shù)，否則各種薄膜的沉積(deposition)順序、材質(zhì)及厚度都是固定不變的。所以，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝來制作應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的微懸浮結(jié)構(gòu)，將受到其標(biāo)準(zhǔn)制作程序和參數(shù)的限制，因此在整個設(shè)計過程中必須將這些種種的限制因素考慮進(jìn)去。由于本發(fā)明可降低犧牲層的厚度至1微米左右，即可直接選擇互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝的金屬電極層來作為犧牲層。并在不需更改其標(biāo)準(zhǔn)制作程序的各種薄膜沉積(deposition)順序、材質(zhì)及厚度的情形下，運(yùn)用現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝來制作應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)。
雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例揭露如上，但是并非用以限定本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，根據(jù)本說明書和附圖的內(nèi)容，所作出的等效結(jié)構(gòu)變換，均包含在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含有一基板，具有提供電性導(dǎo)通的金屬電極；一對同側(cè)接腳，對應(yīng)連接于該對金屬電極，該對同側(cè)接腳各具有一懸臂，該懸臂由兩層以上的應(yīng)力結(jié)構(gòu)所形成，由該懸臂上方產(chǎn)生拉應(yīng)力并于該懸臂下方產(chǎn)生壓應(yīng)力，使該懸臂呈向上翹曲狀；及一懸浮微結(jié)構(gòu)，連接于該懸臂并由該對同側(cè)接腳的支撐來懸浮于基板表面，由向上翹曲狀的該懸臂來確保該懸浮微結(jié)構(gòu)懸浮于基板表面。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該懸臂由一上層拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)與一下層壓應(yīng)力結(jié)構(gòu)所組成的兩層結(jié)構(gòu)所形成。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該上層拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)為一金屬層，該下層壓應(yīng)力結(jié)構(gòu)為一介電層。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬層材料選自鎳鉻合金、氮化鈦和鈦金屬的其中之一。
5.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該介電層材料選自氧化硅、氮氧化硅和氮化硅的其中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，該懸臂由一層以上的金屬層與一層以上的介電層所組成的一多層結(jié)構(gòu)所形成，由該多層結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差使該懸臂呈向上翹曲狀。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬層材料選自鎳鉻合金、氮化鈦和鈦金屬。
8.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)，其特征在于，介電層材料選自氧化硅、氮氧化硅和氮化硅。
9.一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，包含下述步驟(a)提供包含有電極與電路的一基板；(b)沉積并定義一金屬電極層以形成金屬電極和犧牲層；(c)形成一介電層披覆于該金屬電極和該犧牲層表面，該介電層在該金屬電極的頂端形成一開口；(d)在該金屬電極和該介電層表面沉積并定義一金屬層，該金屬層與該金屬電極實(shí)現(xiàn)電性連接；(e)提供包含感測材料的一微結(jié)構(gòu)，該金屬層導(dǎo)通于該微結(jié)構(gòu)以做為感測材料的電極；及(f)定義同側(cè)的一組懸臂與支撐該懸臂的一組接腳，同時定義該微結(jié)構(gòu)；(g)去除該犧牲層以釋放同側(cè)的該組懸臂與該組接腳，進(jìn)而使微結(jié)構(gòu)懸空成為懸浮微結(jié)構(gòu)，同時該懸臂由其結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差異使該懸臂產(chǎn)生向上微翹曲。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，該步驟(a)至步驟(c)是運(yùn)用現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體制造工藝來進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，該金屬層材料選自鎳鉻合金、氮化鈦和鈦金屬。
12.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，該介電層材料選自氧化硅、氮氧化硅和氮化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于紅外線成像器與傳感器的懸浮微結(jié)構(gòu)及其制造方法，將連接懸浮微結(jié)構(gòu)與基板的接腳形成于同一側(cè)，并以雙層或多層結(jié)構(gòu)組成支撐懸浮微結(jié)構(gòu)的懸臂部分，利用雙層或多層結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力差使懸臂形成向上翹曲；可確保懸浮微結(jié)構(gòu)不會與基板產(chǎn)生接觸，由于懸臂是向上產(chǎn)生微翹曲，能使制造工藝中的犧牲層厚度小至約1微米；進(jìn)而，可應(yīng)用現(xiàn)有的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體工藝設(shè)備來進(jìn)行批量生產(chǎn)，尤其可以運(yùn)用半導(dǎo)體工藝中的金屬層作為犧牲層，同時使工藝簡化；有助于降低設(shè)備和制造上的成本。
文檔編號H01L27/14GK1484317SQ0214264
公開日2004年3月24日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者歐政隆, 李宗昇 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院