專利名稱：一種基于復(fù)合犧牲層的紅外探測器制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測器領(lǐng)域，特別涉及一種采用不同材料形成復(fù)合犧牲層的非制冷紅外探測器加工方法。
背景技術(shù)：
非制冷紅外探測器以其工作在室溫、體積輕便、成本相對較低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在各種軍事及民用領(lǐng)域，例如汽車夜視系統(tǒng)、武器瞄具、電カ檢測儀器、重要場所的人群監(jiān)控設(shè)施等得到廣泛的應(yīng)用。目前，主流的非制冷紅外探測器是微測福射熱計(jì)(Microbolometer)技術(shù),是ー種 CMOS讀出電路與微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)加工相結(jié)合的器件。其普遍采用的結(jié)構(gòu)是在完成CMOS電路制造的硅襯底之上，采用犧牲層的表面微加工エ藝制造出與CMOS襯底單體集成的絕熱微橋結(jié)構(gòu)。其中，單個(gè)微橋結(jié)構(gòu)稱為像元。由像元組成的ニ維陣列稱為焦平面，可以用于探測物體的表面溫度場分布而形成紅外熱像。像元微橋結(jié)構(gòu)的加工可以利用多種不同的エ藝方法來實(shí)現(xiàn)。犧牲層在微橋結(jié)構(gòu)制作中起到關(guān)鍵的作用，對其材料和エ藝的選擇直接影響微橋結(jié)構(gòu)以及焦平面探測器的性能和合格率等。首先，要求犧牲層制備的エ序不對襯底、特別是襯底內(nèi)包含的CMOS電路產(chǎn)生不利影響。第二，犧牲層在MEMS加工中起到承上啟下的作用，往往要求通過犧牲層步驟來對襯底的某些非理想特性，例如表面平整度等加以改善。第三，犧牲層能夠耐受后續(xù)加工步驟的エ藝條件，例如微橋結(jié)構(gòu)層沉積溫度以及對エ藝設(shè)備不產(chǎn)生沾污等不利影響等要求。最后，犧牲層的釋放エ藝一般采用化學(xué)腐蝕、等離子刻蝕等方法，要求能夠快速、徹底地去除犧牲層，同時(shí)又不損傷或影響襯底以及微橋結(jié)構(gòu)。目前，在微測輻射熱計(jì)非制冷探測器制造エ藝中普遍采用聚酰亞胺(Polyimide)作為犧牲層。聚酰亞胺犧牲層采用在硅襯底表面旋涂后固化的方法制備，通過轉(zhuǎn)速等來控制厚度，一般固化溫度在400°C以下，不會對CMOS電路產(chǎn)生不利的影響。另外，由于在旋涂時(shí)的流動性，可以對CMOS電路表面起到一定的平坦化作用。除此之外，其它的犧牲層方法還可以采用低溫沉積介質(zhì)薄膜，例如非晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等?？紤]到CMOS電路的限制，一般采用低溫的沉積方法，例如PECVD、HDPCVD、SACVD、APCVD、ALD、濺射、蒸發(fā)等方法。但是，僅僅利用単一的ー種材料作為犧牲層，往往具有一定的局限性，對制造エ藝提出了很多限制性。例如，聚酰亞胺由于存在高溫?fù)]發(fā)特性，會給后續(xù)エ藝設(shè)備帶來沾污等問題。所以采用聚酰亞胺犧牲層エ藝的探測器制作エ藝無法與CMOS生產(chǎn)完全兼容。而介質(zhì)犧牲層往往是在CMOS表面覆形沉積，無法實(shí)現(xiàn)平坦化的功能；或者存在與襯底表面的金屬層粘附性不佳等缺點(diǎn)，在后續(xù)エ藝環(huán)節(jié)會產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。因此，如果能夠克服以上不同犧牲層材料的缺點(diǎn)，將對非制冷紅外焦平面陣列探測器的制造エ藝帶來提高和改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用復(fù)合犧牲層的非制冷紅外探測器制作方法，目的是結(jié)合不同犧牲層材料的優(yōu)點(diǎn)并規(guī)避各自的缺點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的非制冷紅外探測器制作方法包括以下步驟
一種紅外探測器制作方法，包括以下步驟
1)在半導(dǎo)體襯底上制作金屬層，該金屬層經(jīng)過圖形化后，形成位于微橋主體之下的入射輻射反射層以及與下方CMOS電路至少ー處的電互連；
2)在所述金屬層之上制作第一層犧牲層并圖形化形成通孔；
3)在所述第一層犧牲層之上制作第二層犧牲層，并圖形化去除在步驟2)形成的通孔 底部的第二層犧牲層；
4)在所述第二層犧牲層之上制作結(jié)構(gòu)層并通過圖形化形成的通孔底部的接觸孔；
5)在所述結(jié)構(gòu)層之上制作探測器敏感層并圖形化；
6)在以上步驟5)制作完成的結(jié)構(gòu)之上制作金屬電極層并圖形化；
7)在所述電極層之上制作釋放保護(hù)層；
8)圖形化微橋結(jié)構(gòu)；
9)釋放第二層犧牲層；
10)釋放第一層犧牲層；
其特征在于第一犧牲層采用光敏型聚酰亞胺，第二犧牲層采用非晶硅薄膜。另ー種紅外探測器制作方法，包括以下步驟
1)在半導(dǎo)體襯底上制作金屬層，該金屬層經(jīng)過圖形化后，形成位于微橋主體之下的入射輻射反射層以及與下方CMOS電路至少ー處的電互連；
2)在所述金屬層之上制作第一層犧牲層并固化；
3)在所述第一層犧牲層之上制作第二層犧牲層；圖形化第二層犧牲層形成開孔，利用第二層犧牲層做掩模圖形化第一層犧牲層，制作出通孔；
4)在所述第二層犧牲層之上制作結(jié)構(gòu)層并通過圖形化形成的通孔底部的接觸孔；
5)在所述結(jié)構(gòu)層之上制作探測器敏感層并圖形化；
6)在以上步驟5)制作完成的結(jié)構(gòu)之上制作金屬電極層并圖形化；
7)在所述電極層之上制作釋放保護(hù)層；
8)圖形化微橋結(jié)構(gòu)；
9)釋放第二層犧牲層；
10)釋放第一層犧牲層；
其特征在干第一犧牲層采用非光敏型聚酰亞胺，第二犧牲層采用非晶硅薄膜。所述第二犧牲層非晶硅的厚度在1000A 5000A，第一犧牲層聚酰亞胺固化后的厚度在10000A20000A，并控制聚酰亞胺與非晶硅的總厚度接近入射輻射峰值波長的1/4波長。所述探測器金屬反射層為Ti/TiN/Al、TiW/Al、Ta/TaN/Al中的ー種。5.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器敏感層采用原位摻雜硼或磷的非晶硅、氧化釩、SiGe中的ー種。所述探測器電極層采用Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、Ni、Cr、NiCr、TiW 中的ー種。所述探測器結(jié)構(gòu)層以采用ニ氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅中的一種或者ー種以上的組合。所述探測器釋放保護(hù)層采用ニ氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅、光刻膠中的ー種或者ー種以上的組合。所述探測器第二層犧牲層的釋放采用XeF2氣體或SF6等離子刻蝕。所述探測器第一層犧牲層的釋放采用02等離子。

1)在半導(dǎo)體襯底上制作金屬層，該金屬層經(jīng)過圖形化后形成位于微橋主體之下的入射輻射反射層以及與下方CMOS電路至少ー處的電互連；
2)在所述金屬層之上制作第一層犧牲層并圖形化形成通孔；
3)在所述第一層犧牲層之上制作第二層犧牲層并圖形化去除在步驟2)形成的通孔底部的第二層犧牲層；
4)在所述第二層犧牲層之上制作結(jié)構(gòu)層并通過圖形化形成的通孔底部的接觸孔；
5)在所述結(jié)構(gòu)層之上制作探測器敏感層并圖形化；
6)在以上步驟5)制作完成的結(jié)構(gòu)之上制作金屬電極層并圖形化；
7)在所述電極層之上制作釋放保護(hù)層；
8)圖形化微橋結(jié)構(gòu)；
9)釋放第二層犧牲層；
10)釋放第一層犧牲層
其中，第一犧牲層采用聚酰亞胺，第二犧牲層采用非晶硅薄膜。非晶硅的厚度在1000A 5000A，聚酰亞胺固化后的厚度在10000A 20000A，并控制聚酰亞胺與非晶硅的總厚度接近入射輻射峰值波長的1/4波長。本發(fā)明提供的非制冷探測器制作方法中，金屬反射層采用Ti/TiN/Al (包括Al的合金)、TiW/Al (包括Al的合金)、Ta/TaN/Al (包括Al的合金)中的ー種。敏感層采用原位摻雜硼或磷的非晶硅、氧化釩、SiGe中的ー種。電極層采用Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、Ni、Cr、NiCr、TiW 中的ー種。結(jié)構(gòu)層以采用ニ氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅中的ー種或者ー種以上的組合。釋放保護(hù)層采用ニ氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅、光刻膠中的一種或者一種以上的組合。第二層犧牲層的釋放采用XeF2氣體或SF6等離子刻蝕。第一層犧牲層的釋放采用02等離子體。與現(xiàn)有的単一材料犧牲層制造エ藝相比，本發(fā)明提供的復(fù)合犧牲層紅外探測器制造方法，其優(yōu)點(diǎn)和效果在于
利用聚酰亞胺作為第一犧牲層，可以對CMOS電路表面起到平坦化的作用；
利用聚酰亞胺作為第一犧牲層，可以克服非晶硅與金屬表面粘附性不佳的缺點(diǎn)；利用非晶硅作為第二犧牲層，可以把聚酰亞胺完全包覆住，有效地防止了聚酰亞胺的揮發(fā)性，避免了對后續(xù)エ藝設(shè)備的沾污。


圖I為本發(fā)明提供的基于復(fù)合犧牲層的紅外探測器微橋結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2為本發(fā)明提供的紅外探測器制作方法具體實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的紅外探測器制作方法的較佳實(shí)施例作詳細(xì)描述，以期進(jìn)ー步說明本發(fā)明的技術(shù)方法以及效果。圖I為本發(fā)明的紅外探測器剖面圖。紅外探測器包括半導(dǎo)體襯底1，依次層疊制作在襯底I之上的金屬層2、第一犧牲層3、第二犧牲層4、結(jié)構(gòu)層5、敏感層6、金屬電極層
7、釋放保護(hù)層8。實(shí)施例I :
圖2為圖I所示的紅外探測器的第一種加工方法流程圖。以下結(jié)合圖2詳細(xì)闡述本發(fā)明的紅外探測器加工方法，對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。2 (a)，在襯底11上制作金屬層12并圖形化，形成紅外反射層以及與CMOS的電連接。其中，襯底11為已完成CMOS電路加工的硅晶圓。金屬反射層12采用Ti/TiN/Al (包括Al的合金)、Tiff/Al (包括Al的合金)、Ta/TaN/Al (包括Al的合金)中的ー種?？刂平饘賹?2的厚度在1000A 10000A之間。2 (b)，在金屬層12之上制作第一犧牲層13聚酰亞胺，其通過旋涂方法制備。在本實(shí)施例中，所述聚酰亞胺為光敏型，在旋涂后通過曝光、顯影的方式形成通孔101。通過控制旋涂得轉(zhuǎn)速控制固化后的聚酰亞胺厚度在10000A 20000A。2 (c)，依次制作第二犧牲層 14 非晶硅，其通過 PECVD、HDPCVD、SACVD、APCVD、ALD、濺射等方法制備。在本實(shí)施例中，其通過PECVD方法制作，厚度在1000A 2000A。2 (d)，通過光刻、圖形化的方法去除在通孔101底部的非晶硅。2(e)，在第二犧牲層14之上制作結(jié)構(gòu)層15。其通過PECVD、HDPCVD、SACVD、APCVD、ALD、濺射等方法制備。在本實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)層采用PECVD氧化硅，厚度在500A 3000A。2 (f)，通過光刻、圖形化的方法去除在通孔101底部的氧化硅，形成接觸孔102。2 (g)，制作敏感層 16。其通過 PECVD、HDPCVD, SACVD, APCVD, ALD、濺射等方法制備。在本實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)層采用PECVD的摻硼非晶硅，厚度在500A 2000A。并通過光刻、圖形化敏感層16。2 (h),制作金屬電極層17,并光刻、圖形化,形成敏感層16與金屬層12之間的電連接。在本實(shí)施例中，電極采用TaN，厚度在50A 300A。2 (i )，制作釋放保護(hù)層 18。其通過 PECVD、HDPCVD, SACVD, APCVD, ALD、濺射等方法制備。在本實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)層采用PECVD氧化硅，厚度在500A 3000A。2 ( j )，光刻、圖形化微橋結(jié)構(gòu)。2 (k)，釋放第二犧牲層14。其方法為利用XeF2氣體對非晶硅進(jìn)行刻蝕。2 (1)，釋放第一犧牲層13。其方法為利用氧等離子體對聚酰亞胺進(jìn)行灰化(Ashing)。釋放完成后得到懸于襯底11之上的微橋結(jié)構(gòu)103。上述實(shí)施例中的2 (b) I Cd)步驟也可以采用另外ー種方法
2 (b)，在金屬層12之上制作第一犧牲層13聚酰亞胺，其通過旋涂方法制備，聚酰亞胺為非光敏型，在旋涂后固化，通過控制旋涂得轉(zhuǎn)速控制固化后的聚酰亞胺厚度在10000A 20000A。2 (C)，依次制作第二犧牲層 14 非晶硅，其通過 PECVD、HDPCVD、SACVD、APCVD、ALD、濺射等方法制備。在本實(shí)施例中，其通過PECVD方法制作，厚度在1000A 2000A。并通過光亥IJ、圖形化的方法在非晶硅14形成開孔。2 (d)，通過第二犧牲層14作為掩模，利用氧等離子體刻蝕的方法形成通孔101。

主要區(qū)別在于第二種方法使用的第一犧牲層為非光敏型的區(qū)別，以及相應(yīng)的后續(xù)通孔形成方法的不同。其它步驟類似。
權(quán)利要求
1.一種基于復(fù)合犧牲層的紅外探測器制作方法，包括以下步驟 1)在半導(dǎo)體襯底上制作金屬層，該金屬層經(jīng)過圖形化后，形成位于微橋主體之下的入射輻射反射層以及與下方CMOS電路至少一處的電互連； 2)在所述金屬層之上制作第一層犧牲層并圖形化形成通孔； 3)在所述第一層犧牲層之上制作第二層犧牲層，并圖形化去除在步驟2)形成的通孔底部的第二層犧牲層； 4)在所述第二層犧牲層之上制作結(jié)構(gòu)層并通過圖形化形成的通孔底部的接觸孔； 5)在所述結(jié)構(gòu)層之上制作探測器敏感層并圖形化； 6)在以上步驟5)制作完成的結(jié)構(gòu)之上制作金屬電極層并圖形化； 7)在所述電極層之上制作釋放保護(hù)層； 8)圖形化微橋結(jié)構(gòu)； 9)釋放第二層犧牲層； 10)釋放第一層犧牲層； 其特征在于第一犧牲層采用光敏型聚酰亞胺，第二犧牲層采用非晶硅薄膜。
2.一種基于復(fù)合犧牲層的紅外探測器制作方法，包括以下步驟 1)在半導(dǎo)體襯底上制作金屬層，該金屬層經(jīng)過圖形化后，形成位于微橋主體之下的入射輻射反射層以及與下方CMOS電路至少一處的電互連； 2)在所述金屬層之上制作第一層犧牲層并固化； 3)在所述第一層犧牲層之上制作第二層犧牲層；圖形化第二層犧牲層形成開孔，利用第二層犧牲層做掩模圖形化第一層犧牲層，制作出通孔； 4)在所述第二層犧牲層之上制作結(jié)構(gòu)層并通過圖形化形成的通孔底部的接觸孔； 5)在所述結(jié)構(gòu)層之上制作探測器敏感層并圖形化； 6)在以上步驟5)制作完成的結(jié)構(gòu)之上制作金屬電極層并圖形化； 7)在所述電極層之上制作釋放保護(hù)層； 8)圖形化微橋結(jié)構(gòu)； 9)釋放第二層犧牲層； 10)釋放第一層犧牲層； 其特征在于第一犧牲層采用非光敏型聚酰亞胺，第二犧牲層采用非晶硅薄膜。
3.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述第二犧牲層非晶硅的厚度在1000A 5000A，第一犧牲層聚酰亞胺固化后的厚度在10000A 20000A，并控制聚酰亞胺與非晶硅的總厚度接近入射輻射峰值波長的1/4波長。
4.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器金屬反射層為 Ti/TiN/Al、TiW/Al、Ta/TaN/Al 中的一種。
5.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器敏感層采用原位摻雜硼或磷的非晶硅、氧化釩、SiGe中的一種。
6.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器電極層采用Ti、TiN、Ti/TiN、Ta、TaN、Ta/TaN、Ni、Cr、Ni Cr, TiW 中的一種。
7.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器結(jié)構(gòu)層以采用二氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅中的一種或者一種以上的組合。
8.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器釋放保護(hù)層采用二氧化硅、化學(xué)計(jì)量比的氮化硅、碳化硅、光刻膠中的一種或者一種以上的組合。
9.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器第二層犧牲層的釋放采用XeF2氣體或SF6等離子刻蝕。
10.如權(quán)利要求I或2所述的紅外探測器制作方法，其特征在于，所述探測器第一層犧牲層的釋放采用02等離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合犧牲層制作紅外探測器的方法，在CMOS硅襯底上依次完成金屬層、第一層犧牲層聚酰亞胺、第二層犧牲層非晶硅、通過對犧牲層圖形化形成的通孔；層疊制作結(jié)構(gòu)層、通過圖形化形成的接觸孔；制作敏感層、金屬電極層、釋放保護(hù)層，以及對敏感層圖形化、電極層圖形化、和微橋結(jié)構(gòu)圖形化。在犧牲層釋放時(shí)，首先釋放第二層犧牲層，再釋放第一層犧牲層。本發(fā)明提供的紅外探測器制作方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有效地利用兩種不同犧牲層的優(yōu)點(diǎn)，既可以利用有機(jī)犧牲層對CMOS表面進(jìn)行平坦化、提高與金屬間的粘附性，又利用無機(jī)犧牲層控制聚酰亞胺的揮發(fā)性，與CMOS工藝更加兼容。
文檔編號H01L31/18GK102683474SQ201110065880
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者姜利軍, 池積光, 羅雯雯, 錢良山 申請人:浙江大立科技股份有限公司