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一種紅外圖像傳感器及其制作方法與流程

文檔序號:12888877閱讀:755來源:國知局
一種紅外圖像傳感器及其制作方法與流程

本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域,具體涉及一種紅外圖像傳感器及其制作方法。



背景技術(shù):

圖像傳感器包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)紅外圖像傳感器和電荷耦合器件(ccd)傳感器,它們廣泛用于各種應(yīng)用中,諸如數(shù)字靜物攝影機(dsc)、手機攝像頭、數(shù)字視頻(dv)和數(shù)字視頻錄像機(dvr)等領(lǐng)域中。這些圖像傳感器吸收光并且將感測的光轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或電信號。

任何有溫度的物體都會發(fā)射出紅外光,這一特點使得紅外圖像傳感器的使用范圍大大擴大。紅外圖像傳感器可以廣泛應(yīng)用于救援活動以及軍事裝置的檢測中。比如活動在地面、水中和空中的軍事裝置,如坦克、車輛、軍艦、飛機等,由于有高溫部位,往往形成強的紅外輻射源。

現(xiàn)有的紅外圖像傳感器的制作方法為在硅襯底上進(jìn)行金屬布線,然后根據(jù)使用需求,在硅襯底上沉積反射層、犧牲層、敏感層和熱氧化層等等,最終通過刻蝕掉犧牲層以及其他不需要的沉積層最終得到紅外圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。這種制造方法的缺陷為:(1)工藝繁瑣,制作時間較長,因為在硅襯底上的每一層沉積以及每一沉積層對應(yīng)的刻蝕都需要單獨花費時間和精力,而且每一沉積層的沉積順序、沉積厚度、刻蝕順序等都有嚴(yán)格的規(guī)定,這就導(dǎo)致工藝時間較長,制作工藝效率低下。(2)在制作紅外圖像傳感器的工藝中,有的沉積層需要進(jìn)行特殊處理,比如敏感層需要進(jìn)行高溫退火處理,或者有的沉積層需要經(jīng)過外延生長等特殊方式形成,而在進(jìn)行這些特殊工藝的時候,難免影響到襯底中的金屬布線以及其他相對比較脆弱的部分,從而影響紅外圖像傳感器的整體性能。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種紅外圖像傳感器的制作方法,能夠提高紅外圖像傳感器的生產(chǎn)效率,同時提升紅外圖像傳感器的性能。

為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種紅外圖像傳感器的制作方法,包括以下步驟:

s01:在襯底ⅰ中進(jìn)行金屬布線,形成金屬互連層,在金屬互連層上方依次沉積反射層和犧牲層?。?/p>

s02:在襯底ⅱ上依次沉積熱氧化層、敏感層和犧牲層ⅱ;

s03:將襯底ⅰ上的犧牲層ⅰ和襯底ⅱ上的犧牲層ⅱ鍵合在一起形成犧牲層,并去除襯底ⅱ;

s04:刻蝕襯底ⅰ中金屬互連層上方的犧牲層、敏感層和熱氧化層,形成貫穿熱氧化層、敏感層和犧牲層的凹槽,在凹槽以及凹槽開口的兩端沉積金屬層形成金屬凹槽,單個金屬凹槽、位于金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層以及位于金屬凹槽下方的反射層形成pad,兩個金屬凹槽、位于兩個金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層、位于兩個金屬凹槽中間的敏感層以及位于兩個金屬凹槽下方的反射層形成傳感器單元。

s05:刻蝕掉pad和傳感器單元以外的熱氧化層、敏感層和犧牲層,形成紅外圖像傳感器。

進(jìn)一步地,所述步驟s01中沉積反射層的具體步驟為:

s0101:沉積金屬作為反射層;

s0102:采用光刻膠掩模刻蝕的方式刻蝕掉pad和傳感器單元之外的反射層。

進(jìn)一步地,所述反射層為鋁反射層。

進(jìn)一步地,所述步驟s02中沉積犧牲層ⅱ的具體步驟為:

s0201:在敏感層上方沉積犧牲層ⅱ;

s0202:在犧牲層ⅱ中形成支撐層,用于支撐敏感層。

進(jìn)一步地,所述犧牲層ⅰ和犧牲層ⅱ均為聚酰亞胺薄膜。

進(jìn)一步地,所述敏感層為高溫處理的氧化釩。

進(jìn)一步地,所述敏感層為采用離子注入工藝形成的非晶硅層或非晶鍺化硅層或氧化釩層。

進(jìn)一步地,所述步驟s04中沉積金屬層的具體步驟為:

s0401:在pad和傳感器單元中的凹槽中沉積金屬層ⅰ,并對金屬層ⅰ進(jìn)行圖形化;

s0402:在pad所在的凹槽中沉積金屬層ⅱ,并對金屬層ⅱ圖形化。

進(jìn)一步地,所述金屬層ⅰ為鈦和/或氮化鈦,所述金屬層ⅱ為鋁金屬層。

進(jìn)一步地,所述熱氧化層為氧化硅層。

本發(fā)明提供的一種紅外圖像傳感器,包括襯底、金屬互連層、pad和傳感器單元,所述襯底中進(jìn)行金屬布線,形成金屬互連層,所述pad和傳感器單元均位于金屬互連層的上方;所述pad包括單個金屬凹槽、位于金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層以及位于金屬凹槽下方的反射層,所述傳感器單元包括兩個金屬凹槽、位于兩個金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層、位于兩個金屬凹槽中間的敏感層以及位于兩個金屬凹槽下方的反射層。

本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的紅外圖像傳感器的制作方法,將工藝條件相差較大的兩個部分分別放置在兩個襯底中進(jìn)行完成,避免了紅外圖像傳感器中不同單元之間制作過程的相互影響,同時也能節(jié)省整個制作過程的工藝時間,提高了制作效率。采用聚酰亞胺薄膜將分開制作的兩個襯底鍵合起來,利用有機薄膜的化學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)兩種部件的無縫鍵合,大大提高了紅外圖像傳感器制作工藝的便捷性。

附圖說明

圖1-5為實施例1中一種紅外圖像傳感器的制作過程。

圖中:11硅基襯底ⅰ,12硅基襯底ⅱ,2銅互連層,3鋁反射層,4聚酰亞胺薄膜,41聚酰亞胺薄膜ⅰ,42聚酰亞胺薄膜ⅱ,421支撐層,5氧化釩薄膜,6氧化硅層,7金屬層,91pad,92傳感器單元。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的一種紅外圖像傳感器的制作方法包括以下步驟:

s01:在襯底ⅰ中進(jìn)行金屬布線,形成金屬互連層,在金屬互連層上方依次沉積反射層和犧牲層ⅰ。其中襯底ⅰ為硅基襯底,金屬互連層為銅互連層,用于將紅外圖像傳感器中的信號傳導(dǎo)出來。犧牲層ⅰ為聚酰亞胺薄膜。沉積反射層的具體制備步驟為:

s0101:沉積金屬作為反射層;

s0102:采用光刻膠掩??涛g的方式刻蝕掉pad和傳感器單元之外的反射層。

反射層可以為鋁反射層。

s02:在襯底ⅱ上依次沉積熱氧化層、敏感層和犧牲層ⅱ;其中,襯底ⅱ為硅基襯底,熱氧化層為氧化硅層,敏感層可以選用高溫處理的氧化釩、采用氧離子注入方式形成的氧化釩、外延生長之后通過離子注入方式形成的非晶硅層或非晶鍺化硅層。犧牲層ⅱ為聚酰亞胺薄膜,具體沉積步驟為:

s0201:在敏感層上沉積犧牲層ⅱ;

s0202:在犧牲層ⅱ中形成支撐層,用于支撐敏感層。

由于敏感層的厚度較薄,在后續(xù)的制作生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)彎曲的情形,為了保證敏感層的位置不發(fā)生錯位,在犧牲層ⅱ中設(shè)置支撐層。

s03:將襯底ⅰ上的犧牲層ⅰ和襯底ⅱ上的犧牲層ⅱ鍵合在一起形成犧牲層,并去除襯底ⅱ;犧牲層ⅰ和犧牲層ⅱ均為聚酰胺亞胺薄膜,聚酰亞胺薄膜在低于300℃的溫度下發(fā)生鍵合,將分開制作的兩個襯底很好的結(jié)合在一起。

s04:刻蝕襯底ⅰ中金屬互連層上方的犧牲層、敏感層和熱氧化層,形成貫穿熱氧化層、敏感層和犧牲層的凹槽,在凹槽以及凹槽開口的兩端沉積金屬層形成金屬凹槽,單個金屬凹槽、位于金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層以及位于金屬凹槽下方的反射層形成pad,兩個金屬凹槽、位于兩個金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層、位于兩個金屬凹槽中間的敏感層以及位于兩個金屬凹槽下方的反射層形成傳感器單元。

其中,在沉積金屬層的過程中,因為pad需要較厚的金屬層,而傳感器單元需要的金屬層相對比較薄,因此可以采用兩步法沉積金屬層:

s0401:在pad和傳感器單元中的凹槽中沉積金屬層ⅰ,金屬層ⅰ為鈦和/或氮化鈦,并對金屬層ⅰ進(jìn)行圖形化;

s0402:在pad所在的凹槽中沉積金屬層ⅱ,金屬層ⅱ為鋁金屬層,并對金屬層ⅱ進(jìn)行圖形化。

s05:刻蝕掉pad和傳感器單元以外的熱氧化層、敏感層和犧牲層,形成一種紅外圖像傳感器。該步驟包括去掉所有的犧牲層以及pad和傳感器單元意以外的敏感層和熱氧化層。

本發(fā)明提供的一種紅外圖像傳感器,包括襯底、金屬互連層、pad和傳感器單元,襯底中進(jìn)行金屬布線,形成金屬互連層,pad和傳感器單元均位于金屬互連層的上方;pad包括單個金屬凹槽、位于金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層以及位于金屬凹槽下方的反射層,傳感器單元包括兩個金屬凹槽、位于兩個金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層、位于兩個金屬凹槽中間的敏感層以及位于兩個金屬凹槽下方的反射層。

實施例1

一種紅外圖像傳感器的制作方法包括以下步驟:

s01:如圖1所示,在硅基襯底ⅰ11中采用金屬銅進(jìn)行布線,形成銅互連層2,在銅互連層2上方沉積鋁反射層3,在沉積鋁反射層過程中,先均勻沉積一層鋁作為反射層,再采用光刻膠掩模刻蝕的方式刻蝕掉pad和傳感器單元之外的鋁反射層;之后沉積聚酰亞胺薄膜ⅰ41。

s02:如圖2所示,在硅基襯底ⅱ12上依次沉積氧化硅層6、氧化釩薄膜5,并對氧化釩薄膜5進(jìn)行高溫退火處理,退火之后的氧化釩薄膜上沉積聚酰亞胺薄膜ⅱ42,并在聚酰亞胺薄膜ⅱ42中填充支撐層421,用于支撐氧化釩薄膜。

s03:如圖3所示,將形成的硅基襯底ⅰ11上的聚酰亞胺薄膜ⅰ41和硅基襯底ⅱ12上的聚酰亞胺薄膜ⅱ42在200℃溫度下發(fā)生鍵合,形成聚酰亞胺薄膜4,并去除硅基襯底ⅱ12。

s04:如圖4所示,刻蝕硅基襯底ⅰ11中銅互連層2上方的聚酰亞胺薄膜4、氧化釩薄膜5和氧化硅層6,形成貫穿氧化硅層、氧化釩薄膜和聚酰亞胺薄膜的凹槽,在凹槽以及凹槽開口的兩端沉積金屬層7形成金屬凹槽,沉積金屬層的過程中,采用兩步法沉積金屬層7:首先在pad和傳感器單元中的凹槽中沉積氮化鈦層,并對氮化鈦層進(jìn)行圖形化,再在pad所在的凹槽中沉積金屬鋁層,并對金屬鋁層進(jìn)行圖形化。單個金屬凹槽、位于金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層以及位于金屬凹槽下方的反射層形成pad,兩個金屬凹槽、位于兩個金屬凹槽開口兩端下方的熱氧化層、位于兩個金屬凹槽中間的敏感層以及位于兩個金屬凹槽下方的反射層形成傳感器單元。

s05:如圖5所示,刻蝕掉pad92和傳感器單元91以外的氧化硅層6、氧化釩薄膜5和聚酰亞胺薄膜4,形成一種紅外圖像傳感器。該步驟包括去掉所有的聚酰亞胺薄膜以及pad和傳感器單元以外的氧化釩薄膜和氧化硅層。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,所述實施例并非用于限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍,因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化,同理均應(yīng)包含在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

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