一种非制冷红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种非制冷红外探测器制备方法，包括：提供一包含读出电路的半导体衬底，在半导体衬底上依次沉积金属反射层、绝缘介质层、牺牲层、支撑层、金属电极层、氮化硅介质层；刻蚀掉金属电极层上方的部分氮化硅保护层,露出金属电极，形成接触孔；在形成接触孔的半导体衬底上沉积热敏薄膜，对热敏薄膜进行图形化处理，然后沉积氮化硅钝化层，进行钝化层图形化和结构释放。本发明专利技术还提出了一种非制冷红外探测器结构，即在金属电极之上覆盖热敏薄膜，使非制冷红外探测器对红外的反射率大大降低，提高了探测器的红外吸收效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种非制冷红外探测器制备方法，包括：提供一包含读出电路的半导体衬底，在半导体衬底上依次沉积金属反射层、绝缘介质层、牺牲层、支撑层、金属电极层、氮化硅介质层；刻蚀掉金属电极层上方的部分氮化硅保护层,露出金属电极，形成接触孔；在形成接触孔的半导体衬底上沉积热敏薄膜，对热敏薄膜进行图形化处理，然后沉积氮化硅钝化层，进行钝化层图形化和结构释放。本专利技术还提出了一种非制冷红外探测器结构，即在金属电极之上覆盖热敏薄膜，使非制冷红外探测器对红外的反射率大大降低，提高了探测器的红外吸收效率。【专利说明】
本专利技术属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，具体涉及。
技术介绍
非制冷红外探测技术是无需制冷系统对外界物体的红外辐射(IR)进行感知并转化成电信号经处理后在显示终端输出的技术，可广泛应用于国防、航天、医学、生产监控等众多领域。非制冷红外焦平面探测器由于其能够在室温状态下工作，并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功率小、启动快及稳定性好等优点，满足了民用红外系统和部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要，近几年来发展迅猛。非制冷红外探测器主要包括测福射热计、热释电和热电堆探测器等，其中基于MEMS (MEMS:Micro-electromechanicalSystems,微机电系统)制造工艺的微测福射热计(Micro-bolometer)红外探测器由于其响应速率高，制作工艺简单且与集成电路制造工艺兼容，具有较低的串音和较低的Ι/f噪声，较高的帧速，工作无需斩波器，便于大规模生产等优点，是非制冷红外探测器的主流技术之O微测福射热计(Micro-bolometer)是基于具有热敏特性的材料在温度发生变化时电阻值发生相应的变化而制造的一种非致冷红外探测器。工作时对支撑在绝热结构上的热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源，入射红外辐射引起的温度变化使得热敏电阻阻值减小，从而使电流、电压发生改变，并由读出电路(ROIC:Readout Integrated Circuits)读出电信号的变化。作为热敏电阻的材料必须具有较高的电阻温度系数(TCR: TemperatureCoefficient of Resistance),较低的1/f噪声,适当的电阻值和稳定的电性能，以及易于制备等要求。目前主流的热敏材料包括氧化钒(V0x)、非晶硅以及高温超导材料(YB⑶)等，另外也有关于氧化钛，氧化镍等材料作为微测辐射热计热敏材料的研究报道。非制冷红外焦平面阵列探测器的单元通常采用悬臂梁微桥结构，它利用牺牲层释放工艺形成桥支撑结构，支撑平台上的热敏材料通过微桥与基底读出电路相连。悬臂梁使用绝热支撑层对红外吸收层平台起到机械支撑作用，同时也使用一种导电材料作为电极提供基底读出电路与热敏材料的电性连接。金属电极的一端通过接触孔(Contact)与支撑层上的热敏材料连接，另一端通过桥墩和通孔(Via)与基底读出电路的金属电极相连，从而读出热敏材料的电信号变化。为了使红外探测器具有较高的灵敏度(Sensitivity)和较低的噪声(Noise)，这就要求悬臂梁具有很好的绝热性和尽可能低的接触电阻。传统的非制冷红外探测器器件制备方法是:(中国专利CN102315329A，美国专利:US6322670B2)；1.ROIC上溅射金属反射层如Al，Au, Pt, NiCr薄膜，并进行图形化后形成反射层图形，再利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在反射层上制备低应力Si3N4薄膜作为保护层；2.涂覆牺牲层聚酰亚胺PI (Polyimide)，并光刻蚀刻形成PI孔图形，利用PECVD在PI图形上沉积低应力的Si3N4薄膜做为支撑层；3.制备热敏层薄膜(VOx)，对热敏薄膜图形化后，沉积一层介质薄膜对热敏图形进行覆盖保护，介质薄膜可以是Si3N4或SiO2 ；4.在桥墩处利用反应离子刻蚀(RIE)蚀刻出通孔(Via)，Via孔与基底读出电路的金属电极块相连；5.在热敏薄膜上利用RIE (反应离子刻蚀)蚀刻出接触孔(Contact)，接触孔是电极薄膜与支撑层上的热敏材料相连接；6.蚀刻好通孔和接触孔后,接着沉积金属电极薄膜(Ti, TiN, Cr, NiCr等),再利用光刻和蚀刻技术制作金属电极实现其电连接；7.制备钝化层薄膜，然后进行钝化层图形化，对传感器单元进行隔离和结构释放位置开口，结构释放后，形成非制冷红外探测器结构。该方法存在的问题如下:1.热敏薄膜不能承受高温工艺，如果将热敏薄膜放在电极层次之前，就不能兼容标准IC工艺的PVD (物理气相沉积)工艺。2.电极沉积在热敏薄膜氧化钒之后，氧化钒上接触孔(Contact)处金属电极会反射红外，会降低探测器红外吸收效率。如果先沉积金属电极，再沉积热敏薄膜氧化钒，台面上金属电极之上覆盖着一层热敏薄膜氧化钒，使其对红外辐射的反射率大大降低，提高了探测器的红外吸收效率。3.氧化f凡热敏薄膜和集成电路制造工艺的兼容性不好,工厂(Foundry)担心氧化钒材料和钒材料沾污设备，需要对氧化钒工艺后的设备，进行单独配置且进行隔离，防止沾污其他产品和工艺设备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种非制冷红外探测器的制备方法，解决热敏薄膜与集成电路制造工艺兼容性不好、现有工艺制造的探测器反射率高等问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种非制冷红外探测器制备方法，包括如下步骤:步骤1:提供一包含读出电路的半导体衬底，在读出电路上沉积一金属层；并对金属层进行图形化，形成金属反射层图形和金属电极块；金属电极块与半导体衬底上的读出电路电连接；在完成图形化的金属层上沉积绝缘介质层；步骤2:在绝缘介质层上沉积牺牲层，并对牺牲层进行图形化处理，在完成图形化处理后的牺牲层上沉积氮化硅薄膜作为支撑层；步骤3:在沉积完支撑层的半导体衬底上通过光刻和反应离子蚀刻的方法蚀刻通孔，通孔蚀刻终止于与读出电路电连接的金属电极块；步骤4:在形成通孔的半导体衬底上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化，形成金属连线和金属电极；在完成图形化的金属电极层上沉积氮化硅介质层；步骤5:在沉积完氮化硅介质层的半导体衬底上通过光刻和蚀刻的方法，刻蚀掉金属电极上方的部分氮化硅介质层，露出金属电极，形成接触孔；步骤6:在形成接触孔的半导体衬底上沉积热敏层，并对热敏层进行图形化，所述热敏层为氧化钒薄膜；步骤7:在完成图形化的热敏层上沉积氮化硅钝化层，然后进行钝化层图形化和结构释放:去除牺牲层，形成微桥结构。本专利技术一种非制冷红外探测器制备方法的有益效果在于:简化工艺，降低成本，能显著提供探测器的良率，降低工艺难度；可以提高氧化钒热敏薄膜和集成电路制造的兼容性，减少设备投入，充分利用工厂的设备和管理生产技术，提高产品的良率和降低成本，且更好地防范对其他产品沾污的可能性，做好风险管理预防。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进:进一步，所述步骤6中:在沉积热敏层之前，先沉积一层V/V205/V薄膜作为过渡层，所述v/v2o5/v薄膜的厚度为10 ~ 200A ;采用离子束沉积或物理气相沉积的方法在所述过渡层上沉积所述热敏层，所述热敏层厚度为5()() ~ 2000Λ。采用上述进一步方案的有益效果是:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非制冷红外探测器制备方法，包括如下步骤：步骤1:提供一包含读出电路的半导体衬底，在读出电路上沉积一金属层；并对金属层进行图形化，形成金属反射层图形和金属电极块；金属电极块与半导体衬底上的读出电路电连接；在完成图形化的金属层上沉积绝缘介质层；步骤2:在绝缘介质层上沉积牺牲层，并对牺牲层进行图形化处理，在完成图形化处理后的牺牲层上沉积氮化硅薄膜作为支撑层;步骤3:在沉积完支撑层的半导体衬底上通过光刻和反应离子蚀刻的方法蚀刻通孔，通孔蚀刻终止于与读出电路电连接的金属电极块；步骤4：在形成通孔的半导体衬底上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化，形成金属连线和金属电极；在完成图形化的金属电极层上沉积氮化硅介质层；步骤5：在沉积完氮化硅介质层的半导体衬底上通过光刻和蚀刻的方法，刻蚀掉金属电极上方的部分氮化硅介质层,露出金属电极，形成接触孔；步骤6：在形成接触孔的半导体衬底上沉积热敏层，并对热敏层进行图形化，所述热敏层为氧化钒薄膜；步骤7：在完成图形化的热敏层上沉积氮化硅钝化层，然后进行钝化层图形化和结构释放：去除牺牲层，形成微桥结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨水长，甘先锋，孙瑞山，王宏臣，陈文礼，王鹏，
申请(专利权)人：烟台睿创微纳技术有限公司，
类型：发明
国别省市：