CN106044696A - 一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器及其制备方法 - Google Patents

一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器件及其制备方法。探测器的微桥结构为一平台，将锰钴镍氧薄膜材料沉积在该平台上制作红外探测器，其微桥结构的牺牲层采取直接加热的方式去除，而无需在锰钴镍氧探测元上再沉积一层钝化层，且牺牲层可以在内部形成拱形的支撑结构，也简化了制作流程，节约了成本，提高了器件之作的成功率，同时由于其平台结构强度较高，在红外器件的诸如涂黑漆、封装等步骤中不易受损。

Description

一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及红外探测器，具体是一种微桥结构红外探测器件及其制备方法。
背景技术
以锰钴镍氧薄膜材料制作的非制冷型红外探测器件具有优异的负温度电阻特性，经过了几十年的研究与发展，其性能得到很大提高。由于薄膜材料厚度的减小会使红外信号的吸收减弱，所以工艺上一般采用涂黑漆增大红外吸收；薄膜材料厚度的减小也导致探测元的热容减小，从而使其响应时间变大，响应率减小，因此，应减小薄膜材料的导热系数以保持响应灵敏度，同时增大响应率。
以低阻硅作为衬底的微桥结构用在红外探测器上可以减小热导，提高红外信号的吸收率，对于锰钴镍氧薄膜材料红外探测器的灵敏度和探测率的提高有重要作用。在微桥结构的制作过程中，需要用PECVD法在探测元上沉积一层钝化层，以便进行反应离子刻蚀，露出牺牲层。对于牺牲层的去除往往选用氧等离子体干法刻蚀，容易造成等离子体诱导损伤，且不易制作高深宽比的微桥结构；而平板结构的反应离子刻蚀由于采用高能离子轰击的物理刻蚀，化学各向同性刻蚀较差。
本专利涉及的微桥红外探测器件的制备方法，可以提高微桥的强度，以便在给探测元涂黑漆、进行器件封装时不至于损伤微桥结构；同时，还可以简化制作流程，节约成本，提高器件制作的成功率。
发明内容
本发明是制作一种的微桥结构红外探测器及其制备方法，探测元材料采用锰钴镍氧薄膜。本专利设计的微桥结构的牺牲层可以在内部形成拱形的支撑结构，提高了微桥结构的强度，使其能够与锰钴镍氧薄膜红外探测器的制作工艺兼容，并且有效解决了薄膜型红外探测器的响应时间长、响应率低的问题。
一种微桥结构红外探测器的结构图如图1、图2和图3。它包括锰钴镍氧薄膜1，二氧化硅层2，氮化硅层3，聚酰亚胺牺牲层4和低阻硅衬底5；所述的红外探测器自低阻硅衬底5之上依次为聚酰亚胺牺牲层4、氮化硅层3、二氧化硅层2和锰钴镍氧薄膜1，在锰钴镍氧薄膜1上有铬和金复合金属电极6；其中：
所述的聚酰亚胺牺牲层4是呈拱形的牺牲层，拱形高度为1-3μm，牺牲层厚度为1-3μm，牺牲层与二氧化硅平直接触；
所述的氮化硅层3的厚度50-500nm；
所述的，二氧化硅层2的厚度50-500nm；
所述的锰钴镍氧薄膜1的厚度0.1-2μm。
本发明所设计的微桥结构探测器结构通过以下具体的工艺步骤来实现：
1)在低阻硅片上沉淀一层聚酰亚胺薄膜(PI)作为牺牲层，牺牲层厚度为1-3μm；
2)对聚酰亚胺在氮气气氛保护下进行亚胺化处理；
3)对聚酰亚胺曝光、显影，制作出聚酰亚胺平台；
4)采用PECVD法先沉积一层的氮化硅,再沉积一层二氧化硅作为结构层；
5)采用一定方法沉积一定厚度的锰钴镍氧薄膜，并对薄膜进行退火处理；
6)对退火后的锰钴镍氧薄膜进行光刻、腐蚀、显影处理，在聚酰亚胺平台上制作出锰钴镍氧薄膜探测元；
7)采用光刻、显影处理，制作出阴刻的电极形状的光刻胶，采用双离子溅射法镀铬/金电极，厚度分别为30nm、150nm；
8)用丙酮洗去光刻胶，将整个器件放入快速退火炉中加热,加热温度在400-800℃，使聚酰亚胺分解气化，去除聚酰亚胺。
本专利的优点在于：通过把器件放在快速退火炉中退火以去除聚酰亚胺牺牲层，可以避免沉淀钝化层，从而减小光刻、反应离子刻蚀等后续的步骤，简化制作流程，节约成本；同时，微桥结构的形状可以提高其强度，在为探测元涂黑漆、进行器件封装时可以保持一定的强度而不被破坏，提高器件制作的成功率。
附图说明
图1为加热牺牲层前的微桥结构红外探测器件结构的剖面图，图中：1、锰钴镍氧薄膜，2、二氧化硅层，3、氮化硅层，4、聚酰亚胺牺牲层，5、低阻硅衬底。
图2为直接加热牺牲层后的微桥红外器件结构的剖面图。加热后，牺牲层在微桥平台内部形成拱形结构。
图3为镀上电极后微桥红外器件结构的俯视图，图中：6：铬和金复合金属电极。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实例对本专利做进一步详细说明，但本专利的保护范围并不限于以下实例。
实施例1：
1在低阻硅片上沉淀一层光敏聚酰亚胺薄膜(ZKPI)作为牺牲层，匀胶机的速率调制3000转、20秒，所旋涂的牺牲层厚度为1μm。
2对聚酰亚胺在氮气气氛保护下分别在150℃、180℃、250℃下保温60分钟，使其亚胺化。
3对聚酰亚胺曝光、显影，制作出70×70μm2的平台。
4采用PECVD法先沉积一层50nm的氮化硅,再沉积一层50nm的二氧化硅。
5采用磁控溅射法溅射一层厚度为100nm的锰钴镍氧薄膜，并对薄膜进行退火处理，退火温度为200℃、5分钟。
6对退火后的锰钴镍氧薄膜进行光刻、腐蚀、显影处理，在聚酰亚胺平台上制作出50×50μm2的锰钴镍氧薄膜探测元。
7采用光刻、显影处理，制作出阴刻的电极形状的光刻胶，采用双离子溅射法镀铬/金电极，厚度分别为30nm、150nm。
8用丙酮洗去光刻胶，将整个器件放入快速退火炉中，在400℃下加热10分钟,使聚酰亚胺分解气化，去除聚酰亚胺。
实施例2：
1在低阻硅片上沉淀一层光敏聚酰亚胺薄膜(ZKPI)作为牺牲层，匀胶机的速率调制3000转、20秒，所旋涂的牺牲层厚度为2μm。
2对聚酰亚胺在氮气气氛保护下分别在150℃、180℃、250℃下保温60分钟，使其亚胺化。
3对聚酰亚胺曝光、显影，制作出70×70μm2的平台。
4采用PECVD法先沉积一层200nm的氮化硅,再沉积一层200nm的二氧化硅。
5采用磁控溅射法溅射一层厚度为700nm的锰钴镍氧薄膜，并对薄膜进行退火处理，退火温度为200℃、5分钟。
6对退火后的锰钴镍氧薄膜进行光刻、腐蚀、显影处理，在聚酰亚胺平台上制作出50×50μm2的锰钴镍氧薄膜探测元。
7采用光刻、显影处理，制作出阴刻的电极形状的光刻胶，采用双离子溅射法镀铬/金电极，厚度分别为30nm、150nm。
8用丙酮洗去光刻胶，将整个器件放入快速退火炉中，在500℃下加热10分钟,使聚酰亚胺分解气化，去除聚酰亚胺。
实施例3：
1在低阻硅片上沉淀一层光敏聚酰亚胺薄膜(ZKPI)作为牺牲层，匀胶机的速率调制3000转、20秒，所旋涂的牺牲层厚度为3μm。
2对聚酰亚胺在氮气气氛保护下分别在150℃、180℃、250℃下保温60分钟，使其亚胺化。
3对聚酰亚胺曝光、显影，制作出70×70μm2的平台。
4采用PECVD法先沉积一层500nm的氮化硅,再沉积一层500nm的二氧化硅。
5采用磁控溅射法溅射一层厚度为2μm的锰钴镍氧薄膜，并对薄膜进行退火处理，退火温度为200℃、5分钟。
6对退火后的锰钴镍氧薄膜进行光刻、腐蚀、显影处理，在聚酰亚胺平台上制作出50×50μm2的锰钴镍氧薄膜探测元。
7采用光刻、显影处理，制作出阴刻的电极形状的光刻胶，采用双离子溅射法镀铬/金电极，厚度分别为30nm、150nm。
8用丙酮洗去光刻胶，将整个器件放入快速退火炉中，在800℃下加热10分钟,使聚酰亚胺分解气化，去除聚酰亚胺。

Claims (2)

1.一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器，包括锰钴镍氧薄膜(1)，二氧化硅层(2)，氮化硅层(3)，聚酰亚胺牺牲层(4)和低阻硅衬底(5)；其特征在于：
所述的红外探测器自低阻硅衬底(5)之上依次为聚酰亚胺牺牲层(4)、氮化硅层(3)、二氧化硅层(2)和锰钴镍氧薄膜(1)，在锰钴镍氧薄膜(1)上有铬和金复合金属电极(6)；
所述的聚酰亚胺牺牲层(4)是呈拱形的牺牲层，拱形高度为1-3μm，牺牲层厚度为1-3μm，牺牲层与二氧化硅平直接触；
所述的氮化硅层(3)的厚度50-500nm；
所述的，二氧化硅层(2)的厚度50-500nm；
所述的锰钴镍氧薄膜(1)的厚度0.1-2μm。
2.一种制备如权利要求1所述的一种微桥结构锰钴镍氧薄膜红外探测器的方法，其特征在于方法步骤如下：
1)在低阻硅片上沉淀一层聚酰亚胺薄膜(PI)作为牺牲层，牺牲层厚度为1-3μm；
2)对聚酰亚胺在氮气气氛保护下进行亚胺化处理；
3)对聚酰亚胺曝光、显影，制作出聚酰亚胺平台；
4)采用PECVD法先沉积一层的氮化硅,再沉积一层二氧化硅作为结构层；
5)采用一定方法沉积一定厚度的锰钴镍氧薄膜，并对薄膜进行退火处理；
6)对退火后的锰钴镍氧薄膜进行光刻、腐蚀、显影处理，在聚酰亚胺平台上制作出锰钴镍氧薄膜探测元；
7)采用光刻、显影处理，制作出阴刻的电极形状的光刻胶，采用双离子溅射法镀铬/金电极，厚度分别为30nm、150nm；
8)用丙酮洗去光刻胶，将整个器件放入快速退火炉中加热,加热温度在400-800℃，使聚酰亚胺分解气化，去除聚酰亚胺。
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