CN101183690A - 一种红外探测器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种红外探测器及其制造方法。现有技术中直接在敏感材料探测层上沉积金属层并通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极，易损伤或污染该敏感材料探测层并影响探测器的性能，甚至造成金属电极间的短路。本发明的探测器敏感材料层上沉积有一具有凹槽的牺牲保护层，金属电极设置在该凹槽中；本发明的红外探测器制造方法在制成敏感材料探测层后再沉积一牺牲保护层；然后涂布光刻胶并光刻出该金属电极图形；接着刻蚀该牺牲保护层以在其上形成金属电极图形凹槽；之后去除光刻胶并沉积金属层；最后通过光刻和刻蚀形成金属电极。采用本发明可避免损伤或污染该敏感材料探测层，并能避免金属电极间的短路，可大大提高探测器的性能、成品率和可靠性。

Description

一种红外探测器及其制造方法
技术领域
本发明涉及红外探测器的制造工艺，尤其涉及一种红外探测器及其制造方法。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用在包括红外探测技术领域的诸多领域。红外探测器是红外探测技术领域中应用非常广泛的一种MEMS产品，它利用敏感材料探测层(通常为非晶硅或氧化钒)吸收红外线且将其转化成电信号，据此来实现热成像功能，其可用于电力网络的安全检测、森林火警的探测以及人体温度的探测等场所。
上述红外探测器中敏感材料探测层和金属电极的质量对其质量有着极其重要的影响。现有技术在制造该红外探测器时，先通过化学气相沉积工艺(CVD)依次在硅衬底上沉积探测器牺牲层和敏感材料探测层，然后再在该敏感材料探测层上沉积金属层，然后光刻出金属电极图形，再通过湿法或者干法刻蚀工艺将敏感材料探测层上没有光刻胶保护的金属层去除并形成金属电极。上述直接在敏感材料探测层上沉积金属并通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极的工艺因直接在敏感材料探测层上进行刻蚀，会在该敏感材料探测层上形成刻蚀损伤或污染，该些污染或损伤会对红外探测器的质量产生不良影响，例如其均匀性、灵敏度会大大降低，金属电极间产生短路。
因此，如何提供一种红外探测器及其制造方法以避免在制造红外探测器时损伤或污染敏感材料探测层而影响红外探测器的灵敏度等性能，并大幅度提高产品成品率和可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外探测器及其制造方法，通过本发明可避免损伤或污染该敏感材料探测层，并能避免金属电极间的短路，可大大提高探测器的性能、成品率和可靠性。
本发明的目的是这样实现的：一种红外探测器，包括硅衬底、依次层叠在该硅衬底上的探测器牺牲层、敏感材料探测层和金属电极，其特征在于，该敏感材料探测层上沉积有一牺牲保护层，该牺牲保护层上具有金属电极图形凹槽，该金属电极设置在该金属电极图形凹槽中。
在上述的红外探测器中，该牺牲保护层为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅。
在上述的红外探测器中，该二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅中掺杂有硼、磷、碳或氟元素。
在上述的红外探测器中，该金属电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的氮化钽和钽电极。
在上述的红外探测器中，该敏感材料探测层为非晶硅或氧化钒。
本发明还提供一种红外探测器制造方法，该红外探测器制作在硅衬底上，该制造方法包括以下步骤：a、在硅衬底上制作探测器牺牲层；b、在探测器牺牲层上制作敏感材料探测层；c、在该敏感材料探测层上沉积一牺牲保护层；d、在该牺牲保护层上涂布光刻胶并光刻出该金属电极图形；e、刻蚀该牺牲保护层以在其上形成金属电极图形凹槽；f、去除光刻胶并沉积金属层；g、在该金属层上通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极。
在上述的红外探测器制造方法中，在步骤e中，该牺牲保护层与该敏感材料探测层的刻蚀选择比大于10。
在上述的红外探测器制造方法中，在步骤e中，通过等离子干法刻蚀工艺刻蚀该牺牲保护层，其刻蚀气体为三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫、溴化氢或氧气。
在上述的红外探测器制造方法中，在步骤e中，通过湿法刻蚀工艺刻蚀该牺牲保护层，其刻蚀液为氢氟酸溶液或缓冲氧化硅蚀刻液。
与现有技术中敏感材料探测层无任何遮蔽相比，本发明的红外探测器在敏感材料探测层上沉积有一牺牲保护层，该牺牲层上具有金属电极图形凹槽，金属电极设置在该凹槽中，如此敏感材料探测层被牺牲保护层和金属电极遮蔽，可大大提高该红外探测器的可靠性。
与现有技术中无牺牲保护层而直接在红外探测器的敏感材料探测层上沉积金属层，并通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极易损伤或污染敏感材料探测层而影响探测器性能相比，本发明的红外探测器制造方法先在敏感材料探测层上沉积一牺牲保护层，再在该牺牲保护层上光刻出金属电极图形，并进行该牺牲保护层与该敏感材料探测层的刻蚀选择比大于10的刻蚀工艺，接着沉积金属层并通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极，如此可避免损伤或污染该敏感材料探测层，并能避免金属电极间的短路，相应地可大大提高该红外探测器的性能、成品率和可靠性。
附图说明
本发明的红外探测器及其制造方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明的红外探测器的剖视图；
图2为本发明的红外探测器的金属电极制造方法的流程图；
图3为完成图2中步骤S22后红外探测器的剖视图；
图4为完成图2中步骤S23后红外探测器的剖视图；
图5为完成图2中步骤S24后红外探测器的剖视图；
图6为完成图2中步骤S25后红外探测器的剖视图；
图7为完成图2中步骤S26后红外探测器的剖视图。
具体实施方式
以下将对本发明的红外探测器及其制造方法作进一步的详细描述。
参见图1，其显示了本发明的红外探测器的结构，如图所示，本发明的红外探测器包括硅衬底10，层叠在所述硅衬底10上的探测器牺牲层11、敏感材料探测层12和牺牲保护层13，牺牲保护层13上具有对应金属电极14的凹槽，金属电极14设置在所述金属电极图形凹槽中。探测器牺牲层11为多孔硅牺牲层，所述敏感材料探测层12为非晶硅或氧化钒等；所述牺牲保护层13可为二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)等基于Si、O、C、N等成分的介质薄膜，还可为非化学计量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可为掺有B、P、C或F等元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。
图1所示的红外探测器的敏感材料探测层12被牺牲保护层13和金属电极14完全遮蔽且与空气隔离，其可靠性得到大幅提升。
本发明的红外探测器制造方法中所述的红外探测器制作在硅衬底上。参见图2，本发明的红外探测器制造方法首先进行步骤S20，在硅衬底上制作探测器牺牲层。在本实施例中，所述探测器牺牲层为聚酰亚胺薄膜(polyimide)或者硅，其分别通过涂敷或者CVD工艺制成。
接着进行步骤S21，在探测器牺牲层上制作敏感材料探测层，所述敏感材料探测层为非晶硅或氧化钒等。在本实施例中，所述敏感材料探测层为非晶硅，其通过常压化学气相沉积(APCVD)工艺制成。
接着进行步骤S22，在所述敏感材料探测层上沉积一牺牲保护层，所述牺牲保护层可为二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)等基于Si、O、C、N等成分的介质薄膜，还可为非化学计量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可为掺有B、P、C或F等元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等，上述薄膜可通过ALD、LPCVD、PECVD、APCVD、SACVD、HDPCVD等工艺制备。在本实施例中，所述牺牲保护层为二氧化硅。
参见图3，结合参见图1，图3显示了完成步骤S22后红外探测器的结构，如图所示，探测器牺牲层11、敏感材料探测层12和牺牲保护层13依次层叠在所述硅衬底10上。
接着进行步骤S23，在所述牺牲保护层上涂布光刻胶并光刻出所述金属电极图形。
参见图4，并结合参见图3，图4显示了完成步骤S21后的红外探测器的结构，如图所示，光刻胶2和牺牲保护层13层叠在敏感材料探测层12上，且光刻胶2上承载有金属电极图形20。
接着进行步骤S24，刻蚀所述牺牲保护层以在其上形成金属电极图形凹槽，其中，所述牺牲保护层与所述敏感材料探测层的刻蚀选择比大于一预设安全值，所述预设安全值为10，在此可通过刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)、四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、溴化氢(HBr)或氧气(O2)等的等离子干法刻蚀工艺或通过刻蚀液为稀释的氢氟酸溶液或缓冲氧化硅蚀刻液(BOE)等的湿法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲保护层。在本实施例中，通过刻蚀气体为三氟甲烷的等离子干法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲保护层。
参见图5，并结合参见图3和图4，图5显示了完成步骤S24后的红外探测器的结构，如图所示，牺牲保护层13上具有金属电极图形凹槽20。
接着进行步骤S25，去除光刻胶并沉积金属层，其中，通过物理气相沉积工艺沉积所述金属层，所述金属层可为钛、钽、上下层叠的氮化钛和钛或上下层叠的氮化钽和钽。在本实施例中，所述金属层为上下层叠的氮化钛和钛。
参见图6，并结合参见图3至图5，图6显示了完成步骤S25后的红外探测器的结构，如图所示，金属层3沉积在敏感材料探测层12和牺牲保护层13上。
接着进行步骤S26，在所述金属层上涂布光刻胶，并光刻出所述金属电极图形的互补图形。
参见图7，并结合参见图3至图5，图7显示了完成步骤S26后的红外探测器的结构，如图所示，光刻胶4沉积在金属层3上，且光刻胶4上承载有所述金属电极图形的互补图形21。
接着进行步骤S27，依据所述互补图形进行刻蚀工艺形成金属电极。
完成步骤S27后红外探测器的剖视图如图1所示。
需说明的是，本发明中所述的红外探测器可为非制冷式红外探测器或制冷式红外探测器。
综上所述，本发明的红外探测器在敏感材料探测层上沉积有一牺牲保护层，所述牺牲层上具有金属电极图形凹槽，金属电极设置在所述凹槽中，如此敏感材料探测层被牺牲保护层和金属电极遮蔽，可大大提高所述红外探测器的可靠性；本发明的红外探测器制造方法在制成敏感材料探测层后再沉积一牺牲保护层且在其上光刻出金属电极图形凹槽，并进行所述牺牲保护层与所述敏感材料探测层的刻蚀选择比大于10的刻蚀工艺，接着沉积金属层并通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极，如此可避免损伤或污染所述敏感材料探测层，并避免电极之间的短路，同时可大大提高所述红外探测器的性能、成品率和可靠性。

Claims (9)

1.一种红外探测器，包括硅衬底、依次层叠在该硅衬底上的探测器牺牲层、敏感材料探测层和金属电极，其特征在于，该敏感材料探测层上沉积有一牺牲保护层，该牺牲保护层上具有金属电极图形凹槽，该金属电极设置在该金属电极图形凹槽中。
2.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，该牺牲保护层为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅。
3.如权利要求2所述的红外探测器，其特征在于，该二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅中掺杂有硼、磷、碳或氟元素。
4.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，该金属电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的氮化钽和钽电极。
5.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，该敏感材料探测层为非晶硅或氧化钒。
6.一种权利要求1所述的红外探测器制造方法，该红外探测器制作在硅衬底上，该制造方法包括以下步骤：a、在硅衬底上制作探测器牺牲层；b、在探测器牺牲层上制作敏感材料探测层；其特征在于，该制造方法还包括以下步骤：c、在该敏感材料探测层上沉积一牺牲保护层；d、在该牺牲保护层上涂布光刻胶并光刻出该金属电极图形；e、刻蚀该牺牲保护层以在其上形成金属电极图形凹槽；f、去除光刻胶并沉积金属层；g、在该金属层上通过光刻和刻蚀工艺形成金属电极。
7.如权利要求6所述的红外探测器制造方法，其特征在于，在步骤e中，该牺牲保护层与该敏感材料探测层的刻蚀选择比大于10。
8.如权利要求6所述的红外探测器制造方法，其特征在于，在步骤e中，通过等离子干法刻蚀工艺刻蚀该牺牲保护层，其刻蚀气体为三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫、溴化氢或氧气。
9.如权利要求6所述的红外探测器制造方法，其特征在于，在步骤e中，通过湿法刻蚀工艺刻蚀该牺牲保护层，其刻蚀液为氢氟酸溶液或缓冲氧化硅蚀刻液。
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