CN102963860B - 微桥结构红外探测器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微桥结构红外探测器的制造方法，属于半导体技术领域。该方法包括：在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形；依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构。本发明实施例中，在不增加工艺步骤和不增加面积的情况下，使用凹凸状的假金属图形来实现凹凸状梁体结构，简化了微桥结构的形成过程，降低红外探测器的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体地说，涉及一种微桥结构红外探测器的制造方法。
背景技术
微电子机械系统(MicroElectroMechanicalSystems，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，故其已广泛应用在包括红外探测技术领域的诸多领域。红外探测装置是红外探测技术领域中一种具体的微电子机械系统MEMS产品，其利用敏感材料探测层如非晶硅或氧化钒吸收红外线，从而引起其电阻的变化，据此来实现热成像功能。
由于探测器的制造工艺一般与CMOS半导体器件的制造工艺的兼容性比较差，因此，很难实现探测器的大规模生产。但是，微电子机械系统MEMS产品的市场需求逐渐扩大，CMOS-MEMS的概念逐渐被人提出，即CMOS制造工艺与微电子机械系统MEMS产品制造工艺集成。具体的，CMOS-MEMS是利用CMOS制造工艺制作外围读取及信号处理电路，然后在CMOS电路上面制作传感器及微电子机械系统的结构。
以红外探测器上的微桥为例，如图1所示，为现有技术中微桥结构红外探测器示意图，该微桥结构包括衬底101、金属反射层112、引脚图形122、支撑柱103、梁体104、微桥桥面105。为了增加散热路径的长度，以提高隔热性能，降低散热速率，现有技术中，通过需要设计较长的梁体104来实现，但是，梁体104太长意味着芯片所占面积的增大，从而导致红外探测器的制造成本增加。因此，现有技术提出凹凸梁体设计，实现梁长度的增加而不占用过多芯片面积。其具体是增加了一次光刻图形化过程，在牺牲层上形成凹凸状形貌，并在梁结构成膜后形成凹凸状梁体结构。但是，由于增加了光刻图形化工艺，使得微桥结构的形成过程繁琐，仍然导致了红外探测器制造成本的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微桥结构的制造方法及红外探测器，用以简化微桥结构的形成过程，降低红外探测器的制造成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微桥结构红外探测器的制造方法，该方法包括：
在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形，所述凹凸状假金属图形不实现任何电连接，仅作为形成凹凸状梁体结构而使用；
依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种微桥结构红外探测器的制造方法，该方法包括：
在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形和凹凸状金属反射层，所述凹凸状假金属图形不实现任何电连接，仅作为形成凹凸状梁体结构而使用；
依次在所述凹凸状假金属图形和所述凹凸状金属反射层之上形成呈凹凸状的牺牲层、微桥桥面和梁体，以形成红外探测器中的探测结构。
与现有的方案相比，在不增加工艺步骤和不增加面积的情况下，使用凹凸状的假金属图形来实现凹凸状梁体结构，简化了微桥结构的形成过程，降低红外探测器的制造成本。
附图说明
图1为现有技术中微桥结构红外探测器示意图；
图2为本发明实施例一微桥结构红外探测器的制造方法流程示意图；
图3为本发明实施例二微桥结构红外探测器的制造方法流程示意图；
图4为某一个梁体为凹凸状的剖视图；
图5为微桥桥面部分的示意图。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的下述实施例中，在不增加工艺步骤和不增加面积的情况下，使用凹凸状的假金属图形来实现凹凸状梁体结构，简化了微桥结构的形成过程，降低红外探测器的制造成本。
图2为本发明实施例一微桥结构红外探测器的制造方法流程示意图。如图2所示，该方法包括：
步骤201、在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形；
本实施例中，该凹凸状假金属图形不实现任何电连接，仅仅作为实现凹凸状梁结构而使用。
本实施例中，步骤201还可以包括：在硅衬底上形成与所述假金属图形同层的金属反射层、引脚图形层，所述金属功能层还包括所述金属反射层、所述引脚图形层。
本实施例中，为了在形成凹凸状梁体的同时，形成凹凸状的微桥桥面，步骤201还包括：形成凹凸状的所述金属反射层。优选地，所述金属功能层的材料可以为铝。优选地，所述金属功能层厚度为3000A-10000A。
本实施例中，步骤201中在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成黏附层，以增加铝材质的金属反射层、假金属图形的黏附性。所述黏附层的材料可以为钛或钽或一氮化钽。之后，在黏附层形成金属功能层。
在另外一实施例中，步骤201中在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成防扩散层，以防止金属扩散。优选地，所述防扩散层的材料可以为一氮化钛或一氮化钽或钽。在防扩散层之上形成金属功能层。或者，
在另外一实施例中，步骤201中在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成黏附层；在黏附层之上形成防扩散层，以增加铝材质的金属反射层、假金属图形的黏附性和防止金属扩散。在防扩散层之上形成金属功能层。或者，
在另外一实施例中，步骤201中在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成防扩散层；在防扩散层之上形成黏附层。之后，在黏附层形成金属功能层。
步骤202、依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构。
本实施例中，具体地，步骤202通过保形性沉积完成。
本实施例中，所述牺牲层的材料为化学气相沉积工艺制备(ChemicalVaporDeposition，CVD)的硅，或通过化学气相沉积工艺制备的二氧化硅。
本实施例中，本实施例中，步骤202可以具体包括：依次在所述凹凸状的述牺牲层之上从下到上依次形成第一释放保护层、热敏层、电极层以及所述第二释放保护层，以形成所述微桥桥面和凹凸状梁体，所述微桥桥面自下而上包括：形成于所述凹凸状牺牲层上的所述第一释放保护层、所述热敏层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述凹凸状梁体自下而上包括：形成于所述凹凸状牺牲层上的所述第一释放保护层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与所述热敏层连接以形成热敏电阻，所述第一电极和第二电极与对应的导电柱电连接，以将光信号转化得到的电信号输送到外围电路进行处理。
进一步地，在所述第一释放保护层和所述牺牲层之间增加缓冲层，以增强第一释放保护层和所述牺牲层之间的黏附性。优选地，所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯TEOS的氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺CVD氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯TEOS的氮氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺CVD氮氧化硅；或者，所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯TEOS且掺有杂质的氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺CVD且掺有杂质的氧化硅，或者基于正硅酸乙酯TEOS且掺有杂质的氮氧化硅，或者基于硅烷的化学气相沉积工艺CVD且掺有杂质的氮氧化硅。
本实施例中，进一步地，步骤202还可以包括：
在第一释放保护层和第二释放保护层之间设置功能辅助层。优选地，所述功能辅助层包括支撑层、应力平衡层、红外吸收层。可以从支撑层、应力平衡层、红外吸收层选择之一设置，也可以选择任意两层功能层的组合设置，只要不破坏电信号的连接即可。
本实施例中，所述制造方法还可以包括：在所述微桥结构和所述硅衬底之间形成所述导电柱体，所述导电柱与所述金属功能层中的所述引脚图形层电连接。根据工艺要求，该步骤可以在形成为微桥桥面之后进行，也可以在形成微桥桥面进行，
本实施例中，所述方法还包括：去除所述牺牲层，以使微桥桥面与金属反射层形成谐振腔，增强红外光线的吸收。
图3为本发明实施例二微桥结构红外探测器的制造方法流程示意图。与上述仅形成凹凸状梁体不同的是，本实施例中还同时形成了凹凸状的微桥桥面，如图3所示，该方法包括：
步骤301、在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形和凹凸状金属反射层；
步骤302、依次在所述凹凸状假金属图形之上形成呈凹凸状的牺牲层、微桥桥面和梁体，以形成红外探测器中的探测结构。
本实施例中，步骤302可以包括：依次在所述凹凸状牺牲层之上从下到上形成第一释放保护层、热敏层、电极层以及所述第二释放保护层，以形成凹凸状微桥桥面和凹凸状梁体，所述凹凸状微桥桥面自下而上包括：所述第一释放保护层、所述热敏层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述凹凸状梁体自下而上包括：所述第一释放保护层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与所述热敏层连接以形成热敏电阻，所述第一电极和第二电极与对应的导电柱电连接，以将光信号转化得到的电信号输送到外围电路进行处理。
本实施例中，所述方法还包括：去除所述牺牲层，以使微桥桥面与金属反射层形成谐振腔，增强红外光线的吸收。该步骤可以在完成其他所有工艺流程后执行，当然，也可以根据工艺要求，在其他工艺步骤之后执行。
图4为某一个梁体为凹凸状的剖视图。顺着梁体狭长的方向做纵向剖视图，梁体中的牺牲层还未去除。从下到上一次为硅衬底301、凹凸状假金属图形302、凹凸状牺牲层303以及凹凸状梁体304，该凹凸状梁体304自下到上包括第一释放保护层314、电极层324以及第二释放保护层334。图5为微桥桥面的纵向剖视图。如图5所示，为微桥桥面部分的示意图，在微桥桥面部分省去了硅衬底、牺牲层描述，在微桥桥面部分，有电极层324，同时还有另外一个梁体中的电极层324’，这两个电极层各自形成一个电极，分别于微桥桥面部分的热敏层354电连接，从而形成一个热敏电阻。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (20)
1.一种微桥结构红外探测器的制造方法，其特征在于，包括：
在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形，所述凹凸状假金属图形不实现任何电连接，仅作为形成凹凸状梁体结构而使用；
依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，包括：
通过保形性沉积，依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在硅衬底上形成与所述假金属图形同层的金属反射层、引脚图形层，所述金属功能层还包括所述金属反射层、所述引脚图形层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属功能层的材料为铝。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属功能层厚度为3000A-10000A。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成黏附层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述黏附层的材料为钛或钽或一氮化钽。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在硅衬底上形成金属功能层之前还包括：在硅衬底上形成防扩散层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述防扩散层的材料为一氮化钛或一氮化钽或钽。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为通过化学气相沉积工艺制备的硅，或通过化学气相沉积工艺制备的二氧化硅。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构包括：
依次在所述凹凸状的牺牲层之上从下到上依次形成第一释放保护层、热敏层、电极层以及第二释放保护层，以形成所述微桥桥面和凹凸状梁体，所述微桥桥面自下而上包括：形成于所述凹凸状牺牲层上的所述第一释放保护层、所述热敏层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述凹凸状梁体自下而上包括：形成于所述凹凸状牺牲层上的所述第一释放保护层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与所述热敏层连接以形成热敏电阻，所述第一电极和第二电极与对应的导电柱电连接，以将光信号转化得到的电信号输送到外围电路进行处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构还包括：
在所述第一释放保护层和所述牺牲层之间增加缓冲层，以增强第一释放保护层和所述牺牲层之间的黏附性。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯的氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯的氮氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺氮氧化硅；或者，所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯且掺有杂质的氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺且掺有杂质的氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于正硅酸乙酯且掺有杂质的氮氧化硅，或者所述缓冲层的材料为基于硅烷的化学气相沉积工艺且掺有杂质的氮氧化硅。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，依次在所述凹凸状假金属图形之上形成部分呈凹凸状的牺牲层、梁体和微桥桥面，以形成红外探测器中的探测结构还包括：
在第一释放保护层和第二释放保护层之间设置功能辅助层。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述功能辅助层包括支撑层、应力平衡层、红外吸收层。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述微桥结构和所述硅衬底之间形成所述导电柱体，所述导电柱与所述金属功能层中的引脚图形层电连接。
17.根据权利要求1-16任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
去除所述牺牲层。
18.一种微桥结构红外探测器制造方法，其特征在于，包括：
在硅衬底上形成金属功能层，所述金属功能层至少包括用于形成凹凸状梁体的凹凸状假金属图形和凹凸状金属反射层，所述凹凸状假金属图形不实现任何电连接，仅作为形成凹凸状梁体结构而使用；
依次在所述凹凸状假金属图形和所述凹凸状金属反射层之上形成呈凹凸状的牺牲层、微桥桥面和梁体，以形成红外探测器中的探测结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，依次在所述凹凸状假金属图形和所述凹凸状金属反射层之上形成呈凹凸状的牺牲层、微桥桥面和梁体，以形成中的红外探测器探测结构包括：
依次在所述凹凸状牺牲层之上从下到上形成第一释放保护层、热敏层、电极层以及第二释放保护层，以形成凹凸状微桥桥面和凹凸状梁体，所述凹凸状微桥桥面自下而上包括：所述第一释放保护层、所述热敏层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述凹凸状梁体自下而上包括：所述第一释放保护层、所述电极层以及所述第二释放保护层，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与所述热敏层连接以形成热敏电阻，所述第一电极和第二电极与对应的导电柱电连接，以将光信号转化得到的电信号输送到外围电路进行处理。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：去除所述牺牲层。
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