CN106098846A - 一种用于非制冷红外探测器参考像元及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非制冷红外探测器参考像元及其制造方法。在ASIC电路上设置的金属反射层，以及在所述金属反射层上依次为绝缘介质层、牺牲层、支撑层、热敏薄膜、介质保护层、电极金属层、金属填充图形、遮光层、保护结构和钝化层介质；所述牺牲层上设有桥墩孔；所述桥墩孔内设有通孔；所述介质保护层中设有接触孔。本发明完成了参考像元的特殊结构，同时因参考像元大面积的被覆盖了一层金属层，提高了参考像元阵列的热导，极大的消除了芯片环境的热辐射干扰因素，提高非制冷红外探测器的器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，特别涉及一种非制冷红外探测器参考像元及其制造方法。
背景技术
随着现在科技的快速发展，非制冷红外焦平面探测器广泛应用于汽车、安防、生物医学、电力、军事、航空、警用、森林防火和物联网等领域。现有非制冷红外焦平面阵列探测器通常由有效像元阵列及参考像元组成，为了补偿环境温度变化对光敏有效像元阵列输出的影响，需要在芯片内集成对光不敏感的参考像元。参考像元需要避免接受红外辐射，以及把电路的自加热红外辐射或器件环境传导的热量快速地传输掉，就需要单独地设计一层特殊的结构，来屏蔽红外辐射和传导接受的热量，保持参考像元信号的稳定，例如采用遮挡盖或者遮挡结构，用来屏蔽红外辐射信号和快速传导出芯片或封装管壳自加热的红外辐射，增加了工艺步骤及制造难度，同时多一层结构和工艺步骤，会降低产品良率，增加制造周期和制造成本。
发明内容
本发明提供一种非制冷红外探测器参考像元及其制造方法，所要解决的技术问题是不需要增加单独的结构层和工艺步骤，完成参考像元的特殊结构。
本发明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参考像元的制造方法，包括以下步骤：
步骤1.在ASIC电路上依次沉积金属反射层、绝缘介质层和旋涂牺牲层，并在所述牺牲层上蚀刻贯穿所述牺牲层的桥墩孔；
步骤2.在所述牺牲层上依次沉积支撑层、热敏薄膜和介质保护层；
步骤3.在所述桥墩孔内制备通孔，所述通孔位于所述金属反射层之上，并在热敏薄膜上方的介质保护层上制备接触孔；
步骤4.在所述介质保护层上依次沉积电极金属层和填充金属层；
步骤5.对填充金属层进行图形化，形成位于所述桥墩孔内的金属填充图形和位于所述电极金属层之上的遮光层，并完成对电极金属的蚀刻，在器件边缘保留预设厚度的填充金属层和电极金属层形成保护结构；
步骤6.对金属填充图形和遮光层的电学连接进行隔离；
步骤7.在步骤6完成的器件表面沉积钝化层。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤1中：所述金属反射层采用磁控溅射或电子束蒸发的方法生长金属薄膜，然后用光刻和蚀刻的方法在金属薄膜上形成反射层图形。
进一步，步骤1中：所述绝缘介质层采用化学气相沉积的方法制备。
进一步，步骤1中：所述牺牲层旋涂后需进行退火处理。
进一步，步骤4中：对器件表面沉积电极金属层的方法使用物理气相沉积、离子束镀膜或电子束蒸发进行沉积。
进一步，步骤5中：对填充金属层进行图形化，采用光刻和金属湿法腐蚀工艺完成。
进一步，步骤5中：对电极金属层的蚀刻，采用光刻和干法工艺完成。
进一步，所述绝缘介质层的材料为氮化硅；所述牺牲层的材料为聚酰亚胺；所述支撑层的材料为氮化硅；所述热敏薄膜的材料为氧化钒或α-silicon薄膜层；所述介质保护层的材料为氮化硅或二氧化硅；所述电极金属层的材料为Ti/TiN或Ti或NiCr；所述填充金属层的材料为AlSiCu或AlCu；所述钝化层介质的材料为氮化硅。
进一步，所述牺牲层的厚度为1.8±0.8μm；所述支撑层薄膜应力控制在0±100MPa，厚度为所述热敏薄膜厚度为方阻为50KΩ/□～2000KΩ/□；所述介质保护层厚度为所述电极金属层厚度为所述填充金属层厚度为所述钝化层介质厚度为
本发明还同时提供了一种非制冷红外探测器参考像元，包括在ASIC电路上设置的金属反射层，以及在所述金属反射层上依次设置的绝缘介质层、牺牲层、支撑层、热敏薄膜、介质保护层、电极金属层、金属填充图形、遮光层、保护结构和钝化层介质；所述牺牲层上设有桥墩孔；所述桥墩孔内设有通孔；所述介质保护层中设有接触孔。
本发明的有益效果是：设计了一种新型的参考像元结构，减少了一次金属沉积和图形化工艺，减少设备的资本投入，缩短了制造周期，同时在参考像元的边缘一同设计和制造了金属保护结构，使参考像元阵列更加的完整，不容易破坏参考像元的边缘结构，同时因参考像元大面积的被覆盖了一层金属层，提高了参考像元阵列的热导，极大的消除了芯片环境的热辐射干扰因素，提高非制冷红外探测器的器件性能。
附图说明
图1为本发明金属反射层、绝缘介质层、牺牲层、桥墩孔、支撑层示意图；
图2为本发明热敏层形成示意图；
图3为本发明介质保护层、通孔及接触孔形成示意图；
图4为本发明电极金属层、填充金属层形成示意图；
图5为本发明遮光层、保护结构、钝化层形成示意图；
图6为本发明制作工艺用于有效像元制作时牺牲层释放后示意图
图7为本发明填充金属进行图形化后俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、ASIC电路，2、金属反射层，3、绝缘介质层，4、牺牲层，5、桥墩孔，6、支撑层，7、热敏薄膜，8、介质保护层，9、通孔，10、接触孔，11、电极金属层，12、填充金属层，13、填充金属图形，14、遮光层，15、保护结构，16、钝化层介质，17、牺牲层释放开口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其具体工艺步骤如下：
如图1-5所示：
步骤1.在ASIC电路(特定用途集成电路)1上依次沉积金属反射层2、绝缘介质层3和旋涂牺牲层4，并在所述牺牲层4上蚀刻贯穿所述牺牲层4的桥墩孔5；
步骤2.在所述牺牲层4上依次沉积支撑层6、热敏薄膜7和介质保护层8；
步骤3.在所述桥墩孔5内制备通孔9，所述通孔9位于所述金属反射层2之上，并在热敏薄膜7上方的介质保护层8上制备接触孔10；
步骤4.在所述介质保护层8上依次沉积电极金属层11和填充金属层12；
步骤5.对填充金属层12进行图形化，形成位于所述桥墩孔7内的金属填充图形13和位于所述电极金属层之上的遮光层14，并完成对电极金属层11的蚀刻，在器件边缘保留预设厚度的填充金属层12和电极金属层11形成保护结构15；
步骤6.对金属填充图形13和遮光层14的电学连接进行隔离；
步骤7.在步骤6完成的器件表面沉积钝化层16。
所述步骤1金属反射层2采用磁控溅射或电子束蒸发的方法生长金属薄膜，然后用光刻和蚀刻的方法在金属薄膜上形成反射层图形。
所述步骤1绝缘介质层3采用化学气相沉积的方法制备。
所述步骤1牺牲层4旋涂后需进行退火处理。
所述步骤4对器件表面沉积电极金属层11的方法使用物理气相沉积、离子束镀膜或电子束蒸发进行沉积。
所述步骤5对电极金属层11的蚀刻，采用光刻和干法工艺完成。
所述步骤5对填充金属层12进行金属填充和遮光层13的图形化，采用光刻和金属湿法腐蚀工艺完成。
所述绝缘介质层3的材料为氮化硅；所述牺牲层4的材料为聚酰亚胺；所述支撑层6的材料为氮化硅；所述热敏薄膜7的材料为氧化钒或α-silicon薄膜层；所述介质保护层8的材料为氮化硅或二氧化硅；所述电极金属11层的材料为Ti/TiN或Ti或NiCr；所述填充金属层12的材料为AlSiCu或AlCu；所述钝化层介质16的材料为氮化硅。
所述牺牲层4的厚度为1.8±0.8μm；所述支撑层6薄膜应力控制在0±100MPa，厚度为所述热敏薄膜7厚度为方阻为50KΩ/□～2000KΩ/□；所述介质保护层8厚度为所述电极金属厚度为所述填充金属层12厚度为 所述钝化层介质16厚度为
本发明所述工艺制造方法，不限于非制冷红外探测器，同时也用于太赫兹器件(THz:Terahertz)和其他光学传感器件。
本发明所述的一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，也可用于有效像元的制造，在进行步骤5的时候，将遮光层14去除，其余步骤与原步骤一致，最后在钝化层16上通过光刻和蚀刻的方法蚀刻牺牲层释放开口17，牺牲层释放开口17的蚀刻终止于所述牺牲层的表面。把完成牺牲层释放开口17蚀刻的半导体器件放入去胶机中释放牺牲层，形成如图6所示有效像元。
通过上述过程制备的非制冷红外探测器的参考像元，如图5所示，包括在ASIC电路1上设置的金属反射层2，以及在所述金属反射层2上依次设置的绝缘介质层3、牺牲层4、支撑层6、热敏薄膜7、介质保护层8、电极金属层11、金属填充图形13、遮光层14、保护结构15和钝化层介质16；所述牺牲层上设有桥墩孔5；所述桥墩孔5内设有通孔9；所述介质保护层8中设有接触孔10。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在ASIC电路(1)上依次沉积金属反射层(2)、绝缘介质层(3)和旋涂牺牲层(4)，并在所述牺牲层(4)上蚀刻贯穿所述牺牲层(4)的桥墩孔(5)；
步骤2.在所述牺牲层(4)上依次沉积支撑层(6)、热敏薄膜(7)和介质保护层(8)；
步骤3.在所述桥墩孔(5)内制备通孔(9)，所述通孔(9)位于所述金属反射层(2)之上，并在所述介质保护层(8)上制备接触孔(10)；
步骤4.在所述介质保护层(8)上依次沉积电极金属层(11)和填充金属层(12)；
步骤5.对填充金属层(12)层进行图形化，并完成对电极金属层(11)的蚀刻，形成位于所述桥墩孔(9)内的金属填充图形(13)、位于所述电极金属层(11)之上的遮光层(14)以及位于器件边缘由预设厚度填充金属层(12)和电极金属层(11)形成的保护结构(15)；
步骤6.对金属填充图形(13)和遮光层(14)的电学连接进行隔离；
步骤7.在步骤6完成的器件表面沉积钝化层(16)。
2.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤1金属反射层(2)采用磁控溅射或电子束蒸发的方法生长金属薄膜，然后用光刻和蚀刻的方法在金属薄膜上形成反射层图形。
3.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤1绝缘介质层(3)采用化学气相沉积的方法制备。
4.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤1牺牲层(4)旋涂后需进行退火处理。
5.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤4对器件表面沉积电极金属层(11)的方法使用物理气相沉积、离子束镀膜或电子束蒸发进行沉积。
6.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤5对填充金属层(12)层进行的图形化，采用光刻和金属湿法腐蚀工艺完成。
7.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述步骤5对电极金属层(11)的蚀刻，采用光刻和干法工艺完成。
8.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述绝缘介质层(3)的材料为氮化硅；所述牺牲层(4)的材料为聚酰亚胺；所述支撑层(6)的材料为氮化硅；所述热敏薄膜(7)的材料为氧化钒或α-silicon薄膜层；所述介质保护层(8)的材料为氮化硅或二氧化硅；所述电极金属层(11)的材料为Ti/TiN或Ti或NiCr；所述填充金属(12)的材料为AlSiCu或AlCu；所述钝化层介质(16)的材料为氮化硅。
9.根据权利要求1所述一种非制冷红外探测器参考像元的制造方法，其特征在于：所述牺牲层(4)的厚度为1.8±0.8μm；所述支撑层(6)薄膜应力控制在0±100MPa，厚度为所述热敏薄膜(7)厚度为方阻为50KΩ/□～2000KΩ/□；所述介质保护层(8)厚度为所述电极金属厚度为所述填充金属层(12)厚度为所述钝化层介质(16)厚度为
10.一种非制冷红外探测器参考像元，其特征在于：包括在ASIC电路(1)上设置的金属反射层(2)，以及在所述金属反射层(2)上依次设置的绝缘介质层(3)、牺牲层(4)、支撑层(6)、热敏薄膜(7)、介质保护层(8)、电极金属层(11)、金属填充图形(13)、遮光层(14)、保护结构(15)和钝化层介质(16)；所述牺牲层上设有桥墩孔(5)；所述桥墩孔(5)内设有通孔(9)；所述介质保护层(8)中设有接触孔(10)。
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