CN106987814A - 一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：对待沉积氧化钛薄膜的晶圆进行清洁处理；步骤2：提供一真空腔体，该真空腔体内具有钛靶材和待沉积氧化钛的晶圆，所述晶圆的衬底温度控制在10～200℃；步骤3：调整真空腔体的温度，使其温度控制在10～100℃，同时通入氩气和氧气，其中氧气占总气体的比例不低于0.5％，且低于10％，总气体流量保持在50～150sccm；步骤4：预溅射钛靶材5～10min，去除钛靶材表面的氧化层；步骤5：进行反应溅射，使用离子束轰击钛靶材，使钛溅射到晶圆表面，钛和真空腔体中的氧气或氧离子反应，生成氧化钛薄膜；步骤6：退火处理。

Description

一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，具体涉及一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法。
背景技术
微测辐射热计(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制冷红外探测器。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)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)，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。
在非制冷红外探测器的生产过程中，热敏电阻材料可以说是其中最基本的组成之一。其原理是通过制作的薄膜材料，吸收红外辐射引起自身温度变化时，其电阻将发生变化，而后将这种变化转化为电压或电流的变化，以便读出响应信号，达到检测的目的。目前市场上比较成熟的主流热敏电阻材料主要有氧化钒(VOx)和非晶硅(a-Si)。氧化钒薄膜的制备主要采用离子束反应溅射沉积，通氩气和氧气的混合气体，控制功率、温度、气压等参数，溅射钒金属靶材，得到混合相得氧化钒薄膜。非晶硅薄膜的制备主要采用等离子体增强化学气相沉积方法，使用纯的或者氢稀释的硅烷或者乙硅烷作为源气体，控制等离子体功率密度、衬底温度、馈气浓度、气压、气体流速、磁场和等离子体激发频率等参数得到非晶硅薄膜。
传统制备氧化钛的方法多为制作饱和态的二氧化钛(TiO2)，是一种绝缘体，不适合用来制作微测辐射热计的热敏层，在制备氧原子不饱和的氧化钛时，需要严格控制氧气的比例。
现有的氧化钒薄膜性能优异，沉积条件与CMOS工艺兼容，但是钒元素的引入使得氧化钒薄膜制备及其后续工艺必须采用专用设备，而不能够直接与CMOS工艺设备共用，产品研发与量产投入较高；非晶硅薄膜主要存在闪烁噪声较大的问题，不利于进一步提升非微测辐射热计的性噪比并降低其低频噪声。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种性能稳定且能够用于微测辐射热计的氧化钛敏感薄膜的制备方法。
本发明中解决上述技术问题的技术方案如下：一种微测辐射热计的氧化钛敏感薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对待沉积氧化钛薄膜的晶圆进行清洁处理；
步骤2：提供一真空腔体，该真空腔体内具有钛靶材和待沉积氧化钛的晶圆，所述晶圆的衬底温度控制在10～200℃，所述晶圆放在设置在真空腔体的载体上，所述载体上设有加热装置；
步骤3：调整真空腔体的温度，所述真空腔体壁上设有控制温度的装置，使其温度控制在10～100℃，同时通入氩气和氧气，其中氧气占总气体流量的比例不低于0.5％，且低于10％，总气体流量保持在50～150sccm；
步骤4：预溅射钛靶材5～10min，可以用隔板将腔体隔开，使钛靶材表面的氧化层溅射到隔板上；
步骤5：进行反应溅射，使用离子束轰击钛靶材，使钛溅射到晶圆表面，钛和腔体中的氧气或氧离子反应，生成氧化钛薄膜。
本发明的有益效果：
(1)通过严格控制氧气的通入比例，使其与钛不能充分反映，制作的氧化钛薄膜是TinO2n-1，氧原子不饱和，薄膜呈现半导体性质，能够满足微测辐射热计热敏层的使用要求，相对氧化钒来讲，具有较好的稳定性，相同操作条件下，电阻回复速度也相对较快，电阻记忆效应较少；相对非晶硅来讲，闪烁噪声较小，对非制冷红外探测器性能有较大提升；
(2)全球钛矿储备量大，在兼顾到性能和成本的前提下，氧化钛薄膜将是未来消费类非制冷红外热像仪的热门选择之一。
进一步，还包括步骤6：退火处理，对生成的氧化钛薄膜进行退火处理。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：退火处理能够使氧化钛薄膜的物理、化学性质趋于稳定，暴露在空气中不易与氧气发生反应，以及后续在微测辐射热计的使用中提供稳定的薄膜性能。
进一步，步骤1中，对晶圆采用标准半导体工艺进行湿法清洗。
进一步，步骤1中，将晶圆放入真空腔体后，对晶圆采用离子铣进行清洁处理。
进一步，步骤3中，腔体压力保持在10-6～10Pa之间。
进一步，步骤6中，退火处理处于氧气或氮气氛围时，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
进一步，步骤6中，退火处理处于真空气氛时，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
进一步，所述退火采用RTP或激光退火，所述激光退火为激光辐射晶圆表面，对氧化钛表面进行退火。
附图说明
图1本发明实施例中氧化钛薄膜的制备流程图；
图2为本发明中使用的反应溅射设备示意图；
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。
实施例一
一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对待沉积氧化钛薄膜的晶圆4进行清洁处理，对晶圆采用标准半导体工艺进行湿法清洗；
步骤2：提供一真空腔体，该真空腔体内具有钛靶材3和待沉积氧化钛的晶圆4，所述晶圆4的衬底温度控制在10～200℃，所述晶圆4放在设置在真空腔体的载体上，所述载体上设有加热装置；
步骤3：调整真空腔体的温度，所述真空腔体壁上设有控制温度的装置，使其温度控制在10～100℃，从氩气输入口1和氧气输入口1分别同步通入氩气和氧气，其中氧气占总气体流量的比例不低于0.5％，且低于10％，总气体流量保持在50～150sccm；腔体压力保持在10-6～10Pa之间；
步骤4：预溅射钛靶材5～10min，可以用隔板将腔体隔开，使钛靶材表面的氧化层溅射到隔板上；
步骤5：进行反应溅射，使用离子束轰击钛靶材3，使钛溅射到晶圆表面，钛和腔体中的氧气或氧离子反应，生成氧化钛薄膜。
步骤6：退火处理，处于氧气或氮气氛围时，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
实施例二
与实施例一不同的是，步骤1中，对晶圆的清洁处理为：将晶圆放入真空腔体后，对晶圆采用离子铣进行清洁处理；步骤6中，是先用抽气泵连接腔体排气口5，将腔体内的气体抽出，处于真空氛围时，采用RTP或激光退火，所述激光退火为激光辐射晶圆表面，对氧化钛表面进行退火，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
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 (8)

1.一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对待沉积氧化钛薄膜的晶圆进行清洁处理；
步骤2：提供一真空腔体，该真空腔体内具有钛靶材，并将清洁处理之后的晶圆放入所述真空腔体中，所述晶圆的衬底温度控制在10～200℃；
步骤3：调整真空腔体的温度，使其温度控制在10～100℃，同时通入氩气和氧气，其中氧气占总气体流量的比例不低于0.5％，且低于10％，总气体流量保持在50～150sccm；
步骤4：预溅射钛靶材5～10min，去除钛靶材表面的氧化层；
步骤5：进行反应溅射，使用离子束轰击钛靶材，使钛溅射到晶圆表面，钛和腔体中的氧气或氧离子反应，生成氧化钛薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，还包括步骤6：退火处理，对生成的氧化钛薄膜进行退火处理。
3.根据权利要求1所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，对晶圆采用标准半导体工艺进行湿法清洗。
4.根据权利要求1所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，将晶圆放置到真空腔体后，对晶圆采用离子铣进行清洁处理。
5.根据权利要求1所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3中，腔体压力保持在10-6～10Pa之间。
6.根据权利要求2所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，步骤6中，退火处理处于氧气或氮气氛围时，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
7.根据权利要求2所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，步骤6中，退火处理处于真空气氛时，退火温度控制在200～600℃，时间控制在20分钟到2小时之间。
8.根据权利要求7所述的一种微测辐射热计的氧化钛热敏薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火采用RTP或激光退火，所述激光退火为激光辐射晶圆表面，对氧化钛表面进行退火。
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