CN108231943B - 一种红外探测器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种红外探测器及其制造方法。红外探测器包括：衬底；敏感材料探测层，设置于所述衬底的入光侧，所述敏感材料探测层包括多个敏感电阻；电极层，至少设置于每个所述敏感电阻的两侧，且与所述敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于所述敏感电阻一侧的所述电极层流向所述敏感电阻同侧的侧壁、并由所述敏感电阻另一侧的侧壁流向位于所述敏感电阻另一侧的所述电极层。该红外探测器可以使电流均匀流入敏感电阻，提高红外探测器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别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(Micro Electro Mechanical Systems，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。红外探测器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吸收红外，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。具体地，红外探测器一般是利用CMOS制造工艺制作外围读取及信号处理电路，再MEMS微桥结构集成于CMOS电路上，利用敏感材料探测层(通常为非晶硅或氧化钒)吸收红外且将其转化成电信号，电信号通过CMOS电路读取和处理后实现热成像功能。
请参见图1，其示出了现有技术的一种红外探测器的截面结构示意图。如图1所示，现有红外探测器中包括衬底100、设置于衬底100上的敏感材料探测层200和电极层400。电极层400至少部分形成于敏感材料探测层200上，通过敏感材料探测层200上的电极层400的图形来定义红外探测器的敏感材料探测层。由于敏感材料探测层200一般是电阻率较高的材料构成，因此，其接触特性往往较差；同时，又由于电极层400的厚度较薄，电流经一侧电极层400的边缘(如图1中的左侧电极层400边缘)流入敏感材料探测层200(图1中箭头标记代表电流的流入方向)，再经过另一侧的电极层400(图1中右侧)形成回路，该过程中会引起电流的聚集现象，尤其是当电极层400的边缘(即电流流入敏感材料探测层200的边缘)粗糙度较差时，会进一步引起电流分布不均匀，即电流在敏感材料探测层200内沿垂直图1中截面方向的分布不均匀，会使红外探测器引起一系列的性能问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种红外探测器及其制造方法。该红外探测器可以使电流均匀流入敏感电阻，提高红外探测器的性能。
根据本发明的一个方面提供一种红外探测器，所述红外探测器包括：衬底；敏感材料探测层，设置于所述衬底的入光侧，所述敏感材料探测层包括多个敏感电阻；电极层，至少设置于每个所述敏感电阻的两侧，且与所述敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于所述敏感电阻一侧的所述电极层流向所述敏感电阻同侧的侧壁、并由所述敏感电阻另一侧的侧壁流向位于所述敏感电阻另一侧的所述电极层。
可选地，所述红外探测器还包括高掺杂离子注入层，所述高掺杂离子注入层设置于所述敏感电阻的两侧的侧壁上、位于所述电极层和所述敏感电阻之间；所述电极层与所述高掺杂离子注入层相贴。
可选地，所述红外探测器还包括阻挡介质层，所述阻挡介质层设置于所述敏感电阻的入光侧；所述电极层还由所述高掺杂离子注入层的外侧延伸至所述阻挡介质层的入光侧。
可选地，所述敏感电阻由低掺杂或无掺杂的非晶硅材料形成，所述高掺杂离子注入层由高掺杂的非晶硅材料形成。
可选地，所述高掺杂离子注入层的掺杂浓度大于1E15 atom/cm2(原子/cm2)。
可选地，所述电极层的厚度为50～500埃。
根据本发明的另一个方面，还提供一种红外探测器的制造方法，所述红外探测器的制造方法包括如下步骤：在衬底上沉积敏感材料探测层；对所述敏感材料探测层进行图形化，形成多个敏感电阻；在所述衬底和所述敏感电阻上沉积电极层、并对所述电极层图形化，其中，所述电极层至少形成于每个所述敏感电阻的两侧，且与所述敏感电阻的侧壁电接触。
可选地，在对所述敏感材料探测层进行图形化的步骤之前还包括如下步骤：在所述敏感材料探测层上沉积阻挡介质层；在对所述敏感材料探测层进行图形化的同时对所述阻挡介质层一起进行图形化。
可选地，在所述沉积电极层的步骤之前，还包括如下步骤：对所述敏感电阻的两侧侧壁进行离子注入，形成高掺杂离子注入层；所述电极层图形化后，所述电极层与所述高掺杂离子注入层相贴。
可选地，在进行离子注入的步骤中，所述离子注入的方向与所述敏感电阻的侧壁之间的夹角大于15度且小于90度。
可选地，在进行离子注入的步骤中，所述离子注入的能量为100电子伏特～10000电子伏特。
可选地，在沉积所述电极层的步骤之前还包括如下步骤：湿法去除所述敏感电阻侧壁离子注入激活后产生的氧化层
相比于现有技术，本发明实施例提供的红外探测器以及红外探测器的制造方法中，由于红外探测器的电极层设置于敏感电阻两侧，且与敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于敏感电阻一侧的电极层流向敏感电阻同侧的侧壁、并由敏感电阻另一侧的侧壁流向位于敏感电阻另一侧的电极层，因此，可以使电流均匀地流入敏感电阻内，有效地提高红外探测器的性能。此外，敏感电阻的侧壁设有高掺杂离子注入层，电极层设置于高掺杂离子注入层的外侧，且与高掺杂离子注入层电性相贴，因此，还能够进一步提高电极层与高掺杂离子注入层之间的接触特性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术的一种红外探测器的截面结构示意图；；
图2为本发明的一个实施例的红外探测器的截面结构示意图；
图3为本发明的一个实施例的红外探测器的制造方法的流程图；
图4为本发明的一个实施例的红外探测器制造过程中在衬底上形成敏感材料探测层后的截面结构示意图；
图5为本发明的一个实施例的红外探测器制造过程中对敏感材料探测层图形化后的截面结构示意图；
图6为本发明的一个实施例的红外探测器制造过程中在敏感电阻的侧壁形成高掺杂离子注入层后的截面结构示意图；
图7为本发明的另一个实施例的红外探测器的截面结构示意图；以及
图8为本发明的另一个实施例的红外探测器的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。
根据本发明的主旨构思，本发明的红外探测器包括衬底；敏感材料探测层，设置于所述衬底的入光侧，所述敏感材料探测层包括多个敏感电阻；电极层，至少设置于每个所述敏感电阻的两侧，且与所述敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于所述敏感电阻一侧的所述电极层流向所述敏感电阻同侧的侧壁、并由所述敏感电阻另一侧的侧壁流向位于所述敏感电阻另一侧的所述电极层。
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
请参见图2，其示出了本发明的一个实施例的红外探测器的截面结构示意图。如图2所示，在本发明的实施例中，所述红外探测器包括衬底1、敏感电阻2以及电极层4。
在本发明实施例中，衬底1可以由氧化硅材料制成。
红外探测器还包括敏感材料探测层，敏感材料探测层设置于衬底1的入光侧。具体来说，在图2所示的实施例中，敏感材料探测层包括多个敏感电阻2。图2中以一个敏感电阻2为例，敏感电阻2设置于衬底1的上表面。其中，敏感电阻2(敏感材料探测层)可以由低掺杂或无掺杂的非晶硅材料形成，敏感电阻2是对敏感材料探测层进行图案化后形成的，多个敏感电阻2之间还包括间隔区21(即被图案化后去除的无敏感材料探测层的区域)。如图2所示，间隔区21位于敏感电阻2的两侧。
进一步地，在图2所示的优选实施例中，红外探测器还包括高掺杂离子注入层3。高掺杂离子注入层3设置于间隔区21内、且位于敏感电阻2的侧壁上。高掺杂离子注入层3由高掺杂的非晶硅材料形成，其可以通过大角度的低能量离子注入的方式形成于间隔区21内的敏感电阻2的侧壁上。可选地，高掺杂离子注入层3的掺杂浓度大于1E15 atom/cm2(原子/cm2)。
电极层4至少设置于敏感电阻2的两侧，且与敏感电阻2的侧壁电接触。具体来说，如图2所示，电极层4设置于间隔区21内，其可以通过间隔区21实现与形成于衬底1的红外读取电路的电连接。可选地，电极层4的厚度为50～500埃。
在图2所示的优选实施例中，位于敏感电阻2两侧的两个间隔区21中的电极层4均与形成于敏感电阻2两侧侧壁的高掺杂离子注入层3相贴(即与高掺杂离子注入层3形成电学接触)，通过高掺杂离子注入层3实现与敏感电阻2的侧壁电接触。需要说明的是，在此实施例中，电极层4仅仅与敏感电阻2两侧侧壁的高掺杂离子注入层3相贴、而不与敏感电阻2接触(尤其不与敏感电阻2的上表面接触)，进而，电流从一侧(图2中左侧)的电极层4经过敏感电阻2流向另一侧(图2中右侧)的电极层4，避免电流由敏感电阻2的上表面流入敏感电阻2而引起的电流分布不均匀等问题。
在此实施例中，由于电极层4设置于敏感电阻2的两侧、电流通过高掺杂离子注入层3流入敏感电阻2，因此，不仅可以使电流均匀地流入敏感电阻2内，同时高掺杂离子注入层3还可以有效地提高电极层4与高掺杂离子注入层3之间的接触特性，进而，二者结合可以有效地提高红外探测器的性能。需要说明的是，在本发明的另一些实施例中，为了简化制程的步骤，也可以省略上述的高掺杂离子注入层3，这些实施例同样可以实现，在此不予赘述。
进一步地，所述红外探测器还可以包括释放保护层(图2中未示出)。所述释放保护层设置于敏感电阻2、高掺杂离子注入层3和电极层4的入光侧。其中，所述释放保护层覆盖敏感电阻2、高掺杂离子注入层3和电极层4，以起到保护的作用。释放保护层的材料可以为硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者碳化硅；或者可以为非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、富硅氮化硅或富硅碳化硅；或者也可以为掺有杂质的硅、二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者碳化硅；或者也可以为非化学计量比的掺有杂质的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、富硅氮化硅或富硅碳化硅；上述的杂质为硼、磷、碳或氟等。
上述图2所示的实施例中，由于红外探测器的电极层设置于敏感电阻两侧，且与敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于敏感电阻一侧的电极层流向敏感电阻同侧的侧壁、并由敏感电阻另一侧的侧壁流向位于敏感电阻另一侧的电极层，因此，可以使电流均匀地流入敏感电阻内，有效地提高红外探测器的性能。此外，敏感电阻的侧壁设有高掺杂离子注入层，电极层设置于高掺杂离子注入层的外侧，且与高掺杂离子注入层电性相贴，因此，还能够进一步提高电极层与高掺杂离子注入层之间的接触特性。
进一步地，本发明还提供一种上述图2所示的红外探测器的制造方法。请一并参见图3至图6，其分别示出了本发明的一个实施例的红外探测器的制造方法的流程图以及各个步骤完成后的截面结构示意图。具体来说，如图3所示，所述红外探测器的制造方法包括如下步骤：
步骤S10：在衬底上沉积敏感材料探测层。如图4所示，沉积后的敏感材料探测层20覆盖衬底1。
步骤S20：对所述敏感材料探测层进行图形化，形成多个敏感电阻和间隔区。具体来说，在此步骤中，敏感材料探测层的图形化可以使用光刻等方式实现。图形化后的敏感材料探测层包括多个敏感电阻以及多个敏感电阻之间的间隔区。图5中示出了一个敏感电阻2及其两侧的间隔区21。
步骤S30：对所述敏感电阻的侧壁进行离子注入，形成高掺杂离子注入层。具体来说，在此步骤中，通过大角度的低能量离子注入的方式在间隔区21内的敏感电阻2的侧壁上形成高掺杂离子注入层3。在本发明的可选实施例中，大角度是指离子注入的方向与敏感电阻2的侧壁之间的夹角大于15度且小于90度。低能量是指离子注入的能量为100电子伏特～10000电子伏特。形成后的结构如图6所示。需要说明的是，在本发明的一些不设置高掺杂离子的实施例中，步骤S30可以省略。
步骤S40：在所述衬底和所述敏感电阻上沉积电极层、并对所述电极层图形化。具体来说，电极层4形成于间隔区21内，换言之，在图形化的过程中，利用光刻等方式去除了位于敏感电阻2上表面的电极层，避免电流由敏感电阻2的上表面流入敏感电阻2而引起的电流分布不均匀等问题。电极层4还至少与高掺杂离子注入层3相贴，通过高掺杂离子注入层3流入敏感电阻2中。完成步骤S40后即形成如图2所示的结构。
进一步地，在图3所示的实施例中，在沉积所述电极层的步骤(即步骤S40)之前还包括如下步骤：
步骤S50：湿法去除所述敏感电阻侧壁经离子注入激活后产生的氧化层。
进一步地，在本发明的可选实施例中，在完成上述步骤后，所述红外探测器的制造方法还可以包括在图2中敏感电阻2、高掺杂离子注入层3和电极层4的入光侧形成释放保护层的步骤，以对敏感电阻2、高掺杂离子注入层3和电极层4起到保护的作用。
图7为本发明的红外探测器的另外一种实施方式，请参见图7，其示出了本发明的另一种红外探测器的结构示意图。与上述图2所示的红外探测器不同的是，所述红外探测器还包括阻挡介质层5。阻挡介质层5设置于敏感电阻2的入光侧。电极层4还进一步延伸至阻挡介质层5的入光侧。具体来说，如图7所示，阻挡介质层5设置于敏感电阻2的入光侧表面(图7中敏感电阻2的上表面)。电极层4还进一步由高掺杂离子注入层3的外表面延伸至阻挡介质层5的入光侧(即图2中延伸至阻挡介质层5的上表面)。阻挡介质层5由绝缘材料制成，例如可以是二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳化硅；或者也可以是非化学计量比的氮氧化硅、氮化硅或碳化硅；或者也可以是掺有硼、磷的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳化硅。阻挡介质层5设置于敏感电阻2的上表面可以避免制程过程中产生误差而使高掺杂离子注入层3和电极层4形成于敏感电阻2的上表面、与上表面产生接触，进而，引起如敏感电阻2内电流不均匀的问题；阻挡介质层5可以在高掺杂离子注入层3形成的过程中在敏感电阻2的上表面形成阻挡，还可以对延伸至敏感电阻2上表面的电极层4起到绝缘隔离的作用。
该实施例可以起到与上述图2所示实施例类似的效果，并且可以避免因制造工艺中的误差而仍然产生敏感电阻内电流不均匀的问题，提高产品的可靠性。
进而，图8示出了图7所示的红外线探测器的制造方法。如图8所示，与上述图3所示实施例不同的是，在对所述敏感电阻进行图形化的步骤之前还包括如下步骤：在所述敏感电阻上沉积阻挡介质层。具体来说，如图8所示，在步骤S10完成后、步骤S20之前还包括如下步骤：
步骤S60：在所述敏感材料探测层上沉积阻挡介质层。其中，与敏感材料探测层的沉积步骤类似的，阻挡介质层沉积后也全面覆盖敏感材料探测层。进而，在步骤S20中，在对所述敏感材料探测层进行图形化的同时对所述阻挡介质层一起进行图形化、形成间隔区。
进一步地，由于在此实施例中阻挡介质层已经形成于敏感电阻的表面，因此，在后续形成高掺杂离子注入层和电极层的步骤中，即使高掺杂离子注入层和电极层部分形成于敏感电阻的入光侧，也会因阻挡介质层的阻挡而不与敏感电阻的上表面电性接触，可见，在该实施例中，对于制程过程的精度要求无需较高也同样可以避免电流由敏感电阻的上表面流入而引起电流不均匀的问题，有效地保证了支撑的可靠性和稳定性。
综上所述，本发明实施例提供的红外探测器以及红外探测器的制造方法中，由于红外探测器的电极层设置于敏感电阻两侧，且与敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于敏感电阻一侧的电极层流向敏感电阻同侧的侧壁、并由敏感电阻另一侧的侧壁流向位于敏感电阻另一侧的电极层，因此，可以使电流均匀地流入敏感电阻内，有效地提高红外探测器的性能。此外，敏感电阻的侧壁设有高掺杂离子注入层，电极层设置于高掺杂离子注入层的外侧，且与高掺杂离子注入层电性相贴，因此，还能够进一步提高电极层与高掺杂离子注入层之间的接触特性。
虽然本发明已以可选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种红外探测器，其特征在于，所述红外探测器包括：
衬底；
敏感材料探测层，设置于所述衬底的入光侧，所述敏感材料探测层包括多个敏感电阻；
电极层，至少设置于每个所述敏感电阻的两侧，且与所述敏感电阻的侧壁电接触，电流通过位于所述敏感电阻一侧的所述电极层流向所述敏感电阻同侧的侧壁、并由所述敏感电阻另一侧的侧壁流向位于所述敏感电阻另一侧的所述电极层；
高掺杂离子注入层，所述高掺杂离子注入层设置于所述敏感电阻的两侧的侧壁上、位于所述电极层和所述敏感电阻之间；所述电极层与所述高掺杂离子注入层相贴；
阻挡介质层，所述阻挡介质层设置于所述敏感电阻的入光侧；所述电极层还由所述高掺杂离子注入层的外侧延伸至所述阻挡介质层的入光侧。
2.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述敏感电阻由低掺杂或无掺杂的非晶硅材料形成，所述高掺杂离子注入层由高掺杂的非晶硅材料形成。
3.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述高掺杂离子注入层的掺杂浓度大于1E15原子/cm2。
4.一种红外探测器的制造方法，其特征在于，所述红外探测器的制造方法包括如下步骤：
在衬底上沉积敏感材料探测层；
在所述敏感材料探测层上沉积阻挡介质层；
对所述敏感材料探测层进行图形化，在对所述敏感材料探测层进行图形化的同时对所述阻挡介质层一起进行图形化，形成多个敏感电阻；
对所述敏感电阻的两侧侧壁进行离子注入，形成高掺杂离子注入层；
在所述衬底和所述敏感电阻上沉积电极层、并对所述电极层图形化，其中，所述电极层至少形成于每个所述敏感电阻的两侧，所述电极层还由所述高掺杂离子注入层的外侧延伸至所述阻挡介质层的入光侧，所述电极层图形化后，所述电极层与所述高掺杂离子注入层相贴，且与所述敏感电阻的侧壁电接触。
5.如权利要求4所述的红外探测器的制造方法，其特征在于，在进行离子注入的步骤中，所述离子注入的方向与所述敏感电阻的侧壁之间的夹角大于15度且小于90度。
6.如权利要求4所述的红外探测器的制造方法，其特征在于，在进行离子注入的步骤中，所述离子注入的能量为100电子伏特～10000电子伏特。
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