CN109000807A - 用于制造辐射热探测器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造辐射热探测器(100)的方法,包括以下步骤:在读出电路的互连层级(20)上制造堆叠,该堆叠包括位于载体层(32)和蚀刻停止层(29)之间的牺牲层(30),该牺牲层包括矿物材料;制造导电通路(38),所述导电通路穿过所述堆叠以使该导电通路与所述互连层级的导电部分(21)相接触;将导电层沉积在所述载体层和所述导电通路上;蚀刻所述导电层和所述载体层,形成测辐射热计膜(54),所述测辐射热计膜(54)通过所述导电层的剩余部分(44)电连接到所述导电通路,所述剩余部分(44)覆盖所述导电通路的上部(40);通过选择性的化学蚀刻去除所述牺牲层,以使得所述膜通过所述通路悬置。

Description

用于制造辐射热探测器的方法
技术领域
本发明涉及用于探测“热”区域或红外区域中的辐射的测辐射热计或微辐射热电磁辐射探测器。
背景技术
不管测辐射热计的尺寸如何,术语“测辐射热计”在本文中按一般意义使用,因此该术语指的是测辐射热计或微米尺寸的微测辐射热计这两者。
测辐射热计探测器或辐射热探测器通常包括定位于载体衬底的表面上以形成阵列的一组测辐射热计。各测辐射热计用来提供与探测器所提供的图像的像素有关的热信息。
每个测辐射热计包括悬置的膜,该膜通过长窄横梁(称为支撑臂)机械且电连接到衬底并且连接到使得膜能够悬置的导电柱。该组件被放置在密封壳(例如处于极低压力下的壳体)中,以抑制周围气体的热传导。
在探测器工作期间,每个测辐射热计的膜通过吸收源自观察到的热场景的入射辐射而发热,所述辐射在焦平面阵列水平上通过合适的光学系统进行传送并聚焦在测辐射热计阵列上。所述膜包括具有电性能(例如电阻率)的热电信号转换器件,当温度变化时,该电性能变化很大,例如生成电流变化(即电信号),当所述材料处于恒定偏置时,电信号的振幅是入射辐射流的函数。所获得的信号对应于探测器的温度的图像。这样的热电信号转换器件例如对应于一层换能器材料,例如金属氧化物(VOX、NiOX、TiOX)或非晶硅(a-Si),或者二极管或晶体管。
制造“上述IC”或“片上MEMS”类型的这种探测器的传统方法包括在衬底表面上直接实施的步骤,该衬底通常由硅制成并且包括形成读出集成电路或ROIC的多个电子电路。术语“单片”指的是在读出集成电路制造工艺之后使用同一衬底实施的一连串连续的操作。
通常,实施用于制造测辐射热计的步骤以在同一衬底上集中制作多个探测器,例如数十到数百个探测器。
在这些步骤期间,实现辐射吸收、光热信号转换及热电信号转换功能的测辐射热计元件被定位在牺牲层的表面上,该牺牲层用于通过不会影响该结构的其他元件(结构元件和有源元件)的适当方法形成构建基底并且在工艺结束时被去除。牺牲层通常对应于有机聚酰亚胺层,其随后通过在氧等离子体中燃烧被去除。
例如,如文献EP 0828145A1中所公开的,形成探测结构的元件的介电层或半导体层常规地由氧化硅(SiO)、氮化硅(通常记为SiN)或非晶硅制成。这些材料可以在相对较低的温度下进行沉积,并且相对于在氧等离子体下实施的去除有机牺牲层的方法是惰性的,也就是说,这些材料未被氧等离子体蚀刻。
在蚀刻牺牲层后,测辐射热计的膜保持悬置于衬底之上,除了该测辐射热计的支撑臂之外没有任何接触件或附接件。
例如,通过形成具有重复节距(分隔位于阵列的同一行或同一列的两个相邻测辐射热计的中心的距离)的阵列来制成测辐射热计,该节距等于17μm、或者甚至约为12μm或10μm。
为了实施“远”红外探测(LWIR,Long Wavelength Infrared Rays),探测器通常包括形成于膜和位于衬底表面上的反射体之间的四分之一波片或腔室,以针对10μm附近的波长为探测器提供最大水平的吸收。因此,为了将膜连接并保持在距反射体适当的距离处并使膜具有良好的机械支撑,所制造的导电柱相当复杂且具有不可忽略的总尺寸,并且通过形成牺牲层的厚聚酰亚胺层(通常具有介于2μm至2.5μm之间的厚度)来形成,所述牺牲聚酰亚胺层的厚度与膜和反射体之间的理想距离对应。
文献EP 2743659A1提出了将测辐射热计部分地集成到测辐射热计的读出集成电路的“后端”层(或“后端线”,“Back End Of Line”,“BEOL”)。缩写BEOL指的是在较低温度(典型地小于约400℃)下实施的制造所有金属互连层级的步骤,这是标准微电子制造工艺结束时的特性。该所谓的“MEMS-in-CMOS”方法的目的在于使用某些在工业水平上成熟的BEOL布局来集成部分测辐射热计元件。特别地,制造使用镶嵌工艺获得的金属化通路(metallised vias)以形成测辐射热计的导电柱,并且例如包括在微电子学中是标准材料的SiO的IMDs(“Inter-Metal-Dielectrics,金属间介电层”)中的一个用作牺牲层,在该牺牲层上制造测辐射热计的膜。
去除该牺牲层需要使用气相氢氟酸(vapour-phase Hydrofluoric acid,HFv)。因此,所有形成测辐射热计的材料都选择成相对于这种有很强化学侵蚀性的方法是惰性的,即从不受该蚀刻影响的一组材料中进行选择。
通过将测辐射热计集成到BEOL中,还对ROIC实施最后的光刻层级(lastphotolithographic levels)以制造测辐射热计的导电柱,正常实施该最后的光刻层级以在位于BEOL的顶点上的钝化层的表面上进行电接触。因此避免了在制造测辐射热计所需的一组层级中的多个光刻层级,使得大大节省了所述测辐射热计的生产成本。而且,由此制造的圆柱形的导电柱从CMOS路由规则中获益,即其直径等于约0.5μm,相比较通常使用“上述IC”技术制造的导电柱(通常占据约3x3μm2的表面积)而言,呈现了非常显著的紧凑性。这些空间节省可以在减小辐射热阵列探测器的节距方面呈现出决定性的优势。
在文献EP 2743659A1所公开的结构中,可以通过膜的包括非晶硅的载体层间接获得导电柱和存在于测辐射热计的膜中的金属之间的电连接,以确保吸收电磁辐射。然而,与金属相比,该非金属非晶硅层的电阻率很高并且尽管其厚度较小,但还是引入了与热电信号转换元件串联的电阻,这对微探测器的灵敏度是不利的。
为了克服上述限制,文献EP 2743659A1还公开了另一实施例,其中,借助于通过所述载体层制成的开口通过膜的由非晶硅制成的载体层来提供电触点(contact),以克服上述提及的缺陷。该触点以及形成该触点的开口必须落入导电柱的横截面内,以使得存在于测辐射热计的膜中的金属层可以与形成导电柱的金属建立可靠的电连续性。这种布置方式揭示了两个关键点:
-通过光刻来限定触点及其在导电柱上的对准非常精密,并且当导电柱的直径减小到光刻装置所允许的最小尺寸时,上述操作是不可行的,然而这构成了测辐射热计的该“MEMS in CMOS”构造的主要优点之一。更具体地,在截面内制造直径等于0.5μm的触点需要使用在传统的BEOL线中不可用的先进光刻装置,
-通过非晶硅层制成触点,其厚度通常等于50nm。由此产生的外形结构必然不会在测辐射热计的沉积在该触点中的金属层中产生任何不连续性。该层由于还用作辐射吸收剂,所以必须非常薄(典型地为10nm),该层在覆盖蚀刻在非晶硅载体层中的触点的面时不会非常有效。
而且,上述方案的另一缺陷在于增加了用于制造其中必须形成触点的开口的光刻和蚀刻步骤,产生了附加的生产成本。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于制造辐射热探测器的方法,其中,一个或多个测辐射热计部分地形成于所述探测器的电子读出电路的BEOL中,并且所述方法克服了上述提及的与测辐射热计的膜和悬挂所述测辐射热计的膜的导电柱中的至少一个之间的电触点的有关的缺陷。
为此,本发明提出了一种用于制造辐射热探测器的方法,包括至少实施以下步骤:
在所述探测器的电子读出电路的电气互连层级上制造层的堆叠,所述堆叠包括位于载体层和第一蚀刻停止层之间的至少一个牺牲层,所述第一蚀刻停止层被定位在所述牺牲层和所述电气互连层级之间,并且所述牺牲层包括至少一种矿物材料,该至少一种矿物材料能够相对于所述载体层和所述第一蚀刻停止层被选择性地蚀刻;
制造至少一个导电通路,所述至少一个导电通路至少穿过层的所述堆叠,以使所述导电通路的至少一种导电材料与所述电气互连级的至少一个导电部分相接触,所述电气互连层级连接到所述电子读出电路;
将至少一个导电层沉积在所述载体层和所述导电通路上;
蚀刻所述导电层和所述载体层,形成测辐射热计膜,所述测辐射热计膜通过所述导电层的至少一个剩余部分电连接到所述通路,所述至少一个剩余部分覆盖所述通路的至少一个上部;
通过化学蚀刻去除所述牺牲层,以使得所述膜通过所述通路悬置,所述第一蚀刻停止层和所述载体层对该化学蚀刻具有抵抗性。
在本方法中,在电子读出电路的电气互连层级上通过使用矿物材料的牺牲层制造一个或多个测辐射热计,并且由此将其部分地集成到所述电路的BEOL中。
而且,由于以下事实:导电层直接沉积在作为用于悬挂膜的柱的导电通路上,并且在形成载体层之后制造导电通路,所以在所述两个元件之间直接形成膜的导电层与导电通路之间的电触点,而这两个元件之间不存在任何半导体材料。
本方法用来形成导电通路和膜的导电层之间的直接电连接,具有如下益处:由于不需要如现有技术中那样使导电柱的大接触面积与通过载体层形成的开口进行对准,因此减小了整体尺寸。导电通路因此可以形成为比现有技术中小的尺寸,具有例如尺寸约为0.5μm的直径或侧面。
而且,由于导电通路和导电层之间的电触点未形成为穿过载体层的开口,所以小厚度的导电层对触点的可靠性没有不利影响。
最后,关于需要制造穿过膜的载体层的开口以在导电柱和所述膜的导电层之间制造触点的方法,根据本发明的方法还使得能够避免光刻和蚀刻,这是由于在所述方法中不用生成这样的开口。
由于读出电路和膜的导电材料之间的电连接仅由导电材料形成,因此使用根据本发明的方法获得读出电路和测辐射热计的膜之间良好的电连续性。
不管载体层的材料如何,都可以获得上述优点。
层的堆叠还可以包括第二蚀刻停止层,以使得载体层被定位在所述第二蚀刻停止层和所述牺牲层之间,所述方法还可以包括:在制造所述导电通路和沉积所述导电层之间,实施以下步骤:
例如,通过化学机械抛光将制造所述导电通路期间形成在第二蚀刻停止层上的导电材料层移除;然后
去除所述第二蚀刻停止层;
所述导电层被沉积成使得该导电层的剩余部分还覆盖所述导电通路的的上部的侧面,所述侧面由于第二蚀刻停止层的去除而未被覆盖(而裸露或暴露在外)。
由于所述导电通路的上部从载体层“突出”,因而由于载体层通过通路机械保持在该上部之下,所以所述膜的载体层到所述导电通路的机械保持得到改善。此外,由于导电层的剩余部分除了覆盖通路的上表面之外还覆盖通路的所述上部的面,因此导电层的该部分和导电通路之间的接触面积增大,并且导电层和导电通路之间的电接触因此得到改善。
载体层可以包括至少一种介电材料或至少一种电参数随材料温度变化而改变的材料。因此,载体层在测辐射热计的膜内执行电绝缘或热电信号转换功能。
本方法还可以包括:在去除牺牲层之前,在所述膜上制造用于对会被探测器检测到的红外辐射进行吸收的至少一个元件。
在这种情况下,吸收元件可以包括至少一种MIM(或“金属-绝缘体-金属”)结构。也可以在膜上制造其他类型的吸收元件。
表述“MIM”结构指的是包括至少一个介电元件的堆叠,该至少一个介电元件被定位在上金属元件和下金属元件之间,并且能够根据MIM结构的尺寸和材料对某些波长进行选择性吸收。
导电层可以被蚀刻成使得所述导电层的多个剩余部分形成测辐射热计电极和电阻部分,该电阻部分能够吸收会被探测器检测到的红外辐射。这些电阻部分可以采用任何形状。
本方法还可以包括:在蚀刻导电层和蚀刻载体层之间(在导电层蚀刻之后蚀刻载体层),在所述导电层的剩余部分上并且沉积在所述载体层上沉积第一热电信号转换层。这种第一热电信号转换层可以沉积在导电层上并且沉积在载体层上。除了导电层和热电信号转换层之间的电连接之外,这种布置方式还补偿了导电层的所述部分和载体层之间出现的双金属效应。
第一热电信号转换层可以包括对为去除牺牲层而实施的化学蚀刻工艺具有抵抗性的至少一种材料。在这种情况下,该第一热电信号转换层还可以相对于用来蚀刻牺牲层的蚀刻溶液来保护导电层。
本方法还可以包括:在沉积第一热电信号转换层之后,在所述第一热电信号转换层上沉积第二热电信号转换层,所述第二热电信号转换层的厚度大于所述第一热电信号转换层的厚度。在这种情况下,探测器中发生的将所吸收的热能转变成电能的信号噪声比得到改善。第二热电信号转换层可以包括对为去除牺牲层而实施的化学蚀刻工艺具有抵抗性的至少一种材料。
然后,可以蚀刻该第二热电信号转换层以在膜上形成测温材料的一个或多个部分,例如测温材料的中心部分。
本方法可以使得:
-载体层包括非晶硅,和/或
-如果第一热电信号转换层被沉积,则该第一热电信号转换层包括非晶硅,和/或
-如果第二热电信号转换层被沉积,则该第二热电信号转换层包括非晶硅。
附图说明
在阅读对以下仅作为解释的目的给出且不限于本发明的范围内、并且参照附图对实施例的描述后,本发明将得到更好的理解,在附图中:
图1A至图1N示出了根据第一实施例的用于制造辐射热探测器的方法的步骤;
图2示出了通过实施根据第二实施例的制造方法获得的辐射热探测器;
在下文中所描述的不同附图中的相同、相似或等同的部分承载有相同的附图标记,以便于从一个附图过度到另一附图。
为了使附图更易于阅读,附图中所示的各个部分并未以统一尺度来显示。
不同的制造可能(替选方式和实施例)需要得到理解,这是由于它们相对于彼此不是排它的并且可以结合在一起。
具体实施方式
下文中参照图1A至图1N描述了根据第一实施例的用于制造红外辐射热探测器100的方法。
在第一实施例中制造的设备100包括由半导体衬底10(例如硅)制成的微辐射热探测器型的多个热探测器,在该多个热探测器上和/或该多个热探测器中集成了使用CMOS技术制成的电子读出电路12。读出电路12读取由各测辐射热计发热引起的电特性变化,并且还读取该测辐射热计的偏置。
电子读出电路12包括半导体层13(“前端”部分),在该半导体层中制造有晶体管、二极管、电容或其他MOS类型的电子器件,使得能够执行读出电路12的电子功能。在读出电路12的半导体层13上制造有一个或多个电气互连层级14(“后端”部分),该一个或多个电气互连级特别地将读出电路12的功能单元连接在一起并且用于形成读出电路12的输入/输出连接部。
在图1A所示的阶段尚未制造用于形成读出电路12的电接触面的最后一个电气互连层级。在图1A中,附图标记14因此可以表示单个电气互连层级,该单个电气互连层级与第一电气互连层级和倒数第二个电气互连层级对应、或者与从第一电气互连层级(即与半导体层13相接触的电气互连层级)至倒数第二个电气互连层级的多个堆叠的电气互连层级对应。最后一个电气互连层级将制造成使其集成用于形成悬置于读出电路12之上的测辐射热计,并且提供读出电路12的可从电互连层级14接入的输入和测辐射热计的输出电连接件之间的电连接。该最后一个电气互连层级还制造成使其形成读出电路12的电连接垫,待电连接垫可从外部接入,即能够从探测器100的外侧电接触。
可替选地,多个(例如2个或3个)最后一个电气互连层级可以用来在读出电路12的输入和测辐射热计的输出电连接件之间形成测辐射热计的机械支撑装置。
图1B示出了所制造的倒数第二个电气互连层级20,形成电气互连层级14的一部分,并且探测器100的测辐射热计制造于该倒数第二个电气互连层级上。特别地,该电气互连层级20包括金属线21,该金属线的部分16(图1B所示的单个部分)通过导电通路22或垂直连接件、以及可能通过一个或多个下电气互连层级局部电连接到读出电路12的MOS电子器件。这些部分16的至少一部分电连接到探测器100的测辐射热计。在提供与下电气互连层级的电连接的通路22外侧,电气互连层级20通过介电层27与下电气互连层级的金属线电绝缘,该介电层27被称为金属间介电层(或IMD),是矿物材料并且例如由未掺杂硅氧化物(又称为USG或“未掺杂石英玻璃”)、或者诸如SiOF、SiOC或SiOCH之类介电常数低的氧化物构成。
电气互连层级20还可以包括金属线21的其他部分(图1B中未示出),该其他部分连接或者未连接到下电气互连层级,不在于连接到测辐射热计而是例如用来至少部分地制造一般用于布线和测试读出电路12和探测器100的连接垫。
不同的技术选择对倒数第二个电气互连层级20的通路22和金属线21(以及其他电气互连层级14的金属线和通路)是可用的。第一种可能性包括使用有利地插置于在两个钛层或氮化钛层之间的铝制造金属线21,以及使用钨制造通路22。第二种可能性包括根据包括用铜填充形成于介电层27或金属间介电层中的沟槽的镶嵌法使用铜制造金属线21和通路22。上述方法可以是简单的镶嵌方法,其中,执行两个连续的镶嵌步骤或图1B中所示的双镶嵌方法来制造通路22,然后制造金属线21,其中,制造金属线21和通路22的步骤被集成到“连续的”制造工艺中。所述元件21和22的芯部由通过电解铜盐溶液(ECD)产生的铜部分23形成。所述铜部分23的下表面和侧表面进一步被涂覆在有利地通过电离阴极溅射(又称为iPVD)产生的、例如由氮化钛24、钛25和铜26制成的一组导电层中,以改进所述沉积物在垂直面上的涂覆。钛层25形成势垒层,防止铜23和26扩散到金属间介电层27、然后扩散到读出电路12的半导体层13,在该情况下,如果不防止的话,铜会产生电缺陷,特别是在晶体管和二极管中。氮化钛层24通常设置成改进钛层25到金属间介电层27的表面上的粘合。铜层26起到阴极和用于铜部分23的电解生长的种子层两者的作用。通过受例如包括SiO2的停止层28控制的化学机械抛光(CMP,Chemical-Mechanical Polishing)来获得互连层级20与金属间介电层27的表面的齐平嵌合(flush-fitting)。
绝缘的介电层29覆盖停止层28以及金属线21的不同部分的上表面。在这种情况下,该层29对应于通过将定位在停止层28上的第一层和覆盖所述第一层的第二层进行堆叠形成的双层。所述堆叠的第一层用来相对于金属线21的铜形成扩散势垒层,并且例如包括氮化硅。所述堆叠的第二层形成能够承受稍后在释放(Liberation)测辐射热计的膜期间实施的HFv蚀刻的蚀刻停止层,,由此将在释放膜期间保护电气互连层级20。所述堆叠的该第二层例如包括Al2O3或AIN。
在以下附图中,为了易于阅读,以不如图1B详细的方式示出了金属线21和通路22。
包括至少一种矿物材料(如SiO2)的牺牲层30被沉积在层29(图1C)上。牺牲层30的厚度(沿Z轴的尺寸)例如大约介于1μm至5μm的范围内。特别地,根据相对于由探测器100的测辐射热计接收并吸收的红外辐射的理想吸收特性来选择牺牲层30的厚度。例如,该厚度被选择成使得通过对牺牲层30的后续蚀刻释放的空间在测辐射热计的膜下方形成四分之一波长腔(特别是当检测器100旨在检测红外辐射时,其波长例如落入波段III(8μm和12μm之间)内)。牺牲层30的厚度可以在其沉积之后通过实施CMP平面化来调整。
如图1D所示,然后将载体层32沉积在牺牲层30上。载体层32可以包括至少一个感温材料,例如该载体层的电阻率随温度变化而显著改变。在这种情况下,载体层32包括例如通过CVD沉积的非晶硅。可替选地,载体层32可以包括形成电绝缘体或具有大电阻率的至少一种材料。因此,除了非晶硅之外,载体层32可以包括SiC、Al2O3或AIN等。在所有情况下,载体层32的一种或多种材料相对于稍后在蚀刻牺牲层30期间实施的HFv蚀刻是惰性的,即他们能够承受(未被蚀刻)用于蚀刻牺牲层30的一种或多种化学蚀刻溶液。因此,能够相对于载体层32和第一蚀刻停止层29选择性地蚀刻牺牲层30的材料。
而且,载体层32可以对应于多种不同材料的堆叠(例如双层),使得所述堆叠的下层(与牺牲层30接触的层)在牺牲层30的蚀刻期间保护所述堆叠的一个或多个其他上层。
例如,载体层32的厚度大约介于10nm至100nm的范围内。
然后,将第二蚀刻停止层34沉积在载体层32上(图1E)。该层34旨在停止稍后为去除在制造将测辐射热测量计连接到金属线21的导电通路期间形成的过量导电材料而实施的烧蚀工艺或平面化工艺,以防止层32在去除导电材料期间发生劣化。层34包括对将出现的机械磨损和/或化学磨损和/或离子磨损具有抵抗性的至少一种材料,优选地对应于在制造半导体层13中发现的元件时期间已使用的至少一种材料,例如SiN和/或SiO。层34的厚度例如介于20nm和100nm之间。
然后,通过事先形成在电气互连层级20上的层的堆叠来制造导电通路38。图1F至图1H描述了制造单个导电通路38。然而,通过所述堆叠来制造多个导电通路。所述通路38的数量取决于探测器100旨在包含的测辐射热计的数量。所述导电通路38旨在提供探测器100的测辐射热计及读出电路12之间的电连接,以及以悬置方式机械固定该测辐射热计的膜。
如图1F所示,开口36被蚀刻成穿过由先前制造的层34、层32、层30和层29形成的堆叠。所述开口36形成了到金属线21的通道并且用于制造导电通路38中的一个。在层34、层32、层30和层29的平面内,在使所述开口36穿过的所述层之间的界面上,开口36的截面的形状和尺寸界定了将在所述开口36中制造的通路38的形状和尺寸,从而所述形状可以例如是圆形或多边形,所述开口的面的直径或尺寸能够等于约0.5μm。
然后,采用一种或多种导电材料填充开口36,由此形成导电通路38。薄势垒层(例如包括TiN)例如沉积在开口36的壁(底部以及侧壁)上,然后采用另一种导电材料填充开口36内剩余的空置容积,例如通过CVD沉积的钨。存在于开口36的底部、在金属线21和被定位在开口36中的另一种导电材料之间的势垒层防止在金属线21的导电材料(例如铜)和沉积在开口36中的所述另一导电材料(例如钨)之间发生化学反应。存在于开口36的侧壁上的所述势垒层进一步改善了沉积在开口36中的所述另一导电材料的粘附性。
可替选地,可以使用铜来获得导电通路38的金属化。上文提到的金属线21和通路22的不同实施例可以应用于制造导电通路38。
在将一种或多种导电材料沉积在开口36中后,所述一种或多种导电材料的被沉积为形成导电通路38的层39呈现在层34上(图1G)。例如通过CMP执行去除步骤以移除所述层39,从而层34用作停止所述移除的停止层(图1H)。
然后,例如通过在水性环境中进行化学蚀刻来移除该层39(图1I),相对于层34之下的载体层32以及相对于导电通路38的一种或多种导电材料提供非常高的蚀刻选择性。这种蚀刻例如要求使用具有经稀释的HF基底的BOE(“缓冲氧化物蚀刻”)蚀刻溶液。蚀刻剂被选择成使得载体层32不被所述蚀刻剂蚀刻,该蚀刻剂可以具有与稍后用来蚀刻牺牲层30的那些蚀刻剂相同的种类。对层34的所述蚀刻使导电通路38的上部40(以虚线与通路38的其余部分象征性地分隔开)暴露出来,在本方法的该阶段,该导电通路的面未被任何材料覆盖。所述上部40的厚度等于层34的厚度。
然后,将导电层42沉积在载体层32上并进一步覆盖导电通路38的上部40,特别地覆盖导电通路38的所述上部40的上表面和侧表面(图1J)。层42例如包括TiN。该通过层42覆盖导电通路38的上部40增大了层42的导电材料和通路38的一种或多种导电材料之间的接触面积,并且因此改善了由通路38形成的柱和层42之间的导电性。当所制造的测辐射热计的膜通过蚀刻牺牲层30被释放时,载体层32在位于通路38的所述上部40下方的层面上包围通路38的事实会增大该组件的机械强度。
然后,通过如下步骤来完成测辐射热计:在载体层32上制造不同的光热信号转换元件及热电信号转换元件、蚀刻载体层32(以及沉积在载体层32上的任何可能的其它层)形成测辐射热计的膜,以及蚀刻牺牲层30以释放所述膜。
在此处所描述的第一实施例中,层42被蚀刻成使得该层的剩余部分形成测辐射热计的电极44(图1K所示的单个电极44),与通路38的一种或多种导电材料直接接触。层42的其他剩余部分形成能够吸收会被探测器100检测到的红外辐射的电阻部分46。由非晶硅制成的载体层32的未被电极44和电阻部分46覆盖的部分将形成测辐射热计的热电信号转换区域。电极44和电阻部分46可以具有不同的形状。通过示例,电阻部分46可以对应于层42的两个部分,该两个部分借助于通过层42蚀刻的槽彼此间隔以使得电流无法流到所述部分46之间。可以考虑其他形状和/或不同数量的电阻部分46。
如图1L所示,热电信号转换层48(被称为第一热电信号转换层)被沉积在层42的剩余部分44、46上并且被沉积在载体层32的未被所述部分44、46覆盖的部分上。例如,包括非晶硅的所述层48以及载体层32(由于在第一实施例中该载体层也是由非晶硅制成的)用来确保将测辐射热计接收到的红外辐射转化成电能。此外,层32和层48补偿在导电层的部分46和载体层32之间发生的双金属效应。
然后,将第二热电信号转换层50沉积在层48上(图1M)。有利地,所述层50包括非晶硅并且具有比层48的厚度及层32的厚度都大的厚度。
所述第二层50被蚀刻成使得所述层50的至少一个剩余部分52能够形成测辐射热计的至少一个热电信号转换元件。在本文所描述的第一实施例中,该剩余部分52形成膜54的中心测温元件。有利地,第二层50的位于形成膜54的支撑臂的部分在所述蚀刻期间被去除,给膜54提供了高水平的热绝缘。第二层50的刻蚀过程有利地包含对蚀刻停止层的使用,该蚀刻停止层特别地用来控制支撑臂的厚度。
然后,根据所需图案来蚀刻层48和层32以形成测辐射热计的膜54和膜54的支撑臂。最后,相对于层32、层46、层50和层29的材料对牺牲层30进行化学且选择性地蚀刻,由此释放通过通路38悬置的膜54。
所获得的红外热探测器100由中心元件形成,除了例如以金属条的形式制造的吸收元件46之外,该中心元件还包括与源自层32、层48和层52的感温材料的叠加部分对应的测温元件,其总厚度大致大于层32和层49的厚度之和。在这种情况下,这使得根据与测温元件的厚度成反比的定律降低了来自测温元件的电噪声。所述中心元件借助于通过叠加层32、层42和层48形成的臂电连接且机械连接到导电通路38,所述臂的厚度大致小于该中心元件的厚度。这使得降低了所述臂的热传导性,由此改善了该中心元件的热绝缘性从而提高了探测器100的灵敏度。
在本方法最后,将所制造的一个或多个测辐射热计置于密封壳体中。
根据第二实施例,载体层32可以用来形成探测器100的测辐射热计的测温元件,并且该探测器的吸收元件可以由在测辐射热计的膜上制成的一个或多个MIM(金属-绝缘体-金属)结构形成。图2示出了通过实施根据所述第二实施例的方法获得的探测器100,其中,附图标记56指由下金属部分58、介电部分60和上金属部分62形成的MIM结构。介电部分64包括能够承受最后的诸如AIN或Al2O3之类的HF蚀刻的介电材料,被定位在下金属部分58和层32之间,以使通过层32形成的测温元件与下金属部分58电绝缘。例如,该介电部分64通过在沉积MIM结构56的材料之前将所述部分64的材料沉积在层上来制成,并且同时被蚀刻为形成MIM结构56的材料。在该第二实施例中,直接在形成测辐射热计的膜的蚀刻层32上形成MIM结构。在这种情况下,层32的形成膜的一部分确保了测辐射热计内的热电信号转换。特别地,MIM结构56提供对波长的选择性吸收。
如第一实施例中那样,借助于直接覆盖导电通路38的电极44来提供存在于测辐射热计的膜中的导电材料和探测器的读出电路之间的电连接。
整体上来说,上述提及的参照附图1A至1J描述的步骤的实施使得能够形成用于容置测辐射热计的不同元件(即在测辐射热计内执行光热和热电信号转换的元件)的基底。EP2743659A1中描述的这些元件的不同配置可以在形成探测器100时应用。
上文所描述的制造方法可以应用于制造包括单个测辐射热计或包括多个测辐射热计的探测器100。

Claims (10)

1.一种用于制造辐射热探测器(100)的方法,包括至少实施以下步骤:
在所述探测器(100)的电子读出电路(12)的电气互连层级(20)上制造层(29,30,32,34)的堆叠,所述堆叠包括位于载体层(32)和第一蚀刻停止层(29)之间的至少一个牺牲层(30),所述第一蚀刻停止层(29)被定位在所述牺牲层(30)和所述电气互连层级(20)之间,并且所述牺牲层(30)包括至少一种矿物材料,该至少一种矿物材料能够相对于所述载体层(32)和所述第一蚀刻停止层(29)被选择性地蚀刻;
制造至少一个导电通路(38),所述至少一个导电通路(38)至少穿过层(29,30,32,34)的所述堆叠,以使所述导电通路(38)的至少一种导电材料与所述电气互连层级(20)的至少一个导电部分相接触,所述电气互连层级(20)连接到所述电子读出电路(12);
将至少一个导电层(42)沉积在所述载体层(32)和所述导电通路(38)上;
蚀刻所述导电层(42)和所述载体层(32),形成测辐射热计膜(54),所述测辐射热计膜(54)通过所述导电层(42)的至少一个剩余部分(44)电连接到所述通路(38),所述至少一个剩余部分(44)覆盖所述通路(38)的至少一个上部(40);以及
通过化学蚀刻去除所述牺牲层(30),以使得所述膜(54)通过所述导电通路(38)悬置,所述第一蚀刻停止层(29)和所述载体层(32)对该化学蚀刻具有抵抗性。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,层(29,30,32,34)的所述堆叠还包括第二蚀刻停止层(34),以使得所述载体层(32)被定位在所述第二蚀刻停止层(34)和所述牺牲层(30)之间,所述方法还包括:在制造所述导电通路(38)和沉积所述导电层(42)之间,实施以下步骤:
将制造所述导电通路(38)期间形成在所述第二蚀刻停止层(34)上的导电材料层(39)移除;然后
去除所述第二蚀刻停止层(34),
并且其中,所述导电层(42)被沉积成使得所述导电层(42)的剩余部分(44)还覆盖所述导电通路(38)的所述上部(40)的侧面,所述侧面由于所述第二蚀刻停止层(34)的去除而未被覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述载体层(32)包括至少一种介电材料或至少一种电参数随材料温度变化而改变的材料。
4.根据权利要求1或2所述的方法,还包括:在去除所述牺牲层(30)之前,在所述膜(54)上制造用于对会被所述探测器(100)检测到的红外辐射进行吸收的至少一个元件(56)。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述吸收元件包括至少一个MIM结构(56)。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述导电层(42)被蚀刻成使得所述导电层(42)的多个剩余部分形成测辐射热计电极(44)和电阻部分(46),所述电阻部分能够吸收会被所述探测器(100)检测到的红外辐射。
7.根据权利要求1或2所述的方法,还包括:在蚀刻所述导电层(42)和蚀刻所述载体层(32)之间,在所述导电层(42)的剩余部分(44,46)上以及在所述载体层(32)上沉积第一热电信号转换层(48)。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述第一热电信号转换层(48)包括对为去除所述牺牲层(30)而实施的化学蚀刻工艺具有抵抗性的至少一种材料。
9.根据权利要求7所述的方法,还包括:在沉积所述第一热电信号转换层(48)之后,在所述第一热电信号转换层(48)上沉积第二热电信号转换层(50),所述第二热电信号转换层(50)的厚度大于所述第一热电信号转换层(48)的厚度。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其中,
所述载体层(32)包括非晶硅,和/或
如果第一热电信号转换层(48)被沉积,则所述第一热电信号转换层(48)包括非晶硅,和/或
如果第二热电信号转换层(50)被沉积,则所述第二热电信号转换层(50)包括非晶硅。
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