CN109256401A - 一种微桥结构、微电子器件及微桥结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种微桥结构、微电子器件及微桥结构的制作方法，该微桥结构包括读出电路基底，该读出电路基底上制作有第一引出电极；位于读出电路基底一侧且覆盖第一引出电极的第一钝化层；位于第一钝化层远离读出电路基底一侧的第二引出电极；位于第一钝化层远离读出电路基底一侧的第二钝化层，该第二钝化层覆盖第二引出电极的部分区域；位于第二引出电极远离第一钝化层一侧的桥墩结构，该桥墩结构与第二引出电极接触；其中，第一钝化层上开设有贯穿该第一钝化层两侧的第一通孔，第一通孔中填充有用于第一引出电极与第二引出电极连接的第一连接电极，本发明能够有效降低微桥结构的工艺难度，确保器件良率。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种微桥结构、微电子器件及微桥结构的制作方法。
背景技术
红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件，其在军事、工业、交通、安防监控、气象、医学等各行业具有广泛的应用。目前，如图1所示，现有的非制冷焦平面红外探测器由IC(集成电路，Integrated Circuit)和MEMS(微机电系统，Micro Electro Mechanical System)两部分组成，其中，IC为红外电信号处理电路，MEMS部分为感应红外的器件，该MEMS部分基本包括桥墩部分和桥面部分，桥墩部分用于实现电信号连接和支撑作用，桥面部分为用于红外信号感应。如图2所示，桥墩工艺一般是ICwafer(晶圆片)的最后一层金属，需要基于钝化层(Passivation)进行制备，但由于所有的MEMS器件需要制作在比较平整的平面上，因此在做Passivation的过程中需要引入CMP(化学机械研磨，Chemical Mechanical Polishing)工艺磨平，但这样会使得整个Passivation的厚度达到1～2um级别(D1)，进而导致在做后续的MEMS桥墩的牺牲层工艺时整个台阶差非常大(D2)，对光刻的涂胶以及曝光增加难度，降低了器件良率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微桥结构、微电子器件及微桥结构的制作方法，能够有效解决上述问题。
一方面，本发明较佳实施例提供一种微桥结构，包括：
读出电路基底，该读出电路基底上制作有用于读出电路引出的第一引出电极；
位于所述读出电路基底一侧且覆盖所述第一引出电极的第一钝化层；
位于所述第一钝化层远离所述读出电路基底一侧的第二引出电极；
位于所述第一钝化层远离所述读出电路基底一侧的第二钝化层，该第二钝化层覆盖所述第二引出电极的部分区域；
位于所述第二引出电极远离所述第一钝化层一侧的桥墩结构，该桥墩结构与所述第二引出电极接触；
其中，所述第一钝化层上开设有贯穿该第一钝化层两侧的第一通孔，所述第一通孔中填充有用于所述第一引出电极与所述第二引出电极连接的第一连接电极。
在本发明较佳实施例的选择中，所述桥墩结构包括：
位于所述第二引出电极远离所述第二钝化层一侧的第一支撑结构，该第一支撑结构上开设有第二通孔；
位于所述第一支撑结构中的第二连接电极，该第二连接电极通过所述第二通孔与所述第二引出电极接触；
位于所述第二连接电极远离所述第一支撑结构一侧的第一保护层。
在本发明较佳实施例的选择中，所述第一支撑结构包括U型结构。
在本发明较佳实施例的选择中，所述第一钝化层包括位于所述读出电路基底一侧且覆盖所述第一引出电极的氧化硅材料层；以及位于所述氧化硅材料层远离所述读出电路基底一侧的氮化硅材料层。
在本发明较佳实施例的选择中，所述微桥结构还包括与所述桥墩结构连接的桥面结构，该桥面结构位于所述第二钝化层远离所述第一钝化层的一侧，且与所述第二钝化层间隔设置。
在本发明较佳实施例的选择中，所述桥面结构包括：
位于所述第二钝化层远离所述第一钝化层一侧的第二支撑结构；
位于所述第二支撑结构远离所述第二钝化层一侧的感应层；
位于所述感应层远离所述第二支撑结构一侧的第二保护层，其中，所述感应层与所述第二连接电极接触连接。
在本发明较佳实施例的选择中，所述感应层包括由热敏材料制成的热敏层。
在本发明较佳实施例的选择中，所述微桥结构还包括反射层，所述反射层位于所述第一钝化层与所述第二钝化层之间，且所述反射层与所述桥面结构在同一投影面的投影部分重合。
另一方面，本发明实施例还提供一种微电子器件，所述微电子器件包括上述的微桥结构。
另一方面，本发明实施例还提供一种微桥结构的制作方法，所述方法包括：
提供一设置有第一引出电极的读出电路基底；
在所述读出电路基底设置有第一引出电极的一侧制作形成第一钝化层；
在所述第一钝化层上制作形成与所述第一引出电极连通的第一通孔，在所述第一通孔中制作第一连接电极；
在所述第一钝化层远离所述读出电路基底的一侧制作依次制作第二引出电极、第二钝化层和牺牲层；
在所述牺牲层远离所述第二钝化层的一侧开设PI孔，在所述牺牲层和所述PI孔远离所述第二钝化层的一侧制作形成桥墩结构使得所述桥墩结构与所述第二引出电极接触；
释放所述牺牲层得到微桥结构。
与现有技术相比，本发明提供的一种微桥结构、微电子器件及微桥结构的制作方法，其中，通过在现有的微桥结构中增加一层用于读出电路引出的引出电极来解决进行牺牲层工艺时整个台阶差非常大的问题，能够有效降低在制作桥墩时的光刻涂胶和曝光的工艺难度，同时还有效保证了MEMS器件的良率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中的MEMS器件中的红外探测器的结构示意图。
图2为现有技术中的MEMS器件中的桥墩结构的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的微桥结构的结构示意图。
图4为图3中所示的读出电路基底的结构示意图。
图5为图3中所示的读出电路基底的另一结构示意图。
图6为本发明实施例提供的微桥结构的另一结构示意图。
图7为本发明实施例提供的微桥结构的又一结构示意图。
图8为本发明实施例提供的微桥结构的制作方法的工艺流程示意图。
图9为第一钝化层的形成示意图。
图10为第一连接电极的形成示意图。
图11为第二引出电极、反射层和第二钝化层的形成示意图。
图12为牺牲层的形成示意图。
图13为牺牲层上的PI孔的形成示意图。
图14为桥墩结构和桥面结构的形成示意图。
图标：10-微桥结构；11-读出电路基底；12-第一引出电极；13-第一钝化层；130-氧化硅材料层；131-氮化硅材料层；14-第二引出电极；15-第一连接电极；16-第二钝化层；17-桥墩结构；170-第一支撑结构；171-第二连接电极；172-第一保护层；18-桥面结构；180-第二支撑结构；181-感应层；182-第二保护层；19-反射层；20-牺牲层；21-PI孔；22-支撑层；23-保护层；24-电极层；25-金属填充结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图3所示，为本发明实施例提供的微桥结构10的结构示意图，该微桥结构10包括读出电路基底11、第一引出电极12、第一钝化层13、第二引出电极14、第二钝化层16、第一连接电极15和桥墩结构17，所述第一引出电极12制作于所述读出电路基底11以用于读出电路的引出，所述第一钝化层13位于所述读出电路基底11一侧且覆盖所述第一引出电极12，所述第二引出电极14位于所述第一钝化层13远离所述读出电路基底11的一侧；所述第二钝化层16位于所述第一钝化层13远离所述读出电路基底11的一侧，且该第二钝化层16覆盖所述第二引出电极14的部分区域；所述桥墩结构17位于所述第二引出电极14远离所述第一钝化层13的一侧，该桥墩结构17与所述第二引出电极14接触。其中，所述第一钝化层13上开设有贯穿该第一钝化层13两侧的第一通孔，所述第一通孔中填充有用于所述第一引出电极12与所述第二引出电极14连接的第一连接电极15。
与现有技术相比，本发明给出的上述微桥结构10中，是通过在现有的微桥结构10中增加一个第二引出电极14，并通过第一连接电极15实现第一引出电极12和第二引出电极14的连接以减少在进行桥墩结构17制作工艺中牺牲层20的台阶高度D2，避免缩小台阶差过大的问题，进而大幅降低桥墩制作时的光刻涂胶难度和曝光难度，提高器件良率。
详细地，所述第一引出电极12和所述读出电路基底11以基于但不限于硅(Si)衬底制作形成。此外，实际实施时，所述第一引出电极12与所述读出电路基底11的位置关系可以如图4或图5所示，本实例在此不做限制。
所述第一钝化层13用于实现对所述读出电路基底11和所述第一引出电极12的绝缘隔离，可采用但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备。可选地，在本实施例中，所述第一钝化层13可以采用同一种材料实现一次工艺制备而成，如氮化硅(Si3N4)材料，也可以如图3所示，所述第一钝化层13包括氧化硅(SiO2)材料层130和氮化硅材料层131，该氧化硅材料层130位于所述读出电路基底11一侧且覆盖所述第一引出电极12；以及所述氮化硅材料层131位于所述氧化硅材料层130远离所述读出电路基底11一侧的。需要说明的是，所述第一钝化层13的厚度可根据实际需求进行灵活设计，本实例在此不做限制。
另外，所述第二钝化层16用于实现对制作于所述第一钝化层13上的第二引出电极14的绝缘隔离，本实施例中，所述第二钝化层16可采用但不限于与所述第一钝化层13相同的制作工艺制作形成，例如，所述第二钝化层16可以为但不限于氮化硅(Si3N4)材料层。
所述第二引出电极14可采用与所述第一引出电极12相同的材料制备形成，如铝(Al)或钛(Ti)等。本实施例中，通过所述第一连接电极15实现所述第一引出电极12和所述第二引出电极14的连接，相当于将所述第一引出电极12的位置上移，从而降低制备所述桥墩结构17时的牺牲层20的台阶高度，进而降低其制作工艺难度。根据实际需求，所述第一引出电极12与所述第二引出电极14的结构、图案、材质等可以相同，也可以不同，例如，在本实施例中，所述第一引出电极12与所述第二引出电极14在同一平面的投影可以重合。
所述桥墩结构17用于实现对所述微桥结构10中的其他部件的支撑作用，以及实现所述第二引出电极14与所述微桥结构10中的其他部件之间的电连接，因此，如图6所示，在本实施例中，所述桥墩结构17可以包括位于所述第二引出电极14远离所述第二钝化层16一侧的第一支撑结构170，该第一支撑结构170上开设有第二通孔；位于所述第一支撑结构170中的第二连接电极171，该第二连接电极171通过所述第二通孔与所述第二引出电极14接触；位于所述第二连接电极171远离所述第一支撑结构170一侧的第一保护层172。
根据实际需求，所述第一支撑结构170作为所述微桥结构10的主要承重部分，可以是但不限于U型结构、V型结构等，所述第二连接电极171用于实现所述第二引出电极14与所述微桥结构10中的其他部分之间的电连接，所述第一保护层172可以用于实现对所述第二连接电极171的隔离防护。可以理解的是，所述桥墩结构17的实际结构、形状等可以是但不限于图6所示。
进一步地，根据实际需求，所述微桥结构10还可包括与所述桥墩结构17连接的桥面结构18，该桥面结构18位于所述第二钝化层16远离所述第一钝化层13的一侧，且与所述第二钝化层16间隔设置。其中，所述桥面结构18包括位于所述第二钝化层16远离所述第一钝化层13一侧的第二支撑结构180；位于所述第二支撑结构180远离所述第二钝化层16一侧的感应层181；位于所述感应层181远离所述第二支撑结构180一侧的第二保护层182，其中，所述感应层181与所述第二连接电极171接触连接。
可选地，根据应用所述微桥结构10的微电子器件的实际功能的不同，所述桥面结构18中的感应层181的功能也可不同，例如，当应用所述微桥结构10的微电子器件为红外探测器时，所述感应层181可以为热敏层等。
作为一种实施方式，请再次参阅图7，所述微桥结构10还可包括反射层19，所述反射层19位于所述第一钝化层13与所述第二钝化层16之间，且所述反射层19与所述桥面结构18在同一投影面的投影部分重合。本实施例中，所述反射层19可与所述第二引出电极14位于同一层结构中，并在同一工艺中制作形成。具体地，可在制作所述第二引出电极14的同时，采用光刻和刻蚀的方法在金属薄膜上形成反射层19(Mirror)的图形。
基于对上述微桥结构10的描述，如图8所述，本发明实施例还提供一种微桥结构10的制作方法，下面结合图对所述微桥结构10的制作方法进行介绍。
步骤S10，提供一设置有第一引出电极12的读出电路基底11。具体地，所述读出电路基底11的结构可以如图4或图5所示。
步骤S11，在所述读出电路基底11设置有第一引出电极12的一侧制作形成第一钝化层13；具体地，如图9所示，可采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在所述读出电路基底11设置有第一引出电极12的一侧依次沉积氧化硅材料层130和氮化硅材料层131，其中，所述氧化硅材料层130和氮化硅材料层131的厚度可根据实际需求进行设定。
步骤S12，在所述第一钝化层13上制作形成与所述第一引出电极12连通的第一通孔，在所述第一通孔中制作第一连接电极15。具体地，如图10所示，可采用光刻刻蚀的方法在所述氧化硅材料层130和氮化硅材料层131上刻蚀出与所述第一引出电极12连通的一个或多个第一通孔，并在所述第一通孔中进行电极材料的填充以形成第一连接电极15，其中，所述电极材料可以是但不限于铝、钛、钨等。
步骤S13，在所述第一钝化层13远离所述读出电路基底11的一侧制作依次制作第二引出电极14、第二钝化层16和牺牲层20。具体地，如图11所示，在完成第一连接电极15的制作后，首先采用磁控溅射(PVD)或电子束蒸发的方法在所述氮化硅材料层131远离所述氧化硅材料层130的一侧生长金属薄膜，然后用光刻和刻蚀的方法在金属薄膜上与所述第一连接电极15的位置处形成第二引出电极14的电极图形以及在于所述第二引出电极14间隔的位置处形成反射层19(Mirror)图形。然后如图12所示，在所述氮化硅材料层131、所述第二引出电极14、所述反射层19的一侧形成第二钝化层16，该第二钝化层16的制作工艺、材料等可与所述第一钝化层13的制作工艺相同，本实施例在此不再赘述。最后，在所述第二钝化层16远离所述第一钝化层13的一侧制作形成牺牲层20，该牺牲层20可采用但不限于聚酰亚胺(Polyimide)材料制成。
步骤S14，在所述牺牲层20远离所述第二钝化层16的一侧开设PI孔21，在所述牺牲层20和所述PI孔21远离所述第二钝化层16的一侧制作形成桥墩结构17使得所述桥墩结构17与所述第二引出电极14接触。具体地，如图13所示，可采用光刻刻蚀的方法在所述牺牲层20远离所述第二钝化层16的一侧开设PI孔21，使得所述PI孔21位于所述第二引出电极14之上，然后如图14所示，在所述牺牲层20上依次沉积支撑层22、电极层24、感应层181和保护层23；其中，在制作所述电极层24之前，需要先对位于所述PI孔21底部的支撑层22和第二钝化层16进行刻蚀以露出所述第二引出电极14，使得基于所述电极层24制作形成的第二连接电极171能够与所述第二引出电极14实现接触连接。此外，在所述感应层181沉积之后，保护层23沉积之前，需要对所所述感应层181进行光刻刻蚀，且所述感应层181可使用VOx材料，并采用离子束沉积、反应溅射或磁控溅射的方法生长。
实际实施时，所述支撑层22和保护层23可使用PECVD方法生长，介质材料为低应力的Si3N4材料或SiO2加Si3N4材料等。可以理解的是，所述桥墩结构17中的第一支撑结构170和所述桥面结构18中的第二支撑结构180通过对所述支撑层22进行图形化得到的，桥墩结构17中的第一保护层172和所述第二保护层182是通过对所述保护层23进行图形化后得到，此外，由于所述桥墩结构17其支撑作用，因此，在完成所述保护层23的制作后，还可基于第一保护层172进行金属填充以形成金属填充结构25，实现对所述桥墩结构17的加固。
需要说明的是，步骤S14中，由于相对于现有技术中，本实施例中增了一个第二引出电极14，使得在进行桥墩结构17的制作时，牺牲层20的台阶高度明显降低，从而大幅降低了在通过桥墩结构17进行光刻刻蚀、涂胶以及曝光等工艺难度，提高了器件良率。
步骤S15，释放所述牺牲层20得到微桥结构10。具体地，如图7所示，可将完成步骤S10-步骤S14后的器件置于氧气(O2)等气氛中释放牺牲层20，最终形成如图7中所示的微桥结构10。
进一步地，本发明实施还提供一种微电子器件，所述微电子器件包括上述的微桥结构10，可以理解的是，由于所述微电子器件具有与所述微桥结构10相同的技术特征，因此，可参照上述关于所述微桥结构10的详细描述，本实施例在此不再赘述。另外，本实施例给出的所述微电子器件可以是但不限于红外探测器。
综上所述，本发明提供的一种微桥结构10、微电子器件及微桥结构10的制作方法，其中，通过在现有的微桥结构10中增加一层用于读出电路引出的引出电极来解决进行牺牲层20工艺时整个台阶差非常大的问题，能够有效降低在制作桥墩时的光刻涂胶和曝光的工艺难度，同时还有效保证了红外探测器等MEMS器件的良率。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种微桥结构，其特征在于，包括：
读出电路基底，该读出电路基底上制作有用于读出电路引出的第一引出电极；
位于所述读出电路基底一侧且覆盖所述第一引出电极的第一钝化层；
位于所述第一钝化层远离所述读出电路基底一侧的第二引出电极；
位于所述第一钝化层远离所述读出电路基底一侧的第二钝化层，该第二钝化层覆盖所述第二引出电极的部分区域；
位于所述第二引出电极远离所述第一钝化层一侧的桥墩结构，该桥墩结构与所述第二引出电极接触；
其中，所述第一钝化层上开设有贯穿该第一钝化层两侧的第一通孔，所述第一通孔中填充有用于所述第一引出电极与所述第二引出电极连接的第一连接电极。
2.根据权利要求1所述的微桥结构，其特征在于，所述桥墩结构包括：
位于所述第二引出电极远离所述第二钝化层一侧的第一支撑结构，该第一支撑结构上开设有第二通孔；
位于所述第一支撑结构中的第二连接电极，该第二连接电极通过所述第二通孔与所述第二引出电极接触；
位于所述第二连接电极远离所述第一支撑结构一侧的第一保护层。
3.根据权利要求2所述的微桥结构，其特征在于，所述第一支撑结构包括U型结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微桥结构，其特征在于，所述第一钝化层包括位于所述读出电路基底一侧且覆盖所述第一引出电极的氧化硅材料层；以及位于所述氧化硅材料层远离所述读出电路基底一侧的氮化硅材料层。
5.根据权利要求2所述的微桥结构，其特征在于，所述微桥结构还包括与所述桥墩结构连接的桥面结构，该桥面结构位于所述第二钝化层远离所述第一钝化层的一侧，且与所述第二钝化层间隔设置。
6.根据权利要求5所述的微桥结构，其特征在于，所述桥面结构包括：
位于所述第二钝化层远离所述第一钝化层一侧的第二支撑结构；
位于所述第二支撑结构远离所述第二钝化层一侧的感应层；
位于所述感应层远离所述第二支撑结构一侧的第二保护层，其中，所述感应层与所述第二连接电极接触连接。
7.根据权利要求6所述的微桥结构，其特征在于，所述感应层包括由热敏材料制成的热敏层。
8.根据权利要求6或7所述的微桥结构，其特征在于，所述微桥结构还包括反射层，所述反射层位于所述第一钝化层与所述第二钝化层之间，且所述反射层与所述桥面结构在同一投影面的投影部分重合。
9.一种微电子器件，其特征在于，所述微电子器件包括上述权利要求1-8中任一项所述的微桥结构。
10.一种微桥结构的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一设置有第一引出电极的读出电路基底；
在所述读出电路基底设置有第一引出电极的一侧制作形成第一钝化层；
在所述第一钝化层上制作形成与所述第一引出电极连通的第一通孔，在所述第一通孔中制作第一连接电极；
在所述第一钝化层远离所述读出电路基底的一侧制作依次制作第二引出电极、第二钝化层和牺牲层；
在所述牺牲层远离所述第二钝化层的一侧开设PI孔，在所述牺牲层和所述PI孔远离所述第二钝化层的一侧制作形成桥墩结构使得所述桥墩结构与所述第二引出电极接触；
释放所述牺牲层得到微桥结构。
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