CN109470369A - 一种红外探测器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外探测器的制备方法，涉及红外探测器技术领域。其包括：涂覆聚酰亚胺层；涂覆光刻胶，对聚酰亚胺进行等离子体反应刻蚀，形成桥墩处的通道图形Ⅰ；沉积介质层覆盖聚酰亚胺；沉积热敏感膜、介质层；并形成图形；沉积介质层作为保护薄膜；涂覆光刻胶，刻蚀桥墩处的通道图形Ⅱ；沉积厚金属填充通道图形Ⅱ，并图形化；在热敏感膜上的介质层上，刻蚀形成槽状结构；沉积金属并图形化；沉积介质层保护层；光刻刻蚀释放通道；释放聚酰亚胺层，形成桥墩支撑、悬空的像元结构。本发明提供的一种红外探测器的制备方法，加强像元的导电性和牢靠性，以改善和解决像元尺寸缩小引进的新问题，且工艺稳定，重复性好，适用于大批量的在线生产。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，特别是涉及一种红外探测器的制备方法。
背景技术
红外探测器是一种探测物体发出的红外辐射热的探测器。一切高于绝对零度的物体具有发射辐射热的特性，温度越高，辐射出的总能量也越大，短波的成分也越多。常温或常温附近的物体自身发射的热辐射的波长集中于远红外波段，无法被人眼识别，因此在无日光、星光、月光以及其他照明条件下，人眼对周边的物体无法识别。但这些物体发出的红外辐射热电磁波能够通过红外探测器将辐射热信号转换成容易识别的电信号，再经过处理以后达到人眼能够识别的作用，这样的探测器称之为红外辐射热计。
其中的一种非制冷红外探测器能够探测8~14µm的红外辐射，这种探测器能够探测大部分物体发出的辐射热，可以用于夜视、探测火灾、过热零件诊断、物体温度量测、感应人体温度等等，在各行业有广泛的用途。同时，大气层对这个波长的辐射电磁波具有较少的吸收率，因此能够感应较长的距离，使得这一类型的探测器适用于雨、烟、雾、雪等恶劣的天气。
近年来，随着红外辐射探测器的技术发展，其像元结构，从原来的45µm×45µm大小往25µm×25µm、17µm×17µm小型化的方向发展。未来可能出现更小的12µm像素结构，以降低成本，满足消费电子领域的市场需求。红外像元面积以等比例方式越变越小，像元桥墩的面积却不能如此变化，还要考虑到桥墩的对导电性的影响，如果桥墩面积过小，像元导通性变差会导致探测器坏点增多，而且还会使得桥墩的稳固性、可靠性受到挑战，导致良率偏低，性能较差。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种红外探测器的制备方法，以用于加强非制冷红外探测器的桥墩制备，提高像元结构的稳定性、导电性。
特别地，本发明提供了一种红外探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1. 在集成电路晶圆衬底上均匀涂覆聚酰亚胺层，并且高温固化；
S2. 在聚酰亚胺上涂覆光刻胶，对聚酰亚胺进行等离子体反应刻蚀，形成桥墩处的通道图形Ⅰ；
S3. 沉积第一介质层覆盖聚酰亚胺；
S4. 依次沉积热敏感膜和第二介质层；并且通过光刻刻蚀第二介质层和热敏感膜形成预定图形；
S5. 沉积第三介质层作为保护薄膜；
S6. 涂覆光刻胶，刻蚀桥墩处，以形成通道图形Ⅱ；
S7. 沉积预定厚度的第一金属层，填充通道图形Ⅱ，并图形化；
S8. 在热敏感膜上的第二介质层上，涂覆光刻胶，刻蚀形成槽状结构；
S9. 沉积第二金属层，并图形化，从而实现热敏感膜和第一金属层相互连接；
S10. 沉积第四介质层；
S11. 通过光刻刻蚀释放通道，形成红外探测器像元轮廓；
S12. 在氧气环境中灰化、释放聚酰亚胺层，形成桥墩支撑、悬空的像元结构；
其中，所述预定厚度为1000~5000Å。
可选地，S1中涂覆聚酰亚胺层高温固化后厚度为：0.5~2.8µm。
可选地，所述第一介质层的厚度为100~3000Å。
可选地，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的任一种或多种。
可选地，所述热敏感膜为氧化钒、氧化钛、非晶硅、非晶锗硅中的任一种。
可选地，S4中通过光刻刻蚀第二介质层和热敏感膜形成预定图形时，先刻蚀第二介质层，然后刻蚀热敏感膜。
可选地，所述第一金属层为Ti、TiN、Ti/TiN、Al、W中的一种。
可选地，所述第二金属层为Ti、TiN、Ti/TiN中的一种。
可选地，所述第二金属层的厚度为100~1000Å。
可选地，所述第二金属层的厚度为500~5000Å。
本发明提供的一种红外探测器的制备方法，其提供的新式的红外探测器桥墩制备方式，在当探测器像元的尺寸从25µm×25µm，缩小到20µm×20µm、17µm×17µm，甚至更小像元尺寸的时候，在刻蚀形成的探测器像元桥墩处，使用厚金属形式的第一金属层填充桥墩，加强像元的导电性和牢靠性，以改善和解决像元尺寸缩小引进的新问题。本方法在线生产结果表明，工艺稳定，重复性好，适用于大批量的生产。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明的一种红外探测器的制备过程中集成电路晶圆的示意图；
图2是本发明的一种红外探测器的制备过程中晶圆上涂覆聚酰亚胺的示意图；
图3是本发明的一种红外探测器的制备过程中聚酰亚胺薄膜刻蚀，形成桥墩通道Ⅰ的示意图；
图4是本发明的一种红外探测器的制备过程中介质层覆盖聚酰亚胺的示意图；
图5是本发明的一种红外探测器的制备过程中光刻、刻蚀介质层、热敏感膜图形的示意图；
图6是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积介质层作为保护薄膜的示意图；
图7是本发明的一种红外探测器的制备过程中刻蚀桥墩处的通道图形Ⅱ的示意图；
图8是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积厚金属以填充通道图形Ⅱ的示意图；
图9是本发明的一种红外探测器的制备过程中在热敏感膜上的介质层上刻蚀槽状结构的示意图；
图10是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积金属实现热敏感膜和桥墩的金属互联的示意图；
图11是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积介质层保护层的示意图；
图12是本发明的一种红外探测器的制备过程中刻蚀释放通道，形成红外探测器像元轮廓的示意图；
图13是本发明的一种红外探测器的制备过程中在氧气环境中灰化、释放聚酰亚胺层，形成桥墩支撑、悬空的像元结构的示意图；
图14是本发明的一种红外探测器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
图14是本发明的一种红外探测器的制备方法的流程示意图。如图14所示，一种红外探测器的制备方法，一般地可以包括以下步骤：
S1. 在集成电路晶圆衬底1上均匀涂覆聚酰亚胺层2，并且高温固化；
S2. 在聚酰亚胺2上涂覆光刻胶，对聚酰亚胺进行等离子体反应刻蚀，形成桥墩处的通道图形Ⅰ3；
S3. 沉积第一介质层4覆盖聚酰亚胺；
S4. 依次沉积热敏感膜5和第二介质层6；并且通过光刻刻蚀第二介质层6和热敏感膜5形成预定图形；
S5. 沉积第三介质层7作为保护薄膜；
S6. 涂覆光刻胶，刻蚀桥墩处，以形成通道图形Ⅱ8；
S7. 沉积预定厚度的第一金属层9，填充通道图形Ⅱ8，并图形化；
S8. 在热敏感膜5上的第二介质层6上，涂覆光刻胶，刻蚀形成槽状结构10；
S9. 沉积第二金属层11，并图形化，从而实现热敏感膜5和第一金属层9相互连接；
S10. 沉积第四介质层12；
S11. 通过光刻刻蚀释放通道13，形成红外探测器像元轮廓；
S12. 在氧气环境中灰化、释放聚酰亚胺层2，形成桥墩支撑、悬空的像元结构；
其中，所述预定厚度为1000~5000Å。
具体地，图1是本发明的一种红外探测器的制备过程中集成电路晶圆的示意图。如图1所示，首先准备埋有集成电路101的集成电路晶圆衬底1，并使用纯水清洗表面，然后甩干。
图2是本发明的一种红外探测器的制备过程中晶圆上涂覆聚酰亚胺的示意图。如图2所示，在集成电路晶圆衬底1（即晶圆）上涂覆聚酰亚胺层2（即聚酰亚胺PI层，或PI薄膜）。在一个具体的实施方式中，PI型号为HD PI2610。在涂覆PI2610之前，需要在晶圆表面涂覆粘附层VM652。本实施案例中，涂覆VM652和PI2610机台为TEL Mark V。该聚酰亚胺型号不限于本实施案例。将涂覆均匀的PI薄膜放置在高温炉管中进行退火固化。本实施案例中退火条件为N2氛围内350℃退火1个小时。该退火固化条件不限于本实施案例。一般地，用作非制冷红外探测器的固化后PI厚度在0.5~2.8µm之间，在一个具体的实施方式中，为2.25µm。
图3是本发明的一种红外探测器的制备过程中聚酰亚胺薄膜刻蚀，形成桥墩通道Ⅰ的示意图。如图3所示，在固化后的PI薄膜上做光刻、刻蚀，形成桥墩通道Ⅰ3。在一个具体的实施方式中，PI薄膜在P5000机台上刻蚀。刻蚀菜单为100sccm CF4、200sccm O2、800Wpower，刻蚀时间为135s。该刻蚀条件不限于本实施案例
图4是本发明的一种红外探测器的制备过程中介质层覆盖聚酰亚胺的示意图。如图4所示，在刻蚀后的PI层表面沉积第一介质层4。第一介质层4为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅其中一种或者几种的组合。在一个具体的实施方式中，该第一介质层4为氮化硅，厚度为2000Å。该厚度不限定于本实施案例。
图5是本发明的一种红外探测器的制备过程中光刻、刻蚀介质层、热敏感膜图形的示意图。如图5所示，在第一介质层4上依次沉积热敏感膜5、第二介质层6。热敏感膜6可以为氧化钒、氧化钛、非晶硅、非晶锗硅；第二介质层6为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅。在一个具体的实施方式中，热敏感膜5为氧化钒，厚度为400~1500Å范围内。在一个具体的实施方式中，热敏感膜5的典型厚度为1250Å。第二介质层6为氮化硅，厚度为100~1000Å范围内。在一个具体的实施方式中，介质层6的典型厚度为500Å。该厚度不限定于本实施案例。
在晶圆上做光刻、刻蚀氮化硅6、氧化钒5，形成图形。本实施案例中，氮化硅在P5000机台上刻蚀，刻蚀菜单为45sccm CF4、15sccm CHF3、5sccm O2、100sccm Ar、600Wpower，刻蚀时间为15s。在一个具体的实施方式中，氧化钒在LAM9600机台上刻蚀，刻蚀菜单为15sccm Cl2、6sccm BCl3、300/60W power。刻蚀完毕后，还需要在清洗溶液中去除残留的Polymer，清洗方法为本领域技术人员所熟知的通用方式，本文就不在赘述。
图6是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积介质层作为保护薄膜的示意图。如图6所示，在晶圆上沉积第三介质层7。在一个具体的实施方式中，该第三介质层7为氮化硅，薄膜厚度为2000Å。该厚度不限定于本实施案例。
图7是本发明的一种红外探测器的制备过程中刻蚀桥墩处的通道图形Ⅱ的示意图。如图7所示，光刻、刻蚀形成桥墩处的通道图形Ⅱ8。由于桥墩通道有2.25µm左右的高度，在光刻时候，需要较高的曝光能量或者较长的曝光时间。刻蚀桥墩通道Ⅱ8也需要加大刻蚀时间以保证底部完全打开。在一个具体的实施方式中，利用刻蚀氮化硅的菜单，刻蚀时间延长为175s。
图8是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积厚金属以填充通道图形Ⅱ的示意图。如图8所示，沉积第一金属层9以填充通道图形Ⅱ8。第一金属层9为Ti、TiN、Ti/TiN、Al、W。第一金属层9为厚金属的形式沉积，厚度为500~5000Å。在一个具体的实施方式中，该金属为Ti/TiN，厚度为3000Å。光刻、刻蚀后形成金属图形。沉积厚金属Ti/TiN，增加RFsputter反溅工艺，以清洗通道Ⅱ的底部的氧化层。该厚度不限定于本实施案例。
图9是本发明的一种红外探测器的制备过程中在热敏感膜上的介质层上刻蚀槽状结构的示意图。如图9所示，在热敏感膜5上的第二介质层6上刻蚀槽状结构10。在一个具体的实施方式中，利用刻蚀氮化硅的菜单，刻蚀槽状结构，停在氧化钒表面。
图10是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积金属实现热敏感膜和桥墩的金属互联的示意图。如图10所示，沉积第二金属层11实现热敏感膜5和桥墩的导电互联。第二金属层11的厚度为100~1000Å。光刻、刻蚀后形成图形。在一个具体的实施方式中，该第二金属层11是Ti/TiN，厚度为170Å/50Å。该厚度不限定于本实施案例。
图11是本发明的一种红外探测器的制备过程中沉积介质层保护层的示意图。如图11所示，沉积第四介质层12作为保护层。在一个具体的实施方式中，该第四介质层12为氮化硅，薄膜厚度为1000Å。该厚度不限定于本实施案例。
图12是本发明的一种红外探测器的制备过程中刻蚀释放通道，形成红外探测器像元轮廓的示意图。如图12所示，为探测器像元刻蚀通道13，为后续步骤氧气可以钻入到像元的下面灰化聚酰亚胺做释放通孔；同时，刻蚀形成红外探测器像元轮廓。
图13是本发明的一种红外探测器的制备过程中在氧气环境中灰化、释放聚酰亚胺层，形成桥墩支撑、悬空的像元结构的示意图。如图13所示，将S11步骤得到的具有通道13的红外探测器像元轮廓放置在氧气O2环境中灰化，使得聚酰亚胺层被除去，从而得到桥墩支撑、悬空的像元结构，即可作为制备完成的红外探测器。
本发明提供的一种红外探测器的制备方法，其第一介质层4、第二介质层6、第三介质层7和第四介质层12为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的任一种或多种。第一介质层4、第二介质层6、第三介质层7和第四介质层12既可以是同一种介质材料，也可以是上述不同介质材料的组合。
在步骤S4中通过光刻刻蚀第二介质层6和热敏感膜5形成预定图形时，先刻蚀第二介质层6，然后刻蚀热敏感膜5。
本发明提供的一种红外探测器的制备方法，只需要采用具有预定厚度的第一金属层9作为填充，第二金属层11连接第一金属层9和热敏感膜5。使得其刻蚀金属时难度小，工艺简单且稳定，重复性好，适用于大批量的在线生产。
本发明提供的一种红外探测器的制备方法，其提供的新式的红外探测器桥墩制备方式，在当探测器像元的尺寸从25µm×25µm，缩小到20µm×20µm、17µm×17µm，甚至更小像元尺寸的时候，在刻蚀形成的探测器像元桥墩处，使用厚金属形式的第一金属层填充桥墩，加强像元的导电性和牢靠性，以改善和解决像元尺寸缩小引进的新问题。本方法在线生产结果表明，工艺稳定，重复性好，适用于大批量的生产。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 在集成电路晶圆衬底上均匀涂覆聚酰亚胺层，并且高温固化；
S2. 在聚酰亚胺上涂覆光刻胶，对聚酰亚胺进行等离子体反应刻蚀，形成桥墩处的通道图形Ⅰ；
S3. 沉积第一介质层覆盖聚酰亚胺；
S4. 依次沉积热敏感膜和第二介质层；并且通过光刻刻蚀第二介质层和热敏感膜形成预定图形；
S5. 沉积第三介质层作为保护薄膜；
S6. 涂覆光刻胶，刻蚀桥墩处，以形成通道图形Ⅱ；
S7. 沉积预定厚度的第一金属层，填充通道图形Ⅱ，并图形化；
S8. 在热敏感膜上的第二介质层上，涂覆光刻胶，刻蚀形成槽状结构；
S9. 沉积第二金属层，并图形化，从而实现热敏感膜和第一金属层相互连接；
S10. 沉积第四介质层；
S11. 通过光刻刻蚀释放通道，形成红外探测器像元轮廓；
S12. 在氧气环境中灰化、释放聚酰亚胺层，形成桥墩支撑、悬空的像元结构；
其中，所述预定厚度为1000~5000Å。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中涂覆聚酰亚胺层高温固化后厚度为：0.5~2.8µm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一介质层的厚度为100~3000Å。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的任一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热敏感膜为氧化钒、氧化钛、非晶硅、非晶锗硅中的任一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S4中通过光刻刻蚀第二介质层和热敏感膜形成预定图形时，先刻蚀第二介质层，然后刻蚀热敏感膜。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属层为Ti、TiN、Ti/TiN、Al、W中的一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二金属层为Ti、TiN、Ti/TiN中的一种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二金属层的厚度为100~1000Å。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二金属层的厚度为500~5000Å。
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