CN110707061B - 一种红外探测器接触孔结构及其制作方法 - Google Patents

一种红外探测器接触孔结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种红外探测器接触孔结构及其制作方法，该接触孔结构包括：位于牺牲层上部具有一预设深度的支撑和电连接孔沟槽和多个接触小孔，且所述多个接触小孔的底部与器件层的电连接点相接触；其中，所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽填充有第一金属，所述第一金属的表面与所述支撑和电连接孔沟槽和/或外部牺牲层的表面平齐；其中，所述接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，所述预设深度小于所述牺牲层的厚度。

Description

一种红外探测器接触孔结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及集成电路的制造领域，具体涉及一种红外探测器接触孔结构及其制作方法。
背景技术
红外探测器在测量系统中已经得到了广泛应用，其许多产品已运用红外线技术实现图像探测等领域。通常红外探测器使用中空的支撑和电连接孔实现微桥桥墩的电连接和支撑，支撑和电连接依赖于侧壁的薄膜实现，因此支撑和电连接的结构直接影响机械特性和电学连接方面的特性。
请参阅图1，图1所示为现有技术中的红外探测器电连接和接触孔的结构示意图。如图所示，红外探测器电连接和接触孔是依赖于侧壁的薄膜来实现支撑和电连接，经常会引起图像的黑点/白点等电连接引起的问题(如图2所示)，以及机械支撑和可靠性问题。
因此，如何满足上述市场需求，已成为业界对红外探测器产品设计的一个重要考虑因素。也就是说，在制造工艺之中，微桥桥墩的稳固性和可靠性，并改进和解决侧壁的薄膜的电连接问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外探测器接触孔结构及其制作方法，为实现上述目的，其技术方案如下：
一种红外探测器接触孔结构，其包括：位于牺牲层上部具有一预设深度的支撑和电连接孔沟槽和多个接触小孔，且所述多个接触小孔的底部与所述器件层的电连接点相接触；其中，所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽填充有第一金属，所述第一金属的表面与所述支撑和电连接孔沟槽和/或外部牺牲层的表面平齐；其中，所述接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，所述预设深度小于所述牺牲层的厚度。
进一步地，所述第一金属的表面与所述牺牲层的表面具有用于电连接的第二金属层。
进一步地，所述多个接触小孔的关键尺寸为所述支撑和电连接孔沟槽预设深度的1倍～5倍。
进一步地，所述多个接触小孔的关键尺寸等于所述支撑和电连接孔沟槽深度的2倍。
进一步地，所述多个接触小孔均匀分布在所述支撑和电连接孔沟槽的底部下方；或所述多个接触小孔集中围绕在所述支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方；或所述多个接触小孔均匀分布在所述支撑和电连接孔沟槽的底部下侧壁下方且至少有一个所述接触小孔位于所述支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方。
一种红外探测器接触孔结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1：在器件层上形成牺牲层，通过刻蚀工艺在所述的牺牲层内形成一预设深度的支撑和电连接孔沟槽以及多个向下延伸的接触小孔，且所述多个接触小孔的底部与所述器件层的电连接点相接触；其中，所述接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，所述预设深度小于所述牺牲层的厚度；
步骤S2：采用CVD工艺，将第一金属填充在所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽内，直到与所述牺牲层的表面平齐，平坦化所述牺牲层的表面。
进一步地，该红外探测器接触孔电极层沉积的方法还包括：
步骤S3：图形化去除所述支撑和电连接孔沟槽周边的第一金属，在所述牺牲层的表面及所述支撑和电连接孔沟槽上生长一层第二金属薄膜；
步骤S4：平坦化所述第二金属薄膜。
进一步地，所述CVD工艺为保形CVD工艺。
进一步地，所述第一金属的材料和所述第二金属的材料相同。
进一步地，所述支撑和电连接孔沟槽和所述多个接触小孔是通过大马士革工艺形成。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的红外探测器接触孔结构及其制作方法，其利用保形CVD工艺技术，通过原有接触和支撑孔位置设计多个小尺寸的接触孔，将CVD金属填充在小尺寸接触孔内，形成封闭且表面平坦的填充效果，通过多个小尺寸接触孔能够增加电连接效果。此外，考虑一些微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)产品对后续的金属电极层电阻有特殊需求，在上述工艺基础上，通过图形化将周边的金属薄膜去除，然后重新生长一层所需的薄膜。因此，本发明的技术方案一方面可以增加产品的机械强度，另一方面可以提高产品的电连接效果，从而达到大幅度提升产品性能的功效。
附图说明
图1所示为现有技术中的红外探测器电连接和接触孔结构示意图
图2所示为采用图1所示红外探测器的探测效果示意图
图3所示为本发明实施例中红外探测器接触孔结构制作方法流程图
图4所示为本发明实施例中完成步骤S1后的红外探测器接触孔结构剖面结构示意图
图5所示为本发明实施例中红外探测器接触孔结构剖面结构示意图
图6所示为本发明实施例中完成步骤S2后的红外探测器接触孔结构的剖面结构示意图
图7所示为本发明实施例中完成步骤S3和步骤S4后的红外探测器接触孔结构的剖面结构示意图
具体实施方式
下面结合附图3-7，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供了一种红外探测器接触孔结构及其制作方法。
请参阅图3，图3所示为本发明实施例中红外探测器接触孔结构制作方法的流程图。如图所示，该红外探测器接触孔结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1：在器件层上形成牺牲层，通过刻蚀工艺在牺牲层内形成一预设深度的支撑和电连接孔沟槽以及多个向下延伸的接触小孔，所述多个向下延伸的接触小孔的底部与所述器件层的电连接结构相接触；其中，接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，预设深度应该小于牺牲层的厚度。
请参阅图4，图4所示为本发明实施例中完成步骤S1后的红外探测器接触孔结构的剖面结构示意图。如图所示，在牺牲层内(原支撑和电连接孔位置)，形成有位于牺牲层上部的支撑和电连接孔沟槽和多个接触小孔。多个接触小孔在支撑和电连接孔的底部向下形成，且多个接触小孔的底部与器件层的电连接结构相接触。
在本发明的实施例中，支撑和电连接孔沟槽和多个接触小孔可以通过大马士革工艺形成。其中，多个接触小孔的排布方式可以有许多种，例如，多个接触小孔可以均匀分布在支撑和电连接孔沟槽的底部下方；或多个接触小孔集中可以围绕在所述支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方(如图5所示)；或多个接触小孔可以均匀分布在支撑和电连接孔沟槽的底部下侧壁且至少有一个接触小孔位于支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方。
其中，多个接触小孔的关键尺寸(CD,Critical Dimension)通常为所述支撑和电连接孔沟槽预设深度的1倍～5倍，较佳地，多个接触小孔的关键尺寸等于所述支撑和电连接孔沟槽深度的2倍。
步骤S2：采用CVD工艺，将第一金属填充在所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽内，直到与所述牺牲层的表面平齐，平坦化所述牺牲层的表面。其中，该CVD工艺可以为保形(conformal)CVD工艺。
在本发明的实施例中，利用保形CVD工艺技术，通过在原有接触和支撑孔位置设计多个小尺寸的接触孔，将第一金属填充在小尺寸接触孔内，形成封闭且表面平坦的填充效果，通过多个小尺寸接触孔能够增加电连接效果。该保形CVD工艺可以使侧壁和表面生长的薄膜厚度一致。
在工艺过程中，随着侧壁的第一金属薄膜越来越厚，会实现对多个接触小孔的封口；当继续生长约支撑和电连接孔沟槽厚度的第一金属薄膜时，在支撑和电连接孔沟槽和小孔区域表面的平坦的，且与牺牲层表面平齐。
请参阅图6，图6所示为本发明实施例中完成步骤S2后的红外探测器接触孔结构的剖面结构示意图。如图所示，多个接触小孔和支撑和电连接孔沟槽填充有第一金属，第一金属的表面与所述支撑和电连接孔沟槽的表面平齐，其中，该第一金属例如可以是TiN等金属。
如果考虑到一些MEMS产品对后续的金属电极层电阻有特殊需求，就需在上述工艺基础上，通过图形化将周边的第一金属薄膜去除。在随后进行的去除支撑和电连接孔沟槽外部的第一金属薄膜后，整个硅片表面是平整的，可以有效起到平坦化效果，减少了后续表面平整度带来的工艺问题。
为使本发明的沟槽面积稍大，为后续工艺能够通过刻蚀停在该支撑和电连接孔沟槽区域，避免因对准偏差导致刻蚀偏移以及电连接问题，第一金属的表面与牺牲层的表面可以具有用于电连接的第二金属层。较佳地，该第二金属薄膜是采用生长工艺形成的。即
步骤S3：图形化去除支撑和电连接孔沟槽周边的第一金属，在所述牺牲层的表面及上述支撑和电连接孔沟槽上生长一层第二金属薄膜。
步骤S4：平坦化所述第二金属薄膜。
请参阅图7，图7所示为本发明实施例中完成步骤S3和步骤S4后的红外探测器接触孔结构的剖面结构示意图。在本发明的实施例中，该第二金属薄膜是根据对准需求而生长的一层具有特定厚度和电阻率的金属薄膜。当然，如果第一金属的电阻率能满足对第二金属薄膜的电阻率要求，那么，第一金属的材料和第二金属的材料可以完全相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明利用保形CVD工艺技术，通过原有接触和支撑孔位置设计多个小尺寸的接触小孔，将第一金属填充在小尺寸接触小孔内，在接触小孔之间有柱状牺牲层，这样通过多个小尺寸接触孔，形成封闭且表面平坦的填充效果，能够增加电连接效果。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种红外探测器接触孔结构，其特征在于，包括：位于牺牲层上部的具有一预设深度的支撑和电连接孔沟槽和从所述支撑和电连接孔沟槽向下延伸的和多个接触小孔，所述多个接触小孔的顶部与所述支撑和电连接孔沟槽的底部相连通，所述多个接触小孔的底部与器件层的电连接结构相接触；所述多个接触小孔的关键尺寸等于所述支撑和电连接孔沟槽深度的2倍；其中，所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽填充有第一金属，填充第一金属采用保形CVD工艺进行；所述支撑和电连接孔沟槽中的第一金属的表面与外部所述牺牲层的上表面平齐；其中，所述接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，所述预设深度小于所述牺牲层的厚度。
2.根据权利要求1所述的红外探测器接触孔结构，其特征在于，所述第一金属的表面与所述牺牲层的表面具有用于电连接的第二金属层。
3.根据权利要求1或2所述的红外探测器接触孔结构，其特征在于，所述多个接触小孔均匀分布在所述支撑和电连接孔沟槽的底部下方；或所述多个接触小孔集中围绕在所述支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方；或所述多个接触小孔均匀分布在所述支撑和电连接孔沟槽的底部下侧壁下方且至少有一个所述接触小孔位于所述支撑和电连接孔沟槽的底部中心下方。
4.一种红外探测器接触孔结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：在器件层上形成牺牲层，通过刻蚀工艺在所述的牺牲层内形成一预设深度的支撑和电连接孔沟槽以及多个向下延伸的接触小孔，且多个所述接触小孔的底部与所述器件层的电连接结构相接触；其中，所述接触孔的孔径小于所述支撑和电连接孔沟槽的孔径，所述预设深度小于所述牺牲层的厚度；所述多个接触小孔的关键尺寸等于所述支撑和电连接孔沟槽深度的2倍；
步骤S2：采用保形CVD工艺，将第一金属填充在所述多个接触小孔和所述支撑和电连接孔沟槽内，直到与所述牺牲层表面平齐，平坦化所述牺牲层的表面。
5.根据权利要求4所述的红外探测器接触孔结构的制作方法，其特征在于，还包括：
步骤S3：图形化去除所述支撑和电连接孔沟槽周边的第一金属，在所述牺牲层的表面和所述支撑和电连接孔沟槽上生长一层第二金属薄膜；
步骤S4：平坦化所述第二金属薄膜。
6.根据权利要求5所述的红外探测器接触孔结构的制作方法，其特征在于，所述第一金属的材料和所述第二金属的材料相同。
7.根据权利要求4所述的红外探测器接触孔结构的制作方法，其特征在于，所述支撑和电连接孔沟槽和所述多个接触小孔是通过大马士革工艺形成。
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