专利名称：红外探测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种红外探测器的制造工艺，且特别涉及一种用于红外线探测 器及其制造方法。
背景技术：
微电子机械系统(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，故其已开始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应用非常广泛的一种MEMS 产品，它利用敏感材料探测层(通常为非晶硅或氧化机)吸收红外线且将其转 化成电信号，据此来实现热成像功能。
红外探测器工艺一般与CMOS工艺兼容性比较差，故而早期很难实现大规 模的生产。近年来由于MEMS产品的市场需求逐渐扩大，CMOS-MEMS的概念 逐渐被人提出。CMOS-MEMS是利用CMOS技术制作外围读取及信号处理电路， 然后在CMOS电路上面制作传感器及微机械系统的结构，而工艺兼容性问题始 终是困扰CMOS-MEMS技术的关键。
以非制冷式红外探测器为例，其单元结构中广泛使用金属反射层结构。在 CMOS读出电路制备结束后，通过淀积金属并光刻、刻蚀形成金属反射层图形。 然而形成金属反射层图形后，其表面不再是平坦的，平坦化问题会积累到后续 工艺中，因而给后续工艺带来很多问题，如光刻曝光深度等，并最终影响其产 品性能、可靠性和成品率。
因此，如何提供一种红外探测器及其制造方法，解决其MEMS工艺表面平坦 化问题，并大幅度提高产品成品率和可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题
发明内容
本发明提出一种红外探测器，其金属反射层上沉积有平坦化的介质层，能 够实现红外探测器的平坦，以利于后续工艺的进行。
为了达到上述目的，发明提出一种红外探测器，在其硅衬底上依次沉积有 金属反射层、介质层、牺牲层、释放保护层、敏感材料探测层和金属电极。金 属反射层具有金属反射图案。介质层的高度与金属反射层的高度一致。
在本发明一实施例中，该介质层的材料为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和 碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅，或者掺有硼、 磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
在本发明一实施例中，该敏感材料探测层和该金属电极被释放保护层所包 围，用以保护该敏感材料探测层和该金属电极。
在本发明 一实施例中，该敏感材料探测层的材料为非晶硅或氧化钒。
在本发明一实施例中，该金属电极为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛 和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极。
为了达到上述目的，本发明还提出上述红外探测器的制造方法，包括以下
步骤在硅村底上形成金属反射层并实现其图形化；在金属反射层上形成介质 层，并实现其平坦化；刻蚀介质并停在金属层上表面，确定介质层的高度与金 属反射层的高度一致；沉积牺牲层；以及制作樣t桥红外吸收结构。
在本发明一实施例中，在该金属反射层上形成该介质层时，采用了化学气 相淀积工艺将该介质层淀积在该金属反射层上。
在本发明一实施例中，在该金属反射层上形成该介质层后，采用化学机械 抛光工艺或者旋涂玻璃的工艺，实现该介质层的平坦化。
在本发明一实施例中，在实现该介质的平坦化后，采用干法刻蚀的终点检 测来刻蚀介质并停到该金属反射层的表面，以确定该介质层的高度与该金属反 射层的高度一致。
本发明的有益效果为解决了 MEMS工艺表面平坦化问题；防止了金属反 射层之间的短路，大幅度提高产品成品率和可靠性。
图1所示为本发明较佳实施例的红外探测器的剖面图；图2为本发明较佳实施例的红外探测器的制造方法流程图3显示了完成步骤S20后红外探测器的剖视图4显示了完成步骤S22后红外探测器的剖视图，；
图5显示了完成步骤S24后红外探测器的剖视图6显示了完成步骤S26后红外探测器的剖视图7显示了完成步骤S26后红外探测器的剖视图8为图2中步骤S28的操作流程图。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
请参看图1,图1所示为本发明较佳实施例的红外探测器的剖面图。本实施 例提出一种红外探测器，其可以用于电力网络的安全检测、森林火警的探测以 及人体温度的探测等场所。
红外探测器依次包括硅衬底10、金属反射层11、介质层12、牺牲层13、 释放保护层161、敏感材料探测层14、金属电极15和释放保护层162。
金属反射层11沉淀在硅衬底10上，并使用光刻、刻蚀等工艺刻出凹槽， 构成金属反射图案，其作用是在像元里面形成谐振腔结构，以利于红外线的吸 收。本实施例中金属反射层11由物理气相沉积(PVD)技术沉积形成，该金属 材料可以是A1、 Pt等材料。
介质层12位于金属反射层11的凹槽内，并填满图案之间的凹槽。这种设 置可以防止金属反射层11的金属之间造成短路。介质层12的材料为二氧化硅、 氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和 碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
介质层12利用化学气相淀积工艺(CVD)技术淀积在金属反射层11上， 形成层间介质(IMD)和线间介质(ILD),再利用化学机械抛光工艺实现介质层 12表面的平坦化。另外，介质层12淀积在金属反射层11上之后，也可以利用 旋涂玻璃(SOG)的方法形成另一层介质于介质层12上，以填补介质层12的 不平，实现介质层12表面的平坦化。在实现介质层12平坦化的同时，尽量使 介质层12的高度接近金属反射层11的高度。
牺牲层13沉淀于介质层12上。在本实施例中，所述探测器牺牲层为多孔名圭，其通过涂敷或者CVD工艺制成。
牺牲层13上依次沉积有每文感材料4冢测层14和金属电极15，以形成红外吸 收机构来将红外光转换为电流供读取电路读取。
在牺牲层13上刻蚀出通孔131，其作用在于让金属电极15容纳在该通孔 131内，对金属电极15起到支撑作用。另外，敏感材料探测层14被金属反射层 11、牺牲保护层161和162、金属电极15保护起来，可以避免敏感材料探测层 14被污染或损伤。
释放保护层161 、 162可为二氧化硅(Si02 )、氮氧化硅(SiON )、氮化硅(SiN )、 碳化硅(SiC )等基于Si、 0、 C、 N等成分的薄膜，还可为非化学计量比的上述 薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可为掺有B、 P、 C或F等元素的上述薄 膜，例如氟珪玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。释放保 护层161和162将敏感材料探测层14和金属电极15包围，用以在进行释放工 艺时，起到有效保护敏感材料探测层14和金属电极15的作用，同时在制造过 程和使用过程中隔离外界的污染和损伤，提高敏感材料探测层14的可靠性，也 可以避免金属电极15的短路。
敏感材料探测层14为非晶硅或氧化钒等。
金属电极15为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的 钽和氮化钽电极。
本发明的红外探测器制造方法中红外探测器制作在硅衬底10上。图2为本 发明较佳实施例的红外探测器的制造方法流程图。
请同时参考图l和图2,本发明的红外探测器制造方法首先进行步骤S20 ， 在硅衬底IO上制作金属反射层11并实现其图形化。实现金属反射层11的图形 化即是在金属反射层11上刻蚀出适于形成谐波的金属反射图案。本实施例中金 属反射层的沉积温度是ii氏100度到400度之间，以保证CMOS电路金属互连 线的稳定性，以及满足金属反射层11的特性要求。
接着进行步骤S22,在金属反射层11上形成介质层12,并实现其平坦化。该 步骤可以由旋涂玻璃(SOGspinonglass)工艺完成。
步骤S24为刻蚀介质层12并停在金属反射层11的表面上。本实施例中， 采用了干法刻蚀的终点检测来实现刻蚀介质并停到金属反射层11上表面。检测并确定介质层的高度与金属反射层的高度一致。
再继续进行步骤S26，在介质层12上沉积牺牲层13，通过涂敷或者CVD 工艺制成。
接着进行步骤S27,在牺牲层13上光刻刻蚀形成通孔131 (如图l所示)。
步骤S28为制作孩i桥红外吸收结构，红外吸收结构包括了牺牲层13上面依 次沉积的敏感材料探测层14和金属电极15。该红外吸收结构所起的作用为吸收 红外光，进而产生电流供读取电路读取。步骤S28例如包括制作敏感材料探测 层14、牺牲保护层161和162、金属电极15。步骤S28将在后续做详细说明。
图3~图7分别显示了完成步骤S20 S26的红外探测器的剖面结构图。
参见图3 ，结合参见图2 ，图3显示了完成步骤S20后红外探测器的 剖视图，如图所示，金属反射层11叠在硅衬底10上，并且已经实现了图形化。
图4显示了完成步骤S22后红外探测器的剖视图，如图所示，介质层12沉 积在金属反射层ll上，且实现了平坦化。
图5显示了完成步骤S24后红外探测器的剖视图，如图所示，介质层12被 刻蚀，其高度与金属反射层11的高度一致。
图6显示了完成步骤S26后红外探测器的剖视图，如图所示，介质层12上 沉积了牺牲层13。
图7显示了完成步骤S26后红外探测器的剖浮见图，如图所示，牺牲层13上 刻蚀出通孔131,以供后续步骤S28的完成。
图8为图2中步骤S28的操作流程图。
请参考图1和图8，其至少包括以下步骤
步骤S70:在牺牲层13上光刻刻蚀形成通孔
步骤S71:在牺牲层13上沉积释放保护层161;
步骤S72:在释放保护层161上制作敏感材料4笨测层14;
步骤S74:在4文感材料探测层14上涂布光刻胶，在通孔底部光刻出电连接 图形；
步骤S76:刻蚀敏感材料探测层14以在其上形成通孔内的电连接图形；
步骤S78:去除光刻胶并沉积金属层；
步骤S710:在金属层上涂布光刻胶，并光刻出金属电极图形；步骤S712:进行刻蚀工艺形成金属电极15;
步骤S714:在金属电极15上沉积释》欠保护层162。
在沉积释放保护层161和敏感材料探测层14及后续工艺时，薄膜也会在通 孔131内(包括侧壁和底部)沉积形成介质；后续步骤会刻蚀去掉通孔131底 部金属反射层11上的介质，并沉积金属形成电连接；通过金属沉积之后，通孔 131底部与金属电极15相连的是金属反射层11,同时起到电连接和支撑的作用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各 种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1. 一种红外探测器，其特征是，包括硅衬底；金属反射层，沉积在该硅衬底上，该金属反射层具有凹槽以构成金属反射图案；介质层，沉积于凹槽内，且该介质层的高度与该金属反射层的高度一致；牺牲层，沉积在该介质层和该金属反射层上，并光刻刻蚀形成通孔；敏感材料探测层，沉积在该牺牲层上；以及金属电极，沉积在该敏感材料探测层上。
2. 根据权利要求1所述的红外探测器，其特征是，该介质层的材料为二氧 化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮 化硅和碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
3. 根据权利要求1所述的红外探测器，其特征是，还包括释放保护层包围 该敏感材料探测层和该金属电极，用以保护该敏感材料探测层和该金属电极。
4. 根据权利要求3所述的红外探测器，其特征是，其中该释放保护层的材 料为二氧化硅、氮氧化珪、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料。
5. 根据权利要求1所述的红外探测器，其特征是，该敏感材料探测层的材 料为非晶硅或氧化钒。
6. 根据权利要求1所述的红外探测器，其特征是，该金属电极为钛电极、 钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极或上下层叠的钽和氮化钽电极。
7. —种红外探测器的制造方法，其特征是，包括以下步骤 在硅衬底上形成金属反射层并实现其图形化； 在金属反射层上形成介质层，并实现其平坦化；刻蚀介质并停在金属层上表面，确定介质层的高度与金属反射层的高度一致；沉积牺牲层；以及制作孩i桥红外吸收结构。
8. 根据权利要求7所述的红外探测器的制造方法，其特征是，在该金属反射层上形成该介质层时，采用了化学气相淀积工艺将该介质层淀积在该金属反 射层上。
9. 根据权利要求7所述的红外探测器的制造方法，其特征是，在该金属反 射层上形成该介质层后，采用化学机械抛光工艺或者旋涂玻璃的工艺，实现该 介质层的平坦化。
10. 根据权利要求7所述的红外探测器的制造方法，其特征是，在实现该介 质的平坦化后，采用干法刻蚀的终点检测来刻蚀介质并停到该金属反射层的表 面，以确定该介质层的高度与该金属反射层的高度一致。
全文摘要
本发明提出一种红外探测器及其制造方法，在其硅衬底上依次沉积有金属反射层、介质层、牺牲层、敏感材料探测层和金属电极。金属反射层具有金属反射图案。介质层的高度与金属反射层的高度一致。本发明还提出上述红外探测器的制造方法，包括以下步骤在硅衬底上形成金属反射层并实现其图形化；在金属反射层上形成介质层，并实现其平坦化；刻蚀介质并停在金属层上表面，确定介质层的高度与金属反射层的高度一致；沉积牺牲层；以及制作微桥红外吸收结构。
文档编号B81B7/02GK101445215SQ20081020130
公开日2009年6月3日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者姜利军, 康晓旭 申请人:上海集成电路研发中心有限公司;浙江大立科技股份有限公司