专利名称：一种红外探测器及其制造方法
一种红外探测器及其制造方法
技术领城
本发明涉及红外探测器的制造工艺，具体地说，涉及一种红外探测器及其 制造方法。
背景技术：
微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS ) 4支术具有4效小、 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，它利用探测器敏感材料层(通常为非晶硅或 氧化钒)吸收红外线且将其转化成电信号，据此来实现热成像功能，其可用于 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和其他场所。
红外探测器中探测器敏感材料层和金属电极的质量对红外探测器的质量有 着极其重要的影响。现有技术在制造红外探测器时，先通过化学气相沉积工艺 (CVD)依次在硅村底上沉积探测器牺牲层，释放保护和支撑层，以及探测器 敏感材料层，接着在该探测器敏感材料层上沉积金属层，然后光刻出金属电极 图形，再通过湿法或者干法刻蚀工艺将^t感材料4笨测层上没有光刻胶保护的金 属层去除并形成金属电极。上述直接在探测器敏感材料层上沉积金属层并通过 光刻和刻蚀工艺形成金属电极的工艺因直接在探测器敏感材料层上进行刻蚀， 会在该探测器敏感材料层上形成刻蚀损伤或污染，这些污染或损伤会对红外揮: 测器的质量产生不良影响，例如其均匀性、灵敏度会大大降低，金属电极间产 生短路。
需要说明的是，在制造红外探测器时，还包括通过释^L工艺去除牺牲层材 料以形成半悬空的樣i桥结构的步骤，该孩i桥结构由支撑层支撑，故释放保护和 支撑层对于该步骤以及整个红外探测器结构都具有非常重要的作用，在具体制 作时，可以采用两层结构分别作为释放保护层和支撑层，也可以釆用一层结构
同时实现释放保护和支撑的作用。然而，关于微桥结构以及释放保护和支撑层 的制造工艺并非本发明的重点，故在此不作进一步展开。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种红外探测器及其制造方法，以避免在 制造红外探测器时损伤或污染探测器敏感材料层而影响红外探测器的质量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种红外探测器，包括硅村底、依次 形成于硅衬底上的探测器牺牲层、释放保护和支撑层，以及依次形成于释放保 护和支撑层上的金属电极和探测器敏感材料层。其中，所述探测器敏感材料层 形成于金属电极表面和未被金属电极覆盖的释放保护和支撑层表面，或者所述 探测器敏感材料层覆盖于释放保护和支撑层表面并填充在相邻金属电极之间。
相应地，本发明还提供了一种红外探测器制造方法，其包括以下步骤1) 在硅衬底上制作探测器牺牲层；2)在探测器牺牲层上制作支撑层；3)在支撑 层上沉积制M属层；4)在所述金属层上涂布光刻胶并光刻刻蚀出金属电极； 5)在步骤4制作完成的器件结构表面沉积探测器敏感材料层。
与现有技术相比，本发明提供的一种红外探测器及其制造方法，先制作金属 电极，并通过光刻刻蚀实现其图形化，然后再淀积探测器敏感材料层。由于探 测器敏感材料层制作完之后不会再经历金属电极的光刻刻蚀工序，因而大大减 少了后续工艺对探测器敏感材料层的刻蚀损伤和污染，并能避免金属电极间的 短路，相应地可大大提高该红外探测器的性能、成品率和可靠性。
图1为本发明第一实施例的红外探测器的结构剖视图。 图2为本发明第一实施例的红外探测器的金属电极、探测器敏感材料层制 造方法的流程图。
图3为完成图2中步骤S3后红外探测器的结构剖视图。 图4为完成图2中步骤S4后红外探测器的结构剖视图。 图5为本发明第二实施例的红外探测器的结构剖视图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明提供的一种红外探测器及其制造方法的较佳实施例 作详细描述，以期进一步理解本发明的纟支术方案、目的以及有益效果。 第一实施例
图1为本发明的红外探测器的剖视图。红外探测器包括硅衬底l、依次层 叠在硅衬底1上的探测器牺牲层2、释放保护和支撑层3、金属电极40、敏感材 料探测层5。其中探测器牺牲层2为多孔硅或非晶硅牺牲层或二氧化硅(Si02 ); 探测器敏感材料层5为非晶硅或氧化钒或其他材^h釋，放保护和支撑层3可以 是二氧化硅(Si02)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)或 其他基于硅(Si)、氧(O)、碳(C)、氮(N)或其他成分的介质薄膜，也 可以是非化学计量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可为掺有硼 (B)、磷(P)、碳(C)或其他元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼 磷硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。
请参阅图1并结合图2，图2为图1所示的红外探测器制造方法流程图。本 发明的红外探测器制造方法包括以下步骤
步骤Sl,在硅衬底上制作探测器牺牲层2。在本实施例中，所述探测器牺 牲层2为聚酰亚胺(polymide)或硅(Si)或二氧化硅(Si02),其通过涂敷或 者化学气相沉积工艺(CVD)制作，并通过化学刻蚀工艺进行释放。
步骤S2，在探测器牺牲层2上制作释放保护和支撑层3。所述的释放保护 和支撑层3可通过原子层沉积(ALD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离 子增强化学气相沉积(PECVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、亚常压化学 气相沉积(SACVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)工艺制备。 在本实施例中，该释放保护和支撑层3采用两层结构实现，其中，释放保护层 为二氧化硅，支撑层为氮化硅。
步骤S3，通过物理气相沉积工艺沉积制备金属层4，所述金属层4可为钛、 钽、氮化钛、氮化钽、上下层叠的氮化钛和钛或上下层叠的钽和氮化钽。在本 实施例中，所述金属层4为上下层叠的氮化钬和钛。完成步骤S3之后的器件结 构请参见图3。
步骤S4，在所述金属层4上涂布光刻胶并光刻刻蚀出所述金属电极40。其
金属电极刻蚀工艺停在释放保护和支撑层3上，金属电极40与释放保护和支撑 层3的刻蚀选择比大于一预i殳安全值，所述预i殳安全值为10，在此可通过刻蚀 气体为氩气(Ar)、三氟曱烷(CHF3)、三氯化硼(BC13)或氯气(C12)的 等离子干法刻蚀工艺刻蚀所述金属电极。在本实施例中，通过刻蚀气体为氩气 的等离子干法刻蚀工艺刻蚀所述金属电极4。
参见图4，并结合参见图3,图4显示了完成步骤S4后的红外探测器的结 构，如图所示，图形化的金属电极40位于释放保护和支撑层3上。
步骤S5，在金属电极40以及未被金属电极40覆盖的释放保护和支撑层3 表面，通过化学气相沉积工艺制作探测器敏感材料层5，所述化学气相沉积工艺 可以是ALD、 LPCVD、 PECVD、 APCVD、 SACVD或HDPCVD。在本实施例 中，探测器敏感材料层5为掺硼的非晶硅。
参见图1，并结合参见图3和图4，图1显示了完成步骤S5后的红外探测 器的结构，如图所示，探测器敏感材料层5位于图形化后的金属电极40之上。
第二实施例
本实施例的制造方法与第一实施例的不同之处在于，在步骤S5后，即在图 l所示的红外探测器结构基础上，增加了一步去除部分探测器敏感材料层，以 暴露出金属电极40或释放保护和支撑层3或牺牲层2。
探测器敏感材料层去除的多少根据工艺需要而定，若只需暴露出金属电极 40,则只需在图1所示的红外探测器结构基础上，把覆盖在金属电极40上的探 测器敏感材料层刻蚀掉，并加以平坦化处理即可，完成制作后的红外探测器结 构图如图5所示，该探测器敏感材料层5'覆盖于释放保护和支撑层3表面并填 充在相邻金属电极40之间。如果需要暴露出释放保护和支撑层3，则只要把对 应部分的探测器敏感材料层刻蚀掉，如需进一步暴露出牺牲层2，则继续刻蚀对 应部分的释放保护和支撑层3,从而得到所需的探测器结构。
从上述描述可知，本发明提供的一种红外探测器及其制造方法，将金属电 极的制作步骤放到探测器敏感材料层的沉积步骤之前，如此可避免后续工艺损 伤或污染探测器敏感材料层，并避免电极之间的短路，同时可大大提高红外探 测器的性能、成品率和可靠性。
需说明的是，本发明中所述的红外探测器可为非制冷式红外探测器或制冷 式红外探测器，
权利要求
1. 一种红外探测器，包括硅衬底及依次形成于硅衬底上的探测器牺牲层、释放保护和支撑层，其特征在于，所述红外探测器还包括依次形成于释放保护和支撑层上的金属电极和探测器敏感材料层。
2. 如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述纟笨测器敏感材料层形成 于金属电极表面和未被金属电极覆盖的释放保护和支撑层表面。
3. 如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述探测器敏感材料层覆盖 于释放保护和支撑层表面并填充在相邻金属电极之间。
4. 如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述释放保护和支撑层为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅，或者非化学计量比的二氧化硅、氮氧化 硅、氮化硅、碳化硅，或者掺杂有硼、磷、碳或氟元素的上述材料。
5. 如权利要求1所迷的红外探测器，其特征在于，所述探测器牺牲层为多孔硅或非晶硅牺牲层或二氧化硅层。
6. 如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述探测器敏感材料层为非晶硅或氧化钒。
7. —种红外探测器制造方法，其特征在于，包括以下步骤1) 在硅衬底上制作探测器牺牲层；2) 在探测器牺牲层上制作释放保护和支撑层； 3 )在释放保护和支撑层上沉积制备金属层；4) 在所述金属层上涂布光刻胶并光刻刻蚀出金属电极；5) 在步骤4制作完成的器件结构表面沉积探测器敏感材料层。
8. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤l中，在硅衬底上制作探测器牺牲层，是通过涂敷或者化学气相沉积工艺制成，并通过化学刻蚀工艺进行释放。
9. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤2中，释 放保护和支撑层通过原子层沉积、低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉 积、常压化学气相沉积、亚常压化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积 工艺制备。
10. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤3中， 金属层为钛、钽、氮化钛、氮化钽、上下层叠的氮化钛和钛，或上下层叠的钽 和氮化钽。
11. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤4中， 通过刻蚀气体为氩气、三氟甲烷、三氯化硼或氯气的等离子干法刻蚀工艺刻蚀 所述金属电极。
12. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤4中， 金属电极刻蚀工艺停止在释放保护和支撑层上。
13. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤4中， 金属电极与释放保护和支撑层的刻蚀选择比大于一预设安全值。
14. 如权利要求13所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述预设安全值 为10。
15. 如权利要求7所述的红外探测器制造方法，其特征在于，所述步骤5之后 还包括步骤6:去除部分探测器敏感材料层，以暴露出金属电极或释放保护和支 撑层或牺牲层。
全文摘要
本发明公开了一种红外探测器及其制造方法，涉及红外探测器的制造工艺技术领域。本发明提供的一种红外探测器结构包括硅衬底、依次层叠在硅衬底上的探测器牺牲层、释放保护和支撑层、金属电极和探测器敏感材料层，其中，探测器敏感材料层形成于金属电极表面和未被金属电极覆盖的释放保护和支撑层表面，或者覆盖于释放保护和支撑层表面并填充在相邻金属电极之间。与现有技术相比，本发明提供的红外探测器及其制造方法，在制作完金属电极之后再沉积探测器敏感材料层，减少了后续工艺对探测器敏感材料层的损伤，并能避免金属电极间的短路，相应地可提高该红外探测器的性能、成品率和可靠性。
文档编号B81B7/02GK101386402SQ200810201309
公开日2009年3月18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