红外探测器中微桥结构的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种红外探测器中微桥结构的制备方法，通过将桥面电阻区域和支撑区域的敏感材料层和电极层图形进行拆分，分别形成桥面电阻区域和支撑区域的较大尺寸图形和较小尺寸图形，在形成桥面电阻区域的较大尺寸图形时无需使用高精度光刻设备还可以避免大尺寸图形的不均匀性，从而形成高均匀一致性的电极图形，在形成支撑区域的较小尺寸图形时经光刻和刻蚀工艺同时刻蚀敏感材料层和电极层图形，实现了支撑区域较小尺寸图形的零套准误差。
【专利说明】
红外探测器中微桥结构的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种红外探测器中微桥结构的制备方法。 【背景技术】
[0002]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。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。
[0003]探测器工艺中，像元使用微桥结构形成电连接及谐振腔;如图la和lb所示，图la为常规工艺形成的微桥结构的俯视示意图，图lb为图la中沿AA’截面的结构示意图，微桥结构具有桥面电阻区域M和在桥面电阻区域M两侧的支撑区域N，支撑区域N用于对微桥结构进行支撑;微桥结构位于硅衬底的牺牲材料〇〇 ’上，其具有下释放保护层01’、红外敏感材料层 02’、金属电极层03’和上释放保护层04’，红外敏感材料层02’、金属电极层03’为关键的层次;在微桥结构中，这两个层次的不同区域的图形化要求不同。在桥面电阻区域M，要求图形尺寸较大且均匀性一致性较高;在微桥结构的支撑区域N，要求图形尺寸小且这两个层次之间的对准以及后续图形化层次对这两个层次的套准误差较小。
[0004]然而，常规的制备微桥结构的工艺中，先形成红外敏感材料层02’，再图案化红外敏感材料层02’，然后形成金属电极层03’，再图案化金属电极层03’ ；这样，对于红外敏感材料层和金属电极层中的图案分别图案化，且每一层均是同时图案化，即在金属电极层中对微桥结构的桥面电阻区域和支撑区域同时进行图形化工艺，使得光刻设备不得不使用与支撑区域的尺寸小的图形相匹配的工艺，这将导致桥面电阻区域所形成的较大尺寸图形的不准确不均匀，以及支撑区域的较小尺寸图形的套准误差增大;如图lb所示，支撑区域的红外敏感材料层02’和电极层03’的开口并没有对准，存在较大的套准误差。并且，桥面结构的大尺寸图形和支撑区域的小尺寸图形同时形成时都需要采用精度较高的设备和材料，增加了成本;此外，由于光刻工艺的限制，在制备版图时，业界通常需要光学修正红外敏感材料层版图图形和金属电极层版图图形，并且设计红外敏感材料层的图形的边界大于金属电极层图形的边界，这是为了避免金属电极层的工艺窗口过小带来的光刻难度增加和套准精度减小，但是，一则光学修正计算模拟过程繁琐而且仍然存在两层之间的套准误差的问题，二则由于红外敏感材料层图形的边界大于金属电极层图形的边界，在刻蚀了红外敏感材料层之后，后续刻蚀金属电极层时，暴露的边界造成红外敏感材料层大面积的暴露于等离子体刻蚀环境下，会受到较大的损伤，影响探测器的灵敏度和精度。
【发明内容】
[0005]为了克服以上问题，本发明旨在提供一种红外探测器中微桥结构的制备方法，通过不同区域的敏感材料层图形和电极层图形的拆分来分别制备较大尺寸图形和较小尺寸图形。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种红外探测器中微桥结构的制备方法，微桥结构包括桥面电阻区域和位于所述桥面电阻区域两侧的支撑区域，且微桥结构从下往上依次具有下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层，其包括:
[0007]步骤01:提供一表面具有牺牲材料的硅衬底，在硅衬底的牺牲材料上依次沉积下释放保护层、红外敏感材料层和电极层;并且，对所述微桥结构的版图图形进行拆分，拆分为位于所述桥面电阻区域的第一图形版图、位于所述支撑区域的用于图案化电极层和红外敏感材料层部分的第二图形版图和用于图案化下释放保护层和上释放保护层部分的第三图形版图；
[0008]步骤02:采用所述第一图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述桥面电阻区域的电极层部分，在所述桥面电阻区域的电极层部分中形成第一图形；
[0009]步骤03:采用所述第二图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述支撑区域的电极层和红外敏感材料层部分，在所述支撑区域的电极层和红外敏感材料层部分中形成第二图形；
[0010]步骤04:在完成所述步骤03的硅衬底上沉积上释放保护层；
[0011]步骤05:采用所述第三图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述支撑区域的上释放保护层和下释放保护层部分，在所述支撑区域的上释放保护层和下释放保护层部分中形成第三图形。
[0012]优选地，所述第一图形的一维尺寸大于所述第二图形的一维尺寸；所述第二图形的一维尺寸大于所述第三图形的一维尺寸。
[0013]优选地，所述第一图形的一维尺寸与所述第二图形的一维尺寸的比大于2。[〇〇14]优选地，所述第一图形为矩形。[〇〇15]优选地，所述步骤02中对所述第一图形的光刻精度低于所述步骤03中对所述第二图形的光刻精度，且低于所述步骤05中对所述第三图形的光刻精度。
[0016]优选地，所述步骤01中，采用气相沉积工艺依次沉积下释放保护层、敏感材料层和电极层。
[0017]优选地，所述步骤02中，所采用的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。[〇〇18]优选地，所述步骤03中，所采用的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。[〇〇19]优选地，所述步骤04中，采用气相沉积工艺来沉积所述上释放保护层。[〇〇2〇]优选地，所述步骤03中的刻蚀工艺采用的工艺参数为:射频功率100?1200W，反应压强为20?500mtor;r;
[0021] 优选地，所述刻蚀工艺采用的反应气体为六^0?4、(:册3、(:1246?2和3?6的混合气体。
[0022]本发明的红外探测器中微桥结构的制备方法，通过将桥面电阻区域和支撑区域的敏感材料层和电极层图形进行拆分，分别形成桥面电阻区域和支撑区域的较大尺寸图形和较小尺寸图形，在形成桥面电阻区域的较大尺寸图形时无需使用高精度光刻设备还可以避免大尺寸图形的不均匀性，从而形成高均匀一致性的电极图形，在形成支撑区域的较小尺寸图形时经光刻和刻蚀工艺同时刻蚀敏感材料层和电极层图形，消除了支撑区域较小尺寸图形的套准误差；同时，由于支撑区域较小尺寸图形和桥面电阻区域较大尺寸图形分别光亥IJ，光刻时可以分别提高大尺寸图形的工艺窗口以及减小尺寸图形的工艺窗口，而无需考虑需要兼顾小尺寸图形和大尺寸图形的光刻条件，并且，在支撑区域的小尺寸图形光刻时，由于是采用同一光刻版同时光刻，所以此处无需考虑电极层图形和敏感材料层图形的对准问题，也不用采用光刻修正工艺来修正电极层图形和敏感材料层图形以减小套准误差的问题，不仅真正消除了支撑区域的套准误差，还简化了工艺;此外，本发明将大尺寸图形和小尺寸图形分别实现，无需在大尺寸图形形成时采用高精度设备和材料，降低了成本。【附图说明】
[0023]图la为常规工艺形成的微桥结构的俯视示意图 [〇〇24]图lb为图la中沿AA’截面的结构示意图
[0025]图2为本发明的一个较佳实施例的红外探测器中微桥结构的制备方法的流程示意图
[0026]图3-8为本发明的一个较佳实施例的红外探测器中微桥结构的制备方法的各制备步骤示意图【具体实施方式】
[0027]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0028]以下结合附图2-8和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0029]请参阅图2，红外探测器中微桥结构的制备方法，请参阅图8，为制备得到的微桥结构，该微桥结构包括桥面电阻区域M’和位于桥面电阻区域M’两侧的支撑区域N’，且微桥结构从下往上依次具有下释放保护层01、红外敏感材料层02、电极层03和上释放保护层04,其包括:
[0030]步骤01:提供一表面具有牺牲材料的硅衬底，在硅衬底的牺牲材料上依次沉积下释放保护层、红外敏感材料层、和电极层;并且，对微桥结构的版图图形进行拆分，拆分为位于桥面电阻区域的用于图案化电极层的第一图形版图、位于支撑区域的用于图案化电极层和红外敏感材料层部分的第二图形版图和用于图案化下释放保护层和上释放保护层部分的第三图形版图；
[0031]具体的，请参阅图3,如图3中，上方为俯视结构示意图，下方为对应的截面结构示意图，采用气相沉积工艺在硅衬底的牺牲材料〇〇上依次沉积下释放保护层01、敏感材料层 02和电极层03。同时，对微桥结构的版图图形进行拆分，如图4所示，图4中左侧为拆分的第一图形M01的版图，中间为拆分的第二图形M02的版图，右侧为拆分的第三图形M03的版图。 如图4所示，第一图形M01用于图案化电极层03,第二图形M02用于同时图案化电极层03和敏感材料层02,第三图形M03用于同时图案化下释放保护层和上释放保护层，其中的虚线表示出拆分后的这三个图形大小的关系，第一图形M01的长度大于第二图形M02的长度，且第一图形M01的两端分别超出第二图形M02的上边和下边;第三图形M03的总长度大于第二图形 M02的长度，且第三图形M03的上边和下边分别超出第二图形M02的上边和下边，同时，第三图形M03两侧的凹槽的宽度小于第二图形M02两侧的凹槽宽度，从而能够形成如图8中支撑区域N’所示的结构;本实施例中，第一图形是为了打开中间的长方形的条状图形，且第一图形的尺寸与第二图形尺寸的比大于2,特别是第二图形的尺寸为5nm以下，第一图形的尺寸为20nm以上，较佳的，第一图形的一维尺寸与第二图形的一维尺寸的比大于10;在图4中，第一图形的一维尺寸和第二图形的一维尺寸比为两者的宽度比，因为两者的长度方向上基本相同且不影响工艺的精度；当然，上述“宽度”可以应用到长度，或长度和宽度的总体一维尺寸，这里所说的尺寸为特征尺寸或关键尺寸;这是因为，第一图形和第二图形的一维尺寸比越大，在常规工艺下易形成如图1所示的电极层和敏感材料层不对准的缺陷且缺陷随着第一图形和第二图形的一维尺寸比的增大而越为严重，因此，本发明的技术方案特别针对第一图形和第二图形的一维尺寸相差较大的情形，能够针对性的消除在第一图形和第二图形的一维尺寸相差很大时，电极层和其下方的敏感材料层不对准的缺陷。
[0032]另外，第一图形是打开中间的长方形的条状图形，其垂直方向的一维尺寸大于第二图形相应的图形一维尺寸；而第三图形与第二图形相似，且第三图形边界需要把第二图形相应边界整个给包围住，其交叠一维尺寸可以在〇? lum-lum之间；
[0033]步骤02:采用第一图形经光刻和刻蚀工艺来图案化位于桥面电阻区域的电极层部分，在桥面电阻区域的电极层部分中形成第一图形；
[0034]具体的，请参阅图5,如图5中，上方为俯视结构示意图，下方为对应的纵截面结构示意图，这里的第一图形为矩形，第一图形的尺寸大于第二图形和第三图形;可以首先在硅衬底的牺牲层〇〇上涂覆光刻胶，然后经曝光和显影，在光刻胶中形成第一图形的图案，这里，由于第一图形已经与其它图形拆分分离，也即是在此处的光刻中，只有第一图形，再加上第一图形是仅仅刻蚀形成于电极层03中的，无需考虑套准精度，因此，这里可以采用常规精度的光刻设备来进行光刻过程，从而可以避免使用高精度光刻设备带来的高成本的弊端；
[0035]步骤03:采用第二图形经光刻和刻蚀工艺来图案化位于支撑区域的电极层和红外敏感材料层部分，在支撑区域的电极层和红外敏感材料层部分中形成第二图形；
[0036]具体的，请参阅图6，如图6中，上方为俯视结构示意图，下方为对应的纵截面结构示意图；可以首先在硅衬底上的牺牲层〇〇上涂覆光刻胶，然后经曝光和显影，在光刻胶中形成第二图形的图案，这里，由于第二图形已经与其它图形拆分分离，也即是在此处的光刻中，只有第二图形，而第二图形是同时刻蚀形成于电极层03和红外敏感材料层02中的，需要考虑电极层03和红外敏感材料层02的套准精度问题，因此，这里采用高精度的光刻设备来进行光刻过程，也即是这里的第二图形形成的光刻精度高于步骤02中的第一图形形成的光刻精度，从而可以消除这两层的套准误差，还不会影响到尺寸较大的第一图形的准确度和均匀性。[〇〇37]这里，在刻蚀电极层03和红外敏感材料层02时，可以根据实际工艺条件来设定;本实施例中可以采用的刻蚀工艺参数为:射频功率100?1200W，较佳的为800W，反应压强为20 ?500mtorr，较佳的为50mtorr，反应气体为六1、0?4、(:冊3、(:12、乂6?2和3?6的混合气体，八『、 〇卩4、(:册3、(:12、父6卩2和3卩6的比例为(10-12):(1?2):(1?2):(1?2):(1?2):(1?2)，较佳的，厶广〇卩4、(:册3、(:12、父6卩2和3卩6的比例为12:2:1:2:1:1。[〇〇38]步骤04:在完成步骤03的硅衬底上沉积上释放保护层；
[0039]具体的，请参阅图7,如图7中，上方为俯视结构示意图，下方为对应的纵截面结构示意图，为了便于解释，在图7上方的俯视结构示意图中将上释放保护层剥离;可以采用气相沉积工艺在硅衬底上牺牲层00上沉积上释放保护层04，然后采用化学机械抛光工艺将上释放保护层04的顶部磨平。
[0040]步骤05:采用第三图形经光刻和刻蚀工艺来图案化位于支撑区域的上释放保护层和下释放保护层部分，在支撑区域的上释放保护层和下释放保护层部分中形成第三图形。 [0041 ]具体的，请参阅图8，如图8中，上方为俯视结构示意图，下方为对应的纵截面结构示意图，为了便于解释，在图8上方的俯视结构示意图中将上释放保护层剥离;这里，第三图形的一维尺寸小于第二图形的一维尺寸，也小于第一图形的一维尺寸;这里，由于第三图形已经与其它图形拆分分离，也即是在此处的光刻中，只有第三图形，可以无需考虑第一图形和第二图形的影响，也无需考虑电极层03和红外敏感材料层02的套准精度问题，可以采用常规精度的光刻设备或高精度的光刻设备，形成的第三图形穿透上释放保护层04和下释放保护层01，从而使得上释放保护层04和下释放保护层01将红外敏感材料层02和电极层03包覆住，起到保护作用。[〇〇42]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【主权项】
1.一种红外探测器中微桥结构的制备方法，微桥结构包括桥面电阻区域和位于所述桥 面电阻区域两侧的支撑区域，且微桥结构从下往上依次具有下释放保护层、红外敏感材料 层、电极层和上释放保护层，其特征在于，包括:步骤01:提供一表面具有牺牲材料的娃衬底，在娃衬底的牺牲材料上依次沉积下释放 保护层、红外敏感材料层和电极层;并且，对所述微桥结构的版图图形进行拆分，拆分为位 于所述桥面电阻区域的用于图案化电极层的第一图形版图、位于所述支撑区域的用于图案 化电极层和红外敏感材料层部分的第二图形版图和用于图案化下释放保护层和上释放保 护层部分的第三图形版图；步骤02:采用所述第一图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述桥面电阻区域的 电极层部分，在所述桥面电阻区域的电极层部分中形成第一图形；步骤03:采用所述第二图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述支撑区域的电极 层和红外敏感材料层部分，在所述支撑区域的电极层和红外敏感材料层部分中形成第二图 形；步骤04:在完成所述步骤03的硅衬底上沉积上释放保护层；步骤05:采用所述第三图形版图经光刻和刻蚀工艺来图案化位于所述支撑区域的上释 放保护层和下释放保护层部分，在所述支撑区域的上释放保护层和下释放保护层部分中形 成第三图形。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一图形的一维尺寸大于所述第 二图形的一维尺寸;所述第二图形的一维尺寸大于所述第三图形的一维尺寸。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一图形的一维尺寸与所述第二 图形的一维尺寸的比大于2。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一图形为矩形。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤02中对所述第一图形的光刻 精度低于所述步骤03中对所述第二图形的光刻精度，且低于所述步骤05中对所述第三图形 的光刻精度。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤01中，采用气相沉积工艺依 次沉积下释放保护层、敏感材料层和电极层。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤02中，所采用的刻蚀工艺为 干法刻蚀工艺。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，所采用的刻蚀工艺为 干法刻蚀工艺。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤03中的刻蚀工艺采用的工艺 参数为:射频功率100?1200W，反应压强为20?500mtorr。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀工艺采用的反应气体为Ar、 CF4、CHF3、Cl 2、XeF2 和 SF6 的混合气体。
【文档编号】B81C1/00GK106092335SQ201610370209
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】康晓旭
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司