本发明专利技术涉及一种非制冷红外探测器塔式桥墩,包括ASIC电路,所述ASIC电路上设置有聚酰亚胺牺牲层(3)和电极块(2);聚酰亚胺牺牲层(3)上有蚀刻支撑孔(4-1);蚀刻支撑孔(4-1)所在的圆片上有溅射金属层(4);牺牲层(3)上设置有聚酰亚胺牺牲层(5),聚酰亚胺牺牲层(5)上有蚀刻支撑孔(6-1);蚀刻支撑孔(6-1)所在的圆片上有溅射金属层(6);金属层(6)上有支撑层(7);支撑层(7)上有热敏层(8);热敏层(8)上有介质层(9);支撑孔内金属层(6)上有通孔(10);介质层(9)上有接触孔(11);在通孔(10)和接触孔(11)上连接有电极金属(12),电极金属(12)完成后沉积有钝化层(13)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及MEMS器件设计和制造领域,具体为ー种非制冷红外探測器塔式桥墩结构和制造方法。
技术介绍
非制冷红外探测器(Uncooled infrared detector)广泛应用于军事、汽车、安防、生物医学、电力、航空、警用、森林防火和物联网等领域。近年来,非致冷红外探測器技术获得了重要突破并实现商业量产化。它不仅解决了制冷红外探測器要求低温(-77K)冷却的工作条件,还实现同读出电路的大規模或超大規模集成。这种技术适合采用大規模集成电路制造技术批量生产,使红外探測器成本低廉化,从而使红外热像仪的应用从传统的军用领域逐渐推广到民用领域。它响应速率高,具有极低的噪声水平,它工作时无需斩波器辅助,便于大規模生产。工作时,在热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源,入射红外辐射引起的温度变化使得热敏材料电阻值发生改变,从而使电流、电压发生改变,并由读出电路(ROIC)读出电信号的变化,并把电信号转换为图形信号进行成像。同时,非制冷红外探测器的加工属于微机电系统(MEMS:Micro-electromechanical Systems)领域,是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高新
MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为ー个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、エ艺兼容性好、成本低等诸多优点。但是,在MEMS器件的制造エ艺中,涉及到复杂的三维结构,需要使用牺牲层来制作微结构,如微型桥、悬臂梁、悬臂块和质量块等,在制作微结构中,一定包含固定支撑结构即锚点(Anchor,在本专利中,称为桥墩)。非制冷红外探測器实现了和读出电路的集成,随着技术路线的发展和技术革新,非制冷红外探测器的像元(Pixel)大小从50 iim — 35iim — 25iim — 17iim — 14iim及以下尺寸发展。但由于非制冷红外探測器是属于MEMS
,有些特殊结构,如支撑结构的桥墩(Anchor),就不能按照像元尺寸等比例进行缩小。所以本专利技术方法,就是针对非制冷红外探測器关键的支撑结构桥墩(Anchor)进行优化和创新,可适用于像元(Pixel)尺寸为25 u m, 17 u m, 14 u m及以下尺寸的结构和制造エ艺之中,并降低エ艺制造的难度,确保像元尺寸缩小时,桥墩结构缩小且仍保持原有的稳固性和可靠性,并改进和解决尺寸縮小所引入的新的问题。现有技术:在牺牲层(厚度为2.0 2.5μm)上蚀刻支撑孔,支撑孔为直孔(各向异性蚀刻)或一定傾斜度(如50 70° )的倾斜孔,可使用Lift-offエ艺进行T1、TiN1、NiCr等金属填充,然后完成后面的支撑层、热敏层、介质层、电极层和钝化层等一系列エ艺。在介质层エ艺完成后,需要在支撑孔位置处光刻和蚀刻通孔(VIA),通孔必须制作在支撑孔(Post HoIe)底部的中间,不可蚀刻到桥墩(Anchor)的侧壁。否则,桥墩侧壁被蚀刻,破坏了桥墩的支撑作用,后面无法进行完整的电极布线,电极金属薄膜在此位置处的台阶覆盖差或不可覆盖;由于要求通孔必须制作在支撑孔底部的中间,要求设计时保留一定的对位容差,如支撑孔(Post Hole)底部比通孔直径大1.0 μ m。如果通孔要求是2.0 μ m,支撑孔的高度为2.0 μ m,倾角为60° ,考虑支撑孔内壁的介质厚度为0.3 0.5 μ m。那么,支撑孔上部桥墩宽度在6.0 μ m左右甚至更大。随着像元尺寸的縮小,为了保持支撑结构的稳定性,可靠性,以及保持通孔的大小不变才能保证良好的电接触。所以,桥墩(Anchor)大小不能按像元尺寸縮小的比例进行減少,这样就必然占用像元的有效面积,导致器件的填充系数偏低,影响器件的性能。且传统的方法,一般还需要在VIA孔后进行铝(Al)填充或溅射厚的电极金属,填充エ艺复杂,厚金属热导大;另外,如果桥墩(Anchor)縮小,通孔的大小保持不变,那么对位容差就小,会増加通孔层的制造难度等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种全新的塔式桥墩(Anchor)结构和制造方法:本桥墩(Anchor)结构可以解决非制冷红外探测器的像元按比例缩小时,桥墩的大小不能按比例进行缩小的问题;解决桥墩处通孔对位出现偏差,像元失效的问题;解决像元尺寸缩小时,通孔也要相应缩小而导致接触电阻不良或失效增多的问题;解决支撑孔内需要做金属填充的エ艺问题去改善接触电阻;解决蚀刻厚的牺牲层,桥墩处支撑孔形貌和和线宽重复性差,均匀性差的问题,形貌不易控制的问题;且本结构由于使用了 Ti或NiCr做为结构的凹型支撑结构,在蚀刻Post Hole2和通孔时,起到了自然终止层的作用。解决像元尺寸进ー步缩小(如17 u m及以下),桥墩如果不能比例縮小,像元填充系数低,导致器件性能差,无法做大面阵和高性能器件的问题;解决原有结构因高台阶和支撑孔(深度>2.0μ m)导致侧壁电极金属薄膜台阶覆盖差的问题,从而导致接触电阻大和器件噪声大的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种非制冷红外探測器塔式桥墩的制造方法,包括以下步骤:(1)电路(1)上旋涂聚酰亚胺牺牲层(3),退火后的厚度为l.0μ m;(2)在牺牲层(3)上涂覆光刻胶,所述光刻胶的分辨率小于0.5pm ;随后以O2作为主蚀刻气体,CF4, CHF3, N2, Ar作为辅助蚀刻气体,进行各向异性蚀刻,蚀刻成直孔的支撑孔(4-1)。然后进行湿法去胶,并对圆片进行甩干处理;(3)在蚀刻支撑孔(4-1)的圆片上溅射Ti或NiCr金属(4),金属厚度为50 200nm ;涂覆光刻胶,光刻胶的分辨率要求小于0.5 μ m,然后进行光刻,光刻后使用干法蚀刻 Ti,NiCr ;(5)重复上述エ艺步骤,完成聚酰亚胺牺牲层(5)、支撑孔(6-1)和第二层Ti或NiCr金属层(6),金属厚度50 200nm ;(6)沉积ー层厚度为1000 ~ 2000人低应カ的氮化娃薄膜,形成支撑层(7);(7)在支撑层(7)上沉积热敏薄膜500 ~ 2000A,然后使用光刻和蚀刻的方法完成热敏层(8)的图形;(8)在热敏层(8)上沉积ー层介质层(9),所述介质层(9)为低应力的氮化硅薄膜,厚度为 500 ~ 1000A;(9)通过光刻和蚀刻掉热敏层(8)上面的介质层(9)得到接触孔(11),通过光刻和蚀刻支撑孔内金属层(6)上面的支撑层和介质层得到通孔;(10)在完成通孔(10)和接触孔(11)后,在圆片上进行电极金属的溅射沉积,溅射沉积电极金属前,需进行圆片的反溅,然后溅射得到高质量的电极金属(12)。在整个圆片表面上沉积ー层钝化层(13),进行钝化层(13)的光刻和蚀刻エ艺,使每个像元分开,并对ASIC电路的Pad钝化块开孔,使金属铝Pad钝化块露出来;(11)然后进行最后的结构释放。本专利技术的有益效果是:该结构首先能保证非制冷红外探測器桥墩结构的稳定性和可靠性;在像元尺寸缩小时,桥墩的面积也按像元尺寸进行等比例縮小,缩小桥墩面积,可以增加像元的填充系数,提高探測器的性能;此结构虽然缩小了桥墩的面积,但仍可以保持甚至适当増加通孔(VIA)的尺寸,并增加通孔(VIA)的对位容差,降低了エ艺制造难度;在不增加金属(Al)填充和Lif本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非制冷红外探测器塔式桥墩的制造方法,特征在于包括以下步骤:?(1)电路(1)上旋涂聚酰亚胺牺牲层(3),退火后的厚度为1.0μm;?(2)在牺牲层(3)上涂覆光刻胶,所述光刻胶的分辨率小于0.5μm;随后以O2作为主蚀刻气体,CF4,CHF3,N2,Ar作为辅助蚀刻气体,进行各向异性蚀刻,蚀刻成直孔的支撑孔(4?1),然后进行湿法去胶,并对圆片进行甩干处理;?(3)在蚀刻支撑孔(4?1)的圆片上溅射Ti或NiCr金属(4),金属厚度为50~200nm;?(4)涂覆光刻胶,光刻胶的分辨率要求小于0.5μm,然后进行光刻,光刻后使用干法蚀刻Ti或NiCr;?(5)重复上述工艺步骤,完成聚酰亚胺牺牲层(5)、支撑孔(6?1)和第二层Ti或NiCr金属层(6),金属厚度50~200nm;?(6)沉积一层厚度为的低应力氮化硅薄膜,形成支撑层(7);?(7)在支撑层(7)上沉积热敏薄膜然后使用光刻和蚀刻的方法完成热敏层(8)的图形;?(8)在热敏层(8)上沉积一层厚度为的低应力氮化硅薄膜介质层(9);?(9)通过光刻和蚀刻掉热敏层(8)上面的介质层(9)得到接触孔(11);蚀刻掉支撑孔内金属层(6)上面的支撑层,介质层,得到通孔(10);在通孔(10)和接触孔(11)的所在的圆片上,进行电极金属的溅射沉积;溅射沉积电极金属前,需进行圆片的反溅,然后溅射得到?高质量的电极金属(12);?(10)在整个圆片表面上沉积一层钝化层(13),进行钝化层(13)的光刻和蚀刻工艺,使每个像元分开,并对ASIC电路的钝化块(Pad)开孔,使金属铝钝化块(Pad)露出来;?(11)然后进行最后的结构释放。?FDA00002813034500011.jpg,FDA00002813034500012.jpg,FDA00002813034500013.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外探測器塔式桥墩的制造方法,特征在于包括以下步骤: (1)电路(1)上旋涂聚酰亚胺牺牲层(3),退火后的厚度为1.0ym; (2)在牺牲层(3)上涂覆光刻胶,所述光刻胶的分辨率小于0.5 ;随后以O2作为主蚀刻气体,CF4, CHF3, N2, Ar作为辅助蚀刻气体,进行各向异性蚀刻,蚀刻成直孔的支撑孔(4-1),然后进行湿法去胶,并对圆片进行甩干处理; (3)在蚀刻支撑孔(4-1)的 圆片上溅射Ti或NiCr金属(4),金属厚度为50 200nm; (4)涂覆光刻胶,光刻胶的分辨率要求小于0.5 y m,然后进行光刻,光刻后使用干法蚀刻 Ti 或 NiCr ; (5)重复上述エ艺步骤,完成聚酰亚胺牺牲层(5)、支撑孔(6-1)和第二层Ti或NiCr金属层(6),金属厚度50 200nm ; (6)沉积ー层厚度为1000 2000人的低应カ氮化硅薄膜,形成支撑层(7); (7)在支撑层(7)上沉积热敏薄膜500~ 2000A,然后使用光刻和蚀刻的方法完成热敏层(8)的图形; (8)在热敏层(8)上沉积ー层厚度为500~ IOOOA的低应カ氮化硅薄膜介质层(9); (9)通过光刻和蚀刻掉热敏层(8)上面的介质层(9)得到接触孔(11);蚀刻掉支撑孔内金属层(6)上面的支撑层,介质层,得到通孔(10);在通孔(10)和接触孔(11)的所在的圆片上,进行电极金属的溅射沉积;溅射沉积电极金属前,需进行圆片的反溅,然后溅射得到高质量的电极金属(12); (10)在整个圆片表面上沉积ー层钝化层(13),进行钝化层(13)的光刻和蚀刻エ艺,使每个像元分开,并对ASIC电路的钝化块(Pad)开孔,使金属铝钝化块(Pad)露出来; (11)然后进行最后的结构释放。2.根据权利I要求的非制冷红外探測器塔式桥墩制造方法,其特征在于,所述电极金属(12)由Ti,NiCr, Cr, V等金属中的ー种或几种构成,厚度为400 1000A。3.根据权利I...
【专利技术属性】
技术研发人员:甘先锋,王宏臣,杨水长,孙瑞山,
申请(专利权)人:烟台睿创微纳技术有限公司,
类型:发明
国别省市:
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