具有微橋結構的紅外探測器及其制造方法技術

一種具有微橋結構的紅外探測器及其制造方法，所述紅外探測器包括：基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；部分懸空于所述基底上方的圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿與所述金屬互連層電連接，所述橋梁懸空且向上翹起；部分懸空于微橋結構上方的圖形化的紅外敏感層，且所述紅外敏感層與所述微橋結構的橋梁電連接，由所述橋梁支撐。所述紅外探測器的良率提高，具有更高的性能。

Infrared detector with micro bridge structure and manufacturing method thereof

A kind of infrared detector of micro bridge structure and manufacturing method thereof, comprising the infrared detector: substrate, the substrate surface is formed in the metal interconnection layer; micro bridge structure suspended above the basal part of the figure, the micro bridge including the bridge leg and the bridge, the bridge and the leg the metal interconnection layer is electrically connected to the bridge, and hanging up; hang in the infrared part of the graphical micro bridge structure above the sensitive layer, and the bridge connecting the electric infrared sensitive layer and the micro structure of the bridge, the bridge support. The yield of the infrared detector is improved and the performance is higher.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及紅外探測器
，尤其涉及一種具有微橋結構的紅外探測器及其制造方法。
技術介紹
微機電系統(MEMS)是一種用來實現微小集成器件或系統的技術。它采用集成電路或MEMS專有批量加工工藝進行制造，器件或系統尺寸在幾微米到幾毫米不等。這些器件(或系統)能夠傳感、控制和驅動微觀尺度結構，并且在宏觀尺度上產生效應。近十年MEMS產品已廣泛應用到人們的日常生活的各個方面，包括汽車安全氣囊的加速度計、壓力傳感器、智能電子產品上的微麥克風、陀螺儀、噴墨打印頭以及非制冷的紅外探測器等。MEMS產品一般包含IC處理電路和MEMS結構兩部分。由于MEMS工藝根據產品的不同，微加工工藝差別很大，和標準的IC芯片工藝兼容性差，所以早期一直很難實現規模化集成化生產。目前，紅外探測器一般是在采用標準的CMOS工藝生產的ROIC(讀出電路芯片)基礎上再集成MEMS結構，利用釋放犧牲層得到空腔結構，利用敏感材料(非晶硅和氧化釩)感知吸收紅外的溫度變化并轉換為電信號，以此來實現紅外檢測的功能。當前紅外探測器主要發展方向為減小像元結構尺寸并增大陣列尺寸，改善探測器的圖像分辨率，擴大紅外探測器的應用范圍，這使MEMS制造工藝的水平已成為制約產品性能的主要因素。小的像元結構可以減小薄膜的應力不匹配并增強探測器的靈敏度和分辨率；另外，對于相同的陣列規模，小的像元結構意味著更小的探測器及鏡頭尺寸，從而可以縮小紅外熱像儀系統的重量和尺寸，增加紅外熱像儀的便攜性。在縮小紅外探測器像元尺寸方向上，當像元小到17μm-15μm后，主要的設計開始考慮多層的MEMS結構。其中一種思路是將微橋結構單獨設計成一層放在中間，這樣能增大最上層紅外吸收層的有效吸收面積。這種雙犧牲層的紅外探測器工藝過程中由于兩層通孔的結構導致最上層的紅外吸收層表面結構復雜，犧牲層釋放后容易導致上下層在通孔處接觸，最后導致微橋熱絕緣失效，降低良率。因此，現有的紅外探測器結構及制作工藝有待進一步的提高。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種具有微橋結構的紅外探測器及其制造方法。為了解決上述問題，本專利技術提供了一種具有微橋結構的紅外探測器，包括：基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；部分懸空于所述基底上方的圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿與所述金屬互連層電連接，所述橋梁懸空且向上翹起；部分懸空于微橋結構上方的圖形化的紅外敏感層，且所述紅外敏感層與所述微橋結構的橋梁電連接，由所述橋梁支撐。可選的，所述基底表面內還形成有金屬反射層，所述橋梁懸空于所述金屬反射層上方。可選的，所述微橋結構包括第一應力層、第二應力層以及位于所述第一應力層與第二應力層之間的電極層，所述電極層與所述金屬互連層、紅外敏感層電連接。可選的，所述微橋結構還包括位于電極層與金屬互連層的電連接處以及紅外敏感層與橋梁的電連接處的電極錨點，部分所述電極錨點位于電極層與金屬互連層之間，部分所述電極錨點位于電極層與第一應力層之間。可選的，所述第一應力層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種；所述第二應力層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。可選的，所述紅外敏感層包括下層保護層、上層保護層以及位于所述下層保護層、上層保護層之間的紅外敏感薄膜和電連接層，所述電連接層連接所述紅外敏感薄膜與微橋結構。可選的，所述紅外敏感薄膜的材料為非晶硅或氧化釩；所述下層保護層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種；所述上層保護層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。可選的，所述微橋結構的橋梁的俯視形狀為S形。還提供一種具有微橋結構的紅外探測器的制造方法，包括：提供基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；在所述基底表面形成第一犧牲層，所述第一犧牲層內具有位于所述金屬互連層表面的第一通孔；在所述第一通孔內壁表面以及第一犧牲層表面形成圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿位于第一通孔內，與所述金屬互連層電連接，所述橋梁位于第一犧牲層表面，與所述橋腿連接，所述橋梁具有翹曲應力；形成第二犧牲層，所述第二犧牲層覆蓋第一犧牲層及微橋結構，并且具有位于所述橋梁表面的第二通孔；在所述第二通孔內壁表面以及所述第二犧牲層表面形成位于微橋結構上方的圖形化的紅外敏感層，所述紅外敏感層與所述微橋結構的橋梁電連接；去除所述第一犧牲層和第二犧牲層，使得所述橋梁在自身應力作用下向上翹起，從而抬高所述紅外敏感層。可選的，所述第一犧牲層和第二犧牲層的材料為非晶硅。可選的，所述圖形化的微橋結構包括第一應力層、電極層和第二應力層；所述圖形化的微橋結構的形成方法包括：在所述第一通孔內壁表面以及第一犧牲層表面形成第一應力材料層；沿所述第一通孔刻蝕所述第一應力材料層，暴露出第一通孔底部的金屬互連層表面；形成覆蓋所述第一應力材料層和金屬互連層的電極材料層；形成覆蓋所述電極材料層的第二應力材料層；刻蝕所述第二應力材料層、電極材料層和第一應力材料層，形成圖形化的微橋結構。可選的，還包括：在形成所述電極材料層之前，在所述第一應力材料層表面形成電極錨點，部分所述電極錨點位于第一通孔內與金屬互連層電連接，部分所述電極錨點位于第一犧牲層上方。可選的，所述紅外敏感層包括：下層保護層、上層保護層以及位于所述下層保護層、上層保護層之間的圖形化紅外敏感薄膜和電連接層，所述電連接層連接所述圖形化紅外敏感薄膜與微橋結構；所述圖形化的紅外敏感層的形成方法包括：在所述第二通孔內壁表面以及所述第二犧牲層表面依次形成下層保護材料層、位于所述下層保護材料層表面的圖形化的紅外敏感薄膜；沿所述第二通孔刻蝕所述紅外敏感薄膜、下層保護材料層和第二應力層，暴露出部分電極層表面；形成連接紅外敏感薄膜和電極層的電連接材料層；形成覆蓋所述電連接材料層和紅外敏感薄膜的上層保護材料層；刻蝕所述上層保護材料層、電連接材料層、紅外敏感薄膜和下層保護材料層，形成所述紅外敏感層。可選的，采用二氟化氙氣體刻蝕去除所述第一犧牲層和第二犧牲層。本專利技術的具有微橋結構的紅外探測器的制造方法中，在基底表面形成具有第一通孔的第一犧牲層，再在第一犧牲層上形成具有翹曲應力的微橋結構，使得微橋結構與基底的金屬互連層連接，再在所述微橋結構表面形成具有第二通孔的第二犧牲層，在第二犧牲層上形成紅外敏感層，然后取出所述第一犧牲層和第二犧牲層，形成空腔，使得微橋結構在應力作用下翹曲，抬高紅外敏感層，從而提高孔空腔的厚度，并且，避免紅外敏感層的懸空部分與微橋結構接觸，提高紅外探測器的性能和良率。并且，在空腔厚度一定的情況下，可以減小第一犧牲層和第二犧牲層的厚度，從而降低犧牲層內的第一通孔、第二通孔的深寬比，降低各材料層沉積的難度，并且可以縮小所述第一通孔和第二通孔的大小，進一步降低紅外探測器的尺寸。本專利技術的具有微橋結構的紅外探測器具有一翹曲的微橋結構，抬高紅外敏感層，從而使得紅外探測器內的空腔厚度較大，有利于提高紅外探測器的性能，并且，避免紅外敏感層的懸空部分與微橋結構接觸，提高紅外探測器的良率。附圖說明圖1為本專利技術一具體實施方式的具有微橋結構的紅外探測器的制造方法的流程示意圖；圖2～圖16為本專利技術一具體實施方式的具有微橋結構的紅外探測器的制造過程的結構示意圖；圖17為本專利技術一具體實施方式的微本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，包括：基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；部分懸空于所述基底上方的圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿與所述金屬互連層電連接，所述橋梁懸空且向上翹起；部分懸空于微橋結構上方的圖形化的紅外敏感層，且所述紅外敏感層與所述微橋結構的橋梁電連接，由所述橋梁支撐。

【技術特征摘要】
1.一種具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，包括：基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；部分懸空于所述基底上方的圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿與所述金屬互連層電連接，所述橋梁懸空且向上翹起；部分懸空于微橋結構上方的圖形化的紅外敏感層，且所述紅外敏感層與所述微橋結構的橋梁電連接，由所述橋梁支撐。2.根據權利要求1所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述基底表面內還形成有金屬反射層，所述橋梁懸空于所述金屬反射層上方。3.根據權利要求1所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述微橋結構包括第一應力層、第二應力層以及位于所述第一應力層與第二應力層之間的電極層，所述電極層與所述金屬互連層、紅外敏感層電連接。4.根據權利要求3所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述微橋結構還包括位于電極層與金屬互連層的電連接處以及紅外敏感層與橋梁的電連接處的電極錨點，部分所述電極錨點位于電極層與金屬互連層之間，部分所述電極錨點位于電極層與第一應力層之間。5.根據權利要求3所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述第一應力層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種；所述第二應力層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。6.根據權利要求1或3所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述紅外敏感層包括下層保護層、上層保護層以及位于所述下層保護層、上層保護層之間的紅外敏感薄膜和電連接層，所述電連接層連接所述紅外敏感薄膜與微橋結構。7.根據權利要求6所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述紅外敏感薄膜的材料為非晶硅或氧化釩；所述下層保護層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種；所述上層保護層的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。8.根據權利要求1所述的具有微橋結構的紅外探測器，其特征在于，所述微橋結構的橋梁的俯視形狀為S形。9.一種具有微橋結構的紅外探測器的制造方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底表面內形成有金屬互連層；在所述基底表面形成第一犧牲層，所述第一犧牲層內具有位于所述金屬互連層表面的第一通孔；在所述第一通孔內壁表面以及第一犧牲層表面形成圖形化的微橋結構，所述微橋結構包括橋腿和橋梁，所述橋腿位于第一通孔內，與所述金屬互連層電連接，所述橋梁位于第一犧牲層表面...

【專利技術屬性】
技術研發人員：池積光，金杰，姜利軍，
申請(專利權)人：浙江大立科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33