一種用于非制冷紅外探測器參考像元及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非制冷紅外探測器參考像元及其制造方法。在ASIC電路上設(shè)置的金屬反射層，以及在所述金屬反射層上依次為絕緣介質(zhì)層、犧牲層、支撐層、熱敏薄膜、介質(zhì)保護(hù)層、電極金屬層、金屬填充圖形、遮光層、保護(hù)結(jié)構(gòu)和鈍化層介質(zhì)；所述犧牲層上設(shè)有橋墩孔；所述橋墩孔內(nèi)設(shè)有通孔；所述介質(zhì)保護(hù)層中設(shè)有接觸孔。本發(fā)明完成了參考像元的特殊結(jié)構(gòu)，同時因參考像元大面積的被覆蓋了一層金屬層，提高了參考像元陣列的熱導(dǎo)，極大的消除了芯片環(huán)境的熱輻射干擾因素，提高非制冷紅外探測器的器件性能。
【專利說明】
-種用于非制冷紅外探測器參考像元及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)工藝制造領(lǐng)域，特別設(shè)及一種非制冷紅外 探測器參考像元及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)在科技的快速發(fā)展，非制冷紅外焦平面探測器廣泛應(yīng)用于汽車、安防、生物 醫(yī)學(xué)、電力、軍事、航空、警用、森林防火和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。現(xiàn)有非制冷紅外焦平面陣列探測 器通常由有效像元陣列及參考像元組成，為了補(bǔ)償環(huán)境溫度變化對光敏有效像元陣列輸出 的影響，需要在忍片內(nèi)集成對光不敏感的參考像元。參考像元需要避免接受紅外福射，W及 把電路的自加熱紅外福射或器件環(huán)境傳導(dǎo)的熱量快速地傳輸?shù)?，就需要單獨地設(shè)計一層特 殊的結(jié)構(gòu)，來屏蔽紅外福射和傳導(dǎo)接受的熱量，保持參考像元信號的穩(wěn)定，例如采用遮擋蓋 或者遮擋結(jié)構(gòu)，用來屏蔽紅外福射信號和快速傳導(dǎo)出忍片或封裝管殼自加熱的紅外福射， 增加了工藝步驟及制造難度，同時多一層結(jié)構(gòu)和工藝步驟，會降低產(chǎn)品良率，增加制造周期 和制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明提供一種非制冷紅外探測器參考像元及其制造方法，所要解決的技術(shù)問題 是不需要增加單獨的結(jié)構(gòu)層和工藝步驟，完成參考像元的特殊結(jié)構(gòu)。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0005] -種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟1.在ASIC電路上依次沉積金屬反射層、絕緣介質(zhì)層和旋涂犧牲層，并在所述 犧牲層上蝕刻貫穿所述犧牲層的橋墳孔；
[0007] 步驟2.在所述犧牲層上依次沉積支撐層、熱敏薄膜和介質(zhì)保護(hù)層；
[000引步驟3 .在所述橋墳孔內(nèi)制備通孔，所述通孔位于所述金屬反射層之上，并在熱敏 薄膜上方的介質(zhì)保護(hù)層上制備接觸孔；
[0009] 步驟4.在所述介質(zhì)保護(hù)層上依次沉積電極金屬層和填充金屬層；
[0010] 步驟5.對填充金屬層進(jìn)行圖形化，形成位于所述橋墳孔內(nèi)的金屬填充圖形和位于 所述電極金屬層之上的遮光層，并完成對電極金屬的蝕刻，在器件邊緣保留預(yù)設(shè)厚度的填 充金屬層和電極金屬層形成保護(hù)結(jié)構(gòu)；
[0011] 步驟6.對金屬填充圖形和遮光層的電學(xué)連接進(jìn)行隔離；
[0012] 步驟7.在步驟6完成的器件表面沉積純化層。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可W做如下改進(jìn)。
[0014] 進(jìn)一步，步驟1中：所述金屬反射層采用磁控瓣射或電子束蒸發(fā)的方法生長金屬薄 膜，然后用光刻和蝕刻的方法在金屬薄膜上形成反射層圖形。
[0015] 進(jìn)一步，步驟1中:所述絕緣介質(zhì)層采用化學(xué)氣相沉積的方法制備。
[0016] 進(jìn)一步，步驟1中:所述犧牲層旋涂后需進(jìn)行退火處理。
[0017] 進(jìn)一步，步驟4中：對器件表面沉積電極金屬層的方法使用物理氣相沉積、離子束 鍛膜或電子束蒸發(fā)進(jìn)行沉積。
[0018] 進(jìn)一步，步驟5中：對填充金屬層進(jìn)行圖形化，采用光刻和金屬濕法腐蝕工藝完成。
[0019] 進(jìn)一步，步驟5中：對電極金屬層的蝕刻，采用光刻和干法工藝完成。
[0020] 進(jìn)一步，所述絕緣介質(zhì)層的材料為氮化娃;所述犧牲層的材料為聚酷亞胺;所述支 撐層的材料為氮化娃;所述熱敏薄膜的材料為氧化饑或O-Si 1 icon薄膜層;所述介質(zhì)保護(hù)層 的材料為氮化娃或二氧化娃;所述電極金屬層的材料為Ti/TiN或Ti或NiXr;所述填充金屬 層的材料為AlSi化或Al化;所述純化層介質(zhì)的材料為氮化娃。
[0021] 進(jìn)一步，所述犧牲層的厚度為1.8 ±0. Siim;所述支撐層薄膜應(yīng)力控制在0± lOOMPa，厚度為500A~3000A:所述熱敏薄膜厚度為300A~5000A，方阻為50KQ/□~ 2〇〇〇1(〇/111;所述介質(zhì)保護(hù)層厚度為300_/\~3000冷；所述電極金屬層厚度為 50A~1000A;所述填充金屬層厚度為2000A~8000A;所述純化層介質(zhì)厚度為 300A ~3000A。
[0022] 本發(fā)明還同時提供了一種非制冷紅外探測器參考像元，包括在ASIC電路上設(shè)置的 金屬反射層，W及在所述金屬反射層上依次設(shè)置的絕緣介質(zhì)層、犧牲層、支撐層、熱敏薄膜、 介質(zhì)保護(hù)層、電極金屬層、金屬填充圖形、遮光層、保護(hù)結(jié)構(gòu)和純化層介質(zhì);所述犧牲層上設(shè) 有橋墳孔;所述橋墳孔內(nèi)設(shè)有通孔;所述介質(zhì)保護(hù)層中設(shè)有接觸孔。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是:設(shè)計了一種新型的參考像元結(jié)構(gòu)，減少了一次金屬沉積和 圖形化工藝，減少設(shè)備的資本投入，縮短了制造周期，同時在參考像元的邊緣一同設(shè)計和制 造了金屬保護(hù)結(jié)構(gòu)，使參考像元陣列更加的完整，不容易破壞參考像元的邊緣結(jié)構(gòu)，同時因 參考像元大面積的被覆蓋了一層金屬層，提高了參考像元陣列的熱導(dǎo)，極大的消除了忍片 環(huán)境的熱福射干擾因素，提高非制冷紅外探測器的器件性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明金屬反射層、絕緣介質(zhì)層、犧牲層、橋墳孔、支撐層示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明熱敏層形成示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明介質(zhì)保護(hù)層、通孔及接觸孔形成示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明電極金屬層、填充金屬層形成示意圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明遮光層、保護(hù)結(jié)構(gòu)、純化層形成示意圖；
[0029] 圖6為本發(fā)明制作工藝用于有效像元制作時犧牲層釋放后示意圖
[0030] 圖7為本發(fā)明填充金屬進(jìn)行圖形化后俯視圖。
[0031 ]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：
[0032] 1、ASIC電路，2、金屬反射層，3、絕緣介質(zhì)層，4、犧牲層，5、橋墳孔，6、支撐層，7、熱 敏薄膜，8、介質(zhì)保護(hù)層，9、通孔，10、接觸孔，11、電極金屬層，12、填充金屬層，13、填充金屬 圖形，14、遮光層，15、保護(hù)結(jié)構(gòu)，16、純化層介質(zhì)，17、犧牲層釋放開口。
【具體實施方式】
[0033] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0034] 本發(fā)明提供了一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其具體工藝步驟如 下：
[0035] 如圖1-5所示：
[0036] 步驟1.在ASIC電路(特定用途集成電路）1上依次沉積金屬反射層2、絕緣介質(zhì)層3 和旋涂犧牲層4,并在所述犧牲層4上蝕刻貫穿所述犧牲層4的橋墳孔5;
[0037] 步驟2.在所述犧牲層4上依次沉積支撐層6、熱敏薄膜7和介質(zhì)保護(hù)層8;
[0038] 步驟3.在所述橋墳孔5內(nèi)制備通孔9，所述通孔9位于所述金屬反射層2之上，并在 熱敏薄膜7上方的介質(zhì)保護(hù)層8上制備接觸孔10;
[0039] 步驟4.在所述介質(zhì)保護(hù)層8上依次沉積電極金屬層11和填充金屬層12;
[0040] 步驟5.對填充金屬層12進(jìn)行圖形化，形成位于所述橋墳孔7內(nèi)的金屬填充圖形13 和位于所述電極金屬層之上的遮光層14,并完成對電極金屬層11的蝕刻，在器件邊緣保留 預(yù)設(shè)厚度的填充金屬層12和電極金屬層11形成保護(hù)結(jié)構(gòu)15;
[0041] 步驟6.對金屬填充圖形13和遮光層14的電學(xué)連接進(jìn)行隔離；
[0042] 步驟7.在步驟6完成的器件表面沉積純化層16。
[0043] 所述步驟1金屬反射層2采用磁控瓣射或電子束蒸發(fā)的方法生長金屬薄膜，然后用 光刻和蝕刻的方法在金屬薄膜上形成反射層圖形。
[0044] 所述步驟1絕緣介質(zhì)層3采用化學(xué)氣相沉積的方法制備。
[0045] 所述步驟1犧牲層4旋涂后需進(jìn)行退火處理。
[0046] 所述步驟4對器件表面沉積電極金屬層11的方法使用物理氣相沉積、離子束鍛膜 或電子束蒸發(fā)進(jìn)行沉積。
[0047] 所述步驟5對電極金屬層11的蝕刻，采用光刻和干法工藝完成。
[0048] 所述步驟5對填充金屬層12進(jìn)行金屬填充和遮光層13的圖形化，采用光刻和金屬 濕法腐蝕工藝完成。
[0049] 所述絕緣介質(zhì)層3的材料為氮化娃;所述犧牲層4的材料為聚酷亞胺;所述支撐層6 的材料為氮化娃;所述熱敏薄膜7的材料為氧化饑或a-silicon薄膜層;所述介質(zhì)保護(hù)層8的 材料為氮化娃或二氧化娃;所述電極金屬11層的材料為Ti/TiN或Ti或NiCr;所述填充金屬 層12的材料為AlSi化或Al化;所述純化層介質(zhì)16的材料為氮化娃。
[0050] 所述犧牲層4的厚度為1.8±0.祉m;所述支撐層6薄膜應(yīng)力控制在0 ± IOOMPa，厚度 為就0集~30OOA嘶述熱敏薄膜7厚度為300A~誠OOA，方阻為5〇K Q /□~2OOOK Q / □;所述介質(zhì)保護(hù)弘S松巧為300A~3000A;所述電極金屬厚度為50A~1000A:所述填 充金屬層12厚度為2000A~8000A;所述純化層介質(zhì)16厚度為300A~3000A。
[0051] 本發(fā)明所述工藝制造方法，不限于非制冷紅外探測器，同時也用于太赫茲器件 (THz: Terahe;rtz)和其他光學(xué)傳感器件。
[0052] 本發(fā)明所述的一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，也可用于有效像元的 制造，在進(jìn)行步驟5的時候，將遮光層14去除，其余步驟與原步驟一致，最后在純化層16上通 過光刻和蝕刻的方法蝕刻犧牲層釋放開口 17，犧牲層釋放開口 17的蝕刻終止于所述犧牲層 的表面。把完成犧牲層釋放開口 17蝕刻的半導(dǎo)體器件放入去膠機(jī)中釋放犧牲層，形成如圖6 所示有效像元。
[0053] 通過上述過程制備的非制冷紅外探測器的參考像元，如圖5所示，包括在ASIC電路 1上設(shè)置的金屬反射層2, W及在所述金屬反射層2上依次設(shè)置的絕緣介質(zhì)層3、犧牲層4、支 撐層6、熱敏薄膜7、介質(zhì)保護(hù)層8、電極金屬層11、金屬填充圖形13、遮光層14、保護(hù)結(jié)構(gòu)15和 純化層介質(zhì)16;所述犧牲層上設(shè)有橋墳孔5;所述橋墳孔5內(nèi)設(shè)有通孔9;所述介質(zhì)保護(hù)層8中 設(shè)有接觸孔10。
[0054] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1.在ASIC電路（1)上依次沉積金屬反射層(2)、絕緣介質(zhì)層(3)和旋涂犧牲層(4)， 并在所述犧牲層(4)上蝕刻貫穿所述犧牲層(4)的橋墳孔(5); 步驟2.在所述犧牲層(4)上依次沉積支撐層(6)、熱敏薄膜(7)和介質(zhì)保護(hù)層(8); 步驟3.在所述橋墳孔(5)內(nèi)制備通孔(9)，所述通孔(9)位于所述金屬反射層(2)之上， 并在所述介質(zhì)保護(hù)層(8)上制備接觸孔(10); 步驟4.在所述介質(zhì)保護(hù)層(8)上依次沉積電極金屬層(11)和填充金屬層(12); 步驟5.對填充金屬層（12)層進(jìn)行圖形化，并完成對電極金屬層（11)的蝕刻，形成位于 所述橋墳孔(9)內(nèi)的金屬填充圖形（13)、位于所述電極金屬層（11)之上的遮光層（14) W及 位于器件邊緣由預(yù)設(shè)厚度填充金屬層(12)和電極金屬層(11)形成的保護(hù)結(jié)構(gòu)（15); 步驟6.對金屬填充圖形（13)和遮光層(14)的電學(xué)連接進(jìn)行隔離； 步驟7.在步驟6完成的器件表面沉積純化層(16)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟1金屬反射層(2)采用磁控瓣射或電子束蒸發(fā)的方法生長金屬薄膜，然后用光刻和蝕刻 的方法在金屬薄膜上形成反射層圖形。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟1絕緣介質(zhì)層(3)采用化學(xué)氣相沉積的方法制備。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟1犧牲層(4)旋涂后需進(jìn)行退火處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟4對器件表面沉積電極金屬層（11)的方法使用物理氣相沉積、離子束鍛膜或電子束蒸 發(fā)進(jìn)行沉積。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟5對填充金屬層（12)層進(jìn)行的圖形化，采用光刻和金屬濕法腐蝕工藝完成。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 步驟5對電極金屬層（11)的蝕刻，采用光刻和干法工藝完成。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 絕緣介質(zhì)層(3)的材料為氮化娃;所述犧牲層(4)的材料為聚酷亞胺;所述支撐層(6)的材料 為氮化娃;所述熱敏薄膜(7)的材料為氧化饑或a-si 1 icon薄膜層;所述介質(zhì)保護(hù)層(8)的材 料為氮化娃或二氧化娃;所述電極金屬層（11)的材料為Ti/TiN或Ti或NiCr;所述填充金屬 (12)的材料為AlSi化或A1化;所述純化層介質(zhì)（16)的材料為氮化娃。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非制冷紅外探測器參考像元的制造方法，其特征在于:所述 犧牲層（4)的厚度為1.8 ± 0.8μπι;所述支撐層（6)薄膜應(yīng)力控制在0 ± lOOMPa，厚度為 500Λ~3000A;所述熱敏薄膜（7)厚度為300A~5000A，方阻為50ΚΩ/□~2000ΚΩ/ □;所述介質(zhì)保護(hù)層(8)厚度為300A~3000A;所述電極金屬厚度為50A~1000A;所述 填充金屬層(12)厚度為2000乂~8000A;所述純化層介質(zhì)（16)厚度為3如A~3000A。10. -種非制冷紅外探測器參考像元，其特征在于：包括在ASIC電路（1)上設(shè)置的金屬 反射層（2)，W及在所述金屬反射層(2)上依次設(shè)置的絕緣介質(zhì)層（3)、犧牲層(4)、支撐層 (6)、熱敏薄膜(7)、介質(zhì)保護(hù)層(8)、電極金屬層（11)、金屬填充圖形（13)、遮光層(14)、保護(hù) 結(jié)構(gòu)（15)和純化層介質(zhì)（16);所述犧牲層上設(shè)有橋墳孔（5);所述橋墳孔（5)內(nèi)設(shè)有通孔 (9);所述介質(zhì)保護(hù)層(8)中設(shè)有接觸孔(10)。
【文檔編號】G01J5/20GK106098846SQ201610496899
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】楊水長, 甘先鋒, 王宏臣, 陳文禮
【申請人】煙臺睿創(chuàng)微納技術(shù)股份有限公司