專利名稱：一種紅外探測器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及紅外探測器的制造工藝，尤其涉及一種紅外探測器及其制造方法。
背景技術：
微電子機械系統(MEMS)技術具有微小、智能、可執行、可集成、工藝兼容 性好、成本低等諸多優點，故其已開始廣泛應用在包括紅外探測技術領域的諸 多領域。紅外探測器是紅外探測技術領域中應用非常廣泛的一種MEMS產品，它 利用敏感材料探測層(通常為非晶硅或氧化釩)吸收紅外線且將其轉化成電信 號，據此來實現熱成像功能，其可用于電力網絡的安全檢測、森林火警的探測 以及人體溫度的探測等場所。
上述紅外探測器中敏感材料探測層和金屬電極的質量對其質量有著極其重 要的影響。現有技術在制造該紅外探測器時，先通過化學氣相沉積工藝(CVD) 依次在硅襯底上沉積探測器犧牲層和敏感材料探測層，然后再在該敏感材料探 測層上沉積金屬層，然后光刻出金屬電極圖形，再通過濕法或者干法刻蝕工藝 將敏感材料探測層上沒有光刻膠保護的金屬層去除并形成金屬電極。上述直接 在敏感材料探測層上沉積金屬并通過光刻和刻蝕工藝形成金屬電極的工藝因直 接在敏感材料探測層上進行刻蝕，會在該敏感材料探測層上形成刻蝕損傷或污 染，該些污染或損傷會對紅外探測器的質量產生不良影響，例如其均勻性、靈 敏度會大大降低，金屬電極間產生短路。
因此，如何提供一種紅外探測器及其制造方法以避免在制造紅外探測器時 損傷或污染敏感材料探測層而影響紅外探測器的靈敏度等性能，并大幅度提高 產品成品率和可靠性，已成為業界亟待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種紅外探測器及其制造方法，通過本發明可避免 損傷或污染該敏感材料探測層，并能避免金屬電極間的短路，可大大提高探測 器的性能、成品率和可靠性。
本發明的目的是這樣實現的 一種紅外探測器，包括硅襯底、依次層疊在 該硅襯底上的探測器犧牲層、敏感材料探測層和金屬電極，其特征在于，該敏 感材料探測層上沉積有一犧牲保護層，該犧牲保護層上具有金屬電極圖形凹槽， 該金屬電極設置在該金屬電極圖形凹槽中。
在上述的紅外探測器中，該犧牲保護層為二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和 碳化硅或非化學計量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅。
在上述的紅外探測器中，該二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅中摻雜 有硼、磷、^暖或氟元素。
在上述的紅外探測器中，該金屬電極為鈦電極、鉭電極、上下層疊的氮化 鈦和鈦電極或上下層疊的氮化鉭和鉭電極。
在上述的紅外探測器中，該敏感材料探測層為非晶硅或氧化釩。
本發明還提供一種紅外探測器制造方法，該紅外探測器制作在硅襯底上， 該制造方法包括以下步驟a、在硅襯底上制作探測器犧牲層；b、在探測器犧 牲層上制作敏感材料^采測層；c、在該敏感材料纟果測層上沉積一犧牲保護層；d、 在該犧牲保護層上涂布光刻膠并光刻出該金屬電極圖形；e、刻蝕該犧牲保護層 以在其上形成金屬電極圖形凹槽；f、去除光刻膠并沉積金屬層；g、在該金屬 層上通過光刻和刻蝕工藝形成金屬電極。
在上述的紅外探測器制造方法中，在步驟e中，該犧牲保護層與該敏感材 料探測層的刻蝕選擇比大于10。
在上述的紅外探測器制造方法中，在步驟e中，通過等離子干法刻蝕工藝 刻蝕該犧牲保護層，其刻蝕氣體為三氟曱烷、四氟化碳、六氟化硫、溴化氫或 氧氣。
在上述的紅外探測器制造方法中，在步驟e中，通過濕法刻蝕工藝刻蝕該 犧牲保護層，其刻蝕液為氫氟酸溶液或緩沖氧化硅蝕刻液。
與現有技術中敏感材料探測層無任何遮蔽相比，本發明的紅外探測器在敏 感材料探測層上沉積有一犧牲保護層，該犧牲層上具有金屬電極圖形凹槽，金
屬電極設置在該凹槽中，如此敏感材料探測層被犧牲保護層和金屬電極遮蔽， 可大大提高該紅外探測器的可靠性。
與現有技術中無犧牲保護層而直接在紅外探測器的敏感材料探測層上沉積 金屬層，并通過光刻和刻蝕工藝形成金屬電極易損傷或污染敏感材料探測層而 影響探測器性能相比，本發明的紅外探測器制造方法先在敏感材料探測層上沉 積一犧牲保護層，再在該犧牲保護層上光刻出金屬電極圖形，并進行該犧牲保
護層與該敏感材料探測層的刻蝕選擇比大于10的刻蝕工藝，接著沉積金屬層并
通過光刻和刻蝕工藝形成金屬電極，如此可避免損傷或污染該敏感材料探測層， 并能避免金屬電極間的短路，相應地可大大提高該紅外探測器的性能、成品率 和可靠性。


本發明的紅外探測器及其制造方法由以下的實施例及附圖給出。
圖1為本發明的紅外探測器的剖視圖2為本發明的紅外探測器的金屬電極制造方法的流程圖3為完成圖2中步驟S22后紅外探測器的剖視圖4為完成圖2中步驟S23后紅外探測器的剖視圖5為完成圖2中步驟S24后紅外探測器的剖視圖6為完成圖2中步驟S25后紅外探測器的剖視圖7為完成圖2中步驟S26后紅外探測器的剖視圖。
具體實施例方式
以下將對本發明的紅外探測器及其制造方法作進一步的詳細描述。 參見圖1，其顯示了本發明的紅外探測器的結構，如圖所示，本發明的紅外 探測器包括硅襯底10,層疊在所述硅襯底10上的探測器犧牲層11、敏感材料 探測層12和犧牲保護層13，犧牲保護層13上具有對應金屬電極14的凹槽，金 屬電極14設置在所述金屬電極圖形凹槽中。探測器犧牲層11為多孔硅犧牲層， 所述敏感材料探測層12為非晶硅或氧化釩等；所述犧牲保護層13可為二氧化 硅(Si02)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、 碳化硅(SiC)等基于Si、 0、 C、
N等成分的介質薄膜,還可為非化學計量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧 化硅，也可為摻有B、 P、 C或F等元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼 硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。
圖1所示的紅外探測器的敏感材料探測層12被犧牲保護層13和金屬電極 14完全遮蔽且與空氣隔離，其可靠性得到大幅提升。
本發明的紅外探測器制造方法中所述的紅外^:測器制作在硅襯底上。參見 圖2，本發明的紅外探測器制造方法首先進行步驟S20，在硅襯底上制作探測器 犧牲層。在本實施例中，所述探測器犧牲層為聚酰亞胺薄膜(polyimide)或者 硅，其分別通過涂^:或者CVD工藝制成。
接著進行步驟S21,在探測器犧牲層上制作敏感材料探測層，所述敏感材料 探測層為非晶硅或氧化釩等。在本實施例中，所述敏感材料探測層為非晶硅， 其通過常壓化學氣相沉積(APCVD)工藝制成。
接著進行步驟S22，在所述敏感材料探測層上沉積一犧牲保護層，所述犧牲 保護層可為二氧化硅(Si02)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、 碳化硅(SiC) 等基于Si、 0、 C、 N等成分的介質薄膜,還可為非化學計量比的上述薄膜，例如 富氧或富硅的二氧化硅，也可為摻有B、 P、 C或F等元素的上述薄膜，例如氟 硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等，上述薄膜可通過ALD、 LPCVD、 PECVD、 APCVD、 SACVD、 HDPCVD等工藝制備。在本實施例中，所述犧牲 保護層為二氧化硅。
參見圖3，結合參見圖1，圖3顯示了完成步驟S22后紅外探測器的結構， 如圖所示，探測器犧牲層ll、敏感材料探測層12和犧牲保護層13依次層疊在 所述硅襯底10上。
接著進行步驟S23,在所述犧牲保護層上涂布光刻月交并光刻出所述金屬電極 圖形。
參見圖4，并結合參見圖3，圖4顯示了完成步驟S21后的紅外探測器的結 構，如圖所示，光刻膠2和犧牲保護層13層疊在敏感材料探測層12上，且光 刻膠2上承載有金屬電極圖形20。
接著進行步驟S24,刻蝕所述犧牲保護層以在其上形成金屬電極圖形凹槽， 其中，所述犧牲保護層與所述敏感材料探測層的刻蝕選擇比大于一預設安全值，
所述預設安全值為10，在此可通過刻蝕氣體為三氟曱烷(CHF3 )、四氟化石灰(CF4 )、 六氟化硫(SF6)、溴化氫(HBr)或氧氣(02)等的等離子干法刻蝕工藝或通 過刻蝕液為稀釋的氬氟酸溶液或緩沖氧化硅蝕刻液(BOE)等的濕法刻蝕工藝刻 蝕所述犧牲保護層。在本實施例中，通過刻蝕氣體為三氟曱烷的等離子千法刻 蝕工藝刻蝕所述犧牲保護層。
參見圖5,并結合參見圖3和圖4，圖5顯示了完成步驟S24后的紅外探測 器的結構，如圖所示，犧牲保護層13上具有金屬電極圖形凹槽20。
接著進行步驟S25，去除光刻膠并沉積金屬層，其中，通過物理氣相沉積工 藝沉積所述金屬層，所述金屬層可為鈦、鉭、上下層疊的氮化鈦和鈦或上下層 疊的氮化鉭和鉭。在本實施例中，所述金屬層為上下層疊的氮化鈦和鈦。
參見圖6,并結合參見圖3至圖5，圖6顯示了完成步驟S25后的紅外探測 器的結構，如圖所示，金屬層3沉積在敏感材料探測層12和犧牲保護層13上。
接著進行步驟S26，在所述金屬層上涂布光刻膠，并光刻出所述金屬電極圖 形的互補圖形。
參見圖7，并結合參見圖3至圖5，圖7顯示了完成步驟S26后的紅外探測 器的結構，如圖所示，光刻膠4沉積在金屬層3上，且光刻膠4上承載有所述 金屬電極圖形的互補圖形21。
接著進行步驟S27，依據所述互補圖形進行刻蝕工藝形成金屬電極。
完成步驟S27后紅外探測器的剖視圖如圖1所示。
需說明的是，本發明中所述的紅外探測器可為非制冷式紅外探測器或制冷 式紅外探測器。
綜上所述，本發明的紅外4采測器在敏感材料探測層上沉積有一犧牲保護層， 所述犧牲層上具有金屬電極圖形凹槽，金屬電極設置在所述凹槽中，如此敏感 材料探測層被犧牲保護層和金屬電極遮蔽，可大大提高所述紅外探測器的可靠 性；本發明的紅外探測器制造方法在制成敏感材料探測層后再沉積一犧牲保護 層且在其上光刻出金屬電極圖形凹槽，并進行所述犧牲保護層與所述敏感材料 探測層的刻蝕選擇比大于IO的刻蝕工藝，接著沉積金屬層并通過光刻和刻蝕工 藝形成金屬電極，如此可避免損傷或污染所述敏感材料探測層，并避免電極之 間的短路，同時可大大提高所述紅外探測器的性能、成品率和可靠性。
權利要求
1、一種紅外探測器，包括硅襯底、依次層疊在該硅襯底上的探測器犧牲層、敏感材料探測層和金屬電極，其特征在于，該敏感材料探測層上沉積有一犧牲保護層，該犧牲保護層上具有金屬電極圖形凹槽，該金屬電極設置在該金屬電極圖形凹槽中。
2、 如權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，該犧牲保護層為二氧化 硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化學計量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化 硅和碳化硅。
3、 如權利要求2所述的紅外探測器，其特征在于，該二氧化硅、氮氧化硅、 氮化硅和碳化硅中摻雜有硼、磷、碳或氟元素。
4、 如權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，該金屬電極為鈦電極、 鉭電極、上下層疊的氮化鈦和鈦電極或上下層疊的氮化鉭和鉭電極。
5、 如權利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，該敏感材料探測層為非 晶硅或氧化釩。
6、 一種權利要求1所述的紅外探測器制造方法，該紅外探測器制作在硅襯 底上，該制造方法包括以下步驟a、在硅襯底上制作^:測器犧牲層；b、在探 測器犧牲層上制作敏感材料探測層；其特征在于，該制造方法還包括以下步驟 c、在該敏感材料探測層上沉積一犧牲保護層；d、在該犧牲保護層上涂布光刻 膠并光刻出該金屬電極圖形；e、刻蝕該犧牲保護層以在其上形成金屬電極圖形 凹槽；f、去除光刻膠并沉積金屬層；g、在該金屬層上通過光刻和刻蝕工藝形 成金屬電極。
7、 如權利要求6所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，在步驟e中， 該犧牲保護層與該敏感材料探測層的刻蝕選擇比大于10 。
8、 如權利要求6所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，在步驟e中， 通過等離子干法刻蝕工藝刻蝕該犧牲保護層，其刻蝕氣體為三氟曱烷、四氟化 碳、六氟化錄u、溴化氫或氧氣。
9、 如權利要求6所述的紅外探測器制造方法，其特征在于，在步驟e中， 通過濕法刻蝕工藝刻蝕該犧牲保護層，其刻蝕液為氫氟酸溶液或緩沖氧化硅蝕 刻液。
全文摘要
本發明提供了一種紅外探測器及其制造方法。現有技術中直接在敏感材料探測層上沉積金屬層并通過光刻和刻蝕工藝形成金屬電極，易損傷或污染該敏感材料探測層并影響探測器的性能，甚至造成金屬電極間的短路。本發明的探測器敏感材料層上沉積有一具有凹槽的犧牲保護層，金屬電極設置在該凹槽中；本發明的紅外探測器制造方法在制成敏感材料探測層后再沉積一犧牲保護層；然后涂布光刻膠并光刻出該金屬電極圖形；接著刻蝕該犧牲保護層以在其上形成金屬電極圖形凹槽；之后去除光刻膠并沉積金屬層；最后通過光刻和刻蝕形成金屬電極。采用本發明可避免損傷或污染該敏感材料探測層，并能避免金屬電極間的短路，可大大提高探測器的性能、成品率和可靠性。
文檔編號H01L31/08GK101183690SQ200710172268
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者姜利軍, 康曉旭 申請人:上海集成電路研發中心有限公司;浙江大立科技股份有限公司