一种新型红外探测器及制备方法与流程

1.本发明涉及半导体的技术领域，尤其涉及一种新型红外探测器及制备方法。


背景技术：

2.非制冷式红外探测器产品的核心结构是微桥谐振腔结构，传统红外探测器微桥谐振腔结构是通过利用si或sio2或有机物作为牺牲层，通过释放工艺来实现的，其中有机物牺牲层会给生产线带来有机污染，无法大规模使用；而另外两种牺牲层在释放时，释放气体可能会损伤其他膜层，因此，微桥结构的上下表面均设置有释放保护层，再加上敏感层、电极层、结构层、吸收层等，导致整个结构膜层过于复杂，其结构应力控制非常困难，且性能也会因膜层的堆叠而下降。同时，由于敏感层电阻会受到集成工艺的影响，最终产品敏感层的电阻值会变化范围较大，也会影响产品的测试校准成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中利用si或sio2或有机物作为牺牲层，易造成有机污染，其释放气体可能会损伤其他膜层，整个结构膜层过于复杂等缺陷，提供一种新型红外探测器及制备方法。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种新型红外探测器，包括设置在带处理电路的衬底上的微桥谐振腔结构，所述微桥谐振腔结构包括牺牲层、支撑与电连接孔和功能层，所述牺牲层采用碳基材料制成，所述功能层覆盖在整个微桥的表面，并将填充在支撑与电连接孔内的牺牲层封住。
6.进一步，所述微桥谐振腔结构还包括敏感层以及设置在敏感层上方的功能层，所述敏感层中与功能层相接触的全部区域或者部分区域设置有电阻调节区。
7.进一步，所述电阻调节区通过热处理工艺，使对应区域功能层内部的杂质扩散到敏感层形成。
8.进一步，所述功能层中与敏感层相接触的全部区域或者部分区域含有指定掺杂浓度的杂质，或者整个功能层的全部区域均含有指定掺杂浓度的杂质。
9.进一步，所述杂质设置为b、p、as、te、sb、in的sio2、sion、sin或sic材料中的一种或者多种。
10.进一步，所述支撑与电连接孔的底部和侧壁由外到内包括第一金属层和第二金属层，其顶部外围由下至上包括第一金属层和第二金属层，且第一金属层与电阻调节区相接。
11.进一步，所述第一金属层和第二金属层采用相同或者不同的材料制成，所述材料包括ti\tin、ta\tan、tin、tan或者pt。
12.进一步，所述第二金属层的厚度大于第一金属层的厚度。
13.进一步，所述微桥谐振腔结构从下到上依次包括带处理电路的衬底、顶层金属层及作为反射层的顶层金属层、碳基牺牲层及嵌在碳基牺牲层内的支撑与电连接孔、敏感层、敏感层内的电阻调节区、电极层、功能层、吸收层，所述电极层包括第一金属层和第二金属
层。
14.一种新型红外探测器的制备方法，包括以下步骤：
15.a)在带处理电路的衬底上沉积顶层金属层，再进行图形化处理，然后填充介质使其平坦化，再依次沉积第一碳基牺牲层和敏感层；
16.b)光刻刻蚀敏感层和第一碳基牺牲层，停在顶层金属层上，形成支撑与电连接孔；
17.c)沉积第一金属层
18.d)沉积第二碳基牺牲层；
19.e)对第二碳基牺牲层进行图形化处理，去除支撑与电连接孔内以及其顶部外围区域的第二碳基牺牲层，并去除光刻胶；
20.f)沉积第二金属层；
21.g)对第二金属层进行图形化处理，然后使用氧等离子体去除剩余微桥表面的第二碳基牺牲层，再沉积第三碳基牺牲层，将支撑及电连接孔填满；
22.h)使用氧等离子体全片刻蚀第三碳基牺牲层，仅保留支撑及电连接孔内的第三碳基牺牲层；
23.i)图形化形成微桥表面的第一金属层的图形；
24.j)依次沉积功能层和吸收层，并图形化处理；
25.k)对功能层进行热处理，使其内部的杂质扩散到与之相接触的下方敏感层，在敏感层内的电阻调节区；
26.l)释放第一碳基牺牲层，完成器件制备。
27.本发明有益的技术效果在于：
28.1、使用碳基材料作牺牲层，使用氧气作为释放气体，该释放气体不会对常规的敏感层和电极层等关键膜层造成损伤，同时，在敏感层上设置较薄的电极层，以实现真空匹配，但在在支撑和电连接孔顶部和侧壁上，设置更厚的导电电极材料，以降低寄生电阻并增强电连接，并用碳基牺牲层充满，以增强支撑效果；另外，以功能层覆盖整个微桥表面，并将填充在支撑和电连接孔内的碳基牺牲层封住，以防后续释放对其造成的损伤。
29.2、通过在敏感层的部分区域上直接覆盖一层功能层，该功能层是含有指定浓度掺杂元素的介质，这样后续热处理时，将功能层内的杂质扩散到敏感层内，从而形成敏感层电阻调节区域，以便于优化和调节敏感层的电阻值。
30.3、最终使得整个微桥谐振腔结构的表面膜层结构更加简化，从而降低微桥结构应力平衡的难度，同时降低额外膜层带来的成本，大幅度提升产品的性能，极具应用前景。
附图说明
31.图1为本发明的总体流程示意图；
32.图2为本发明的总体结构制作过程的图示示意图；
33.其中，1
‑
衬底，2
‑
牺牲层，21
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第一碳基牺牲层，22
‑
第二碳基牺牲层，23
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第三碳基牺牲层，3
‑
功能层，4
‑
支撑与电连接孔，5
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敏感层，6
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电极层，61
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第一金属层，62
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第二金属层，7
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电阻调节区，8
‑
顶层金属层，9
‑
吸收层。
具体实施方式
34.下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
35.本发明提供了一种新型红外探测器，包括设置在带处理电路的衬底1上的多个微桥谐振腔结构，每个微桥谐振腔结构包括牺牲层2、功能层3和支撑与电连接孔4，该牺牲层2均采用碳基材料制成，该功能层3覆盖在整个微桥的表面，并将填充在支撑与电连接孔4内的碳基材料制成的牺牲层2封住。这样，使用碳基材料代替传统的si或sio2或有机物作为牺牲层，使用氧气作为释放气体，该释放气体不会对常规的敏感层5和电极层6等关键膜层造成损伤，同时利用牺牲层2对支撑与电连接孔4进行填充，并以功能层3覆盖在整个微桥表面，增强了支撑效果，也可以防止后续释放对其造成的损伤。
36.另外，鉴于图形化工艺，该微桥谐振腔结构中敏感层5的有些区域直接位于功能层3之下，即与功能层3直接相接触，这些相接触的全部区域或者部分区域设置为电阻调节区7，该电阻调节区7可以通过热处理工艺，使对应区域功能层3内部的杂质扩散到敏感层5形成。该功能层3中与敏感层5直接相接触的全部区域或者部分区域含有指定掺杂浓度的杂质，或者整个功能层3都含有指定掺杂浓度的杂质，其杂质可以设置为b、p、as、te、sb、in的sio2、sion、sin或sic等材料中的一种或者多种。这样，非常方便优化和调节敏感层5的电阻值，缩小敏感层5电阻值的变化范围，减少最终产品的测试校准成本。
37.具体地，该微桥谐振腔结构从下到上依次包括带处理电路的衬底1、顶层金属层8及作为反射层的顶层金属层、碳基材料制成的牺牲层2及嵌在牺牲层内的支撑与电连接孔4、敏感层5、敏感层5内的电阻调节区7、电极层6、功能层3、吸收层9，其中，该电极层6包括第一金属层61和第二金属层62，该支撑与电连接孔4的底部与顶层金属层8电连接，其底部和侧壁由外到内包括第一金属层61和第二金属层62，其顶部外围由下至上包括第一金属层61和第二金属层62，且第一金属层61与电阻调节区7相接，第二金属层62可以不与电阻调节区7连接。
38.考虑到微桥谐振腔结构的电极层6要尽可能薄，而支撑与电连接孔4的侧壁要厚，支撑效果才会有保障，因此，本申请的电极层6采用双层结构，第二金属层62比较厚，主要集中在支撑与电连接孔4的内部及顶部外围，确保支撑与电连接孔4有足够的支撑力，同时也可以与顶层金属层8有良好的电连接效果，而第一金属层61主要分布在微桥的表面，确保其具有足够高的电阻值，满足器件真空匹配的性能要求。
39.由于支撑与电连接孔4的内部被碳基牺牲层填充，而微桥表面的电极层6上还依次沉积有功能层3、吸收层9，后续释放牺牲层2产生的气体也不会对其造成损伤，因此，第一金属层61和第二金属层62可以采用相同或者不同的材料制成，如ti和tin、ta和tan、tin、tan或者pt等等。
40.本发明还提供了一种基于上文所述的新型红外探测器的制备方法，如图1和2所示，包括以下步骤：
41.步骤a)在带处理电路的衬底1上沉积顶层金属层8，再进行图形化处理，部分顶层金属层8作为反射层存在，然后填充介质使其平坦化，方便后续膜层的沉积提供平整的基础，再依次沉积第一碳基牺牲层21和敏感层5；
42.步骤b)光刻并刻蚀敏感层5和第一碳基牺牲层21，停在顶层金属层8上，形成支撑与电连接孔4，该支撑与电连接孔4不能设置在作为反射层的顶层金属层8上；
43.步骤c)沉积第一金属层61，该第一金属层61作为芯片真正的电极层6存在，相对后续工艺中沉积的第二金属层62，可以设置薄些，如10a
‑
2000a；
44.步骤d)沉积第二碳基牺牲层22；
45.步骤e)对第二碳基牺牲层22进行图形化处理，去除支撑与电连接孔4内以及其顶部外围邻近区域的第二碳基牺牲层22，并湿法去除光刻胶；
46.步骤f)沉积第二金属层62；
47.步骤g)对第二金属层62进行图形化处理，保留支撑与电连接孔4内以及其顶部外围邻近区域的第二金属层62，该第二金属层62主要用于提高支撑与电连接孔4的支撑作用，同时还可以确保与顶层金属层8有良好的电连接，因此，相比第一金属层61，可以设置厚些，如2000a
‑
1μm，然后使用氧气等离子体去除剩余微桥表面的第二碳基牺牲层22，再沉积第三碳基牺牲层23，将支撑及电连接孔4填满；
48.步骤h)使用氧气等离子体全片刻蚀(blanket etch)第三碳基牺牲层23，仅保留支撑及电连接孔4内的第三碳基牺牲层23，进一步增加其支撑力，该第三碳基牺牲层23可以有空隙；
49.步骤i)图形化并用湿法刻蚀形成微桥表面的第一金属层61的图形，为后续形成敏感层5内的电阻调节区7做准备；
50.步骤j)依次沉积功能层3和吸收层9，并图形化处理，此时的功能层3将填充在支撑及电连接孔4内的第三碳基牺牲层23封住，覆盖在整个微桥的表面，从而使吸收层9也覆盖整个微桥的表面，增加了对光的吸收面积，有助于提升产品的性能，另外，为了方便后续电阻调节区7的形成，该功能层3与敏感层5相接触的全部区域或者部分区域含有指定掺杂浓度的杂质，或者整个功能层都含有指定掺杂浓度的杂质，其杂质可以设置为b、p、as、te、sb、in的sio2、sion、sin或sic等材料中的一种或多种；
51.步骤k)根据实际需要，对功能层3中含有杂质的区域进行热处理，使其内部的杂质扩散进入敏感层5内的对应区域，从而形成电阻调节区7，当然也可以采用其他工艺方法实现，如注射；
52.步骤l)释放第一碳基牺牲层，完成制备。
53.以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。