[發(fā)明專利]一種使用非晶碳作為犧牲層制作微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710037813.1
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107055464A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱棟;王鵬;陳文禮;王宏臣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;G01J5/24
• 代理公司: 煙臺(tái)上禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)37234
• 代理人: 劉志毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)工藝制造領(lǐng)域，具體涉及一種使用非晶碳作為犧牲層制作微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

微測(cè)輻射熱計(jì)(Micro-bolometer)是基于具有熱敏特性的材料在溫度發(fā)生變化時(shí)電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化而制造的一種熱探測(cè)器。

非制冷紅外探測(cè)技術(shù)是無(wú)需制冷系統(tǒng)對(duì)外界物體的紅外輻射(IR)進(jìn)行感知并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)處理后在顯示終端輸出的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航天、醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。非制冷紅外探測(cè)器主要包括測(cè)輻射熱計(jì)、熱釋電和熱電堆探測(cè)器等，其中基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))制造工藝的微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器由于其響應(yīng)速率高，制作工藝簡(jiǎn)單且與集成電路制造工藝兼容，具有較低的串音和較低的1/f噪聲，較高的幀速，工作無(wú)需斬波器，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是非制冷紅外探測(cè)器的主流技術(shù)之一。

微測(cè)輻射熱計(jì)的紅外或者太赫茲輻射探測(cè)過(guò)程，主要是通過(guò)懸空的微橋結(jié)構(gòu)來(lái)完成的，所以微測(cè)輻射熱計(jì)的微橋制造是決定其性能的關(guān)鍵因素。它利用犧牲層釋放工藝形成微橋支撐結(jié)構(gòu)，支撐平臺(tái)上的熱敏材料通過(guò)微橋與基底讀出電路相連。犧牲層厚度即光學(xué)諧振腔高度：空腔除了起到熱絕緣作用之外，還可以增強(qiáng)器件對(duì)紅外輻射或者太赫茲輻射的吸收(吸收系數(shù)可高達(dá)90％)，以及定位器件對(duì)紅外或太赫茲吸收的波段。因此犧牲層厚度設(shè)計(jì)為λ/4n(λ是紅外波或太赫茲波波長(zhǎng)，n是空腔介質(zhì)的折射率，真空中n＝1)，λ/4n使空腔諧振吸收得到加強(qiáng)。

為了使紅外或者太赫茲探測(cè)器具有較高的靈敏度(Sensitivity)和較低的噪聲(Noise)，這就要求犧牲層具有精確的高度，從而提供精確的光學(xué)諧振腔高度。犧牲層形成后，還需要在其基礎(chǔ)上制作多層結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)對(duì)平整度的要求非常高，所以犧牲層的平整與均勻也是影響探測(cè)器性能的重要因素。

使用聚酰亞胺作為犧牲層。該犧牲層的制作方法是將聚酰亞胺溶液滴在晶圓上，旋涂覆蓋金屬反射層。該方法由于使用的是旋涂手段，需要經(jīng)驗(yàn)去控制旋涂?jī)x的轉(zhuǎn)速來(lái)控制薄膜旋涂厚度，這種方法難以精確控制薄膜的厚度；制作太赫茲微測(cè)輻射熱計(jì)時(shí)需要制作厚度更大的犧牲層，而使用旋涂的方法難以制作厚膜，從而難以達(dá)到太赫茲微測(cè)輻射熱計(jì)需要的比較高的光學(xué)諧振腔；另外，這種方法會(huì)導(dǎo)致旋涂材料的大量損失，而且容易造成設(shè)備的污染。

聚酰亞胺旋涂之后，會(huì)形成犧牲層薄膜。在旋涂圓盤上不同半徑位置的離心力不同會(huì)導(dǎo)致薄膜的厚度由圓盤中心向邊緣逐漸變薄，從而導(dǎo)致?tīng)奚鼘拥牟黄秸６笃诘脑S多工藝都是基于犧牲層進(jìn)行操作的，這樣就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的結(jié)構(gòu)不平整，從而影響微測(cè)輻射熱計(jì)的敏感度，增加了噪聲；同時(shí)會(huì)影響圖形光刻特征尺寸的均勻性，造成器件性能不佳。

犧牲層釋放時(shí)，需要使用離子轟擊，由于不能準(zhǔn)確控制其釋放時(shí)間，釋放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成其他結(jié)構(gòu)損傷，釋放時(shí)間過(guò)短會(huì)造成犧牲層釋放不完全。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?01380071919.3的專利公開(kāi)了利用非晶碳制作MEMS器件的方法，存在以下缺陷：(1)在制作電學(xué)連接金屬時(shí)采用的是在圖形化后的犧牲層上沉積金屬薄膜，沉積的金屬薄膜可能會(huì)沉積不到底部的電極上，導(dǎo)致電學(xué)連接失效；(2)未對(duì)沉積后的金屬電極進(jìn)行鈍化保護(hù)，易導(dǎo)致金屬電極氧化，從而導(dǎo)致其電學(xué)連接性差；(3)雖然使用非晶碳作為犧牲層，但是在沉積犧牲層之后未對(duì)其進(jìn)行平坦化處理，而是直接沉積金屬，雖然這樣可以增加金屬的粘附性，但是得到結(jié)構(gòu)表面不夠平整，對(duì)后續(xù)沉積或者光刻更 多層結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)影響沉積薄膜的平整度和光刻的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種電學(xué)連接性好，且結(jié)構(gòu)平整度高的使用非晶碳作為犧牲層制作微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種使用非晶碳作為犧牲層制作微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：

步驟1.在包含讀出電路為基底的晶圓上制作金屬反射層，薄膜厚度0.05～0.40μm，對(duì)金屬反射層進(jìn)行圖形化處理，圖形化處理之后的金屬反射層包括若干個(gè)金屬塊，并在圖形化處理之后的金屬反射層沉積一層絕緣介質(zhì)，所述絕緣介質(zhì)為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜；

步驟2.在所述絕緣介質(zhì)層上制備犧牲層，所述犧牲層為非晶碳薄膜，利用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)非晶碳薄膜的制備，制備的薄膜厚度為0.5～500μm，并對(duì)犧牲層進(jìn)行圖形化處理，圖形化處理的犧牲層上形成錨點(diǎn)孔，接著，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝(CMP)對(duì)非晶碳犧牲層表面進(jìn)行平坦化處理；