Mems雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法和mems紅外探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法和MEMS紅外探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微電子機(jī)械系統(tǒng))是利用集成電路制造技術(shù)和微加工技術(shù)把微結(jié)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、控制處理電路甚至接口和電源等制造在一塊或多塊芯片上的微型集成系統(tǒng)。與傳統(tǒng)紅外探測(cè)器相比，采用MEMS技術(shù)制備的紅外探測(cè)器在體積、功耗、重量以及價(jià)格等方面有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，利用MEMS技術(shù)制作的紅外探測(cè)器已廣泛用于軍事和民用領(lǐng)域。按照工作原理的不同，紅外探測(cè)器主要分為熱電堆、熱釋電和熱敏電阻探測(cè)器等。熱電堆紅外探測(cè)器通過(guò)塞貝克效應(yīng)將紅外輻射導(dǎo)致的溫度變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。熱釋電紅外探測(cè)器是通過(guò)受熱物體中的電荷堆積來(lái)測(cè)量紅外輻射導(dǎo)致的溫度變化。熱敏電阻紅外探測(cè)器通過(guò)讀取電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量紅外輻射導(dǎo)致的溫度變化。目前，MEMS紅外探測(cè)器一般都采用單層懸浮微結(jié)構(gòu)，這種工藝雖很簡(jiǎn)單，但是當(dāng)紅外探測(cè)器芯片尺寸減小時(shí)，用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區(qū)域(膜狀吸收層)相應(yīng)地也會(huì)減小，這樣會(huì)大大降低紅外探測(cè)器的紅外響應(yīng)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，該MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法可以制作出較高紅外響應(yīng)率的紅外探測(cè)器。此外，還提供一種MEMS紅外探測(cè)器。
[0004]—種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟:
[0005]提供基片；
[0006]在基片上形成第一犧牲層；
[0007]將第一犧牲層圖形化；
[0008]在第一犧牲層上淀積第一介質(zhì)層；
[0009]將第一介質(zhì)層圖形化以制作位于所述第一犧牲層上的第一膜體，及連接基片和第一膜體的懸臂梁；
[0010]在第一介質(zhì)層上形成第二犧牲層；
[0011]將位于第一膜體上的第二犧牲層圖形化以制作出用于形成支撐結(jié)構(gòu)的凹部，所述凹部的底部暴露出第一膜體；
[0012]在第二犧牲層上淀積第二介質(zhì)層；
[0013]將第二介質(zhì)層圖形化以制作出第二膜體和所述支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)連接第一膜體和第二膜體；
[0014]去除第一犧牲層和第二犧牲層，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一犧牲層和/或第二犧牲層為聚酰亞胺層。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一犧牲層和第二犧牲層的厚度均為500nm?3000nmo
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的厚度均為10nm?2000nmo
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化娃、氮化娃、
氮氧化硅或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述懸臂梁為兩條，分別位于所述第一膜體的兩側(cè)。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述凹部為一個(gè)，暴露在所述第一膜體的上方且位于第二犧牲層的中間位置。
[0021 ] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二膜體在水平方向上的投影面積比所述第一膜體在水平方向上的投影面積大。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，利用氧離子干法刻蝕工藝去除第一犧牲層和第二犧牲層，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。
[0023]—種MEMS紅外探測(cè)器，包括利用上述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。
[0024]上述MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結(jié)構(gòu)，用該雙層懸浮微結(jié)構(gòu)(具備第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的懸浮微結(jié)構(gòu))制作的紅外探測(cè)器，由于第二介質(zhì)層不需要制作懸臂梁，所以第二介質(zhì)層可以制作得比第一介質(zhì)層大，因而可以比單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器擁有更大的懸浮吸收區(qū)域，從而具備較高的紅外響應(yīng)率。當(dāng)紅外探測(cè)器芯片尺寸減小時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)，盡管用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區(qū)域(第二介質(zhì)層)也相應(yīng)地也會(huì)減小，但是由于第二介質(zhì)層不需要制作懸臂梁，所以第二介質(zhì)層可以制作得比第一介質(zhì)層大，因而即使當(dāng)紅外探測(cè)器芯片尺寸減小時(shí)也可以比單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器擁有更大的懸浮吸收區(qū)域，這樣會(huì)較傳統(tǒng)的單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器大大提高紅外響應(yīng)率。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是一實(shí)施例MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；
[0026]圖2是將第一聚酰亞胺層圖形化后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是制作出第一膜體和懸臂梁后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是制作出第一膜體和懸臂梁后的俯視示意圖；
[0029]圖5是制作出凹部后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是制作出凹部后的俯視示意圖；
[0031]圖7是制作出第二膜體和支撐結(jié)構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8是去除第一聚酰亞胺層和第二聚酰亞胺層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0034]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0035]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0036]圖1是一實(shí)施例MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖。在本實(shí)施例中，第一犧牲層和/或第二犧牲層為聚酰亞胺層。
[0037]—種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟:
[0038]步驟SlOO:提供基片100?；?00應(yīng)該是已布有電路結(jié)構(gòu)的基片。
[0039]步驟S200:在基片100上形成第一聚酰亞胺層200。用涂覆的方式形成第一聚酰亞胺層200，第一聚酰亞胺層200的厚度為500nm?3000nm。
[0040]步驟S300:將第一聚酰亞胺層200圖形化。見(jiàn)圖2，被刻蝕的區(qū)域210用于形成介質(zhì)層與基片的連接區(qū)域。
[0041]步驟S400:在第一聚酰亞胺層200上淀積第一介質(zhì)層300。第一介質(zhì)層300的厚度為10nm?2000nm，材質(zhì)為二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。即第一介質(zhì)層300可以為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層的單層結(jié)構(gòu)，也可以是二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層兩兩組合層疊或三種組合層疊的非單層結(jié)構(gòu)。
[0042]步驟S500:將第一介質(zhì)層300圖形化以制作位于第一聚酰亞胺層200上第一膜體310，及連接基片100和第一膜體310的懸臂梁320。見(jiàn)圖3和圖4，在本實(shí)施例中懸臂梁320為兩條，分別位于第一膜體310的兩側(cè)。懸臂梁320十分細(xì)小，與基底100的接觸面積遠(yuǎn)小于紅外吸收區(qū)域(此處為第一膜體310)，防止紅外能量快速被基片100吸收。使用第一聚酰亞胺層200使第一模體310固定在基片100上。
[0043]步驟S600:在第一介質(zhì)層300上形成第二聚酰亞胺層400。用涂覆的方式形成第二聚酰亞胺層400，第二聚酰亞胺層400的厚度為500nm?3000nm。
[0044]步驟S700:將位于第一膜體310上的第二聚酰亞胺層400圖形化以制作出用于形成支撐結(jié)構(gòu)520的凹部410，凹部410的底部暴露出第一膜體310。見(jiàn)圖5和圖6，凹部410在本實(shí)施例中為一個(gè)，暴露在第一膜體310的上方且位于第二聚酰亞胺層400的中間位置。
[0045]步驟S800:在第二聚酰亞胺層400上淀積第二介質(zhì)層500。第二介質(zhì)層500的厚度為10nm?2000nm，材質(zhì)為二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。即第二介質(zhì)層500可以為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層的單層結(jié)構(gòu)，也可以是二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層兩兩組合層疊或三種組合層疊的非單層結(jié)構(gòu)。
[0046]步驟S900:將第二介質(zhì)層500圖形化以制作出第二膜體510和支撐結(jié)構(gòu)520，支撐結(jié)構(gòu)520連接第一膜體310和第二膜體510。在第二聚酰亞胺層400的凹部410上淀積并圖形化的介質(zhì)層作為支撐結(jié)構(gòu)520，連接支撐結(jié)構(gòu)520四周的區(qū)域形成第二膜體510。見(jiàn)圖7，由于第二介質(zhì)層500上不需要制作懸臂梁，所以第二膜體510在水平方向上的投影面積可以制作得比第一膜體310在水平方向上的投影面積大。使用第二聚酰亞胺層400使第二模體510固定在第一模體310上。
[0047]步驟SllOO:去除第一聚酰亞胺層200和第二聚酰亞胺層400，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖8。利用氧離子干法刻蝕工藝去除第一聚酰亞胺層200和第二聚酰亞胺層400，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。氧離子干法刻蝕工藝其工作原理是在真空系統(tǒng)中通入少量氧氣，加高電壓使氧氣電離，從而形成氧等離子的輝光柱?；钚匝蹩梢匝杆賹⒕埘啺费趸⑸煽蓳]發(fā)氣體，從而實(shí)現(xiàn)刻蝕。第一聚酰亞胺層200和第二聚酰亞胺層400在本方法中屬于犧牲層，在其他實(shí)施例中，所有能夠通過(guò)半導(dǎo)體刻蝕工藝除去的材料都能夠替代聚酰亞胺作為本方法中的犧牲層，半導(dǎo)體刻蝕工藝當(dāng)然包括利用氣體或光來(lái)刻蝕的刻蝕工藝，例如氧離子干法刻蝕工藝。
[0048]用上述MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)制作的MEMS紅外探測(cè)器，第一膜體310和第二膜體510 (主要依靠第二膜體510)都可以用來(lái)吸收紅外的膜狀吸收層，吸收的紅外能量轉(zhuǎn)化的電信號(hào)通過(guò)懸臂梁320傳到基片100的電路結(jié)構(gòu)。
[0049]本發(fā)明還公開(kāi)了一種MEMS紅外探測(cè)器，包括利用上述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。MEMS紅外探測(cè)器例如可以是熱敏電阻紅外探測(cè)器。
[0050]上述MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結(jié)構(gòu)，用該雙層懸浮微結(jié)構(gòu)(具備第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的懸浮微結(jié)構(gòu))制作的紅外探測(cè)器，由于第二介質(zhì)層不需要制作懸臂梁，所以第二介質(zhì)層可以制作得比第一介質(zhì)層大，因而可以比單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器擁有更大的懸浮吸收區(qū)域，從而具備較高的紅外響應(yīng)率。當(dāng)紅外探測(cè)器芯片尺寸減小時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)，盡管用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區(qū)域(第二介質(zhì)層)也相應(yīng)地也會(huì)減小，但是由于第二介質(zhì)層不需要制作懸臂梁，所以第二介質(zhì)層可以制作得比第一介質(zhì)層大，因而即使當(dāng)紅外探測(cè)器芯片尺寸減小時(shí)也可以比單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器擁有更大的懸浮吸收區(qū)域，這樣會(huì)較傳統(tǒng)的單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器大大提高紅外響應(yīng)率。
[0051]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括步驟: 提供基片； 在基片上形成第一犧牲層； 將第一犧牲層圖形化； 在第一犧牲層上淀積第一介質(zhì)層； 將第一介質(zhì)層圖形化以制作位于所述第一犧牲層上的第一膜體，及連接基片和第一膜體的懸臂梁； 在第一介質(zhì)層上形成第二犧牲層； 將位于第一膜體上的第二犧牲層圖形化以制作出用于形成支撐結(jié)構(gòu)的凹部，所述凹部的底部暴露出第一膜體； 在第二犧牲層上淀積第二介質(zhì)層； 將第二介質(zhì)層圖形化以制作出第二膜體和所述支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)連接第一膜體和第二膜體； 去除第一犧牲層和第二犧牲層，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一犧牲層和/或第二犧牲層為聚酰亞胺層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一犧牲層和第二犧牲層的厚度均為500nm?3000nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的厚度均為10nm?2000nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其兩兩組合層疊或三種組合層置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述懸臂梁為兩條，分別位于所述第一膜體的兩側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述凹部為一個(gè)，暴露在所述第一膜體的上方且位于第二犧牲層的中間位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述第二膜體在水平方向上的投影面積比所述第一膜體在水平方向上的投影面積大。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，利用氧離子干法刻蝕工藝去除第一犧牲層和第二犧牲層，得到MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。10.一種MEMS紅外探測(cè)器，其特征在于，包括利用權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】一種MEMS雙層懸浮微結(jié)構(gòu)的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結(jié)構(gòu)，用該雙層懸浮微結(jié)構(gòu)(具備第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的懸浮微結(jié)構(gòu))制作的紅外探測(cè)器，由于第二介質(zhì)層不需要制作懸臂梁，所以第二介質(zhì)層可以制作得比第一介質(zhì)層大，因而可以比單層懸浮微結(jié)構(gòu)的紅外探測(cè)器擁有更大的懸浮吸收區(qū)域，從而具備較高的紅外響應(yīng)率。此外，還公開(kāi)一種MEMS紅外探測(cè)器。
【IPC分類(lèi)】B81B7/02, B81C1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105712284
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410723696
【發(fā)明人】荊二榮
【申請(qǐng)人】無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司