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輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

微測輻射熱計(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器。

非制冷紅外探測技術(shù)是無需制冷系統(tǒng)對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。非制冷紅外探測器主要包括測輻射熱計(jì)、熱釋電和熱電堆探測器等，其中基于mems(微機(jī)電系統(tǒng))制造工藝的微測輻射熱計(jì)紅外探測器由于其響應(yīng)速率高，制作工藝簡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)，是非制冷紅外探測器的主流技術(shù)之一。

微測輻射熱計(jì)的紅外或者太赫茲輻射探測過程，主要是通過懸空的微橋結(jié)構(gòu)來完成的，所以微測輻射熱計(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，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)去控制旋涂儀的轉(zhuǎn)速來控制薄膜旋涂厚度，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)致犧牲層的不平整。而后期的許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)間過長會(huì)造成其他結(jié)構(gòu)損傷，釋放時(shí)間過短會(huì)造成犧牲層釋放不完全。

專利申請?zhí)枮?01380071919.3的專利公開了利用非晶碳制作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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(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)對非晶碳犧牲層表面進(jìn)行平坦化處理；

步驟3.在平坦化后的犧牲層上利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備支撐層，所述支撐層為低應(yīng)力氮化硅薄膜；

步驟4.利用光刻和蝕刻，蝕刻掉所述錨點(diǎn)孔底部的支撐層和絕緣介質(zhì)層，露出下面的金屬塊，形成通孔；

步驟5.利用鎢插塞工藝在所述錨點(diǎn)孔和通孔內(nèi)沉積金屬鎢,形成電學(xué)連接，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝將不平整的金屬鎢表面進(jìn)行平坦化,使其與犧牲層保持在同一水平面上；

步驟6.制備金屬電極層和熱敏層：方法一，在支撐層利用物理氣相沉積制備金屬電極層，并對金屬電極層進(jìn)行圖形化處理；接著，在圖形化后的金屬電極層上沉積電極保護(hù)層，并對電極保護(hù)層進(jìn)行圖形化處理，圖形化后的電極保護(hù)層上形成接觸孔，所述接觸孔終止于圖形化后的金屬電極層；然后，采用離子束沉積或物理氣相沉積的方法在圖形化后的電極保護(hù)層上沉積熱敏層，并對熱敏層進(jìn)行圖形化處理；方法二，先在支撐層上采用離子束沉積物理氣相沉積的方法生長熱敏層，并對其進(jìn)行圖形化處理，再利用物理氣相沉積的方法在熱敏層上制備電極保護(hù)層，并對所述電極保護(hù)層進(jìn)行圖形化處理，圖形化后的電極保護(hù)層上形成接觸孔，所述接觸孔終止于所述熱敏層；然后，在圖形化后的電極保護(hù)層上制備金屬電極層，并對其進(jìn)行圖形化處理；

步驟7.利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的方法在圖形化后熱敏薄膜層或金屬電極層上制備鈍化層，所述鈍化層為低應(yīng)力氮化硅薄膜，并對其進(jìn)行圖形化處理；

步驟8.犧牲層的釋放，把完成鈍化層圖形化的器件放入等離子體灰化裝置或等離子體刻蝕裝置中，利用氧氣等離子體灰化或等離子體刻蝕，去除非晶碳犧牲層，形成最終的微橋結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述絕緣介質(zhì)薄膜的厚度0.02～0.30μm。

進(jìn)一步，所述支撐層厚度為0.10～0.30μm。

進(jìn)一步，所述鈍化層厚度為

進(jìn)一步，所述電極保護(hù)層為氮化硅薄膜。

進(jìn)一步，所述熱敏層為氧化釩薄膜。

本發(fā)明的有益效果是：(1)使用非晶碳薄膜作為犧牲層，非晶碳薄膜是一種具有非晶態(tài)和微晶態(tài)結(jié)構(gòu)的含氫碳膜，它具有高硬度、抗耐磨、光學(xué)透光性、低摩擦系數(shù)及化學(xué)惰性等類似金剛石的優(yōu)異性能非晶碳膜不僅制備溫度低，甚至可以在室溫制備，放寬了對襯底的要求，且非晶碳膜的制備成本低，設(shè)備簡單，容易獲得較大面積的薄膜；(2)在通孔和錨點(diǎn)孔內(nèi)利用塢插塞工藝沉積金屬塢，電學(xué)連接性更好；(3)然后利用化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)對非晶碳薄膜和沉積鎢后的支撐層表面進(jìn)行平坦化處理，提高結(jié)構(gòu)的平整度，不僅減降低了工藝難度，減小了表面形貌對光刻特征尺寸的影響，提高了器件的均勻性，也為制作更大陣列和更小的像元提供基礎(chǔ)；(4)犧牲層的釋放采用氧氣等離子灰化或者等離子刻蝕等方法實(shí)現(xiàn)，不僅可以完全去除犧牲層，還可以只生成二氧化碳，不會(huì)造成對環(huán)境以及其他產(chǎn)品和設(shè)備的污染

附圖說明

圖1為本發(fā)明金屬反射層形成示意圖；

圖2為本發(fā)明犧牲層和支撐層形成示意圖；

圖3為本發(fā)明通孔形成示意圖；

圖4為本發(fā)明金屬塢電學(xué)連接形成示意圖；

圖5為本發(fā)明金屬電極層圖形形成示意圖；

圖6為本發(fā)明接觸孔形成示意圖；

圖7為本發(fā)明熱敏層形成示意圖；

圖8為本發(fā)明微橋結(jié)構(gòu)示意圖；

在附圖中，各標(biāo)號(hào)所表示的部件名稱列表如下：1、帶讀出電路的基底，2、金屬反射層，2-1、金屬塊，3、絕緣介質(zhì)層，4、犧牲層，5、支撐層，6、錨點(diǎn)孔，7、通孔，8、金屬塢，9、金屬電極層，10、接觸孔，11、電極保護(hù)層，12、熱敏層，13、鈍化層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

一種使用非晶碳作為犧牲層制作微測輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.在包含讀出電路為基底1的晶圓上制作金屬反射層2，薄膜厚度0.05～0.40μm，對金屬反射層2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2-1，并在圖形化處理之后的金屬反射層2沉積絕緣介質(zhì)層3，所述絕緣介質(zhì)層3為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，所述絕緣介質(zhì)層3的厚度0.02～0.30μm，如圖1所示。

步驟2.在所述絕緣介質(zhì)層3上制備犧牲層4，所述犧牲層4為非晶碳薄膜，利用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積來實(shí)現(xiàn)非晶碳薄膜的制備，制備的非晶碳薄膜厚度為0.5～500μm，并對犧牲層4進(jìn)行圖形化處理，圖形化處理的犧牲層4上形成錨點(diǎn)孔6，接著，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝(cmp)對非晶碳犧牲層4表面進(jìn)行平坦化，如圖2所示。

步驟3.在平坦化后的犧牲層4上利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備支撐層5，所述支撐層5為低應(yīng)力氮化硅薄膜，所述支撐層5厚度為0.10～0.30μm，如圖2所示。

步驟4.利用光刻和蝕刻，蝕刻掉所述錨點(diǎn)孔6底部的支撐層5和絕緣介質(zhì)層3，露出下面的金屬塊2-1，形成通孔7，如圖3所示。

步驟5.利用鎢插塞工藝在所述錨點(diǎn)孔6和通孔7內(nèi)沉積金屬鎢8,形成電學(xué)連接，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝將不平整的金屬鎢表面進(jìn)行平坦化,使其與犧牲層4保持在同一水平面上，如圖4所示。

步驟6.制備金屬電極層2和熱敏層12：在支撐層5利用物理氣相沉積制備金屬電極層9，并對金屬電極層9進(jìn)行圖形化處理；接著，在圖形化后的金屬電極層9上沉積電極保護(hù)層11，并對電極保護(hù)層11進(jìn)行圖形化處理，圖形化處理后的電極保護(hù)層上形成接觸孔10，所述接觸孔10終止于圖形化后的金屬電極層9，所述電極保護(hù)層11為氮化硅薄膜；然后，采用離子束沉積或物理氣相沉積的方法在圖形化后的電極保護(hù)層上沉積熱敏層12，并對熱敏層12進(jìn)行圖形化處理，所述熱敏層12為氧化釩薄膜，如圖5至圖7所示。

步驟7.利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的方法在圖形化后熱敏層12制備鈍化層13，所述鈍化層13為低應(yīng)力氮化硅薄膜，所述鈍化層13厚度為如圖7所示。

步驟8.犧牲層的釋放，把完成鈍化層圖形化的器件放入等離子體灰化裝置或等離子體刻蝕裝置中，利用氧氣等離子體灰化或等離子體刻蝕，去除非晶碳犧牲層，形成最終的微橋結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

實(shí)施例2

與實(shí)施1不同的是在步驟6中，制備金屬電極層和熱敏層采用方法二：先在支撐層5上采用離子束沉積物理氣相沉積的方法生長熱敏層12，并對其進(jìn)行圖形化處理，再利用物理氣相沉積的方法在熱敏層12上制備電極保護(hù)層11，并對所述電極保護(hù)層11進(jìn)行圖形化處理，圖形化后的電極保護(hù)層11上形成接觸孔10，所述接觸孔10終止于所述熱敏層12；然在圖形化后的電極保護(hù)層11上制備金屬電極層9，并對其進(jìn)行圖形化處理(圖中未畫出)；

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(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)。