红外MEMS的支撑孔结构及形成方法与流程

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种mems产品桥梁结构中，能够有效的支撑mems镂空的红外mems的支撑孔结构，可以有效的降低支撑孔结构底部金属断路的问题。

本发明还涉及所述红外mems的支撑孔结构的形成方法。

背景技术：

微机电系统(mems,micro-electro-mechanicalsystem)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。常见的产品包括mems加速度计、mems麦克风、微马达、微泵、微振子、mems压力传感器、mems陀螺仪、mems湿度传感器等以及它们的集成产品。

mems具有以下几个基本特点：微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。mems技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。mems技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域，侧重于超精密机械加工，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。其研究内容一般可以归纳为以下三个基本方面：1.理论基础：在当前mems所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响(scalingeffects)，许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。这一方面的研究虽然受到重视，但难度较大，往往需要多学科的学者进行基础研究。2.技术基础研究：主要包括微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集成技术、微测量等技术基础研究。3.微机械在各学科领域的应用研究。

微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、liga、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

非晶硅是硅的同素异形体形式，能够以薄膜形式沉积在各种基板上，为各种电子应用提供某些独特的功能。非晶硅被用在大规模生产的微机电系统(mems)和纳米机电系统(nems)、太阳能电池、微晶硅和微非晶硅、甚至对于各种基板上的滚压工艺技术都是有用的。传统memes器件比较依赖于在硅基层电路制造中使用的那些典型材料，例如单晶硅，多晶硅，氧化硅和氮化硅。由于mems器件的机械本质，像杨氏模量、热膨胀系数和屈服强度这些材料属性对于mems的设计来说是非常重要的。mems结构中经常会有无支撑(或悬垂)的元件，因此对于薄膜中的应力和应力梯度需要严格控制，否则无支撑元件将会断裂或卷曲，致使结构失效。图1中是一种常见的红外mems桥梁柱结构的示意图，图中包括支撑孔结构，桥梁结构应力释放以后引起的桥梁翘曲，从而影响后续封装测试。

现有的工艺包括如下的步骤，如图4～5所示：

步骤一，在半导体基片上形成金属反射层，图形化后淀积牺牲层并图形化；

步骤二，整体淀积一层保护层及一层感光层；

步骤三，图形化感光层；

步骤四，在桥梁柱以外的支撑孔区域，对支撑孔区域的膜层进行图形化；

步骤五，整体淀积形成金属电极膜；

步骤六，整体淀积形成darc膜(介电抗反射涂层，dielectricantireflectivecoating，darc)并图形化；

步骤七，金属电极膜层进行刻蚀；

步骤八，淀积保护层薄膜，对桥梁柱结构区域进行图形化；

步骤九，对接触pad区进行图形化。

上述工艺在对支撑孔的刻蚀后，湿法清洗过程中对支撑孔底金属的侧面腐蚀容易引起电极断路现象。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种红外mems的支撑孔结构及形成方法，主要改善支撑孔的结构设计，避免支撑孔底部发生断路。

为解决上述问题，本发明所述的一种红外mems的支撑孔结构，所述支撑孔结构在半导体衬底上呈沟槽型，多个膜层覆盖于沟槽中的侧壁及底部；所述支撑孔结构从下至上依次包括：

半导体衬底；

形成于半导体衬底之上的金属反射层；

介质层；

释放层，以及用于释放保护的第一释放保护层；所述释放层及第一释放保护层形成于所述的介质层上；

感光层，所述感光层形成于所述第一释放保护层之上；

金属电极层，所述金属电极层形成于所述感光层之上；

支撑孔金属膜层；所述支撑孔金属膜层形成于所述支撑孔中，位于金属电极层之上；

darc层，所述darc层形成于金属电极层及支撑孔金属膜层之上；

第二释放保护层，所述第二释放保护层形成于darc层之上。

进一步地改进是，在所述桥梁柱结构以外的区域，还具有由其他多种膜层形成的mems结构，在桥梁柱结构区域以外的层次包括衬底、金属反射层、介质层、释放层、第一释放保护层、感光敏感层、金属电极、darc层以及第二释放保护层；

所述第一释放保护层沉积于释放层之上，并一起位于介质层之上；

所述感光敏感层沉积于第一释放保护层之上；

所述darc层淀积于金属电极上之上；

所述第二释放保护层沉积于darc层之上。

进一步地改进是，所述的半导体衬底为硅衬底，是用来读取红外传感信号的电路基片。

进一步地改进是，所述的金属反射层为高反射率的金属薄膜，材料为金、银、铝或者铜，或者是其中几种材料混合体。

进一步地改进是，所述的介质层、第一释放保护层、darc层，均是电性绝缘层，材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和碳化硅中的一种或几种；或者非化学计量比的氮化硅、氮氧化硅的一种或者几种；所述碳化硅可替换氧化硅。

进一步地改进是，所述的感光层，为红外吸收的非晶硅材料。

进一步地改进是，所述的金属电极层，材料为ti/tin结构的金属薄膜。

进一步地改进是，所述的支撑孔金属膜层，其材质为铝。

为解决上述问题，本发明提供一种红外mems的支撑孔结构的形成方法，所述方法包含：

步骤一，在半导体衬底上形成金属反射层，图形化后淀积牺牲层并图形化；

步骤二，整体淀积一层第一释放保护层及一层感光层；

步骤三，图形化感光层；

步骤四，在桥梁柱以外的支撑孔区域，对支撑孔区域的膜层进行图形化；

步骤五，整体淀积形成金属电极层；

步骤六，整体淀积支撑孔金属膜层；

步骤七，支撑孔金属膜层刻蚀图形化；

步骤八，darc膜层电极并刻蚀图形化；

步骤九，对金属电极层进行刻蚀；

步骤十，淀积第二释放保护层并刻蚀图形化；

步骤十一，对接触pad区进行图形化。

进一步地改进是，所述的半导体衬底为用来读取红外传感信号的电路基片。

进一步地改进是，所述的半导体衬底为硅衬底。

进一步地改进是，所述第一释放保护层为氧化硅层，所述金属层为ti/tin层，所述第二释放保护层为氮氧化硅与氧化硅的混合层、氧化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层所形成的复合层。

本发明所述的红外mems的支撑孔结构及形成方法，通过在对支撑孔的刻蚀后，湿法清洗过程中，针对支撑孔底金属的侧面腐蚀引起的电极断路现象，在不改变感应层结构的情况下，对支撑孔改造，追加一层支撑孔金属铝膜层，利用金属铝的流动性防止支撑孔底部的断路，防止缺陷。

附图说明

图1是普通红外mens结构的示意图，包含支撑孔及桥梁柱结构。

图2是本发明提供的红外mems桥梁柱结构，包含有金属膜层的支撑孔。

图3是图2中所述的支撑孔的放大图。

图4～5是现有技术的红外mems结构的制作工艺步骤示意图。

图6是本发明红外mems结构的制作工艺步骤示意图(续图4所示工艺之后，即本发明工艺与现有技术工艺中存在相同的图4所示的工艺流程，图5和图6是现有技术工艺与本发明工艺不同的部分)。

附图标记说明

1是衬底，2是感光层，3是金属电极层，4是第一释放保护层，5是第二释放保护层，6是支撑孔金属层，7是金属反射层，8是释放层，9是darc层。

具体实施方式

本发明所述的红外mems桥梁柱的支撑孔结构，主要针对mems结构桥梁柱的支撑孔膜层进行了改进，由于现有工艺在对支撑孔的刻蚀后，湿法清洗过程中存在支撑孔底金属的侧面腐蚀引起的电极断路的现象。

如图1中所示，图中是一种红外mems结构的剖面图，包含有支撑孔结构，桥梁柱结构以及桥梁柱区域以外的膜层结构，图中支撑孔位于两端，两支撑孔之间为mems结构，本发明主要针对支撑孔结构进行改进。

图2是本发明提供的红外mems桥梁柱结构的剖面图，在所述桥梁柱结构以外的区域，还具有由其他多种膜层形成的mems结构，在桥梁柱结构区域以外的层次包括衬底、金属反射层、介质层、释放层、第一释放保护层、感光敏感层、金属电极、darc层以及第二释放保护层。

针对支撑孔部分，主要参考支撑孔的局部放大图如图3，整体呈沟槽状，包含有多种不同的膜层叠加而成，图3中的结构包括：

半导体衬底1，所述的额半导体衬底为用来读取红外传感信号的电路基片，一般为硅衬底；

形成于半导体衬底之上的金属反射层7；所述的金属反射层为高反射率的金属薄膜，材料为金、银、铝或者铜，或者是其中几种材料混合体。

介质层(图中未示出)；

释放层8，以及用于释放保护的第一释放保护层4；所述释放层8及第一释放保护层4形成于所述的介质层上；

感光层2，为红外吸收的非晶硅材料，所述感光层2形成于所述第一释放保护层4之上；

金属电极层3，所述金属电极层3形成于所述感光层2之上，材料为ti/tin结构的金属薄膜；

支撑孔金属膜层6；所述支撑孔金属膜层6形成于所述支撑孔中，位于金属电极层之上，所述的金属膜层6材质为铝，本发明即是利用金属铝的流动性来防止支撑孔底部的断路。

darc层9，所述darc层9形成于金属电极层3及支撑孔金属膜层6之上；

第二释放保护层5，所述第二释放保护层形成于darc层之上。

所述的介质层、第一释放保护层、darc层，均是电性绝缘层，材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和碳化硅中的一种或几种；或者非化学计量比的氮化硅、氮氧化硅的一种或者几种；所述碳化硅可替换氧化硅。

为解决上述问题，本发明提供一种红外mems的支撑孔结构的形成方法，所述方法结合图4及图6包含：

步骤一，在半导体衬底比如硅衬底上形成金属反射层，图形化后淀积牺牲层并图形化；

步骤二，整体淀积一层第一释放保护层，如氧化硅层，再淀积一层感光层；

步骤三，图形化感光层；

步骤四，在桥梁柱以外的支撑孔区域，对支撑孔区域的膜层进行图形化；

步骤五，整体淀积形成金属电极层，所述金属电极层为ti/tin层；

步骤六，整体淀积支撑孔金属膜层；

步骤七，支撑孔金属膜层刻蚀图形化；

步骤八，darc膜层电极并刻蚀图形化；

步骤九，对金属电极层进行刻蚀；

步骤十，淀积第二释放保护层并刻蚀图形化；所述第二释放保护层为氮氧化硅与氧化硅的混合层、氧化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层所形成的复合层；

步骤十一，对接触pad区进行图形化。

通过上述工艺形成本发明所述的红外mems的桥梁柱(包括支撑孔)的结构。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。