一种探测器的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种探测器的制备方法。背景技术：2.微电子机械系统(micro elector mechanical system，mems)技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不但能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。它具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用在探测器、传感器等诸多领域。3.探测器的mems微桥单元结构通常需要释放工艺去除微桥单元结构下方的牺牲层，形成悬空的微桥单元结构。对于微桥单元结构作为单元的阵列结构，常规工艺释放时，释放气体通过重复单元之间的图形间距，向下与牺牲层进行化学反应，以去除牺牲层；而在反应同时，微桥单元结构上表面直接接触释放气体，因此微桥单元结构也会受到释放气体一定的损伤；由于释放工艺是化学反应，均匀性相对较差，尤其当释放选择比不高时，会造成微桥单元结构表面释放保护层被释放气体反应的时间较长，被刻蚀掉的厚度不均匀，引起释放后微桥单元结构不均匀的问题。4.因此，有必要开发一种新型的探测器的制备方法以改善现有技术存在的上述问题。技术实现要素：5.本发明提供一种探测器的制备方法，用以在改善探测器的微桥单元结构的均匀性问题。6.第一方面，本发明提供一种探测器的制备方法，该方法包括：提供硅衬底，所述硅衬底上形成有读出电路；在所述硅衬底的表面形成金属反射层和介质层；在所述金属反射层和所述介质层表面依次沉积第一牺牲层、第二牺牲层、第一释放保护层和敏感材料探测层、金属电极层，以及图形化金属电极层；沉积形成包覆所述敏感材料探测层和所述金属电极层的第二释放保护层；图形化所述第二释放保护层后进行刻蚀形成暴露部分所述金属反射层的接触孔，以及在所述接触孔内沉积金属，形成支撑结构；沉积第三释放保护层，并图形化形成微桥单元结构，所述微桥单元结构包括所述第一释放保护层、所述敏感材料探测层、所述金属电极层、所述第二释放保护层和所述第三释放保护层；在所述微桥单元结构表面沉积第三牺牲层；进行光刻刻蚀形成梁结构；工艺释放去除所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层，形成悬空的所述微桥单元结构。7.在一种可能的实现方式中，进行光刻刻蚀形成梁结构具体步骤包括：8.进行光刻刻蚀，形成贯穿所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的沟槽，相邻两沟槽之间形成所述梁结构；所述沟槽的尺寸小于梁结构的宽度，所述第三牺牲层设置于所述梁结构的上表面，所述第二牺牲层设置于所述梁结构的下表面，这样可以保护梁结构的上下表面。9.在一种可能的实现方式中，所述第二牺牲层和所述第一牺牲层的材料一致。所述第二牺牲层和所述第三释放保护层之间的释放选择比大于所述第一牺牲层和所述第三释放保护层之间的释放选择比。虽然材料相同，但第三牺牲层、第二牺牲层和所述第一牺牲层厚度可以根据释放速率来决定，从而在释放悬空结构内部牺牲层的同时，会释放掉微桥单元结构顶部的牺牲层，而不会损伤顶部的第三释放保护层，从而间接提高选择比。10.在另一种可能的实现方式中，所述第一牺牲层的材料为非晶硅；所述第二牺牲层和第三牺牲层的材料均为非晶碳。本实施例使用新的材料作为第二牺牲层和第三牺牲层，并保持其厚度较薄，所述第一牺牲层的厚度远大于所述第二牺牲层和所述第三牺牲层的厚度之和，释放工艺中在释放掉第一牺牲层后，可以再用新的释放气体去除第二牺牲层和第三牺牲层，从而实现对微桥单元结构上下表面的保护，得到高性能的结构。11.在一种可能的实现方式中，在所述微桥单元结构表面沉积第三牺牲层之后，还包括：图形化所述第三牺牲层，去除所述微桥单元结构表面的部分所述第三牺牲层，使所述第三牺牲层厚度低于所述梁结构的厚度。12.在其它种可能的实现方式中，所述第三牺牲层的厚度大于所述第二牺牲层的厚度。例如，比例大于2：1，原因是反应气体在微桥单元结构的底部的反应速度更慢。13.在一种可能的实现方式中，还可以包括对所述介质层平坦化，使得所述金属反射层的高度和所述介质层的高度相同。14.在一种可能的实现方式中，所述金属为钨或铝。15.本发明实施例提供的探测器制备方法的有益效果如下：本发明在原有工艺基础上，通过在微桥单元结构下表面增加第二牺牲层，以及在微桥单元结构上表面增加第三牺牲层，当第三牺牲层和第二牺牲层与第一牺牲层的材料一样时，各牺牲层的厚度可以根据释放速率来确定，从而在释放悬空结构内部牺牲层的同时，会释放掉顶部的牺牲层，而不会损伤顶部的释放保护层，从而间接提高选择比。当第三牺牲层和第二牺牲层的材料相同，但第三牺牲层与第一牺牲层的材料不一样时，可以使得第二牺牲层和第三牺牲层的厚度较薄，在释放掉第一牺牲层后，再用新的释放气体去除第二牺牲层和第三牺牲层，从而实现对微桥上下表面的保护，使得探测器的mems微桥单元结构均匀，得到高性能的微桥单元结构。附图说明16.图1为本发明实施例提供的一种探测器的立体结构示意图；17.图2为本发明实施例提供的图1中的探测器的剖面结构示意图；18.图3为本发明实施例提供的一种探测器的制造方法流程示意图；19.图4a至图4h所示为本发明实施例中微桥单元结构的制作方法的流程示意图。20.其中，10-衬底，11-读出电路，12-介质层，13-金属反射层，14-支撑结构，15-微桥单元结构，151-第一释放保护层，152-敏感材料探测层，153-金属电极层，21.154-第二释放保护层，155-第三释放保护层，161-第一牺牲层，162-第二牺牲层，163-第三牺牲层。具体实施方式22.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。其中，在本发明实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本发明的限制。如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。23.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。24.在本发明实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。25.图1为本发明实施例提供的一种探测器的立体结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种探测器的剖面示意图。参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种探测器，该探测器依次包括硅衬底10；覆盖在该硅衬底10上的读出电路11、介质层12、金属反射层13、支撑结构14和位于所述支撑结构14上层的微桥单元结构15和两个梁结构a，微桥单元结构15通过所述梁结构a与所述支撑结构14相连接。26.其中，所述微桥单元结构15包括：第一释放保护层151、敏感材料探测层152、金属电极层153、第二释放保护层154和第三释放保护层155。其它可能的实现方式中，所述微桥单元结构15还可以包括介质绝缘层、吸收层和增透材料层(图2中未示出)。27.值得说明的是，图1中的梁结构a是本发明实施例提供的一种示意性的形状，梁结构a还可以包括其它蛇形或者其它不规则形状，本技术实施例对此并不作限定。28.其中，第二释放保护层154在结构上包覆敏感材料探测层152和金属电极层153，用以对敏感材料探测层152和金属电极层153加以保护。示例性的，金属反射层13可采用铝材料。敏感材料探测层152的材料可采用非晶硅或氧化钒。在本发明一实施例中，金属电极层153可为钛电极、钽电极、上下层叠的氮化钛和钛电极以及上下层叠的钽和氮化钽电极之一或其组合。29.在本发明一实施例中，上述第一释放保护层151、第二释放保护层154和第三释放保护层155可以为二氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sion)、氮化硅(sin)、碳化硅(sic)等基于硅、氧、碳、氮等成分的薄膜，也可为非化学计量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅膜层，也可为掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(fsg)、硼硅玻璃(bpsg)或磷硅玻璃(psg)等，以及上述材料所构成的复合膜层。30.一种可能的实施方式中，位于金属反射层13中各金属反射图案之间的介质层12的高度与金属反射层13的高度一致。具体来说，介质层12可采用二氧化硅、氮氧化硅、或者掺有氟等杂质元素的二氧化硅、氮氧化硅。31.图3为本发明提供的一种探测器的制造方法流程示意图。32.s301，制作硅衬底10，所述硅衬底上形成有读出电路11。33.本实施例中，探测器的读出电路11由标准的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)工艺制作，参见图4a。34.s302，在所述硅衬底10的表面形成金属反射层13和介质层12。35.具体来说，一种可能的实施例中，可以先在所述硅衬底10的表面形成金属反射层13并图形化，之后在所述金属反射层13上形成介质层12。本实施例可以使用光刻、刻蚀等工艺实现金属反射层13的图案，金属反射层13的作用是作为光谱的反射层，提高探测器的吸收，从而提高探测器的响应度。本实施例中，金属反射层13由物理气相沉积(pvd)技术形成，该金属材料可以是铝、钽、钛等金属薄膜。探测器的金属反射层13通过金属通孔与读出电路11实现电连接，参见图4a所示。36.一种可能的实施例中，还可以进一步对所述介质层12平坦化使得所述金属反射层13的高度和所述介质层12的高度相同，介质层13所采用的介质材料可为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅之一或其组合，和/或掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅之一或其组合。37.s303，在所述金属反射层13和所述介质层12表面依次沉积第一牺牲层161、第二牺牲层162、第一释放保护层151和敏感材料探测层152、金属电极层153，以及图形化金属电极层153。38.示例性的，如图4b所示，在所述介质层12上层沉积第一牺牲层161。之后，如图4c所示，在第一牺牲层161上层沉积第二牺牲层162，以及在第二牺牲层162上层沉积第一释放保护层151和敏感材料探测层152，之后在所述敏感材料探测层152表面沉积金属电极层153，金属电极层153用于实现电接触，之后对金属电极层153进行图形化。39.s304，沉积形成包覆所述敏感材料探测层152和所述金属电极层153的第二释放保护层154。40.示例性的，如图4d所示，在金属电极层153上层沉积第二释放保护层154。其中，第二释放保护层154包覆住敏感材料探测层152和金属电极层153，从而在进行释放工艺时，能够有效地对敏感材料探测层152和金属电极层153进行保护；同时，在制造过程和使用过程中，隔离外界的污染和损伤，提高敏感材料探测层152的可靠性；另外，也可以避免金属电极层153的短路。41.s305，图形化所述第二释放保护层154后进行刻蚀形成暴露部分所述金属反射层的接触孔，以及在所述接触孔内沉积金属，形成支撑结构14。42.其中，所述金属可以为钨或铝。示例性的，如图4e所示，本实施例可以利用光刻和刻蚀实现支撑结构14的待填充图形，然后使用大马士革铜互连工艺中标准的铜电镀工艺和化学机械抛光工艺，完成支撑结构14的填充和图形化。支撑结构14既作为第一牺牲层161和第二牺牲层162释放后微桥单元结构15的支撑结构，也作为微桥单元结构15与金属反射层13的电连接结构。43.s306，沉积第三释放保护层155，并图形化形成微桥单元结构15。44.示例性地，如图4f所示，在上述结构的表面沉积第三释放保护层155，同样的，第三释放保护层155覆盖在所述第二释放保护层154和所述支撑结构14的上表面，能够有效地对支撑结构14进行保护；同时，在制造过程和使用过程中，隔离外界的污染和损伤。可见，所述微桥单元结构15包括所述第一释放保护层151、所述敏感材料探测层152、所述金属电极层153、所述第二释放保护层154和所述第三释放保护层155。45.s307，在所述微桥单元结构15表面沉积第三牺牲层163。46.示例性地，如图4g所示，在所述微桥单元结构15表面沉积第三牺牲层163。可见，第三牺牲层163位于微桥单元结构的上表面，第二牺牲层162位于微桥单元结构的下表面，第二牺牲层162和第三牺牲层163将微桥单元结构包覆。可选地，所述第三牺牲层的厚度大于所述第二牺牲层的厚度。例如，比例大于2：1，原因是反应气体在微桥单元结构的底部的反应速度更慢。47.s308，进行光刻刻蚀形成梁结构a。48.一种可能的实施例中，进行光刻刻蚀形成梁结构具体步骤包括：进行光刻刻蚀，形成贯穿所述第一牺牲层161、所述第二牺牲层162和所述第三牺牲层163的至少两个沟槽，相邻两沟槽之间形成一梁结构a。49.示例性地，形成的沟槽如图4h所示，从图中可见，刻蚀形成四个沟槽，临近的两沟槽之间形成微桥单元结构15的梁结构a，共形成两个梁结构a。所述微桥单元结构15通过所述梁结构a与所述支撑结构14相连接。50.在一种可能的实现方式中，所述沟槽的尺寸l小于梁结构的宽度d，所述第三牺牲层163、第二牺牲层162和所述第一牺牲层161覆盖所述梁结构a的上表面和下表面，因为第三牺牲层设置于梁结构的上表面，第二牺牲层设置于梁结构的下表面，牺牲层保护梁结构a的上表面和下表面，且有一定厚度，如第三牺牲层163的厚度》0.05um，梁结构的厚度小，结构区域的上表面和下表面的牺牲层一起被释放，因梁结构旁侧设有沟槽，所以释放牺牲层速度更快，这样可以保护梁结构的上表面和下表面。51.在一种可能的实现方式中，在所述微桥单元结构表面沉积第三牺牲层163之后，还包括：图形化，去除所述微桥单元结构表面的部分牺牲层，所述第三牺牲层163厚度h小于所述梁结构a的厚度h。52.s309，工艺释放去除所述第一牺牲层161、所述第二牺牲层162和所述第三牺牲层163，形成悬空的所述微桥单元结构15。53.示例性地，释放之后的悬空的所述微桥单元结构15如图2所示。54.本实施例中，在一种可能的实现方式中，所述第三牺牲层163、所述第二牺牲层162和所述第一牺牲层161的材料一致，可以均为非晶硅或非晶碳，由增强等离子化学气相沉积(pecvd)技术形成。所述第二牺牲层162或所述第三牺牲层163与所述第三释放保护层155之间的释放选择比大于所述第一牺牲层161和所述第三释放保护层155之间的释放选择比。虽然材料相同，但第三牺牲层163、第二牺牲层162和所述第一牺牲层161厚度可以根据释放速率来决定，从而在释放悬空结构内部牺牲层的同时，会释放掉微桥单元结构顶部的第三牺牲层163，而不会损伤顶部的释放保护层，从而间接提高选择比。55.在另一种可能的实现方式中，所述第一牺牲层的材料为非晶硅；所述第二牺牲层和第三牺牲层的材料均为非晶碳。本实施例使用新的材料作为第二牺牲层162和第三牺牲层163，并保持其厚度较薄，所述第一牺牲层161的厚度远大于所述第二牺牲层162和所述第三牺牲层163的厚度之和，释放工艺中在释放掉第一牺牲层161后，可以再用新的释放气体去除第二牺牲层162和第三牺牲层163，从而实现对微桥单元结构15上下表面的保护，得到高性能的结构。56.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。57.总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。