[发明专利]一种热敏薄膜红外探测器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测领域，具体涉及一种热敏型红外探测器的制造工艺，特别是针对热敏材料的保护以及制造工艺的简化方面，提出了新的方法。

背景技术

近年来，红外探测领域正在经历一次革命，以微测辐射热计为代表的非致冷红外成像技术获得了重要突破并实现商业量产化。它不仅解决了红外摄像技术中最为突出的要求低温（～77K）冷却工作的条件，还实现同读出电路的大规模或超大规模集成，实现了高密度、小型化、便携带和易于操作的红外热像仪。同时这种技术也适合采用大规模集成电路制作技术批量生产，使红外热摄像仪成本低廉化，解决了红外热摄像系统长期以来价格居高不下的问题，使得红外热像仪不仅在军用方面，而且在民用方面得到广泛的推广和应用，成为当今红外成像技术最引人瞩目的突破技术之一。微测辐射热计（Micro-bolometer）是基于具有热敏特性的材料在温度发生变化时电阻值发生相应的变化而制造的一种非致冷红外探测器。它响应速率高，具有极低的噪声水平，它工作时无需斩波器辅助，便于大规模生产。工作时，在热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源，入射红外辐射引起的温度变化使得热敏电阻阻值减小，从而使电流、电压发生改变，并由读出电路（ROIC）读出电信号的变化。

作为热敏电阻的材料必须具有较高的电阻温度系数（TCR：temperature coefficient of resistance），较低的热噪声，约翰逊噪声（Johnson Noise），1/f噪声，以及适当的电阻值和稳定的电性能。目前主流的热敏材料包括氧化钒（VO_x）、非晶硅（α-Si）以及高温超导材料（YBCO）等。其中，VO_x薄膜由于TCR高，绝对值大于2.0%K^-1，且沉积温度较低，与集成电路工艺兼容，制备方法相对简单以及低的噪声系数等优点，在非致冷红外探测器领域得到了广泛的应用。目前，世界上约有70%的非致冷红外探测器都使用了基于VO_x薄膜作为热敏材料制造而成的。在焦平面红外探测器的制备过程中，氧化钒薄膜方块电阻值及电阻温度系数的大小是影响探测器性能和成品率的关键。金属钒的化学性质活泼，与氧气反应生成钒的氧化物共有多达13种不同的相结构，热敏材料使用混合相VO_x薄膜在探测器制备过程中也很容易与环境中的氧气或水汽反应，改变原有的相结构，影响VO_x薄膜的电阻特性和TCR。

传统技术在制备红外探测器时，通常在氧化钒热敏层上涂覆光阻，光刻工艺后，通过干法蚀刻得到VO_x图形，即形成热敏电阻。但是，干法去胶的O等离子体会导致VO_x发生相变，从而导致VO_x的电阻发生改变，导致电阻不可控，波动大，变化不可逆，从而影响器件的性能和良率。如果采用湿法去胶，不可避免的与H₂O分子接触，也会导致VO_x薄膜表面发生化学反应，从而影响VO_x的质量。后继工艺是沉积一层低应力Si₃N₄，厚度在500                                                ～1200 。然后图形化支撑柱（Anchor）位置的通孔（Via），支撑台面(Platform)上的接触孔（Contact），因涉及两次光刻工艺，导致对位误差，并且增加成本和降低良率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用氧化钒薄膜作为热敏材料的红外探测器的制备方法，防止氧化钒薄膜在图形化过程中，尤其是图形化后的干法和湿法去胶过程中发生钒的价态变化，导致薄膜的热学和电学性能发生改变，从而影响探测器性能。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种热敏薄膜红外探测器制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在红外探测器的读出电路上依次沉积牺牲层、热敏层和保护层，其中所述热敏层的材料为氧化钒，所述保护层的材料为氮化硅或二氧化硅；

步骤2：同时对保护层和热敏层进行图形化，并对图形化后的热敏电阻表面进行去胶处理；

步骤3：在图形化的热敏层和保护层上沉积介质层；

步骤4：在沉积完介质层后，进行器件的通孔和接触孔图形化，所述通孔的蚀刻终止于读出电路的电极处，所述接触孔的蚀刻终止于热敏层表面；

步骤5：在经过通孔和接触孔图形化后圆片表面沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化；