Mems雙層懸浮微結構的制作方法和mems紅外探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法和MEMS紅外探測器。
【背景技術】
[0002]MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微電子機械系統)是利用集成電路制造技術和微加工技術把微結構、微傳感器、微執行器、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。與傳統紅外探測器相比，采用MEMS技術制備的紅外探測器在體積、功耗、重量以及價格等方面有十分明顯的優勢。目前，利用MEMS技術制作的紅外探測器已廣泛用于軍事和民用領域。按照工作原理的不同，紅外探測器主要分為熱電堆、熱釋電和熱敏電阻探測器等。熱電堆紅外探測器通過塞貝克效應將紅外輻射導致的溫度變化轉換為電壓信號輸出。熱釋電紅外探測器是通過受熱物體中的電荷堆積來測量紅外輻射導致的溫度變化。熱敏電阻紅外探測器通過讀取電阻阻值的變化來測量紅外輻射導致的溫度變化。目前，MEMS紅外探測器一般都采用單層懸浮微結構，這種工藝雖很簡單，但是當紅外探測器芯片尺寸減小時，用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區域(膜狀吸收層)相應地也會減小，這樣會大大降低紅外探測器的紅外響應率。
【發明內容】
[0003]基于此，有必要提供一種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，該MEMS雙層懸浮微結構的制作方法可以制作出較高紅外響應率的紅外探測器。此外，還提供一種MEMS紅外探測器。
[0004]—種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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層；
[0009]將第一介質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構的凹部，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層；
[0013]將第二介質層圖形化以制作出第二膜體和所述支撐結構，所述支撐結構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雙層懸浮微結構。
[0015]在其中一個實施例中，所述第一犧牲層和/或第二犧牲層為聚酰亞胺層。
[0016]在其中一個實施例中，所述第一犧牲層和第二犧牲層的厚度均為500nm?3000nmo
[0017]在其中一個實施例中，所述第一介質層和第二介質層的厚度均為10nm?2000nmo
[0018]在其中一個實施例中，所述第一介質層和第二介質層的材質為二氧化娃、氮化娃、
氮氧化硅或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。
[0019]在其中一個實施例中，所述懸臂梁為兩條，分別位于所述第一膜體的兩側。
[0020]在其中一個實施例中，所述凹部為一個，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 ] 在其中一個實施例中，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]在其中一個實施例中，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雙層懸浮微結構。
[0023]—種MEMS紅外探測器，包括利用上述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結構。
[0024]上述MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結構，用該雙層懸浮微結構(具備第一介質層和第二介質層的懸浮微結構)制作的紅外探測器，由于第二介質層不需要制作懸臂梁，所以第二介質層可以制作得比第一介質層大，因而可以比單層懸浮微結構的紅外探測器擁有更大的懸浮吸收區域，從而具備較高的紅外響應率。當紅外探測器芯片尺寸減小時，相對于傳統的單層懸浮微結構的紅外探測器來說，盡管用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區域(第二介質層)也相應地也會減小，但是由于第二介質層不需要制作懸臂梁，所以第二介質層可以制作得比第一介質層大，因而即使當紅外探測器芯片尺寸減小時也可以比單層懸浮微結構的紅外探測器擁有更大的懸浮吸收區域，這樣會較傳統的單層懸浮微結構的紅外探測器大大提高紅外響應率。
【附圖說明】
[0025]圖1是一實施例MEMS雙層懸浮微結構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構示意圖；
[0027]圖3是制作出第一膜體和懸臂梁后的結構示意圖；
[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構示意圖；
[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構后的結構示意圖；
[0032]圖8是去除第一聚酰亞胺層和第二聚酰亞胺層后的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內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和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0035]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0036]圖1是一實施例MEMS雙層懸浮微結構的制作方法的流程圖。在本實施例中，第一犧牲層和/或第二犧牲層為聚酰亞胺層。
[0037]—種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，包括步驟:
[0038]步驟SlOO:提供基片100。基片100應該是已布有電路結構的基片。
[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。見圖2，被刻蝕的區域210用于形成介質層與基片的連接區域。
[0041]步驟S400:在第一聚酰亞胺層200上淀積第一介質層300。第一介質層300的厚度為10nm?2000nm，材質為二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。即第一介質層300可以為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層的單層結構，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構。
[0042]步驟S500:將第一介質層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。見圖3和圖4，在本實施例中懸臂梁320為兩條，分別位于第一膜體310的兩側。懸臂梁320十分細小，與基底100的接觸面積遠小于紅外吸收區域(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構520的凹部410，凹部410的底部暴露出第一膜體310。見圖5和圖6，凹部410在本實施例中為一個，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上淀積第二介質層500。第二介質層500的厚度為10nm?2000nm，材質為二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或其兩兩組合層疊或三種組合層疊。即第二介質層500可以為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層的單層結構，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構。
[0046]步驟S900:將第二介質層500圖形化以制作出第二膜體510和支撐結構520，支撐結構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層作為支撐結構520，連接支撐結構520四周的區域形成第二膜體510。見圖7，由于第二介質層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雙層懸浮微結構，見圖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雙層懸浮微結構。氧離子干法刻蝕工藝其工作原理是在真空系統中通入少量氧氣，加高電壓使氧氣電離，從而形成氧等離子的輝光柱。活性氧可以迅速將聚酰亞胺氧化并生成可揮發氣體，從而實現刻蝕。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，在其他實施例中，所有能夠通過半導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，半導體刻蝕工藝當然包括利用氣體或光來刻蝕的刻蝕工藝，例如氧離子干法刻蝕工藝。
[0048]用上述MEMS雙層懸浮微結構制作的MEMS紅外探測器，第一膜體310和第二膜體510 (主要依靠第二膜體510)都可以用來吸收紅外的膜狀吸收層，吸收的紅外能量轉化的電信號通過懸臂梁320傳到基片100的電路結構。
[0049]本發明還公開了一種MEMS紅外探測器，包括利用上述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結構。MEMS紅外探測器例如可以是熱敏電阻紅外探測器。
[0050]上述MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結構，用該雙層懸浮微結構(具備第一介質層和第二介質層的懸浮微結構)制作的紅外探測器，由于第二介質層不需要制作懸臂梁，所以第二介質層可以制作得比第一介質層大，因而可以比單層懸浮微結構的紅外探測器擁有更大的懸浮吸收區域，從而具備較高的紅外響應率。當紅外探測器芯片尺寸減小時，相對于傳統的單層懸浮微結構的紅外探測器來說，盡管用作紅外輻射吸收的懸浮吸收區域(第二介質層)也相應地也會減小，但是由于第二介質層不需要制作懸臂梁，所以第二介質層可以制作得比第一介質層大，因而即使當紅外探測器芯片尺寸減小時也可以比單層懸浮微結構的紅外探測器擁有更大的懸浮吸收區域，這樣會較傳統的單層懸浮微結構的紅外探測器大大提高紅外響應率。
[0051]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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層； 將第一介質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構的凹部，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層； 將第二介質層圖形化以制作出第二膜體和所述支撐結構，所述支撐結構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雙層懸浮微結構。2.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，其特征在于，所述第一介質層和第二介質層的厚度均為10nm?2000nm。5.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，其特征在于，所述第一介質層和第二介質層的材質為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其兩兩組合層疊或三種組合層置。6.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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。7.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，其特征在于，所述凹部為一個，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.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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.根據權利要求1所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，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雙層懸浮微結構。10.一種MEMS紅外探測器，其特征在于，包括利用權利要求1?9任一項所述的MEMS雙層懸浮微結構的制作方法制作出的MEMS雙層懸浮微結構。
【專利摘要】一種MEMS雙層懸浮微結構的制作方法，可以制作出具有雙層的懸浮微結構，用該雙層懸浮微結構(具備第一介質層和第二介質層的懸浮微結構)制作的紅外探測器，由于第二介質層不需要制作懸臂梁，所以第二介質層可以制作得比第一介質層大，因而可以比單層懸浮微結構的紅外探測器擁有更大的懸浮吸收區域，從而具備較高的紅外響應率。此外，還公開一種MEMS紅外探測器。
【IPC分類】B81B7/02, B81C1/00
【公開號】CN105712284
【申請號】CN201410723696
【發明人】荊二榮
【申請人】無錫華潤上華半導體有限公司