一種微橋結構錳鈷鎳氧薄膜紅外探測器的制作方法

本專利專利涉及紅外探測器，具體是一種微橋結構紅外探測器件。

背景技術：

以錳鈷鎳氧薄膜材料制作的非制冷型紅外探測器件具有優異的負溫度電阻特性，經過了幾十年的研究與發展，其性能得到很大提高。由于薄膜材料厚度的減小會使紅外信號的吸收減弱，所以工藝上一般采用涂黑漆增大紅外吸收；薄膜材料厚度的減小也導致探測元的熱容減小，從而使其響應時間變大，響應率減小，因此，應減小薄膜材料的導熱系數以保持響應靈敏度，同時增大響應率。

以低阻硅作為襯底的微橋結構用在紅外探測器上可以減小熱導，提高紅外信號的吸收率，對于錳鈷鎳氧薄膜材料紅外探測器的靈敏度和探測率的提高有重要作用。在微橋結構的制作過程中，需要用PECVD法在探測元上沉積一層鈍化層，以便進行反應離子刻蝕，露出犧牲層。對于犧牲層的去除往往選用氧等離子體干法刻蝕，容易造成等離子體誘導損傷，且不易制作高深寬比的微橋結構；而平板結構的反應離子刻蝕由于采用高能離子轟擊的物理刻蝕，化學各向同性刻蝕較差。

本專利涉及的微橋紅外探測器件的制備方法，可以提高微橋的強度，以便在給探測元涂黑漆、進行器件封裝時不至于損傷微橋結構；同時，還可以簡化制作流程，節約成本，提高器件制作的成功率。

技術實現要素：

本專利提供了一種的微橋結構紅外探測器，探測元材料采用錳鈷鎳氧薄膜。本專利設計的微橋結構的犧牲層可以在內部形成拱形的支撐結構，提高了微橋結構的強度，使其能夠與錳鈷鎳氧薄膜紅外探測器的制作工藝兼容，并且有效解決了薄膜型紅外探測器的響應時間長、響應率低的問題。

一種微橋結構紅外探測器的結構圖如圖1、圖2和圖3。它包括錳鈷鎳氧薄膜1，二氧化硅層2，氮化硅層3，聚酰亞胺犧牲層4和低阻硅襯底5；所述的紅外探測器自低阻硅襯底5之上依次為聚酰亞胺犧牲層4、氮化硅層3、二氧化硅層2和錳鈷鎳氧薄膜1，在錳鈷鎳氧薄膜1上有鉻和金復合金屬電極6；其中：

所述的聚酰亞胺犧牲層4是呈拱形的犧牲層，拱形高度為1-3μm，犧牲層厚度為1-3μm，犧牲層與二氧化硅平直接觸；

所述的氮化硅層3的厚度50-500nm；

所述的，二氧化硅層2的厚度50-500nm；

所述的錳鈷鎳氧薄膜1的厚度0.1-2μm。

本專利所設計的微橋結構探測器結構通過以下具體的工藝步驟來實現：

1)在低阻硅片上沉淀一層聚酰亞胺薄膜(PI)作為犧牲層，犧牲層厚度為1-3μm；

2)對聚酰亞胺在氮氣氣氛保護下進行亞胺化處理；

3)對聚酰亞胺曝光、顯影，制作出聚酰亞胺平臺；

4)采用PECVD法先沉積一層的氮化硅,再沉積一層二氧化硅作為結構層；

5)采用一定方法沉積一定厚度的錳鈷鎳氧薄膜，并對薄膜進行退火處理；

6)對退火后的錳鈷鎳氧薄膜進行光刻、腐蝕、顯影處理，在聚酰亞胺平臺上制作出錳鈷鎳氧薄膜探測元；

7)采用光刻、顯影處理，制作出陰刻的電極形狀的光刻膠，采用雙離子濺射法鍍鉻/金電極，厚度分別為30nm、150nm；

8)用丙酮洗去光刻膠，將整個器件放入快速退火爐中加熱,加熱溫度在400-800℃，使聚酰亞胺分解氣化，去除聚酰亞胺。

本專利的優點在于：通過把器件放在快速退火爐中退火以去除聚酰亞胺犧牲層，可以避免沉淀鈍化層，從而減小光刻、反應離子刻蝕等后續的步驟，簡化制作流程，節約成本；同時，微橋結構的形狀可以提高其強度，在為探測元涂黑漆、進行器件封裝時可以保持一定的強度而不被破壞，提高器件制作的成功率。

附圖說明

圖1為加熱犧牲層前的微橋結構紅外探測器件結構的剖面圖，圖中：1、錳鈷鎳氧薄膜，2、二氧化硅層，3、氮化硅層，4、聚酰亞胺犧牲層，5、低阻硅襯底。

圖2為直接加熱犧牲層后的微橋紅外器件結構的剖面圖。加熱后，犧牲層在微橋平臺內部形成拱形結構。

圖3為鍍上電極后微橋紅外器件結構的俯視圖，圖中：6：鉻和金復合金屬電極。

具體實施方式

以下結合附圖，通過具體實例對本專利做進一步詳細說明，但本專利的保護范圍并不限于以下實例。

實施例1：

1在低阻硅片上沉淀一層光敏聚酰亞胺薄膜(ZKPI)作為犧牲層，勻膠機的速率調制3000轉、20秒，所旋涂的犧牲層厚度為1μm。

2對聚酰亞胺在氮氣氣氛保護下分別在150℃、180℃、250℃下保溫60分鐘，使其亞胺化。

3對聚酰亞胺曝光、顯影，制作出70×70μm²的平臺。

4采用PECVD法先沉積一層50nm的氮化硅,再沉積一層50nm的二氧化硅。

5采用磁控濺射法濺射一層厚度為100nm的錳鈷鎳氧薄膜，并對薄膜進行退火處理，退火溫度為200℃、5分鐘。

6對退火后的錳鈷鎳氧薄膜進行光刻、腐蝕、顯影處理，在聚酰亞胺平臺上制作出50×50μm²的錳鈷鎳氧薄膜探測元。

7采用光刻、顯影處理，制作出陰刻的電極形狀的光刻膠，采用雙離子濺射法鍍鉻/金電極，厚度分別為30nm、150nm。

8用丙酮洗去光刻膠，將整個器件放入快速退火爐中，在400℃下加熱10分鐘,使聚酰亞胺分解氣化，去除聚酰亞胺。

實施例2：

1在低阻硅片上沉淀一層光敏聚酰亞胺薄膜(ZKPI)作為犧牲層，勻膠機的速率調制3000轉、20秒，所旋涂的犧牲層厚度為2μm。

2對聚酰亞胺在氮氣氣氛保護下分別在150℃、180℃、250℃下保溫60分鐘，使其亞胺化。

3對聚酰亞胺曝光、顯影，制作出70×70μm²的平臺。

4采用PECVD法先沉積一層200nm的氮化硅,再沉積一層200nm的二氧化硅。

5采用磁控濺射法濺射一層厚度為700nm的錳鈷鎳氧薄膜，并對薄膜進行退火處理，退火溫度為200℃、5分鐘。

6對退火后的錳鈷鎳氧薄膜進行光刻、腐蝕、顯影處理，在聚酰亞胺平臺上制作出50×50μm²的錳鈷鎳氧薄膜探測元。

7采用光刻、顯影處理，制作出陰刻的電極形狀的光刻膠，采用雙離子濺射法鍍鉻/金電極，厚度分別為30nm、150nm。

8用丙酮洗去光刻膠，將整個器件放入快速退火爐中，在500℃下加熱10分鐘,使聚酰亞胺分解氣化，去除聚酰亞胺。

實施例3：

1在低阻硅片上沉淀一層光敏聚酰亞胺薄膜(ZKPI)作為犧牲層，勻膠機的速率調制3000轉、20秒，所旋涂的犧牲層厚度為3μm。

2對聚酰亞胺在氮氣氣氛保護下分別在150℃、180℃、250℃下保溫60分鐘，使其亞胺化。

3對聚酰亞胺曝光、顯影，制作出70×70μm²的平臺。

4采用PECVD法先沉積一層500nm的氮化硅,再沉積一層500nm的二氧化硅。

5采用磁控濺射法濺射一層厚度為2μm的錳鈷鎳氧薄膜，并對薄膜進行退火處理，退火溫度為200℃、5分鐘。

6對退火后的錳鈷鎳氧薄膜進行光刻、腐蝕、顯影處理，在聚酰亞胺平臺上制作出50×50μm²的錳鈷鎳氧薄膜探測元。

7采用光刻、顯影處理，制作出陰刻的電極形狀的光刻膠，采用雙離子濺射法鍍鉻/金電極，厚度分別為30nm、150nm。

8用丙酮洗去光刻膠，將整個器件放入快速退火爐中，在800℃下加熱10分鐘,使聚酰亞胺分解氣化，去除聚酰亞胺。