[发明专利]探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别是探测器及其制造方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术因具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，已开始广泛应用在包括红外探测技术领域的诸多领域。红外探测器是红外探测技术领域中应用非常广泛的一种MEMS产品，它利用敏感材料探测层(通常为非晶硅或氧化钒)吸收红外线并将所吸收的红外线转化成电信号，以实现热成像功能，该热成像功能使得红外探测器可应用于电力网络的安全检测、森林火警的探测以及人体温度的探测等场所。

基于微桥结构的探测器工艺一般与CMOS工艺兼容性比较差，故而早期很难实现大规模的生产。近年来由于MEMS产品的市场需求逐渐扩大，CMOS-MEMS的概念逐渐被人提出。CMOS-MEMS是利用CMOS技术制作外围读取及信号处理电路，然后在CMOS电路上面制作传感器以及及微机械系统的结构，而工艺兼容性问题始终是困扰CMOS-MEMS技术的关键。以非制冷式红外探测器为例，其单元结构中广泛使用金属反射层结构，在采用CMOS技术制备读出电路之后，通过淀积金属并刻蚀形成金属反射层图形；然而，传统工艺使用一般金属反射层实现谐振腔功能及PAD功能，因而该金属反射层厚度往往会比较厚(一般大于6000埃)，在形成金属反射层图形之后，由于其表面的不平坦化问题会积累到后续工艺，从而给后续工艺带来很多问题，如光刻曝光深度等；同时，该金属反射层由于谐振腔的需要，仅使用金属铝即可，但金属铝的反射非常强，会影响到后续膜层的膜厚无法测量，导致无法在线监控后续成膜工艺，并最终影响其产品性能、可靠性和成品率。

因此，如何提供一种探测器及其制造方法，改善CMOS与MEMS工艺的兼容问题，并大幅度提高产品成品率和可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明在于提供一种探测器及其制造方法，解决在CMOS-MEMS技术中、尤其是MEMS工艺初期的平坦化问题，从而提高探测器的性能、成品率和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种探测器，包括：硅衬底；位于所述硅衬底上的顶层金属层；位于所述顶层金属层上的顶层通孔层；位于所述顶层通孔层上的金属功能层；位于所述金属功能层上的牺牲层及牺牲层上的支撑孔；位于所述牺牲层表面的释放保护层和敏感材料层；位于所述敏感材料层表面的接触孔以及金属电极；位于所述金属电极表面的释放保护层；以及位于所述顶层金属层中的PAD图像；其中，所述PAD图像不被顶层通孔层、金属功能层以及牺牲层覆盖，并且，由于使用顶层金属层实现PAD图像，因而可以通过控制所述金属功能层的厚度以实现对硅片表面图形平整度的控制。

可选的，所述顶层通孔层的各通孔中填充钨。

可选的，所述顶层金属层的顶层金属图案或所述顶层通孔层的顶层通孔图案之间采用介质填充，用于隔离。

可选的，所述介质填充采用二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或其组合，或掺杂有硼、磷、碳、氟元素的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或其组合。

可选的，所述金属功能层与所述顶层金属层通过所述顶层通孔层的各通孔相连接。

可选的，所述金属功能层的厚度为500埃到4000埃。

可选的，所述金属功能层为钛和氮化钛之一或其组合与铝、铝铜、铝硅铜等金属之一或合金的组合。

可选的，所述金属功能层依次具有钛、第一氮化钛、铝、第二氮化钛的膜层，典型厚度分别为100埃、300埃、1000埃、300埃。

可选的，所述牺牲层包括化学气相沉积硅或聚酰亚胺有机物。

可选的，当采用化学气相沉积硅作为所述牺牲层时，采用二氧化硅或掺有杂质及非化学计量比的氧化硅以形成所述释放保护层；当采用聚酰亚胺有机物作为所述牺牲层时，采用氧化硅、硅或氮氧化硅、氮化硅等硅基介质材料以形成所述释放保护层。

可选的，所述牺牲层和所述金属功能层之间还包括基于二氧化硅的黏附层，用于防止金属功能层之间的短路以及增强黏附性。

可选的，所述敏感材料探测层采用非晶硅或氧化钒，或者掺有杂质及非化学计量比的上述材料。

可选的，所述金属电极采用钛电极、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中的一种或组合。

可选的，所述金属电极位于所述接触孔的部分与所述金属功能层接触连接。