[发明专利]用于支撑微桥结构的氮化硅-钛-氮化硅悬臂梁制造方法

说明书

本发明公开了一种用于支撑微桥结构的氮化硅—钛—氮化硅悬臂梁制造方法，包括：在晶圆表面形成电极锚点；在晶圆表面制备牺牲层；在晶圆表面制备第一层氮化硅薄膜；在氮化硅薄膜和牺牲层上形成连接电极的通孔；在电机锚点上形成电极柱；在晶圆上制备钛薄膜；在晶圆上制备与第一层氮化硅薄膜应力状态相反的第二层氮化硅薄膜；刻蚀第一层氮化硅薄膜、钛薄膜、第二层氮化硅薄膜，形成悬臂梁结构；本发明在薄膜沉积过程中即可完成结构的应力平衡，无需添加额外的工艺步骤，方法更简单，更适应于大规模生产。

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，特别是一种用于支撑微桥结构的氮化硅—钛—氮化硅悬臂梁制造方法。

背景技术

红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。随着MEMS技术的飞速发展，高性能、低成本的非制冷红外焦平面器件在军事、工业、安防监控、气象等多领域当中都得到了广泛的应用，如热像仪、夜视摄像机、热传感器。红外探测器的主要性能是由红外吸收率、电阻温度系数(TCR)、热绝缘性和噪声性能等诸多因素共同决定的。其中，焦平面阵列对红外辐射的吸收率和像元的热传导是影响探测器性能的重要参数。目前，为了获得良好的像元热学性能，市场上采用的大多是两点固定的牺牲层微桥结构，根据桥腿悬臂梁的形状不同主要可分为“I”型桥腿、“L”型桥腿、“U”型桥腿和“L+U”型桥腿。这种悬空的微桥结构保证像元具有小的热导，实现了较好的热隔离，但是也使得整个像元对于制备过程中引入的应力和外部载荷的影响更加敏感。在像元制备过程中，引入的应力主要有热应力和工艺应力。这些应力的存在会造成薄膜的褶皱，甚至破裂。当像元结构释放后，则体现在桥面悬臂梁的翘曲或弯曲触底。这种变形经悬臂梁放大后会导致桥面的翻转扭曲，沿对角线的卷曲等多种像元失效形式。因此，制备应力平衡的像元微桥悬臂梁是提高非制冷红外焦平面阵列结构稳定性的关键问题。

现有的悬臂梁应力控制方法一般采用热退火处理和改变工艺参数来控制薄膜应力。热退火处理能使薄膜内部的各种缺陷，如原来被“冻结”的空位、填隙原子、错位发生复合，或移动到表面和晶界消失，或组合成缺陷较低的缺陷组态。但是这种方法只能在一定程度上去除薄膜内应力，形成悬臂梁结构后仍存在较大的变形现象。而改变工艺参数则主要通过控制基底温度，沉积气压或沉积速率来改善薄膜内部各种缺陷及分布。但是由于参数组合的多样性，往往需要大量的前期准备和实验探索尝试，不确定性大。这些问题的存在均使得非制冷红外焦平面像元悬臂梁应力控制难以得到有效解决。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于支撑微桥结构的氮化硅—钛—氮化硅悬臂梁制造方法，以解决非制冷红外焦平面阵列像元桥腿悬臂梁因膜内张(压)应力而产生的变形问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种用于支撑微桥结构的氮化硅—钛—氮化硅悬臂梁制造方法，包括以下步骤：

步骤S10、在晶圆表面形成两个电极锚点；

步骤S20、在晶圆表面制备牺牲层；

步骤S30、在晶圆表面制备第一层氮化硅薄膜；

步骤S40、在氮化硅薄膜和牺牲层上形成连接电极的通孔；

步骤S50、在电机锚点上形成电极柱；

步骤S60、在晶圆上制备钛薄膜；

步骤S70、在晶圆上制备与第一层氮化硅薄膜应力状态相反的第二层氮化硅薄膜；

步骤S80、刻蚀第一层氮化硅薄膜、钛薄膜、第二层氮化硅薄膜，形成悬臂梁结构；

步骤S90、干法去除牺牲层。

本发明与现有技术相比，其显著优点：