[发明专利]一种基于悬空微桥工艺的太赫兹探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于悬空微桥工艺的太赫兹探测器的制备方法，在Si和SiO₂双层衬底上进行磁控溅射，生长Nb₅N₆热敏薄膜；在Nb₅N₆薄膜上旋涂光刻胶，通过深紫外曝光的方式绘制天线图形，磁控生长Au薄膜后，剥离出电极；在Nb₅N₆薄膜上旋涂光刻胶，通过深紫外曝光的方式绘制微桥图形，通过反应离子刻蚀法刻蚀多余的Nb₅N₆，形成Nb₅N₆薄膜微桥；在衬底表面旋涂AZ4620光刻胶，通过紫外光刻的方式在微桥两侧形成窗口，通过湿法刻刻蚀掉窗口中的SiO₂，通过反应离子分步刻蚀法，先刻蚀掉窗口的部分Si，再横向刻蚀微桥下方，形成空气腔。本发明提高了工艺的稳定性和太赫兹阵列探测器的良品率。

技术领域

本发明涉及一种悬空微桥工艺的太赫兹探测器的制备方法，属于太赫兹探测器制备技术领域。

背景技术

微测热辐射热计(Bolometer)在室温下工作，利用热敏材料的电阻率随温度变化的特性来传感太赫兹辐射，具有制作工艺简单，灵敏度高，易于与读出电路集成形成大规模阵列，具有较宽的频率探测范围等优点，是目前应用最广泛的热探测器之一。其中悬空微测热辐射计由悬空的热敏薄膜桥面、桥腿、桥墩、电极、读出电路和反射层构成。当悬空的热敏薄膜材料桥面接收到太赫兹辐射，其电阻发生变化，测量电阻就可得到入射信号的功率，因此如何实现悬空的热敏薄膜微桥是实现微测热辐射计太赫兹探测器的关键。

目前，实现悬空微桥结构的通常做法是使用腐蚀性液体刻蚀牺牲层使薄膜及上层结构悬空(发明专利ZL2014101827308)，但受制于现有的工艺技术，经常出现悬空微桥坍塌的现象，特别是对于悬空面积25微米×25微米以上热敏微桥，工艺稳定性一直没有解决。通过干法刻蚀可以有效地规避微桥受到液体压力坍塌的现象，但现有的刻蚀工艺技术使大面积微桥悬空的工艺存在以下几个困难：

其一，刻蚀掩膜材料难以选取。增加刻蚀时间和刻蚀功率可以提高刻蚀速率，增大微桥的悬空面积，但是同时也会加剧掩膜层的磨损和消耗，如果掩膜层过薄，将无法保护下层的热敏材料。而光刻胶作为常用的刻蚀掩膜层，经过长时间、高功率的反应离子刻蚀则会出现变性，难以去除的问题。要实现大面积的微桥悬空，就要保证掩膜层在刻蚀过程中既能不被损耗殆尽，又能在刻蚀后易于去除。

其二，刻蚀时间难以把握。增加刻蚀时间不仅会损耗掩膜材料，还会使舱室内囤积刻蚀过程中生成的杂质，在器件的刻蚀表面出现钝化层，使得器件表面无法被进一步刻蚀。

其三，刻蚀功率和刻蚀时间难以兼顾。适度地增加刻蚀功率可以提高刻蚀速率，节省刻蚀时间，但也会使器件温度升高，加速光刻胶变性，而降低刻蚀速率又会花费更多的刻蚀时间。

综上所述，如何选取合适的掩膜材料，在保证刻蚀速率的前提下降低刻蚀功率，节省刻蚀时间，降低刻蚀过程中器件的温度，同时保证刻蚀过程中舱室的清洁度是目前制备大面积的悬空微桥结构探测器的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于悬空微桥工艺的太赫兹探测器的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于悬空微桥工艺的太赫兹探测器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在Si和SiO₂双层衬底上进行磁控溅射，生长Nb₅N₆热敏薄膜；

步骤2，在Nb₅N₆薄膜上旋涂光刻胶，通过深紫外曝光的方式绘制天线图形，磁控生长Au薄膜后，剥离出电极；