CN105439082A - 一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法 - Google Patents

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巨锦华
雷述宇
何熙
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

本发明提出了一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法，包括：a.提供半导体衬底；b.在所述半导体衬底上溅射形成TiAlV薄膜；其中，溅射温度为：240～260℃，溅射功率为：280～320W，溅射气体氩气流量为60～70sccm；c.对形成的TiAlV薄膜进行刻蚀，形成TiAlV桥臂结构。本发明采用TiAlV材料作为红外探测器桥臂，与同等Ti薄膜工艺相比，可有效降低红外探测器的热导，从而提高红外探测器的响应率，有效降低红外探测器的噪声等效温差。

Description

一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法
技术领域
本发明涉及微机电***(MEMS)制造工艺技术领域，具体涉及一种用于红外探测器桥臂低热导的TiAlV薄膜材料。
背景技术
MEMS即微机电***(MicroelectroMechanicalSystems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS红外探测器使器件吸收到的热量尽可能多的保留在桥面上，这就需要桥臂材料的热导较低，即桥臂材料的热导率较低方可达到要求。常用红外探测器的桥臂材料主要有Ti、Al、NiCr合金等，Ti是业界作为桥臂材料使用最为广泛的，但其膜厚小于0.02um时易氧化的缺点制约了在低热导方面的应用，Al因其热导太大在桥臂材料的使用方面受到限制，NiCr合金干法刻蚀工艺无法实现。因此，亟需一种热导小、工艺易实现、化学稳定性好等综合性能最佳的材料。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法，能够有效降低红外探测器的热导，提高红外探测器的响应率。该方法包括：
a.提供半导体衬底；
b.在所述半导体衬底上溅射形成TiAlV薄膜；其中，溅射温度为：240～260℃，溅射功率为：280～320W，溅射气体氩气流量为60～70sccm；
c.对形成的TiAlV薄膜进行刻蚀，形成TiAlV桥臂结构。
其中，在步骤a中，所述半导体衬底的制作方法为：通过物理汽相淀积的方法在硅片上形成氮化硅层。
其中，在步骤b中，所述TiAlV薄膜的厚度为0.04um。
其中，在步骤b中，形成所述TiAlV薄膜的溅射时间为90s。
其中，所述TiAlV薄膜中Ti、Al、V的质量分数比为8:1:1。
其中，所述TiAlV桥臂的宽度为0.5～1um，桥臂的厚度为0.02～0.6um。
本发明采用目前热导最小、工艺易实现且化学稳定性好的TiAlV材料作为红外探测器桥臂，与同等Ti薄膜工艺相比，可有效降低红外探测器的热导，从而提高红外探测器的响应率，有效降低红外探测器的噪声等效温差(NETD)。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1(a)～图1(d)为本发明中用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作工艺流程；
图2(a)～图2(b)为本发明的一个实施例中用于红外探测器桥臂的TiAlV结构效果图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
本发明提出了一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法，能够有效降低红外探测器的热导，提高红外探测器的响应率。该方法包括：
a.提供半导体衬底；
b.在所述半导体衬底上溅射形成TiAlV薄膜；其中，溅射温度为：240～260℃，溅射功率为：280～320W，溅射气体氩气流量为60～70sccm；
c.对形成的TiAlV薄膜进行刻蚀，形成TiAlV桥臂结构。
其中，在步骤a中，所述半导体衬底的制作方法为：通过物理汽相淀积的方法在硅片上形成氮化硅层。
其中，在步骤b中，所述TiAlV薄膜的厚度为0.04um。
其中，在步骤b中，形成所述TiAlV薄膜的溅射时间为90s。
其中，所述TiAlV薄膜中Ti、Al、V的质量分数比为8:1:1。
其中，所述TiAlV桥臂的宽度为0.5～1um，桥臂的厚度为0.02～0.6um。
本发明采用目前热导最小、工艺易实现且化学稳定性好的TiAlV材料作为红外探测器桥臂，与同等Ti薄膜工艺相比，可有效降低红外探测器的热导，从而提高红外探测器的响应率，有效降低红外探测器的噪声等效温差(NETD)。
下面，将结合具体实施例对本发明进行详细描述。
首先，形成PESIN作为生长TiAlV薄膜的衬底。具体的制作方法为，在硅片上通过物理汽相淀积形成氮化硅薄膜1，所述氮化硅薄膜1的厚度为20～50um，如图1(a)所示。
接着，将SiN衬底放入直流磁控溅射物理气相沉积设备中，采用一定的溅射温度、一定的溅射功率及一定流量的溅射气体等条件，生长TiAlV薄膜2。TiAlV薄膜的厚度为影响红外探测器性能的重要参数，经过反复的实验，我们测得，当TiAlV薄膜的厚度为0.03～0.05um，且其中Ti、Al、V的质量分数比为8:1:1时，红外探测器性能最优。优选的，TiAlV薄膜的厚度为0.04um。因此，本实施例中，我们将生长0.04um厚的TiAlV薄膜作为红外探测器的桥臂结构。
具体的，在所述半导体衬底上溅射形成TiAlV薄膜。其中，溅射温度为：240～260℃，在本实施例中，优选的溅射温度为250℃；溅射功率为：280～320W，优选的溅射功率为300W；溅射气体氩气流量为60～70sccm，优选的，氩气流量为68sccm。为了精准的控制TiAlV薄膜的厚度，溅射时间为90s，溅射时设备的背压为10-6Torr。TiAlV薄膜生长完成后，其电子显微镜照片如图2(a)所示，其中最上层金属亮色部分即为生长好的TiAlV薄膜。
接下来，在所述TiAlV合金薄膜2上依次进行涂覆光刻胶3、曝光、显影等光刻工艺，形成所需要的图形。图形化后的光刻胶3如图1(c)所示。此工艺为本领域的常规工艺，在此不再赘述。最后，根据光刻胶3的图形对所述TiAlV合金薄膜2进行图形化，刻蚀出所需要的桥臂图形，所述TiAlV桥臂的宽度为0.5～1um，优选的，为0.7um；桥臂的厚度为0.02～0.6um，优选的，为0.04um。如图1(d)所示。对TiAlV合金薄膜进行刻蚀从而得到良好的刻蚀形貌和精准的关键尺寸的方法参见发明人的另一个发明，在此不再赘述。
TiAlV薄膜材料刻蚀形成桥臂结构后，其电子显微镜照片如图2(b)所示。TiAlV热导率为6.9W/(m*K)，较Ti热导率21.9W/(m*K)低68％；器件其它条件不变时，运用0.04um厚的TiAlV桥臂的器件较0.04um厚的Ti桥臂的响应率提升48％；器件其它条件不变时，运用0.04um厚的TiAlV桥臂的器件较0.04um厚的Ti桥臂的噪声等效温差(NETD)降低54％。本发明可有效降低红外探测器的热导，从而提高红外探测器的响应率，有效降低红外探测器的噪声等效温差。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于红外探测器桥臂的TiAlV薄膜制作方法，包括：
a.提供半导体衬底；
b.在所述半导体衬底上溅射形成TiAlV薄膜；其中，溅射温度为：240～260℃，溅射功率为：280～320W，溅射气体氩气流量为60～70sccm；
c.对形成的TiAlV薄膜进行刻蚀，形成TiAlV桥臂结构。
2.根据权利要求1所述的TiAlV薄膜制作方法，其特征在于，在步骤a中，所述半导体衬底的制作方法为：通过物理汽相淀积的方法在硅片上形成氮化硅层。
3.根据权利要求1所述的TiAlV薄膜制作方法，其特征在于，在步骤b中，所述TiAlV薄膜的厚度为0.04um。
4.根据权利要求3所述的TiAlV薄膜制作方法，其特征在于，在步骤b中，形成所述TiAlV薄膜的溅射时间为90s。
5.根据权利要求1所述的TiAlV薄膜制作方法，其特征在于，所述TiAlV薄膜中Ti、Al、V的质量分数比为8:1:1。
6.根据权利要求1所述的TiAlV薄膜制作方法，其特征在于，所述TiAlV桥臂的宽度为0.5～1um，桥臂的厚度为0.02～0.6um。
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