微测辐射热计器件工艺开发和特性评估

作者：刘伟; 何兵; 马特; **

来源：红外与激光工程, 2023, 52(01): 48-54.

• 微测辐射热计
• MEMS
• 微桥结构
• 敏感层

依托半导体生产线开发了基于MEMS微桥结构的微测辐射热计(micro-bolometer)器件，其中，使用化学气相沉积(CVD)技术开发了非晶硅(α-Si)薄膜工艺，并将其用作微测辐射热计器件的敏感层材料，该材料在1 000?厚度下的膜厚均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer)，电阻均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer)，其室温下的电阻温度系数(TCR)可以达到-2.5%左右；采用先刻沟槽工艺技术开发了MEMS微桥结构的接触模块，以无支撑柱结构实现了其支撑和电连接结构；使用Ti/TiN薄金属薄膜作为电极层，并利用电极层图形实现该敏感层电阻器件的电连接和图形定义；开发了高性能敏感层电阻工艺技术，实现了对敏感层材料工艺损失和电极层侧面腐蚀的良好工艺控制。在完成微测辐射热计器件工艺开发后，对其进行了器件级测试和评估，结果表明：该器件室温电阻值在250 kΩ左右，且具有优异的欧姆接触特性；室温下器件级TCR在-2%左右，略低于非晶硅薄膜材料TCR的测试值；同时，对该器件进行的升温和降温测试结果表明，文中开发的敏感层材料没有滞回效应。最后，对该器件进行释放工艺处理形成悬空的MEMS微桥结构，经扫描电镜(SEM)和光学显微镜测试评估，其微桥表面呈现良好的平坦度和均匀性，能够很好地满足微测辐射热计及相应的非制冷红外探测器产品的技术需求。