[發明專利]光調制熱成像焦平面陣列的制作方法

有效

• 申請號: 200910301822.2
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101538006A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 焦斌斌;陳大鵬;歐毅;葉甜春
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/00;B81C5/00;G01J5/02
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明屬于微電子技術中的硅微機械加工領域，特別涉及一種硅微機械加工技術制作帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列(FPA)的方法。

背景技術

采用光學調制方法的、基于微機電系統(MEMS)的非制冷型紅外探測焦平面陣列(FPA)大多采用微懸臂梁熱隔離結構，他們的探測靈敏度和器件的結構有著直接的關系。此種類型的焦平面陣列(FPA)通常采用帶有犧牲層的多層雙材料懸臂梁熱隔離結構，這種結構的特點是保留有紅外敏感區的硅襯底，而利用多層結構實現熱隔離，其缺點是紅外輻射在到達敏感單元之前先會被硅襯底所反射，從而造成這類器件的紅外輻射利用率低，影響器件性能。為了解決這一問題，我們曾提出了一種襯底全鏤空結構的光調制非制冷紅外焦平面陣列，這種器件的特點是在紅外敏感單元區域的硅襯底全部被去掉，敏感單元完全依靠一層薄膜結構支撐。此種全鏤空結構的光調制非制冷紅外焦平面陣列解決了紅外輻射被硅襯底反射的問題，從而極大地提高了器件的響應靈敏度性能。但是這種器件由于器件結構只由一層薄膜所支撐，所以異常脆弱，很容易破損。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制作帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列(FPA)的制作方法。

本發明是通過如下技術方案解決上述技術問題的，本發明提出一種帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列的制作方法，包括如下步驟：

步驟1、在單晶硅片上表面覆蓋摻雜層；

步驟2、按照預設圖案，在單晶硅片上表面刻蝕溝槽；

步驟3、在溝槽內壁覆蓋氧化硅層；

步驟4、生長非晶硅填滿溝槽；

步驟5、在單晶硅片上表面覆蓋薄膜層A；

步驟6、在薄膜層A上覆蓋金屬層；

步驟7、按照預設圖案，刻蝕金屬層；

步驟8、按照預設圖案，刻蝕薄膜層A；

步驟9、按照預設圖案，從背面腐蝕單晶硅；

步驟10、按預設圖案，腐蝕摻雜層。

從而得到帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列。

優選的，上述單晶硅片單晶硅晶向為<100>。

優選的，上述步驟1中，所述的摻雜層是采用高能粒子注入后再高溫退火的方法或者標準的雜質擴散摻雜工藝在所述的單晶硅片上摻加濃B(硼)、P(磷)、或As(砷)雜質實現的。

優選的，上述步驟2中，所述的在單晶硅片上刻蝕溝槽是采用SiO2(二氧化硅)作為掩蔽層，使用RIE(反應粒子刻蝕)設備或者ICP(感應耦合等離子刻蝕)設備通過各向異性干法深硅刻蝕實現的。

優選的，上述步驟3中，在溝槽內壁生長氧化硅是采用干氧化工藝或者濕氧化工藝實現的。

優選的，上述步驟4中，生長非晶硅是采用LPCVD(低壓化學氣項淀積)工藝在單晶硅片上表面生成一層非晶硅，并填滿所述的溝槽，然后使用Br(溴)基刻蝕氣體和RIE(反應離子刻蝕)設備，通過非晶硅干法刻蝕多余的非晶硅實現的。

優選的，上述步驟5還包括，在所述的單晶硅片下表面覆蓋薄膜層B，所述的薄膜層A和薄膜層B均為氮化硅材料或者氧化硅材料，該過程是采用LPCVD(低壓化學氣相淀積)或者PECVD(等離子增強化學氣相淀積)實現的。

優選的，上述步驟6中，所述的覆蓋金屬層是采用MSS(磁控濺射)工藝實現的。

優選的，上述步驟7中，所述的刻蝕金屬層A是采用RIE(反應離子刻蝕)設備，通過干法刻蝕工藝實現的。

優選的，上述步驟8中，所述的刻蝕薄膜層A是采用RIE(反應離子刻蝕)設備刻蝕形成的。

優選的，上述步驟9還包括，按照預設圖案刻蝕薄膜層B，該刻蝕過程是通過使用RIE(反應離子刻蝕)設備，采用RIE(反應離子刻蝕)工藝實現的。

優選的，上述步驟9中，所述的腐蝕單晶硅采用的是KOH(氫氧化鉀)溶液或者TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液作為腐蝕溶液。

優選的，上述步驟10中，所述的腐蝕摻雜層是采用XeF₂(二氟化氙)作為腐蝕氣體。

綜上所述，本發明從微細加工角度出發，結合體硅深刻蝕、非晶硅溝槽填充、單晶硅濕法腐蝕自終止、硅的各項同性干法腐蝕等技術，提出的一種帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列的制作方法，從而完善了本發明提出的一種制作帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列(FPA)的制作方法。

本發明一種制作帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平面陣列(FPA)的制作方法還包括：正性光刻膠的涂膠、曝光、顯影等一系列圖形轉移工作。