[發明專利]應用硅鍺薄膜的非制冷紅外焦平面陣列像元制造方法

有效

• 申請號: 201210388581.1
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103730535A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 何勇;蘇巖;方中;董濤;王開鷹;楊朝初
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L27/146
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于微電子加工技術應用在紅外成像器件制造領域，是一種使用TCR（電阻溫度系數）型硅鍺量子阱材料作為敏感材料的非制冷紅外焦平面陣列像元的制造方法。

背景技術

紅外成像技術在軍事和民用領域有著廣泛的應用與需求。紅外成像反應了物體表面熱輻射及其內部熱耗散的信息，是人們在可見光波段范圍外的視覺延伸，是觀察和感知客觀世界的一種新手段。隨著紅外敏感材料技術的突破以及MEMS制造技術的飛速發展和日益成熟，微型測輻射熱儀已經被廣泛應用于軍事和民用領域，如熱像儀、夜視攝像機、熱傳感器、監控像機等產品。這些儀器的主要性能是由測輻射熱計陣列像元的紅外吸收率、電阻溫度系數(TCR)、熱絕緣性和噪聲性能等多因素共同決定的。在這些參數中電阻溫度系數特性以及電阻特性是影響微型測輻射熱儀(microbolometers)性能的重要因素。因此尋找各種測輻射熱材料的開發研究工作非常活躍，這些材料包括金屬、氧化物，半導體和超導體材料等。其中量子阱型硅鍺薄膜材料由于其較高的TCR及相對傳統TCR材料（氧化釩、非晶硅）較低的噪聲特征，是一種非常適合于微測輻射熱儀制作的敏感材料，因此備受矚目。

而目前的微測輻射熱計陣列像元制造方法是基于傳統TCR材料而設計的，并不適用于應用硅鍺薄膜的非制冷紅外焦平面陣列像元制造。相比傳統材料新型的具有高TCR低1/f噪聲的量子阱型硅鍺薄膜材料具有：硅鍺薄膜材料生長工藝與CMOS讀出電路制造工藝不兼容；硅鍺薄膜材料是一種“立體”材料有更大的厚度；硅鍺薄膜材料內的電流流通方向是沿截面流通而非傳統材料的沿平面流通等特點。這些特點使得無法用傳統陣列制造方法制造應用硅鍺薄膜的非制冷紅外焦平面陣列像元。因此我們在傳統陣列像元制造方法的基礎上提出了一種新的制造方法以適應應用硅鍺量子阱材料的特殊要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用量子阱型硅鍺薄膜材料的非制冷紅外焦平面陣列像元的制造方法，解決性能優良的量子阱材料在非制冷紅外焦平面制造領域的工程化應用問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：應用硅鍺薄膜的非制冷紅外焦平面陣列像元的制造方法，步驟如下：

步驟一：以SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅）晶圓作為硅鍺量子阱型TCR敏感材料的載體，然后通過硅鍺薄膜平行轉移技術完成硅鍺量子阱型TCR敏感材料由SOI晶圓向CMOS讀出電路的平行轉移；

步驟二：利用光刻技術（晶圓表面先涂膠、軟烘，再曝光、顯影、堅膜形成光刻膠圖形）在晶圓表面形成相應圖形，然后使用ICP（電感耦合等離子體源）刻蝕技術刻蝕出貫穿像元的溝道，之后清洗去膠；

步驟三：光刻形成圖形，再使用磁控濺射在晶圓表面沉積像元的金屬頂電極，之后清洗去膠，剝離掉多余的金屬（Lift-off，溶脫剝離法）；

步驟四：光刻形成圖形，再使用ICP刻蝕技術和IBE（離子濺射刻蝕）刻蝕技術刻蝕出像元的敏感區塊，然后清洗去膠；

步驟五：在晶圓表面通過PECVD（等離子體增強化學氣相沉積）技術，低溫沉積一層高質量低應力臺階覆蓋良好的氮化硅薄膜；

步驟六：光刻形成圖形，再通過RIE（反應離子刻蝕）技術刻蝕氮化硅層和鍵合膠層，暴露出CMOS晶圓相應的錨點（電極位）；

步驟七：通過電鍍技術或者化學鍍技術，在CMOS晶圓上暴露出的錨點位置生長出相應的金屬電極柱；

步驟八：先光刻形成圖形，再通過RIE技術刻蝕氮化硅層，暴露出像元上的金屬頂電極，之后清洗去膠；

步驟九：先通過磁控濺射在晶圓表面沉積一層低熱導金屬，再光刻形成圖形，使用ICP刻蝕技術或者IBE刻蝕技術去除多余的金屬，然后清洗去膠；

步驟十：通過PECVD技術，在結構表面低溫沉積一層高質量低應力臺階覆蓋良好的氮化硅薄膜；

步驟十一：通過磁控濺射技術或者電子束蒸發技術，在結構表面沉積一層紅外吸收層；

步驟十二：先光刻形成圖形，再通過IBE刻蝕技術去除多余的紅外吸收層，然后清洗去膠；

步驟十三：先光刻形成圖形，再通過RIE刻蝕技術刻蝕出像元的懸臂結構，然后清洗去膠；

步驟十四：將晶圓移入等離子去膠機內，干法去除鍵合膠，釋放結構。

本發明與現有技術相比，其特點在于：