專利名稱：改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善微機(jī)械 非制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的紅外輻射探測器吸收入射光的紅外能量，使探測單元溫度 上升，再通過集成電路檢測探測器溫升引起的熱電效應(yīng)，比如電阻率 和電容的變化等，得到紅外輻射的信息。
傳統(tǒng)的熱型紅外探測器中熱電效應(yīng)是集成電路從每個探測器單元 中讀出的，由于電流輸入會在探測器單元上產(chǎn)生附加的熱量，所以這 種方式難以準(zhǔn)確地檢測到入射的紅外輻射。
基于光-機(jī)械式的微懸梁陣列的紅外探測器的敏感單元為雙材料 梁。入射的紅外光能被探測單元吸收后轉(zhuǎn)化為懸臂梁的熱能，引發(fā)懸 臂梁產(chǎn)生熱形變，再通過光學(xué)讀出系統(tǒng)，非接觸的檢測出形變，例如 懸臂梁的撓度或轉(zhuǎn)角，就可以得到被測物體的熱輻射信息。
本發(fā)明是對200310112820.1 (光-機(jī)械式微梁陣列熱型紅外圖象傳 感器)和200510012264.X (光-機(jī)械式雙層結(jié)構(gòu)非制冷紅外成像焦平面 陣列)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，因?yàn)槲锤倪M(jìn)的反光板會因?yàn)楸∧?yīng)力的問題再釋 放后而發(fā)生彎曲，不能保持平整的反光面。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改善微機(jī)械非制冷紅 外成像芯片中反光板平整度的方法，以提高最終的紅外成像效果，改 善整個紅外成像系統(tǒng)。(二)技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種改善微機(jī)械非制冷紅外成像 芯片中反光板平整度的方法，該方法包括
在硅襯底正面涂光學(xué)光刻膠，光刻曝光出反光板加強(qiáng)筋圖形；
在光刻膠掩蔽下刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形；
在硅襯底雙面生長氮化硅；
在硅襯底背面涂光學(xué)光刻膠，并光刻曝光得到背面腐蝕窗口圖形； 在光刻膠掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕背面腐蝕窗口的 氮化硅；
在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形，蒸發(fā)金屬鉻層， 并超聲剝離；
在金屬掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕硅襯底正面的氮化
硅；
去除作為掩蔽層的金屬鉻，得到氮化硅上的反光板和回折梁圖形； 在硅襯底正面套刻反光板圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，然后 超聲剝離；
在硅襯底正面套刻回折梁圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，然后 超聲剝離；
采用濕法腐蝕去除反光板和回折梁下方的硅襯底，釋放結(jié)構(gòu)。 上述方案中，所述硅襯底為普通雙面拋光硅片，厚度為480至520 微米。
上述方案中，所述在硅襯底正面涂的光學(xué)光刻膠及用于掩蔽刻蝕 硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形的光學(xué)光刻膠為S9918光學(xué)光刻膠，厚 度為2000至2500nm;所述在硅襯底背面涂的光學(xué)光刻膠及用于掩蔽 刻蝕背面腐蝕窗口的氮化硅的光學(xué)光刻膠為BP218光學(xué)光刻膠，厚度 為6000至7000腿。
上述方案中，所述在光刻膠掩蔽下刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋
圖形的步驟中，刻蝕深度1至1.5微米；所述在硅襯底雙面生長氮化硅
的步驟中，氮化硅膜的厚度為1.2至1.5微米。
上述方案中，所述在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形時，采用的光學(xué)光刻膠為S9912光學(xué)光刻膠，厚度為1000至2000nm。 上述方案中，所述在硅襯底正面套刻反光板圖形和回折梁圖形時，
采用的光學(xué)光刻膠為AZ5214光學(xué)光刻膠，并采用反轉(zhuǎn)工藝。
上述方案中，所述在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形，
蒸發(fā)金屬鉻層的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻層，蒸發(fā)厚度50
至60匪。
上述方案中，所述在硅襯底正面套刻反光板圖形，并在曝光顯影 后蒸發(fā)鉻/金的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻/金薄膜，先蒸發(fā)厚 度為5至10nm的鉻薄膜，然后再蒸發(fā)厚度為15至20nm金薄膜。
上述方案中，所述在硅襯底正面套刻回折梁圖形，并在曝光顯影 后蒸發(fā)格/金的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻/金薄膜，先蒸發(fā)厚 度為5至10nm的鉻薄膜，然后再蒸發(fā)厚度為150至200nm金薄膜。
上述方案中，所述在光刻膠掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻 蝕背面腐蝕窗口的氮化硅，以及在金屬掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕 工藝刻蝕硅襯底正面的氮化硅的步驟中，干法反應(yīng)離子刻蝕工藝條件 為氣體采用SF6，流量55至65毫升每秒，等離子體偏壓功率為60至 80瓦特，加磁場，水冷。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，采用本發(fā)明提供的這種改善微機(jī)械非 制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法制備的非制冷紅外成像陣 列，由于反光板上制作了加強(qiáng)筋，所以反光板鏡面平整度明顯改善， 從而提高了最終的紅外成像效果，對整個紅外成像系統(tǒng)具有明顯的改 善作用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明
圖1為本發(fā)明提供的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平 整度的方法流程圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底正面光刻加強(qiáng)筋圖形的工藝流
7程圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底正面刻蝕加強(qiáng)筋溝槽的工藝流 程圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底雙面生長氮化硅薄膜的工藝流 程圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底背面氮化硅薄膜上光學(xué)光刻形 成腐蝕窗口的工藝流程圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例光刻膠掩蔽刻蝕背面氮化硅的工藝流程
圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底正面光刻反光板和回折梁圖形 并蒸發(fā)金屬的工藝流程；
圖8為依照本發(fā)明實(shí)施例干法掩蔽刻蝕的工藝流程圖； 圖9為依照本發(fā)明實(shí)施例去鉻的工藝流程圖IO為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底正面光刻反光板圖形并蒸發(fā)鉻 /金的工藝流程；
圖11為依照本發(fā)明實(shí)施例在硅襯底正面光刻回折梁圖形并蒸發(fā)鉻 /金的工藝流程；
圖12為依照本發(fā)明實(shí)施例濕法腐蝕的工藝流程圖13為最終得到的非制冷紅外成像芯片一個單個像素的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯 片中反光板平整度的方法流程圖，該方法包括
步驟101:在硅襯底正面涂光學(xué)光刻膠，光刻曝光出反光板加強(qiáng)筋 圖形；在本步驟中，所述硅襯底為普通雙面拋光硅片，厚度為480至 520微米。
步驟102:在光刻膠掩蔽下刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形； 步驟103:在硅襯底雙面生長氮化硅；步驟104:在硅襯底背面涂光學(xué)光刻膠，并光刻曝光得到背面腐蝕 窗口圖形；
步驟105:在光刻膠掩蔽下釆用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕背面腐 蝕窗口的氮化硅；
步驟106:在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形，蒸發(fā)金 屬鉻層，并超聲剝離；
步驟107:在金屬掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕硅襯底正
面的氮化硅；
步驟108:去除作為掩蔽層的金屬鉻，得到氮化硅上的反光板和回 折梁圖形；
步驟109:在硅襯底正面套刻反光板圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻 /金，然后超聲剝離；
步驟110:在硅襯底正面套刻回折梁圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻 /金，然后超聲剝離；
步驟lll:采用濕法腐蝕去除反光板和回折梁下方的硅襯底，釋放 結(jié)構(gòu)。
基于圖1所示的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平整度 的方法流程圖，圖2至圖12示出了依照本發(fā)明實(shí)施例改善微機(jī)械非制 冷紅外成像芯片中反光板平整度的工藝流程圖，具體包括以下步驟
第一步在硅基片100正面涂光學(xué)光刻膠101并曝光；如圖2所
示，選用普通雙拋硅片做襯底IOO，襯底的厚度為500um ，采用S9918 光學(xué)光刻膠曝光，得到加強(qiáng)筋圖形IOI。
第二步光刻膠掩蔽刻蝕硅襯底，得到圖形102;如圖3所示，在
膠掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝刻蝕硅襯底，刻蝕深度 1 1.5微米，得到圖形102。
第三步雙面生長氮化硅，得到103和104;如圖4所示，采用低 壓化學(xué)氣相沉積的方法在硅襯底雙面生長氮化硅膜103和104，厚度為 1.2 1.5微米。
第四步在硅片背面光刻得到背面腐蝕窗口圖形105;如圖5所示，在硅片背面涂BP218光學(xué)光刻膠，并曝光得到背面腐蝕窗口圖形105。
第五步干法掩蔽刻蝕；如圖6所示，在光刻膠掩蔽下采用干法 反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝將氮化硅刻透，得到圖形106。
第六步正面套刻反光板和回折梁圖形并蒸發(fā)金屬鉻，剝離后得
到107;如圖7所示，涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚1000-1500nm，曝光
后蒸發(fā)金屬鉻50納米作為掩蔽層，然后超聲剝離，得到107。
第七步干法掩蔽刻蝕；如圖8所示，在金屬掩蔽下采用干法反 應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝將氮化硅刻透，得到圖形108。
第八步去鉻；如圖9所示，用硝酸鈰氨溶液去除作為掩蔽層的 金屬鉻，得到氮化硅上的反光板和回折梁圖形109。
第九步套刻反光板圖形并蒸鉻/金，后剝離；如圖IO所示，在硅 片正面套刻反光板圖形，曝光顯影后蒸發(fā)金屬鉻5~10納米/金20~25 納米，再經(jīng)過剝離后得到IIO。
第十步套刻回折梁圖形并蒸鉻/金，后剝離；如圖11所示，在硅 片正面套刻回折梁圖形，曝光顯影后蒸發(fā)金屬鉻5 10納米/金200~250 納米，再經(jīng)過剝離后得到lll。
第十一步濕法腐蝕；如圖12所示，用氫氧化鉀溶液將反光板和 回折梁下方的硅襯底去除，最終釋放結(jié)構(gòu)，得到器件112。
至此， 一種MEMS非制冷紅外成像芯片中反光板的平整方法制備 完畢。圖13示出了最終得到的非制冷紅外成像芯片一個單個像素的示 意圖。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1、一種改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法，其特征在于，該方法包括在硅襯底正面涂光學(xué)光刻膠，光刻曝光出反光板加強(qiáng)筋圖形；在光刻膠掩蔽下刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形；在硅襯底雙面生長氮化硅；在硅襯底背面涂光學(xué)光刻膠，并光刻曝光得到背面腐蝕窗口圖形；在光刻膠掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕背面腐蝕窗口的氮化硅；在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形，蒸發(fā)金屬鉻層，并超聲剝離；在金屬掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕硅襯底正面的氮化硅；去除作為掩蔽層的金屬鉻，得到氮化硅上的反光板和回折梁圖形；在硅襯底正面套刻反光板圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，然后超聲剝離；在硅襯底正面套刻回折梁圖形，并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，然后超聲剝離；采用濕法腐蝕去除反光板和回折梁下方的硅襯底，釋放結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述硅襯底為普通雙面拋光硅片，厚 度為480至520微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面涂的光學(xué)光刻膠及 用于掩蔽刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形的光學(xué)光刻膠為S9918光 學(xué)光刻膠，厚度為2000至2500nm;所述在硅襯底背面涂的光學(xué)光刻膠及用于掩蔽刻蝕背面腐蝕窗口 的氮化硅的光學(xué)光刻膠為BP218光學(xué)光刻膠，厚度為6000至7000nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法，其特征在于，所述在光刻膠掩蔽下刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形的步驟 中，刻蝕深度1至1.5微米；所述在硅襯底雙面生長氮化硅的步驟中，氮化硅膜的厚度為1.2 至1.5微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形時，采用的光學(xué)光刻膠為S9912光學(xué)光刻膠，厚度為1000 至2000腿0
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面套刻反光板圖形和 回折梁圖形時，采用的光學(xué)光刻膠為AZ5214光學(xué)光刻膠，并采用反 轉(zhuǎn)工藝。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面套版光刻出反光板 及回折梁圖形，蒸發(fā)金屬鉻層的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻 層，蒸發(fā)厚度50至60nm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面套刻反光板圖形， 并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻/金薄 膜，先蒸發(fā)厚度為5至10nm的鉻薄膜，然后再蒸發(fā)厚度為15至20nm 金薄膜。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光 板平整度的方法，其特征在于，所述在硅襯底正面套刻回折梁圖形， 并在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金的步驟中，采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻/金薄 膜，先蒸發(fā)厚度為5至10nm的鉻薄膜，然后再蒸發(fā)厚度為150至200nm 金薄膜。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反 光板平整度的方法，其特征在于，所述在光刻膠掩蔽下采用干法反應(yīng) 離子刻蝕工藝刻蝕背面腐蝕窗口的氮化硅，以及在金屬掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕硅襯底正面的氮化硅的步驟中，干法反應(yīng)離子刻蝕工藝條件為氣體采用SF6，流量55至65毫升每秒，等離子體偏 壓功率為60至80瓦特，加磁場，水冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善微機(jī)械非制冷紅外成像芯片中反光板平整度的方法，包括在硅襯底正面涂光學(xué)光刻膠，光刻曝光出反光板加強(qiáng)筋圖形；刻蝕硅襯底上的反光板加強(qiáng)筋圖形；在硅襯底雙面生長氮化硅；在硅襯底背面涂光學(xué)光刻膠，光刻曝光得到背面腐蝕窗口圖形；刻蝕背面腐蝕窗口的氮化硅；在硅襯底正面套版光刻出反光板及回折梁圖形，蒸發(fā)金屬鉻層并超聲剝離；刻蝕硅襯底正面的氮化硅；去除作為掩蔽層的金屬鉻，得到反光板和回折梁圖形；在硅襯底正面套刻反光板圖形，在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，超聲剝離；在硅襯底正面套刻回折梁圖形，在曝光顯影后蒸發(fā)鉻/金，超聲剝離；去除反光板和回折梁下方的硅襯底，釋放結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提高了最終的紅外成像效果。
文檔編號G03F7/00GK101446758SQ20071017831
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者史海濤, 景玉鵬, 李超波, 毅 歐, 焦斌斌, 陳大鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所