專利名稱:InSb紅外焦平面列陣器件減反射膜淀積方法及專用掩膜架的制作方法
技術(shù)領域:
本發(fā)明涉及紅外焦平面列陣成像器件制造方法。具體涉及銦柱混成式InSb紅外焦平面列陣器件光照面上淀積氧化硅減反射膜的方法及其專用掩膜架。
紅外焦平面列陣器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進的成像傳感器,在空間對地觀測、光電對抗、機器人視覺、搜索與跟蹤、醫(yī)用和工業(yè)熱成像、以及導彈精確制導等軍、民用領域有重要而廣泛的應用。
紅外焦平面列陣器件的主要性能參數(shù)之一是它的像元量子效率η。一個紅外焦平面列陣器件的像元量子效率是每一個入射到像元光照面上的光子所產(chǎn)生的信號電荷載流子數(shù)目,通常這個數(shù)目小于1。對于InSb紅外焦平面列陣器件這類從背面照射的器件,像元量子效率可表示為η=η0ηc,(1)式中η0為器件的光學效率,ηc為器件的p-n結(jié)電荷收集效率。而η0同InSb表面反射率R,光學吸收系數(shù)a和p-n結(jié)的深度位置Wn有關η0=(1-R)/(1-Re-aWn)。(2)如果InSb表面的反射率能夠降低,則InSb紅外焦平面列陣器件的光學效率得到提高,從而使InSb紅外焦平面列陣器件的響應率和探測率都得到提高。在InSb紅外焦平面列陣器件的光照面上制備一層減反射膜,可以達到降低R,提高光照面的光學效率,從而提高響應率之效果。
在InSb探測器上制備一層減反射膜的方法,已由美國專利US-5262633A93年11月16日,題Wideband anti-reflection coating for indium antimonidephotodetector device公開。該方法是在InSb探測器的鈍化層上面依次淀積了4層厚度各為1/4預設波長,折射率遞降的介質(zhì)膜,獲得了在0.4-5.5μm波長范圍的廣譜減反射特性。但是,這種方法不適用于在InSb紅外焦平面列陣器件上制備減反射膜的技術(shù)條件。因為這里所說的InSb紅外焦平面列陣器件具有如圖1簡略地表示的那樣一種復雜的結(jié)構(gòu)和特點。它是由InSb探測器列陣芯片和硅CMOS讀出電路通過數(shù)千個銦柱互連而成。InSb探測器列陣芯片已經(jīng)用研磨、拋光方法減薄到10-20μm的厚度,因而變得十分脆弱易碎,使得在其上作任何進一步的操作甚為困難。所說的銦柱列陣在120℃以上會軟化,在156℃以上則會熔化,從而使整個焦平面結(jié)構(gòu)遭到破壞,因而任何在InSb紅外焦平面列陣器件上制備減反射膜的工藝,必須在120℃以下的溫度進行。另外,這里所說的InSb紅外焦平面列陣器件上的硅CMOS讀出電路有17個引線腳必須加以嚴密保護,避免在減反射膜生長過程中受到任何絕緣物的覆蓋。最后,用于空空導彈凝視成像制導的InSb紅外焦平面列陣器件的特定工作波段為3.7-4.8μm,因此,必須尋求一種在特定波段具有最有效減反射特性的膜制備方法。
本發(fā)明的目的是提供一種銦柱混成式InSb紅外焦平面列陣器件減反射膜低溫淀積方法,該方法不會使焦平面器件結(jié)構(gòu)遭到破壞,并在特定的工作波段3.7-4.8μm具有最有效減反射特性。另外,本發(fā)明還提供一種在淀積減反射膜時,為使器件的讀出電路的引線腳得到保護而設計的一種專用金屬掩膜架。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案完成利用半導體器件工藝線上的設備條件,對焦平面器件作清潔處理,然后將器件放入專用的掩膜架,用光輔助化學汽相低溫淀積方法完成工作波段3.7-4.8μm的最有效減反射膜。
為敘述方便先將
如下圖1銦柱混成式InSb紅外焦平面列陣器件簡略結(jié)構(gòu)示意圖;圖2銦柱混成式InSb紅外焦平面列陣器件專用掩膜架結(jié)構(gòu)示意圖;圖3銦柱混成式InSb紅外焦平面列陣器件減反射膜特性曲線圖。
減反射膜低溫淀積具體步驟如下1.器件的清潔處理將減薄好的InSb焦平面列陣器件放入熱三氯乙烯中浸漬5分鐘,三遍;三氯乙烯中浸漬24小時;丙酮過洗5分鐘,三遍;甲醇過洗5分鐘,三遍;干燥氮氣氣氛中晾干。
2.專用金屬掩膜架的清潔處理三氯鉀烷超聲(1KHz)清洗2分鐘;乙醚超聲(1KHz)清洗1分鐘;丙酮超聲(1KHz)清洗1分鐘;酒精超聲(1KHz)清洗1分鐘。
3.低溫淀積減反射膜將裝有器件的金屬掩膜架放入光輔助化學汽相淀積裝置中,將器件加熱到100-105℃,并保持4小時,使器件得到充分的預熱。
然后,設定光輔助化學汽相淀積裝置的SiH4流量為每分鐘5.8-6.2個標準立方厘米(sccm);N2O流量為每分鐘88-95個標準立方厘米(sccm);光輔助化學汽相淀積裝置的腔體壓強為600-610mτ;在上述工藝參數(shù)下,開啟紫外光源進行減反射膜的淀積,淀積溫度100-105℃,淀積時間延續(xù)80分鐘。
上述條件100-105℃,SiH45.8-6.2sccm,N2O 88-95sccm,600-610mτ,80min是一組經(jīng)過大量實驗得到的優(yōu)化的工藝參數(shù)。對上述工藝條件的偏離會導致減反射膜質(zhì)量的下降,例如引起膜質(zhì)的結(jié)構(gòu)疏松,膜表面的龜裂,膜厚度的不均勻等,從而導致減反射膜效果的損失。
所說的專用金屬掩膜架2是由帶多個穴位的底筐2-4,穴位內(nèi)置有準備淀積減反射膜1-1的器件1,底筐上蓋有與底筐穴位相應的帶孔的上蓋2-2??椎拇笮∨c器件芯片1-2的光照面大小一樣,以便光照面能淀積減反射膜,而器件芯片通過銦柱1-3連接的讀出電路1-5的引線腳1-4得到保護。底筐和上蓋是通過圓周邊上均布的三個圓孔用銷釘2-5和螺帽2-1將其固定,并使穴位和孔的相對位置偏差≤0.05mm,其精度是由3個銷釘保證的。見圖2。
所說的光輔助化學汽相淀積裝置是由美國Tystar公司出品,型號為PVD-1000。
本發(fā)明具有如下有益效果1.本發(fā)明特別適用于由InSb紅外探測器列陣芯片和硅CMOS讀出電路通過銦柱互連混成一體,其中的InSb紅外探測器列陣芯片經(jīng)過減薄處理后其厚度在10-20μm范圍,在減薄處理后作為光照面的表面上淀積減反射膜2.由于本發(fā)明采用低溫淀積減反射膜,因此保證了焦平面器件上銦柱列陣的完好無損3.由于采用了如圖2所示的金屬掩膜架,掩蓋了焦平面器件中硅CMOS讀出電路上的17個引線腳,避免了引線腳部位上氧化硅膜的淀積。
4.由于本發(fā)明采用了優(yōu)化的工藝參數(shù),減反射膜在3.7-4.8μm有最有效減反射特性,使InSb紅外焦平面列陣器件成功用于空空導彈凝視成像的制導。
實施例
本發(fā)明人特別推薦如下的應用實例,操作步驟與上述方法相同,器件溫度 預熱時間 SiH4流量 N2O流量 腔體壓強 淀積時間100℃ 4小時 6sccm 90sccm 600mτ 80min已經(jīng)成功地在一種用于空對空導彈紅外成像制導導引頭的64×64元InSb紅外焦平面列陣器件的光照面上淀積了減反射膜,使得這種器件在其工作波段3.7-4.8μm范圍的響應率提高了30%。
經(jīng)測試所淀積的氧化硅膜的折射率為1.51±0.01,厚度為0.83±0.01μm。反射率在4.35μm處降至一極小值8%,在3.7-4.8μm工作波段降至8-19%,見圖3。從而使得InSb樣品對500K黑體輻射的吸收率在3.7-4.8μm波段范圍增加30%,進一步,使得InSb焦平面列陣器件的響應率提高30%。
權(quán)利要求
1.一種InSb紅外焦平面列陣器件減反射膜低溫淀積方法,其特征在于具體步驟為1.1器件的清潔處理將減薄好的InSb焦平面列陣器件放入熱三氯乙烯中浸漬5分鐘,三遍;三氯乙烯中浸漬24小時;丙酮過洗5分鐘,三遍;甲醇過洗5分鐘,三遍;干燥氮氣氣氛中晾干,1.2專用金屬掩膜架的清潔處理三氯鉀烷超聲1KHz清洗2分鐘;乙醚超聲1KHz清洗1分鐘;丙酮超聲1KHz清洗1分鐘;酒精超聲1KHz清洗1分鐘,1.3低溫淀積減反射膜A.將裝有器件的金屬掩膜架放入光輔助化學汽相淀積裝置中,將器件加熱到100-105℃,并保持4小時;B.設定光輔助化學汽相淀積裝置的SiH4流量為每分鐘5.8-6.2個標準立方厘米;C.N2O流量為每分鐘88-95個標準立方厘米;D.光輔助化學汽相淀積裝置的腔體壓強為600-610mτ;E.在上述工藝參數(shù)下,開啟紫外光源進行減反射膜的淀積,淀積溫度為100-105℃,淀積時間延續(xù)80分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種InSb紅外焦平面列陣器件減反射膜低溫淀積方法的專用金屬掩膜架,其特征在于所說的金屬掩膜架(2)是由帶多個穴位的底筐(2-4),穴位內(nèi)置有準備淀積減反射膜(1-1)的器件(1),底筐上蓋有與底筐穴位相應的帶孔的上蓋(2-2)組成;孔的大小與器件芯片(1-2)上準備淀積減反射膜的光照面大小一樣;底筐和上蓋是通過圓周邊上均布的三個圓孔用銷釘(2-3)和螺帽(2-1)將其固定,并使穴位和孔的相對位置偏差≤0.05mm,其精度是由3個銷釘保證的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種InSb紅外焦平面器件減反射膜低溫淀積方法及其專用金屬掩模架。其方法為淀積溫度100-105℃,SiH
文檔編號C23C16/40GK1309191SQ00127818
公開日2001年8月22日 申請日期2000年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
發(fā)明者陳伯良, 林俊超, 楊華, 王正官 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所