專利名稱：光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)中的硅微機(jī)械加工領(lǐng)域，特別涉及一種硅微機(jī)械加工技術(shù)制作帶 硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列(FPA)的方法。
背景技術(shù)：
采用光學(xué)調(diào)制方法的、基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的非制冷型紅外探測(cè)焦平面陣列(FPA )大多采用微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)，他們的探測(cè)靈敏度和器件的結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)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(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)是保留有紅外敏感區(qū)的硅襯底，而利用多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)熱隔離，其缺點(diǎn)是紅外輻射在到達(dá) 敏感單元之前先會(huì)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(wèn)題，我們?cè)岢隽艘环N襯底全鏤空結(jié)構(gòu)的光調(diào)制非制冷紅外焦平面陣列， 這種器件的特點(diǎn)是在紅外敏感單元區(qū)域的硅襯底全部被去掉，敏感單元完全依靠一層薄膜結(jié) 構(gòu)支撐。此種全鏤空結(jié)構(gòu)的光調(diào)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(wèn) 題，從而極大地提高了器件的響應(yīng)靈敏度性能。但是這種器件由于器件結(jié)構(gòu)只由一層薄膜所 支撐，所以異常脆弱，很容易破損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制作帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦 平面陣列(FPA)的制作方法。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的，本發(fā)明提出一種帶硅支撐框架的全鏤 空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，包括如下步驟
步驟l、在單晶硅片上表面覆蓋摻雜層；
步驟2、按照預(yù)設(shè)圖案，在單晶硅片上表面刻蝕溝槽；
步驟3、在溝槽內(nèi)壁覆蓋氧化硅層；
步驟4、生長(zhǎng)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(yù)設(shè)圖案，刻蝕金屬層；
步驟8、按照預(yù)設(shè)圖案，刻蝕薄膜層A;
5步驟9、按照預(yù)設(shè)圖案，從背面腐蝕單晶硅； 步驟IO、按預(yù)設(shè)圖案，腐蝕摻雜層。
從而得到帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列。 優(yōu)選的，上述單晶硅片單晶硅晶向?yàn)椤?00〉。
優(yōu)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(biāo)
準(zhǔn)的雜質(zhì)擴(kuò)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(zhì)實(shí)現(xiàn) 的。
優(yōu)選的，上述步驟2中，所述的在單晶硅片上刻蝕溝槽是采用Si02 (二氧化硅)作為掩 蔽層，使用RIE (反應(yīng)粒子刻蝕)設(shè)備或者ICP (感應(yīng)耦合等離子刻蝕)設(shè)備通過(guò)各向異性干 法深硅刻蝕實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選的，上述步驟3中，在溝槽內(nèi)壁生長(zhǎng)氧化硅是采用干氧化工藝或者濕氧化工藝實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選的，上述步驟4中，生長(zhǎng)非晶硅是采用LPCVD (低壓化學(xué)氣項(xiàng)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(yīng)離 子刻蝕)設(shè)備，通過(guò)非晶硅干法刻蝕多余的非晶硅實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)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(guò)程是采用LPCVD (低壓化學(xué)氣相淀積)或者 PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)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(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選的，上述步驟7中，所述的刻蝕金屬層A是采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，通過(guò)干 法刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選的，上述步驟8中，所述的刻蝕薄膜層A是采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備刻蝕形成的。
優(yōu)選的，上述步驟9還包括，按照預(yù)設(shè)圖案刻蝕薄膜層B，該刻蝕過(guò)程是通過(guò)使用RIE ( 反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)工藝實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)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(yōu)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(fā)明從微細(xì)加工角度出發(fā)，結(jié)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(xiàng)同性干法腐蝕等技術(shù)，提出的一種帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，從而完善了本發(fā)明提出的一種制作帶硅支撐框架的全鏤空 結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列(FPA)的制作方法。
本發(fā)明一種制作帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)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(zhuǎn)移工作。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依 照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。


圖1至圖12為本發(fā)明的帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法 的各個(gè)步驟所形成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及 較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制 作方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
步驟l，參照?qǐng)Dl，采用高能粒子注入后再高溫退火的方法或者標(biāo)準(zhǔn)的雜質(zhì)擴(kuò)散摻雜工藝 ，在晶向?yàn)椤?00〉的單晶硅片101的正面摻雜一層濃B (硼)摻雜層102，其雜質(zhì)濃度大于le19 1/cm3，摻雜的濃B (硼)摻雜層102的深度在2微米到20微米之間；
步驟2，參照?qǐng)D2，使用RIE (反應(yīng)粒子刻蝕)設(shè)備或者ICP (感應(yīng)耦合等離子刻蝕)設(shè)備 ，采用Si02 (二氧化硅)作掩蔽層103，在單晶硅片101正面進(jìn)行各向異性干法深硅刻蝕形成 溝槽，得到深度在5微米到30微米之間，寬度在0.5微米到3微米之間的溝槽；
步驟3，參照?qǐng)D3，采用干氧化工藝或者濕氧化工藝，對(duì)單晶硅片進(jìn)行氧化，在所述的溝 槽內(nèi)側(cè)壁生長(zhǎng)一層O. 05微米到0. 1微米的氧化硅層104;
步驟4，參照?qǐng)D4和圖5，采用LPCVD (低壓化學(xué)氣項(xiàng)淀積)工藝，在所述的單晶硅片IOI 正面生長(zhǎng)一層非晶硅層105，非晶硅層105厚度在0. 25微米到1. 5微米之間，并將溝槽填滿； 使用Br (溴)基刻蝕氣體，采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，刻蝕掉單晶硅片101上除溝槽中 以外的非晶硅；
步驟5，參照?qǐng)D6，采用LPCVD (低壓化學(xué)氣相淀積)工藝或者PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣 相淀積)的工藝，在單晶硅片IOI的雙面生長(zhǎng)厚度在O. l微米到2微米之間的低應(yīng)力氮化硅薄 膜層106或者氧化硅薄膜層106;
步驟6，參照?qǐng)D7，采用MSS (磁控濺射)工藝，在所述的氮化硅薄膜層106或者氧化硅薄 膜層106上濺射一層厚度在0. l微米到O. 8微米之間的鋁金屬薄膜層107;步驟7，參照?qǐng)D8，采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，采用干法刻蝕工藝刻蝕掉部分的鋁 金屬薄膜層107;
步驟8，參照?qǐng)D9，采用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，采用氟基氣體，刻蝕掉部分氧化硅 薄膜層106，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)；
步驟9，參照?qǐng)D10和圖11，使用具有雙面光刻功能的光刻機(jī)如SUSS公司的MA6或EVG公司 的620光刻機(jī)在單晶硅片101背面定義出背面圖形，使用RIE (反應(yīng)離子刻蝕)設(shè)備，采用 RIE (反應(yīng)離子刻蝕)工藝，在硅片正面圖形區(qū)所對(duì)應(yīng)的硅片背面干法刻蝕掉部分背面的氮 化硅薄膜層106或者氧化硅薄膜層106，使得單晶硅片101背面的單晶硅部分暴露，此需要使 用到具有雙面光刻功能的光刻機(jī)如SUSS公司的MA6或EVG公司的620光刻機(jī)；對(duì)單晶硅片101背 面部分暴露出的單晶硅的窗口進(jìn)行腐蝕，利用摻雜有高濃度的B元素的硅不會(huì)被腐蝕液所腐 蝕以及各向異性腐蝕液對(duì)單晶硅〈111 >晶面腐蝕速度極低的原理，使腐蝕過(guò)程到達(dá)濃硼摻雜 層102，然后自動(dòng)終止，KOH (氫氧化鉀)溶液或TMAH (四甲基氫氧化銨)溶液，濃度分別為 33%的KOH (氫氧化鉀)溶液或20%的TMAH (四甲基氫氧化銨)溶液，腐蝕溫度為50度到90 度之間。
步驟IO，參照?qǐng)D12，采用XeF2 (二氟化氤)作為腐蝕氣體在常壓下，采用干法各向異性 腐蝕從硅片的正面腐蝕掉沒(méi)有被濕法腐蝕所去除的擁有濃B (硼)雜質(zhì)的單晶硅，即濃B (硼 )摻雜層102，完成腐蝕工作，并最終釋放出器件結(jié)構(gòu)，完成整個(gè)器件的加工工序。
上述實(shí)施例的方法還包括正性光刻膠的涂膠、曝光、顯影等一系列圖形轉(zhuǎn)移工作。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，該方法包括步驟1、在單晶硅片上表面制造重?fù)诫s層；步驟2、按照預(yù)設(shè)圖案，在單晶硅片上表面刻蝕溝槽；步驟3、在溝槽內(nèi)壁覆蓋氧化硅層；步驟4、生長(zhǎng)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(yù)設(shè)圖案，刻蝕金屬層；步驟8、按照預(yù)設(shè)圖案，刻蝕薄膜層A；步驟9、按照預(yù)設(shè)圖案，從硅片背面腐蝕單晶硅；步驟10、按預(yù)設(shè)圖案，腐蝕摻雜層，得到帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述單晶硅 片的單晶硅晶向?yàn)椤?00〉。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟l 中，所述的重?fù)诫s層是采用高能粒子注入后再高溫退火的方法或者標(biāo)準(zhǔn)的雜質(zhì)擴(kuò)散摻雜工藝 在所述的單晶硅片上摻加濃硼、砷或磷雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟2 中所述的在單晶硅片上刻蝕溝槽是采用二氧化硅作為掩蔽層，使用反應(yīng)粒子刻蝕設(shè)備或者感 應(yīng)耦合等離子刻蝕設(shè)備通過(guò)各向異性干法深硅刻蝕實(shí)現(xiàn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟3 中，在溝槽內(nèi)壁生長(zhǎng)氧化硅是采用干氧化工藝或者濕氧化工藝實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟4 中，生長(zhǎng)非晶硅是采用低壓化學(xué)氣項(xiàng)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，然后使用溴基刻蝕氣體和反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，通過(guò)非晶硅干法刻蝕多余的非晶硅 實(shí)現(xiàn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，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(guò)程是采用低壓化學(xué)氣相淀積或者等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積實(shí)現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟6 中，所述的覆蓋金屬層是采用磁控濺射工藝實(shí)現(xiàn)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟7 中，所述的刻蝕金屬層A是采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，通過(guò)干法刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟8 中，所述的刻蝕薄膜層A是采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備刻蝕形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟9 還包括，按照預(yù)設(shè)圖案刻蝕薄膜層B，該刻蝕過(guò)程是通過(guò)使用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，采用反應(yīng) 離子刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟9 中，所述的腐蝕單晶硅采用的是氫氧化鉀溶液或者四甲基氫氧化銨溶液作為腐蝕溶液。
13.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟10中，所述的腐蝕摻雜層是采用二氟化氙作為腐蝕氣體。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種光調(diào)制熱成像焦平面陣列的制作方法，包括如下步驟步驟1.在單晶硅片上表面制造重?fù)诫s層；步驟2.按照預(yù)設(shè)圖案，在單晶硅片上表面刻蝕溝槽；步驟3.在溝槽內(nèi)壁覆蓋氧化硅層；步驟4.生長(zhǎng)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(yù)設(shè)圖案，刻蝕金屬層；步驟8.按照預(yù)設(shè)圖案，刻蝕薄膜層A；步驟9.按照預(yù)設(shè)圖案，從硅片背面腐蝕單晶硅；步驟10.按預(yù)設(shè)圖案，腐蝕摻雜層，得到帶硅支撐框架的全鏤空結(jié)構(gòu)光調(diào)制熱成像焦平面陣列。
文檔編號(hào)G01J5/02GK101538006SQ20091030182
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者葉甜春, 毅 歐, 焦斌斌, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所