專利名稱：光調制熱成像焦平面陣列的制作方法
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l、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、生長多晶硅填滿溝槽；
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IO、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Si02 (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，生長多晶硅是采用LPCVD(低壓化學氣項淀積) 工藝在單晶硅片上表面生成一層多晶硅，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，通過多晶硅干法刻蝕多余 的多晶硅實現的。
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、多晶硅溝 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。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例 并配合附圖詳細說明如后。
圖1至圖12為本發明的帶硅支撐框架的全鏤空結構光調制熱成像焦平 面陣列的制作方法的各個步驟所形成產品的結構示意圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所釆取的技術手段及功 效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的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其具體實施方式
、結構、特征 及其功效，詳細說明如后。
步驟l,參照圖l，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，在晶向為〈100〉的單晶硅片101的正面摻雜一層濃B(硼) 摻雜層102，其雜質濃度大于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2，參照圖2，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，采用Si02 (二氧化硅)作掩蔽層103，在單晶硅片 101正面進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3，參照圖3，采用干氧化工藝或者濕氧化工藝，對單晶硅片進行 氧化，在所述的溝槽內側壁生長一層0. 05微米到0. 1微米的氧化硅層104;
步驟4，參照圖4和圖5，采用LPCVD (低壓化學氣項淀積)工藝，在 所述的單晶硅片101正面生長一層多晶硅層105，多晶硅層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 (反應離子刻蝕)設備，刻蝕掉單晶硅片101上除溝槽中以外的多晶硅；
步驟5，參照圖6，采用LPCVD (低壓化學氣相淀積)工藝或者PECVD (等離子增強化學氣相淀積)的工藝，在單晶硅片101的雙面生長厚度在0. 1 微米到2微米之間的低應力氮化硅薄膜層106或者氧化硅薄膜層106;
步驟6，參照圖7，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. 1微米到0. 8微米之間 的鋁金屬薄膜層107;
步驟7，參照圖8，采用RIE (反應離子刻蝕)設備，采用干法刻蝕工 藝刻蝕掉部分的鋁金屬薄膜層107;
步驟8，參照圖9，采用RIE (反應離子刻蝕)設備，采用氟基氣體， 刻蝕掉部分氧化硅薄膜層106，形成懸臂梁結構；
步驟9，參照圖10和圖11，使用具有雙面光刻功能的光刻機如SUSS 公司的MA6或EVG公司的620光刻機在單晶硅片101背面定義出背面圖形， 使用RIE (反應離子刻蝕)設備，采用RIE (反應離子刻蝕)工藝，在硅片 正面圖形區所對應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如SUSS公司的MA6或EVG公司的620光刻 機；對單晶硅片101背面部分暴露出的單晶硅的窗口進行腐蝕，利用摻雜 有高濃度的B元素的硅不會被腐蝕液所腐蝕以及各向異性腐蝕液對單晶硅 〈111〉晶面腐蝕速度極低的原理，使腐蝕過程到達濃硼摻雜層102，然后自動 終止，K0H (氫氧化鉀)溶液或TMAH (四甲基氫氧化銨)溶液，濃度分別為 33%的K0H (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，參照圖12，采用XeF2 (二氟化氙)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有被濕法腐蝕所去除的擁有 濃B (硼)雜質的單晶硅，即濃B (硼)摻雜層102，完成腐蝕工作，并最 終釋放出器件結構，完成整個器件的加工工序。
上述實施例的方法還包括正性光刻膠的涂膠、曝光、顯影等一系列 圖形轉移工作。
權利要求
1、一種光調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、生長多晶硅填滿溝槽；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，從硅片背面腐蝕單晶硅；步驟10、按預設圖案，腐蝕摻雜層，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。
2、 根據權利要求1所述的光調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為<100>。
3、 根據權利要求1所述的光調制熱成像焦平面陣列的制作方法，其特征在于，上述步驟1中，所述的重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硼、砷 或磷雜質實現的。
4、 根據權利要求l所述的光調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，使用反應粒子刻蝕設備或者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。
5、 根據權利要求l所述的光調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，在溝槽內壁生長氧化硅是采用干氧化工藝或者濕 氧化工藝實現的。
6、 根據權利要求l所述的光調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，生長多晶硅是采用低壓化學氣項淀積工藝在單晶硅片上表面生成一層多晶硅，并填滿所述的溝槽，然后使用溴基刻蝕氣體 和反應離子刻蝕設備，通過多晶硅干法刻蝕多余的多晶硅實現的。
7、 根據權利要求l所述的光調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，該過程是采用低 壓化學氣相淀積或者等離子增強化學氣相淀積實現的。
8、 根據權利要求l所述的光調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現的。
9、 根據權利要求l所述的光調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是采用反應離子刻蝕設備， 通過干法刻蝕工藝實現的。
10、 根據權利要求7所述的光調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是采用反應離子刻蝕設備 刻蝕形成的。
11、 根據權利要求7所述的光調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，按照預設圖案刻蝕薄膜層B，該刻蝕過程是 通過使用反應離子刻蝕設備，采用反應離子刻蝕工藝實現的。
12、 根據權利要求1所述的光調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、 根據權利要求1所述的光調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氤作為腐蝕氣 體。
全文摘要
本發明是關于一種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.在單晶硅片上表面制造重摻雜層；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.生長多晶硅填滿溝槽；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，從硅片背面腐蝕單晶硅；步驟10.按預設圖案，腐蝕摻雜層，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。
文檔編號G01J5/20GK101538005SQ20091008027
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者葉甜春, 毅 歐, 焦斌斌, 陳大鵬 申請人:中國科學院微電子研究所
專業數控銑床產品供應商
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