[发明专利]光调制热成像焦平面阵列的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术中的硅微机械加工领域，特别涉及一种硅微机械加工技术制作带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列(FPA)的方法。 

背景技术

采用光学调制方法的、基于微机电系统(MEMS)的非制冷型红外探测焦平面阵列(FPA)大多采用微悬臂梁热隔离结构，他们的探测灵敏度和器件的结构有着直接的关系。此种类型的焦平面阵列(FPA)通常采用带有牺牲层的多层双材料悬臂梁热隔离结构，这种结构的特点是保留有红外敏感区的硅衬底，而利用多层结构实现热隔离，其缺点是红外辐射在到达敏感单元之前先会被硅衬底所反射，从而造成这类器件的红外辐射利用率低，影响器件性能。为了解决这一问题，我们曾提出了一种衬底全镂空结构的光调制非制冷红外焦平面阵列，这种器件的特点是在红外敏感单元区域的硅衬底全部被去掉，敏感单元完全依靠一层薄膜结构支撑。此种全镂空结构的光调制非制冷红外焦平面阵列解决了红外辐射被硅衬底反射的问题，从而极大地提高了器件的响应灵敏度性能。但是这种器件由于器件结构只由一层薄膜所支撑，所以异常脆弱，很容易破损。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列(FPA)的制作方法。 

本发明是通过如下技术方案解决上述技术问题的，本发明提出一种带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列的制作方法，包括如下步骤： 

步骤1、在单晶硅片上表面覆盖掺杂层； 

步骤2、按照预设图案，在单晶硅片上表面刻蚀沟槽； 

步骤3、在沟槽内壁覆盖氧化硅层； 

步骤4、生长多晶硅填满沟槽； 

步骤5、在单晶硅片上表面覆盖薄膜层A； 

步骤6、在薄膜层A上覆盖金属层； 

步骤7、按照预设图案，刻蚀金属层； 

步骤8、按照预设图案，刻蚀薄膜层A； 

步骤9、按照预设图案，从背面腐蚀单晶硅； 

步骤10、按预设图案，腐蚀掺杂层。 

从而得到带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列。 

优选的，上述单晶硅片单晶硅晶向为<100>。 

优选的，上述步骤1中，所述的掺杂层是采用高能粒子注入后再高温退火的方法或者标准的杂质扩散掺杂工艺在所述的单晶硅片上掺加浓B(硼)、P(磷)、或As(砷)杂质实现的。 

优选的，上述步骤2中，所述的在单晶硅片上刻蚀沟槽是采用SiO2(二氧化硅)作为掩蔽层，使用RIE(反应粒子刻蚀)设备或者ICP(感应耦合等离子刻蚀)设备通过各向异性干法深硅刻蚀实现的。 

优选的，上述步骤3中，在沟槽内壁生长氧化硅是采用干氧化工艺或者湿氧化工艺实现的。 

优选的，上述步骤4中，生长多晶硅是采用LPCVD(低压化学气相淀积)工艺在单晶硅片上表面生成一层多晶硅，并填满所述的沟槽，然后使用Br(溴)基刻蚀气体和RIE(反应离子刻蚀)设备，通过多晶硅干法刻蚀多余的多晶硅实现的。 

优选的，上述步骤5还包括，在所述的单晶硅片下表面覆盖薄膜层B，所述的薄膜层A和薄膜层B均为氮化硅材料或者氧化硅材料，该过程是采用LPCVD(低压化学气相淀积)或者PECVD(等离子增强化学气相淀积)实现的。 

优选的，上述步骤6中，所述的覆盖金属层是采用MSS(磁控溅射)工艺实现的。 

优选的，上述步骤7中，所述的刻蚀金属层A是采用RIE(反应离子刻蚀)设备，通过干法刻蚀工艺实现的。 

优选的，上述步骤8中，所述的刻蚀薄膜层A是采用RIE(反应离子刻蚀)设备刻蚀形成的。 

优选的，上述步骤9还包括，按照预设图案刻蚀薄膜层B，该刻蚀过程是通过使用RIE(反应离子刻蚀)设备，采用RIE(反应离子刻蚀)工艺实现的。 

优选的，上述步骤9中，所述的腐蚀单晶硅采用的是KOH(氢氧化钾)溶液或者TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液作为腐蚀溶液。 

优选的，上述步骤10中，所述的腐蚀掺杂层是采用XeF₂(二氟化氙)作为腐蚀气体。 

综上所述，本发明从微细加工角度出发，结合体硅深刻蚀、多晶硅沟槽填充、单晶硅湿法腐蚀自终止、硅的各相同性干法腐蚀等技术，提出的一种带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列的制作方法，从而完善了本发明提出的一种制作带硅支撑框架的全镂空结构光调制热成像焦平面阵列(FPA)的制作方法。