[发明专利]一种微细加工的红外线法布里－珀罗滤色器及其制造方法

说明书

本发明是关于红外线法布-珀罗(FABRY-PEROT或F-P)滤色器，特别是关于由单块硅片微细加工而成的可调谐红外线F-P滤色器。

由硅片微细加工而成的可调谐红外线F-P滤色器已有若干报道，其中最有代表性的设计反映在J.H.Jerman等人题为″A Miniature Fabry-PerotInterferometers with a Corrugated Diaphragm Support″的论文中(TechnicalDigest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop，Hilton Head，June 1990，pp.140-144)。

Jerman等人的F-P滤色器为两平面镜组成的谐振腔，两平面镜附着于两硅平面上，两硅平面相隔一定距离平行排列。硅的折射率为3.5，对于波长λ为1.1-10μm的红外线，硅是透明的。当两平面镜之间的间距为入射谐振腔的红外线半波长的正数倍时，透过谐振腔出射的红外线为一锐利的谐振峰。这些透射峰的产生，是由于红外线进入谐振腔后，在腔体内经具有高反射系数的反射镜多次反射，波长满足谐振条件的红外线被保留，其它波长的红外线都被衰减掉。

F-P滤色器的两平行平面镜分别由两块硅片加工而成，第一块硅片形成平底凹坑，平面镜中的一块附着于凹坑的底面，第二块硅片形成由柔性波状硅膜支持的台面，另一块平面镜附着于台面的顶面。两块硅片通过粘合剂连接，连接时保持凹坑底面与台面顶面平行对准。部分边缘凹坑底面与台面顶面形成平行平板电容器，当施加直流电压于该电容器，在静电力作用下，柔性波状硅膜支持的台面可以沿垂直台面的方面移动，附着于台面顶面的镜子也随之移动，从而改变谐振器的间隔。台面与支持台面的波状硅膜由各向异性化学腐蚀硅片形成，先腐蚀硅片正面形成波状凹槽，然后腐蚀硅片背面，减薄硅片，形成波状硅膜和由波状硅膜围绕的梯形台面。

其它有关F-P滤色器的报导也都采用类似的两硅片组合结构。这种两硅片组合结构的F-P滤色器存在不少问题，主要是需要对硅片的两面进行加工，不能直接用集成电路工艺和设备进行制造。集成电路制造用单面加工工艺，要满足两面加工的要求，不仅制造工艺要作比较大的改动，还需增添两面对准的光刻设备。其次是由于各向异性腐蚀的非自停特性，波状硅膜的厚度很难精确控制，制造的器件重复性差。第三是波状硅膜支持的台面类似于加速度传感器的惯性质量块，在惯性力作用下很容易引起波状硅膜形变引起台面移动，因此器件工作时必须严格防止振动的干扰。

本发明的总体目标就是要解决红外线F-P滤色器存在的上述问题以及其它问题。具体说来，本发明的第一个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，由单一硅片加工而成，并且可以在同一硅片上制造驱动和控制反射镜平行移动的集成电路，以实现滤色器的单片集成。

本发明的第二个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，能采用标准的集成电路平面工艺制造，不需要对工艺作太大改动，也不需要增添大型制造设备。

本发明的第三个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其可移动的反射镜，质量轻，惯性小，防振动干扰能力强。

本发明的第四个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其反射镜的移动由硅膜的形变实现，而硅膜的形变由制作在硅膜里的压阻电阻器检测，以简化反射镜移动的检测，并改进反射镜移动控制精度。

本发明的第五个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，能在支持可移动反射镜的硅膜里制造压阻电阻器，利用压阻电阻器，监测平面镜的平面性能，如有形变及时进行调整。

本发明的第六个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其反射镜的移动可由电致薄膜伸缩器驱动，而电致薄膜伸缩器可由集成电路制造常用的薄膜淀积和光刻腐蚀技术形成。

图1A，图1B，和图1C为本发明设计的红外线F-P滤色器横截面示意图。图1A表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于尚未移动时的起始状态，图1B表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于向下移动一定距离时的短波状态，图1C表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于向上移动一定距离时的长波状态。

图2至图13表示本发明设计的红外线F-P滤色器处在各制造阶段形成的横截面示意图。