[发明专利]应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子加工技术应用在红外成像器件制造领域，是一种使用TCR（电阻温度系数）型硅锗量子阱材料作为敏感材料的非制冷红外焦平面阵列像元的制造方法。

背景技术

红外成像技术在军事和民用领域有着广泛的应用与需求。红外成像反应了物体表面热辐射及其内部热耗散的信息，是人们在可见光波段范围外的视觉延伸，是观察和感知客观世界的一种新手段。随着红外敏感材料技术的突破以及MEMS制造技术的飞速发展和日益成熟，微型测辐射热仪已经被广泛应用于军事和民用领域，如热像仪、夜视摄像机、热传感器、监控像机等产品。这些仪器的主要性能是由测辐射热计阵列像元的红外吸收率、电阻温度系数(TCR)、热绝缘性和噪声性能等多因素共同决定的。在这些参数中电阻温度系数特性以及电阻特性是影响微型测辐射热仪(microbolometers)性能的重要因素。因此寻找各种测辐射热材料的开发研究工作非常活跃，这些材料包括金属、氧化物，半导体和超导体材料等。其中量子阱型硅锗薄膜材料由于其较高的TCR及相对传统TCR材料（氧化钒、非晶硅）较低的噪声特征，是一种非常适合于微测辐射热仪制作的敏感材料，因此备受瞩目。

而目前的微测辐射热计阵列像元制造方法是基于传统TCR材料而设计的，并不适用于应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元制造。相比传统材料新型的具有高TCR低1/f噪声的量子阱型硅锗薄膜材料具有：硅锗薄膜材料生长工艺与CMOS读出电路制造工艺不兼容；硅锗薄膜材料是一种“立体”材料有更大的厚度；硅锗薄膜材料内的电流流通方向是沿截面流通而非传统材料的沿平面流通等特点。这些特点使得无法用传统阵列制造方法制造应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元。因此我们在传统阵列像元制造方法的基础上提出了一种新的制造方法以适应应用硅锗量子阱材料的特殊要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用量子阱型硅锗薄膜材料的非制冷红外焦平面阵列像元的制造方法，解决性能优良的量子阱材料在非制冷红外焦平面制造领域的工程化应用问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元的制造方法，步骤如下：

步骤一：以SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）晶圆作为硅锗量子阱型TCR敏感材料的载体，然后通过硅锗薄膜平行转移技术完成硅锗量子阱型TCR敏感材料由SOI晶圆向CMOS读出电路的平行转移；

步骤二：利用光刻技术（晶圆表面先涂胶、软烘，再曝光、显影、坚膜形成光刻胶图形）在晶圆表面形成相应图形，然后使用ICP（电感耦合等离子体源）刻蚀技术刻蚀出贯穿像元的沟道，之后清洗去胶；

步骤三：光刻形成图形，再使用磁控溅射在晶圆表面沉积像元的金属顶电极，之后清洗去胶，剥离掉多余的金属（Lift-off，溶脱剥离法）；

步骤四：光刻形成图形，再使用ICP刻蚀技术和IBE（离子溅射刻蚀）刻蚀技术刻蚀出像元的敏感区块，然后清洗去胶；

步骤五：在晶圆表面通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）技术，低温沉积一层高质量低应力台阶覆盖良好的氮化硅薄膜；

步骤六：光刻形成图形，再通过RIE（反应离子刻蚀）技术刻蚀氮化硅层和键合胶层，暴露出CMOS晶圆相应的锚点（电极位）；

步骤七：通过电镀技术或者化学镀技术，在CMOS晶圆上暴露出的锚点位置生长出相应的金属电极柱；

步骤八：先光刻形成图形，再通过RIE技术刻蚀氮化硅层，暴露出像元上的金属顶电极，之后清洗去胶；

步骤九：先通过磁控溅射在晶圆表面沉积一层低热导金属，再光刻形成图形，使用ICP刻蚀技术或者IBE刻蚀技术去除多余的金属，然后清洗去胶；

步骤十：通过PECVD技术，在结构表面低温沉积一层高质量低应力台阶覆盖良好的氮化硅薄膜；

步骤十一：通过磁控溅射技术或者电子束蒸发技术，在结构表面沉积一层红外吸收层；

步骤十二：先光刻形成图形，再通过IBE刻蚀技术去除多余的红外吸收层，然后清洗去胶；

步骤十三：先光刻形成图形，再通过RIE刻蚀技术刻蚀出像元的悬臂结构，然后清洗去胶；

步骤十四：将晶圆移入等离子去胶机内，干法去除键合胶，释放结构。

本发明与现有技术相比，其特点在于：