專利名稱：?jiǎn)螌与p材料微懸臂梁熱隔離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)械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硅微機(jī)械加工技術(shù)制作鏤空的單層雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列(FPA)的方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用光學(xué)讀出的、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)大多采用雙材料微懸臂梁熱隔離結(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。應(yīng)用光學(xué)讀出的焦平面陣列(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)是保留了圖形區(qū)的硅襯底，而且利用多層的結(jié)構(gòu)自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)熱隔離，缺點(diǎn)是紅外輻射的利用率低，造成焦平面陣列(FPA)的溫升不夠，影響了器件性能。為了解決紅外輻射利用率低的問題，我們采用了鏤空的單層雙材料熱隔離微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)的焦平面陣列(FPA)。它的特點(diǎn)是圖形區(qū)的硅襯底用帶選擇性的各向異性腐蝕去除，通常是用堿性的腐蝕液，對(duì)于我們所用的富硅型氮化硅薄膜，常規(guī)的焦平面陣列(FPA)制作工藝在最后的體硅腐蝕中，會(huì)把氮化硅圖形上間隔的金線條也去除掉，所以無法制作熱隔離的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作鏤空的單層雙材料熱隔離微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列(FPA)的方法，它首先用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液對(duì)基片進(jìn)行處理，再用常規(guī)工藝進(jìn)行加工，從而獲得鏤空的單層雙材料熱隔離微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列(FPA)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種單層雙材料微懸臂梁熱隔離焦平面陣列的制作方法，用硅微機(jī)械加工技術(shù)制作，為鏤空的單層雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)；其步驟如下步驟1、在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜；步驟2、用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕氮化硅二小時(shí)以上；步驟3、在正面甩正性光學(xué)光刻膠做保護(hù)；步驟4、在背面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻背面窗口圖形；步驟5、各向異性刻蝕有光刻圖形的背面，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；步驟6、去除光學(xué)光刻膠；步驟7、在沒有圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形；步驟8、在有光刻圖形的正面蒸發(fā)、剝離鉻薄膜；步驟9、各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；步驟10、去除鉻薄膜；步驟11、在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面隔離金圖形；步驟12、蒸發(fā)、剝離金；步驟13、用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕此基片，到背面窗口圖形以內(nèi)的硅全部腐蝕完畢，完成鏤空的雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列的制作。
所述的方法，其中所述所述第1步，在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜的厚度是0.5~3μm，是采用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)的方法獲得的。
所述的方法，其中所述第2步，用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕氮化硅二小時(shí)以上是采用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液，其目的是去除富硅型氮化硅表面鑲嵌的納米硅晶粒。
所述的方法，其中所述第3步，正面甩正性光學(xué)光刻膠做保護(hù)，其目的是在光刻背面時(shí)，被保護(hù)的這一面不被磨損、劃傷。
所述的方法，其中所述第4步，背面窗口圖形是通過在背面甩光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
所述的方法，其中所述第5步，各向異性刻蝕有光刻圖形的背面采用氟基氣體，被刻蝕的深度等于此面氮化硅的厚度，其目的是刻蝕背面腐蝕窗口。
所述的方法，其中所述第6步，去除光學(xué)光刻膠方法是采用丙酮濕法去除。
所述的方法，其中所述第7步，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形是通過在沒有圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
所述的方法，其中所述第8步，在有光刻圖形的正面蒸發(fā)、剝離的鉻薄膜的厚度為20~100nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的，其目的是做正面氮化硅梁刻蝕的掩蔽膜。
所述的方法，其中所述第9步，各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅是采用氟基氣體，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度，其目的是刻蝕正面的氮化硅梁圖形。
所述的方法，其中所述第10步，去除鉻薄膜是采用去鉻液濕法腐蝕方法完成的。
所述的方法，其中所述第11步，正面隔離金圖形是通過在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
所述的方法，其中所述第12步，蒸發(fā)、剝離的金的厚度為100nm~400nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的，其目的是做熱隔離的雙材料懸臂梁所述的方法，其中所述第13步，用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕此基片，到背面窗口圖形以內(nèi)的硅全部腐蝕完畢，是采用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液，使正面雙材料懸臂梁梁圖形完全釋放。
所述的方法，其還包括在甩正性光學(xué)光刻膠的程序后，用熱板進(jìn)行前烘。
本發(fā)明的特點(diǎn)是從物理原理的角度分析得到不同于常規(guī)工藝的工藝路線，在常規(guī)工藝之前用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液腐蝕氮化硅以去除富硅型氮化硅表面鑲嵌的納米硅晶粒，從而得到熱隔離的雙材料懸臂梁結(jié)構(gòu)。


圖1-1至圖1-13是本發(fā)明的流程圖；圖2-1至圖2-16是本發(fā)明實(shí)施例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法制備的鏤空的單層雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)圖形的形成，是由一次各向異性濕法腐蝕獲得合適的表面形貌，再用三次光學(xué)光刻、兩次各向異性等離子體刻蝕、一次蒸發(fā)、剝離金和一次各向異性濕法腐蝕獲得的。
本發(fā)明單層雙材料微懸臂梁熱隔離焦平面陣列的制作方法，步驟如下1、在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜；2、用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕氮化硅二小時(shí)以上；3、在單晶硅基片正面甩正性光學(xué)光刻膠做保護(hù)；4、在單晶硅基片背面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻背面窗口圖形；5、各向異性刻蝕有光刻圖形的背面，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；6、去除光學(xué)光刻膠；7、在沒有圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形；8、在有光刻圖形的正面蒸發(fā)、剝離鉻薄膜；9、各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；10、各向同性腐蝕去除鉻薄膜；11、在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面隔離金圖形；12、蒸發(fā)、剝離金；13、用加熱的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕此基片，到背面窗口圖形以內(nèi)的硅全部腐蝕完畢，完成鏤空的雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列(FPA)的制作。
歸納起來，本發(fā)明的步驟如圖1所示1、如圖1-1所示，在單晶硅基片101上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜102和103，氮化硅薄膜厚度是0.5~3μm，是采用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)的方法獲得的。
2、如圖1-2所示，用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕氮化硅薄膜102和103兩小時(shí)以上，去除富硅型氮化硅薄膜102和103表面鑲嵌的納米硅晶粒。
3、如圖1-3所示，在氮化硅薄膜102上甩正性光學(xué)光刻膠104，保護(hù)這一面不被磨損、劃傷。
4、如圖1-4所示，在氮化硅薄膜103上甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻、顯影獲得背面窗口圖形105。
5、如圖1-5所示，以背面窗口圖形105為掩蔽，采用氟基氣體各向異性刻蝕氮化硅薄膜103，被刻蝕的深度等于氮化硅薄膜103的厚度，獲得背面腐蝕窗口106。
6、如圖1-6所示，采用丙酮濕法去除光刻膠圖形104和105。
7、如圖1-7所示，在氮化硅薄膜102上甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻、顯影獲得正面氮化硅梁圖形107。
8、如圖1-8所示，在正面氮化硅梁圖形107上蒸發(fā)、剝離鉻薄膜108，鉻薄膜的厚度為20~100nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的。
9、如圖1-9所示，以鉻薄膜108為掩蔽，采用氟基氣體各向異性刻蝕氮化硅薄膜102，被刻蝕的深度等于氮化硅薄膜102的厚度，獲得正面氮化硅梁圖形109。
10、如圖1-10所示，采用去鉻液濕法腐蝕方法去除鉻薄膜108。
11、如圖1-11所示，在正面氮化硅梁圖形109上甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻、顯影獲得正面隔離金圖形110。
12、如圖1-12所示，在正面隔離金圖形110上蒸發(fā)、剝離金薄膜111，金薄膜的厚度為100nm~400nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的。
13、如圖1-13所示，用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液腐蝕從背面腐蝕窗口106和正面氮化硅梁圖形109中露出的硅，直到正面氮化硅梁完全釋放，得成品。
實(shí)施例，如圖2所示1、如圖2-1所示，在單晶硅基片201上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜202和203，氮化硅薄膜厚度是0.5~3μm，是采用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)的方法獲得的。
2、如圖2-2所示，用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液各向異性腐蝕氮化硅薄膜202和203兩小時(shí)以上，去除富硅型氮化硅薄膜202和203表面鑲嵌的納米硅晶粒。
3、如圖2-3所示，在氮化硅薄膜202上甩正性光學(xué)光刻膠204，并用熱板進(jìn)行前烘。
4、如圖2-4所示，在氮化硅薄膜203上甩正性光學(xué)光刻膠205，并用熱板進(jìn)行前烘。
5、如圖2-5所示，光學(xué)光刻、顯得獲得背面窗口圖形206。
6、如圖2-6所示，以背面窗口圖形206為掩蔽，采用氟基氣體各向異性刻蝕氮化硅薄膜203，被刻蝕的深度等于氮化硅薄膜203的厚度，獲得背面腐蝕窗口2077、如圖2-7所示，采用丙酮濕法去除光刻膠圖形204和206。
8、如圖2-8所示，在氮化硅薄膜102上甩正性光學(xué)光刻膠208。
9、如圖2-9所示，光學(xué)光刻、顯影獲得正面氮化硅梁圖形209。
10、如圖2-10所示，，在正面氮化硅梁圖形209上蒸發(fā)、剝離鉻薄膜210，鉻薄膜的厚度為20~100nm，是采用電子束蒸發(fā)的方法獲得的。
11、如圖2-11所示，以鉻薄膜210為掩蔽，采用氟基氣體各向異性刻蝕氮化硅薄膜202，被刻蝕的深度等于氮化硅薄膜202的厚度，獲得正面氮化硅梁圖形211。
12、如圖2-12所示，采用去鉻液濕法腐蝕方法去除鉻薄膜210。
13、如圖2-13所示，在正面氮化硅梁圖形211上甩正性光學(xué)光刻膠212，并用熱板進(jìn)行前烘。
14、如圖2-14所示，光學(xué)光刻、顯影獲得正面隔離金圖形213。
15、如圖2-15所示，在正面隔離金圖形213上蒸發(fā)、剝離金薄膜214，金薄膜的厚度為100nm~400nm，是采用電子束蒸發(fā)的方法獲得的。
16、如圖2-16所示，用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀(KOH)溶液從背面腐蝕窗口207和正面氮化硅梁圖形211中露出的硅，直到正面氮化硅梁完全釋放，得成品。
權(quán)利要求
1.一種單層雙材料微懸臂梁熱隔離焦平面陣列的制作方法，用硅微機(jī)械加工技術(shù)制作，為鏤空的單層雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)；其特征在于，步驟如下步驟1、在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜；步驟2、用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕氮化硅二小時(shí)以上；步驟3、在正面甩正性光學(xué)光刻膠做保護(hù)；步驟4、在背面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻背面窗口圖形；步驟5、各向異性刻蝕有光刻圖形的背面，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；步驟6、去除光學(xué)光刻膠；步驟7、在沒有圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形；步驟8、在有光刻圖形的正面蒸發(fā)、剝離鉻薄膜；步驟9、各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度；步驟10、去除鉻薄膜；步驟11、在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠，光學(xué)光刻正面隔離金圖形；步驟12、蒸發(fā)、剝離金；步驟13、用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕此基片，到背面窗口圖形以內(nèi)的硅全部腐蝕完畢，完成鏤空的雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第1步，在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)富硅型氮化硅薄膜的厚度是0.5~3μm，是采用低壓化學(xué)氣相淀積的方法獲得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第2步，用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕氮化硅二小時(shí)以上是采用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀溶液，其目的是去除富硅型氮化硅表面鑲嵌的納米硅晶粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第3步，正面甩正性光學(xué)光刻膠做保護(hù)，其目的是在光刻背面時(shí)，被保護(hù)的這一面不被磨損、劃傷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第4步，背面窗口圖形是通過在背面甩光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第5步，各向異性刻蝕有光刻圖形的背面采用氟基氣體，被刻蝕的深度等于此面氮化硅的厚度，其目的是刻蝕背面腐蝕窗口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第6步，去除光學(xué)光刻膠方法是采用丙酮濕法去除。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第7步，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形是通過在沒有圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第8步，在有光刻圖形的正面蒸發(fā)、剝離的鉻薄膜的厚度為20~100nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的，其目的是做正面氮化硅梁刻蝕的掩蔽膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第9步，各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅是采用氟基氣體，刻蝕深度等于此面氮化硅的厚度，其目的是刻蝕正面的氮化硅梁圖形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第10步，去除鉻薄膜是采用去鉻液濕法腐蝕方法完成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第11步，正面隔離金圖形是通過在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光學(xué)光刻膠并光學(xué)光刻、顯影獲得的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第12步，蒸發(fā)、剝離的金的厚度為100nm~400nm，是采用電子束或者電阻式蒸發(fā)的方法獲得的，其目的是做熱隔離的雙材料懸臂梁
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第13步，用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕此基片，到背面窗口圖形以內(nèi)的硅全部腐蝕完畢，是采用濃度為20％~40％、溫度為50~90度的氫氧化鉀溶液，使正面雙材料懸臂梁梁圖形完全釋放。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在甩正性光學(xué)光刻膠的程序后，用熱板進(jìn)行前烘。
全文摘要
一種單層雙材料微懸臂梁熱隔離焦平面陣列的制作方法，包括1.在單晶硅基片上雙面生長(zhǎng)氮化硅薄膜；2.用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕氮化硅；3.在正面甩正性光刻膠；4.在背面甩正性光刻膠，光學(xué)光刻背面窗口圖形；5.各向異性刻蝕有光刻圖形面；6.去除光刻膠；7.在正面甩正性光刻膠，光學(xué)光刻正面氮化硅梁圖形；8.在有光刻圖形的一面蒸發(fā)、剝離鉻薄膜；9.各向異性刻蝕有鉻薄膜覆蓋的氮化硅；10.各向同性腐蝕去除鉻薄膜；11.在有氮化硅梁圖形的正面甩正性光刻膠，光學(xué)光刻正面隔離金圖形；12.蒸發(fā)、剝離金；13.用加熱的氫氧化鉀溶液各向異性腐蝕基片，完成鏤空的雙材料微懸臂梁熱隔離結(jié)構(gòu)焦平面陣列的制作。
文檔編號(hào)B81C1/00GK1884039SQ200510011988
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者李超波, 陳大鵬, 葉甜春, 王瑋冰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所