[发明专利]性能提高的光学镀膜半导体器件及相关生产方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以2007年12月12日提出、申请号为61/007,494的美国临时专利申请为优先权，其整体内容以引用的方式并入本文。

背景技术

当前，许多重要的应用对具有调整光谱性能的半导体光电器件的需求日益增长。例如，图1示出了典型的硅基光伏探测器的响应度。如图示，在约200nm至约1200nm之间，该硅基光伏探测器具有近似线性的光谱响应度。相比之下，图2示出了相同的光伏探测器的光谱响应度，该探测器调整或以其他方式配置为选择性探测入射光在约720nm到约820nm之间的窄波带。

在另一个示例中，图3示出了发光二极管(LED)的光谱输出示例。相比之下，图4示出了图3中的硅基LED的光谱输出，其可以调整以输出更窄的光谱范围。目前，许多应用需要通过调整光电元件得到精确的光谱，包括那些用于高精度生物医药荧光应用和/或其他关键的测量和控制应用。

许多方法已经尝试生产可调光谱的光电器件。例如，如图5中所示，之前的器件包括光学镀膜玻璃元件5，其安装于半导体器件1外壳3的外部。可选择地，图6示出了器件7的一个示例，其具有位于装置外壳9的内部的探测器装置11。如图示，光学镀膜玻璃过滤装置13位于外壳9的内部且靠近探测器装置11。典型的光学镀膜玻璃装置包括玻璃或与玻璃类似的光学透明基板(例如，Schott Borofloat、BK-7及石英等)，具有至少一个涂覆其上的多层薄膜光学干涉镀膜。例如，多层光学干涉镀膜经常包括由低折射率和高折射率材料构成的交替层。当使用存在的多种方法生产上述的光学薄膜镀膜时，相对而言，几乎没有镀膜方法能满足高精度应用对膜结构和密度能的要求。例如，传统的沉积光学薄膜(例如，热或电子束蒸发氧化物材料，如SiO2、HfO2、Ta2O5等)具有柱状和孔状的微观形态，能够吸收和解吸大气中的水分。同样地，由于带入水分，多层薄膜有效的折射率的可能改变，并使光谱漂移和不稳定。对于许多关键仪器的应用，这极大降低了光学精度。因此现有技术的光学镀膜方法可选择增加薄膜的密度，作为能够阻止水分渗透的方法。同样地，多层光学干涉镀膜包含低系数和高系数材料交替的层，其中低系数和高系数材料均是高密度材料。这样的方法包括反应离子电镀、离子辅助电子束蒸发、离子束溅射、磁控溅射和等离子增强CVD。

然而，当前的光学薄膜多层沉积技术(例如离子电镀、离子束溅射、磁控溅射、离子辅助电子束沉积、CVD等)满足了生成高密度光学镀膜的需要，但也具有许多缺点。例如，这些方法无法提供在半导体表面上直接沉积光学镀膜的理想设置。更具体而言，当前的沉积技术生产具有不良的薄膜应力过大的高密度光学镀膜，可能降低装置的性能。此外，一旦这些镀膜被涂覆，这些高密度光学镀膜很难进行进一步的加工(例如，蚀刻)。

因此，鉴于上述情况，对能够在半导体晶片装置或在环境中稳定的材料上生产光学镀膜的多层光学薄膜镀膜方法的需求是增长的，同时要使有害应力最小并使沉积后的蚀刻工艺简单、非损坏和可制造。

发明内容

本申请公开了提高性能的光学镀膜半导体器件以及多种生产该器件方法的多个实施例。与现有技术中的器件不同，此处公开的器件包括半导体晶片或主体，具有低密度、低折射率的第一层和涂敷在其上的多层光学镀膜。在一个实施例中，多层光学镀膜包括低密度、低折射率光学材料和高密度、高折射率光学材料交替的层。与现有技术的器件不同，其包括低密度、低折射率材料与高密度、高折射率材料，提供的光学镀膜半导体器件在不降低性能特征的情况下能承受进一步的加工。

在一个实施例中，本申请直接涉及生产光学镀膜半导体器件的方法，包括在半导体器件的表面上沉积低密度、低折射率材料的第一层，并在半导体器件的沉积表面沉积多层光学镀膜，该多层光学镀膜包含由低密度、低折射率材料和高密度、高折射率材料构成的交替层，选择性烧蚀该交替多层光学镀膜的一部分，露出低密度第一层的至少一部分，并且选择性烧蚀低密度材料第一层的一部分，露出半导体器件的至少一部分。

在另一个实施例中，本发明直接涉及生产光学镀膜半导体器件的方法，包括在半导体器件表面上沉积低密度、低折射率材料的第一层，并在半导体器件的沉积表面沉积多层光学镀膜，多层光学镀膜包括由低密度、低折射率材料和高密度、高折射率材料构成的交替层，使用物理烧蚀方法选择性地烧蚀该交替多层光学镀膜的一部分，露出低密度第一层的至少一部分，并且使用可控的化学蚀刻方法选择性地烧蚀低密度材料第一层的一部分，露出半导体器件的至少一部分。