[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

摘要

本发明公开了一种应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元制造方法，包括将硅锗薄膜由SOI晶圆转移至CMOS晶圆，对薄膜刻蚀形成沟道，用lift-off法形成金属顶电极，对薄膜刻蚀形成敏感区块，PECVD法沉积氮化硅支撑薄膜，电镀生长出金属电极柱，溅射TiW形成电路，溅射红外吸收层，刻蚀氮化硅层、TiW层等形成L形悬臂梁等步骤。本发明在微测辐射热计领域成功的应用了硅锗/硅量子阱材料，拓展了非制冷红外焦平面可使用的敏感材料范围；考虑到硅锗/硅量子阱材料是一种“立体”导电材料，通过刻蚀沟道的方式形成U字形回路，增大了敏感区域的电阻；通过引入氮化硅薄膜，将λ/4共振红外吸收腔置于敏感区域内，更精确的控制了红外吸收腔尺寸，有效的增大了红外吸收率。

主权项

一种应用硅锗薄膜的非制冷红外焦平面阵列像元制造方法，其步骤如下：步骤一：以SOI晶圆作为量子阱型硅锗薄膜[043]的载体，然后通过硅锗薄膜平行转移技术完成量子阱型硅锗薄膜[043]由SOI晶圆向CMOS读出电路[047]的平行转移；步骤二：利用光刻技术在晶圆表面形成相应图形，然后使用ICP刻蚀机刻蚀量子阱型硅锗薄膜[043]，形成一条贯穿像元的沟道，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厚80nm‑150nm的铝电极[049]，之后清洗去胶，剥离掉多余的金属；步骤四：光刻形成图形，再使用ICP刻蚀机刻蚀掉厚500nm‑800nm的量子阱型硅锗薄膜[043]，然后用IBE刻蚀机刻蚀掉厚80nm‑200nm的铝反射层[045]，形成像元的敏感区块，然后清洗去胶；步骤五：在晶圆表面通过PECVD设备，低温沉积一层厚100nm‑200nm的高质量低应力台阶覆盖良好的第一氮化硅支撑层[051]；步骤六：光刻形成图形，再通过RIE刻蚀机刻蚀厚100nm‑200nm的第一氮化硅支撑层[051]和厚1μm‑3μm的键合胶层[048]，暴露出CMOS晶圆相应的金电极[046]；步骤七：通过电镀技术或者化学镀技术，在CMOS晶圆047上暴露出的金电极[046]位置生长出高1μm‑3μm的金电极柱[052]；步骤八：先光刻形成图形，再通过RIE刻蚀机刻蚀厚100nm‑200nm的第一氮化硅支撑层[051]，暴露出像元上的铝电极[049]，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厚80nm‑150nm的TiW电路[053]，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厚100‑200nm的高质量低应力覆盖性良好的第二氮化硅支撑层[061]；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方块电阻为377欧/sq的钼硅红外吸收层[062]；步骤十二：先光刻形成图形，再通过IBE刻蚀技术去除多余的钼硅红外吸收层[062]，然后清洗去胶；步骤十三：先光刻形成图形，再通过RIE刻蚀机刻蚀掉厚100‑200nm的第一氮化硅支撑层[051]、厚80nm‑150nm的TiW电路[053]、厚100nm‑200nm的第二氮化硅支撑层[061]，形成像元的悬臂结构，然后清洗去胶；步骤十四：将晶圆移入等离子去胶机内，干法去除厚1μm‑3μm键合胶层[048]，释放出结构。