CN103569944B - SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺 - Google Patents

SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，包括以下步骤：①在一块体硅表面淀积一层SiO2层；②对上述SiO2层采用离子注入工艺进行P型杂质注入；③采用炉管退火工艺进行退火；④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面淀积一层Al膜；⑤在上述Al膜表面淀积一层非晶硅层；⑥将上述SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层以及下面的体硅采用腐蚀工艺去除；⑦采用烘箱退火工艺进行退火处理。该工艺能对SiO2/Al复合梁的残余应力进行调节，从而使复合梁曲率半径增大，反光板角度较小，进而提高了以SiO2/Al为形变梁的非制冷红外芯片的成像质量。同时，该工艺可以可根据器件应用，适当调整其中参数，来控制复合梁的应力出现张或者压应力。

Description

SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺
技术领域
本发明属于微电子机械系统加工领域，具体的说，涉及一种SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺。
背景技术
在以SiO2/Al为形变复合梁的全镂空非制冷红外芯片中，由于SiO2/Al的应力匹配难度很大，造成红外芯片镂空以后形变复合梁的曲率半径较小，弯曲严重，从而导致反光板倾斜角度较大。因此，在光学系统进行成像测试时，当入射光线照射在反光板上，经过反光板反射后严重偏离光学主轴。这样就导致了在光学主轴上的CCD探测器不能接收到或者接收到部分反光板的反射信号。从而导致了严重失真的红外芯片成像效果。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，该工艺成功对SiO2/Al复合梁的残余应力进行调节，从而使复合梁曲率半径增大，反光板角度较小。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，包括以下步骤：
①在一块体硅表面淀积一层SiO2层；
②对上述SiO2层采用离子注入工艺进行P型杂质注入；
③采用炉管退火工艺进行退火；
④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面淀积一层Al膜；
⑤在上述Al膜表面淀积一层非晶硅层；
⑥将上述SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层以及下面的体硅采用腐蚀工艺去除；
⑦采用烘箱退火工艺进行退火处理。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤①中，所述SiO2层厚度为400-600nm。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤②中，注入的P型杂质为磷，注入能量为14～16keV，注入剂量为5e13～5e15cm-2。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤③中，所述炉管退火温度为600～900℃，时间1～3h。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤④中，所述Al膜厚度为200～300nm。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤⑤中，所述非晶硅层的厚度为200～300nm。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤⑥中，采用XeF2干法腐蚀工艺将复合梁上面的非晶硅层去除，采用湿法腐蚀工艺将复合梁下面的体硅去除。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤⑦中，所述烘箱退火工艺为从室温开始升温，升至160～180℃，恒温0.5～1h，然后继续升温至280～300℃,恒温0.5～1h，然后再继续升温至340～380℃，恒温1～2h，之后再降温至160～180℃。
本发明的有益效果是：本发明所述工艺能对SiO2/Al复合梁的残余应力进行调节，从而使复合梁曲率半径增大，反光板角度较小，进而提高了以SiO2/Al为形变梁的非制冷红外芯片的成像质量。同时，该工艺可以可根据器件应用，适当调整其中参数，来控制复合梁的应力出现张或者压应力。
附图说明
图1为本发明所述工艺步骤①结构示意图；
图2为本发明所述工艺步骤②结构示意图；
图3为本发明所述工艺步骤④结构示意图；
图4为本发明所述工艺步骤⑤结构示意图；
图5为本发明所述工艺步骤⑥结构示意图。
结合附图，作以下说明：
1——体硅2——SiO2层
3——Al膜4——非晶硅层
具体实施方式
实施例1：
一种用于全镂空非制冷红外芯片中的形变梁为SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，包括以下步骤：
①采用沉积工艺，在体硅1表面淀积一层厚度500纳米的SiO2层2，如附图1所示；
②采用离子注入磷工艺，注入能量为15keV，剂量5e14cm-2，如附图2所示；
③采用炉管退火工艺，温度800℃，时间2h；
④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面形成厚度为300纳米的Al膜3，如附图3所示；
⑤采用沉积工艺，在Al膜表面淀积一层厚度200纳米的非晶硅层4，如附图4。
⑥采用XeF2干法释放工艺，将SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层4和下面的体硅1全部腐蚀干净，如附图5所示；
⑦采用烘箱退火工艺，从室温开始升温，升至180℃，恒温0.5h，然后继续升温至300℃，恒温0.5h，然后再继续升温至380℃，恒温1h，之后降温至180℃。
将上述工艺所制得的复合梁进行测试，该复合梁曲率半径1000μm左右，将芯片反光板角度降低到6°以下，与未采用此工艺的芯片反光板相比，大大降低了反光板角度，CCD探测器接收到的芯片反光面积由原来的约芯片1/3面积提高到了约芯片的90%以上面积，明显提高了芯片成像质量，进而成功实现了对探测目标物体（如，人手）的成像。
实施例2：
一种用于全镂空非制冷红外芯片中的形变梁为SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，包括以下步骤：
①采用沉积工艺，在体硅1表面淀积一层厚度400纳米的SiO2层2，如附图1所示；
②采用离子注入磷工艺，注入能量为14keV，剂量5e13cm-2，如附图2所示；
③采用炉管退火工艺，温度600℃，时间1h；
④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面形成厚度为200纳米的Al膜3，如附图3所示；
⑤采用沉积工艺，在Al膜表面淀积一层厚度250纳米的非晶硅层4，如附图4。
⑥采用XeF2干法释放工艺，将SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层4和下面的体硅1全部腐蚀干净，如附图5所示；
⑦采用烘箱退火工艺，从室温开始升温，升至160℃，恒温1h，然后继续升温至280℃，恒温1h，然后再继续升温至340℃，恒温2h，之后降温至160℃。
将上述工艺所制得的复合梁进行测试，该复合梁曲率半径950μm左右，将芯片反光板角度降低到7°以下，与未采用此工艺的芯片反光板相比，大大降低了反光板角度，CCD探测器接收到的芯片反光面积由原来的约芯片1/3面积提高到了约芯片的90%以上面积，明显提高了芯片成像质量，进而成功实现了对探测目标物体（如，人手）的成像。
实施例3：
一种用于全镂空非制冷红外芯片中的形变梁为SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，包括以下步骤：
①采用沉积工艺，在体硅1表面淀积一层厚度600纳米的SiO2层2，如附图1所示；
②采用离子注入磷工艺，注入能量为16keV，剂量5e15cm-2，如附图2所示；
③采用炉管退火工艺，温度900℃，时间1h；
④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面形成厚度为250纳米的Al膜3，如附图3所示；
⑤采用沉积工艺，在Al膜表面淀积一层厚度300纳米的非晶硅层4，如附图4。
⑥采用XeF2干法释放工艺，将SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层4和下面的体硅1全部腐蚀干净，如附图5所示；
⑦采用烘箱退火工艺，从室温开始升温，升至170℃，恒温0.75h，然后继续升温至290℃，恒温0.75h，然后再继续升温至360℃，恒温1.5h，之后降温至170℃。
将上述工艺所制得的复合梁进行测试，该复合梁曲率半径900μm左右，将芯片反光板角度降低到6.5°以下，与未采用此工艺的芯片反光板相比，大大降低了反光板角度，CCD探测器接收到的芯片反光面积由原来的约芯片1/3面积提高到了约芯片的90%以上面积，明显提高了芯片成像质量，进而成功实现了对探测目标物体（如，人手）的成像。

Claims (1)

1.一种SiO2/Al双材料复合梁的应力调整工艺，其特征在于包括以下步骤：
①在一块体硅(1)表面淀积一层SiO2层(2)；
②对上述SiO2层采用离子注入工艺进行P型杂质注入；
③采用炉管退火工艺进行退火；
④采用蒸发或者溅射工艺，在SiO2层表面淀积一层Al膜(3)；
⑤在上述Al膜表面淀积一层非晶硅层(4)；
⑥将上述SiO2层和Al膜形成的复合梁上面的非晶硅层以及下面的体硅采用腐蚀工艺去除；
⑦采用烘箱退火工艺进行退火处理；
其中，在所述步骤①中，所述SiO2层厚度为400-600nm；
在所述步骤②中，注入的P型杂质为磷，注入能量为14～16keV，注入剂量为5e13～5e15cm-2；
在所述步骤③中，所述炉管退火温度为600～900℃，时间1～3h；
在所述步骤④中，所述Al膜厚度为200～300nm；
在所述步骤⑤中，所述非晶硅层的厚度为200～300nm；
在所述步骤⑥中，采用XeF2干法腐蚀工艺将复合梁上面的非晶硅层去除，采用湿法腐蚀工艺将复合梁下面的体硅去除；
在所述步骤⑦中，所述烘箱退火工艺为从室温开始升温，升至160～180℃，恒温0.5～1h，然后继续升温至280～300℃,恒温0.5～1h，然后再继续升温至340～380℃，恒温1～2h，之后再降温至160～180℃。
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