CN108254811A - 一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，包括红外光学窗口，所述红外光学窗口的入射面刻蚀有三台阶的抗反射结构，其制备方法为：硅片预处理，使用掩膜版在硅片上刻蚀抗三台阶反射结构，包括刻蚀第一台阶结构层、刻蚀第二台阶结构层、刻蚀第三台阶结构层，上述刻蚀抗反射结构的方法采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体He。本发明的这种结构可明显增加红外窗口的透过率，提高红外器件的灵敏度，降低了台阶结构的高度，结构参数，台阶周期及深度的变化对透过率影响，制备方法提高了器件制作的工艺容差，降低了工艺制作难度。
Description
技术领域
本发明属于红外光学窗口领域，具体涉及一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口及其制备方法。
背景技术
传统的红外光学窗口的材料具有较大反射系数，这就导致在作为红外光学窗口时需要对其进行表面抗反射处理以便提高窗口透过率。现有的提高透射率的方法是在其表面镀膜，根据不同的要求所镀膜的层数不同，又分为单层镀膜与多层镀膜。由于镀膜工艺原因导致所镀膜层存在各种各样的问题如附着性、抗蚀性、稳定性、热胀失配、组分渗透和扩散以及不能找到与要求的透过率相匹配的材料等固有问题。亚波长抗反射结构所采用的工艺方法是在基底表面采用半导体大规模集成电路的工艺制作出结构尺寸接近或小于红外波长的周期性结构。由于亚波长抗反射结构基于红外窗口本体材料做加工，从而很好的解决了由于镀膜而导致的附着性、抗蚀性、稳定性、热胀失配、组分渗透和扩散等问题；对于匹配到合适的抗反射层的等效折射率也可以通过改变亚波长结构自身的结构参数如高度、周期、边长，从而找到匹配抗反射层介质膜材料的问题。
现有的亚波长抗反射红外窗口大多只考虑在入射面制作单台阶抗反射结构，虽然解决了在自然界中找不到合适介质膜材料的问题，但是对于透过率偏低，带宽太窄的问题并没有完全解决。因此，需要提供一种具有更高透过率带宽更宽的红外光学窗口来满足实际应用的需要。
亚波长抗反射结构的制作采用传统的二元光学制作方法，即标准的大规模集成电路生产工艺。亚波长抗反射结构的主要制作过程为：等离子化学气相沉积、光刻、刻蚀、去胶，光刻过程中曝光时的衍射效应会使得图形参数有明显的偏离；刻蚀过程中采用刻蚀与保护相结合的Bosch工艺，工艺参数的微小变化将会使刻蚀得出的台阶高度存在偏差，单台阶结构的偏差影响较大，需要提供一种抗反射结构降低台阶结构的高度，结构参数，台阶周期及深度的变化对透过率影响，提高器件加工的工艺容差，降低工艺加工难度。
发明内容
本发明的目的在于：解决目前单台阶抗反射结构透过率偏低，带宽太窄，单台阶结构在光刻过程曝光时的衍射效应对图形参数偏离影响过大，单台阶结构在刻蚀过程工艺参数的微小变化对得出的台阶高度影响偏差过大的问题，提供一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，包括红外光学窗口，所述红外光学窗口的入射面刻蚀有三台阶的抗反射结构。
进一步，所述红外光学窗口材料为硅、锗、硫化锌或硒化锌中的一种。
进一步，所述抗反射结构为凸起结构。
进一步，所述凸起结构为圆柱、圆锥、圆台或棱柱中的一种。
进一步，所述三台阶的抗反射结构每一层都为相同周期排列的凸起结构。
一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法，方法步骤包括：
步骤1、硅片预处理；
步骤2、使用掩膜版在硅片上刻蚀抗三台阶反射结构，上述刻蚀抗反射结构的方法采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，刻蚀气体为氟基气体，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体。
进一步，所述掩膜版包括与三个台阶结构对应的三个掩膜版，掩膜版一、掩膜版二和掩膜版三，且分别在掩膜版一、掩膜版二、掩膜版三上制作有用于对准的对准标记。
进一步，所述硅片预处理步骤具体方法如下：
步骤1.1、硅片表面清理：使用丙酮溶液对双面抛光硅片进行清理，然后再用酒精去离子水分别进行清洗，最后使用氮气吹干，放入烘箱中烘干，冷却至室温；
步骤1.2、在步骤1.1所得到硅片的需要进行刻蚀的一面沉积氮化硅：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层，氮化硅层厚度400nm～500nm。
进一步，所述刻蚀抗三台阶反射结构包括刻蚀第一台阶结构层、刻蚀第二台阶结构层和刻蚀第三台阶结构层，刻蚀第一台阶结构层具体步骤如下：
步骤2.1、入射面涂胶，采用旋涂法对经过步骤1硅片预处理后的硅片入射面进行涂胶，旋涂转速为3000r/min，涂胶厚度为900～1100nm；
步骤2.2、前烘，对步骤2.1所得到硅片的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤2.3、曝光，利用分步重复光刻机对步骤2.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，掩膜版一上的图形转移到光刻胶上，曝光时间为500ms；
步骤2.4、显影，使用显影液对步骤2.3所得到硅片的入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤2.5、硬烘，用烘箱对步骤2.4所得到硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤2.6、刻蚀氮化硅掩膜层，采用反应离子刻蚀技术刻蚀氮化硅，在步骤2.5所得到硅片上生成氮化硅掩膜层，刻蚀气体为CHF3与O2，对应的气体体积流量分别为20sccm与5sccm，刻蚀时间450s，射频功率400W；
步骤2.7、刻蚀硅片，对步骤2.6所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第一台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤2.8、除胶，将步骤2.7所得到的刻蚀有氮化硅掩膜层的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干；
刻蚀第二台阶结构层具体步骤如下：
步骤3.1、涂胶，采用喷雾式光刻胶涂布方法对已经刻蚀第一台阶结构层的硅片入射面进行涂胶；
步骤3.2、前烘，对步骤3.1所得到硅片的光刻胶进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤3.3、曝光，对步骤3.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，使用掩膜版二对准标记与掩膜版一进行对准，掩膜版二上的图形转移到光刻胶上，光刻图形与已有的台阶结构中心进行对准，曝光时间为500ms；
步骤3.4、显影，使用显影液对步骤3.3所得到硅片入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤3.5、硬烘，用烘箱对步骤3.4所得到硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤3.6、刻蚀硅片，对步骤3.5所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第二台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤3.7、除胶，将步骤3.6所得到涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干；
刻蚀第三台阶结构层具体步骤如下：
步骤4.1、涂胶，采用喷雾式光刻胶涂布方法对已经刻蚀第二台阶结构层的硅片入射面进行涂胶；
步骤4.2、前烘，对步骤4.1所得到硅片的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤4.3、曝光，对步骤4.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，使用掩膜版三对准标记与掩膜版一进行对准，掩膜版三上的图形转移到光刻胶上，光刻图形与已刻蚀的台阶结构中心进行对准，曝光时间为500ms；
步骤4.4、显影，使用显影液对步骤4.3所得到硅片的入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行充分清洗；
步骤4.5、硬烘，用烘箱对步骤4.4所得到显影后的硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤4.6、刻蚀硅片，对步骤4.5所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第三台阶结构层刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤4.7、除胶，将步骤4.6所得到涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，三台阶的抗反射结构在8～14μm红外光学窗口波段范围内平均透过率相比于单台阶结构有2％的提升，在8～14μm波段透过率相比于单台阶最大增加达4.6％；
2、本发明中，三台阶的抗反射结构在光刻过程曝光时的衍射效应对图形参数偏离影响比单台阶结构小；
3、本发明中，三台阶的抗反射结构在刻蚀过程工艺参数的微小变化对得出的台阶高度影响偏差比单台阶结构小；
4、本发明中，三台阶的抗反射结构随着入射面周期偏差增大三台阶透过率降低的速率要小于单台阶；
5、本发明中，三台阶的抗反射结构提高了器件加工的工艺容差，降低了工艺加工难度；
6、本发明中，制备方法中使用掩膜版，并在掩膜版一上制作用于掩膜版二与掩膜版三的对准标记，能够使掩膜版二与掩膜版三进行光刻时进行很好的对准；
7、本发明中，制备方法中刻蚀抗反射结构采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体，在增强等离子体的稳定性，以及刻蚀时均匀性方面都起到了很好的效果；
8、本发明中，制备方法中在刻蚀第二台阶结构层和刻蚀第三台阶结构层过程中涂胶时采用喷雾式光刻胶涂布方法，相比于标准光刻胶涂布方法可在不平整表面保持良好的涂布均匀性。
附图说明
图1为传统的单台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面的结构示意图；
图2为传统的单台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面结构的俯视图；
图3为传统的单台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面结构的底视图；
图4为本发明三台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面的结构示意图；
图中：1-正四方柱1，2-正四方柱2，3-正四方柱3；
图5为本发明三台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面结构的俯视图；
图6为本发明三台阶抗反射亚波长结构的红外光学窗口入射面结构的底视图；
图7为严格耦合波理论进行计算后，在8～10μm波段范围内单台阶与三台阶的波长与反射率的关系曲线；
图8为本发明三台阶结构设计掩膜版一的图形结构；
图中：1-掩膜版二用来对准的标记，2-正方形3的阵列结构，3-掩膜版三用来对准的标记：
图9为本发明三台阶结构设计掩膜版二的图形结构；
图中：1-与掩膜版一在基片上所做标记进行对准，2-正方形2的阵列结构；
图10为本发明三台阶结构设计掩膜版三的图形结构；
图中：1-与掩膜版一在基片上所做标记进行对准，2-正方形1的阵列结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，结构示意图如图4所示，俯视图如图5所示，底视图如图6所示，包括红外光学窗口，所述红外光学窗口的入射面刻蚀有三台阶的抗反射结构。
所述红外光学窗口材料为硅、锗、硫化锌或硒化锌中的一种。
所述抗反射结构为凸起结构。
所述凸起结构为圆柱、圆锥、圆台或棱柱中的一种。
所述三台阶的抗反射结构每一层都为相同周期排列的凸起结构。
例如：一种硅红外光学窗口，用双面抛光的硅进行单面刻蚀，刻蚀制作一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口。所述红外光学窗口的入射面刻蚀有抗反射三台阶结构，抗反射结构是三台阶周期结构，这些凸起的三台阶结构按一定规律紧密排列，每一层都为呈二维矩阵排列的正四方柱结构。抗反射结构为三台阶凸起结构，凸起结构为正四方柱。三台阶结构参数设计按中心波长为10μm，正四方柱1的高度为0.98um，边长为2.0um，排列周期为2.2um；正四方柱2的高度为1.34μm，边长为1.77μm，排列周期为2.2μm；正四方柱3的高度为1.82um，边长为1.3um，排列周期为2.2um。在8～14um波段，本设计制作的硅三台阶结构的红外窗口平均透过率相比于单台阶红外窗口平均透过率提高2％。通过本发明设计的抗反射结构在8～14μm波段透过率相比于单台阶最大增加达4.6％。相比于单台阶结构，其工艺容差更大，一致性更好。
单台阶结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，底视图如图3所示，单台阶结构入射面周期为2.3μm，在进行曝光时由于衍射效应使得所做实物的参数与计算所得数据不同，导致实际做出的单台阶结构参数存在一定的偏差，这里单台阶最佳周期为2.3μm，依此数据偏离+0.6微米时透过率由98％降为93％；三台阶最佳周期为2.3μm，以此数据偏离+0.6微米时透过率由99％降为97％，并且随着周期偏差增大三台阶透过率降低的速率要小于单台阶。
刻蚀过程中刻蚀气体的量，刻蚀时间等其他参数对刻蚀深度会产生一定的影响，刻蚀深度即台阶高度的变化，将会使得窗口器件的透过率产生相应的变化。当三台阶结构正四方柱一的高度(0.98μm)与单台阶结构高度(1.5μm)刻蚀时同时出现0～+0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.7％降为95.6％，单台阶结构最高透过率99.5％降为85％；当出现0～-0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.7％降为97.2％，单台阶结构最高透过率99.5％降为87％；
当三台阶结构正四方柱二的高度(1.34μm)与单台阶结构高度(1.5μm)刻蚀时同时出现0～+0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.8％降为98.9％，单台阶结构最高透过率99.5％降为85％；当出现0～-0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.8％降为99.6％，单台阶结构最高透过率99.5％降为87％；
当三台阶结构正四方柱三的高度(1.82μm)与单台阶结构高度(1.5μm)刻蚀时同时出现0～+0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.7％降为95.7％，单台阶结构最高透过率99.5％降为85％；当出现0～-0.6μm数值偏离时，本发明设计的三台阶结构最高透过率99.7％降为97.5％，单台阶结构最高透过率99.5％降为87％。
图7为通过严格耦合波理论进行计算后，在8～10μm波段范围内单台阶与三台阶的波长与反射率的关系曲线。设每秒投射到界面单位面积上的能量为Wi反射光和透射光的能量分别为Wr、Wt，则
定义反射率、透射率分别为：
由Wi＝Wr+Wt可知，R+T＝1。
由以上内容可知，随着反射率的减小透射率是增大的。
通过反射率与波长的关系曲线可以得出，
8μm～9.2μm波段范围内三台阶的反射率小于单台阶，即三台阶的透射率大于单台阶。
9.2μm～10.8μm波段范围内三台阶的反射率大于单台阶，即三台阶的透射率小于单台阶；
10.8μm～14μm波段范围内三台阶的反射率小于单台阶，即三台阶的透射率大于单台阶；
整个波段范围内，三台阶的平均反射率小于单台阶，即三台阶的平均透射率大于单台阶。
这里以硅片作为红外光学窗口的材料，以中心波长为10.6微米，来说明一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法：
步骤一、硅片预处理，具体为：
步骤1.1、进行硅片表面清理，使用丙酮溶液对双面抛光硅片进行清理，然后再用酒精去离子水分别进行清洗，最后使用氮气吹干，放入烘箱中烘干，冷却至室温；
步骤1.2、在硅片需要进行刻蚀一面采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层，氮化硅层厚度400nm～500nm。
步骤二、制作与三个台阶结构对应的三个掩膜版，且分别在掩膜版一、掩膜版二、掩膜版三上制作有对准标记，用于掩膜版二与掩膜版三进行光刻时的对准，使用掩膜版在硅片上刻蚀抗三台阶反射结构，包括刻蚀第一台阶结构层、刻蚀第二台阶结构层、刻蚀第三台阶结构层，具体为：
刻蚀第一台阶结构层，具体为：
步骤2.1、入射面涂胶，采用旋涂法对入射面进行涂胶：旋涂转速为3000r/min，涂胶厚度为900～1100nm；
步骤2.2、前烘，对涂布光刻胶后的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤2.3、曝光，利用分步重复光刻机对入射面光刻胶进行曝光，使得掩膜版一上的图形转移到光刻胶上，曝光时间为500ms；
步骤2.4、显影，使用显影液对入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤2.5、硬烘，用烘箱对显影后的硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤2.6、刻蚀氮化硅掩膜层，采用反应离子刻蚀技术刻蚀氮化硅，生成氮化硅掩膜层，刻蚀气体为CHF3与O2，对应的气体体积流量分别为20sccm与5sccm，刻蚀时间450s，射频功率400W；
步骤2.7、刻蚀硅片，在采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀时，使用了刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第一台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，本发明在刻蚀与钝化的过程中加入了惰性气体，可以是He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn中的一种或多种，在增强等离子体的稳定性，以及刻蚀时均匀性方面都起到了很好的效果。
步骤2.8、除胶，将刻蚀有氮化硅掩膜层的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干；
刻蚀第二台阶结构层，具体为：
步骤3.1、涂胶，入射面进行过刻蚀，入射面的平整性已经受到破坏，由于光刻胶需要填充第一台阶高度，因而本发明采用喷雾式光刻胶涂布方法对入射面进行涂胶，喷雾式光刻胶涂布方法相比于标准光刻胶涂布方法可在不平整表面保持良好的涂布均匀性；
步骤3.2、前烘，对涂布光刻胶后的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤3.3、曝光，利用分步重复光刻机对入射面光刻胶进行曝光，本发明在掩膜版二上面使用了对准标记，以用来与掩膜版一在基片上刻蚀的对准标记进行对准，使得掩膜版二上的图形在转移到光刻胶上时，光刻图形与已有的台阶结构中心进行对准，曝光时间为500ms；
步骤3.4、显影，使用显影液对入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤3.5、硬烘，用烘箱对显影后的硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤3.6、刻蚀硅片，在采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀时，使用了刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第二台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8。本发明在刻蚀与钝化的过程中加入了惰性气体，可以是He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn中的一种或多种，在增强等离子体的稳定性，以及刻蚀时均匀性方面都起到了很好的效果；
步骤3.7、除胶，将涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干。
刻蚀第三台阶结构层，具体为：
步骤4.1、涂胶，由于入射面已经进行过刻蚀，入射面的平整性已经受到破坏，本发明采用喷雾式光刻胶涂布方法对入射面进行涂胶，喷雾式光刻胶涂布方法相比于标准光刻胶涂布方法可在不平整表面保持良好的涂布均匀性；
步骤4.2、前烘，对涂布光刻胶后的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤4.3、曝光，利用分步重复光刻机对入射面光刻胶进行曝光，本发明在掩膜版三上面使用了对准标记，以用来与掩膜版一在硅基片上刻蚀的对准标记进行对准，使得掩膜版三上的图形在转移到光刻胶上时，光刻图形与已刻蚀的台阶结构中心进行很好的对准，曝光时间为500ms；
步骤4.4、显影，使用显影液对入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行充分清洗；
步骤4.5、硬烘，用烘箱对显影后的硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤4.6、刻蚀，在采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀时，使用了刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第三台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8。本发明在刻蚀与钝化的过程中加入了惰性气体，可以是He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn中的一种或多种，在增强等离子体的稳定性，以及刻蚀时均匀性方面都起到了很好的效果；
步骤4.7、除胶，将涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，包括红外光学窗口，其特征在于：所述红外光学窗口的入射面刻蚀有三台阶的抗反射结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，其特征在于：所述红外光学窗口材料为硅、锗、硫化锌或硒化锌中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，其特征在于：所述抗反射结构为凸起结构。
4.根据权利要求3所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，其特征在于：所述凸起结构为圆柱、圆锥、圆台或棱柱中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口，其特征在于：所述三台阶的抗反射结构每一层都为相同周期排列的凸起结构。
6.一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
步骤1、硅片预处理；
步骤2、使用掩膜版在硅片上刻蚀抗三台阶反射结构，上述刻蚀抗反射结构的方法采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，刻蚀气体为氟基气体，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体。
7.根据权利要求6所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法，其特征在于：所述掩膜版包括与三个台阶结构对应的三个掩膜版，掩膜版一、掩膜版二和掩膜版三，且分别在掩膜版一、掩膜版二、掩膜版三上制作有用于对准的对准标记。
8.根据权利要求6所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法，其特征在于：所述硅片预处理步骤具体方法如下：
步骤1.1、硅片表面清理：使用丙酮溶液对双面抛光硅片进行清理，然后再用酒精去离子水分别进行清洗，最后使用氮气吹干，放入烘箱中烘干，冷却至室温；
步骤1.2、在步骤1.1所得到硅片的需要进行刻蚀的一面沉积氮化硅：采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层，氮化硅层厚度400nm～500nm。
9.根据权利要求6或7所述的一种具有三台阶抗反射结构的红外光学窗口的制备方法，其特征在于：所述刻蚀抗三台阶反射结构包括刻蚀第一台阶结构层、刻蚀第二台阶结构层和刻蚀第三台阶结构层，刻蚀第一台阶结构层具体步骤如下：
步骤2.1、入射面涂胶，采用旋涂法对经过步骤1硅片预处理后的硅片入射面进行涂胶，旋涂转速为3000r/min，涂胶厚度为900～1100nm；
步骤2.2、前烘，对步骤2.1所得到硅片的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤2.3、曝光，利用分步重复光刻机对步骤2.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，掩膜版一上的图形转移到光刻胶上，曝光时间为500ms；
步骤2.4、显影，使用显影液对步骤2.3所得到硅片的入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤2.5、硬烘，用烘箱对步骤2.4所得到硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤2.6、刻蚀氮化硅掩膜层，采用反应离子刻蚀技术刻蚀氮化硅，在步骤2.5所得到硅片上生成氮化硅掩膜层，刻蚀气体为CHF3与O2，对应的气体体积流量分别为20sccm与5sccm，刻蚀时间450s，射频功率400W；
步骤2.7、刻蚀硅片，对步骤2.6所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第一台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤2.8、除胶，将步骤2.7所得到的刻蚀有氮化硅掩膜层的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干；
刻蚀第二台阶结构层具体步骤如下：
步骤3.1、涂胶，采用喷雾式光刻胶涂布方法对已经刻蚀第一台阶结构层的硅片入射面进行涂胶；
步骤3.2、前烘，对步骤3.1所得到硅片的光刻胶进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤3.3、曝光，对步骤3.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，使用掩膜版二对准标记与掩膜版一进行对准，掩膜版二上的图形转移到光刻胶上，光刻图形与已有的台阶结构中心进行对准，曝光时间为500ms；
步骤3.4、显影，使用显影液对步骤3.3所得到硅片入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行彻底清洗；
步骤3.5、硬烘，用烘箱对步骤3.4所得到硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤3.6、刻蚀硅片，对步骤3.5所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第二台阶结构层，刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤3.7、除胶，将步骤3.6所得到涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干；
刻蚀第三台阶结构层具体步骤如下：
步骤4.1、涂胶，采用喷雾式光刻胶涂布方法对已经刻蚀第二台阶结构层的硅片入射面进行涂胶；
步骤4.2、前烘，对步骤4.1所得到硅片的入射面进行软烘，软烘温度为100℃，软烘时间为60s；
步骤4.3、曝光，对步骤4.2所得到硅片的入射面光刻胶进行曝光，使用掩膜版三对准标记与掩膜版一进行对准，掩膜版三上的图形转移到光刻胶上，光刻图形与已刻蚀的台阶结构中心进行对准，曝光时间为500ms；
步骤4.4、显影，使用显影液对步骤4.3所得到硅片的入射面的光刻胶进行显影，显影时间为60s，显影温度为25℃，显影后用去离子水进行充分清洗；
步骤4.5、硬烘，用烘箱对步骤4.4所得到显影后的硅片进行烘烤，烘烤温度为120℃，后烘时间为20min；
步骤4.6、刻蚀硅片，对步骤4.5所得到硅片采用感应耦合等离子体刻蚀机进行刻蚀，使用刻蚀与钝化相结合的工艺进行刻蚀，得到第三台阶结构层刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8，在刻蚀与钝化的过程中加入惰性气体；
步骤4.7、除胶，将步骤4.6所得到涂有光刻胶的硅片浸泡于丙酮溶剂中进行超声波清洗，然后用酒精溶剂冲洗硅基片，最后用去离子水冲洗硅基片，氮气吹干。
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Application publication date: 20180706 |