一种基于黑薄膜的热电红外探测器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110165043A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910412250.9(22)申请日2019.05.17(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人李铁何云乾刘延祥王跃林(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人余永莉(51)Int.Cl.H01L35/02(2006.01)H01L35/28(2006.01)H01L35/34(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图7页(54)发明名称一种基于黑薄膜的热电红外探测器及其制备方法(57)摘要本发明提供一种基于黑薄膜的热电红外探测器及其制备方法，方法包括：提供一种半导体单晶衬底，在衬底表面制备出薄膜掩膜，刻蚀出窗口阵列；采用湿法技术腐蚀衬底表面，形成微纳金字塔结构；移除薄膜掩膜，在衬底表面制备单层或复合薄膜，在微纳金字塔结构表面制备出黑薄膜；以黑薄膜为红外吸收区，在其周围制备数条热电偶，然后沉积金属互连线以串联所有热电偶；以及释放所述黑薄膜，制备出基于黑薄膜的热电红外探测器。本发明提出一种黑薄膜制备技术，利用其对光的多次反射损耗增强热电红外吸收率的特性，将其与热电红外探测相结合，明显提高热电红外探测器的探测率和输出响应，增强红外探测性能，并且该方法与CMOS工艺兼容，可批量制备。CN110165043ACN110165043A权利要求书1/2页1.一种基于黑薄膜的热电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1：提供一种半导体单晶衬底，在所述半导体单晶衬底的表面制备出薄膜掩膜，并在所述薄膜掩膜表面刻蚀出窗口阵列，露出所述窗口阵列内的半导体单晶衬底表面；S2：采用湿法技术腐蚀所述窗口阵列内露出的半导体单晶衬底表面，并在该表面形成微纳金字塔结构；S3：移除步骤S1中形成的所述薄膜掩膜，继而在所述半导体单晶衬底的表面制备出单层薄膜或复合薄膜，在所述微纳金字塔结构的表面制备出黑薄膜；S4：以所述黑薄膜为红外吸收区，在其周围制备数条热电偶，然后沉积金属互连线以串联所有热电偶；以及S5：释放所述黑薄膜，制备出基于黑薄膜的热电红外探测器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中：半导体单晶衬底包括单晶硅衬底、SOI衬底以及锗衬底中的任意一种；所述薄膜掩膜包括高温热氧化形成的氧化硅或者化学气相沉积形成的氧化硅或氮化硅；所述窗口阵列采用等离子刻蚀方法刻蚀；所述窗口阵列的形状包括正方形、矩形或圆形中的任意一种或者组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中采用的湿法技术选自以下方法中的任意一种：a、采用氢氧化钾、异丙醇和去离子水的混合溶液在80～85℃下进行的硅腐蚀技术；b、采用氢氧化钠、亚硫酸钠、异丙醇和去离子水的混合溶液在75～80℃下进行的硅腐蚀技术；以及c、采用TMAH溶液进行的硅腐蚀技术。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中得到的微纳金字塔结构具有0.5um～1.5um的台阶高度，金字塔由(111)晶面组成，所述(111)晶面与所述半导体单晶衬底表面之间的夹角为54.7度。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中单层薄膜或复合薄膜以及黑介质薄膜的制备方法选自以下方法中的任意一种：高温热氧化法、化学气相沉积法以及等离子增强化学沉积法；所述步骤S3中制备的单层薄膜或复合薄膜以及黑薄膜包括：氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中热电偶的制备包括：a、重掺杂的多晶硅热电偶，其电阻率控制在20～100欧姆厘米；b、重掺杂的多晶硅与金属条组成的热电偶，金属选自：铝、钛、金和镍中的一种。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中热电偶的排列包括以下两种方式中的一种：a、以黑膜吸收区为中心，热电偶绕其边界在同一平面上摆放，即热电偶在水平方向上互连；或b、以黑膜吸收区为中心，热电偶绕其边界在不同平面上堆叠摆放，即热电偶在垂直方向上互连。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中热电偶的金属互连线的制备方法包括：在所述热电偶的两端使用等离子刻蚀技术刻蚀出接触孔，磁控溅射或蒸发互连线金属薄膜，然后采用金属薄膜剥离技术或高能离子物理刻蚀技术制备出互连线，最后采用高温处理方法实现接触孔位置金属与多晶硅的欧姆接触；互连线金属选自：Al、Cr/Au、Ti/Au和Ti/W/Au中的一种。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中释放技术包括：a、基于2CN110165043A权利要求书2/2页黑薄膜的封闭膜式热电红外探测器的制