基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源制造技術

本實用新型專利技術公開一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源。所述基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源包括嵌入式空腔的承載襯底及所述承載襯底上的紅外光源結構；所述紅外光源結構設有支撐層、隔離層、圖形化金屬電極以及輻射層；所述圖形化金屬電極沉積在隔離層上面，所述輻射層制備在圖形化金屬電極上表面，所述輻射層、圖形化金屬電極、隔離層、支撐層均沉積在具有所述嵌入式空腔的襯底上。本實用新型專利技術能夠提高光源的輻射效率，操作簡單，功耗和成本較低，穩定性高，且與CMOS工藝兼容。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及紅外光源
，尤其涉及一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源。
技術介紹
隨著紅外技術研究的不斷進步，紅外技術大量應用于溫度控制、環境監測、空間監視、高分辨率成像、氣體探測等領域。目前，基于紅外吸收光譜技術的氣體探測系統中，紅外光源的性能直接決定著氣體探測的精度和靈敏度。目前商業可供選擇的紅外光源主要有：量子級聯紅外激光器、紅外發光二極管和熱輻射紅外光源。其中紅外發光二極管在紅外中遠波段輸出的光功率很低，限制了其適用范圍；而量子級聯激光器由于技術復雜，制造成本高而增加了使用成本。傳統熱輻射光源利用高溫加熱體發射寬譜中遠紅外輻射光，其光電轉換效率低，需要借助外部機械斬波器來調制紅外光，因此增加應用系統的體積和成本。而相比之下，采用微機械加工技術制備的微電子機械系統(MEMS)紅外光源是通過加熱懸浮薄膜電阻層實現高溫輻射紅外光。與傳統的紅外光源相比，MEMS紅外光源具有體積小、能耗低、可調制、成本低以及適于大規模生產制造的優點。但是，隨著體積的減小，紅外光源產生的熱量無法在短時間內散去，這對紅外光源的性能產生了十分不利的影響；并且MEMS紅外光源由于工作溫度高，需要重點考慮其輻射效率的因素。針對傳導散熱存在的問題，利用硅基釋放空腔的紅外光源研究應運而生。與傳導硅基散熱相比，空腔散熱通過空氣介質完成，因而具有傳導散熱少、瞬時響應的優點。中國專利CN103500788A公開一種可集成的納米結構紅外光源，利用MEMS/CMOS工藝，對非晶硅表面進行納米修飾加工，形成錐狀納米結構，再對錐狀納米結構進行TiN鍍層加工；最后采用正面XeF2釋放技術，對硅襯底進行深硅刻蝕，減小熱量在硅絲歐姆發熱過程中的損耗，提高光源的工作功率。此專利采用工藝后期的正面干法XeF2刻蝕形成釋放空腔，在制造過程中容易對結構造成損傷，并且工藝操作較為復雜。中國專利CN200810070672公開了一種硅基紅外光源及其制備方法。該專利技術提供了一種基于絕緣體上硅晶片制備的紅外光源芯片，具有體積小、能耗低、調制頻率高等特點。該MEMS紅外光源最后經過體硅刻蝕形成空腔結構，在刻蝕完成后容易出現釋放不完全，一部分硅基仍然與結構相連，導致很大一部分熱能量自襯底流失，大大減小了熱輻射效率。中國專利CN201310124547公開一種電調制MEMS紅外光源及其制備方法。該專利技術中利用固定在支撐層上的金屬鉑電阻絲產生對外的紅外輻射，具有電調制性能穩定、結構穩定的特點。該MEMS紅外光源最后經過體硅刻蝕形成空腔結構。在刻蝕完成后容易出現釋放不完全，一部分硅基仍然與結構相連，導致很大一部分熱能量自襯底流失，大大減小了熱輻射效率。
技術實現思路
有鑒于此，本技術提供一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，能夠提高光源的輻射效率，操作簡單，功耗和成本較低，穩定性高，且與CMOS工藝兼容。本技術提供一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，所述基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源包括嵌入式空腔的承載襯底及所述承載襯底上的紅外光源結構；所述紅外光源結構設有支撐層、隔離層、圖形化金屬電極以及輻射層；所述圖形化金屬電極沉積在隔離層上面，所述輻射層制備在圖形化金屬電極上表面，所述輻射層、圖形化金屬電極、隔離層、支撐層均沉積在具有所述嵌入式空腔的襯底上。可選的，所述支撐層為氧化硅支撐層、氮化硅支撐層或者氧化硅與氮化硅多層復合薄膜中的一種；所述承載襯底為單拋111硅片?？蛇x的，所述隔離層為氧化硅隔離層或者氮化硅隔離層?？蛇x的，所述金屬電極為復合金屬層電極，電極底層采用薄的鈦或鉻金屬作為粘附層，粘附層上沉積有金、鉑或鋁?？蛇x的，所述輻射層采用為氮化鈦、金黑、銀黑、鉑黑或者納米硅材料中的任意一種。本技術提供的基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，具有如下優點：采用創新的工藝方法制備釋放空腔，利用了(111)硅片晶向分布和各向異性濕法腐蝕的特性，從而在單晶硅片表面制作一系列微型釋放窗口，實現在單晶硅片內部選擇性可自停止腐蝕技術，制作出嵌入式內部空腔的方法。相比于在其它MEMS紅外光源制備中，最后使用深硅反應離子刻蝕硅基的工藝，解決了硅基釋放不完全導致的熱傳導太大，輻射效率低的問題；避免了刻蝕對輻射層以及金屬電極的影響；增加了器件的結構穩定性；保持了器件的完整性；避免由于器件尺寸過大，無法形成懸浮結構的后果；操作簡便，對后續的實驗步驟沒有影響。此外，相比于最后背腔濕法腐蝕釋放或者正面釋放口XeF2干法釋放，增加了結構的穩定性和釋放空腔的尺寸可控性，同時也避免背腔濕法腐蝕釋放或者正面釋放口XeF2干法釋放刻蝕對表面輻射層以及金屬電極帶來的影響，沒有刻蝕污染；操作相對簡單，對環境容忍度較高，成本低，與CMOS工藝兼容。附圖說明為了更清楚地說明本技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1為襯底表層長有氧化硅、氮化硅、TEOS作為后續光刻掩膜的剖視圖；圖2為在雙模支撐層及TEOS光刻出圓形干法釋放陣列口的剖視圖；圖3為繼續刻蝕出一定深度單晶硅，形成釋放孔的剖視圖；圖4為在正面再依次沉積氮化硅和TEOS的剖視圖；圖5為二次干刻釋放孔底部的鈍化保護層，并繼續刻蝕一定深度的單晶硅的剖視圖；圖6為對硅片進行濕法各向異性刻蝕，形成嵌入式空腔結構的剖視圖；圖7為沉積隔離層將釋放窗口縫合，并且濺射金屬電極層的剖視圖；圖8為圖形化金屬電極的剖視圖；圖9為沉積輻射層，最終形成MEMS紅外光源器件的剖視圖；圖10為在圖1所示的結構的輻射區域部分光刻圓形干法釋放陣列口的俯視圖。圖中：1：承載襯底；2：氧化硅支撐層；3：氮化硅支撐層；4：TEOS保護層；5：氮化硅保護層；6：TEOS鈍化層；7：隔離層；8：金屬電極；9：輻射層；101：釋放陣列口；102：第一釋放孔；103：第二釋放孔；104：空腔。具體實施方式下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒炯夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本技術保護的范圍。本技術實施例提供一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，如圖9所示，所述基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源從底部到頂部依次包括：承載襯底1、氧化硅支撐層2、氮化硅支撐層3、隔離層7、金屬電極8和輻射層9；所述承載襯底1具有空腔104。其中，所述輻射層9沉積在圖形化金屬電極8之上，所述圖形化金屬電極8在隔離層7之上，所述隔離層7在氧化硅支撐層2和氮化硅支撐層3之上，所述圖形化金屬電極8和輻射層9均固定在氧化硅支撐層2和氮化硅支撐層3上方。所述承載襯底1選擇單拋(111)硅片，利用硅片晶向分布和各向異性濕法腐蝕的特性，在單晶硅片表面制作一系列微型釋放窗口，實現在單晶硅片內部選擇性可自停止腐蝕技術，制作出內部空腔。所述氧化硅支撐層2和氮化硅支撐層3選擇氧化硅和氮化硅的多層復合膜結構，可以減小熱應力，提高本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，其特征在于，所述基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源包括嵌入式空腔的承載襯底及所述承載襯底上的紅外光源結構；所述紅外光源結構設有支撐層、隔離層、圖形化金屬電極以及輻射層；所述圖形化金屬電極沉積在隔離層上面，所述輻射層制備在圖形化金屬電極上表面，所述輻射層、圖形化金屬電極、隔離層、支撐層均沉積在具有所述嵌入式空腔的襯底上。

【技術特征摘要】
1.一種基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，其特征在于，所述基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源包括嵌入式空腔的承載襯底及所述承載襯底上的紅外光源結構；所述紅外光源結構設有支撐層、隔離層、圖形化金屬電極以及輻射層；所述圖形化金屬電極沉積在隔離層上面，所述輻射層制備在圖形化金屬電極上表面，所述輻射層、圖形化金屬電極、隔離層、支撐層均沉積在具有所述嵌入式空腔的襯底上。2.根據權利要求1所述的基于濕法預釋放結構的MEMS紅外光源，其特征在于，所述支撐層為氧化硅支撐層、氮化硅支撐層或者氧化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：明安杰，劉衛兵，孫西龍，王瑋冰，陳大鵬，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：新型
國別省市：北京;11