InSb红外焦平面列阵器件减反射膜淀积方法及专用掩膜架 本发明涉及红外焦平面列阵成像器件制造方法。具体涉及铟柱混成式InSb红外焦平面列阵器件光照面上淀积氧化硅减反射膜的方法及其专用掩膜架。
红外焦平面列阵器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的先进的成像传感器，在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、搜索与跟踪、医用和工业热成像、以及导弹精确制导等军、民用领域有重要而广泛的应用。
红外焦平面列阵器件的主要性能参数之一是它的像元量子效率η。一个红外焦平面列阵器件的像元量子效率是每一个入射到像元光照面上的光子所产生的信号电荷载流子数目，通常这个数目小于1。对于InSb红外焦平面列阵器件这类从背面照射的器件，像元量子效率可表示为
η=η0ηc， (1)式中η0为器件的光学效率，ηc为器件的p-n结电荷收集效率。而η0同InSb表面反射率R，光学吸收系数a和p-n结的深度位置Wn有关：
η0=(1-R)/(1-Re-aWn)。 (2)
如果InSb表面的反射率能够降低，则InSb红外焦平面列阵器件的光学效率得到提高，从而使InSb红外焦平面列阵器件的响应率和探测率都得到提高。在InSb红外焦平面列阵器件的光照面上制备一层减反射膜，可以达到降低R，提高光照面的光学效率，从而提高响应率之效果。
在InSb探测器上制备一层减反射膜的方法，已由美国专利US-5262633A93年11月16日，题：Wideband anti-reflection coating for indium antimonidephotodetector device公开。该方法是在InSb探测器的钝化层上面依次淀积了4层厚度各为1/4预设波长，折射率递降的介质膜，获得了在0.4-5.5μm波长范围的广谱减反射特性。但是，这种方法不适用于在InSb红外焦平面列阵器件上制备减反射膜的技术条件。因为这里所说地InSb红外焦平面列阵器件具有如图1简略地表示的那样一种复杂的结构和特点。它是由InSb探测器列阵芯片和硅CMOS读出电路通过数千个铟柱互连而成。InSb探测器列阵芯片已经用研磨、抛光方法减薄到10-20μm的厚度，因而变得十分脆弱易碎，使得在其上作任何进一步的操作甚为困难。所说的铟柱列阵在120℃以上会软化，在156℃以上则会熔化，从而使整个焦平面结构遭到破坏，因而任何在InSb红外焦平面列阵器件上制备减反射膜的工艺，必须在120℃以下的温度进行。另外，这里所说的InSb红外焦平面列阵器件上的硅CMOS读出电路有17个引线脚必须加以严密保护，避免在减反射膜生长过程中受到任何绝缘物的覆盖。最后，用于空空导弹凝视成像制导的InSb红外焦平面列阵器件的特定工作波段为3.7-4.8μm，因此，必须寻求一种在特定波段具有最有效减反射特性的膜制备方法。
本发明的目的是提供一种铟柱混成式InSb红外焦平面列阵器件减反射膜低温淀积方法，该方法不会使焦平面器件结构遭到破坏，并在特定的工作波段3.7-4.8μm具有最有效减反射特性。另外，本发明还提供一种在淀积减反射膜时，为使器件的读出电路的引线脚得到保护而设计的一种专用金属掩膜架。
本发明的目的是通过如下技术方案完成：利用半导体器件工艺线上的设备条件，对焦平面器件作清洁处理，然后将器件放入专用的掩膜架，用光辅助化学汽相低温淀积方法完成工作波段3.7-4.8μm的最有效减反射膜。
为叙述方便先将附图说明如下：
图1铟柱混成式InSb红外焦平面列阵器件简略结构示意图；
图2铟柱混成式InSb红外焦平面列阵器件专用掩膜架结构示意图；
图3铟柱混成式InSb红外焦平面列阵器件减反射膜特性曲线图。
减反射膜低温淀积具体步骤如下：
1．器件的清洁处理：
将减薄好的InSb焦平面列阵器件放入热三氯乙烯中浸渍5分钟，三遍；
三氯乙烯中浸渍24小时；
丙酮过洗5分钟，三遍；
甲醇过洗5分钟，三遍；
干燥氮气气氛中晾干。
2．专用金属掩膜架的清洁处理：
三氯钾烷超声(1KHz)清洗2分钟；
乙醚超声(1KHz)清洗1分钟；
丙酮超声(1KHz)清洗1分钟；
酒精超声(1KHz)清洗1分钟。
3．低温淀积减反射膜：
将装有器件的金属掩膜架放入光辅助化学汽相淀积装置中，将器件加热到100-105℃，并保持4小时，使器件得到充分的预热。
然后，设定光辅助化学汽相淀积装置的SiH4流量为每分钟5.8-6.2个标准立方厘米(sccm)；N2O流量为每分钟88-95个标准立方厘米(sccm)；光辅助化学汽相淀积装置的腔体压强为600-610mτ；在上述工艺参数下，开启紫外光源进行减反射膜的淀积，淀积温度100-105℃，淀积时间延续80分钟。
上述条件：100-105℃,SiH4 5.8-6.2sccm,N2O 88-95sccm,600-610mτ,80min是一组经过大量实验得到的优化的工艺参数。对上述工艺条件的偏离会导致减反射膜质量的下降，例如引起膜质的结构疏松，膜表面的龟裂，膜厚度的不均匀等，从而导致减反射膜效果的损失。
所说的专用金属掩膜架2是由带多个穴位的底筐2-4，穴位内置有准备淀积减反射膜1-1的器件1，底筐上盖有与底筐穴位相应的带孔的上盖2-2。孔的大小与器件芯片1-2的光照面大小一样，以便光照面能淀积减反射膜，而器件芯片通过铟柱1-3连接的读出电路1-5的引线脚1-4得到保护。底筐和上盖是通过圆周边上均布的三个圆孔用销钉2-5和螺帽2-1将其固定，并使穴位和孔的相对位置偏差≤0.05mm，其精度是由3个销钉保证的。见图2。
所说的光辅助化学汽相淀积装置是由美国Tystar公司出品，型号为PVD-1000。
本发明具有如下有益效果：
1．本发明特别适用于由InSb红外探测器列阵芯片和硅CMOS读出电路通过铟柱互连混成一体，其中的InSb红外探测器列阵芯片经过减薄处理后其厚度在10-20μm范围，在减薄处理后作为光照面的表面上淀积减反射膜：
2．由于本发明采用低温淀积减反射膜，因此保证了焦平面器件上铟柱列阵的完好无损：
3．由于采用了如图2所示的金属掩膜架，掩盖了焦平面器件中硅CMOS读出电路上的17个引线脚，避免了引线脚部位上氧化硅膜的淀积。
4．由于本发明采用了优化的工艺参数，减反射膜在3.7-4.8μm有最有效减反射特性，使InSb红外焦平面列阵器件成功用于空空导弹凝视成像的制导。
实施例：
本发明人特别推荐如下的应用实例，操作步骤与上述方法相同，
器件温度 预热时间 SiH4流量 N2O流量 腔体压强 淀积时间
100℃ 4小时 6sccm 90sccm 600mτ 80min
已经成功地在一种用于空对空导弹红外成像制导导引头的64×64元InSb红外焦平面列阵器件的光照面上淀积了减反射膜，使得这种器件在其工作波段3.7-4.8μm范围的响应率提高了30％。
经测试所淀积的氧化硅膜的折射率为1.51±0.01，厚度为0.83±0.01μm。反射率在4.35μm处降至一极小值8％，在3.7-4.8μm工作波段降至8-19％，见图3。从而使得InSb样品对500K黑体辐射的吸收率在3.7-4.8μm波段范围增加30％，进一步，使得InSb焦平面列阵器件的响应率提高30％。