專利名稱：衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及衍射微透鏡列陣和紫外焦平面列陣的制造工藝，以及衍射微透鏡列陣與紫外 焦平面列陣單片集成技術，具體涉及in族氮化物、ZnO、 SiC等背照式紫外焦平面列陣和探測
器列陣的制造。該技術主要用于紫外微光學元件、紫外探測器列陣、紫外焦平面列陣等光電 子技術領域。
背景技術：
近幾年來衍射光學和微光學的應用日趨廣泛。表面浮雕結構的衍射光學元件不斷出現新
的用途(D. Daly, Microlens Arrays, Taylor & Francis, New York, 2001)，如光學透鏡 設計、顯示、光互連、傳感器等，在紫外傳感器領域最具應用前景的方面就是利用衍射微透 鏡列陣與紫外焦平面列陣(UV Focal Plane Array, UVFPA)相集成，以改善紫外焦平面的性 能。紫外焦平面列陣與微透鏡列陣集成可使小面積的探測器具有大光敏面探測器的靈敏度。 由于探測器的噪聲與光敏面的平方根成正比，在信號不變的情況下，光敏面積的減小可改善 探測器的信噪比。此外，光伏型探測器的阻抗與探測器的光敏面成反比，光敏面的減小可增 大光伏型探測器的阻抗，這有利于探測器列陣與讀出電路的混成，提高探測器到讀出電路的 注入效率。因此，通過對衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術的研究，以提高紫 外焦平面列陣的填充因子、靈敏度等性能參數，最終研制出凝視型高性能紫外焦平面列陣器 件，滿足軍事、空間天文、環境監測、工業生產等許多領域對大規模高性能的紫外焦平面列 陣的需求(RyanMcClintock， et., Proc. 2005， SPIE 5732, 175， J. I. Pankove， et. ， 1999, Mater. Sci. Eng., B61—62， 305, R. McClintock, et., 2005, Appl. Phys. Lett. ， 86， 011117)，探索紫外微光機電系統在國防和工農業等方面的應用潛力。
衍射微透鏡列陣和紫外焦平面列陣的單片集成制造工藝，目前國內外未見相關報道，現 有的衍射微透鏡列陣制作技術，如激光束輔助加工技術，灰度等級掩模與刻蝕，光致高分子 材料折變技術等，普遍存在著精度低，聚光效率低，工藝兼容性差，設備昂貴成本高等問題， 尤其是高溫工藝易導致焦平面列陣性能下降
發明內容
本發明的目的是公開一種衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其目的在于 克服現有技術精度低，聚光效率低，工藝兼容性差，設備昂貴；由于制造工藝過程中的不均 勻，所導致的產品成品率下降及高溫工藝可能導致焦平面陣列性能下降等缺點。
本發明所要解決的問題是提供一種提高背照式紫外i平面列陣性能和探測器列陣性能 的技術方法，基于衍射微透鏡列陣光聚能原理，針對背照式大面陣紫外焦平面列陣探測器固 有光敏面有限、填充因子小的特點，通過采用有效的雙面對準技術，組合多層鍍膜與剝離的 微細加工工藝，將衍射微透鏡列陣制作在大面陣紫外探測器芯片的背面，以提高小填充因子 的紫外焦平面列陣的性能。由于單片集成是在紫外焦平面列陣制造工藝完成之后，在同一芯 片上進行衍射微透鏡列陣的制作，為確保在單片集成衍射微透鏡的制作過程中不致引起紫外 焦平面列陣性能下降，要求各項工藝的溫度最好低于IO(TC。
衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其特點是在紫外焦平面列陣制造工 藝完成之后，在同一芯片上進行衍射微透鏡列陣的制作，將衍射微透鏡列陣制備在紫外焦平 面列陣的背面，采用雙面對準技術；組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列 陣。
衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣的雙面對準技術包括雙面同時曝光的光刻技術； 或單面曝光、反面用紅外對準的光刻技術；單面曝光、反面用分離視場對準的光刻技術。 組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣其步驟如下a) 利用光刻技術直接在背照式紫外焦平面芯片的光入射面制備光刻掩模圖形；
b) 采用鍍膜方法在具有光刻掩模圖形的表面淀積膜層； C)將具有膜層的芯片浸入去膠劑中，浸泡3 5分鐘；
d) 通過搖晃或超聲震動，將光刻膠上的膜層和光刻膠去除干凈；
e) 不斷重復a) d)的工藝步驟，以獲得所需的多臺階的表面浮雕結構； O最終將具有衍射微透鏡的紫外焦平面列陣芯片用去離子水清洗1~2分鐘； g)最后用高純氮氣吹干。
所述的組合多層鍍膜，其膜層材料包括藍寶石、GaN、 AlGaN、 ZnO、 SiC。 本發明衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，適用于III族氮化物、ZnO、 SiC 背照式紫外焦平面列陣和探測器列陣的制造。
本發明采用組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制作衍射微透鏡的表面浮雕結構，可提 高紫外焦平面列陣的填充因子、靈敏度等性能參數，對提高背照式紫外焦平面列陣和探測器 列陣的光電性能、成品率、可靠性非常有利，整個工藝過程簡單，操作方便，具有精度高、實用性強，可重復性好等特點，同時制造工藝簡單易行，又與硅IC集成電路兼容，故在成本 上將會有很大的競爭優勢。
圖1是采用組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備二臺階衍射微透鏡列陣； 圖2是采用組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備四臺階衍射微透鏡列陣；
圖3是采用組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備八臺階衍射微透鏡列陣。 1.紫外焦平面列陣芯片，2.掩模板，3.光刻掩模圖形，4.表面浮雕結構。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。 實施例l
以下實施例所選用的紫外焦平面列陣是GaN/AlGaN p-i-n型背照式32X32紫外焦平面列陣。
A、 先對紫外焦平面列陣芯片1進行清洗處理
a、 在丙酮溶液中浸泡2分鐘；
b、 隨后在無水乙醇中浸泡2分鐘；
c、 在室溫下的去離子水中清洗1~2分鐘；
d、 用高純氮氣(99%)吹干。
B、 衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣的雙面對準
a、 在紫外焦平面列陣芯片1的光入射面涂敷一層正性光刻膠；
b、 采用單面曝光、反面用紅外對準的方法實現衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣的雙 面對準，并利用掩模板2和光刻工藝制作光刻掩模圖形3，再采用離子束刻蝕，首先 在紫外焦平面列陣芯片背面(光入射面)制作工作對準標記。然后以工作對準標記 為基準，在紫外焦平面列陣芯片的背面(紫外光入射面)進一步制作多位相臺階的衍 射微透鏡列陣；
c、 在室溫下用去離子水沖洗具有對準標記的紫外焦平面列陣芯片，時間1 2分鐘；
d、 用高純氮氣(99%)吹干。C、組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣
a、 利用光刻技術直接在背照式紫外焦平面芯片1的光入射面制備衍射微透鏡列陣光刻 掩模圖形3;
b、 采用磁控濺射鍍膜方法在具有光刻掩模圖形3的表面淀積GaN膜層；
c、 將具有GaN膜層的芯片浸入去膠劑(如無水乙醇)中，浸泡3 5分鐘；
d、 通過搖晃或超聲震動，將光刻膠上的膜層和光刻膠去除干凈，上述工藝完成，可獲
得二臺階的表面浮雕結構4，如圖1所示；
e、 通過一次重復a) d)的工藝步驟，可獲得四臺階的表面浮雕結構，如圖2所示；通 過兩次重復a) d)的工藝步驟，可獲得八臺階的表面浮雕結構，如圖3所示；
f、 將具有衍射微透鏡的紫外焦平面列陣芯片用去離子水清洗1~2分鐘；
g、 最后用高純氮氣吹干。
h、 a) d)的工藝步驟重復次數越多，提高小填充因子的紫外焦平面列陣的性能越好。 并且每次可選用不同的膜層材料加以組合，以適應各種不同應用的需要。
實施例2
以下實施例所選用的紫外焦平面列陣是GaN/AlGaN p-i-n型背照式64X1紫外焦平面列陣。
A、 先對紫外焦平面列陣芯片1進行清洗處理-
a、 在丙酮溶液中浸泡2分鐘；
b、 隨后在無水乙醇中浸泡2分鐘；
c、 在室溫下的去離子水中清洗1~2分鐘；
d、 用高純氮氣(99%)吹干。
B、 衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣的雙面對準
a、 在紫外焦平面列陣芯片1的光入射面涂敷一層正性光刻膠；
b、 采用單面曝光、反面用分離視場對準的方法實現衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣 的雙面對準，并利用掩模板2和光刻工藝制作光刻掩模圖形3，再采用離子束刻蝕， 首先在紫外焦平面列陣芯片1的背面(光入射面)制作工作對準標記。然后以工作 對準標記為基準，在紫外焦平面列陣芯片1的背面(紫外光入射面)進一步制作多位相臺階的衍射微透鏡列陣； C、在室溫下用去離子水沖洗具有對準標記的紫外焦平面列陣芯片，時間1 2分鐘； d、用高純氮氣(99%)吹干。 C、組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣
a、 利用光刻技術直接在背照式紫外焦平面芯片1的光入射面制備衍射微透鏡列陣光刻 掩模圖形3;
b、 采用磁控濺射鍍膜方法在具有光刻掩模圖形3的表面淀積GaAlN膜層；
c、 將具有GaAlN膜層的芯片浸入去膠劑(無水乙醇)中，浸泡3 5分鐘；
d、 通過搖晃或超聲震動，將光刻膠上的膜層和光刻膠去除干凈；
e、 通過三次重復a) d)的工藝步驟，最終獲得十六臺階的表面浮雕結構4;
f、 將具有衍射微透鏡的紫外焦平面列陣芯片用去離子水清洗1~2分鐘；
g、 最后用高純氮氣吹干。
利用相關儀器對上述32X32和64X1衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成芯片進 行了測量、分析，與沒有集成衍射微透鏡列陣的紫外焦平面列陣進行了對比測試。結果表明 衍射微透鏡列陣顯著地改善了紫外焦平面列陣的性能。
衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術整個工藝過程簡單，操作方便，重復性 好，實用性強，對人體基本無傷害，可廣泛用于紫外微光學元件、紫外探測器列陣、紫外焦 平面列陣、光電子集成等光電子技術領域。
權利要求
1.衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其特征在于在紫外焦平面列陣制造工藝完成之后，在同一芯片上進行衍射微透鏡列陣的制作，將衍射微透鏡列陣制備在紫外焦平面列陣的背面，并采用雙面對準技術；組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣。
2. 根據權利要求1所述的衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其特征在于雙 面對準技術包括雙面同時曝光的光刻技術；或單面曝光、反面用紅外對準的光刻技術； 或單面曝光、反面用分離視場對準的光刻技術。
3. 根據權利要求1所述的衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其特征在于組 合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣其步驟如下a) 利用光刻技術直接在背照式紫外焦平面芯片的光入射面制備光刻掩模圖形；b) 采用鍍膜方法在具有光刻掩模圖形的表面淀積膜層； C)將具有膜層的芯片浸入去膠劑中，浸泡3 5分鐘；d) 通過搖晃或超聲震動，將光刻膠上的膜層和光刻膠去除干凈；e) 不斷重復a) d)的工藝步驟，以獲得所需的多臺階的表面浮雕結構；f) 最終將具有衍射微透鏡的紫外焦平面列陣芯片用去離子水清洗1~2分鐘；g) 最后用高純氮氣吹干。
4. 根據權利要求1所述的衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，其特征在于所述的組合多層鍍膜，其膜層材料包括藍寶石、GaN、 AlGaN、 ZnO、 SiC。
全文摘要
衍射微透鏡列陣與紫外焦平面列陣單片集成技術，是在紫外焦平面列陣制造完成后，在同一芯片的背面進行衍射微透鏡列陣的制作，采用雙面對準技術；組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝制備衍射微透鏡列陣。雙面對準技術是指雙面同時曝光；或單面曝光、反面用紅外對準；或單面曝光、反面用分離視場對準的光刻技術；組合多層鍍膜與剝離的微細加工工藝步驟是直接在背照式紫外焦平面芯片的光入射面制備光刻掩模圖形；在光刻掩模圖形的表面淀積膜層；再將芯片浸入去膠劑中，通過搖晃或超聲震動，將光刻膠上的膜層和光刻膠去除干凈；重復上述步驟，可獲得多臺階的表面浮雕結構。提高填充因子，可大大提高背照式紫外焦平面列陣和探測器列陣的光電性能。
文檔編號G02B3/00GK101304003SQ20071004051
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月10日 優先權日2007年5月10日
發明者毅 李, 斌 武, 胡雙雙, 蔣群杰 申請人:上海理工大學