一种红外吸收薄膜及其制备方法技术

本申请公开了一种红外吸收薄膜及其制备方法，属于微电子制造技术领域，解决了现有技术中的红外吸收薄膜仅在很窄的短波范围内具有较高吸收能力、制备设备昂贵以及微加工工艺兼容性差的问题。本申请的制备方法包括如下步骤：形成敏感层；在敏感层上依次形成吸收钝化层和图形转移层；利用第一次等离子刻蚀在图形转移层远离吸收钝化层一侧形成纳米结构；利用第二次等离子刻蚀将图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层。本申请的红外吸收薄膜包括层叠布置的敏感层和吸收钝化层，所述吸收钝化层远离敏感层的一侧形成有纳米结构。本申请的红外吸收薄膜及其制备方法可用于红外器件。

An Infrared Absorption Film and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种红外吸收薄膜及其制备方法
本申请涉及一种微电子制造技术，尤其涉及一种红外吸收薄膜及其制备方法。
技术介绍
红外吸收薄膜是影响红外探测器红外吸收能力的关键部件，黑硅、金黑等因呈现出特殊的尺寸效应和表面效应而被认为是提高红外探测器红外吸收能力的有效材料。但是，黑硅受限于其硅基材料特性，仅在很窄的短波范围内具有较高吸收能力，难以满足物质长波段探测的需求。对于金黑纳米结构虽然可以在很宽的波段范围内具有较高吸收能力，但是，其制备工艺严苛复杂，需要依赖昂贵的设备，且所得的金黑结构易碎、粘附力差，难以与常规微加工工艺兼容，继而限制了其在红外器件中的应用。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种，解决了现有技术中的红外吸收薄膜仅在很窄的短波范围内具有较高吸收能力、制备设备昂贵以及微加工工艺兼容性差的问题。本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：本申请提供了一种红外吸收薄膜的制备方法，包括如下步骤：形成敏感层；在敏感层上依次形成吸收钝化层和图形转移层；利用第一次等离子刻蚀在图形转移层远离吸收钝化层一侧形成纳米结构；利用第二次等离子刻蚀将图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层，在吸收钝化层远离敏感层一侧形成纳米结构，得到红外吸收薄膜。在一种可能的设计中，利用第二次等离子刻蚀将图形转移层全部刻蚀，使得图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层。在一种可能的设计中，图形转移层采用无机材料制成。在一种可能的设计中，利用第二次等离子刻蚀将图形转移层部分刻蚀，使得图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层。在一种可能的设计中，无机材料为Ta或α-Si。在一种可能的设计中，无机材料为Ta，第一次等离子刻蚀中，刻蚀气体包括高C/F比的气体、CO和Ar，高C/F比的气体为C4F6或C4F8，高C/F比的气体的流量为3sccm～200sccm，CO的流量为10sccm～200sccm，Ar的流量为50sccm～500sccm。在一种可能的设计中，刻蚀气体气压为5mT～300mT，上射频为1500W～5000W，下射频为30W～90W。在一种可能的设计中，无机材料为α-Si，第一次等离子刻蚀中，刻蚀气体包括O2、Cl2、HBr和SF6，O2的流量为5sccm～100sccm，Cl2的流量为5sccm～100sccm，HBr的流量为10sccm～100sccm，SF6的流量为3sccm～50sccm，O2与Cl2的流量比为1～3。在一种可能的设计中，刻蚀气体气压为3mT～80mT，上射频为200W～400W，下射频为30W～60W。在一种可能的设计中，第二次等离子刻蚀中，刻蚀气体包括CF4、HBr和O2，CF4的流量为50sccm～100sccm，HBr的流量为30sccm～200sccm，O2的流量为1sccm～100sccm。在一种可能的设计中，刻蚀气体气压为3mT～20mT，上射频为250W～400W，下射频为40W～60W。在一种可能的设计中，图形转移层的厚度为1nm～1000nm。本申请还提供了一种红外吸收薄膜，包括层叠布置的敏感层和吸收钝化层，吸收钝化层远离敏感层的一侧形成有纳米结构。在一种可能的设计中，纳米结构为单层结构，与吸收钝化层为同种材料；或者，纳米结构为双层结构，包括设于吸收钝化层上的纳米主体层以及设于纳米主体层上的残留的图形转移层，纳米主体材料与吸收钝化层为同种材料。在一种可能的设计中，纳米结构为双层结构，残留的图形转移层的材料为Ta或α-Si。在一种可能的设计中，纳米结构为纳米颗粒、纳米针尖或纳米锥中的任意一种。与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：a)本申请提供的红外吸收薄膜的制备方法，通过两次简单的等离子刻蚀工艺就能够在原有的吸收钝化层表面形成纳米结构，增加吸收钝化层表面的粗糙度，从而能够增强红外吸收薄膜的红外吸收率，进而提高红外探测器的整体性能及其应用范围。b)本申请提供的红外吸收薄膜的制备方法，通过在原有的吸收钝化层表面形成易于等离子刻蚀的图形转移层，通过第一次等离子刻蚀工艺能够在图形转移层表面形成粗糙的纳米结构，进而通过第二次等离子刻蚀工艺将图形转移层表面的纳米结构转移至吸收钝化层，从而实现吸收钝化层表面纳米结构的制备。c)本申请提供的红外吸收薄膜的制备方法，由于Ta相对怕氧化，上述刻蚀气体中含有C、F和O，其中，O与Ta之间会发生氧化，C是还原元素，与Ta之间发生还原反应，且其为沉积气体，能够在Ta的表面形成碳膜，F基为刻蚀气体，其能够与Ta和Ta的氧化物反应生成TaF5，与碳膜反应生成CF4，且与三者的反应速率不同，从而有利于在刻蚀过程中形成纳米结构，且无需增加光刻图形化掩膜技术。本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本申请红外吸收薄膜的制备方法的示意图，其中，将图形转移层部分刻蚀；图2为本申请红外吸收薄膜的制备方法的示意图，其中，将图形转移层全部刻蚀；图3为本申请红外吸收薄膜的结构示意图，其中，将图形转移层部分刻蚀；图4为本申请红外吸收薄膜的结构示意图，其中，将图形转移层全部刻蚀；图5为本申请实施例一提供的红外吸收薄膜表面的微观结构测试图；图6为本申请实施例一提供的红外吸收薄膜剖面的微观结构测试图；图7为现有表面未形成纳米结构的红外吸收薄膜的红外吸收效果图；图8为本申请实施例一提供的红外吸收薄膜的红外吸收效果图；图9为本申请实施例三提供的红外吸收薄膜表面的微观结构测试图。附图标记：1-敏感层；2-吸收钝化层；3-图形转移层；4，4’-纳米结构。具体实施方式下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。本申请提供了一种红外吸收薄膜的制备方法，参见图1至图2，包括如下步骤：形成敏感层1(例如，VOX层或α-Si层)；在敏感层1上依次形成吸收钝化层2(例如，Si3N4层)和图形转移层3；利用第一次等离子刻蚀在图形转移层3远离吸收钝化层2一侧形成纳米结构4；利用第二次等离子刻蚀将图形转移层3的纳米结构4转移至吸收钝化层2，在吸收钝化层2远离敏感层1一侧形成纳米结构4’，得到红外吸收薄膜。需要说明的是，本申请的红外吸收薄膜的制备方法的应用不局限于红外吸收，其也可以应用于可见光的吸收。与现有技术相比，本申请提供的红外吸收薄膜的制备方法，通过两次简单的等离子刻蚀工艺就能够在原有的吸收钝化层2表面形成纳米结构4’，增加吸收钝化层2表面的粗糙度，从而能够增强红外吸收薄膜的红外吸收率，进而提高红外探测器的整体性能及其应用范围。具体来说，现有技术中，采用光刻掩膜工艺，受掩膜版图案尺寸的限制，很难甚至无法实现吸收钝化层2表面形成纳米结构4’；而采用等离子刻蚀工艺对吸收钝化层2表面进行直接刻蚀，仅会使得吸收钝化层2表面均匀减少，也无法形成纳米结构4’。本申请的制备方法，通过在原有的吸收钝化层2表面形成易于等离子刻蚀的图形转移层3，通过第一次等离子刻蚀工艺能够在图形转移层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：形成敏感层；在敏感层上依次形成吸收钝化层和图形转移层；利用第一次等离子刻蚀在图形转移层远离吸收钝化层一侧形成纳米结构；利用第二次等离子刻蚀将图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层，在吸收钝化层远离敏感层一侧形成纳米结构，得到红外吸收薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：形成敏感层；在敏感层上依次形成吸收钝化层和图形转移层；利用第一次等离子刻蚀在图形转移层远离吸收钝化层一侧形成纳米结构；利用第二次等离子刻蚀将图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层，在吸收钝化层远离敏感层一侧形成纳米结构，得到红外吸收薄膜。2.根据权利要求1所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，利用第二次等离子刻蚀将图形转移层全部刻蚀，使得图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层。3.根据权利要求1所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，所述图形转移层采用无机材料制成。4.根据权利要求3所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，利用第二次等离子刻蚀将图形转移层部分刻蚀，使得图形转移层的纳米结构转移至吸收钝化层。5.根据权利要求3所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，所述无机材料为Ta或α-Si。6.根据权利要求5所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，所述无机材料为Ta，所述第一次等离子刻蚀中，刻蚀气体包括高C/F比的气体、CO和Ar，高C/F比的气体为C4F6或C4F8，高C/F比的气体的流量为3sccm～200sccm，CO的流量为10sccm～200sccm，Ar的流量为50sccm～500sccm。7.根据权利要求6所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体气压为5mT～300mT，上射频为1500W～5000W，下射频为30W～90W。8.根据权利要求5所述的红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于，所述无机材料为α-Si，所述第一次等离子刻蚀中，刻蚀气体包括O2、Cl2、HBr和SF6，O2的流量为5sccm～100sccm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，傅剑宇，高建峰，周娜，王桂磊，李永亮，杨涛，李俊峰，王文武，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11