一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，所述探测器为曲面，其曲率半径不小于3mm，其厚度不超过50μm，且其电极层和热敏层均为氧化钛薄膜，平坦度较高，且能够适用大视场或超大视场，超大面阵列高分辨率成像；还涉及上述探测器的制备方法，在支撑层上制备氧化钛薄膜，用光阻覆盖桥面区域的氧化钛薄膜，对桥腿处的氧化钛薄膜进行离子注入，桥面区域的氧化钛薄膜为半导体氧化钛薄膜，相当于热敏层；桥腿区域的氧化钛薄膜为导体氧化钛薄膜；还包括对探测器减薄至50μm以内，并对其进行弯曲定型的步骤；可以始终保持光线焦点在焦平面探测器上，从而保证最大程度的成像效果，适合应用于大视场或超大视场，超大面阵列高分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】
一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器及其制备方法
本专利技术属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域，具体涉及一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器及其制备方法。
技术介绍
随着人们对各个波段电磁波的研究，21世纪以来，太赫兹成像技术渐渐进入了人们的视线。太赫兹的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少，可以穿透墙体对房屋内部进行扫描。与耗资较高、作用距离较短、无法识别具体爆炸物的X射线扫描仪相比，太赫兹成像具有独特优势，目前已经初步应用于检查邮件、识别炸药及无损探伤等安全领域。高分辨率的图像成为必然的需求，现有方案均是平面焦平面阵列成像，在进入大规模高清(2K，4K)成像时，研究人员通过透镜和其它光学组件等复杂的系统来调整光路，使得光线聚焦在探测器焦平面(FPA)，以得到更好的成像效果，应用比较复杂。使用平面焦平面探测器时，传统的小视场低分辨率的红外或太赫兹成像时，透镜聚焦所成的像均在主光轴附近，而且焦深足以覆盖探测器焦平面范围，形成清晰的像；但是，在进行大视场高分辨率成像的时候，视场边缘要成像，那随之而来的斜入射的光线也越来越多，这些光线的聚焦点会偏离焦平面，而且越往视场边缘，斜入射角度越大，成像的焦点会离主光轴越远，并逐渐离平面焦平面越来越远。当焦点距离平面超过焦深时，就会发生越往图像边缘越失真的现象。现在一般使用氧化钒作为热敏薄膜，但是氧化钒热敏薄膜和集成电路制造工艺的兼容性不好，工厂担心氧化钒材料和钒材料玷污设备，需要对氧化钒工艺后的设备，进行单独配置且进行隔离，防止玷污其它产品和工艺设备。另外，现有技术中一般通过沉积金属电极与热敏层薄膜电连接，将热敏层感受到的温度变化传递到基座的读出电路上，还需要将金属电极层通过光刻或蚀刻图形化处理，工艺繁琐，产能较低，且浪费资源，且不管是先沉积热敏薄膜，再沉积电极，还是先沉积电极，后沉积热敏薄膜，两者都不在一个平面上，多一个平面，对平坦度就多一分影响，工艺步骤越多，就可能带来越多的缺陷，影响良率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提供一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，使用氧化钛作为热敏层薄膜，且对部分氧化钛薄膜进行离子注入，使该部分氧化钛薄膜成为导体氧化钛薄膜，代替现有技术中的金属电极，工艺简单，产能较高；且探测器为曲面，能够适用于大视场、超大视场或超大面阵列高分辨率成像。本专利技术中解决上述技术问题的一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器的技术方案如下：一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，包括一带有读出电路的半导体基座和与所述半导体基座电连接的探测器本体，其特征在于，所述探测器为曲面，其曲率半径不小于3mm，其厚度不超过50μm，所述读出电路和所述探测器本体的总厚度不超过10μm；所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层和氧化钛薄膜，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述绝缘介质层上设有支撑层，所述支撑层上设有锚点孔和通孔，所述通孔终止于所述金属块，所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属，所述支撑层和所述连接金属上设有氧化钛薄膜，所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜，所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层，所述导体氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。本专利技术中一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器的有益效果是：(1)使用氧化钛薄膜作为热敏层薄膜，具有较好的稳定性，电阻回复速度快，电阻记忆效应少；(2)增大了热敏薄膜的面积，从而增大了填充率，金属电极层和热敏层均是氧化钛薄膜，这样就能节省工艺步骤，探测器的平坦度较高；(3)可以始终保持光线焦点在曲面焦平面探测器上，从而保证最大程度的成像效果；适合应用于大视场或超大视场，超大面阵列高分辨率成像。进一步，所述连接金属为钨、铝或铜。进一步，金属反射层的厚度为金属反射层对波长为8～14μm的红外光的反射率在99％以上。进一步，所述的绝缘介质层为氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度为进一步，所述支撑层为氮化硅薄膜，厚度为本专利技术还涉及一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在包含读出电路半导体基座上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属反射层形成若干个金属块；所述金属块与半导体基座上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层上沉积绝缘介质层；步骤2：在所述的绝缘介质层上沉积牺牲层，并对牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的牺牲层上形成锚点孔，并在图形化处理后的牺牲层上沉积支撑层；步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分支撑层，支撑层蚀刻终止于所述金属块，形成通孔，在所述通孔和锚点孔内沉积连接金属；步骤4：在支撑层上沉积氧化钛薄膜，并在氧化钛薄膜上沉积第一保护层，然后，在第一保护层的桥面上涂覆光阻，所述光阻覆盖区域为半导体氧化钛薄膜，并且作为探测器的热敏层薄膜；步骤5：用蚀刻方法(干法或湿法)去除氧化钛薄膜上面未被光阻覆盖的第一保护层薄膜，第一保护层蚀刻终止于所述氧化钛薄膜，露出部分氧化钛薄膜，对露出的氧化钛薄膜进行离子注入，离子是氩、氪或氮离子，注入能量控制在1Kev～100Kev之间，离子浓度控制在1×1013ions/cm2～1×1021ions/cm2之间，离子注入后的氧化钛薄膜为导体氧化钛薄膜；步骤6：去除光阻，在导体氧化钛薄膜和未被蚀刻掉的第一保护层上沉积第二保护层；步骤7：采用光刻和蚀刻的方法，对第二保护层进行图形化处理，第二保护层蚀刻终止于牺牲层。步骤8：减薄处理，利用减薄设备，在探测器的正面贴膜，背面进行减薄处理，探测器的厚度减薄至50μm以内，减薄后在背面贴膜；步骤9：进行结构释放，去掉牺牲层形成微桥结构；然后，对探测器弯曲定型：将带有背面贴膜的所述焦平面探测器用受力均匀的圆环或圆筒固定，在背面抽真空或正面加高压，使探测器焦平面随膜变形成曲面，根据施加的压力控制曲面曲率半径，使其曲率半径不小于3mm，然后，使用物理或化学的方法，使曲面保持固定曲率，使其不再回复平面状态。本专利技术中离子注入制备电极的曲面焦平面探测器的制备方法的有益效果是：(1)使用氧化钛薄膜作为热敏层薄膜，具有较好的稳定性，电阻回复速度快，电阻记忆效应少；(2)氧化钛薄膜的制作过程与CMOS制程兼容，不用因为污染问题而安排专门的机台，使产能和效率大幅提升；(3)增大了热敏薄膜的面积，从而增大了填充率，且桥腿区域的氧化钛薄膜离子注入后成为了导体氧化钛薄膜，导电性更好，导体氧化钛薄膜区域相当于现有技术中的金属电极层，桥面上的氧化钛薄膜未被离子注入，相当于现有技术中的热敏层薄膜，省去了电极层单独沉积薄膜，光刻及蚀刻等步骤，大幅简化工艺步骤，节省成本，提高产能；(4)不用沉积金属电极层，少一个平面的沉积，就能够进一步提高探测器的平坦度，有效提升制造良率；(5)探测器的厚度减薄至50μm以内，再对平面焦平面探测器进行弯曲定型处理，形成曲面焦平面探测器可以始终保持光线焦点在探测器上，从而保证最大程度的成像效果，适合应用于大视场或超大视场，超大面阵列高分辨率成像。进一步，步骤9中先对所述焦平面探测器进行弯曲定型：将带有背面贴膜的探测器用受力均匀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，包括一带有读出电路的半导体基座和与所述半导体基座电连接的探测器本体，其特征在于，所述探测器为曲面，其曲率半径不小于3mm，其厚度不超过50μm，所述读出电路和所述探测器本体的总厚度不超过10μm；所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层和氧化钛薄膜，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述绝缘介质层上设有支撑层，所述支撑层上设有锚点孔和通孔，所述通孔终止于所述金属块，所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属，所述支撑层和所述连接金属上设有氧化钛薄膜，所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜，所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层，所述导体氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。

【技术特征摘要】
1.一种离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，包括一带有读出电路的半导体基座和与所述半导体基座电连接的探测器本体，其特征在于，所述探测器为曲面，其曲率半径不小于3mm，其厚度不超过50μm，所述读出电路和所述探测器本体的总厚度不超过10μm；所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层和氧化钛薄膜，所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；所述绝缘介质层上设有支撑层，所述支撑层上设有锚点孔和通孔，所述通孔终止于所述金属块，所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属，所述支撑层和所述连接金属上设有氧化钛薄膜，所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜，所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层，所述导体氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。2.根据权利要求1所述的离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，其特征在于，所述连接金属为钨、铝或铜。3.根据权利要求1所述的离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，其特征在于，金属反射层的厚度为金属反射层对波长为8～14μm的红外光的反射率在99％以上。4.根据权利要求1所述的离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，其特征在于，所述的绝缘介质层为氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度为5.根据权利要求1-4任一项所述的离子注入制备电极的曲面焦平面探测器，其特征在于，所述支撑层为氮化硅薄膜，厚度为6.权利要求1-5任一项所述的离子注入制备电极的曲面焦平面探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在包含读出电路半导体基座上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属反射层形成若干个金属块；所述金属块与半导体基座上的读出电路电连接；然后，在完成图形化金属反射层上沉积绝缘介质层；步骤2：在所述的绝缘介质层上沉积牺牲层，并对牺牲层进行图形化处理，在图形化处理后的牺牲层上形成锚点孔，并在图形化处理后的牺牲层上沉积支撑层；步骤3：采用光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉部分支撑层，支撑层蚀刻终止于所述金属块，形成通孔，在所述通孔和锚点孔内沉积连接金属；步骤4：在支撑层上沉积氧化钛薄膜，并在氧化钛薄膜上沉积第一保护层，然后，在第一保护层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏臣，杨鑫，王鹏，陈文礼，甘先锋，董珊，孙丰沛，
申请(专利权)人：烟台睿创微纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37