面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片及制备方法技术

本申请提供一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片及制备方法，包括：微桥结构、电连接支撑柱以及半导体衬底，其中，电连接支撑柱位于半导体衬底上，电连接支撑柱用于支撑微桥结构，并将微桥结构上的第一电信号引出到半导体衬底内，半导体衬底内设有P型区域和N型区域，且在P型区域与N型区域接触的部分形成PN结，P型区域和N型区域位于微桥结构的下方，在P型区域和N型区域的下方设有转换膜层，通过如此设置，可以提高混合成像芯片的灵敏度。可以提高混合成像芯片的灵敏度。可以提高混合成像芯片的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片及制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片及制备方法。

技术介绍

[0002]混合成像芯片涉及半导体
，其是一种热探测器，其原理是在半导体衬底内设置可见光吸收区，检测光经过半导体衬底底部射入后，经过可见光吸收区吸收，再照射到微桥结构上，利用微桥结构吸收红外线，并产生电阻、电容等信号的变化，在利用读出电路对信号进行读取，以获得检测光强弱程度。因此，对于提高混合成像芯片的灵敏度是混合成像芯片设计的重要部分。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片，包括：微桥结构、电连接支撑柱以及半导体衬底；其中，电连接支撑柱位于半导体衬底上，电连接支撑柱用于支撑微桥结构，并将微桥结构上的第一电信号引出到半导体衬底内；半导体衬底内设有P型区域和N型区域，且在P型区域与N型区域接触的部分形成PN结；P型区域和N型区域位于微桥结构的下方；在半导体衬底的下表面设有转换膜层，且转换膜层在P型区域和N型区域的下方；在第一光线经过微桥结构的上方射入后，微桥结构吸收第一光线中的第一红外光和经转换膜层反射的第四光线中的第三红外光，并产生第一电信号；转换膜层用于将从P型区域和N型区域射出的第三光线中的第二红外光转换为第一可见光，并将第一可见光反射至P型区域和N型区域；P型区域和N型区域用于将从微桥结构射出的第二光线中的第二可见光以及第一可见光吸收并生成第二电信号。
[0004]在一实施例中，转换膜层包括从上到下依次设置的多层中间膜层以及反射膜层，多层中间膜层用于将红外光转换为可见光，反射膜层用于反射光线以及作为转换膜层的一个连接电极，多层中间膜层与半导体衬底接触，通过反射膜层和半导体衬底向多层中间膜层施加第三电信号；或者转换膜层包括从上到下依次设置的透明电极膜层、多层中间膜层以及反射膜层；多层中间膜层用于将红外光转换为可见光，反射膜层用于反射光线以及作为转换膜层的一个连接电极，透明电极膜层与半导体衬底接触，通过反射膜层和半导体衬底向多层中间膜层施加第三电信号。
[0005]在一实施例中，转换膜层呈开口的梯形结构，且转换膜层的开口朝向微桥结构；P型区域位于N型区域的上方，N型区域呈倒梯形结构；半导体衬底为P型半导体衬底，P型区域的离子掺杂浓度比N型区域的离子掺杂浓度高至少一个数量级，且P型区域的电位与半导体衬底的电位相同。
[0006]在一实施例中，混合成像芯片还包括：位于微桥结构的上方的滤波结构；滤波结构包括从上到下依次设置的滤波吸收层以及导热层；滤波吸收层用于对第一光线进行滤波，并吸收滤波后的第一光线中的红外光并产生热量，导热层用于将热量传递至微桥结构。
[0007]在一实施例中，滤波吸收层包括多层吸收薄膜层，且多层吸收薄膜层上设有呈阵列分布的通孔；呈阵列分布的通孔用于对第一光线进行滤波，多层吸收薄膜层用于吸收过滤后的第一光线中的红外光并产生热量；或者滤波吸收层包括从上到下依次设置的金属阵列层以及第一吸收层；金属阵列层用于对第一光线进行滤波，第一吸收层用于吸收过滤后的第一光线中的红外光并产生热量。
[0008]在一实施例中，金属阵列层包括阵列基层，在阵列基层上设有多个呈阵列分布的通孔，在各个通孔内设有呈圆形的第一金属块；或者金属阵列层包括多个呈阵列的分布的第二金属块。
[0009]在一实施例中，混合成像芯片还包括：第一蛇形梁结构和第二蛇形梁结构；电连接支撑柱包括第一支撑柱、第二支撑柱、第三支撑柱以及第四支撑柱；微桥结构、第二蛇形梁结构、第一蛇形梁结构以及半导体衬底从上到下依次设置；第一支撑柱的第一端位于半导体衬底上，第一支撑柱的第二端与第一蛇形梁结构的第一端连接，第一蛇形梁结构的第二端与第三支撑柱的第一端连接，第三支撑柱穿过第二蛇形梁结构后使其第二端支撑微桥结构；第二支撑柱的第一端位于半导体衬底上，第二支撑柱穿过第一蛇形梁结构以使其第二端与第二蛇形梁结构的第一端连接，第二蛇形梁结构的第二端连接第四支撑柱的第一端，第四支撑柱的第二端支撑微桥结构。
[0010]本申请另一实施例提供一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片的制备方法，方法包括：获取半导体衬底，并在半导体衬底内通过离子注入方式形成P型区域和N型区域；在半导体衬底上方形成微桥结构和电连接支撑柱；去除半导体衬底的底部，以使半导体衬底的厚度减少；对利用碱性湿法药液刻蚀半导体衬底的底部，以使半导体衬底的下表面为呈梯形；在半导体衬底的呈梯形的下表面沉积材料，形成转换膜层。
[0011]在一实施例中，在半导体衬底上方形成微桥结构和电连接支撑柱，具体包括：在半导体衬底上依次形成第一牺牲层、第一蛇形梁结构、第二牺牲层、第二蛇形梁结构、第三牺牲层以及微桥结构；在微桥结构的边缘区域开设第一主凹槽、第二主凹槽、第三主凹槽以及第四主凹槽；且第一主凹槽的底部、第二主凹槽的底部、第三主凹槽的底部以及第四主凹槽的底部均延伸到第三牺牲层的下表面；在第二蛇形梁结构上的与第一主凹槽对应的位置开设第一子凹槽，在第二蛇形梁结构上的与第二主凹槽对应的位置开设第二子凹槽，在第二蛇形梁结构上的与第三主凹槽
对应的位置开设第三子凹槽，且第一子凹槽的底部、第二子凹槽的底部以及第三子凹槽的底部均延伸到第二牺牲层的下表面；在第一蛇形梁结构上的与第一子凹槽对应的位置开设第一从凹槽，在第一蛇形梁结构上的与第二子凹槽对应的位置开设第二从凹槽，且第一从凹槽的底部和第二从凹槽的底部均延伸到第一牺牲层的下表面；在第一从凹槽、第二从凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽、第三主凹槽以及第四主凹槽内沉积形成多层薄膜，以获得第一支撑柱、第二支撑柱、第三支撑柱以及第四支撑柱。
[0012]在一实施例中，在半导体衬底的呈梯形的下表面沉积材料形成转换膜层之后，方法还包括：去除第一牺牲层、第二牺牲层以及第三牺牲层。
[0013]本申请实施例提供一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片及制备方法，通过在半导体衬底内设置P型区域和N型区域，并在P型区域和N型区域下方设置转换膜层，以使P型区域和N型区域除了吸收从微桥结构射出的第二光线中的第二可见光之外，还接收由转换膜层转换后的第一可见光，P型区域和N型区域吸收更多的可见光，所产生的第二电信号的信号更强，并且微桥结构除了吸收第一光线的第一红外光之外，还吸收从转换膜层反射的第四光线中的第三红外光，也就是微桥结构吸收更多的红外光，微桥结构所产生的第一电信号的信号更强，从而可以提高混合成像芯片的灵敏度。
附图说明
[0014]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0015]图1为本申请一实施例提供的面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片的主视图；图2为本申请提供的图1所示的面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片的光路图；图3为本申请另一实施例提供的面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片的主视图；图4为本申请一实施例提供的滤波结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向医疗成像的半导体硅基的混合成像芯片，其特征在于，包括：微桥结构、电连接支撑柱以及半导体衬底；其中，所述电连接支撑柱位于所述半导体衬底上，所述电连接支撑柱用于支撑所述微桥结构，并将所述微桥结构上的第一电信号引出到所述半导体衬底内；所述半导体衬底内设有P型区域和N型区域，且在所述P型区域与所述N型区域接触的部分形成PN结；所述P型区域和N型区域位于所述微桥结构的下方；在所述半导体衬底的下表面设有转换膜层，且所述转换膜层在所述P型区域和所述N型区域的下方；在第一光线经过微桥结构的上方射入后，所述微桥结构吸收所述第一光线中的第一红外光和经所述转换膜层反射的第四光线中的第三红外光，并产生所述第一电信号；所述转换膜层用于将从所述P型区域和所述N型区域射出的第三光线中的第二红外光转换为第一可见光，并将所述第一可见光反射至所述P型区域和N型区域；所述P型区域和N型区域用于将从所述微桥结构射出的第二光线中的第二可见光以及所述第一可见光吸收并生成第二电信号。2.根据权利要求1所述的混合成像芯片，其特征在于，所述转换膜层包括从上到下依次设置的多层中间膜层以及反射膜层，所述多层中间膜层用于将红外光转换为可见光，所述反射膜层用于反射光线以及作为所述转换膜层的一个连接电极，所述多层中间膜层与所述半导体衬底接触，通过所述反射膜层和所述半导体衬底向所述多层中间膜层施加第三电信号；或者所述转换膜层包括从上到下依次设置的透明电极膜层、多层中间膜层以及反射膜层；所述多层中间膜层用于将红外光转换为可见光，所述反射膜层用于反射光线以及作为所述转换膜层的一个连接电极，所述透明电极膜层与所述半导体衬底接触，通过所述反射膜层和所述半导体衬底向所述多层中间膜层施加第三电信号。3.根据权利要求1或2所述的混合成像芯片，其特征在于，所述转换膜层呈开口的梯形结构，且所述转换膜层的开口朝向所述微桥结构；所述P型区域位于所述N型区域的上方，所述N型区域呈倒梯形结构；所述半导体衬底为P型半导体衬底，所述P型区域的离子掺杂浓度比所述N型区域的离子掺杂浓度高至少一个数量级，且所述P型区域的电位与所述半导体衬底的电位相同。4.根据权利要求1或2所述的混合成像芯片，其特征在于，所述混合成像芯片还包括：位于所述微桥结构的上方的滤波结构；所述滤波结构包括从上到下依次设置的滤波吸收层以及导热层；所述滤波吸收层用于对所述第一光线进行滤波，并吸收滤波后的第一光线中的红外光并产生热量，所述导热层用于将热量传递至所述微桥结构。5.根据权利要求4所述的混合成像芯片，其特征在于，所述滤波吸收层包括多层吸收薄膜层，且所述多层吸收薄膜层上设有呈阵列分布的通孔；所述呈阵列分布的通孔用于对所述第一光线进行滤波，所述多层吸收薄膜层用于吸收过滤后的第一光线中的红外光并产生热量；或者所述滤波吸收层包括从上到下依次设置的金属阵列层以及第一吸收层；所述金属阵列层用于对所述第一光线进行滤波，所述第一吸收层用于吸收过滤后的第一光线中的红外光
并产生热量。6.根据权利要求5所述的混合成像芯片，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，刘刚，何兵，代琪，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：