本發(fā)明屬于半導體技術中的微機電系統(tǒng)工藝制造領域，具體涉及一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器及其制備方法。

背景技術：

隨著人們對各個波段電磁波的研究，21世紀以來，太赫茲成像技術漸漸進入了人們的視線。太赫茲的頻率很高、波長很短，具有很高的時域頻譜信噪比，且在濃煙、沙塵環(huán)境中傳輸損耗很少，可以穿透墻體對房屋內部進行掃描。與耗資較高、作用距離較短、無法識別具體爆炸物的x射線掃描儀相比，太赫茲成像具有獨特優(yōu)勢，目前已經(jīng)初步應用于檢查郵件、識別炸藥及無損探傷等安全領域。

高分辨率的圖像成為必然的需求，現(xiàn)有方案均是平面焦平面陣列成像，在進入大規(guī)模高清(2k，4k)成像時，研究人員通過透鏡和其它光學組件等復雜的系統(tǒng)來調整光路，使得光線聚焦在探測器焦平面(fpa)，以得到更好的成像效果，應用比較復雜。

使用平面焦平面探測器時，傳統(tǒng)的小視場低分辨率的紅外或太赫茲成像時，透鏡聚焦所成的像均在主光軸附近，而且焦深足以覆蓋探測器焦平面范圍，形成清晰的像；但是，在進行大視場高分辨率成像的時候，視場邊緣要成像，那隨之而來的斜入射的光線也越來越多，這些光線的聚焦點會偏離焦平面，而且越往視場邊緣，斜入射角度越大，成像的焦點會離主光軸越遠，并逐漸離平面焦平面越來越遠。當焦點距離平面超過焦深時，就會發(fā)生越往圖像邊緣越失真的現(xiàn)象。

現(xiàn)在一般使用氧化釩作為熱敏薄膜，但是氧化釩熱敏薄膜和集成電路制造工藝的兼容性不好，工廠擔心氧化釩材料和釩材料玷污設備，需要對氧化釩工藝后的設備，進行單獨配置且進行隔離，防止玷污其它產(chǎn)品和工藝設備。

另外，現(xiàn)有技術中一般通過沉積金屬電極與熱敏層薄膜電連接，將熱敏層感受到的溫度變化傳遞到基座的讀出電路上，還需要將金屬電極層通過光刻或蝕刻圖形化處理，工藝繁瑣，產(chǎn)能較低，且浪費資源，且不管是先沉積熱敏薄膜，再沉積電極，還是先沉積電極，后沉積熱敏薄膜，兩者都不在一個平面上，多一個平面，對平坦度就多一分影響，工藝步驟越多，就可能帶來越多的缺陷，影響良率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器，使用氧化鈦作為熱敏層薄膜，且對部分氧化鈦薄膜進行離子注入，使該部分氧化鈦薄膜成為導體氧化鈦薄膜，代替現(xiàn)有技術中的金屬電極，工藝簡單，產(chǎn)能較高；且探測器為曲面，能夠適用于大視場、超大視場或超大面陣列高分辨率成像。

本發(fā)明中解決上述技術問題的一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的技術方案如下：一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器，包括一帶有讀出電路的半導體基座和與所述半導體基座電連接的探測器本體，其特征在于，所述探測器為曲面，其曲率半徑不小于3mm，其厚度不超過50μm，所述讀出電路和所述探測器本體的總厚度不超過10μm；

所述探測器本體包括金屬反射層、絕緣介質層、支撐層和氧化鈦薄膜，所述半導體基座上設有金屬反射層和絕緣介質層，所述金屬反射層包括若干個金屬塊；

所述絕緣介質層上設有支撐層，所述支撐層上設有錨點孔和通孔，所述通孔終止于所述金屬塊，所述錨點孔和所述通孔內填充有連接金屬，所述支撐層和所述連接金屬上設有氧化鈦薄膜，所述氧化鈦薄膜包括在橋面區(qū)域的半導體氧化鈦薄膜和在橋腿區(qū)域的導體氧化鈦薄膜，所述半導體氧化鈦薄膜上設有第一保護層，所述導體氧化鈦薄膜和所述第一保護層上設有第二保護層。

本發(fā)明中一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的有益效果是：

(1)使用氧化鈦薄膜作為熱敏層薄膜，具有較好的穩(wěn)定性，電阻回復速度快，電阻記憶效應少；

(2)增大了熱敏薄膜的面積，從而增大了填充率，金屬電極層和熱敏層均是氧化鈦薄膜，這樣就能節(jié)省工藝步驟，探測器的平坦度較高；

(3)可以始終保持光線焦點在曲面焦平面探測器上，從而保證最大程度的成像效果；適合應用于大視場或超大視場，超大面陣列高分辨率成像。

進一步，所述連接金屬為鎢、鋁或銅。

進一步，金屬反射層的厚度為金屬反射層對波長為8～14μm的紅外光的反射率在99％以上。

進一步，所述的絕緣介質層為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度為

進一步，所述支撐層為氮化硅薄膜，厚度為

本發(fā)明還涉及一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在包含讀出電路半導體基座上制作金屬反射層，并對金屬反射層進行圖形化處理，圖形化后的金屬反射層形成若干個金屬塊；所述金屬塊與半導體基座上的讀出電路電連接；然后，在完成圖形化金屬反射層上沉積絕緣介質層；

步驟2：在所述的絕緣介質層上沉積犧牲層，并對犧牲層進行圖形化處理，在圖形化處理后的犧牲層上形成錨點孔，并在圖形化處理后的犧牲層上沉積支撐層；

步驟3：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分支撐層，支撐層蝕刻終止于所述金屬塊，形成通孔，在所述通孔和錨點孔內沉積連接金屬；

步驟4：在支撐層上沉積氧化鈦薄膜，并在氧化鈦薄膜上沉積第一保護層，然后，在第一保護層的橋面上涂覆光阻，所述光阻覆蓋區(qū)域為半導體氧化鈦薄膜，并且作為探測器的熱敏層薄膜；

步驟5：用蝕刻方法(干法或濕法)去除氧化鈦薄膜上面未被光阻覆蓋的第一保護層薄膜，第一保護層蝕刻終止于所述氧化鈦薄膜，露出部分氧化鈦薄膜，對露出的氧化鈦薄膜進行離子注入，離子是氬、氪或氮離子，注入能量控制在1kev～100kev之間，離子濃度控制在1×10¹³ions/cm²～1×10²¹ions/cm²之間，離子注入后的氧化鈦薄膜為導體氧化鈦薄膜；

步驟6：去除光阻，在導體氧化鈦薄膜和未被蝕刻掉的第一保護層上沉積第二保護層；

步驟7：采用光刻和蝕刻的方法，對第二保護層進行圖形化處理，第二保護層蝕刻終止于犧牲層。

步驟8：減薄處理，利用減薄設備，在探測器的正面貼膜，背面進行減薄處理，探測器的厚度減薄至50μm以內，減薄后在背面貼膜；

步驟9：進行結構釋放，去掉犧牲層形成微橋結構；然后，對探測器彎曲定型：將帶有背面貼膜的所述焦平面探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒固定，在背面抽真空或正面加高壓，使探測器焦平面隨膜變形成曲面，根據(jù)施加的壓力控制曲面曲率半徑，使其曲率半徑不小于3mm，然后，使用物理或化學的方法，使曲面保持固定曲率，使其不再回復平面狀態(tài)。

本發(fā)明中離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的制備方法的有益效果是：

(1)使用氧化鈦薄膜作為熱敏層薄膜，具有較好的穩(wěn)定性，電阻回復速度快，電阻記憶效應少；

(2)氧化鈦薄膜的制作過程與cmos制程兼容，不用因為污染問題而安排專門的機臺，使產(chǎn)能和效率大幅提升；

(3)增大了熱敏薄膜的面積，從而增大了填充率，且橋腿區(qū)域的氧化鈦薄膜離子注入后成為了導體氧化鈦薄膜，導電性更好，導體氧化鈦薄膜區(qū)域相當于現(xiàn)有技術中的金屬電極層，橋面上的氧化鈦薄膜未被離子注入，相當于現(xiàn)有技術中的熱敏層薄膜，省去了電極層單獨沉積薄膜，光刻及蝕刻等步驟，大幅簡化工藝步驟，節(jié)省成本，提高產(chǎn)能；

(4)不用沉積金屬電極層，少一個平面的沉積，就能夠進一步提高探測器的平坦度，有效提升制造良率；

(5)探測器的厚度減薄至50μm以內，再對平面焦平面探測器進行彎曲定型處理，形成曲面焦平面探測器可以始終保持光線焦點在探測器上，從而保證最大程度的成像效果，適合應用于大視場或超大視場，超大面陣列高分辨率成像。

進一步，步驟9中先對所述焦平面探測器進行彎曲定型：將帶有背面貼膜的探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒固定，在正面用一柔性圓頭頂桿擠壓探測器表面，頂桿圓頭半徑可以從3mm到∞，使探測器形成曲面，然后，使用機械或化學的方法使曲面保持固定曲率，使其不再回復平面狀態(tài)；然后，進行結構釋放，去掉犧牲層形成微橋結構。

采用上述進一步技術方案的有益效果是：先不對探測器進行結構釋放，此時可以使用柔性圓頭頂桿去擠壓探測器，待探測器彎曲定型后，再進行結構釋放，探測器彎曲定型工藝更加簡單。

進一步，使用烘烤的方法使所述探測器保持固定曲率，使其不再回復平面狀態(tài)。

進一步，所述第一保護層和第二保護層都是利用化學氣相沉積低應力氮化硅形成的。

進一步，所述犧牲層為聚酰亞胺或者非晶碳，厚度為1.0～2.5μm。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中金屬反射層和絕緣介質層形成示意圖；

圖2為本發(fā)明中犧牲層和支撐層形成示意圖；

圖3為本發(fā)明中通孔形成示意圖；

圖4為本發(fā)明中連接金屬填充通孔示意圖；

圖5為本發(fā)明中氧化鈦薄膜形成示意圖；

圖6為本發(fā)明中第一保護層形成示意圖；

圖7為本發(fā)明中光阻形成示意圖；

圖8為本發(fā)明中離子注入氧化鈦薄膜示意圖；

圖9為本發(fā)明中第二保護層形成示意圖；

圖10為本發(fā)明中第二保護層圖形化示意圖；

圖11為本發(fā)明中離子注入制備電極的平面探測器結構示意圖；

圖12為本發(fā)明中離子注入制備電極的曲面焦平面探測器結構示意圖；

圖13為本發(fā)明中離子注入制備電極的平面焦平面探測器與曲面焦平面探測器單個透鏡光路示意圖；

圖14為本發(fā)明實施例一中探測器彎曲定型狀態(tài)示意圖；

圖15為本發(fā)明實施例二中探測器彎曲定型狀態(tài)示意圖；

在附圖中，各標號所表示的部件名稱列表如下：1、半導體基座，2、金屬反射層，2-1、金屬塊，3、絕緣介質層，4、犧牲層，5、支撐層，6、錨點孔，7、通孔，8、連接金屬，9、氧化鈦薄膜，9-1、半導體氧化鈦薄膜，9-2、導體氧化鈦薄膜，10、第一保護層，11、光阻，12、第二保護層，13、透鏡，14、曲面焦平面，15、平面焦平面，16、平行入射光線，17、斜入射光線，18、圓環(huán)或圓筒，19、圓頭頂桿。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明中離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖11-圖12所示，一種離子注入制備電極的曲面焦平面探測器，包括一帶有讀出電路的半導體基座1和與所述半導體基座電連接的探測器本體，其特征在于，所述探測器為曲面，其曲率半徑不小于3mm，其厚度不超過50μm，所述讀出電路和所述探測器本體的總厚度不超過10μm；

所述探測器本體包括金屬反射層2、絕緣介質層3、支撐層5和氧化鈦薄膜9，所述半導體基座1上設有金屬反射層2和絕緣介質層3，所述金屬反射層2包括若干個金屬塊2-1；

所述絕緣介質層3上設有支撐層5，所述支撐層5上設有錨點孔6和通孔7，所述通孔7終止于所述金屬塊2-1，所述錨點孔6和所述通孔7內填充有連接金屬8，所述支撐層5和所述連接金屬8上設有氧化鈦薄膜9，所述氧化鈦薄膜9包括在橋面區(qū)域的半導體氧化鈦薄膜9-1和在橋腿區(qū)域的導體氧化鈦薄膜9-2，所述半導體氧化鈦薄膜9-1上設有第一保護層10，所述導體氧化鈦薄膜9-2和所述第一保護層10上設有第二保護層12。

下面通過單個透鏡的簡單光路系統(tǒng)來說明曲面焦平面探測器相對平面焦平面探測器的優(yōu)勢，如圖13所示。

在平行入射光情況下，平行入射光線16光會通過透鏡主光軸上的焦點，一般是把通過該焦點，并且垂直于主光軸的平面作為焦平面15，平面焦平面探測器會與圖中平面焦平面15重合。

現(xiàn)在傳統(tǒng)的小視場低分辨率的紅外或太赫茲成像時，透鏡聚焦所成的像均在主光軸附近，而且焦深足以覆蓋探測器焦平面范圍，形成清晰的像。

但是在進行大視場高分辨率成像的時候，視場邊緣要成像，那隨之而來的斜入射光線17也越來越多，這些光線的聚焦點會偏離平面焦平面15，而且越往視場邊緣，斜入射角度越大，成像的焦點會離主光軸越遠，并逐漸離平面焦平面15越來越遠，當焦點距離平面焦平面15超過焦深時，就會發(fā)生越往圖像邊緣越失真的現(xiàn)象。如果使用曲面焦平面探測器，那么斜入射光線17的聚焦點均會在曲面焦平面14上，不管是圖像中間還是邊緣部位，都不會出現(xiàn)失真現(xiàn)象。

本發(fā)明還涉及上述離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的制備方法。

實施例一

離子注入制備電極的曲面焦平面探測器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在包含讀出電路半導體基座1上制作金屬反射層2，并對金屬反射層2進行圖形化處理，圖形化后的金屬反射層2形成若干個金屬塊2-1；所述金屬塊2-1與半導體基座1上的讀出電路電連接；然后，在完成圖形化金屬反射層2上沉積絕緣介質層3，如圖1所示；金屬反射層2的厚度為金屬反射層2對波長為8～14μm的紅外光的反射率在99％以上，所述的絕緣介質層3為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度為

步驟2：在所述的絕緣介質層3上沉積犧牲層4，并對犧牲層4進行圖形化處理，在圖形化處理后的犧牲層4上形成錨點孔6，在圖形化處理后的犧牲層4上沉積支撐層5，如圖2所示；所述支撐層5為氮化硅薄膜，所述犧牲層4為聚酰亞胺，所述犧牲層4的厚度為1.0～2.5μm，所述支撐層5的厚度為

步驟3：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分支撐層5，支撐層5蝕刻終止于所述金屬塊2-1，形成通孔7，如圖3所示；在所述通孔7和錨點孔6內沉積連接金屬8，如圖4所示；所述連接金屬8為鋁、鎢或銅。

步驟4：在支撐層5上沉積氧化鈦薄膜9，如圖5所示；并在氧化鈦薄膜9上沉積第一保護層10，如圖6所示；然后，在第一保護層10上橋面上涂覆光阻11，如圖7所示；所述光阻覆蓋區(qū)域為半導體氧化鈦薄膜9-1，并作為探測器的熱敏層薄膜。

步驟5：用蝕刻方法(干法或濕法)去除氧化鈦薄膜9上面未被光阻覆蓋的第一保護層薄膜10，第一保護層10蝕刻終止于所述氧化鈦薄膜9，露出部分氧化鈦薄膜9，然后再對露出的氧化鈦薄膜9進行離子注入，如圖8所示；離子是氬、氪或氮離子，注入能量控制在1kev～100kev之間，離子濃度控制在1×10¹³ions/cm²～1×10²¹ions/cm²之間，離子注入后的氧化鈦薄膜為導體氧化鈦薄膜9-2，所述導體氧化鈦薄膜9-2相當于現(xiàn)有技術中金屬電極層，具備很好的導電性，及時將所述熱敏層薄膜感受到的溫度變化傳遞到讀出電路。

步驟6：去除光阻11，在導體氧化鈦薄膜9-2和未被蝕刻掉的第一保護層10上沉積第二保護層12，如圖9所示。

步驟7：采用光刻和蝕刻的方法，對第二保護層12進行圖形化處理，第二保護層12蝕刻終止于犧牲層4，如圖10所示；

步驟8：減薄處理，利用減薄設備，在探測器的正面貼膜，背面進行減薄處理，探測器的厚度減薄至50μm以內，減薄后在背面貼膜；

步驟9：進行結構釋放，去掉犧牲層形成微橋結構，如圖11所示；然后，對探測器彎曲定型：將帶有背面貼膜的探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒18固定，在背面抽真空或正面加高壓，使探測器焦平面隨膜變形成曲面，如圖14所示；根據(jù)施加的壓力控制曲面曲率半徑，使其曲率半徑不小于3mm，然后，使用物理或化學的方法，使曲面保持固定曲率，使其不再回復平面狀態(tài)。

實施例二

與實施例一的不同之處在于，步驟9中先對探測器進行彎曲定型，再對其進行結構釋放，具體方法如下：將帶有背面貼膜的探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒18固定，在正面用一柔性圓頭頂桿去擠壓探測器表面，如圖15所示；所述圓頭頂桿19的圓頭半徑可以從3mm到∞，使探測器形成曲面；然后，采用烘烤的方法，使曲面保持固定曲率，使其不再回復平面狀態(tài)，最后，進行結構釋放，去掉犧牲層形成微橋結構，如圖12所示，圖12中只給出了曲面焦平面探測器的外形形狀，內部結構也通過彎曲變形，圖12中未畫出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。