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一種非制冷紅外焦平面探測器像元及其制備方法與流程

文檔序號:12370219閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟1:提供一包含讀出電路的半導(dǎo)體襯底(1),在半導(dǎo)體襯底(1)上沉積一金屬層;并對金屬層進(jìn)行圖形化,形成金屬反射層(2)圖形和金屬電極塊(3);金屬電極塊(3)與半導(dǎo)體襯底(1)上的讀出電路電連接;在完成圖形化的金屬層上沉積絕緣介質(zhì)層(4);在絕緣介質(zhì)層(4)上沉積第一層犧牲層(51),并對第一犧牲層(51)進(jìn)行平坦化處理,在完成平坦化處理后的第一犧牲層(51)上沉積SiO2薄膜作為第一支撐層(6);再在第一支撐層(6)上沉積氮化硅薄膜作為第一支撐層保護(hù)層(7);

步驟2:在從所述第一支撐層保護(hù)層(7)至所述半導(dǎo)體襯底(1)方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第一通孔(8),第一通孔(8)蝕刻終止于與讀出電路電連接的金屬電極塊(3);

步驟3:在第一支撐層保護(hù)層(7)上和第一通孔(8)的底部沉積第一金屬電極層(9),并對第一金屬電極層(9)進(jìn)行圖形化,形成金屬連線(91)和金屬電極(92);在完成圖形化處理后的第一金屬電極層(9)上沉積第一氮化硅介質(zhì)層(10);然后自第一氮化硅介質(zhì)層(10)垂直向下,依次蝕刻第一氮化硅介質(zhì)層(10)、第一金屬電極層(9)、第一支撐層保護(hù)層(7)和第一支撐層(6),蝕刻終止于所述第一犧牲層(51);形成橋腿結(jié)構(gòu);

步驟4:在橋腿結(jié)構(gòu)上沉積第二犧牲層(52),并對第二犧牲層(52)進(jìn)行平坦化處理,在完成平坦化處理后的第二犧牲層(52)上沉積SiO2薄膜作為第二支撐層(11);再在第二支撐層(11)上沉積氮化硅薄膜作為第二支撐層保護(hù)層(12);在從所述第二支撐層保護(hù)層(12)至所述第一金屬電極層(9)方向上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法蝕刻第二通孔(13),第二通孔(13)蝕刻終止于與第一金屬電極層(9);

步驟5:在第二支撐層保護(hù)層(12)上沉積熱敏層(17),并對熱敏層(17)進(jìn)行圖形化;

步驟6:在完成圖形化處理后的熱敏層(17)上沉積氮化硅薄膜作為熱敏層保護(hù)層(18),并對熱敏層保護(hù)層(18)進(jìn)行圖形化;在完成圖形化處理后的熱敏層保護(hù)層(18)上通過光刻和反應(yīng)離子蝕刻的方法,刻蝕掉熱敏層(17)上方的部分熱敏層保護(hù)層(18),露出熱敏層(17),形成接觸孔(16);

步驟7:在第二支撐層保護(hù)層(12)上、熱敏保護(hù)層(18)、接觸孔(16)和第二通孔(13)的底部沉積第二金屬電極層(14),并對第二金屬電極層(14)進(jìn)行圖形化;

步驟8:在完成圖形化處理后的第二金屬電極層(14)上沉積第二氮化硅介質(zhì)層(15),并對第二氮化硅介質(zhì)層(15)進(jìn)行圖形化;

步驟9:自完成圖形化處理后的第二氮化硅介質(zhì)層(15)垂直向下,依次蝕刻第二氮化硅介質(zhì)層(15)、第二金屬電極層(14)、熱敏層保護(hù)層(18)、熱敏層(17)、第二支撐層保護(hù)層(12),蝕刻終止于第二犧牲層(52);形成包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu);

步驟10:在包含微橋腿和熱敏結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上沉積第三犧牲層(53),并對第三犧牲層(53)進(jìn)行平坦化處理,在完成平坦化處理后的第三犧牲層(53)上沉積SiO2薄膜作為第三支撐層(19);再在第三支撐層(19)上沉積吸收層薄膜作為吸收層(20);再在吸收層(20)上沉積氮化硅薄膜作為吸收層保護(hù)層(21),形成吸收層結(jié)構(gòu);

步驟11:自吸收保護(hù)層(21)垂直向下,依次蝕刻吸收保護(hù)層(21)、吸收層(20)和第三支撐層(19),蝕刻終止于第三犧牲層(53);然后釋放第一犧牲層(51)、第二犧牲層(52)和第三犧牲層(53),即得所述新型非制冷紅外焦平面探測器像元。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟1中,所述金屬反射層(2)厚度為0.05-0.40μm;所述絕緣介質(zhì)層(4)為氮化硅薄膜或者SiO2薄膜,所述絕緣介質(zhì)層(4)的厚度為0.02-0.30μm;所述第一犧牲層(51)為非晶碳、非晶硅、聚酰亞胺中的一種;采用PECVD方法沉積SiO2薄膜作為第一支撐層(6);所述第一支撐層(6)的厚度為0.05-0.30μm;采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為第一支撐層保護(hù)層(7);所述第一支撐層保護(hù)層(7)的厚度為0.05-0.30μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟3中,采用PVD方法沉積所述第一金屬電極層(9),所述第一金屬電極層(9)為Ti薄膜、NiCr薄膜或TiN薄膜中的一種;所述第一金屬電極層(9)的厚度為采用PEVCD方法沉積所述第一氮化硅介質(zhì)層(10);所述第一氮化硅介質(zhì)層(10)的厚度為

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟4中,所述第二犧牲層(52)為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種;所述第二犧牲層(52)的厚度為0.5-3μm;采用PECVD方法沉積SiO2薄膜作為第二支撐層(11);所述第二支撐層(11)的厚度為0.05-0.30μm;采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為第二支撐層保護(hù)層(12);所述第二支撐層保護(hù)層(12)的厚度為0.05-0.30μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟5中,采用離子束沉積或物理氣相沉積的方法沉積所述熱敏層(17);所述熱敏層(17)為VOx薄膜或非晶硅薄膜;所述熱敏層(17)的厚度為在沉積熱敏層(17)之前,先沉積一層V/V2O5/V薄膜作為過渡層,所述V/V2O5/V薄膜的厚度為步驟6中,采用PECVD方法沉積氮化硅薄膜作為熱敏保護(hù)層(18);所述熱敏層保護(hù)層(18)的厚度為蝕刻接觸孔采用SF6、CHF3和O2,或CF4和O2作為蝕刻氣體,采用終點監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行蝕刻反應(yīng)終點監(jiān)控。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟7中,采用PVD方法沉積所述第二金屬電極層(14),所述第二金屬電極層(14)為Ti薄膜、NiCr薄膜或TiN薄膜中的一種;所述第二金屬電極層(14)的厚度為步驟8中,采用PEVCD方法沉積所述第二氮化硅介質(zhì)層(15);所述第二氮化硅介質(zhì)層(15)的厚度為

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟10中,所述第三犧牲層(53)為非晶碳、非晶硅、氧化硅、聚酰亞胺中的一種;所述第三犧牲層(53)的厚度為0.5-3μm;采用PECVD方法沉積SiO2薄膜作為第三支撐層(19);所述第三支撐層(19)的厚度為0.05-0.30μm;所述吸收層薄膜的材料為石墨烯、碳納米管、二氧化鈦納米管、氧化鋅納米管、氧化鋁納米管中的一種;所述吸收層保護(hù)層(21)的厚度為0.05-0.30μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元的制備方法,其特征在于,步驟11中,采用去膠機、離子刻蝕機或等離子灰化機對所述第一犧牲層(51)、第二犧牲層(52)和第三犧牲層(53)進(jìn)行釋放。

9.一種非制冷紅外焦平面探測器像元,包括一包含讀出電路的半導(dǎo)體襯底和一具有三層結(jié)構(gòu)的探測器像元,所述探測器像元與所述半導(dǎo)體襯底的讀出電路形成電連接,其特征在于,

所述探測器像元自半導(dǎo)體襯底(1)往上,依次包括三層結(jié)構(gòu),其中,第一層為橋腿結(jié)構(gòu),第二層為熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),第三層為吸收層結(jié)構(gòu);

第一層的橋腿結(jié)構(gòu)包括金屬反射層(2)、絕緣介質(zhì)層(4)、第一支撐層(6)、第一支撐層保護(hù)層(7)、第一金屬電極層(9)和第一氮化硅介質(zhì)層(10);

第二層的熱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括第二支撐層(11)、第二支撐層保護(hù)層(12)、熱敏層(17)、熱敏層保護(hù)層(18)、第二金屬電極層(14)和第二氮化硅介質(zhì)層(15);

第三層的吸收層結(jié)構(gòu)包括第三支撐層(19)、吸收層(20)和吸收層保護(hù)層(21);

所述半導(dǎo)體襯底(1)的讀出電路上依次設(shè)置有金屬反射層(2)和絕緣介質(zhì)層(4);

所述第一支撐層(6)設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)層(4)的上方;

所述第一支撐層(6)上依次設(shè)置有所述第一支撐層保護(hù)層(7)、第一金屬電極層(9)和第一氮化硅介質(zhì)層(10);

所述第二支撐層(11)設(shè)置于所述第一氮化硅介質(zhì)層(10)的上方;

所述第二支撐層(11)上依次設(shè)置有所述第二支撐層保護(hù)層(12)、熱敏層(17)、熱敏層保護(hù)層(18)、第二金屬電極層(14)和第二氮化硅介質(zhì)層(15);

所述第三支撐層(19)設(shè)置于所述第二氮化硅介質(zhì)層(15)的上方;

所述第三支撐層(19)上依次設(shè)置有所述吸收層(20)和吸收層保護(hù)層(21)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種非制冷紅外焦平面探測器像元,其特征在于,所述絕緣介質(zhì)層(4)為氮化硅薄膜;所述第一支撐層(6)為SiO2薄膜;所述第一支撐層保護(hù)層(7)為氮化硅薄膜;所述第二支撐層(11)為SiO2薄膜;所述第二支撐層保護(hù)層(12)為氮化硅薄膜;所述熱敏層(17)為VOx薄膜或非晶硅薄膜;所述熱敏層保護(hù)層(18)為氮化硅薄膜;所述第三支撐層(19)為SiO2薄膜。

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