[发明专利]台阶单片式光谱芯片制备方法

说明书

本发明属于光谱成像技术领域，具体涉及一种台阶单片式光谱芯片制备方法。与现有技术相比较，本发明在多层堆叠分布式布拉格镜结构模拟设计和制造的基础上，采用CMOS工艺兼容的材料，以高反射率的布拉格镜为FP腔镜，在CMOS图像传感器上直接设计生长FP分光薄膜结构，形成单芯片单谱段光谱成像微系统；前期主要是目标是完成单谱段和双谱段的光谱成像芯片，在此基础上，逐渐实现多谱段台阶式的光谱成像芯片。本发明提高了台阶式光谱芯片制备的制造效率，节省了加工时间，有效的降低了工艺中掩膜和光刻的工艺次数，降低了光谱芯片的制造成本，使之更加具有竞争力。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，具体涉及一种台阶单片式光谱芯片制备方法。

背景技术

光谱成像是利用光谱成像技术获取目标物的三维光谱图像信息，包含了二维的图像信息和一维的光谱信息，具备“图谱合一”的特性，图像信息能够反映目标物体的大小、形状和缺陷等外部特征，光谱信息能够反映目标物体的内部物理、化学成分，利用光谱成像技术可以实现对物质的识别功能。

经典的光谱成像系统主要包括分光系统、光电探测系统和数据处理系统。由于在分光系统中需要引入诸如光栅和棱镜之类的光谱分光元器件，因此需要以分光元器件为核心设计较为复杂的分光系统，以传统光谱成像系统为例，一般需要物镜、光阑、准直器、分光元器件和聚焦透镜。这些光学元器件所组成的传统光学系统不仅在体积，重量和价格对光谱成像系统造成了限制，还对整个系统的光路稳定性提出了要求。综上所述，由于成本、重量、体积和系统兼容性的限制，光谱成像技术目前还主要还是为一些大型的科研院所或者大型的国家项目进行服务。而另一方面，由于光谱成像图谱合一、非接触、准确和快速测量的优点，在反伪装，精细农业，国土安全，食品安全和医疗卫生等众多的军民应用领域都有着急切的需求，尤其是低成本，微型化和高速的光谱成像系统。

从光谱成像技术诞生至今，光谱成像系统的轻型化和小型化工作就一直是各国科学家研究的重点，然而其针对方向仅仅是在传统的架构上将元器件，电路板或者是光程进行减小，因此不能从根本上解决成本和系统集成的问题。

其中，光谱成像芯片制造工艺技术，是利用现成的成熟的CMOS图像传感器，在封装之前，在半导体工艺线上利用标准工艺生长一层FP腔滤光薄膜，FP腔滤光薄膜可以透过特定波长的光，从而形成光谱成像系统。

针对低成本单芯片光谱成像的需求，完成光谱成像模块的芯片制造技术工作路线的规划论证，提出一种一体式单芯片光谱成像微系统传感器的设计和制备方法，在多层堆叠(高折射率和低折射率交叠)分布式布拉格镜结构模拟设计和制造的基础上，采用CMOS工艺兼容的材料，以高反射率的布拉格镜为FP腔镜，在CMOS图像传感器上直接设计生长FP分光薄膜结构，形成单芯片单谱段光谱成像微系统；

根据构建的基于FP腔的分光薄膜的物理模型模拟台阶式多级FP腔薄膜结构，研究设计高光谱成像系统的芯片架构，在图像传感晶圆上直接生长沉积台阶式多级FP分光薄膜，生长过程注重纵向厚度精度的控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：(1)针对低成本单芯片光谱成像的需求，如何完成光谱成像模块的芯片制造技术工艺流程，提出一种一体式单芯片光谱成像微系统传感器制备方法；(2)解决如何在半导体工艺线中，改变原有的单方向式的台阶式的多谱段光谱成像芯片的方式，利用半导体中光刻工艺，实现FP腔长的变化，从而实现改变滤波的中心波长，实现多谱段滤波；(3)如何应用目前的半导体工艺技术在CMOS图像传感器上生长一层FP腔结构，能够实现FP腔长的变化，从而实现多谱段滤波，完成多谱段光谱芯片的制备。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种台阶单片式光谱芯片制备方法，所述方法为了制造1*2双层台阶式的单芯片光谱成像传感器芯片，所述方法包括掩膜版设计与制造流程和光刻工艺流程；