本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

紅外探測器是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵龅钠骷?，其利用熱敏元件檢測物體的存在或移動，探測器手機(jī)外界的紅外輻射進(jìn)而聚集到紅外傳感器上，紅外傳感器采用熱敏元件，熱敏元件在接受了紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會輸出信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后對電信號進(jìn)行波形分析。傳統(tǒng)紅外探測器像元結(jié)構(gòu)中僅使用一種類型熱敏電阻，通常是負(fù)溫度系數(shù)的非晶硅或者氧化釩，并通過電路將其變化的信號放大輸出。

然而，采用熱敏元件的探測器結(jié)構(gòu)的靈敏度通常不是很高，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，探測過程復(fù)雜，如果采用靈敏度較高的熱敏元件則材料的成本昂貴。

因此，急需對現(xiàn)有紅外探測器進(jìn)行改進(jìn)，來提高靈敏度，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種紅外探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種紅外探測器像元結(jié)構(gòu)，包括鍵合襯底、鍵合于所述鍵合襯底上的硅襯底、以及位于硅襯底上的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；其中，

所述鍵合襯底中具有紅外吸收層；紅外吸收層用于吸收紅外光；

所述硅襯底中包括填充有紅外敏感氣體的密閉空腔區(qū)域；

所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)位于所述硅襯底的所述密閉空腔區(qū)域上方；其中，

當(dāng)紅外光進(jìn)入紅外吸收層后，一部分紅外光被紅外吸收層吸收，一部分紅外光透過紅外吸收層進(jìn)入密閉空腔，被密閉空腔內(nèi)的紅外敏感氣體吸收掉，密閉空腔內(nèi)的紅外敏感氣體吸收了紅外光之后產(chǎn)生熱量以及紅外吸收層吸收了紅外光之后產(chǎn)生熱量傳遞給紅外敏感氣體，使得紅外敏感氣體產(chǎn)生膨脹并且作用于所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形成的壓電信號產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對紅外光的探測。

優(yōu)選地，所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括：底電極、頂電極以及位于頂電極和底電極之間的壓電材料層；底電極鍵合于所述硅襯底和所述氧化層上；所述底電極與所述密閉空腔直接接觸；當(dāng)紅外敏感氣體產(chǎn)生膨脹并且作用于壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，導(dǎo)致所述壓電材料層形成的壓電信號產(chǎn)生變化，通過所述頂電極和所述底電極將產(chǎn)生變化的壓電信號傳輸?shù)酵獠侩娐贰?/p>

優(yōu)選地，所述硅襯底的密閉空腔區(qū)域具有上梳齒狀結(jié)構(gòu)和下梳齒狀結(jié)構(gòu)，且所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的頂部與所述底電極相接觸連接，所述底電極的下方連接有多個接觸塊，多個接觸塊的底部與所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的頂部相接觸連接；上梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒與下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒兩兩相間設(shè)置；上梳齒狀結(jié)構(gòu)的底部與所述紅外吸收層之間具有空隙；所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒之間的空腔底部與所述紅外吸收層相接觸連接；所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的和所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)之間的空腔被所述底電極、所述氧化層、所述密閉空腔之外的所述硅襯底以及所述鍵合襯底密封，從而形成所述密閉空腔區(qū)域。

優(yōu)選地，所述鍵合襯底中還具有互連電路，相鄰的所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒和所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒及其之間的紅外敏感氣體構(gòu)成豎直電容結(jié)構(gòu)，所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒與所述互連電路相電連而構(gòu)成所述豎直電容結(jié)構(gòu)的下電極，所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的底電極作為所述豎直電容結(jié)構(gòu)的上電極；當(dāng)紅外敏感氣體產(chǎn)生膨脹時，紅外敏感氣體的壓力作用于所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和所述豎直電容結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致所述豎直電容結(jié)構(gòu)的電容信號產(chǎn)生變化以及導(dǎo)致所述壓電材料層的壓電信號產(chǎn)生變化，通過所述頂電極和所述底電極將產(chǎn)生變化的壓電信號傳輸?shù)酵獠侩娐?，通過所述互連電路和所述底電極將產(chǎn)生變化的電容信號傳輸?shù)酵獠侩娐?，從而?shí)現(xiàn)對紅外光的探測。

優(yōu)選地，所述紅外窗口層具有多個溝槽，所述溝槽位于所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)相鄰的梳齒之間的下方以及所述密封空腔之外的所述硅襯底的下方，且不位于所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒的下方；所述紅外吸收層填充與所述多個溝槽中。

優(yōu)選地，所述壓電部件的頂部還具有介質(zhì)保護(hù)層，介質(zhì)保護(hù)層覆蓋于整個所述壓電部件上。

優(yōu)選地，在所述密閉空腔區(qū)域之外的所述硅襯底的邊緣區(qū)域表面具有氧化層；所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，所述壓電材料層對應(yīng)于所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)上方且所述壓電材料層的邊緣區(qū)域不位于所述氧化層上方對應(yīng)區(qū)域，所述底電極的邊緣區(qū)域覆蓋于所述氧化層上，所述頂電極的長度小于所述壓電材料層的長度，從而使覆蓋于整個所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上的所述介質(zhì)保護(hù)層形成多級臺階狀結(jié)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種制備上述的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的方法，包括：

步驟01：提供鍵合襯底，在鍵合襯底中形成所述紅外吸收層；

步驟02：提供一硅襯底，在所述硅襯底中形成填充有紅外敏感氣體的密閉空腔區(qū)域，將硅襯底與所述鍵合襯底相鍵合；

步驟03：將所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)鍵合于所述硅襯底上，且所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與密閉空腔直接接觸；其中，所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括底電極、頂電極以及位于頂電極和底電極之間的壓電材料層。

優(yōu)選地，所述步驟02具體包括：

步驟021：在所述硅襯底頂部沉積氧化層；

步驟022：在所述硅襯底中刻蝕出上梳齒狀結(jié)構(gòu)和下梳齒狀結(jié)構(gòu)，其中，上梳齒狀結(jié)構(gòu)的頂部和下梳齒狀結(jié)構(gòu)的頂部與所述氧化層相接觸；所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的底部高于所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的底部；

步驟023：將所述鍵合襯底與所述硅襯底的底部相鍵合；

步驟024：在對應(yīng)于所述上梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒頂部的所述氧化層中刻蝕出凹槽；

步驟025：在凹槽中填充導(dǎo)電材料，并且平坦化導(dǎo)電材料頂部與氧化層頂部齊平，以形成接觸塊；

步驟026：將對應(yīng)于所述密封空腔區(qū)域上方的所述氧化層去除，保留所述密閉空腔區(qū)域之外的所述硅襯底的邊緣區(qū)域表面的所述氧化層。

優(yōu)選地，所述步驟01具體包括：首先，在鍵合襯底中形成一紅外窗口層；然后，在所述紅外窗口層中在所述刻蝕出多個溝槽，溝槽位于下梳齒狀結(jié)構(gòu)相鄰的梳齒之間區(qū)域的下方以及所述密封空腔之外的所述硅襯底的下方，且不位于所述下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒的下方；再在所述多個溝槽中沉積所述紅外吸收層。

本發(fā)明的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過在硅襯底底部鍵合了鍵合襯底，利用鍵合襯底中的紅外吸收層來吸收部分的紅外光，在硅襯底中設(shè)置填充有紅外敏感氣體的密閉空腔，在密閉空腔上鍵合壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，當(dāng)紅外敏感氣體吸收到紅外光發(fā)生膨脹時，會擠壓壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓電信號發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對紅外光的探測；進(jìn)一步的，在硅襯底中設(shè)置上梳齒狀結(jié)構(gòu)和下梳齒狀結(jié)構(gòu)，從而同時構(gòu)成豎直電容結(jié)構(gòu)和填充有紅外敏感氣體的密閉空腔；紅外吸收層吸收了紅外光之后會產(chǎn)生熱量傳遞給紅外敏感氣體，同時紅外敏感氣體吸收了紅外光之后自身也會產(chǎn)生熱量，從而紅外敏感氣體發(fā)生膨脹，導(dǎo)致上梳齒狀結(jié)構(gòu)和下梳齒狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對位移，使得豎直電容結(jié)構(gòu)的電容產(chǎn)生變化，同時，紅外敏感氣體的膨脹也導(dǎo)致壓電部件的壓電信號產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對紅外光的探測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的示意圖

圖2為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法的路程示意圖

圖3-12為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法的各制備步驟的示意圖

圖13為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的示意圖

圖14為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖

圖15-23為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法的各制備步驟示意圖

圖24為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)，包括鍵合襯底、鍵合于所述鍵合襯底上的硅襯底、以及位于硅襯底上的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；其中，鍵合襯底中具有紅外吸收層；紅外吸收層用于吸收紅外光；硅襯底中包括填充有紅外敏感氣體的密閉空腔區(qū)域；壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)位于硅襯底的所述密閉空腔區(qū)域上方；其中，當(dāng)紅外光進(jìn)入紅外吸收層后，一部分紅外光被紅外吸收層吸收，一部分紅外光透過紅外吸收層進(jìn)入密閉空腔，被密閉空腔內(nèi)的紅外敏感氣體吸收掉，密閉空腔內(nèi)的紅外敏感氣體吸收了紅外光之后產(chǎn)生熱量以及紅外吸收層吸收了紅外光之后產(chǎn)生熱量傳遞給紅外敏感氣體，導(dǎo)致紅外敏感氣體產(chǎn)生膨脹并且作用于所述壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形成的壓電信號產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對紅外光的探測。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是采用壓電材料構(gòu)成的，利用的是壓電材料在受到應(yīng)力時產(chǎn)生的電信號發(fā)生改變；在一個實(shí)施例中，壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是采用MOS器件構(gòu)成的，利用MOS器件的溝道在受到應(yīng)力時產(chǎn)生的電信號發(fā)生改變；在一個實(shí)施例中，在密閉空腔內(nèi)部還可以再設(shè)置壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是采用電容結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，利用的是電容結(jié)構(gòu)在受到應(yīng)力時產(chǎn)生的電信號發(fā)生改變。在一個實(shí)施例中，在密閉空腔內(nèi)的頂部和側(cè)壁可以設(shè)置反射層，用于將進(jìn)入密閉空腔的紅外光反射到密閉空腔內(nèi)被紅外敏感氣體吸收，沒有被紅外氣體吸收的紅外光進(jìn)而被密閉空腔底部的紅外吸收層吸收。

本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，具有密閉空腔的硅襯底為SOI襯底的底部硅層，底部硅層之上還具有中間介質(zhì)層和頂部硅層；壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)位于底部硅層中的密閉空腔上方，其包括具有第一導(dǎo)電類型溝道的第一MOS器件和圍繞第一MOS器件外圍的具有第二導(dǎo)電類型溝道的第二MOS器件；第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相反；第一導(dǎo)電類型溝道對應(yīng)于密閉空腔上方中間區(qū)域，第二導(dǎo)電類型溝道橫跨于所述第一密閉空腔側(cè)壁上方的部分層間介質(zhì)上且圍繞第一導(dǎo)電類型溝道設(shè)置。

本發(fā)明中的一些實(shí)施例中，在密閉空腔下方之外的鍵合襯底中可以設(shè)置有開口，用于將相鄰像元單元之間進(jìn)行隔離；在密閉空腔之外的硅襯底中也可以設(shè)置開口，用于將密閉空腔與相鄰像元結(jié)構(gòu)隔離；在密閉空腔上方之外的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)邊緣區(qū)域也可以設(shè)置開口，用于將壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與相鄰像元結(jié)構(gòu)隔離；從而避免相鄰像元之間的串?dāng)_。

實(shí)施例一

以下結(jié)合附圖1-12和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。

請參閱圖1，本實(shí)施例中，紅外探測像元結(jié)構(gòu)包括：鍵合襯底01、位于鍵合襯底01上的硅襯底02、位于硅襯底02中的密閉空腔區(qū)域(虛線框所示)、位于硅襯底02上的壓電部件(壓電部件為本實(shí)施例的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，本發(fā)明其它實(shí)施例的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不限于壓電部件)，在密閉空腔區(qū)域上方之外的硅襯底02邊緣區(qū)域的表面具有氧化層03，氧化層03將硅襯底02邊緣區(qū)域與壓電部件相隔離開來。

鍵合襯底01中從下往上依次具有紅外窗口層11和紅外吸收層12，紅外窗口層11具有多個溝槽，紅外吸收層12填充于多個溝槽中；溝槽位于下梳齒狀結(jié)構(gòu)021相鄰的梳齒之間的下方以及密封空腔之外的硅襯底02的下方，且不位于下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的梳齒的下方；在密閉空腔下方之外的鍵合襯底01中可以設(shè)置有第一開口K1，用于將相鄰像元單元之間進(jìn)行隔離；

壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有底電極05、壓電材料層06和頂電極07，在頂電極07的頂部還具有介質(zhì)保護(hù)層08，介質(zhì)保護(hù)層08覆蓋于整個壓電部件上，壓電材料層06對應(yīng)于上梳齒狀結(jié)構(gòu)022上方且壓電材料層06的邊緣區(qū)域不位于氧化層03上方對應(yīng)區(qū)域，底電極05的邊緣區(qū)域覆蓋于氧化層03上，頂電極07的長度小于壓電材料層06的長度，從而使覆蓋于整個壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上的介質(zhì)保護(hù)層08形成多級臺階狀結(jié)構(gòu)；對應(yīng)于氧化層03及其上方的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中還具有第三開口K3，用于將壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與相鄰像元結(jié)構(gòu)之間隔離開來；

硅襯底02的密閉空腔區(qū)域具有上梳齒狀結(jié)構(gòu)022和下梳齒狀結(jié)構(gòu)021，且上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的頂部與底電極05相接觸連接，底電極05的下方連接有多個接觸塊04，多個接觸塊04的底部與上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的頂部相接觸連接；接觸塊04的材料與底電極05的材料相同；上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的梳齒與下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的梳齒兩兩相間設(shè)置；上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的底部與紅外吸收層12之間具有空隙；下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的梳齒之間的空腔底部與紅外吸收層12相接觸連接；上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的和下梳齒狀結(jié)構(gòu)021之間的空腔被底電極05、氧化層03、密閉空腔之外的硅襯底02以及鍵合襯底01密封，從而形成密閉空腔區(qū)域；這里，壓電部件的底電極05鍵合于接觸塊04、氧化層03上，底電極05的底部與氧化層03的頂部齊平。在密閉空腔之外的硅襯底02中可以設(shè)置第二開口K2，用于將密閉空腔與相鄰像元結(jié)構(gòu)隔離；這里，上梳齒狀結(jié)構(gòu)022與下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的高度比例可以為(10～40):1。

本實(shí)施例中，鍵合襯底01中還具有互連電路，相鄰的上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的梳齒和下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的梳齒及其之間的紅外敏感氣體構(gòu)成豎直電容結(jié)構(gòu)，下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的梳齒與互連電路相電連而構(gòu)成豎直電容結(jié)構(gòu)的下電極，壓電部件的底電極05作為豎直電容結(jié)構(gòu)的上電極；

因此，當(dāng)紅外敏感氣體產(chǎn)生膨脹時，紅外敏感氣體的壓力作用于壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和所述豎直電容結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致豎直電容結(jié)構(gòu)的電容信號產(chǎn)生變化以及導(dǎo)致壓電材料層的壓電信號產(chǎn)生變化，通過頂電極和底電極將產(chǎn)生變化的壓電信號傳輸?shù)酵獠侩娐?，通過互連電路和底電極將產(chǎn)生變化的電容信號傳輸?shù)酵獠侩娐?，從而?shí)現(xiàn)對紅外光的探測；同時，由于壓電信號和電容信號同時發(fā)生變化來得到了較強(qiáng)的變化信號，提高了探測器的靈敏度。

請參閱圖2-12，以下對本實(shí)施例的紅外探測器的制備方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例中，所制備的紅外探測器的結(jié)構(gòu)如上述描述；請參閱圖2，本實(shí)施例的制備方法包括：

步驟01：提供鍵合襯底，在鍵合襯底中形成紅外吸收層；

具體的，請參閱圖3，首先，在鍵合襯底01中形成紅外窗口層11；然后，在紅外窗口層11中在刻蝕出多個溝槽；溝槽應(yīng)當(dāng)位于下梳齒狀結(jié)構(gòu)相鄰的梳齒之間區(qū)域的下方以及密封空腔之外的硅襯底的下方，且不位于下梳齒狀結(jié)構(gòu)的梳齒的下方；再在所多個溝槽中沉積紅外吸收層12；然后，在密閉空腔下方之外的鍵合襯底01中形成第一開口K1，用于將相鄰像元單元之間進(jìn)行隔離。

步驟02：提供一硅襯底，在硅襯底中形成填充有紅外敏感氣體的密閉空腔區(qū)域，將硅襯底與鍵合襯底相鍵合；

具體的，本步驟02包括：

步驟021：請參閱圖4，在硅襯底02頂部沉積氧化層03；

這里，在沉積氧化層03之前，先在密閉空腔之外的硅襯底02中刻蝕形成第二開口K2，用于將密閉空腔與相鄰像元結(jié)構(gòu)隔離；然后再沉積氧化層03；其中，在密閉空腔區(qū)域之外的硅襯底02的邊緣區(qū)域表面具有氧化層03；

步驟022：請參閱圖5，在硅襯底02中刻蝕出上梳齒狀結(jié)構(gòu)022和下梳齒狀結(jié)構(gòu)021，其中，上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的頂部和下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的頂部與氧化層03相接觸；上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的底部高于下梳齒狀結(jié)構(gòu)021的底部；

步驟023：請參閱圖6，將鍵合襯底01與硅襯底02的底部相鍵合；

步驟024：請參閱圖7，在對應(yīng)于上梳齒狀結(jié)構(gòu)022的梳齒頂部的氧化層03中刻蝕出凹槽；

步驟025：請參閱圖8，在凹槽中填充導(dǎo)電材料，并且平坦化導(dǎo)電材料頂部與氧化層03頂部齊平，以形成接觸塊04；

步驟026：請參閱圖9，將對應(yīng)于密封空腔區(qū)域上方的氧化層03去除，保留密閉空腔區(qū)域之外的硅襯底02的邊緣區(qū)域表面的氧化層03；

步驟03：將壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)鍵合于硅襯底上，且壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與密閉空腔直接接觸。

具體的，包括：首先，請參閱圖10，在一襯底上依次形成底電極05、壓電材料層06和頂電極07，還可以在頂電極07上形成介質(zhì)保護(hù)層08，從而構(gòu)成壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；然后，請參閱圖11，將制備好的壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)底部(底電極05底部)與氧化層03、接觸塊04頂部相鍵合；

最后，請參閱圖12，在氧化層03以及對應(yīng)于氧化層03上方的壓電部件中刻蝕出第三開口K4，用于將壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與相鄰像元結(jié)構(gòu)之間隔離開來。

實(shí)施例二

以下結(jié)合附圖13-24和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。

請參閱圖13，本實(shí)施例中，紅外探測器像元結(jié)構(gòu)包括鍵合襯底1和具有底部硅層21、層間介質(zhì)22和頂部硅層23的SOI襯底2；其中，具有密閉空腔Q1和Q2的硅襯底為SOI襯底2的底部硅層21，底部硅層21之上還具有層間介質(zhì)22和頂部硅層23。

鍵合襯底1中從上到下依次具有紅外吸收層12和紅外窗口層11，鍵合襯底1還具有若干第一開口K1，第一開口K1穿透整個鍵合襯底1，從而在鍵合襯底1上形成第一開口K1所圍成的區(qū)域和第一開口K1所圍成的區(qū)域外的區(qū)域；紅外窗口層11用于選擇透過的紅外光波段；紅外吸收層12用于吸收紅外光；這里的鍵合襯底1可以為硅襯底，紅外窗口層11的材料可以為透過某個波段紅外光的材料，紅外吸收層12可以為硅襯底本身，這樣在制備時，只需在硅襯底上沉積紅外窗口材料層即可；也可以在硅襯底上依次形成紅外吸收層和紅外窗口層。

SOI襯底2的底部硅層21位于紅外吸收層12上，且將第一開口K1頂部封??；底部硅層21中包括第一密閉空腔Q1和位于第一密閉空腔Q1周圍的第二密閉空腔Q2；第一密閉空腔Q1位于第一開口K1所圍成的區(qū)域的部分紅外吸收層12上，且第一密閉空腔Q1的底部被第一開口K1所圍成的區(qū)域的部分紅外吸收層12封??；第二密閉空腔Q2位于第一開口K1所圍成的區(qū)域外的部分紅外吸收層12上，且第二密閉空腔Q2的底部被第一開口K1所圍成的區(qū)域外的部分紅外吸收層12封住；其中，第一密閉空腔Q1頂部和側(cè)壁具有反射層3；第一密閉空腔Q1內(nèi)填充有紅外敏感氣體；紅外敏感氣體是受到紅外照射而產(chǎn)生能量變化的氣體，例如，CO₂，CO，CH₄，或SO₂等紅外吸收峰在3μm-30μm波段；第二密閉空腔Q2內(nèi)為真空狀態(tài)；第一密閉空腔Q1的寬度遠(yuǎn)大于第二密閉空腔的寬度。

SOI襯底2上還具有金屬前介質(zhì)6、穿透層間介質(zhì)22和底部硅層21且對應(yīng)于第二密閉空腔Q2上方的第二開口K2、后道互連層7、以及穿透層間介質(zhì)層22、頂部硅層23、金屬前介質(zhì)6和后道互連層7的第三開口K3；在第一密閉空腔Q1上方的頂部硅層23中具有第一導(dǎo)電類型溝道C1的第一MOS器件和圍繞第一MOS器件外圍的具有第二導(dǎo)電類型溝道C2的第二MOS器件；層間介質(zhì)22將第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2的頂部封?。坏谝粚?dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型相反；例如，第一MOS器件為PMOS，第二MOS器件為NMOS，或者第一MOS器件為NMOS，第二MOS器件為PMOS。

其中，第一導(dǎo)電類型溝道C1對應(yīng)于第一密閉空腔Q1上方中間區(qū)域，第二導(dǎo)電類型溝道C2橫跨于第一密閉空腔Q1側(cè)壁上方的部分層間介質(zhì)22上且圍繞第一導(dǎo)電類型溝道C1設(shè)置；部分金屬前介質(zhì)6填充于第二開口K2中，從而將第二密閉空腔Q2的頂部封住，金屬前介質(zhì)6還可以全部填充于第二開口K2中，但不可以填入第二密閉空腔Q2中；第三開口K3位于第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2之間的部分底部硅層21上，且其底部被第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2之間的部分底部硅層21封?。坏诙_口K2圍繞第三開口K3設(shè)置；第三開口K3圍繞第二MOS器件設(shè)置；第二導(dǎo)電類型溝道C2的形狀與第一密閉空腔Q1的形狀一致，例如，第一密閉空腔Q1呈方形，則第一導(dǎo)電類型溝道C1和第二導(dǎo)電類型溝道C2呈同心回型設(shè)置，再例如，第一密閉空腔呈圓形，則第一導(dǎo)電類型溝道和第二導(dǎo)電類型溝道呈同心環(huán)型設(shè)置；從如圖1中可以看到，第一導(dǎo)電類型溝道C1為矩形，第二導(dǎo)電類型溝道C2為方形，第二導(dǎo)電類型溝道C2完全在第一密閉空腔Q1側(cè)壁上方，從而能夠第一密閉空腔Q1側(cè)壁對第二到導(dǎo)電型溝道C2產(chǎn)生拉應(yīng)力。第一開口K1、第二開口K2和第二密閉空腔Q2的設(shè)置可以將第一密閉空腔Q1與其它區(qū)域隔離開來；具體的，第一開口為了實(shí)現(xiàn)鍵合襯底1的背面器件區(qū)域與其它區(qū)域的隔離；第二開口是為了打開第二密閉空腔Q2，并將其中氣體去除后形成真空；第二密閉空腔是為了將硅襯底體內(nèi)(底部硅層21)形成器件與其它部分相隔離。同樣，第三開口是為了實(shí)現(xiàn)SOI襯底2的器件區(qū)域與其它區(qū)域的隔離。

紅外探測器像元進(jìn)行探測時，紅外光穿過紅外窗口層11被過濾后，選擇性地得到所需波段的紅外光；所需波段的紅外光進(jìn)入紅外吸收層12，部分紅外光被紅外吸收層12吸收，沒有被紅外吸收層12吸收的紅外光進(jìn)入第一密閉空腔Q1中，所需波段的紅外光進(jìn)入第一密閉空腔Q1中，第一密閉空腔Q1中的紅外敏感氣體受到所需波段的紅外光照射而產(chǎn)生能量變化，第一密閉空腔Q1中間區(qū)域?qū)Φ谝粚?dǎo)電類型溝道C1產(chǎn)生壓應(yīng)力，第一密閉空腔Q1的側(cè)壁對第二導(dǎo)電類型溝道C2產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而使第一MOS器件和第二MOS器件分別產(chǎn)生相反的電信號，形成差分輸出。同時，沒有被紅外敏感氣體吸收的紅外光被第一密閉空腔Q1頂部和側(cè)壁的反射層3反射到第一密閉空腔Q1中，部分被反射的紅外光被紅外敏感氣體吸收，部分被反射的紅外光進(jìn)入紅外吸收層12被紅外吸收層12吸收。在紅外探測器探測時，可以采用屏蔽某一像元或某一區(qū)域像元的方式，使得未被屏蔽的像元產(chǎn)生電信號和屏蔽的像元產(chǎn)生電信號之間產(chǎn)生信號差，這樣便于去除噪聲，得到準(zhǔn)確明顯的信號。關(guān)于差分輸出的原理是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉的，這里不再贅述。

本實(shí)施例中針對上述紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，可以包括：

步驟01：提供鍵合襯底，在鍵合襯底中形成紅外吸收層；

步驟02：提供一底部硅層，在底部硅層中形成填充有紅外敏感氣體的密閉空腔，將底部硅層與鍵合襯底相鍵合；

步驟03：將壓電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形成于底部硅層上。

請參閱圖14，本實(shí)施例中，制備上述紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法具體包括：

步驟101：在鍵合襯底中依次形成紅外吸收層和紅外窗口層；且提供一SOI襯底；SOI襯底具有底部硅層、層間介質(zhì)和頂部硅層；

具體的，請參閱圖15，采用氣相沉積法在硅襯底1(鍵合襯底)上依次沉積紅外吸收層12和紅外窗口層11，所提供的SOI襯底2可以采用常規(guī)SOI襯底，具有底部硅層21、層間介質(zhì)22和頂部硅層23。

步驟102：將SOI襯底倒置，在真空環(huán)境下在底部硅層中形成第一密閉空腔和第二密閉空腔；

具體的，請參閱圖16，使SOI襯底2的底部硅層21朝上，采用等離子體刻蝕工藝來刻蝕第一密閉空腔Q1去和第二密閉空腔Q2。第一密閉空腔Q1的寬度遠(yuǎn)大于第二密閉空腔Q2的寬度。

步驟103：在真空環(huán)境下在第一密閉空腔中沉積反射層；

具體的，請參閱圖17，采用真空氣相沉積法在第一密閉空腔Q1中沉積反射層3，反射層3可以為金屬反射層?？紤]到金屬反射層具有對熱量的快速傳遞效果，應(yīng)當(dāng)避免金屬反射層與紅外吸收層的直接接觸，因此，在真空環(huán)境下在第一密閉空腔Q1中沉積反射層3時，使第一密閉空腔Q1側(cè)壁的反射層3的高度低于第一密閉空腔Q1的高度，從而使第一密閉空腔Q1側(cè)壁的反射層3頂部與紅外吸收層12之間具有間隙。

步驟104：在真空環(huán)境下將鍵合襯底的底部與底部硅層鍵合，且在鍵合過程中，向第一密閉空腔和第二密閉空腔中填充紅外敏感氣體；

具體的，請參閱圖18，可以采用常規(guī)的鍵合工藝使硅襯底1(鍵合襯底)的底部與底部硅層21相鍵合，對第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2中填充紅外敏感氣體的工藝，采用非真空鍵合工藝，在第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2內(nèi)通入紅外敏感氣體；鍵合后，第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2內(nèi)都填充有紅外敏感氣體，后續(xù)SOI硅片表面的第二開口打開，將第二密閉空腔里面的紅外敏感氣體抽真空去除。

步驟105：在鍵合襯底中刻蝕出第一開口，第一開口穿透鍵合襯底，且位于第一密閉空腔和第二密閉空腔之間的區(qū)域上方；

具體的，請參閱圖19，可以采用光刻和等離子體干法刻蝕工藝在硅襯底1(鍵合襯底)中刻蝕出第一開口K1；第一開口K1穿透硅襯底1(鍵合襯底)，且位于第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2之間的區(qū)域上方

步驟106：將SOI襯底再反轉(zhuǎn)過來，在頂部硅層中形成具有第一導(dǎo)電類型溝道的第一MOS器件和具有第二導(dǎo)電類型溝道的第二MOS器件；

具體的，請參閱圖20，使SOI襯底2的頂部硅層23朝上，采用常規(guī)的CMOS工藝來制備第一MOS器件和第二MOS器件，這里不再贅述。從而在頂部硅層23中形成具有第一導(dǎo)電類型溝道C1的第一MOS器件和具有第二導(dǎo)電類型溝道C2的第二MOS器件；

步驟107：在頂部硅層和層間介質(zhì)中且對應(yīng)于第二密閉空腔上方刻蝕出第二開口，通過第二開口抽真空將第二密閉空腔中的紅外敏感氣體釋放出來；

具體的，請參閱圖21，可以采用光刻和刻蝕工藝來在頂部硅層23和層間介質(zhì)22中且對應(yīng)于第二密閉空腔Q2上方刻蝕出第二開口K2；

步驟108：在完成步驟107的SOI襯底上在真空環(huán)境下沉積金屬前介質(zhì)；金屬前介質(zhì)將第二開口頂部封住，從而第二密閉空腔中呈真空狀態(tài)；

具體的，請參閱圖22，這里，可以采用真空環(huán)境下的氣相沉積法來沉積金屬前介質(zhì)6；通過調(diào)整工藝參數(shù)，使得金屬前介質(zhì)6將第二開口K2頂部封住，在第二開口K2中形成真空狀態(tài)；金屬前介質(zhì)6填充第二開口K2的上部部分，或金屬前介質(zhì)6將第二開口K2填充滿，但是金屬前介質(zhì)6不能填充于第二密閉空腔Q2中；

步驟109：在金屬前介質(zhì)上形成后道互連層，然后，在后道互連層、金屬前介質(zhì)、頂部硅層和層間介質(zhì)中刻蝕出第三開口；第三開口對應(yīng)于第一密閉空腔和第二密閉空腔之間的區(qū)域上方。

具體的，請參閱圖23，后道互連層7的制備可以采用常規(guī)工藝，這里不再贅述；可以采用光刻和刻蝕工藝來在后道互連層7、金屬前介質(zhì)6、頂部硅層23和層間介質(zhì)22中刻蝕出第三開口K3。第三開口K3對應(yīng)于第一密閉空腔Q1和第二密閉空腔Q2之間的區(qū)域上方

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中的紅外探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，請參閱圖24，具體包括：

步驟201：在鍵合襯底中依次形成紅外吸收層和紅外窗口層；且提供一SOI襯底；SOI襯底具有底部硅層、層間介質(zhì)和頂部硅層；

具體的，關(guān)于此步驟201可以參考上述實(shí)施例中步驟101的描述，這里不再贅述。

步驟202：將SOI襯底倒置，在底部硅層中刻蝕出第一密閉空腔和第二密閉空腔；

具體的，關(guān)于此步驟202可以參考上述實(shí)施例中步驟102的描述，這里不再贅述。

步驟203：在第一密閉空腔中沉積反射層；然后，在第一密閉空腔中充入紅外敏感氣體；

具體的，可以采用常壓氣相沉積法在第一密閉空腔中沉積反射層，反射層可以為金屬反射層。考慮到金屬反射層具有對熱量的快速傳遞效果，應(yīng)當(dāng)避免金屬反射層與紅外吸收層的直接接觸，因此，在真空環(huán)境下在第一密閉空腔中沉積反射層時，使第一密閉空腔側(cè)壁的反射層的高度低于第一密閉空腔的高度，從而使第一密閉空腔側(cè)壁的反射層頂部與紅外吸收層之間具有間隙。在第一密閉空腔中充入紅外敏感氣體的同時，可能不可避免會有一些紅外敏感氣體進(jìn)入第二密閉空腔中；但是在后續(xù)第二開口形成后和沉積金屬前介質(zhì)時均在真空環(huán)境下，由于抽真空可以將第二密閉空腔內(nèi)的一些紅外敏感氣體抽出，因此第二密閉空腔可以在后續(xù)形成真空狀態(tài)；

步驟204：在常壓下將鍵合襯底的底部與底部硅層鍵合；

具體的，鍵合時，第一密閉空腔和第二密閉空腔內(nèi)都填充有紅外敏感氣體；

步驟205：在鍵合襯底中刻蝕出第一開口，第一開口穿透鍵合襯底，且位于第一密閉空腔和第二密閉空腔之間的區(qū)域上方；

步驟206：將SOI襯底再反轉(zhuǎn)過來，在頂部硅層中形成具有第一導(dǎo)電類型溝道的第一MOS器件和具有第二導(dǎo)電類型溝道的第二MOS器件；

步驟207：在頂部硅層和層間介質(zhì)中且對應(yīng)于第二密閉空腔上方抽真空刻蝕出第二開口；

具體的，打開第二開口和后續(xù)沉積金屬前介質(zhì)層的工藝均為真空環(huán)境，因此，如果第二密閉空腔內(nèi)存在紅外敏感氣體或其它氣體均可以被抽出而形成真空。

步驟208：在完成步驟207的SOI襯底上在真空環(huán)境下沉積金屬前介質(zhì)；金屬前介質(zhì)將第二開口頂部封住，從而第二密閉空腔中形成真空狀態(tài)；

步驟209：在金屬前介質(zhì)上形成后道互連層，然后，在后道互連層、金屬前介質(zhì)、頂部硅層和層間介質(zhì)中刻蝕出第三開口；第三開口對應(yīng)于第一密閉空腔和第二密閉空腔之間的區(qū)域上方。

具體的，關(guān)于此步驟205～209的具體描述可以參考上述一個實(shí)施例中的步驟105～109的描述，這里不再贅述。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。