單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成于同一芯片的同一表面的可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)和生活水平的發(fā)展，單純的紅外成像或者單純的可見光成像已不能滿足需求，具有更寬波段的成像技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注，特別是能同時(shí)對(duì)可見光和紅外光敏感的成像技術(shù)。
[0003]然而，現(xiàn)有的混合成像器件中，采用透鏡形成兩條光路來(lái)分別對(duì)可見光和紅外光進(jìn)行感應(yīng)成像，最后采用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)合成在一起，由于光路的分離造成所形成的紅外圖像部分和可見光圖像部分產(chǎn)生較大的對(duì)準(zhǔn)偏差，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
[0004]由于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)具有微小、智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，如果能將混合成像技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，研究出微電子技術(shù)領(lǐng)域的混合成像技術(shù)，將能夠避免現(xiàn)有的紅外圖像和可見光圖像的對(duì)準(zhǔn)偏差大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法，從而將混合成像技術(shù)微型化和芯片化，提高混合成像的質(zhì)量。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)，包括:可見光紅外混合成像器件，包括:
[0007]互連層，位于一半導(dǎo)體襯底上表面；
[0008]紅外感應(yīng)部分，位于所述互連層上；
[0009]可見光感應(yīng)部分，位于所述互連層上表面且在所述紅外感應(yīng)部分之外區(qū)域；或者所述紅外感應(yīng)部分下方之外區(qū)域的所述互連層中具有深溝槽，所述可見光感應(yīng)部分位于所述半導(dǎo)體襯底中且暴露于所述深溝槽底部；以及
[0010]轉(zhuǎn)換單元，用于將所述可見光感應(yīng)部分和所述紅外感應(yīng)部分所輸出的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并轉(zhuǎn)換為圖像；其中，
[0011]可見光感應(yīng)部分包括:可見光感應(yīng)部件和將所述可見光感應(yīng)部件所形成的電信號(hào)輸出的第一引出極；
[0012]紅外感應(yīng)部分包括:
[0013]介質(zhì)層，位于所述互連層上表面；所述介質(zhì)層中具有接觸溝槽結(jié)構(gòu)；
[0014]紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，用于吸收紅外光，并產(chǎn)生電信號(hào)；所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的頂部具有第一釋放孔，其邊緣具有第一支撐孔，所述第一支撐孔的底部與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)頂部接觸，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與所述介質(zhì)層上表面之間具有第一空腔；
[0015]支撐部件，位于所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的外圍，且與所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)不接觸，所述支撐部件邊緣具有第二支撐孔，所述第二支撐孔底部與所述介質(zhì)層相連，所述支撐部件頂部具有第二釋放孔；所述支撐部件與所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)之間具有第二空腔，并且所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與所述支撐部件之間具有連通的空隙；
[0016]紅外增透材料，位于所述支撐部件上，用于提高紅外光通過所述支撐部件的透過率;
[0017]所述互連層中具有第二引出極，所述第二引出極的一端與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連，另一端連接于所述互連層中，用于將所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)所形成的電信號(hào)輸出；所述轉(zhuǎn)換單元與所述第一引出極和所述第二引出極相連。
[0018]優(yōu)選地，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)為邊緣具有第一支撐孔且頂部為凹凸起伏表面的微橋結(jié)構(gòu)，其包括:下釋放保護(hù)層、上釋放保護(hù)層、以及位于所述下釋放保護(hù)層和所述上釋放保護(hù)層之間的紅外敏感材料層、電極層；所述上釋放保護(hù)層與所述下釋放保護(hù)層將所述紅外敏感材料層和所述電極層所暴露的部分均覆蓋住。
[0019]優(yōu)選地，所述電極層與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連接，用于將所述紅外感應(yīng)敏感材料層所形成的電信號(hào)輸出。
[0020]優(yōu)選地，所述紅外增透材料覆蓋于所述支撐部件的頂部表面或覆蓋于所述支撐部件的整個(gè)外表面。
[0021]優(yōu)選地，所述支撐部件的材料為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅，或者非化學(xué)計(jì)量比氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅。
[0022]優(yōu)選地，所述紅外增透材料為鍺。
[0023]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底為娃襯底。
[0024]優(yōu)選地，所述第一引出極和所述第二引出極包括接觸孔和引線。
[0025]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，所述可見光感應(yīng)部分位于所述互連層上表面且在所述紅外感應(yīng)部分之外區(qū)域；所述制備方法包括以下步驟:
[0026]步驟01:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成所述互連層，在分別對(duì)應(yīng)于所述可見光感應(yīng)部分區(qū)域和所述紅外感應(yīng)部分區(qū)域下方的所述互連層中形成所述第一引出極和所述第二引出極；
[0027]步驟02:在對(duì)應(yīng)于所述第一引出極的所述互連層上表面形成所述可見光感應(yīng)部件；
[0028]步驟03:在所述可見光感應(yīng)部分區(qū)域之外的對(duì)應(yīng)于所述第二引出極的所述互連層上表面形成所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)，在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)之間以及所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)形成所述介質(zhì)層；
[0029]步驟04:在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)和所述介質(zhì)層上形成第一犧牲層；
[0030]步驟05:在所述第一犧牲層中形成第一溝槽，所述第一溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)頂部；
[0031]步驟06:在具有所述第一溝槽的所述第一犧牲層上形成所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，并在所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂部形成第一釋放孔；所述第一支撐孔底部的所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與暴露的所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連接；
[0032]步驟07:在所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的表面和暴露的部分所述第一犧牲層表面形成第二犧牲層；
[0033]步驟08:在所述第二犧牲層中形成第二溝槽，所述第二溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)的所述介質(zhì)層頂部；
[0034]步驟09:在具有所述第二溝槽的所述第二犧牲層上形成所述支撐部件，并在所述支撐部件頂部形成第二釋放孔；
[0035]步驟10:通過所述支撐部件和所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)之間的所述連通的空隙、所述第一釋放孔和所述第二釋放孔進(jìn)行釋放工藝，將所述第一犧牲層和所述第二犧牲層釋放掉，從而形成所述第一空腔和所述第二空腔；
[0036]步驟11:在所述支撐部件上形成所述紅外增透材料。
[0037]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述的可見光紅外混合成像器件的制備方法，所述紅外感應(yīng)部分下方之外區(qū)域的所述互連層中具有深溝槽，所述可見光感應(yīng)部分位于所述半導(dǎo)體襯底中且暴露于所述深溝槽底部；所述制備方法包括以下步驟:
[0038]步驟01:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成所述可見光感應(yīng)部件；
[0039]步驟02:在所述半導(dǎo)體襯底上表面形成所述互連層，在對(duì)應(yīng)于所述可見光感應(yīng)部件的區(qū)域上方兩側(cè)的所述互連層中形成所述第一引出極，以及在所述可見光感應(yīng)部分的區(qū)域之外的所述互連層中形成所述第二引出極；
[0040]步驟03:在對(duì)應(yīng)于所述可見光感應(yīng)部件上方的所述互連層中刻蝕出深溝槽，以暴露出所述可見光感應(yīng)部件；
[0041]步驟04:在所述可見光感應(yīng)部分的區(qū)域之外的對(duì)應(yīng)于所述第二引出極的所述互連層上表面形成所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)，在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)之間以及所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)形成所述介質(zhì)層；
[0042]步驟05:在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)和所述介質(zhì)層上形成第一犧牲層；
[0043]步驟06:在所述第一犧牲層中形成第一溝槽，所述第一溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)頂部；
[0044]步驟07:在具有所述第一溝槽的所述第一犧牲層上形成所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，在所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂部形成所述第一釋放孔；位于所述第一支撐孔底部的所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與暴露的所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連接；
[0045]步驟08:在所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的表面和暴露的部分所述第一犧牲層表面形成第二犧牲層；
[0046]步驟09:在所述第二犧牲層中形成第二溝槽，所述第二溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)的所述介質(zhì)層頂部；
[0047]步驟10:在具有所述第二溝槽的所述第二犧牲層上形成所述支撐部件，在所述支撐部件頂部形成所述第二釋放孔；
[0048]步驟11:通過所述支撐部件和所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)之間的所述連通的空隙、所述第一釋放孔和所述第二釋放孔進(jìn)行釋放工藝，將所述第一犧牲層和所述第二犧牲層釋放掉，從而形成所述第一空腔和所述第二空腔；
[0049]步驟12:在所述支撐部件上形成所述紅外增透材料。
[0050]本發(fā)明的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法，將可見光感應(yīng)部分和紅外感應(yīng)部分集成在同一半導(dǎo)體襯底中，不僅提高了可見光紅外混合成像的質(zhì)量還使可見光紅外混合成像微型化、芯片化成為可能。
【附圖說(shuō)明】
[0051]圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0052]圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0053]圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖
[0054]圖4為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的單芯片可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的制作方法的流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[