具有臺(tái)階支撐的混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有臺(tái)階支撐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)明旨在提供一種具有臺(tái)階支撐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，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)明提供了一種可見光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)，包括:
[0007]—晶圓，用作將可見光過濾掉的過濾層；
[0008]可見光感應(yīng)區(qū)域，位于所述晶圓下表面，其包括可見光感應(yīng)部件和將所述可見光感應(yīng)部件所形成的電信號(hào)輸出的引出極；
[0009]介質(zhì)層，位于所述晶圓的上表面；
[0010]紅外感應(yīng)區(qū)域，位于所述晶圓上表面，其包括:
[0011]紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于所述可見光感應(yīng)部件的上方，其具有紅外感應(yīng)部件和電極層，所述紅外感應(yīng)部件用于吸收穿過所述晶圓的紅外光，并產(chǎn)生電信號(hào)；所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的邊緣具有第一支撐孔，所述第一支撐孔底部具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁；所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與所述所述介質(zhì)層之間具有第一空腔；所述臺(tái)階狀側(cè)壁用于提高所述第一支撐孔的支撐能力、所述第一支撐孔底部的填充能力和降低所述第一支撐孔底部的導(dǎo)熱速率；
[0012]接觸溝槽結(jié)構(gòu)，在所述可見光感應(yīng)區(qū)域上方兩側(cè)的所述介質(zhì)層中；所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)將所述紅外感應(yīng)部件所形成的電信號(hào)輸出；位于所述第一支撐孔具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁的底部的所述電極層與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連接；
[0013]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，其頂部具有第一釋放孔；所述支撐部件邊緣具有第二支撐孔，所述第二支撐孔底部位于所述介質(zhì)層上表面；在所述支撐部件的內(nèi)表面具有紅外反射材料或者整個(gè)所述支撐部件為紅外反射材料，所述紅外反射材料用于將未經(jīng)所述紅外感應(yīng)部件吸收的紅外光反射到所述紅外感應(yīng)部件上；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；以及
[0014]轉(zhuǎn)換單元，用于將所述可見光感應(yīng)區(qū)域和所述紅外感應(yīng)區(qū)域所輸出的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并轉(zhuǎn)換為圖像；
[0015]其中，可見光和紅外光從所述晶圓下表面射入，通過所述可見光感應(yīng)區(qū)域，所述可見光被所述可見光感應(yīng)部件吸收；然后，經(jīng)所述晶圓過濾掉未被所述可見光感應(yīng)部件吸收的可見光，透過所述晶圓的紅外光繼續(xù)射入所述紅外感應(yīng)部件中，所述紅外光被所述紅外感應(yīng)部件吸收；未經(jīng)所述紅外感應(yīng)部件吸收的遠(yuǎn)紅外光，經(jīng)所述紅外反射材料反射到所述紅外感應(yīng)部件，進(jìn)而被所述紅外感應(yīng)部件吸收。
[0016]優(yōu)選地，所述紅外感應(yīng)區(qū)域還包括:接觸孔，其一端與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連，另一端穿透所述晶圓下表面，用于將所述紅外感應(yīng)部件所形成的電信號(hào)輸出；所述轉(zhuǎn)換單元與所述可見光感應(yīng)區(qū)域的所述引出極和所述接觸孔相連。
[0017]優(yōu)選地，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)為頂部具有凹凸起伏表面且邊緣具有第一支撐孔的微橋結(jié)構(gòu)，所述紅外感應(yīng)部件為紅外敏感材料層，所述微橋結(jié)構(gòu)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。
[0018]優(yōu)選地，所述電極層位于所述紅外敏感材料層上表面，所述電極層的頂部具有若干凹槽，所述紅外敏感材料層的頂部呈連續(xù)的平坦表面；或者所述電極層位于所述紅外敏感材料層下表面，所述電極層的頂部具有若干凹槽，所述紅外敏感材料層的頂部呈連續(xù)的凹凸起伏表面。
[0019]優(yōu)選地，所述晶圓的材料為非晶硅、單晶硅或鍺硅。
[0020]優(yōu)選地，所述微橋結(jié)構(gòu)頂部具有第二釋放孔。
[0021]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探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟:
[0022]步驟01:提供一晶圓，在所述晶圓下表面形成所述可見光感應(yīng)區(qū)域；
[0023]步驟02:在所述晶圓上表面形成介質(zhì)層，在介質(zhì)層中形成所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)；
[0024]步驟03: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；
[0025]步驟04:在所述第一犧牲層中形成具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁的第一溝槽，所述第一溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)表面；
[0026]步驟05: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)；包括形成所述第一支撐孔的具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁的底部；所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的位于所述第一支撐孔具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁的底部的所述電極層通過所述第一溝槽與暴露的所述接觸溝槽表面相連接；
[0027]步驟06:在完成所述步驟05的所述晶圓上形成第二犧牲層；
[0028]步驟07: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)層表面；
[0029]步驟08: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，在所述支撐部件的頂部形成所述第一釋放孔；所述第二支撐孔底部的所述支撐部件與暴露的所述介質(zhì)層相連接；
[0030]步驟09:通過所述微橋結(jié)構(gòu)與所述支撐部件之間的所述連通的空隙以及所述支撐部件頂部的第一釋放孔進(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。
[0031]優(yōu)選地，所述步驟05中，還包括:在所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂部形成第二釋放孔。
[0032]優(yōu)選地，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)為頂部具有凹凸起伏表面且邊緣具有第一支撐孔的微橋結(jié)構(gòu)，所述紅外感應(yīng)部件為紅外敏感材料層，所述微橋結(jié)構(gòu)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。
[0033]優(yōu)選地，所述電極層位于所述紅外敏感材料層上表面，所述電極層的頂部具有若干凹槽，所述紅外敏感材料層的頂部呈連續(xù)的平坦表面；或者所述電極層位于所述紅外敏感材料層下表面，所述電極層的頂部具有若干凹槽，所述紅外敏感材料層的頂部呈連續(xù)的凹凸起伏表面。
[0034]優(yōu)選地，所述晶圓下表面具有前道器件和后道互連；所述步驟01包括:首先，在所述晶圓下表面形成可見光感應(yīng)區(qū)域以及前道器件，然后，在所述晶圓下表面形成后道互連；所述后道互連與所述可見光感應(yīng)區(qū)域以及所述前道器件相連接，其中，所述可見光感應(yīng)區(qū)域中的所述可見光感應(yīng)部件通過所述可見光感應(yīng)部件的所述引出極與所述后道互連相連接;
[0035]所述步驟02包括:在所述晶圓上表面沉積一層介質(zhì)層；然后在所述可見光感應(yīng)區(qū)域上方兩側(cè)的所述介質(zhì)層中采用大馬士革工藝形成所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)以及在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)下方的所述晶圓中形成第二接觸孔；所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)和所述接觸孔中填充有導(dǎo)電金屬；然后采用化學(xué)機(jī)械研磨將所述導(dǎo)電金屬頂部表面平坦化，最終形成的所述介質(zhì)層的厚度與所述導(dǎo)電金屬的高度相同；其中，所述接觸孔穿透所述晶圓下表面與所述后道互連相連接。
[0036]優(yōu)選地，所述可見光感應(yīng)部件的所述引出極為第一接觸孔。
[0037]優(yōu)選地，所述步驟04中，包括采用光刻和刻蝕工藝在所述第一犧牲層對(duì)應(yīng)于所述第一支撐孔底部的位置形成具有多級(jí)臺(tái)階狀側(cè)壁的溝槽。
[0038]本發(fā)明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，將可見光感應(yīng)區(qū)域和紅外感應(yīng)區(qū)域集成在芯片中，采用晶圓作為可見光過濾層，無需額外增設(shè)可見光過濾層，提高了可見光紅外混合成像的質(zhì)量，減小了體積，使可見光紅外混合成像微型化、芯片化成為可能。采用