CN105185803B - 背照式混合成像探测器像元结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种背照式混合成像探测器像元结构及其制备方法，将可见光感应区域和红外感应区域集成在芯片中，采用半导体衬底作为可见光过滤层，而无需额外设置可见光过滤层，减小了器件体积、减少了工艺步骤和节约了成本；通过将红外感应结构下方的介质层和隔离层去除，以形成镂空区域，镂空区域和红外感应结构之间构成第一空腔，从而使得经半导体衬底过滤后的红外光无需通过其它材料，进而避免红外光的损失，从而提高了红外感应部件的成像质量，而且使可见光红外混合成像微型化、芯片化成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法。
背景技术
随着工业和生活水平的发展，单纯的红外成像或者单纯的可见光成像已不能满足需求，具有更宽波段的成像技术越来越受到关注，特别是能同时对可见光和红外光敏感的成像技术。
然而，现有的混合成像器件中，采用透镜形成两条光路来分别对可见光和红外光进行感应成像，最后采用计算机处理系统合成在一起，由于光路的分离造成所形成的红外图像部分和可见光图像部分产生较大的对准偏差，严重影响成像质量。
由于微电子机械系统(MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，如果能将混合成像技术与微电子技术相结合，研究出微电子技术领域的混合成像技术，将能够避免现有的红外图像和可见光图像的对准偏差大的问题。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，从而将混合成像技术微型化和芯片化，提高混合成像的质量。
为了实现上述目的，本发明提供了背照式混合成像探测器像元结构，其包括：单芯片可见光红外混合成像器件，包括：
一半导体衬底，作为可见光过滤层；
可见光感应区域，位于所述半导体衬底上表面，所述可见光感应区域包括可见光感应部件和引出极；
沟槽，形成于所述可见光感应区域下方的所述半导体衬底中，通过所述沟槽将所述可见光感应区域底部暴露出来；
金属互连图案，位于所述可见光感应区域两侧上方的所述半导体衬底上表面；所述可见光感应部件的所述引出极顶部与所述金属互连图案底部相连接；
红外感应区域，位于所述半导体衬底上方，且位于所述金属互连图案上，其包括：
介质层，位于所述金属互连图案的上表面；
接触凹槽结构，位于所述介质层的内侧，且位于所述金属互连图案的内侧端的上表面，且与所述金属互连图案相连接；
红外感应结构，位于所述可见光感应区域上方，包括：下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；所述红外感应结构具有第一中间拱起部分和第一端部支撑部分，所述第一端部支撑部分的电极层与所述接触凹槽结构相接触，用于将所述红外感应部件产生的电信号通过所述接触凹槽结构传输到所述金属互连图案中；所述第一中间拱起部分的顶部和侧壁、所述接触凹槽结构的内侧壁、所述金属互连图案的内侧壁以及所述可见光感应区域上表面围成第一空腔；
支撑部件，位于所述红外感应结构的外围且与所述红外感应结构不接触；所述支撑部件包括第二中间拱起部分和第二端部支撑部分；所述第二端部支撑部分位于所述接触凹槽外侧的所述介质层表面，所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成第二空腔，并且所述红外感应结构与所述支撑部件之间具有连通的空隙；在所述第二中间拱起部分的顶部具有释放孔；所述支撑部件的内表面具有红外反射材料或者整个所述支撑部件为红外反射材料；
其中，可见光和红外光从所述半导体衬底下表面射入，通过所述可见光感应区域，部分所述可见光被所述可见光感应部件吸收；经所述半导体衬底过滤掉未被所述可见光感应部件吸收的可见光后，未被过滤掉的红外光透过所述半导体衬底继续穿过所述第一空腔到达所述红外感应结构，进而部分所述红外光被所述红外感应部件吸收；未经所述红外感应部件吸收的红外光，经所述红外反射材料反射到所述红外感应结构，进而被所述红外感应部件吸收。
优选地，所述第一中间拱起部分的顶部具有释放孔。
优选地，所述金属互连为后道金属互连，所述后道金属互连下表面连接有前道器件。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其包括：
步骤01：提供一半导体衬底；并在所述半导体衬底上表面制备所述可见光感应区域的所述可见光感应部件和所述引出极；然后，将所述可见光感应部件下方的所述半导体衬底部分去除，以形成所述沟槽；
步骤02：在所述半导体衬底的上表面形成一层隔离层，并在所述隔离层中形成所述金属互连图案；所述金属互连图案底部与可见光感应部件的所述引出极顶部相连接；
步骤03：在所述金属互连图案和所述隔离层表面形成一层介质层，并在所述金属互连图案上表面的所述介质层中形成所述接触凹槽结构；
步骤04：去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层，从而在去除所述介质层和所述隔离层之后形成镂空区域；
步骤05：在所述镂空区域中、所述接触凹槽结构表面和所述介质层表面形成第一牺牲层材料，并图案化所述第一牺牲层材料，使所述第一牺牲层材料的侧壁与所述接触凹槽结构的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
步骤06：在所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部、以及未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽上表面形成所述红外感应结构；其中，所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分位于所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部，所述红外感应结构的所述第一端部支撑部分的所述电极层与未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽结构相接触；
步骤07：在完成所述步骤06的所述半导体衬底上形成一层第二牺牲层材料，并平坦化所述第二牺牲层材料的顶部表面；
步骤08：图案化所述第二牺牲层材料，使所述第二牺牲层材料的侧壁超过所述接触凹槽结构的外侧壁，且图案化后的所述第二牺牲层材料与所述金属互连的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
步骤09：在图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁、以及未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上形成所述支撑部件，并在所述支撑部件的顶部形成释放孔；其中，所述支撑部件的所述第二中间拱起部分位于图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁，且所述释放孔位于所述第二中间拱起部分的顶部；所述第二端部支撑部分位于所述未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上；
步骤10：通过所述支撑部件和所述红外感应结构之间的所述连通的空隙、以及所述支撑部件顶部的所述释放孔进行释放工艺，以去除所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料，从而在所述第一中间拱起部分以及所述可见光感应区域之间构成所述第一空腔，以及在所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成所述第二空腔。
优选地，所述可见光感应部件的所述引出极为接触孔；所述步骤01中包括在所述可见光感应部件两端形成所述接触孔。
优选地，所述步骤06中，还包括：所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分的顶部形成释放孔。
优选地，所述金属互连为后道金属互连，所述步骤02中，在形成所述隔离层之前，包括：在待形成所述后道金属互连的区域下方形成前道器件。
优选地，所述步骤03中，采用大马士革工艺形成所述接触凹槽结构。
优选地，所述步骤04中，采用光刻和刻蚀工艺去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层。
优选地，所述步骤01中，采用光刻和刻蚀工艺，形成所述沟槽。
优选地，所述步骤10中，当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为非晶硅时，采用XeF2作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为二氧化硅和铝的复合材料、氮化硅、氮氧化硅、以及掺有杂质的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为氮化硅、或硅、或富硅的氮化硅；或者当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料为有机物时，可以采用O2作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为无机物材料。
本发明的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，将可见光感应区域和红外感应区域集成在芯片中，采用半导体衬底作为可见光过滤层，而无需额外设置可见光过滤层，减小了器件体积、减少了工艺步骤和节约了成本；通过将红外感应结构下方的介质层和隔离层去除，以形成镂空区域，镂空区域和红外感应结构之间构成第一空腔，从而使得经半导体衬底过滤后的红外光无需通过其它材料，进而避免红外光的损失，从而提高了红外感应部件的成像质量，而且使可见光红外混合成像微型化、芯片化成为可能。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构的截面结构示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构的制作方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构，包括：作为可见光过滤层的半导体衬底；位于所述半导体衬底上表面的可见光感应区域，所述可见光感应区域包括可见光感应部件和引出极；形成于可见光感应区域下方的半导体衬底中的沟槽，通过该沟槽将可见光感应区域底部暴露出来；位于可见光感应区域两侧上方的半导体衬底上表面的金属互连图案，金属互连图案底部与可见光感应部件的引出极顶部相连接；可见光感应部件的引出极与金属互连图案相连接；位于半导体衬底上方且位于金属互连图案上的红外感应区域；以及支撑部件；其中，红外感应区域包括：位于金属互连图案的上表面的介质层；位于介质层的内侧且位于金属互连图案的内侧端的上表面的接触凹槽结构，接触凹槽结构底部与金属互连图案相连接；以及红外感应结构；其中，该红外感应结构包括：下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；红外感应结构具有第一中间拱起部分和第一端部支撑部分，第一端部支撑部分的电极层与接触凹槽结构相接触，用于将红外感应部件产生的电信号通过接触凹槽结构传输到金属互连中；第一中间拱起部分的顶部和侧壁、接触凹槽结构的内侧壁、金属互连图案的内侧壁以及可见光感应区域上表面围成第一空腔；
其中，支撑部件位于红外感应结构的外围且与所述红外感应结构不接触；所述支撑部件包括第二中间拱起部分和第二端部支撑部分；第二端部支撑部分位于所述接触凹槽外侧的介质层表面，第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成第二空腔，并且红外感应结构与支撑部件之间具有连通的空隙；在第二中间拱起部分的顶部具有释放孔；支撑部件的内表面具有红外反射材料或者整个支撑部件为红外反射材料；
需要注意的是，半导体衬底可以为具有前道器件、前道互连和后道互连的半导体衬底，半导体衬底的材料可以为硅或者锗硅，只要是能够吸收可见光的材料均可应用于本发明中的半导体衬底中，这样可以提高探测精度和成像质量。
第一空腔用于隔离红外感应结构和半导体衬底并且增加红外感应结构与半导体衬底之间的距离，起到红外感应结构与半导体衬底之间的热隔离作；此外，第一空腔结构还可以起到增强透光性的作用；第二空腔用作谐振腔，用于将未经红外感应结构吸收的红外光进行反复多次反射到红外感应结构上，从而实现对入射的红外光的完全吸收。
探测时，可见光和红外光从半导体衬底下表面射入，通过可见光感应区域，所述可见光被可见光感应部件吸收；经半导体衬底过滤掉可见光后，未被过滤掉的红外光透过半导体衬底继续穿过第一空腔到达红外感应结构，进而被红外感应部件吸收；未经红外感应部件吸收的红外光，经红外反射材料反射到红外感应结构，进而被红外感应部件吸收。
以下结合附图1-2和具体实施例对本发明的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，箭头方向表示光线射入方向，背照式可见光红外混合成像探测器像元结构，包括：
一硅衬底100，作为可见光过滤层；硅衬底100上表面具有前道器件113；
可见光感应区域VS，位于硅衬底100上表面，可见光感应区域VS包括可见光感应部件和将可见光感应部件所形成的电信号输出的接触孔(未画出)；接触孔作为引出极，可见光感应部件的接触孔顶部与金属互连图案底部相连接；可见光感应部件可以为PN结，利用光电转换原理，来形成对可见光的感应。
沟槽114，形成于可见光感应区域VS下方的硅衬底100中，通过沟槽114将可见光感应区域VS底部暴露出来；
后道金属互连图案102，位于硅衬底100中的前道器件113的上表面且与之连接，后道金属互连图案102下方暴露出可见光感应部件；后道金属互连图案102两侧具有隔离层101，隔离层101用于将相邻的红外感应区域下方的金属互连图案相隔离。
红外感应区域，位于金属互连图案上方，且位于可见光感应区域VS正上方，其包括：
介质层104，位于金属互连图案102的上表面；介质层104的材料为二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅和碳化硅，或者掺有硼、磷、碳或氟等杂质元素的上述材料；
接触凹槽结构105，位于介质层104的内侧，且位于金属互连图案102的内侧端的上表面；
红外感应结构，位于可见光感应区域上方，具有下释放保护层106、红外感应部件107、电极层108、上释放保护层109；其中下释放保护层106、红外感应部件107、电极层108和上释放保护层109构成具有凹凸起伏表面的微桥结构，上释放保护层109和下释放保护层106将红外感应部件107和电极层108包覆在其中；具体的，红外感应部件107的整个底部具有下释放保护层106；红外感应部件107，位于可见光感应区域VS的上方；电极层108，位于红外感应部件107上，用于输出红外感应部件107产生的电信号；电极层108的边缘超出红外感应部件107的边缘；上释放保护层109，覆盖电极层108表面并填充于电极层108的图案间距中，电极层108的图案间距中的上释放保护层109的底部与红外感应部件107的顶部接触；
其中，接触凹槽结构的材料可以为Al或Pt；上释放保护层109和下释放保护层106的材料可为二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)等基于Si、0、C、N等成分的薄膜，还可为非化学计量比的上述薄膜，例如富氧或富硅的二氧化硅，也可为掺有B、P、C或F等元素的上述薄膜，例如氟硅玻璃(FSG)、硼硅玻璃(BPSG)或磷硅玻璃(PSG)等。上释放保护层109和下释放保护层106将红外感应部件107和电极层108所暴露的部分包住，用以在进行释放工艺时，起到有效保护红外感应部件和电极层的作用，同时在制造过程和使用过程中隔离外界的污染和损伤，提高敏感材料探测层的可靠性，也可以避免电极层作为电极发生短路。红外感应部件107的材料可以为非晶硅或氧化钒等。电极层108的材料可以为钛、钽、上下层叠的氮化钛和钛、或上下层叠的钽和氮化钽。
微桥结构具有第一中间拱起部分和第一端部支撑部分，第一端部支撑部分的电极层108与接触凹槽结构105相接触，用于将红外感应部件107产生的电信号通过接触凹槽结构105传输到后道金属互连102中；第一中间拱起部分的顶部和侧壁、接触凹槽结构105的内侧壁、金属互连图案102的内侧壁以及可见光感应区域VS上表面围成第一空腔103；第一空腔103不仅可以将微桥结构与硅衬底100隔离开来，还可以避免对入射的红外光的吸收，增加红外光的透过性。第一中间拱起部分的顶部具有释放孔K1。
支撑部件110，位于微桥结构的外围且与微桥结构不接触；支撑部件110包括第二中间拱起部分和第二端部支撑部分；第二端部支撑部分位于接触凹槽结构105外侧的介质层104表面，第二中间拱起部分与第一中间拱起部分之间构成第二空腔112；在第二中间拱起部分的顶部具有释放孔K2；支撑部件110的内表面具有红外反射材料或者整个支撑部件110为红外反射材料。本实施例中，在支撑部件110的第二两端部支撑部分构成支撑孔111，从而提高支撑部件的支撑能力。需要说明的是，图1中显示的为器件的一横截面结构示意图，整个器件中，红外感应结构与支撑部件之间具有连通的空隙，例如，在纵截面上，红外感应结构的边缘不具有侧壁，因此，红外感应结构的该边缘与支撑部件之间具有连通的空隙。
本发明的一个较佳实施例中，请参阅图2，以制备上述的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构为例来描述本发明的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构的制备方法，其包括以下步骤：
步骤01：提供一半导体衬底；并在半导体衬底上表面制备可见光感应区域的可见光感应部件和引出极；然后，将可见光感应部件下方的半导体衬底部分去除，以形成沟槽；
具体的，这里为硅衬底；可见光感应部件为光电二极管，光电二极管及其引出极的制备可以采用现有的方法；本实施例中，可见光感应部件的引出极为接触孔还包括：在可见光感应部件两端形成接触孔。接触孔用于将可见光感应部件与金属互连图案相连接。可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺来形成沟槽。
步骤02：在半导体衬底的上表面形成一层隔离层，并在隔离层中形成金属互连图案；
具体的，首先，在待形成后道金属互连下方的区域形成前道器件，然后，可以但不限于采用化学气相沉积法在硅衬底上形成隔离层，接着，在前道器件的上方的隔离层中形成后道金属互连，后道金属互连的制备可以采用常规工艺，这里不再赘述。隔离层的材料可以为介质材料。
步骤03：在金属互连图案和隔离层表面形成一层介质层，并在金属互连图案上表面的介质层中形成接触凹槽结构；
具体的，可以但不限于采用化学气相沉积法来形成介质层；然后，采用大马士革工艺形成接触凹槽结构。介质层的材料可以为氧化硅。
步骤04：去除接触凹槽结构之间的介质层以及金属互连图案之间的隔离层，从而在去除介质层和隔离层之后形成镂空区域；
具体的，可以采用光刻和刻蚀工艺来进行去除工艺。
步骤05：在镂空区域中、接触凹槽结构表面和介质层表面形成第一牺牲层材料，并图案化第一牺牲层材料，使第一牺牲层材料的侧壁与接触凹槽结构的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
具体的，可以采用化学气相沉积工艺或者涂覆来形成第一牺牲层材料。使第一牺牲层材料的侧壁与接触凹槽结构的外侧壁在水平方向上具有一定的间距，可以确保后续形成的电极层与接触凹槽结构相连接。
步骤06：在第一牺牲层材料的侧壁和顶部、以及未被第一牺牲层材料遮挡的接触凹槽上表面形成红外感应结构；其中，红外感应结构的第一中间拱起部分位于第一牺牲层材料的侧壁和顶部，红外感应结构的第一端部支撑部分的电极层与未被第一牺牲层材料遮挡的接触凹槽结构相接触；
具体的，可以但不限于依次形成下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层，形成每个层的过程中都包括沉积步骤和图案化该层的步骤；还包括在第一中间拱起部分的顶部形成释放孔；上释放保护层和下释放保护层将红外感应部件和电极层包覆住；在本发明的其它实施例中，电极层和红外感应部件的形成顺序可以互换。
步骤07：在完成步骤06的半导体衬底上形成一层第二牺牲层材料，并平坦化第二牺牲层材料的顶部表面；
具体的，可以采用化学气相沉积工艺或者涂覆来形成第二牺牲层材料。可以但不限于采用化学机械研磨工艺来平坦化第二牺牲层顶部表面。
步骤08：图案化第二牺牲层材料，使第二牺牲层材料的侧壁超过接触凹槽结构的外侧壁，且图案化后的第二牺牲层材料与金属互连的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
具体的，可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺来图案化第二牺牲层材料；第二牺牲层的侧壁超过接触凹槽结构的外侧壁，可以确保接触凹槽结构位于后续的支撑部件之内；图案化后的第二牺牲层材料与金属互连的外侧壁在水平方向上具有一定的间距，可以确保后续形成的支撑部件的底部端部支撑部分位于后道金属互连上方，也即是确保后续形成的第二空腔过大而影响到相邻的红外感应区域或支撑部件的形成。
步骤09：在图案化后的第二牺牲层材料顶部和侧壁、以及未被第二牺牲层材料遮挡的介质层上形成支撑部件，并在支撑部件的顶部形成释放孔；其中，支撑部件的第二中间拱起部分位于图案化后的第二牺牲层材料顶部和侧壁，且所述释放孔位于第二中间拱起部分的顶部；第二端部支撑部分位于未被第二牺牲层材料遮挡的介质层上；
具体的，支撑部件位于微桥结构的外围且不与之接触；由于上述第二牺牲层材料的侧壁与后道金属互连的外侧壁之间具有一定的间距，从而可以按照牺牲层材料的形状在牺牲层材料表面和侧壁形成一层支撑材料，而且支撑材料在端部支撑部分还可以形成支撑孔，从而增加支撑材料的支撑能力。
步骤10：通过支撑部件和红外感应结构之间的连通的空隙、以及支撑部件顶部的释放孔进行释放工艺，以去除第一牺牲层材料和第二牺牲层材料，从而在第一中间拱起部分与介质层之间构成第一空腔，以及在第二中间拱起部分与第一中间拱起部分之间构成第二空腔。
具体的，由于支撑部件位于微桥结构外围且不与之接触，而微桥结构下的第一牺牲层材料的边缘与第二牺牲层材料接触，因此，微桥结构下的第一牺牲层材料可以通过微桥结构边缘的空隙释放出去。本实施例中，由于微桥结构顶部也具有释放孔，所以，第一牺牲层材料也同时通过微桥结构顶部的释放孔释放出去。当第一牺牲层材料以及第二牺牲层材料均为非晶硅时，采用XeF2作为释放气体，将全部的第一牺牲层材料和第二牺牲层材料去除，此时，上释放保护层和下释放保护层的材料为二氧化硅和铝的复合材料、氮化硅、氮氧化硅、以及掺有杂质的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者当第一牺牲层材料以及第二牺牲层材料均为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将全部的第一牺牲层材料和第二牺牲层材料去除，此时，上释放保护层和下释放保护层的材料为氮化硅、或硅、或富硅的氮化硅；或者当第一牺牲层材料以及第二牺牲层材料为有机物时，可以采用O2作为释放气体，将全部的第一牺牲层材料和第二牺牲层材料去除，此时，上释放保护层和下释放保护层的材料为无机物材料。
需要说明的是，本发明中，红外感应区域可以位于可见光区域的正上方或非正上方位置，红外感应区域中的一个像素单元可以对应可见光区域的多个像素单元，例如，一个微桥结构是一个红外感应像素单元，微桥结构下方可以具有多个光电二极管。
综上所述，本发明的背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，将可见光感应部分和红外感应部分集成在芯片中，采用半导体衬底作为可见光过滤层，而无需额外设置可见光过滤层，减小了器件体积、减少了工艺步骤和节约了成本；通过将微桥结构下方的介质层和隔离层去除，以形成镂空区域，镂空区域和微桥结构之间构成第一空腔，从而使得经半导体衬底过滤后的红外光无需通过其它材料，进而避免红外光的损失，从而提高了红外感应部分的成像质量，而且使可见光红外混合成像微型化、芯片化成为可能。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种背照式混合成像探测器像元结构，其特征在于，包括：
一半导体衬底，作为可见光过滤层；
可见光感应区域，位于所述半导体衬底上表面，所述可见光感应区域包括可见光感应部件和引出极；
沟槽，形成于所述可见光感应区域下方的所述半导体衬底中，通过所述沟槽将所述可见光感应区域底部暴露出来；
金属互连图案，位于所述可见光感应区域两侧上方的所述半导体衬底上表面；所述可见光感应部件的所述引出极顶部与所述金属互连图案底部相连接；
红外感应区域，位于所述半导体衬底上方，且位于所述金属互连图案上，其包括：
介质层，位于所述金属互连图案的上表面；
接触凹槽结构，位于所述介质层的内侧，且位于所述金属互连图案的内侧端的上表面，且与所述金属互连图案相连接；
红外感应结构，位于所述可见光感应区域上方，包括：下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；所述红外感应结构具有第一中间拱起部分和第一端部支撑部分，所述第一端部支撑部分的电极层与所述接触凹槽结构相接触，用于将所述红外感应部件产生的电信号通过所述接触凹槽结构传输到所述金属互连图案中；所述第一中间拱起部分的顶部和侧壁、所述接触凹槽结构的内侧壁、所述金属互连图案的内侧壁以及所述可见光感应区域上表面围成第一空腔；
支撑部件，位于所述红外感应结构的外围且与所述红外感应结构不接触；所述支撑部件包括第二中间拱起部分和第二端部支撑部分；所述第二端部支撑部分位于所述接触凹槽结构外侧的所述介质层表面，所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成第二空腔，并且所述红外感应结构与所述支撑部件之间具有连通的空隙；在所述第二中间拱起部分的顶部具有释放孔；所述支撑部件的内表面具有红外反射材料或者整个所述支撑部件为红外反射材料；
其中，可见光和红外光从所述半导体衬底下表面射入，通过所述可见光感应区域，部分所述可见光被所述可见光感应部件吸收；经所述半导体衬底过滤掉未被所述可见光感应部件吸收的可见光后，未被过滤掉的红外光透过所述半导体衬底继续穿过所述第一空腔到达所述红外感应结构，进而部分所述红外光被所述红外感应部件吸收；未经所述红外感应部件吸收的红外光，经所述红外反射材料反射到所述红外感应结构，进而被所述红外感应部件吸收。
2.根据权利要求1所述的背照式混合成像探测器像元结构，其特征在于，所述第一中间拱起部分的顶部具有释放孔。
3.根据权利要求1所述的背照式混合成像探测器像元结构，其特征在于，所述金属互连为后道金属互连，所述后道金属互连下表面连接有前道器件。
4.一种权利要求1所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤01：提供一半导体衬底；并在所述半导体衬底上表面制备所述可见光感应区域的所述可见光感应部件和所述引出极；然后，将所述可见光感应部件下方的所述半导体衬底部分去除，以形成所述沟槽；
步骤02：在所述半导体衬底的上表面形成一层隔离层，并在所述隔离层中形成所述金属互连图案；所述金属互连图案底部与可见光感应部件的所述引出极顶部相连接；
步骤03：在所述金属互连图案和所述隔离层表面形成一层介质层，并在所述金属互连图案上表面的所述介质层中形成所述接触凹槽结构；
步骤04：去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层，从而在去除所述介质层和所述隔离层之后形成镂空区域；
步骤05：在所述镂空区域中、所述接触凹槽结构表面和所述介质层表面形成第一牺牲层材料，并图案化所述第一牺牲层材料，使所述第一牺牲层材料的侧壁与所述接触凹槽结构的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
步骤06：在所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部、以及未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽上表面形成所述红外感应结构；其中，所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分位于所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部，所述红外感应结构的所述第一端部支撑部分的所述电极层与未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽结构相接触；
步骤07：在完成所述步骤06的所述半导体衬底上形成一层第二牺牲层材料，并平坦化所述第二牺牲层材料的顶部表面；
步骤08：图案化所述第二牺牲层材料，使所述第二牺牲层材料的侧壁超过所述接触凹槽结构的外侧壁，且图案化后的所述第二牺牲层材料与所述金属互连的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
步骤09：在图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁、以及未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上形成所述支撑部件，并在所述支撑部件的顶部形成释放孔；其中，所述支撑部件的所述第二中间拱起部分位于图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁，且所述释放孔位于所述第二中间拱起部分的顶部；所述第二端部支撑部分位于所述未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上；
步骤10：通过所述支撑部件和所述红外感应结构之间的所述连通的空隙、以及所述支撑部件顶部的所述释放孔进行释放工艺，以去除所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料，从而在所述第一中间拱起部分以及所述可见光感应区域之间构成所述第一空腔，以及在所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成所述第二空腔。
5.根据权利要求4所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述可见光感应部件的所述引出极为接触孔；所述步骤01中包括在所述可见光感应部件两端形成所述接触孔。
6.根据权利要求4所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤06中，还包括：所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分的顶部形成释放孔。
7.根据权利要求4所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述金属互连为后道金属互连，所述步骤02中，在形成所述隔离层之前，包括：在待形成所述后道金属互连的区域下方形成前道器件。
8.根据权利要求4所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，采用大马士革工艺形成所述接触凹槽结构。
9.根据权利要求4所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤04中，采用刻蚀工艺去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层。
10.根据权利要求4-9任意一项所述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤10中，当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为非晶硅时，采用XeF2作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为二氧化硅和铝的复合材料、氮化硅、氮氧化硅、以及掺有杂质的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为氮化硅、或硅、或富硅的氮化硅；或者当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料为有机物时，可以采用O2作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为无机物材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |