CN106006540B - 防串扰的红外探测器像元结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防串扰的红外探测器像元结构及其制备方法，包括位于一硅衬底上，其具有红外探测结构，位于红外探测结构下方的硅衬底表面具有底部反射层，底部反射层的边缘具有凸起；底部反射层用来反射入射光，凸起用来反射进入到像元结构侧面的入射光，从而有效的避免入射光进入其它像元结构中而引起像元之间的串扰。

Description

防串扰的红外探测器像元结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种防串扰红外探测器像元结构及其制备方法。

背景技术

红外探测器是将入射的红外辐射信号转变为电信号输出的器件，其利用热敏元件检测物体的存在或移动，探测器手机外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上，红外传感器采用热敏元件，热敏元件在接受了红外辐射温度发生变化时就会输出信号，将其转换为电信号，然后对电信号进行波形分析。传统红外探测器像元结构中仅使用一种类型热敏电阻，通常是负温度系数的非晶硅或者氧化钒，并通过电路将其变化的信号放大输出。

通常红外探测器中具有多个像元阵列，而像元阵列之间会产生串扰，影响红外探测器的准确性和灵敏度。

因此，需要对红外探测器的像元之间的串扰问题进行防治，从而提高红外探测器的探测准确性和灵敏度。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种防串扰的红外探测器像元结构及其制备方法，利用底部反射层边缘的凸起来将入射到凸起的入射光反射回红外探测结构上。

为了达到上述目的，本发明提供了一种防串扰的红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，其具有红外探测结构，位于所述红外探测结构下方的所述硅衬底表面具有底部反射层，底部反射层的边缘具有凸起。

优选地，所述底部反射层具有主体和边缘，所述凸起作为所述底部反射层的边缘封闭环绕所述主体。

优选地，所述红外探测结构两端下方连接有导电支撑柱，所述底部反射层的凸起的侧壁与所述导电支撑柱的侧壁之间具有间距。

优选地，所述凸起的顶部低于所述导电支撑柱的顶部。

优选地，所述凸起的顶部低于所述导电支撑柱的顶部，且二者的差值大于零且小于1000nm。

优选地，所述凸起顶部不接触所述红外探测结构。

优选地，所述凸起顶部与所述红外探测结构底部的距离大于零且小于1000nm。

优选地，所述凸起呈中心对称图形。

优选地，所述底部反射层的凸起位于所述红外探测结构边缘下方之外，所述红外探测结构在底部反射层的投影的轮廓被所述凸起包围。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种上述的防串扰的红外探测器像元结构的制备方法，其包括：

步骤01：在硅衬底表面制备具有凸起的底部反射层；

步骤02：在完成所述步骤01的硅衬底上形成牺牲层；

步骤03：在牺牲层上形成红外探测结构；

步骤04：进行释放工艺去除所述牺牲层，从而使所述红外探测结构与所述底部反射层之间形成空腔。

本发明的防串扰的红外探测器像元结构及其制备方法，利用底部反射层来反射入射到凸起上的入射光，底部反射层同时反射入射到底部反射层上的入射光，从而有效的避免入射光进入其它像元结构中而引起像元之间的串扰。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的防串扰的红外探测器像元结构的俯视示意图

图2为图1的结构中底部反射层与红外探测结构的关系示意图

图3为图1的红外探测器像元结构的左视剖面结构示意图

图4为本发明的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的制备方法的流程示意图

图5～11为本发明的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的各制备步骤所对应的结构示意图

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。

本发明的防串扰的红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，其具有红外探测结构，位于红外探测结构下方的硅衬底表面具有底部反射层，底部反射层的边缘具有凸起，底部反射层用来反射入射光，凸起用来反射进入到像元结构侧面的入射光，从而避免入射光进入其它像元中，有效地起到了像元之间防串扰的作用。

以下结合附图1～11和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。

本实施例中，请参阅图1～3，防串扰的红外探测器像元结构，位于一硅衬底00上，其具有红外探测结构03，位于红外探测结构03下方的硅衬底00表面具有底部反射层01，底部反射层01的边缘具有凸起T；红外探测结构03两端下方连接有导电支撑柱02，这里，底部反射层01的凸起T的侧壁与导电支撑柱02的侧壁之间具有一定的间距；凸起T的顶部低于导电支撑柱02的顶部，较佳的，凸起T的顶部低于导电支撑柱02的顶部，且二者的差值大于零且小于1000nm；此外，当底部反射层01的材料为导电材料，例如金属，凸起T顶部不接触红外探测结构03，较佳的，凸起T顶部与红外探测结构03底部的距离大于零且小于1000nm；如图2中所示，底部反射层01具有主体011和边缘，凸起T作为底部反射层01的边缘封闭环绕主体；这里，凸起T呈中心对称图形，对称的图形可以均匀的有效的反射入射光，避免入射光入射到凸起的外围区域；较佳的，底部反射层01的凸起T位于红外探测结构03边缘下方之外，红外探测结构03在底部反射层01的投影的轮廓被凸起T包围，图2中虚线所示为红外探测结构，图2中为了表达清楚红外探测结构与底部反射层的关系，将红外探测结构用虚线表示。凸起T作为底部反射层01的边缘与底部反射层01可以为一体的，二者材料相同，可以为铝、铜等金属。如图3所示，这里的红外探测结构03具有红外敏感材料层031和电极层032，电极层032与导电支撑柱02相接触连接。硅衬底00中还具有互连层，导电支撑柱02与互连层相接触连接，从而使红外探测结构03探测的电信号通过电极层032、导电支撑柱02进入互连层，经互连层传输到外部电路。此外，红外探测结构03下方还可以具有下释放保护层，上方还可以具有上释放保护层，红外探测结构03还可以具有释放孔。

本实施例中还提供了一种上述的防串扰的红外探测器像元结构的制备方法，请参阅图4，其包括：

步骤01：在硅衬底表面制备具有凸起的底部反射层；

具体的，

首先，在硅衬底表面沉积底部反射层材料；

如图5所示，可以但不限于采用气相沉积法在硅衬底00表面沉积底部反射层材料M。需要说明的是，后续底部反射层材料刻蚀为两部分：一部分为底部反射层，另一部分为导电支撑柱，因此，本实施例中的底部反射层材料为具有导电性的底部反射层材料。

然后，刻蚀底部反射层材料，从而形成边缘具有凸起的底部反射层；

这里，首先，如图6所示，刻蚀底部反射层材料M，在底部反射层材料M中形成导电支撑柱02和初始底部反射层01’；然后，如图7所示，只针对初始底部反射层01’顶部刻蚀，使底部反射层01’顶部低于导电支撑柱02顶部；最后，如图8所示，在初始底部反射层01’中刻蚀出大沟槽，大沟槽周围被剩余的初始底部反射层环绕，该剩余的初始底部反射层即为底部反射层边缘的凸起T,大沟槽底部的初始底部反射层01’即为底部反射层01。

步骤02：在完成步骤01的硅衬底上形成牺牲层；

具体的，如图9所示，可以但不限于采用化学气相沉积法来沉积牺牲层X，并且平坦化牺牲层X的表面；牺牲层X的材料可以为非晶硅、氧化硅或有机物。

步骤03：在牺牲层上形成红外探测结构；

具体的，如图10所示，可以首先形成红外敏感材料层031，然后在红外敏感材料层031上形成电极层032，电极层032与导电支撑柱02顶部接触连接。红外探测结构03中还可以具有释放孔，用于后续的释放工艺释放出牺牲层X。

步骤04：进行释放工艺去除牺牲层，从而使红外探测结构与底部反射层之间形成空腔。

具体的，如图11所示，进行释放工艺去除牺牲层X，从而使红外探测结构03与底部反射层01之间形成空腔；这里，当牺牲层X的材料为非晶硅时，则采用XeF₂作为释放气体，将牺牲层X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。当牺牲层X材料为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将全部的牺牲层X去除，此时，上释放保护层和下释放保护层的材料为氮化硅、或硅等。当牺牲层X为有机物时，例如光刻胶，聚酰亚胺，可以采用O₂作为释放气体，将全部的牺牲层X去除，此时，上释放保护层和下释放保护层的材料为所有无机物材料。

需要说明的是，在上述的防串扰的红外探测器像元结构的制备方法中，制备边缘具有凸起的底部反射层的方法还可以包括：首先，在硅衬底表面沉积一层底部反射层，然后，在底部反射层上沉积一层牺牲层材料，再刻蚀牺牲层材料，在牺牲层材料中刻蚀出凸起的图案，然后在凸起的图案中沉积底部反射层材料，从而形成具有凸起的底部反射层；该牺牲层材料可以在后续的释放工艺中取去除。

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 (7)

1.一种防串扰的红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，其具有红外探测结构，其特征在于，位于所述红外探测结构下方的所述硅衬底表面具有底部反射层，所述底部反射层具有主体和边缘，底部反射层的边缘具有凸起；所述凸起作为所述底部反射层的边缘封闭环绕所述主体；所述凸起呈中心对称图形；所述红外探测结构两端下方连接有导电支撑柱，所述底部反射层的凸起的侧壁与所述导电支撑柱的侧壁之间具有间距；导电支撑柱位于底部反射层的凸起的外侧且底部反射层的凸起位于红外探测结构下方的所有导电支撑柱之间。

2.根据权利要求1所述的防串扰的红外探测器像元结构，其特征在于，所述凸起的顶部低于所述导电支撑柱的顶部。

3.根据权利要求2所述的防串扰的红外探测器像元结构，其特征在于，所述凸起的顶部低于所述导电支撑柱的顶部，且二者的差值大于零且小于1000nm。

4.根据权利要求1所述的防串扰的红外探测器像元结构，其特征在于，所述凸起顶部不接触所述红外探测结构。

5.根据权利要求4所述的防串扰的红外探测器像元结构，其特征在于，所述凸起顶部与所述红外探测结构底部的距离大于零且小于1000nm。

6.根据权利要求1所述的防串扰的红外探测器像元结构，其特征在于，所述底部反射层的凸起位于所述红外探测结构边缘下方之外，所述红外探测结构在底部反射层的投影的轮廓被所述凸起包围。

7.一种权利要求1所述的防串扰的红外探测器像元结构的制备方法，其特征在于，包括：

步骤01：在硅衬底表面制备具有凸起的底部反射层；其中，具有凸起的底部反射层的制备过程包括：首先，在硅衬底表面沉积底部反射层材料；然后，刻蚀底部反射层材料，在底部反射层材料中形成导电支撑柱和初始底部反射层；再只针对初始底部反射层顶部刻蚀，使底部反射层顶部低于导电支撑柱顶部；最后，在初始底部反射层中刻蚀出大沟槽，大沟槽周围被剩余的初始底部反射层环绕，该剩余的初始底部反射层即为底部反射层边缘的凸起，大沟槽底部的初始底部反射层即为底部反射层；所述底部反射层具有主体和边缘，所述凸起作为所述底部反射层的边缘封闭环绕所述主体；所述凸起呈中心对称图形；

步骤02：在完成所述步骤01的硅衬底上形成牺牲层；

步骤03：在牺牲层上形成红外探测结构；

步骤04：进行释放工艺去除所述牺牲层，从而使所述红外探测结构与所述底部反射层之间形成空腔。