CN106129138B - 防串扰红外探测器像元结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防串扰红外探测器像元结构及其制备方法，通过在红外探测结构的边缘设置凹槽结构，利用凹槽结构来吸收和反射入射到凹槽结构侧壁的红外光，从而防止入射的红外光进入到其它像元结构中，避免了像元之间的相互串扰，提高了器件的灵敏度和准确度。
Description
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红外探测器像元结构及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种防串扰红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，其特征在于，所述防串扰红外探测器像元结构具有红外探测结构，所述红外探测结构边缘区域具有凹槽结构，凹槽结构用于吸收和反射入射到凹槽结构侧壁的红外光。
优选地，所述红外探测结构具有主体和边缘，所述凹槽结构作为所述红外探测结构的边缘呈沟渠状不封闭的环绕所述红外探测结构的主体。
优选地，所述凹槽结构的深宽比大于1。
优选地，所述凹槽结构内填充有红外吸收材料。
优选地，所述凹槽结构侧壁具有反射层。
优选地，所述硅衬底中具有互连层，所述硅衬底表面具有导电结构，导电结构与互连层相连；所述硅衬底上具有导电支撑柱，所述红外探测器结构的两端与导电支撑柱顶部接触；所述导电支撑柱底部与所述导电结构相接触。
优选地，所述红外探测结构为微桥结构；微桥结构具有下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种上述的防串扰红外探测器像元结构的制备方法，其包括：
步骤01：在所述硅衬底上形成牺牲层；
步骤02：在牺牲层对应于所述红外探测结构边缘的凹槽结构的位置刻蚀出凹槽图案；
步骤03：在所述牺牲层上形成红外探测结构，在所述凹槽图案中的红外探测结构的边缘区域形成所述凹槽结构；
步骤04：进行释放工艺，去除牺牲层，在所述红外探测结构下方形成空腔。
优选地，所述步骤03中，还包括：在所述凹槽结构中沉积红外吸收材料。
优选地，所述步骤03中，在沉积所述红外探测结构之前，先在所述凹槽图案的底部和侧壁沉积一层反射层。
本发明的防串扰红外探测器像元结构，通过在红外探测结构的边缘设置凹槽结构，利用凹槽结构来吸收和反射入射到凹槽结构侧壁的红外光，从而防止入射的红外光进入到其它像元结构中，避免了像元之间的相互串扰，提高了器件的灵敏度和准确度。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的俯视示意图
图2为图1中沿AA’方向的红外探测器像元结构的截面结构示意图
图3为图1中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5～8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各制备步骤的示意图
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。
本发明的防串扰红外探测器像元结构，通过在红外探测结构的边缘设置凹槽结构，利用凹槽结构来吸收和反射入射到凹槽结构侧壁的红外光，来防止入射的红外光进入到其它像元结构中。
以下结合附图1～6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。
请参阅图1～3，图1为本发明的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的俯视示意图，图2为图1中沿AA’方向的红外探测器像元结构的截面结构示意图，图3为图1中的红外探测器像元结构的左视剖面结构示意图；本实施例中，请参阅图1和图3，防串扰红外探测器像元结构，位于一硅衬底00上，防串扰红外探测器像元结构具有红外探测结构03，其中，红外探测结构03位于硅衬底00上，硅衬底00中具有互连层，硅衬底00表面具有导电结构04，导电结构04与互连层相连；在硅衬底00表面还可以具有底部反射层02，底部反射层02位于导电结构04之间且底部反射层02通过介质01与导电结构04相隔离，导电结构04外侧也具有介质01用于像元之间的隔离；这里，硅衬底00上具有导电支撑柱05，红外探测器结构03的两端与导电支撑柱05顶部接触；导电支撑柱05底部与导电结构04相接触；较佳的，红外探测结构03为微桥结构，红外他侧结构03具有释放孔K；微桥结构具有下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层；电极层与导电支撑柱05相电连，从而使得红外探测结构03探测到的电信号通过电极层传输到导电支撑柱05，再通过导电支撑柱05传输到导电结构04，进而传输到互连层中，可以通过互连层传输到外部电路。
请参阅图2，红外探测结构03边缘区域具有凹槽结构G，凹槽结构G用于吸收和反射入射到凹槽结构G侧壁的红外光。这里，红外探测结构03具有主体和边缘，凹槽结构G作为红外探测结构03的边缘呈沟渠状不封闭的环绕红外探测结构03的主体。凹槽结构G作为红外探测结构03的一部分，其材料层与微桥结构的材料层相同，可以为均具有下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层；较佳的，凹槽结构G的深宽比大于1，可以更好的阻挡入射到凹槽结构G侧壁的红外光，由于入射光是多角度的，当入射光的入射角度很大时，需要增加凹槽结构G的深度，因此，还可以设置凹槽结构G的底部与硅衬底00表面具有一定间隙即可，该间隙较佳的为纳米级单位，例如，凹槽结构G的底部与硅衬底00表面的间隙可以为50nm～200nm；凹槽结构G内填充有红外吸收材料，有利于对穿过凹槽结构G的入射光的吸收，避免入射光射入到其它像元结构中。特别的，凹槽结构G侧壁具有反射层，更加有利于对入射光的反射。
此外，请参阅图4，本发明还提供了一种对上述的防串扰红外探测器像元结构的制备方法，需要说明的是，在图5～8的示意图中仅以图1中AA’方向的截面结构示意图为例进行描述；该制备方法包括：
步骤01：在硅衬底上形成牺牲层；
具体的，如图5所示，在硅衬底00上可以但不限于化学气相沉积法来沉积一层牺牲层X；牺牲层X的材料可以为：非晶硅、氧化硅或有机物。这里，硅衬底00中具有互连层，硅衬底00表面具有介质01，介质01中具有导电结构(如图3中所示)和底部反射层02，底部反射层02可以位于导电结构之间，底部反射层02和导电结构通过介质层相隔离。
步骤02：在牺牲层对应于红外探测结构边缘的凹槽结构的位置刻蚀出凹槽图案；
具体的，如图6所示，凹槽图案G’的尺寸应当与凹槽结构尺寸一致，因为后续形成红外探测结构时依附凹槽图案G’来形成凹槽结构，较佳的，凹槽图案G’的深宽比大于1。凹槽图案G’的底部与硅衬底00表面具有一定间隙即可，例如，凹槽图案G’的底部与硅衬底00表面的间隙可以为50nm～200nm；
步骤03：在牺牲层上形成红外探测结构，在凹槽图案中的红外探测结构的边缘区域形成凹槽结构；
具体的，完成步骤03的结构如图7所示；这里，在沉积红外探测结构03之前，先在凹槽图案G’的底部和侧壁沉积一层反射层；
然后，可以在牺牲层X上依次形成下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层，关于这些材料层的形成可以采用常规工艺这里不再赘述。红外探测结构03边缘依附凹槽图案G’形成凹槽结构G。红外探测结构03中还具有释放孔(如图3所示)，用于后续的释放工艺释放出牺牲层X的材料。
然后，还可以在凹槽结构G中沉积红外吸收材料；
步骤04：进行释放工艺，去除牺牲层，在红外探测结构下方形成空腔。
具体的，完成步骤04的结构如图8所示；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，附图中的红外探测结构03简化方式表达，对于上述实施例中提及的上释放保护层、电极层、红外敏感材料层和下释放保护层未示出。
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 (9)
1.一种防串扰红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，其特征在于，所述防串扰红外探测器像元结构具有红外探测结构，所述红外探测结构边缘区域具有凹槽结构，凹槽结构用于吸收和反射入射到凹槽结构侧壁的红外光；所述红外探测结构具有主体和边缘，所述凹槽结构作为所述红外探测结构的边缘呈沟渠状不封闭的环绕所述红外探测结构的主体。
2.根据权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构，其特征在于，所述凹槽结构的深宽比大于1。
3.根据权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构，其特征在于，所述凹槽结构内填充有红外吸收材料。
4.根据权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构，其特征在于，所述凹槽结构侧壁具有反射层。
5.根据权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构，其特征在于，所述硅衬底中具有互连层，所述硅衬底表面具有导电结构，导电结构与互连层相连；所述硅衬底上具有导电支撑柱，所述红外探测器结构的两端与导电支撑柱顶部接触；所述导电支撑柱底部与所述导电结构相接触。
6.根据权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构，其特征在于，所述红外探测结构为微桥结构；微桥结构具有下释放保护层、红外敏感材料层、电极层和上释放保护层。
7.一种权利要求1所述的防串扰红外探测器像元结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤01：在所述硅衬底上形成牺牲层；
步骤02：在牺牲层对应于所述红外探测结构边缘的凹槽结构的位置刻蚀出凹槽图案；
步骤03：在所述牺牲层上形成红外探测结构，在所述凹槽图案中的红外探测结构的边缘区域形成所述凹槽结构；
步骤04：进行释放工艺，去除牺牲层，在所述红外探测结构下方形成空腔。
8.根据权利要求7所述的防串扰红外探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，还包括：在所述凹槽结构中沉积红外吸收材料。
9.根据权利要求7所述的防串扰红外探测器像元结构的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，在沉积所述红外探测结构之前，先在所述凹槽图案的底部和侧壁沉积一层反射层。
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