CN107180888B - 一种高电阻率的红外探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高电阻率的红外探测器及其制备方法，该红外探测器包括：至少一鳍结构单元，其具有至少一条鳍结构；敏感层，设置在鳍结构单元的侧壁，并且，具有一开口，从而使得敏感层具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触；第一电极层和第二电极层分别与两个端部一一连接，并且第一电极层和第二电极层之间互不接触。本发明通过设置垂直侧壁敏感层来提高敏感层电阻率，同时还确保降低光刻对敏感层的影响。

Description

一种高电阻率的红外探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种高电阻率的红外探测器及其制备方法。
背景技术
传统非制冷式红外探测器敏感层是平面结构，如图1所示，上下电极之间夹设敏感层。传统电阻设计时，其阻值受到光刻和刻蚀尺寸、薄膜厚度等诸多因素的影响，导致其均匀性变差；阵列内像元敏感电阻均匀性变差以后，需要通过ASIC电路设计中增加补偿电阻进行补偿，但该技术的补偿能力是有限的，且会增加电路的复杂性和成本，导致产品整体性能下降、成本上升。此外由于部分敏感材料的电阻率较高，而减小偏制电压必须降低敏感电阻的设计值，此时，对传统平面结构来说是非常困难的。
因此，急需研究如何在确保电阻均匀性的前提下以及在降低光刻、薄膜厚度对敏感层的影响的前提下，实现对敏感层的电阻大小的灵活调节，从而提高敏感层精度和整个器件的灵敏度。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种红外探测器及其制备方法，通过设置垂直侧壁敏感层来提高敏感层电阻率，同时还确保降低光刻对敏感层的影响。
为了达到上述目的，本发明提供了一种红外探测器，其包括：
至少一鳍结构单元，其具有至少一条鳍结构；
敏感层，设置在鳍结构单元的侧壁，并且，具有一开口，从而使得敏感层具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触；
第一电极层和第二电极层分别与两个端部一一连接，并且第一电极层和第二电极层之间互不接触。
优选地，在敏感层之间的鳍结构单元顶部还设置有离子注入形成的阻挡层。
优选地，所述开口的宽度小于或等于第一电极层和第二电极层之间的距离。
优选地，所述第一电极层依附在鳍结构单元的一个侧壁的端部表面，所述第二电极层依附在鳍结构单元的另一个侧壁的端部表面。
优选地，所述鳍结构单元为U型鳍结构，包括两条沿第一方向的平行的鳍和一条沿第二方向的鳍，沿第二方向的鳍将沿第一方向的两条鳍的端部连接起来。
优选地，所述敏感层依附所述U型鳍结构的内侧壁和外侧壁，且不设置于所述U型鳍结构的沿第二方向的鳍的侧壁。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种红外探测器的制备方法，其包括：
步骤01：形成至少一鳍结构单元；
步骤02：在鳍结构单元的全部侧壁形成敏感层；
步骤03：刻蚀鳍结构单元的部分侧壁上的敏感层，在敏感层中刻蚀出一开口，从而使得敏感层具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触，并且对应于开口的鳍结构单元的侧壁暴露出来；
步骤04：在两个端部分别形成第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层不接触。
优选地，所述步骤01和步骤02之间，还包括：在鳍结构单元的顶部进行离子注入形成阻挡层。
优选地，所述步骤04包括：首先，在鳍结构单元顶部和暴露的鳍结构单元的侧壁、敏感层顶部和侧壁形成电极材料层；然后，刻蚀电极材料层，形成第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层不接触。
优选地，步骤03中，所形成的开口的宽度小于或等于第一电极层和第二电极层之间的距离。
本发明的红外探测器，采用垂直侧壁敏感层的设计，根据公式R＝ρ*L/(W*t)，W是宽度，L是长度，t是厚度，这里，忽略掺杂薄膜的厚度，非掺杂薄膜厚度作为W，鳍结构的长度作为L，从而得到的电阻率R较大，因此，在确保电阻均匀性的前提下以及在降低光刻、薄膜厚度对敏感层的影响的前提下，利用垂直侧壁实现对敏感层的电阻大小的灵活调节。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的红外探测器的俯视结构示意图
图2为图1的红外探测器的沿A方向的结构示意图
图3为本发明的另一个较佳实施例的红外探测器的俯视结构示意图
图4为图3的红外探测器沿B方向的结构示意图
图5为本发明的一个较佳实施例的红外探测器的制备方法的流程示意图
图6～15为图5的红外探测器的制备方法的各个制备步骤示意图
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。
以下结合附图1～9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。
本实施例的一种红外探测器包括：鳍结构单元01、敏感层03、第一电极与第二电极04。
具体的，请参阅图1～2，本实施例的鳍结构单元01可以具有一条U型鳍结构，包括两条沿第一方向的鳍和沿第二方向的鳍，沿第二方向的鳍将沿第一方向的两条鳍的端部连接起来。这里的第一方向和第二方向垂直，第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向。敏感层03设置在鳍结构单元01的侧壁，并且，具有一开口，从而使得敏感层03形成两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触。具体的，敏感层03依附U型鳍结构的内侧壁和外侧壁，且不设置于U型鳍结构的沿第二方向(水平方向)的鳍的侧壁。这里，开口的宽度可以小于或等于第一电极层与第二电极层04之间的距离。当然，在其它实施例中，开口的宽度大于第一电极层与第二电极层04之间的距离，此时，开口不设置于U型鳍结构的沿水平方向的鳍的侧壁，而设置于U型鳍结构的两个沿竖直方向的鳍的侧壁。
此外，本实施例中，在敏感层03之间的鳍结构单元01顶部还可以设置有离子注入形成的阻挡层02，避免鳍结构单元01两侧壁的敏感层03之间的电连而发生短路。
第一电极层与第二电极层04分别与敏感层03的两个端部一一连接，并且第一电极层与第二电极层04之间互不接触。本实施例中，为了实现第一电极层与第二电极层04的引出，第一电极层依附在鳍结构单元01的开口的一个侧壁的端部表面，第二电极层依附在鳍结构单元01的开口的另一个侧壁的端部表面。
根据公式R＝ρ*L/(W*t)，W是宽度，L是长度，t是厚度，这里，掺杂薄膜为敏感层，非掺杂薄膜为鳍，忽略敏感层的厚度，鳍的高度为W，鳍结构单元的周长作为L，从而得到较高的电阻率R，因此，在确保电阻均匀性的前提下以及在降低光刻、薄膜厚度对敏感层的影响的前提下，利用垂直侧壁实现对敏感层03的电阻大小的灵活调节。
此外，在本发明的其它实施例中，请参阅图3～4，这里的鳍结构单元01为一条矩形鳍结构，敏感层03设置在鳍结构单元01的侧壁，并且，具有一开口，从而使得敏感层03形成两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触；第一电极层与第二电极层04分别与两个端部一一连接，并且第一电极层与第二电极层04之间互不接触。关于矩形鳍结构构成的探测器与上述U型鳍结构构成的探测器的其它结构均相同，这里不再赘述。
此外，请参阅图5，本实施例中针对上述的U型鳍结构的红外探测器的制备方法可以包括以下步骤：
步骤01：请参阅图6～8，形成至少一鳍结构单元01；
具体的，可以包括：请参阅图6，提供一衬底00，为了避免后续形成的U型鳍结构中鳍两侧壁的敏感层03之间的电连和短路，还包括：在衬底00上沉积鳍结构单元的材料层，然后，离子注入在鳍结构单元的材料层表面形成阻挡层02，最后，图案化阻挡层02和鳍结构单元的材料层，从而形成如图7和图8所示的结构，图8为图7的俯视结构示意图。
步骤02：请参阅图9～11，在鳍结构单元01的全部侧壁形成敏感层03；
具体的，可以首先在完成步骤01的衬底00上沉积敏感层03，如图9所示；然后采用等离子体各向异性刻蚀工艺去除鳍结构单元的顶部的敏感层，保留鳍结构单元的全部侧壁的敏感层，如图10和图11所示，图11为图10的俯视结构示意图。
步骤03：请参阅图12，刻蚀鳍结构单元01的部分侧壁上的敏感层03，在敏感层03中刻蚀出一开口，从而使得敏感层03具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触，并且对应于开口的鳍结构单元01的侧壁暴露出来；
具体的，可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺去除鳍结构单元01的水平的鳍的外侧壁的敏感层03，所形成的开口的宽度小于或等于第一电极层与第二电极层之间的距离，开口将水平的鳍的外侧壁暴露出来。
步骤04：请参阅图13～15，在两个端部分别形成第一电极层与第二电极层04，第一电极层与第二电极层04不接触。
具体的，在沉积第一电极层与第二电极层04之前，还可以将敏感层03两端部的顶部略刻蚀一定厚度，从而确保第一电极层与第二电极层04的顶部与鳍结构单元01的顶部齐平，如图13所示，图13为图12的沿箭头方向的截面结构示意图；第一电极层与第二电极层04制备还包括：首先，在鳍结构单元01顶部和暴露的鳍结构单元01的侧壁、敏感层03顶部和侧壁形成电极材料层；然后，刻蚀电极材料层，形成第一电极层与第二电极层04，第一电极层与第二电极层04不接触，如图14和图15所示，图15为图14的俯视结构示意图。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然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为准。

Claims (9)

1.一种红外探测器，其特征在于，包括：
至少一鳍结构单元，其具有至少一条鳍结构；
敏感层，设置在鳍结构单元的侧壁，并且，具有一开口，从而使得敏感层具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触；
第一电极层和第二电极层分别与两个端部一一连接，并且第一电极层和第二电极层之间互不接触；
其中，所述鳍结构单元为U型鳍结构，包括两条沿第一方向的平行的鳍和一条沿第二方向的鳍，沿第二方向的鳍将沿第一方向的两条鳍的端部连接起来。
2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，在敏感层之间的鳍结构单元顶部还设置有离子注入形成的阻挡层。
3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述开口的宽度小于或等于第一电极层和第二电极层之间的距离。
4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述第一电极层依附在鳍结构单元的一个侧壁的端部表面，所述第二电极层依附在鳍结构单元的另一个侧壁的端部表面。
5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述敏感层依附所述U型鳍结构的内侧壁和外侧壁，且不设置于所述U型鳍结构的沿第二方向的鳍的侧壁。
6.一种权利要求1所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
步骤01：形成至少一鳍结构单元；
步骤02：在鳍结构单元的全部侧壁形成敏感层；
步骤03：刻蚀鳍结构单元的部分侧壁上的敏感层，在敏感层中刻蚀出一开口，从而使得敏感层具有两个贴附侧壁的端部，且两个端部不接触，并且对应于开口的鳍结构单元的侧壁暴露出来；
步骤04：在两个端部分别形成第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层不接触。
7.根据权利要求6所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤01和步骤02之间，还包括：在鳍结构单元的顶部进行离子注入形成阻挡层。
8.根据权利要求6所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤04包括：首先，在鳍结构单元顶部和暴露的鳍结构单元的侧壁、敏感层顶部和侧壁形成电极材料层；然后，刻蚀电极材料层，形成第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层不接触。
9.根据权利要求6所述的红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤03中，所形成的开口的宽度小于或等于第一电极层和第二电极层之间的距离。
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