CN107697881B - 一种红外传感器结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种红外传感器结构及其制备方法，通过在互连层顶部的顶部介质层中刻蚀出沟槽，并沟槽之上制备红外探测结构，从而在红外探测结构和互连层直接接触后，使沟槽形成空腔，利用互连层来支撑红外探测结构，解决了传统红外传感器结构中采用支撑孔来支撑红外探测结构的支撑力受到限制的问题；并且，简化了红外传感器的结构和制备工艺，大大减少了工艺成本，有利于大规模生产，还减薄了红外传感器的纵向高度，有利于实现红外传感器结构的轻薄化。

Description

一种红外传感器结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种红外传感器结构及其制备方法。
背景技术
红外传感器是通过探测红外光线的变化来探测物体的信息。常规红外传感器在后道互连之上形成MEMS微桥谐振腔结构，但往往面临平坦化、工艺复杂性等问题。尤其是单芯片集成时，一般会在原有ASIC(Application Specific Integrated Circuits，为专门目的而设计的集成电路)电路之上通过支撑孔来支撑和叠加一个红外探测结构(MEMS)，由于MEMS结构整体较厚，会引起严重的应力作用于支撑孔上，然而，支撑孔的尺寸有限，从而对MEMS结构的支撑能力受到限制。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种红外传感器结构及其制备方法，从而降低器件整体的厚度，提高支撑结构的支撑能力。
为了达到上述目的，本发明提供了一种红外传感器结构，位于一半导体衬底上，其包括：
互连层，位于半导体衬底表面，互连层的顶部为顶部介质层，在顶部介质层中设置有金属通孔；
位于互连层上的红外探测结构，红外探测结构具有电极层和红外敏感材料层；电极层与金属通孔顶部相接触；
位于金属通孔之间的顶部介质层中具有沟槽，从而在红外探测结构下方构成空腔。
优选地，互连层具有导电金属层，导电金属层设置在所述顶部介质层底部；并且，沟槽底部的暴露出的导电金属层，用于反射入射光回到所述空腔内，从而使所述空腔形成谐振腔。
优选地，所述金属通孔顶部还设置有接触块，所述红外探测结构的电极层与接触块相接触，所述电极层通过接触块实现与金属通孔的电连。
优选地，还包括电容结构；所述导电金属层构成沟槽底部的一部分；所述导电金属层还作为电容结构的下电极板；
在沟槽底部的互连层中还设置有第一导电接触孔，第一导电接触孔的顶部与导电金属层的底部相接触而电连；
在沟槽底部的未被导电金属层占据的互连层中设置有第二导电接触孔；在第二导电接触孔底部的互连层中还设置有第三导电接触孔，第二导电接触孔的底部与第三导电接触孔的顶部相接触；
在第二导电接触孔顶部、暴露的互连层表面和导电金属层表面设置有电容间介质层，对应于第二导电接触孔的电容间介质层中设置有第四导电接触孔，第四导电接触孔的底部与第二导电接触孔的顶部接触；
在第四导电接触孔表面、电容间介质层表面以及沟槽侧壁设置有顶部导电金属层，顶部导电金属层作为电容结构的下电极板，顶部导电金属层和红外探测结构之间形成空腔，顶部导电金属层还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔；
所述顶部导电金属层与第四导电接触孔、第三导电接触孔和第二导电接触孔相电连。
优选地，多个所述红外传感器结构呈矩阵排布，且每一列的所有所述红外传感器结构的第一导电接触孔均通过第一互连金属相电连；
每一列的所有所述红外传感器结构的第三导电接触孔均通过第二互连金属相电连。
优选地，所述矩阵中，相邻的红外传感器结构的顶部介质层相接触，相邻的红外传感器结构的互连层中的介质相接触从而实现相邻的红外传感器之间的隔离。
优选地，所述顶部介质层的沟槽与所述红外探测结构之间的空腔为封闭空腔。
优选地，所述红外敏感材料层底部还设置有下释放保护层，所述电极层表面还包覆有上释放保护层。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种上述的红外传感器结构的制备方法，其包括：
步骤01：提供一半导体衬底；
步骤02：在半导体衬底表面制备互连层；其中，互连层的顶部制备顶部介质层，并且在顶部介质层中制备有金属通孔；
步骤03：在金属通孔之间的顶部介质层中刻蚀出沟槽；
步骤04：在沟槽中沉积牺牲层；
步骤05：在完成步骤04的半导体衬底上制备红外敏感材料层和电极层，通过离子注入对敏感材料层进行掺杂处理，并且使电极层与金属通孔顶部相电连；
步骤06：采用释放工艺，去除牺牲层，在红外探测结构下方形成空腔。
优选地，所述步骤02中，还包括：在金属通孔顶部制备接触块。
优选地，所述步骤05具体包括：首先，在完成步骤04的半导体衬底上沉积下释放保护层，并且图案化下释放保护层得到下释放保护层的目标尺寸；然后，在下释放保护层上沉积红外敏感材料层，并且图案化红外敏感材料层，使红外敏感材料层的边缘不延伸至所述金属通孔的上方区域、以及在红外敏感材料层中刻蚀出第一开口；接着，在金属通孔上方的下释放保护层中刻蚀出第二开口；然后，在红外敏感材料层、下释放保护层和第二开口中沉积电极层，并且图案化电极层，从而得到电极层的目标尺寸，同时刻蚀去除第一开口侧壁、底部和第一开口顶部外侧的电极层，以在电极层中形成第三开口；最后，在下释放保护层、红外敏感材料层和电极层上沉积上释放保护层，并且图案化上释放保护层，以得到上释放保护层的目标尺寸。
优选地，图案化上释放保护层时，还包括：同时刻蚀位于第一开口和第三开口中的上释放保护层，在第一开口和第三开口的上释放保护层中刻蚀出释放孔，释放孔的直径小于第一开口的宽度且小于第三开口的宽度。
优选地，所述第一开口的宽度大于所述第三开口的宽度。
优选地，所述步骤03中，所述顶部介质层底部设置互连层的导电金属层，在刻蚀出的沟槽底部还暴露出导电金属层。
优选地，所述步骤02中还包括：
步骤021：在互连层中制备出第一互连金属和第二互连金属；
步骤022：在第一互连金属顶部形成第一导电接触孔，在第二互连金属顶部形成第三导电接触孔；第一导电接触孔和第三导电接触孔同时位于沟槽下方；
步骤023：在第一导电接触孔、第三导电接触孔及其所在互连层表面制备层间介质层，在层间介质层中制备所述导电金属层、第二导电接触孔；其中，第一导电接触孔的顶部与所述导电金属层的底部相接触；第二导电接触孔位于沟槽底部的未被导电金属层占据的层间介质层中且位于第三导电接触孔上；第二导电接触孔的底部与第三导电接触孔的顶部相接触；所述导电金属层构成沟槽底部的一部分；
步骤024：在完成步骤023的衬底上形成顶部介质层；顶部介质层、所述层间介质层与互连层构成新的互连层。
优选地，多个所述红外传感器结构呈矩阵排布，且每一列的所有所述红外传感器结构的第一导电接触孔均通过第一互连金属相电连；每一列的所有所述红外传感器结构的第三导电接触孔均通过第二互连金属相电连。
优选地，所述步骤03中还包括：
步骤031：在第二导电接触孔顶部、暴露的层间介质层表面和导电金属层表面形成电容间介质层，并且在对应于第二导电接触孔的电容间介质层中形成第四导电接触孔，第四导电接触孔的底部与第二导电接触孔的顶部接触；
步骤032：在第四导电接触孔表面、电容间介质层表面以及沟槽侧壁形成顶部导电金属层，顶部导电金属层作为电容结构的下电极板，在顶部导电金属层和红外探测结构之间形成空腔，顶部导电金属层还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔；其中，
所述顶部导电金属层与第四导电接触孔、第三导电接触孔和第二导电接触孔相电连。
本发明的红外传感器结构及其制备方法，通过在互连层顶部的顶部介质层中刻蚀出沟槽，并沟槽之上制备红外探测结构，从而在红外探测结构和互连层直接接触后，使沟槽形成空腔，利用互连层来支撑红外探测结构，解决了传统红外传感器结构中采用支撑孔来支撑红外探测结构的支撑力受到限制的问题；并且，简化了红外传感器的结构和制备工艺，大大减少了工艺成本，有利于大规模生产，还减薄了红外传感器的纵向高度，有利于实现红外传感器结构的轻薄化。
附图说明
图1为本发明的实施例一的红外传感器结构的截面结构示意图
图2为图1的红外传感器结构的俯视结构示意图
图3为图1的红外传感器结构的制备方法的流程示意图
图4～9为图3的红外传感器结构的制备方法的各个制备步骤所得结构的示意图
图10为本发明的实施例二的红外传感器结构的截面结构示意图
图11为图10的红外传感器结构的俯视结构示意图
图12～15为本发明的实施例二的红外传感器结构的制备方法的步骤示意图
图16为本发明的实施例三的红外传感器结构排列呈矩阵的示意图
图17为图16中的一个红外传感器结构的沿AA'的截面结构示意图
图18为图16的一个红外传感器结构的沿BB'的截面结构示意图
图19为图16的一个红外传感器结构的沿CC'的截面结构示意图
图20～27为图16的红外传感器结构的互连层和沟槽的制备步骤示意图
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1～25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。
实施例一
请参阅图1和图2，图2中为了清楚表达各个层次之间的关系，将红外探测结构的轮廓用虚线表示，本实施例的红外传感器结构，包括：半导体衬底01，半导体衬底01表面的互连层02，互连层02上的红外探测结构03。
具体的，互连层02的顶部为顶部介质层022，在顶部介质层022中设置有金属通孔024；在金属通孔024之间的顶部介质层022中设置有沟槽，从而在红外探测结构03下方构成空腔。金属通孔024内填充的金属可以是钨、铜等。
这里，红外探测结构03直接覆盖于顶部介质层022表面，从而将沟槽封闭，使得顶部介质层022的沟槽与红外探测结构03之间的空腔成为封闭空腔Q。
在互连层02上设置有红外探测结构03，红外探测结构03具有电极层033和红外敏感材料层032；电极层033与金属通孔024顶部相接触；红外敏感材料层032底部还设置有下释放保护层031，电极层033表面还包覆有上释放保护层034，下释放保护层031和上释放保护层034将电极层033和红外敏感材料层032包裹住，而电极层033通过填充于下释放保护层031的第二开口中而与金属通孔024顶部相接触。在红外敏感材料层032中具有第一开口，在电极层033中对应于第一开口上具有第二开口，这里，第二开口的水平宽度大于第一开口的水平宽度，下释放保护层031形成于第一开口和第二开口的侧壁，位于第一开口和第二开口之间的上释放保护层034以及位于第一开口底部的下释放保护层031中贯穿设置有释放孔K，释放孔K用于释放工艺时释放牺牲层材料。需要说明的是，释放孔K的直径相对于红外探测结构03的尺寸非常小，几乎可以忽略，因此，释放孔K的存在不会影响红外探测结构03的探测质量。
本实施例中，由于互连层中通常具有介质、导电金属层，因此，利用互连层中的导电金属层作为反射层，节约空间；具体的，顶部介质层022底部设置有导电金属层023，在沟槽底部暴露出的导电金属层023构成空腔的底部，用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔。此外，导电金属层023之间还有底部介质层021相隔离。
本实施例中，由于导电金属层023不仅作为导电层还起到反射层的作用，因此，导电金属层023应当具有良好的导电性能和反射光的性能。较佳的，导电金属层023的材料可以为铝、铜等。
请参阅图3，本实施例的红外传感器结构的制备方法，包括：
步骤01：请参阅图4，提供一半导体衬底01；
具体的，本实施例的半导体衬底01可以为硅衬底；
步骤02：请参阅图5，在半导体衬底01表面制备互连层02；其中，互连层02的顶部制备顶部介质层022，并且在顶部介质层022中制备有金属通孔024；
具体的，可以但不限于常规的互连层制备工艺来制备本实施例的互连层02。例如，可以包括：首先，在半导体衬底01表面沉积底部介质层021，在底部介质层021中刻蚀出导电金属层023的图案，其中，刻蚀出对应于后续制备的空腔底部的导电金属层023的图案；然后，在底部介质层021中所刻蚀出的图案中沉积导电金属材料，从而形成导电金属层023；接着，在导电金属层023和底部介质层021表面沉积顶部介质层022，并且，在顶部介质层022中形成金属通孔024。
步骤03：请参阅图6，在金属通孔024之间的顶部介质层022中刻蚀出沟槽；
具体的，刻蚀金属通孔024之间的顶部介质层022，在顶部介质层022中刻蚀出沟槽，沟槽对应于空腔下方，沟槽底部暴露出导电金属层023；
步骤04：请参阅图7，在沟槽中沉积牺牲层X；
具体的，可以但不限于采用化学气相沉积的方法在沟槽中沉积牺牲层X；如有牺牲层X沉积在沟槽外侧的顶部介质层表面，可以但不限于采用化学机械抛光工艺将沟槽外侧的顶部介质层表面的牺牲层X去除，以确保后续的红外探测结构能够直接覆盖接触顶部介质层X顶部和金属通孔024顶部，使红外探测结构与沟槽之间形成封闭空腔。牺牲层X的材料可以为非晶硅、有机牺牲材料等。
步骤05：请参阅图8，在完成步骤04的半导体衬底01上制备红外敏感材料层032和电极层033，通过离子注入对敏感材料层进行掺杂处理，并且使电极层033与金属通孔024顶部相电连；
具体的，首先，在牺牲层X表面、顶部介质层022表面和金属通孔024表面沉积下释放保护层031，并且图案化下释放保护层031得到下释放保护层031的目标尺寸；然后，在下释放保护层031上沉积红外敏感材料层032，通过离子注入对敏感材料层032进行掺杂处理，并且图案化红外敏感材料层032，使红外敏感材料层032的边缘不延伸至金属通孔024的上方区域、以及在红外敏感材料层032中刻蚀出第一开口；接着，在金属通孔024上方的下释放保护层031中刻蚀出第二开口，以暴露出金属通孔024顶部；然后，在红外敏感材料层032、下释放保护层031和第二开口中包括暴露的金属通孔024顶部沉积电极层033，使电极层33与金属通孔024顶部相接触，并且图案化电极层033，从而得到电极层033的目标尺寸，同时刻蚀去除第一开口侧壁、底部和第一开口顶部外侧的电极层033，以在电极层033中制备出第三开口；最后，在下释放保护层031、红外敏感材料层032和电极层033上沉积上释放保护层034，并且图案化上释放保护层034，以得到上释放保护层034的目标尺寸。本实施例中，为了使后续制备释放孔K时不损伤到电极层033和红外敏感材料层032，同时为了提高红外敏感材料层032对电极层033的支撑能力，第一开口的宽度大于第三开口的宽度。
由于红外探测结构03与沟槽之间形成了封闭空腔，后续还需释放掉牺牲层，因此，要在上释放保护层031、导电层033、红外敏感材料层032和下释放保护层034中贯穿设置释放孔K，在图案化上释放保护层034时，还包括释放孔K的制备过程，具体包括：同时刻蚀位于第一开口和第三开口中的上释放保护层034，在第一开口和第三开口之间的上释放保护层034和下释放保护层031中刻蚀出释放孔K，释放孔K的直径小于第一开口的宽度且小于第三开口的宽度。
步骤06：请参阅图9，采用释放工艺，去除牺牲层X，在红外探测结构03下方形成空腔Q。
具体的，释放工艺可以采用常规释放工艺，这是本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。
实施例二
本实施例二的红外传感器结构与实施例一的红外传感器结构的不同之处在于，请参阅图10和图11，图11中为了清楚表达各个层次之间的关系，将红外探测结构的轮廓用虚线表示。本实施例二的红外传感器结构中，在互连层02的金属通孔024顶部还设置有接触块04，红外探测结构03的电极层033与接触块04相接触，电极层033通过接触块04实现与金属通孔024的电连。具体的，下释放保护层031沉积在接触块04顶部，从而可以通过接触块04来支撑整个红外探测结构03。电极层033填充于下释放保护层031的开口中而实现与接触块04的接触。由于本实施例二的红外探测结构03是架设在接触块04之上，当接触块04形成连续封闭环绕空腔Q的结构时，空腔Q是封闭的，此时，红外探测结构03中仍需设置释放孔K，从而在制备时可利用释放孔K释放掉牺牲层。其它结构与实施例一的相关描述相同，这里不再赘述。而还有另一种情况，即当接触块04不形成连续封闭环绕空腔Q的结构时，空腔Q将不再是封闭的，此时，红外探测结构03中也可以不设置释放孔，而在制备时可以利用空腔周围的空隙使牺牲层释放掉。
因此，本实施例二的红外传感器结构的制备方法，包括：
步骤01：提供一半导体衬底；
具体的，实施例二的步骤01与实施例一的步骤01相同，可以参见实施例一的步骤01的描述，这里不再赘述。
步骤02：在半导体衬底表面制备互连层；其中，互连层的顶部制备顶部介质层，并且在顶部介质层中制备有金属通孔；
具体的，本实施例二的步骤02与实施例一的步骤02相同，可以参见实施例一的步骤02的描述，这里不再赘述。
步骤03：在金属通孔之间的顶部介质层中刻蚀出沟槽；
具体的，实施例二的步骤03与实施例一的步骤03相同，可以参见实施例一的步骤03的描述，这里不再赘述。
步骤04：请参阅图12，在沟槽中沉积牺牲层；
具体的，本步骤04与实施例一的步骤04的区别在于，本实施例二的步骤04中，牺牲层X沉积于沟槽中和沟槽外侧的顶部介质层022表面和金属通孔024顶部，并且平坦化牺牲层X顶部，使得平坦化后的牺牲层X顶部高于顶部介质层022的顶部。
本实施例二中的步骤04中，在制备好牺牲层X之后还包括：请参阅图13，在对应于金属通孔024上的牺牲层X中刻蚀出开口，在开口中填充导电金属，并且采用刻蚀或研磨工艺使导电金属顶部与牺牲层X顶部齐平，从而形成接触块04。
步骤05：请参阅图14，在完成步骤04的半导体衬底01上制备红外敏感材料层032和电极层033，并且使电极层033与金属通孔024顶部相电连；
具体的，本实施例二的步骤05中可以包括：在牺牲层X表面、顶部介质层022表面和接触块04表面制备红外敏感材料层032和电极层033，并且使电极层033与金属通孔顶部相接触。具体包括以下过程：首先，在牺牲层X表面、顶部介质层022表面和接触块04表面沉积下释放保护层031，并且图案化下释放保护层031得到下释放保护层031的目标尺寸；然后，在下释放保护层031上沉积红外敏感材料层032，并且图案化红外敏感材料层032，使红外敏感材料层032的边缘不延伸至金属通孔024的上方区域、以及在红外敏感材料层032中刻蚀出第一开口；接着，对应于金属通孔024上方的下释放保护层031中刻蚀出第二开口，以暴露出接触块04的顶部；然后，在红外敏感材料层032、下释放保护层031和第二开口中包括暴露的接触块04的顶部沉积电极层033，使电极层33与接触块04的顶部相接触，从而实现电极层33与金属通孔024的电连，并且图案化电极层033，从而得到电极层033的目标尺寸，同时刻蚀去除第一开口侧壁、底部和第一开口顶部外侧的电极层033，以在电极层033中制备出第三开口；最后，在下释放保护层031、红外敏感材料层032和电极层033上沉积上释放保护层034，并且图案化上释放保护层034，以得到上释放保护层034的目标尺寸。
由于红外探测结构03与沟槽之间形成了封闭空腔，后续还需释放掉牺牲层X，因此，要在上释放保护层031、导电层033、红外敏感材料层032和下释放保护层034中也依然贯穿设置释放孔K。
步骤06：请参阅图15，采用释放工艺，去除牺牲层X，在红外探测结构03下方形成空腔Q。
具体的，请结合附图10，步骤06释放掉牺牲层X后，由于接触块04围绕沟槽形成封闭图形，则红外探测结构03和接触块04以及互连层02之间形成了封闭空腔Q。
需要说明的是，上述步骤01～03与实施例一的相应步骤01～03相同，可以参见实施例一的相关描述，这里不再赘述。
实施例三
请参阅图17，本实施例三的红外传感器结构与上述实施例一的红外传感器结构的区别在于，本实施例三的红外传感器结构还包括电容结构。
本实施例中，导电金属层023构成沟槽底部的一部分；导电金属层023还作为电容结构的下电极板。
在沟槽底部的互连层02中还设置有第一导电接触孔028，第一导电接触孔028的顶部与导电金属层023的底部相接触而电连。
在沟槽底部的未被导电金属层023占据的互连层02中设置有第二导电接触孔0292；在第二导电接触孔0292底部的互连层02中这里为层间介质层021还设置有第三导电接触孔0293，第二导电接触孔0292的底部与第三导电接触孔0293的顶部相接触。
需要说明的是，第一导电接触孔028和第三导电接触孔0293可以分别设置于红外传感器结构的两边，或者但凡使第一导电接触孔028和第三导电接触孔0293不接触的两个区域都可以采用。这里，图18和19中分别以第一导电接触孔028设置于红外传感器结构的中间，第三导电接触孔0293设置于红外传感器结构的左边为例。并且，为了便于表达，图18中仅示出了BB'方向的相邻的两个红外传感器结构的示意图，图19中仅示出了CC'方向的相邻的两个红外传感器结构的示意图，图17中仅示出了AA'方向的一个红外传感器结构的示意图。
在第二导电接触孔0292顶部、暴露的互连层(这里为层间介质层021)表面和导电金属层023表面设置有电容间介质层04，对应于第二导电接触孔0292的电容间介质层04中设置有第四导电接触孔041，第四导电接触孔041的底部与第二导电接触孔0292的顶部接触。
在第四导电接触孔041表面、电容间介质层04表面以及沟槽侧壁设置有顶部导电金属层05，顶部导电金属层05作为电容结构的下电极板，顶部导电金属层05和红外探测结构03之间形成空腔，顶部导电金属层05还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔。
这里，顶部导电金属层05与第四导电接触孔041、第三导电接触孔0293和第二导电接触孔0292相电连。
请参阅图16，本实施例三的红外传感器结构呈矩阵排布，这里为5×6矩阵。请参阅图18，本实施例三的每一列的所有红外传感器结构的第一导电接触孔028均通过第一互连金属026相电连；请参阅图19，每一列的所有红外传感器结构的第三导电接触孔0293均通过第二互连金属027相电连。矩阵中，相邻的红外传感器结构的顶部介质层022相接触，相邻的红外传感器结构的互连层02中的层间介质021及其它层间介质层相接触，从而实现相邻的红外传感器之间的隔离。
本实施例三的红外传感器结构的制备方法与实施例一的红外传感器的制备方法的区别在于，步骤02的互连层的制备和步骤03中沟槽的制备过程。而本实施例三的其它过程与实施例一相同，可以参考实施例一的步骤01以及步骤04～06，这里不再赘述。
本实施例三的步骤02中还包括：
步骤021：请参阅图20，在互连层中制备出第一互连金属026和第二互连金属027；这里，需要说明是，同时还形成作为红外探测结构引出的互连金属，如图19中第一互连金属026和第二互连金属027两侧的互连金属。
步骤022：请参阅图21，在第一互连金属026顶部形成第一导电接触孔028，在第二互连金属027顶部形成第三导电接触孔0293；所形成的第一导电接触孔028和第三导电接触孔0293同时对应于后续形成的沟槽下方；这里，需要说明是，同时还形成作为红外探测结构引出的导电接触孔，如图21中第一导电接触孔028和第三导电接触孔0293两侧的导电接触孔。
步骤023：请参阅图22，在第一导电接触孔028、第三导电接触孔0293及其所在互连层表面制备层间介质层021，在层间介质层021中制备导电金属层023、第二导电接触孔0292；其中，第一导电接触孔028的顶部与导电金属层023的底部相接触；第二导电接触孔0292位于沟槽底部的未被导电金属层203占据的层间介质层021中且位于第三导电接触孔0293上；第二导电接触孔0292的底部与第三导电接触孔0293的顶部相接触；导电金属层023构成沟槽底部的一部分；
步骤024：请参阅图23，在完成步骤023的衬底上形成顶部介质层022；顶部介质层022、层间介质层021与互连层构成新的互连层02。这里，形成顶部介质层022后还可以包括在顶部介质层022中形成金属通孔024；当然，金属通孔024也可以在步骤03之后制备。
本实施例三的步骤03在刻蚀沟槽之后还可以包括：
步骤031：请参阅图24，在第二导电接触孔0292顶部、暴露的层间介质层021表面和导电金属层023表面形成电容间介质层04，并且在对应于第二导电接触孔0292的电容间介质层04中形成第四导电接触孔041，第四导电接触孔041的底部与第二导电接触孔0292的顶部接触；
步骤032：请参阅图25，在第四导电接触孔041表面、电容间介质层04表面以及沟槽侧壁形成顶部导电金属层05，顶部导电金属层05作为电容结构的下电极板，在顶部导电金属层05和后续的红外探测结构之间形成空腔，顶部导电金属层05还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔；其中，顶部导电金属层05与第四导电接触孔041、第三导电接触孔0293和第二导电接触孔0292相电连。
本实施例三中，请再次参阅图18，本实施例三的每一列的所有红外传感器结构的第一导电接触孔028均通过第一互连金属026相电连；请再次参阅图19，每一列的所有红外传感器结构的第三导电接触孔0293均通过第二互连金属027相电连。矩阵中，相邻的红外传感器结构的顶部介质层022相接触，相邻的红外传感器结构的互连层02中的层间介质021及其它层间介质层相接触，从而实现相邻的红外传感器之间的隔离。
请参阅图26，本实施例三的红外传感器结构所在芯片的排布图，其中，传统的芯片排布中电容结构与红外传感器结构相互分离制备，为了提高电容值，将电容结构做的很大，因此，电容结构所占的区域面积很大，这严重制约了芯片的集成度的提高和器件的分辨率的提高。为了解决该问题，本实施例三中的电容结构设置于沟槽底部，也即是融合于红外传感器结构中，无需再将红外传感器结构与电容结构单独制备和单独占据一个区域，从而缩小了电容结构所占芯片中的面积，使得红外传感器结构的阵列区域面积得到增大，从而提高了红外传感器结构的集成度和器件分辨率。进一步的，将每一列的红外传感器结构的电容结构相互并联设置，提高了电容值，如图27，为红外传感器结构所形成的芯片的电路示意图，电容结构的电容值的提高，能够在不增加电容结构的面积的情况下，达到所需目标电容值，避免电容结构整合于红外传感器结构中而可能导致的电容值达不到目标电容值的问题。
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 (13)

1.一种红外传感器结构，位于一半导体衬底上，其特征在于，包括：
互连层，位于半导体衬底表面，互连层的顶部为顶部介质层，在顶部介质层中设置有金属通孔；
位于互连层上的红外探测结构，红外探测结构具有电极层和红外敏感材料层；电极层与金属通孔顶部相接触；
位于金属通孔之间的顶部介质层中具有沟槽，从而在红外探测结构下方构成空腔；其中，互连层具有导电金属层，导电金属层设置在所述顶部介质层底部；并且，沟槽底部暴露出导电金属层，该沟槽底部暴露出的导电金属层用于反射入射光回到所述空腔内，从而使所述空腔形成谐振腔；
还包括电容结构；所述导电金属层构成沟槽底部的一部分；所述导电金属层还作为电容结构的下电极板；
在沟槽底部的互连层中还设置有第一导电接触孔，第一导电接触孔的顶部与导电金属层的底部相接触而电连；
在沟槽底部的未被导电金属层占据的互连层中设置有第二导电接触孔；在第二导电接触孔底部的互连层中还设置有第三导电接触孔，第二导电接触孔的底部与第三导电接触孔的顶部相接触；
在第二导电接触孔顶部、暴露的互连层表面和导电金属层表面设置有电容间介质层，对应于第二导电接触孔的电容间介质层中设置有第四导电接触孔，第四导电接触孔的底部与第二导电接触孔的顶部接触；
在第四导电接触孔表面、电容间介质层表面以及沟槽侧壁设置有顶部导电金属层，顶部导电金属层作为电容结构的下电极板，顶部导电金属层和红外探测结构之间形成空腔，顶部导电金属层还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔；
所述顶部导电金属层与第四导电接触孔、第三导电接触孔和第二导电接触孔相电连。
2.根据权利要求1所述的红外传感器结构，其特征在于，所述金属通孔顶部还设置有接触块，所述红外探测结构的电极层与接触块相接触，所述电极层通过接触块实现与金属通孔的电连。
3.根据权利要求1所述的红外传感器结构，其特征在于，多个所述红外传感器结构呈矩阵排布，且每一列的所有所述红外传感器结构的第一导电接触孔均通过第一互连金属相电连；
每一列的所有所述红外传感器结构的第三导电接触孔均通过第二互连金属相电连。
4.根据权利要求3所述的红外传感器结构，其特征在于，所述矩阵中，相邻的红外传感器结构的顶部介质层相接触，相邻的红外传感器结构的互连层中的介质相接触从而实现相邻的红外传感器之间的隔离。
5.根据权利要求1所述的红外传感器结构，其特征在于，所述顶部介质层的沟槽与所述红外探测结构之间的空腔为封闭空腔。
6.根据权利要求1所述的红外传感器结构，其特征在于，所述红外敏感材料层底部还设置有下释放保护层，所述电极层表面还包覆有上释放保护层。
7.一种权利要求1所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤01：提供一半导体衬底；
步骤02：在半导体衬底表面制备互连层；其中，互连层的顶部制备顶部介质层，并且在顶部介质层中制备有金属通孔；
步骤03：在金属通孔之间的顶部介质层中刻蚀出沟槽；
步骤04：在沟槽中沉积牺牲层；
步骤05：在完成步骤04的半导体衬底上制备红外敏感材料层和电极层，通过离子注入对敏感材料层进行掺杂处理，并且使电极层与金属通孔顶部相电连；
步骤06：采用释放工艺，去除牺牲层，在红外探测结构下方形成空腔；
其中，所述步骤02中还包括：
步骤021：在互连层中制备出第一互连金属和第二互连金属；
步骤022：在第一互连金属顶部形成第一导电接触孔，在第二互连金属顶部形成第三导电接触孔；第一导电接触孔和第三导电接触孔同时位于沟槽下方；
步骤023：在第一导电接触孔、第三导电接触孔及其所在互连层表面制备层间介质层，在层间介质层中制备导电金属层、第二导电接触孔；其中，第一导电接触孔的顶部与所述导电金属层的底部相接触；第二导电接触孔位于沟槽底部的未被导电金属层占据的层间介质层中且位于第三导电接触孔上；第二导电接触孔的底部与第三导电接触孔的顶部相接触；所述导电金属层构成沟槽底部的一部分；
步骤024：在完成步骤023的衬底上形成顶部介质层；顶部介质层、所述层间介质层与互连层构成新的互连层；
所述步骤03中还包括：
步骤031：在第二导电接触孔顶部、暴露的层间介质层表面和导电金属层表面形成电容间介质层，并且在对应于第二导电接触孔的电容间介质层中形成第四导电接触孔，第四导电接触孔的底部与第二导电接触孔的顶部接触；
步骤032：在第四导电接触孔表面、电容间介质层表面以及沟槽侧壁形成顶部导电金属层，顶部导电金属层作为电容结构的下电极板，在顶部导电金属层和红外探测结构之间形成空腔，顶部导电金属层还用于反射入射光回到空腔内，从而使空腔形成谐振腔；其中，
所述顶部导电金属层与第四导电接触孔、第三导电接触孔和第二导电接触孔相电连。
8.根据权利要求7所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，所述步骤02中，还包括：在金属通孔顶部制备接触块。
9.根据权利要求7所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，所述步骤05具体包括：首先，在完成步骤04的半导体衬底上沉积下释放保护层，并且图案化下释放保护层得到下释放保护层的目标尺寸；然后，在下释放保护层上沉积红外敏感材料层，并且图案化红外敏感材料层，使红外敏感材料层的边缘不延伸至所述金属通孔的上方区域、以及在红外敏感材料层中刻蚀出第一开口；接着，在金属通孔上方的下释放保护层中刻蚀出第二开口；然后，在红外敏感材料层、下释放保护层和第二开口中沉积电极层，并且图案化电极层，从而得到电极层的目标尺寸，同时刻蚀去除第一开口侧壁、底部和第一开口顶部外侧的电极层，以在电极层中形成第三开口；最后，在下释放保护层、红外敏感材料层和电极层上沉积上释放保护层，并且图案化上释放保护层，以得到上释放保护层的目标尺寸。
10.根据权利要求9所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，图案化上释放保护层时，还包括：同时刻蚀位于第一开口和第三开口中的上释放保护层，在第一开口和第三开口的上释放保护层中刻蚀出释放孔，释放孔的直径小于第一开口的宽度且小于第三开口的宽度。
11.根据权利要求10所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，所述第一开口的宽度大于所述第三开口的宽度。
12.根据权利要求7所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，所述顶部介质层底部设置互连层的导电金属层，在刻蚀出的沟槽底部还暴露出导电金属层。
13.根据权利要求7所述的红外传感器结构的制备方法，其特征在于，多个所述红外传感器结构呈矩阵排布，且每一列的所有所述红外传感器结构的第一导电接触孔均通过第一互连金属相电连；每一列的所有所述红外传感器结构的第三导电接触孔均通过第二互连金属相电连。
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