CN110120437B - 一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高填充因子的红外探测器结构，包括设于衬底之上的微桥结构，微桥结构包括微桥桥面及支撑和电连接孔，微桥桥面自下而上依次设有第一释放保护层、红外敏感层、第一金属电极层和第二释放保护层，支撑和电连接孔的内壁表面上依次设有第二金属电极层、第三释放保护层，第二金属电极层自支撑和电连接孔的内壁顶部开口引出，并与第一金属电极层相连，第二金属电极层通过支撑和电连接孔的底部开口与衬底实现电性连接，第三释放保护层自支撑和电连接孔的内壁上端开口部引出，并与第二释放保护层相连。本发明能够在提高填充因子的同时，进一步提升产品性能。本发明还公开了一种高填充因子的红外探测器结构的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，更具体地，涉及一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法。
背景技术
随着红外探测器阵列越来越大，单个像元的面积也在不断缩小。
在现有的红外探测器的整个红外像元的微桥结构中，支撑孔、电连接孔等结构通常与微桥桥面处于同一层；并且，支撑孔和电连接孔是分两步光刻工艺实现的。
请参考图1，图1是现有的一种红外探测器结构示意图。如图1所示，该红外探测器结构的制作步骤一般包括：
1)在衬底10上沉积牺牲层11；
2)通过光刻刻蚀，在牺牲层11上图形化支撑孔12；
3)沉积释放保护层14和敏感层15；
4)通过光刻刻蚀，在支撑孔12中图形化电连接孔13；
5)沉积电极层16并图形化；
6)再次沉积释放保护层17并图形化。
上述现有技术中，由于电连接孔13是位于支撑孔12里面，即采用了大孔套小孔的结构，因而在光刻刻蚀电连接孔13时，为了保证光刻刻蚀工艺的实施，需要将支撑孔12和电连接孔13的尺寸设计得比较大，因此会影响到微桥面积在像元面积中的占比，导致红外感光的微桥面积比例下降，影响到探测器性能。
因此，如何红外探测器的填充因子(filling factor)，即如何提高微桥面积占整个像元面积的比例，已经成为红外探测器在缩小像元尺寸的同时保证性能的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高填充因子的红外探测器结构及其制作方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种高填充因子的红外探测器结构，包括：设于衬底之上的微桥结构，所述微桥结构包括微桥桥面及支撑和电连接孔，所述微桥桥面自下而上依次设有第一释放保护层、红外敏感层、第一金属电极层和第二释放保护层，所述支撑和电连接孔的内壁表面上依次设有第二金属电极层、第三释放保护层；其中，所述第二金属电极层自所述支撑和电连接孔的内壁顶部开口引出，并与所述第一金属电极层相连，所述第二金属电极层通过所述支撑和电连接孔的底部开口与所述衬底实现电性连接，所述第三释放保护层自所述支撑和电连接孔的内壁上端开口部引出，并与所述第二释放保护层相连。
进一步地，所述支撑和电连接孔内的第三释放保护层表面上还设有支撑及功能层，所述支撑及功能层自所述支撑和电连接孔的内壁顶部开口引出，并至少部分覆盖于所述第二释放保护层上。
进一步地，所述第一金属电极层和第二金属电极层采用相同材料形成，所述第一释放保护层至第三释放保护层采用相同材料形成。
进一步地，所述第二金属电极层通过设于所述衬底上的后道金属层与所述衬底实现电性连接。
本发明还提供了一种高填充因子的红外探测器结构的制作方法，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上沉积牺牲层；
在所述牺牲层上沉积释放保护层和红外敏感层；
自上而下刻蚀所述牺牲层，形成连通所述衬底的支撑和电连接孔；
在所述支撑和电连接孔的内壁表面以及所述红外敏感层的表面上沉积金属电极层，并图形化；
在所述金属电极层以及所述红外敏感层的表面上再次沉积释放保护层，并图形化；
通过释放工艺去除所述牺牲层，在所述衬底上形成微桥结构。
进一步地，在去除所述牺牲层之前，还包括以下步骤：
在所述支撑和电连接孔内外再次沉积的释放保护层表面上沉积支撑及功能层，并图形化。
进一步地，在所述衬底上沉积牺牲层之前，还包括以下步骤：
在所述衬底上形成后道金属层；
其中，所述金属电极层自所述支撑和电连接孔的底部开口与所述后道金属层连接。
进一步地，采用MOCVD工艺，在所述支撑和电连接孔内沉积所述金属电极层。
进一步地，所述金属电极层材料为TiN或Pt。
进一步地，所述支撑及功能层材料为SiN、SiON或SiC。
从上述技术方案可以看出，本发明通过将电连接孔和支撑孔采用同一步工艺实现，可以有效地减小所形成的支撑和电连接孔占用整个微桥的面积，同时减少了一步光刻工艺，大幅度降低了成本，并降低了工艺难度，因此能够在提高填充因子的同时，进一步提升产品性能。
附图说明
图1是现有的一种红外探测器结构示意图。
图2是本发明一较佳实施例的一种高填充因子的红外探测器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参考图2，图2是本发明一较佳实施例的一种高填充因子的红外探测器结构示意图。如图2所示，本发明的一种高填充因子的红外探测器结构，可包括：设于半导体衬底20之上的红外微桥结构60。其中，微桥结构60可包括通常水平设置的微桥桥面40及竖直设置的支撑和电连接孔50；支撑和电连接孔50的上端连接微桥桥面40，支撑和电连接孔50的下端连接衬底20。这样，微桥桥面40即可通过支撑和电连接孔50得到支撑，并实现与衬底20之间的电性连接。
请参考图2。微桥桥面40可为多层结构，其自下而上可依次设有第一释放保护层27、红外敏感层28、第一金属电极层29和第二释放保护层30。
支撑和电连接孔50内也具有多层结构，在支撑和电连接孔50的内壁表面上可依次设有第二金属电极层24、第三释放保护层25。其中，第二金属电极层24自支撑和电连接孔50的内壁顶部开口引出，并与微桥桥面40上的第一金属电极层29相连；第二金属电极层24还通过支撑和电连接孔50的底部开口，与下方的衬底20实现电性连接。第三释放保护层25自支撑和电连接孔50的内壁上端开口部引出，并与微桥桥面40上的第二释放保护层30相连。
第一金属电极层29、红外敏感层28和第二释放保护层30可具有图形化的结构。
请参考图2。作为一优选的实施方式，为了增强支撑，在支撑和电连接孔50内的第三释放保护层25表面上，还可进一步设有支撑及功能层26。支撑及功能层26自支撑和电连接孔50的内壁顶部开口引出，并至少部分覆盖于第二释放保护层30上，并可形成图形化的结构。
支撑及功能层26材料可采用SiN、SiON或SiC等。
第一金属电极层29和第二金属电极层24可采用相同材料形成。第一释放保护层27至第三释放保护层25同样可采用相同材料形成。
请继续参考图2。第二金属电极层24还可通过设于衬底20上的后道金属层22，与衬底20之间实现电性连接。在后道金属层22的图形之间可填充介质层21。
充实在微桥结构60与衬底20之间的牺牲层23材料，在微桥结构60形成后将被去除。
以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种高填充因子的红外探测器结构的制作方法进行详细说明。
请参考图2。本发明的一种高填充因子的红外探测器结构的制作方法，可用于制作上述的高填充因子的红外探测器结构，并可包括以下步骤：
如图2所示，提供一半导体衬底20，首先，采用常规工艺，在衬底20上形成后道金属层22，以及填充于后道金属层22图形之间的介质层21。
接着，在后道金属层22上依次沉积牺牲层23、释放保护层(第一释放保护层27)27和红外敏感层28。
然后，采用光刻和刻蚀工艺，自上而下刻蚀红外敏感层28、第一释放保护层27和牺牲层23，刻蚀停止在后道金属层22表面，从而在牺牲层23中形成连通衬底20的支撑和电连接孔50。
位于支撑和电连接孔50以外的红外敏感层28、第一释放保护层27定义红外微桥桥面40。
接着，在上述结构表面全面沉积金属电极层24和29，包括在支撑和电连接孔50的内壁表面上以及位于微桥桥面40区域的红外敏感层28的表面上沉积金属电极层24和29，并对金属电极层进行图形化(其中，位于微桥桥面40区域的金属电极层部分即第一金属电极层29，位于支撑和电连接孔50内的金属电极层部分即第二金属电极层24)。
使支撑和电连接孔50内沉积的金属电极层24自支撑和电连接孔50的底部开口与后道金属层22形成连接。
金属电极层24和29可选用TiN或Pt等不会被氧气和XeF2等气体损伤的金属材料形成。
并且，可使用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺来沉积金属电极层24和29，以增强其在支撑和电连接孔50侧壁上的台阶覆盖率，同时可增强电连接和支撑效果。
然后，在上述结构表面再次全面沉积释放保护层25和30，使释放保护层25和30覆盖于金属电极层24和29以及红外敏感层28的表面上，并图形化释放保护层(其中，覆盖于微桥桥面40区域的释放保护层部分即第二释放保护层30，覆盖于支撑和电连接孔50内第二金属电极层24上的释放保护层部分即第三释放保护层25)。
之后，可在上述结构表面继续全面沉积支撑及功能层26，使支撑及功能层26覆盖于支撑和电连接孔50内及微桥桥面40区域的释放保护层(即第三释放保护层25、第二释放保护层30)上，并图形化支撑及功能层26。其中，支撑及功能层26可在支撑和电连接孔50内形成部分填充或完全填充。
最后，可通过释放工艺去除牺牲层23，在衬底20上形成悬空的微桥结构60。
在针对例如图1所示结构的传统制作工艺中，在支撑孔12内光刻接触孔(电连接孔)13的工艺(大孔套小孔)难度较大，因此需要将支撑孔12和接触孔13的图形都做得很大。而本发明可以规避该工艺难点，且能进一步降低该结构的尺寸。
综上所述，本发明通过将电连接孔和支撑孔采用同一步工艺实现，可以有效地减小所形成的支撑和电连接孔占用整个微桥的面积，同时减少了一步光刻工艺，大幅度降低了成本，并降低了工艺难度，因此能够在提高填充因子的同时，进一步提升产品性能。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高填充因子的红外探测器结构，其特征在于，包括：设于衬底之上的微桥结构，所述微桥结构包括微桥桥面及支撑和电连接孔，所述微桥桥面自下而上依次设有第一释放保护层、红外敏感层、第一金属电极层和第二释放保护层，所述支撑和电连接孔的内壁表面上依次设有第二金属电极层、第三释放保护层；其中，所述第二金属电极层自所述支撑和电连接孔的内壁顶部开口引出，并与所述第一金属电极层相连，所述第二金属电极层通过所述支撑和电连接孔的底部开口与所述衬底实现电性连接，所述第三释放保护层自所述支撑和电连接孔的内壁上端开口部引出，并与所述第二释放保护层相连。
2.根据权利要求1所述的高填充因子的红外探测器结构，其特征在于，所述支撑和电连接孔内的第三释放保护层表面上还设有支撑及功能层，所述支撑及功能层自所述支撑和电连接孔的内壁顶部开口引出，并至少部分覆盖于所述第二释放保护层上。
3.根据权利要求1所述的高填充因子的红外探测器结构，其特征在于，所述第一金属电极层和第二金属电极层采用相同材料形成，所述第一释放保护层至第三释放保护层采用相同材料形成。
4.根据权利要求1所述的高填充因子的红外探测器结构，其特征在于，所述第二金属电极层通过设于所述衬底上的后道金属层与所述衬底实现电性连接。
5.一种高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上沉积牺牲层；
在所述牺牲层上沉积释放保护层和红外敏感层；
自上而下刻蚀所述红外敏感层、所述释放保护层和所述牺牲层，形成连通所述衬底的支撑和电连接孔；
在所述支撑和电连接孔的内壁表面以及所述红外敏感层的表面上沉积金属电极层，并图形化；
在所述金属电极层以及所述红外敏感层的表面上再次沉积释放保护层，并图形化；
通过释放工艺去除所述牺牲层，在所述衬底上形成微桥结构。
6.根据权利要求5所述的高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，在去除所述牺牲层之前，还包括以下步骤：
在所述支撑和电连接孔内外再次沉积的释放保护层表面上沉积支撑及功能层，并图形化。
7.根据权利要求5所述的高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，在所述衬底上沉积牺牲层之前，还包括以下步骤：
在所述衬底上形成后道金属层；
其中，所述金属电极层自所述支撑和电连接孔的底部开口与所述后道金属层连接。
8.根据权利要求5所述的高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，采用MOCVD工艺，在所述支撑和电连接孔内沉积所述金属电极层。
9.根据权利要求5所述的高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，所述金属电极层材料为TiN或Pt。
10.根据权利要求6所述的高填充因子的红外探测器结构的制作方法，其特征在于，所述支撑及功能层材料为SiN、SiON或SiC。
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