CN111024244B - 具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、微结构传感器 - Google Patents

具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、微结构传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、一种微结构传感器，所述半导体结构包括：基底，所述基底表面内形成有金属互连结构；导电柱，位于所述基底表面，与所述金属互连结构电连接；第一微桥结构，包括第一悬臂桥墩和第一桥面，所述第一悬臂桥墩底部下沉，固定于所述导电柱表面，与所述导电柱电连接，所述第一悬臂桥墩顶部支撑所述第一桥面悬空于所述基底上方，所述第一桥面包括敏感层，所述敏感层与所述第一悬臂桥墩之间电连接。上述半导体结构的微桥结构稳定性提高且灵敏度提高。

Description

具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、微结构传感器
技术领域
本发明涉及微机电技术领域，尤其涉及一种具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、微结构传感器。
背景技术
红外探测器是在可视条件差的环境中，如黑夜、烟雾、雾霾中进行成像的有利工具。红外探测器被广泛地应用于军事遥感、目标识别与跟踪、汽车夜视、防灾救灾、医学检测、气象预报、农业、地质勘测等诸多领域，其研究和生产都受到广泛关注。
红外探测器一般是采用在CMOS电路上集成MEMS微桥结构，利用敏感材料探测层(通常为非晶硅或氧化钒)吸收红外线并将其转化成电信号，通过读出电路读出电信号进而实现热成像功能。当前红外探测器的主要发展方向为减小像元结构尺寸并增大阵列尺寸，改善探测器的图像分辨率，扩大红外探测器的应用范围。而MEMS制造工艺的水平已成为制约红外探测器产品性能的主要因素。
微桥结构中的悬臂梁一端连接微桥桥面，一端连接读出电路，既用来支撑微桥结构，又能实现微桥结构和读出电路的电连接。目前悬臂梁结构中的桥墩制备工艺技术主要有无柱连接和有柱连接两种。传统的无柱连接的桥墩为中空结构，侧壁很薄，完全靠介质层支撑，支撑强度有限，且金属电极薄层与读出电路的接触电阻较大，探测器噪声较大。而传统的有柱连接的桥墩采用了Cu、W等金属柱，对桥墩的绝热性、探测器的灵敏度和响应率有一定影响，且生产成本较大。
如何在提高微桥结构的稳定性的同时，提高传感器的灵敏度是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有微桥结构的半导体结构及其形成方法、微结构传感器，提高微桥结构的稳定性及传感器的灵敏度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种具有微桥结构的半导体结构，包括：
基底，所述基底表面内形成有金属互连结构；导电柱，位于所述基底表面，与所述金属互连结构电连接；第一微桥结构，包括第一悬臂桥墩和第一桥面，所述第一悬臂桥墩底部下沉，固定于所述导电柱表面，与所述导电柱电连接，所述第一悬臂桥墩顶部支撑所述第一桥面悬空于所述基底上方，所述第一桥面包括敏感层，所述敏感层与所述第一悬臂桥墩之间电连接。
可选的，所述敏感层为红外敏感层，所述基底表面内还形成有金属反射层，所述红外敏感层悬空于所述金属反射层上方。
可选的，所述第一微桥结构包括第一支撑层，所述第一支撑层部分作为所述第一桥面的一部分，悬空于所述基底上方，部分作为所述第一悬臂桥墩的一部分，固定于所述导电柱表面并支撑所述第一桥面；所述敏感层位于所述第一桥面的第一支撑层表面；还包括覆盖所述第一支撑层及所述敏感层的刻蚀保护层。
可选的，所述第一微桥结构还包括：在所述第一悬臂桥墩位置处贯穿所述刻蚀保护层和第一支撑层至导电柱表面的第一接触孔和贯穿所述第一桥面处的刻蚀保护层至敏感层表面的第二接触孔；连接所述第一接触孔底部的导电柱、第二接触孔底部的敏感层的电极层。
可选的，所述敏感层与所述刻蚀保护层之间还形成有敏感保护层；所述第二接触孔贯穿所述刻蚀保护层与所述敏感保护层。
可选的，所述第一接触孔和所述第二接触孔的深度相同。
可选的，还包括：第二微桥结构，所述第二微桥结构包括：第二悬臂桥墩和第二桥面，所述第二悬臂桥墩底部下沉，形成于所述第一桥面上，并支撑所述第二桥面，使得所述第二桥面悬空于所述第一微桥结构上方。
可选的，包括：所述第二微桥结构包括红外吸收增强层。
可选的，还包括：贯穿所述第二桥面的减反射孔。
本发明的技术方案还提供一种微结构传感器，其特征在于，包括：上述任一项所述的半导体结构。
本发明的技术方案还提供一种具有微桥结构的半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面内形成有金属互连结构；在所述基底表面形成导电柱，所述导电柱与所述金属互连结构电连接；形成第一微桥结构，所述第一微桥结构包括第一悬臂桥墩和第一桥面，所述第一悬臂桥墩底部下沉，固定于所述导电柱表面，与所述导电柱电连接，并支撑所述第一桥面悬空于所述基底上方，所述第一桥面包括敏感层，所述敏感层与所述第一悬臂桥墩之间电连接。
可选的，所述敏感层为红外敏感层，还包括：在所述基底表面形成金属反射层；所述红外敏感层悬空于所述金属反射层上方。
可选的，所述第一微桥结构的形成方法包括：形成覆盖所述基底以及所述导电柱的第一牺牲层；刻蚀所述导电柱表面的第一牺牲层，形成底部位于所述导电柱表面的第一连接孔；形成位于所述第一连接孔内的第一悬臂桥墩和位于所述第一牺牲层表面连接所述第一悬臂桥墩的第一桥面。
可选的，所述第一悬臂桥墩和第一桥面的形成方法包括：依次沉积覆盖所述第一连接孔内壁以及第一牺牲层表面的第一支撑层、覆盖部分第一支撑层的图形化的敏感层以及覆盖所述敏感层和第一支撑层的刻蚀保护层；形成贯穿所述第一连接孔底部的刻蚀保护层、第一支撑层的第一接触孔，以及贯穿所述刻蚀保护层至敏感层表面的第二接触孔；形成连接所述第一接触孔底部的导电柱、第二接触孔底部的敏感层的电极层。
可选的，还包括：在所述敏感层表面形成敏感保护层，所述刻蚀保护层覆盖所述敏感保护层。
可选的，所述刻蚀保护层和所述第一支撑层的总厚度，与所述刻蚀保护层和所述敏感保护层的总厚度相同；所述第一接触孔和第二接触孔同时形成。
可选的，还包括：在所述第一微桥结构上方形成第二微桥结构，所述第二微桥结构包括：第二悬臂桥墩和第二桥面，所述第二悬臂桥墩底部下沉，形成于所述第一桥面上，并支撑所述第二桥面，使得所述第二桥面悬空于所述第一微桥结构上方。
可选的，还包括：形成贯穿所述第二桥面的减反射孔。
可选的，所述第二微桥结构的形成方法包括：在所述第一牺牲层上，形成覆盖所述第一微桥结构的第二牺牲层；刻蚀所述第二牺牲层至所述第一桥面，形成第二连接孔；形成覆盖所述第二连接孔内壁的第二悬臂桥墩，以及连接所述第二悬臂桥墩顶部，位于所述第二牺牲层表面的第二桥面。
可选的，形成所述第二悬臂桥墩以及第二桥面的方法包括：依次形成覆盖所述第二连接孔内壁以及第二牺牲层表面的第二支撑层、红外增强吸收层以及释放保护层。
可选的，还包括：去除所述第二牺牲层，使所述第二桥面悬空。
可选的，还包括：去除所述第一牺牲层，使所述第一桥面悬空。
本发明的半导体结构的形成方法在形成所述第一微桥结构之前，首先在基底表面形成导电柱，降低了第一微桥结构的第一悬臂桥墩的高度，从而可以提高所述第一微桥结构的稳定性。并且，实心的导电柱相对于传统的完全通过悬臂桥墩结构连接的导电性能更好，且通过所述导电柱减小了所述第一微桥结构在第一电连接孔处的第一接触孔，与红外敏感层上的第二接触孔处的高度差，可以同时进行涂胶光刻，形成所述第一接触孔和第二接触孔。
附图说明
图1至图11为本发明一具体实施方式的半导体结构的形成过程的结构示意图；
图12至图15为本发明一具体实施方式的半导体结构的形成过程的结构示意图；
图16至图18为本发明一具体实施方式的半导体结构的形成过程的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具有微桥结构的半导体结构及其形成方法以及微结构传感器的具体实施方式做详细说明。所述具有微桥结构的半导体结构可以广泛应用于非制冷红外探测器、气体探测器、未加热平台、红外线辐射源器件等微机电系统和器件。
请参考图1至图11，为本发明一具体实施方式的具有微桥结构的半导体结构的形成过程的结构示意图。
请参考图1，提供基底100，所述基底100表面内形成有金属互连结构122。
在一个具体实施方式中，所述基底100包括第一子基底110及位于所述第一子基底110表面的第二子基底120。所述第一子基底110可以为半导体衬底，内部形成有半导体器件；所述第二子基底120可以为介质层，内部形成有读出电路121，以及连接所述读出电路的金属互连结构122，所述金属互连结构122可以为电极、焊垫等，该具体实施方式中，所述金属互连结构122包括钨柱。所述读出电路122可以由标准的CMOS工艺制作。
图1中示出两处金属互连结构122，后续分别在两处所述金属互连结构122上形成微桥结构。在其他具体实施方式中，所述基底100表面内形成有金属互连结构122阵列，后续在基底100上形成微桥结构阵列。
请参考图2，在所述基底100表面形成导电柱200，所述导电柱200与所述金属互连结构122电连接。
所述导电柱200的形成方法包括：在所述基底100表面沉积导电材料层，对所述导电材料层进行图形化，形成与所述金属互连结构122连接的导电柱200。
所述导电柱200的材料可以为铝、钛、钨、铜或氮化钛等具有一定强度的导电金属材料。所述导电柱200作为后续形成的微桥结构的机械支撑结构，同时又可以作为微桥结构与所述金属互连结构122之间的电连接引线。所述导电柱200的高度可以为0.1μm～3μm，较佳的，为2μm。在后续形成微桥结构的过程中，由于导电柱200抬高了整个微桥结构的高度，可以有效降低后续形成的微桥结构的桥墩高度，降低形成微桥结构的工艺难度。
该具体实施方式中，还包括在所述基底100表面形成金属反射层210。所述金属反射层210的形成方法包括：在所述基底100表面沉积形成反射材料层，对所述反射材料层进行图形化，形成图形化的所述金属反射层210。该具体实施方式中，所述半导体结构用于形成红外探测器，所述金属反射层210作为红外光谱的反射层，能够提高红外探测器的红外吸收效率，从而提高红外探测器的响应度。所述反射材料层可以通过物理气相沉积(PVD)工艺形成，所述金属反射层210的材料可以铝、钛、氮化钛等金属材料中的至少一种。所述金属反射层210的图形可以根据待形成的微桥结构的图形设置，所述金属反射层210位于微桥结构的桥面下方。所述金属反射层210的厚度可以为5nm～500nm，较佳的为100nm。
所述金属反射层210通常可以在所述导电柱200之前形成，在其他具体实施方式中，也可以在形成导电柱200之后，再形成所述金属反射层210。
请参考图3，形成覆盖所述基底100以及所述导电柱200的第一牺牲层300。
所述第一牺牲层300的顶部表面平坦，且高于所述导电柱200的顶部。该具体实施方式中，所述导电柱200的高度为2μm左右，所述第一牺牲层300的高度约为2.5μm。
该所述第一牺牲层300的材料为聚酰亚胺(PI)，可以通过沉积或旋涂工艺形成所述第一牺牲层300，并使其平坦化。在其他具体实施方式中，所述第一牺牲层300也可以为氧化硅、无定型碳、非晶硅、掺杂非晶硅等易于通过湿法刻蚀工艺去除的材料。
请参考图4，刻蚀所述导电柱200表面的第一牺牲层300，形成底部位于所述导电柱200表面的第一连接孔401。
可以采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一牺牲层300，形成所述第一连接孔401，所述第一连接孔401的底部暴露出所述导电柱200的至少部分表面。
由于所述导电柱200的存在，降低了所述第一连接孔401的深度，从而降低了形成所述第一连接孔401的工艺难度。
请参考图5，依次沉积覆盖所述第一连接孔401内壁以及所述第一牺牲层300表面的第一支撑层501。
所述第一支撑层501起到支撑作用，厚度可以为5nm～500nm，例如80nm，可以根据所述第一支撑层501的材料强度，合理设置所述第一支撑层501的厚度，使其具有较强的支撑强度。所述第一支撑层501可以包括氮化硅层、氧化硅层、的至少一种。可以通过CVD、PECVD等工艺形成所述第一支撑层501。
请参考图6，形成覆盖部分第一支撑层501的图形化的红外敏感层601以及覆盖所述红外敏感层601和第一支撑层501的刻蚀保护层603。
所述红外敏感层601的材料可以为具有高电阻温度系数(TCR)的薄膜材料，例如非晶硅或氧化钒等。在本发明的一个具体实施方式中，所述红外敏感层601的材料为氧化钒，可以采用物理气相沉积工艺形成。在其他具体实施方式中，所述红外敏感层601还可以采用掺杂非晶硅，主要采用等离子增强化学气相沉积工艺形成，非晶硅进行掺杂可以降低电阻率和噪声。通过在所述第一支撑层501表面沉积形成红外敏感材料层之后，进行图形化，形成位于微桥结构桥面位置处的图形化的红外敏感层601。
该具体实施方式中，在形成所述红外敏感层601的形成过程中，还包括形成覆盖所述红外敏感层601表面的红外敏感保护层602。具体的，在所述第一支撑层501表面依次沉积形成红外敏感材料层和红外敏感保护材料层之后，通过光刻、刻蚀对所述红外敏感材料层和红外敏感保护材料层进行图形化，形成所述红外敏感层601及其表面的红外敏感保护层602。所述红外敏感保护层602可以保护所述红外敏感层601在后续工艺中不受影响，特别是对于所述红外敏感层601的材料为氧化钒等稳定性较差的材料。所述红外敏感保护层602的材料可以为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等。
可以通过PECVD工艺形成覆盖所述第一支撑层501、红外敏感保护层602的刻蚀保护层603。所述刻蚀保护层603、红外敏感保护层602以及所述第一支撑层501可以采用相同的材料，便于后续通过刻蚀工艺形成接触孔。
可以通过调整所述红外敏感保护层602的厚度，使得所述刻蚀保护层603和所述第一支撑层501的总厚度，与所述刻蚀保护层603和所述红外敏感保护层602的总厚度相同，从而使得后续在所述导电柱200表面以及在所述红外敏感层601表面形成的第二接触孔的深度相同，从而可以一步刻蚀同时形成第一接触孔和第二接触孔。
在其他具体实施方式中，根据待形成的传感器的不同，所述红外敏感层601还可以为其他类型的敏感层，例如压力敏感层，用于形成压力传感器、气体探测器等。
请参考图7，形成贯穿所述第一连接孔401底部的刻蚀保护层603、第一支撑层501的第一接触孔701，以及贯穿所述刻蚀保护层603至红外敏感层601表面的第二接触孔702。
可以通过光刻和刻蚀步骤，同时形成所述第一接触孔701和所述第二接触孔702。由于所述导电柱200的存在，使得所述第一接触孔701和所述第二接触孔702的高度差较小，有利于同步涂胶，进行第二接触孔701和所述第二接触孔702的同步光刻，并且，由于所述红外敏感层601表面形成有所述红外敏感保护层602，通过调整所述使得所述红外敏感保护层602的厚度，可以使得所述第一接触孔701和所述第二接触孔702具有相同的深度，因此，可以使得所述第一接触孔701和所述第二接触孔702能够同步刻蚀完成，避免分步刻蚀容易造成接触不好的问题。
在其他具体实施方式中，所述红外敏感层601表面也可以不形成所述红外敏感保护层602，而直接形成所述刻蚀保护层603，此时第一接触孔和第二接触孔的深度不同，可以分两次光刻、刻蚀工艺，分别形成所述第一接触孔和第二接触孔。
请参考图8，形成连接所述第一接触孔701底部的导电柱200、第二接触孔702底部的红外敏感层601的电极材料层801。
可以通过物理气相沉积工艺形成覆盖所述第一接触孔701、第二接触孔702以及刻蚀保护层603表面的电极材料层。
所述电极材料层801包括钛层、氮化钛层、镍铬合金中的至少一层或多层组合。
该具体实施方式中，还包括在所述电极材料层801表面形成导电增强材料层802，用于增强电连接。所述导电增强材料层802的材料包括铝、铜、钨等较强导电性能的金属材料。
请参考图9，对所述导电增强材料层802和所述电极材料层801分别进行图形化，形成连接所述第一接触孔701底部的导电柱200和第二接触孔702底部的红外敏感层601的电极层901和位于所述第一接触孔内的电极层901表面的导电增强层902。
所述电极层901既作为金属扩散阻挡层，也作为所述导电柱200与所述红外敏感层601之间的引线。
可以分别通过光刻、刻蚀工艺对所述导电增强材料层802和所述电极材料层801进行图形化。所述电极层901用于实现所述红外敏感层601和所述导电柱200的电连接，所述导电增强层902用于提高导电柱200表面的导电接触性能。
所述第一连接孔701内的第一支撑层501、刻蚀保护层603、以及电极层901和导电城墙层902作为第一微桥结构的第一悬臂桥墩，位于所述第一牺牲层300顶部表面的第一支撑层501、红外敏感层601、红外敏感保护层602、刻蚀保护层602以及电极层901作为连接所述第一悬臂桥墩的第一桥面。
为了保护所述电极层901以及所述导电增强层902，该具体实施方式中，还包括形成覆盖所述电极层901、导电增强层902以及刻蚀保护层603的释放保护层903。所述释放保护层903的材料可以为氮化硅或氧化硅等，与所述牺牲层300的材料不同，作为释放所述第一牺牲层300的保护层，在后续去除所述牺牲层300的过程中，保护下方的电极层901及导电增强层902。
请参考图10，对所述第一微桥结构进行图形化，形成暴露所述第一牺牲层300的释放孔1000。
根据第一微桥结构的设计图形，通过光刻、刻蚀工艺在对所述第一微桥结构进行图形化，并沿所述第一微桥结构刻蚀所述第一牺牲层300至基底100表面，形成所述释放孔1000。
请参考图11，去除所述第一牺牲层300，使得所述第一微桥结构悬空。
可以通过湿法刻蚀工艺去除所述第一牺牲层300。所述第一微桥结构包括第一悬臂桥墩1101和第一桥面1102，所述第一悬臂桥墩1101底部下沉，固定于所述导电柱200表面，所述第一悬臂桥墩1101顶部支撑所述第一桥面1102，使得所述第一桥面1102悬空于所述基底100上方，所述第一桥面1102包括红外敏感层602，与所述导电柱200电连接。
所述第一桥面1102通过所述导电柱200和所述第一悬臂桥墩1101共同支撑，可以避免导电柱过高引起的绝热性能差、灵敏度低和响应率低等问题。
图11中，为单个红外传感单元的结构示意图。所述当个红外传感单元包括由两个或两个以上的导电柱支撑的第一微桥结构。
本发明的半导体结构的形成方法在形成所述第一微桥结构之前，首先在基底表面形成导电柱，降低了第一微桥结构的第一悬臂桥墩的高度，从而可以提高所述第一微桥结构的稳定性。并且，实心的导电柱相对于传统的完全通过悬臂桥墩结构连接的导电性能更好，且通过所述导电柱减小了所述第一微桥结构在第一电连接孔处的第一接触孔，与红外敏感层上的第二接触孔处的高度差，可以同时进行涂胶光刻，形成所述第一接触孔和第二接触孔。
请参考图12至图15，为本发明另一具体实施方式的具有微桥结构的半导体结构的形成过程的结构示意图。
请参考图12，在形成图10的结构后，在所述第一牺牲层300上，形成覆盖图形化的所述第一微桥结构的第二牺牲层1200。
所述第二牺牲层1200的材料为聚酰亚胺(PI)，可以通过沉积或旋涂工艺形成所述第一牺牲层300，并使其平坦化。在其他具体实施方式中，所述第二牺牲层1200也可以为氧化硅、无定型碳、非晶硅、掺杂非晶硅等易于通过湿法刻蚀工艺去除的材料。
所述第二牺牲层1200的顶部表面平坦，以便在所述第二牺牲层1200上形成第二微桥结构。
请参考图13，刻蚀所述第二牺牲层1200至所述第一桥面的释放保护层903表面，形成第二连接孔1301。
请参考图14，依次形成覆盖所述第二连接孔1301内壁以及第二牺牲层1200表面的第二支撑层1401、红外增强吸收层1402以及释放保护层1403，并进行图形化，形成第二微桥结构1400。
所述红外增强吸收层1402可以采用TiN或NiCr等薄膜，通过改变薄膜内的元素含量调整所述红外增强吸收层1402的方块电阻在377欧姆/方块左右，使其红外吸收效果达到最佳。
所述第二支撑层1401、所述释放保护层1403的材料可以为二氧化硅、氮化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮化硅，或者掺杂有硼、磷、碳或者氟等杂质元素的上述材料。
所述第二微桥结构1400可以为伞状，包括位于所述第二连接孔1301内的第二悬臂桥墩1411以及位于所述的第二牺牲层1200表面的第二桥面1412，所述第二桥面1412位于所述第二悬臂桥墩1411四周，连接所述第二悬臂桥墩1411顶部。
在其他具体实施方式中，根据所述微桥结构用于形成的传感器的类型，所述第二微桥结构还可以采用其他不同的材料，在此不作赘述。
请参考图15，去除所述第二牺牲层1200以及第一牺牲层300，使得所述第二微桥结构1400和第一微桥结构1100悬空。
所述第二微桥结构1400包括：第二悬臂桥墩1411和第二桥面1412，所述第二悬臂桥墩1411底部下沉，形成于所述第一桥面1102上，并支撑所述第二桥面1412，使得所述第二桥面1412悬空于所述第一微桥结构1100上方。
所述第二微桥结构1400可以为伞状，位于整个第一桥面1102上方。
所述第二微桥结构1400具有红外吸收增强层1402，有利于提高对红外光的吸收能力，提高所述红外探测器的响应效率。
请参考图16至图17，为本发明另一具体实施方式的具有微桥结构的半导体结构的形成过程的结构示意图。
请参考图16，在图13形成的结构基础上，依次形成覆盖所述第二连接孔1301内壁以及第二牺牲层1200表面的第二支撑层1601、红外增强吸收层1602以及释放保护层1603，并进行图形化，形成第二微桥结构1600。
所述图形化包括：形成贯穿所述第二桥面1612的减反射孔1613。可以形成周期性排列的减反射孔1613，以减少反射，提高红外吸收效果，同时减小像元结构的热容，当像元尺寸缩小导致红外吸收有效面积减少时，可以显著改善微桥结构的红外吸收效果。
请参考图17，为形成的所述减反射孔1613后的俯视示意图。减反射孔1613阵列排列于所述第二桥面1612上。
请参考图18，去除所述第一牺牲层300和第二牺牲层1200，使得所述第一微桥结构1400和第二微桥结构1600悬空。
本发明的具体实施方式还提供一种具有微桥结构的半导体结构。
请参考图11，为本发明一具体实施方式的半导体结构的结构示意图。
所述半导体结构包括：基底100，所述基底100表面内形成有金属互连结构122；导电柱200，位于所述基底100表面，与所述金属互连结构122电连接；第一微桥结构1100，包括第一悬臂桥墩1101和第一桥面1102，所述第一悬臂桥墩1101底部下沉，固定于所述导电柱200表面，与所述导电柱200电连接，并支撑所述第一桥面1102悬空于所述基底100上方，所述第一桥面1102包括红外敏感层601，所述红外敏感层601与所述第一悬臂桥墩1101之间电连接。
在一个具体实施方式中，所述基底100包括第一子基底110及位于所述第一子基底110表面的第二子基底120。所述第一子基底110可以为半导体衬底，内部形成有半导体器件；所述第二子基底120可以为介质层，内部形成有读出电路121，以及连接所述读出电路的金属互连结构122，所述金属互连结构122可以为电极、焊垫等，该具体实施方式中，所述金属互连结构122包括钨柱。所述读出电路122可以由标准的CMOS工艺制作。
所述导电柱200的材料可以为铝、钛、钨、铜或氮化钛等具有一定强度的导电金属材料。所述导电柱200作为后续形成的微桥结构的机械支撑结构，同时又可以作为微桥结构与所述金属互连结构122之间的电连接引线。所述导电柱200的高度可以为0.1μm～3μm，较佳的，为2μm。由于导电柱200抬高了整个第一微桥结构1100的高度，可以有效降低形成所述第一微桥结构1100的第一悬臂桥墩1101高度，降低形成所述第一微桥结构1100的工艺难度。
所述基底100表面内还形成有金属反射层210，所述红外敏感层601悬空于所述金属反射层210上方。该具体实施方式中，所述半导体结构用于形成红外探测器，所述金属反射层210作为红外光谱的反射层，能够提高红外探测器的红外吸收效率，从而提高红外探测器的响应度。所述金属反射层210位于所述第一桥面1102下方。所述金属反射层210的厚度可以为5nm～500nm，较佳的为100nm。
所述第一微桥结构1100包括第一支撑层501，所述第一支撑层501部分作为第一桥面1102的一部分，悬空于所述基底100上方，部分作为所述第一悬臂桥墩1101的一部分，固定于所述导电柱200表面并支撑所述第一桥面1102；所述红外敏感层601位于所述第一桥面1102的第一支撑层501表面；还包括覆盖所述第一支撑层501及所述红外敏感层601的刻蚀保护层603。
所述第一微桥结构1100还包括：在所述第一悬臂桥墩1101位置处贯穿所述刻蚀保护层603和第一支撑层501至导电柱200表面的第一接触孔和贯穿所述第一桥面1102处的刻蚀保护层603至红外敏感层601表面的第二接触孔；连接所述第一接触孔底部的导电柱200、第二接触孔底部的红外敏感层601的电极层901。
所述红外敏感层601与所述刻蚀保护层603之间还形成有红外敏感保护层602；所述第二接触孔贯穿所述刻蚀保护层603与所述红外敏感保护层602。
通过调整所述使得所述红外敏感保护层602的厚度，可以使得所述第一接触孔701和所述第二接触孔702具有相同的深度，因此，可以使得所述第一接触孔701和所述第二接触孔702能够同步刻蚀完成，避免分步刻蚀容易造成接触不好的问题。
所述半导体结构还包括：位于所述第一接触孔内的电极层901表面的导电增强层902，以及覆盖所述导电增强层902、电极层901以及刻蚀保护层603表面的释放保护层903。
请参考图15，为本发明另一具体实施方式的半导体结构的结构示意图。
该具体实施方式中，所述半导体结构还包括：第二微桥结构1400，所述第二微桥结构1400包括：第二悬臂桥墩1411和第二桥面1412，所述第二悬臂桥墩1411底部下沉，形成于所述第一桥面1102上，并支撑所述第二桥面1412，使得所述第二桥面1412悬空于所述第一微桥结构1100上方。
该具体实施方式中，所述第二微桥结构1400包括红外吸收增强层1402、第二支撑层1401以及释放保护层1403，所述红外吸收增强层1402位于所述第二支撑层1401以及释放保护层1403之间。
所述红外增强吸收层1402可以采用TiN或NiCr等薄膜，通过改变薄膜内的元素含量调整所述红外增强吸收层1402的方块电阻在377欧姆/方块左右，使其红外吸收效果达到最佳。所述第二支撑层1401、所述释放保护层1403的材料可以为二氧化硅、氮化硅或非化学计量比的二氧化硅、氮化硅，或者掺杂有硼、磷、碳或者氟等杂质元素的上述材料。
所述第二微桥结构1400可以为伞状，包括位于所述第二连接孔1301内的第二悬臂桥墩1411以及位于所述的第二牺牲层1200表面的第二桥面1412，所述第二桥面1412位于所述第二悬臂桥墩1411四周，连接所述第二悬臂桥墩1411顶部。
所述第二微桥结构1400具有红外吸收增强层1402，有利于提高对红外光的吸收能力，提高所述红外探测器的响应效率。
请参考图18，为本发明另一具体实施方式的半导体结构。
该具体实施方式中，所述第二微桥结构1600包括第二悬梁桥墩1611以及第二桥面1612，所述第二微桥结构1600包括第二支撑层1601、红外吸收增强层1602以及释放保护层1603。所述半导体结构还包括：贯穿所述第二桥面1612的减反射孔1613。
减反射孔1613能够减少反射，提高红外吸收效果，同时减小像元结构的热容，当像元尺寸缩小导致红外吸收有效面积减少时，可以显著改善微桥结构的红外吸收效果。在一个具体实施方式中，形成有多个减反射孔1613，呈周期性排列。
本发明的具体实施方式还提供包括上述半导体结构的微结构传感器，所述微结构传感器可以为红外探测器、红外发射器、气体探测器等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种具有微桥结构的半导体结构，其特征在于，包括：
基底，所述基底表面内形成有金属互连结构；
导电柱，位于所述基底表面，与所述金属互连结构电连接；
第一微桥结构，包括第一悬臂桥墩和第一桥面，所述第一悬臂桥墩底部下沉，固定于所述导电柱表面，与所述导电柱电连接，所述第一悬臂桥墩顶部支撑所述第一桥面悬空于所述基底上方，所述第一桥面包括敏感层，所述敏感层与所述第一悬臂桥墩之间电连接；
所述第一微桥结构包括第一支撑层，所述第一支撑层部分作为所述第一桥面的一部分，悬空于所述基底上方，部分作为所述第一悬臂桥墩的一部分，固定于所述导电柱表面并支撑所述第一桥面；所述敏感层位于所述第一桥面的第一支撑层表面，还包括覆盖所述第一支撑层及所述敏感层的刻蚀保护层；
所述第一微桥结构还包括：在所述第一悬臂桥墩位置处贯穿所述刻蚀保护层和第一支撑层至导电柱表面的第一接触孔和贯穿所述第一桥面处的刻蚀保护层至敏感层表面的第二接触孔，连接所述第一接触孔底部的导电柱、第二接触孔底部的敏感层的电极层，所述第一接触孔与所述第二接触孔能够在同一步骤中形成；所述敏感层与所述刻蚀保护层之间还形成有敏感保护层，所述第二接触孔贯穿所述刻蚀保护层与所述敏感保护层；
所述第一接触孔和所述第二接触孔的深度相同。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述敏感层为红外敏感层，所述基底表面内还形成有金属反射层，所述红外敏感层悬空于所述金属反射层上方。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：第二微桥结构，所述第二微桥结构包括：第二悬臂桥墩和第二桥面，所述第二悬臂桥墩底部下沉，形成于所述第一桥面上，并支撑所述第二桥面，使得所述第二桥面悬空于所述第一微桥结构上方。
4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，包括：所述第二微桥结构包括红外吸收增强层。
5.根据权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，还包括：贯穿所述第二桥面的减反射孔。
6.一种微结构传感器，其特征在于，包括：如权利要求1至5任意一项所述的半导体结构。
7.一种如权利要求1所述的具有微桥结构的半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底表面内形成有金属互连结构；
在所述基底表面形成导电柱，所述导电柱与所述金属互连结构电连接；
形成第一微桥结构，所述第一微桥结构包括第一悬臂桥墩和第一桥面，所述第一悬臂桥墩底部下沉，固定于所述导电柱表面，与所述导电柱电连接，并支撑所述第一桥面悬空于所述基底上方，所述第一桥面包括敏感层，所述敏感层与所述第一悬臂桥墩之间电连接，所述敏感层为红外敏感层；
其中，在所述基底表面形成导电柱的步骤之前或者之后，还包括：在所述基底表面形成金属反射层，所述红外敏感层悬空于所述金属反射层上方。
8.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述第一微桥结构的形成方法包括：形成覆盖所述基底以及所述导电柱的第一牺牲层；刻蚀所述导电柱表面的第一牺牲层，形成底部位于所述导电柱表面的第一连接孔；形成位于所述第一连接孔内的第一悬臂桥墩和位于所述第一牺牲层表面连接所述第一悬臂桥墩的第一桥面。
9.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述第一悬臂桥墩和第一桥面的形成方法包括：依次沉积覆盖所述第一连接孔内壁以及第一牺牲层表面的第一支撑层、覆盖部分第一支撑层的图形化的敏感层以及覆盖所述敏感层和第一支撑层的刻蚀保护层；形成贯穿所述第一连接孔底部的刻蚀保护层、第一支撑层的第一接触孔，以及贯穿所述刻蚀保护层至敏感层表面的第二接触孔；形成连接所述第一接触孔底部的导电柱、第二接触孔底部的敏感层的电极层。
10.根据权利要求9所述的形成方法，其特征在于，还包括：在所述敏感层表面形成敏感保护层，所述刻蚀保护层覆盖所述敏感保护层。
11.根据权利要求10所述的形成方法，其特征在于，所述刻蚀保护层和所述第一支撑层的总厚度，与所述刻蚀保护层和所述敏感保护层的总厚度相同；所述第一接触孔和第二接触孔同时形成。
12.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第一微桥结构上方形成第二微桥结构，所述第二微桥结构包括：第二悬臂桥墩和第二桥面，所述第二悬臂桥墩底部下沉，形成于所述第一桥面上，并支撑所述第二桥面，使得所述第二桥面悬空于所述第一微桥结构上方。
13.根据权利要求12所述的形成方法，其特征在于，还包括：形成贯穿所述第二桥面的减反射孔。
14.根据权利要求12所述的形成方法，其特征在于，所述第二微桥结构的形成方法包括：在所述第一牺牲层上，形成覆盖所述第一微桥结构的第二牺牲层；刻蚀所述第二牺牲层至所述第一桥面，形成第二连接孔；形成覆盖所述第二连接孔内壁的第二悬臂桥墩，以及连接所述第二悬臂桥墩顶部，位于所述第二牺牲层表面的第二桥面。
15.根据权利要求14所述的形成方法，其特征在于，形成所述第二悬臂桥墩以及第二桥面的方法包括：依次形成覆盖所述第二连接孔内壁以及第二牺牲层表面的第二支撑层、红外增强吸收层以及释放保护层。
16.根据权利要求14所述的形成方法，其特征在于，还包括：去除所述第二牺牲层，使所述第二桥面悬空。
17.根据权利要求8或16所述的形成方法，其特征在于，还包括：去除所述第一牺牲层，使所述第一桥面悬空。
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