CN113447143A - 一种热对称型红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种热对称型红外探测器，红外探测器中CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构，由吸收板向对应的柱状结构的梁路径中交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一和第二半桥结构，热对称结构中的第一半桥结构的长度大于第二半桥结构的长度，第一半桥结构的厚度大于第二半桥结构的厚度，热对称结构中的第一与第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20％。通过本公开的技术方案，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差等问题，降低了红外探测器的总热导，提高了红外探测器的结构稳定性。
Description
技术领域
本公开涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种热对称型红外探测器。
背景技术
监控市场、车辅市场、家居市场、智能制造市场以及手机应用等领域都对非制冷高性能的芯片有着强烈的需求，且对芯片性能的好坏、性能的一致性以及产品的价格都有一定的要求，每年预计有亿颗以上芯片的潜在需求，而目前的工艺方案和架构无法满足市场需求。
目前红外探测器采用的是测量电路和红外传感结构结合的方式，测量电路采用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺制备，而红外传感结构采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)工艺制备，导致存在如下问题：
(1)红外传感结构采用MEMS工艺制备，以聚酰亚胺作为牺牲层，与CMOS工艺不兼容。
(2)聚酰亚胺作为牺牲层，存在释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，还会使后续薄膜生长温度受限制，不利于材料的选择。
(3)聚酰亚胺会造成谐振腔高度不一致，工作主波长难以保证。
(4)MEMS工艺制程的控制远差于CMOS工艺，芯片的性能一致性和探测性能都会受到制约。
(5)MEMS产能低，良率低，成本高，不能实现大规模批量生产。
(6)MEMS现有的工艺能力不足以支撑更高性能的探测器制备，更小的线宽以及更薄的膜厚，不利于实现芯片的小型化。
另外，现有的红外焦平面探测器存在红外探测器的热导较大，红外探测器的性能较差的问题，例如具有几何对称设计的微桥结构，微桥中的两个半桥在结构上几何对称，具有电传输作用的半桥和不具有电传输作用的半桥的长度相等。但是，因为电极材料和支撑层材料的力学强度和热导率均不相同，导致热量由吸收板到达对应的两个微桥柱的速度差异较大，进而导致整个微桥结构的热导较大，微桥结构形成的红外探测器的探测性能较差。另外，几何对称设计的微桥结构受到的应力和形变较大，导致其力学稳定性和抗冲击能力较差，进而导致整个红外探测器的结构稳定性较差。因此，如何进一步减小红外探测器的热导，提高红外探测器的红外探测性能，以及进一步提高红外探测器的结构稳定性成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种热对称型红外探测器，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差等问题，降低了红外探测器的总热导，提高了红外探测器的结构稳定性。
本公开提供了一种热对称型红外探测器，包括：
CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；
所述CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响；
所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和电极层，所述介质层至少包括一层牺牲层和一层热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述CMOS测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；
所述CMOS红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的柱状结构，所述悬空微桥结构包括吸收板和至少两个梁结构，所述柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述梁结构和所述CMOS测量电路系统；
至少两个所述梁结构中，由所述吸收板向对应的所述柱状结构的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构构成热对称结构，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20％；其中，所述第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括支撑层和/或钝化层，或者所述第一半桥结构包括支撑层和电极层，所述第二半桥结构包括支撑层，或者所述第一半桥结构包括电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括钝化层；
包含有所述热对称结构的所述梁结构包括至少一个回折结构，至少一个所述回折结构对应设置有支撑杆，所述支撑杆包括支撑层和/或钝化层，所述支撑杆与所述回折结构的回折部分构成矩形，所述支撑杆与该所述支撑杆所在的所述矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20％；
所述CMOS测量电路系统用于测量和处理一个或多个所述CMOS红外传感结构形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号；所述CMOS测量电路系统包括偏压产生电路、列级模拟前端电路和行级电路，所述偏压产生电路的输入端连接所述行级电路的输出端，所述列级模拟前端电路的输入端连接所述偏压产生电路的输出端，所述行级电路中包括行级镜像像元和行选开关，所述列级模拟前端电路中包括盲像元；其中，所述行级电路分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在所述偏压产生电路的作用下输出电流信号至所述列级模拟前端电路以进行电流电压转换输出；
所述行级电路受所述行选开关控制而被选通时向所述偏压产生电路输出第三偏置电压，所述偏压产生电路根据输入的恒压及所述第三偏置电压输出第一偏置电压和第二偏置电压，所述列级模拟前端电路根据所述第一偏置电压和所述第二偏置电压得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。
可选地，在所述CMOS测量电路系统的金属互连层上层或者同层制备所述CMOS红外传感结构。
可选地，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层。
可选地，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度为l1，所述第二半桥结构的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，所述第二半桥结构包括支撑层和钝化层，k1为所述支撑层的热导率，k2为所述电极层的热导率，k3为所述钝化层的热导率，w1为所述第一半桥结构中所述支撑层的宽度，w2为所述第一半桥结构中所述电极层的宽度，w3为所述第一半桥结构中所述钝化层的宽度，w4为所述第二半桥结构中所述支撑层的宽度，w5为所述第二半桥结构中所述钝化层的宽度，t1为所述第一半桥结构中所述支撑层的等效厚度，t2为所述第一半桥结构中所述电极层的厚度，t3为所述第一半桥结构中所述钝化层的厚度，t4为所述第二半桥结构中所述支撑层的等效厚度，t5为所述第二半桥结构中所述钝化层的厚度。
可选地，包含有所述热对称结构的所述梁结构还包括至少一个连接杆，所述连接杆分隔所述热对称结构中的所述第一半桥结构和所述第二半桥结构，沿垂直于所述连接杆的方向，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构分别位于所述连接杆的两侧，所述连接杆的膜层构成与所述第一半桥结构的膜层构成相同。
可选地，包括沿第一方向设置的第一梁结构和第二梁结构，以及沿第二方向设置的第三梁结构和第四梁结构；其中，所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括所述热对称结构，所述第三梁结构包括所述支撑层和/或所述钝化层，所述第四梁结构包括所述支撑层和/或所述钝化层，所述第三梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导，所述第四梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导；或者，
所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括所述热对称结构，所述第三梁结构和所述第四梁结构均包括所述支撑层、所述电极层和所述钝化层，所述第三梁结构的热导与所述第一梁结构的热导和/或所述第二梁结构的热导的非平衡差值小于等于20％，所述第四梁结构的热导与所述第一梁结构的热导和/或所述第二梁结构的热导的非平衡差值小于等于20％。
可选地，所述第二半桥结构包括所述支撑层，所述第一半桥结构包括的所述支撑层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述支撑层的厚度相同或者不同；
所述第二半桥结构包括所述钝化层，所述第一半桥结构包括的所述钝化层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述钝化层的厚度相同或者不同；
所述支撑层的等效厚度大于等于50埃，小于等于2000埃，所述电极层的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，所述钝化层的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃；
构成所述支撑层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成所述钝化层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成所述电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，构成所述热敏感介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种。
可选地，所述红外探测器还包括加固结构，所述加固结构对应所述柱状结构所在位置设置，所述加固结构用于增强所述柱状结构与所述悬空微桥结构之间的连接稳固性。
可选地，所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构之间的界面和/或位于所述CMOS红外传感结构中。
可选地，所述红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程；
构成所述金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开实施例利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构在CMOS生产线上一体化制备，相较于MEMS工艺，CMOS不存在工艺兼容问题，解决了MEMS工艺面临的技术难点，采用CMOS工艺产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与CMOS工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，CMOS工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化CMOS工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于CMOS工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于CMOS工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产。另外，本公开实施例利用热导非平衡差值小于等于20％的第一半桥结构和第二半桥结构构成热对称结构，进一步降低了热对称微桥结构的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了热对称微桥结构的稳定性和抗冲击能力。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的局部俯视结构示意图；
图4为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的立体分解示意图；
图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图6为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的局部俯视示意图；
图7为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图8为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图9为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图10为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图11为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图12为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图13为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图14为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图15为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图16为相关技术采用的一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图17为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图18为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图19为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图20为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图21为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图22为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图23为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图24为本公开实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图；
图25为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图26为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图27为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图28为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图29为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图30为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的立体结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的剖面结构示意图。结合图1和图2，红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，基于CMOS工艺的红外探测器包括CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2，CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2。
具体地，CMOS红外传感结构2用于将外部红外信号转换为电信号并传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1根据接收到的电信号反映出对应红外信号的温度信息，实现红外探测器的温度检测功能。设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2，即先采用CMOS工艺制备CMOS测量电路系统1，再利用CMOS生产线以及该生产线兼容的各项工艺的参数，利用CMOS工艺连续制备CMOS红外传感结构2。
由此，本公开实施例利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2在CMOS生产线上一体化制备，相较于MEMS工艺，CMOS不存在工艺兼容问题，解决了MEMS工艺面临的技术难点，采用CMOS产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与CMOS工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，CMOS工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化CMOS工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于CMOS工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于CMOS工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产。
结合图1和图2，CMOS红外传感结构2包括由反射层4和热敏感介质层12构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构40以及具有电连接和支撑功能的柱状结构6，悬空微桥结构40包括吸收板10和至少两个梁结构11。具体地，CMOS红外传感结构2包括位于CMOS测量电路系统1上的反射层4、悬空微桥结构40和柱状结构6，柱状结构6位于反射层4和悬空微桥结构40之间，反射层4包括反射板41和支撑底座42，悬空微桥结构40通过柱状结构6和支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接。
具体地，柱状结构6位于反射层4和悬空微桥结构40之间，用于在CMOS测量电路系统1上的牺牲层释放后支撑悬空微桥结构40，牺牲层位于反射层4与悬空微桥结构40之间，悬空微桥结构40将经由红外信号转换出来的电信号经过对应的柱状结构6以及对应的支撑底座42传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1处理电信号以反映出温度信息，实现红外探测器非接触式的红外温度检测。另外，吸收板10至少包括热敏感介质层12和电极层14，热敏感介质层12用于转换其自身吸收的红外信号为电信号，电极层14用于调节热敏感介质层12的电阻并将经由热敏感介质层12转换后的电信号通过对应的梁结构11传输至CMOS测量电路系统1，部分梁结构11至少包括电极层14，梁结构11为进行电传输和热传导的结构。
CMOS红外传感结构2通过不同的电极结构输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同的柱状结构6传输至与柱状结构6电连接的支撑底座42，图1示例性地示意沿平行于CMOS测量电路系统1的方向，CMOS红外传感结构2包括四个柱状结构6，四个柱状结构6可以两两为一组分别传输正电信号和接地电信号，由于红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，四个柱状结构6也可以选择其中的两个柱状结构6分别传输正电信号和接地电信号，另外两个柱状结构6供给相邻的红外探测器像元进行电信号的传输，也可以设置CMOS红外传感结构2包括两个柱状结构6，可以设置其中一个柱状结构6用于传输正电信号，另一个柱状结构6用于传输接地电信号。另外，反射层4包括反射板41和支撑底座42，反射层4的一部分用于充当柱状结构6与CMOS测量电路系统1电连接的电介质，即支撑底座42，反射板41则用于反射红外线至悬空微桥结构40，配合反射层4和悬空微桥结构40之间形成的谐振腔实现红外线的二次吸收，以提高红外探测器的红外吸收率，优化红外探测器的红外探测性能。
图3为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的局部俯视结构示意图，图4为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的立体分解示意图。结合图1至图4，红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，红外探测器像元包括至少两个梁结构11，这里示例性地设置红外探测器像元包括两个梁结构11，每个梁结构11分别连接吸收板10和柱状结构6。具体地，吸收板10可以包含支撑层13、电极层14、热敏感介质层12和钝化层15，电极层14位于支撑层13上，热敏感介质层12位于电极层14上，钝化层15位于热敏感介质层12和电极层14上，吸收板10用于吸收目标物体的红外辐射能量。其中，支撑层13起结构支撑的作用，热敏感介质层12用于将温度信号转换成电信号，电极层14用于调节热敏感介质层12的电阻，并将热敏感介质层12的电信号通过梁结构11传递到CMOS测量电路系统1，钝化层15用于保护热敏感介质层12和电极层14。示例性地，可以如图2所示设置电极层14位于热敏感介质层12临近CMOS测量电路系统1的一侧，也可以设置电极层14位于热敏感介质层12远离CMOS测量电路系统1的一侧，本公开实施例对此不作具体限定。另外，图4示例性地设置电极层14在吸收板10上分布为两个块状大面积图案化电极141和142，也可以设置电极层14在吸收板10上分布为两个窄带状的图案化电极，本公开实施例对图案化电极的面积不作具体限定。
至少两个梁结构11中，由吸收板10向对应的柱状结构6的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构71和第二半桥结构72，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7，图1至图4设置红外探测器像元包括两个梁结构11，两个梁结构11中，由吸收板10向对应的柱状结构6的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构71和第二半桥结构72，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7。结合图1至图4，主要参照图3，并行梁结构a和并行梁结构b交汇于同一节点A,并行梁结构c和并行梁结构d交汇于节点B和节点C，并行梁结构e和并行梁结构f交汇于同一节点D。另外，热对称结构7中的第一半桥结构71的长度大于第二半桥结构72的长度，因此，并行梁结构a为第一半桥结构71，并行梁结构b为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7，并行梁结构c为第一半桥结构71，并行梁结构d为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7，并行梁结构e为第一半桥结构71，并行梁结构f为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7。
红外探测器像元的热量从中间的吸收板10向连接同一梁结构11的两个柱状结构6传导，可以设置第一半桥结构71包括支撑层13、电极层14和钝化层15，第二半桥结构72包括支撑层13和/或钝化层15，图1和图4示例性地设置第一半桥结构71包括支撑层13、电极层14和钝化层15，第二半桥结构72仅包括支撑层13，也可以设置第一半桥结构71包括支撑层13、电极层14和钝化层15，第二半桥结构72仅包括钝化层15，也可以设置第一半桥结构71包括支撑层13、电极层14和钝化层15，第二半桥结构72包括支撑层13和钝化层15。另外，还可以设置第一半桥结构71包括支撑层13和电极层14，第二半桥结构72仅包括支撑层13，或者还可以设置第一半桥结构71包括电极层14和钝化层15，第二半桥结构72仅包括钝化层15，前述第一半桥结构71和第二半桥结构72的膜层设置方式均可以使得第一半桥结构71的厚度大于第二半桥结构72的厚度，在第一半桥结构71和第二半桥结构72长度相等的情况下，第一半桥结构71由于其厚度较大，相较于第二半桥结构72，其上的热量传导速度更快。本公开实施例对第一半桥结构71和第二半桥结构72的长度进行不对称设计，即设置第一半桥结构71的长度大于第二半桥结构72的长度，减缓了厚度因素导致的热量传导速度较快的第一半桥结构71上的热量传导速度，进而实现了热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热导非平衡差值小于等于20％，即热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热量传导速度的差距小于等于20％，以第一半桥结构71的热量传导速度为1为例，则第二半桥结构72的热量传导速度大于等于0.8，小于等于1.2。
结合图1至图4，并行梁结构a和并行梁结构b的热导相近,并行梁结构c和并行梁结构d的热导相近，并行梁结构e和并行梁结构f的热导相近，吸收板10上的热量同步传送到梁结构11连接吸收板10的两个的端点处，然后经过并行梁结构a和并行梁结构b后，热量基本同步传送至并行梁结构c和并行梁结构d，经过并行梁结构c和并行梁结构d后，热量又基本同步传送至并行梁结构e和并行梁结构f，经由并行梁结构e和并行梁结构f后，热量基本同步传送到图3中上方的柱状结构6和下方的柱状结构6上，并由CMOS测量电路系统1进行散热。这样，热量由吸收板10，经过第一半桥结构71达到图3中下方柱状结构6和经过第二半桥结构72到达图3中上方柱状结构6的时间相近，进而实现了梁结构11上的热平衡，降低了红外探测器像元的总热导，优化了红外探测器像元构成的红外探测器，例如红外焦平面探测器的红外探测性能，使得红外探测器的NETD(Noise Equivalent TemperatureDifference，噪声等效温差)提高15％以上。
另外，本公开实施例设置厚度较大的第一半桥结构71的长度，大于厚度较小的第二半桥结构72的长度，相较于第一半桥结构71和第二半桥结构72的长度完全相同的对称结构，减小了红外探测器像元在相同力的作用下受到的应力和形变，相同作用力下，红外探测器像元受到的应力降低至少10％，形变降低至少50％，提高了红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。需要说明是，图1至图4仅示例性地设置红外探测器像元包括三个第一半桥结构71和三个第二半桥结构72构成的三个热对称结构7，本公开实施例对红外探测器像元中所包含的热对称结构7的具体数量不作限定，确保红外探测器像元包括至少一个热对称结构7即可。
图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图，图6为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的局部俯视示意图。在上述实施例的基础上，结合图1至图6，包含有热对称结构7的梁结构11包括至少一个回折结构，至少一个回折结构对应设置有支撑杆9，支撑杆9包括支撑层13和/或钝化层15，图5和图6示例性地设置支撑杆9仅包括支撑层13，支撑杆9也可以仅包括钝化层15，支撑杆9也可以包括支撑层13和钝化层15，支撑杆9与回折结构的回折部分构成矩形。
图1至图6示例性地设置左右两侧的梁结构11均包含有热对称结构7，示例性地设置梁结构11包括对应第一半桥结构71的三个回折结构，三个回折结构均对应设置有支撑杆9，支撑杆9与对应的回折结构的回折部分构成矩形，例如构成矩形a1、a2和a3。这样，利用支撑层13和/或钝化层15形成的支撑杆9改善了梁结构11的力学强度，支撑杆9起到增强红外探测器像元稳定性的作用，进一步提高了红外探测器像元构成的红外探测器的结构稳定性。另外，也可以设置对应第二半桥结构72的回折结构也对应设置有支撑杆9，例如图5和图6中，也可以在对应第二半桥结构72的回折结构904处对应设置类似支撑杆91、支撑杆92和支撑杆93的结构，同样能够进一步增强支撑杆的稳定性。综上，只要包含有热对称结构7的梁结构11包括回折结构，该回折结构处即可对应设置支撑杆9。
示例性地，结合图1至图6，可以设置位于吸收板10相对设置两侧的梁结构11中，支撑杆9的分布位置对角对称，例如位于吸收板10左侧的梁结构11中，上方有一个支撑杆9，下方有两个支撑杆9，位于吸收板10右侧的梁结构11中，上方有两个支撑杆9，下方有一个支撑杆9，以进一步提高红外探测器像元构成的红外探测器的结构稳定性。另外，可以设置支撑杆9与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20％，即设置支撑杆9与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热量传导速度的差距小于等于20％，以支撑杆9的热量传导速度为1为例，则该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热量传导速度大于等于0.8，小于等于1.2。优选地，支撑杆9的热导与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热导相同。
具体地，可以设置支撑杆91与对应矩形a1的除支撑杆91之外的其它三边结构的热导相同，支撑杆92与对应矩形a2的除支撑杆92之外的其它三边结构的热导相同，支撑杆93与对应矩形a3的除支撑杆93之外的其它三边结构的热导相同。这样，支撑杆9满足前述热平衡关系，支撑杆9和与之对应的热流走向相同的部分梁结构11的热导相同或相近，使得支撑杆9所增加的热导最小，支撑杆9对红外探测器像元的总热导影响达到最小，即支撑杆9是在热对称结构7基础上设计的结构，支撑杆9能够改善梁结构11的局部应力分布并与部分梁结构11形成热平衡。这样，本公开实施例提供的红外探测器像元可以实现微桥的全部结构或局部结构的热平衡，各热对称结构7以及支撑杆9中的两部分热导的热导非平衡差值范围在20％以内，组合而成的红外探测器像元的总热导达到最小值，同时支撑杆9可以有效提高红外探测器像元的力学强度。
可选地，第二半桥结构72包括支撑层13时，可以设置第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度相同或不同，图1至图6示例性地设置支撑层13的整体厚度一致，即第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度相同，也可以设置第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度不同，例如设置第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度大于第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度，或者第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度小于第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度。由此，设置第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度不同，有利于进一步提高红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力。同样地，第二半桥结构72包括钝化层15时，可以设置第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度与第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度相同或不同，即可以设置第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度与第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度相同，也可以设置第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度与第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度不同，例如设置第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度大于第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度，或者第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度小于第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度，设置第一半桥结构71包括的钝化层15的厚度与第二半桥结构72包括的钝化层15的厚度不同，有利于进一步提高红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力。
优选地，可以设置热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热导相同。具体地，结合图1至图6，吸收板10上的热量同步传送到梁结构11连接吸收板10的两个端点，然后经过并行梁结构a和并行梁结构b后，热量同步传送至并行梁结构c和并行梁结构d，经过并行梁结构c和并行梁结构d后，热量同步传送至并行梁结构e和并行梁结构f，经由并行梁结构e和并行梁结构f后，热量同步传送到图3和图6上方的柱状结构6和下方的柱状结构6上并由CMOS测量电路系统1进行散热。这样，热量由吸收板10经过第一半桥结构71达到图3和图6下方柱状结构6和经过第二半桥结构72到达图3和图6上方的柱状结构6的时间相同，最大程度上实现了梁结构11上的热平衡，使得红外探测器像元的总热导降至最低，最大程度上优化了红外探测器像元构成的红外探测器，例如红外焦平面探测器的红外探测性能。
可选地，结合图1至图6，可以设置热对称结构7中的第一半桥结构71的长度为l1，第二半桥结构72的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，第二半桥结构72包括支撑层13和钝化层15时，k1为支撑层13的热导率，k2为电极层14的热导率，k3为钝化层15的热导率，w1为第一半桥结构71中支撑层13的宽度，w2为第一半桥结构71中电极层14的宽度，w3为第一半桥结构71中钝化层15的宽度，w4为第二半桥结构72中支撑层13的宽度，w5为第二半桥结构72中钝化层15的宽度，t1为第一半桥结构71中支撑层13的等效厚度，t2为第一半桥结构71中电极层14的厚度，t3为第一半桥结构71中钝化层15的厚度，t4为第二半桥结构72中支撑层13的等效厚度，t5为第二半桥结构72中钝化层15的厚度。
具体地，结合图1至图6，第一半桥结构71的热导G1满足如下计算公式：
第二半桥结构72的热导G2满足如下计算公式：
要实现红外探测器像元的热导最小，则G1与G2的和值最小，因为微桥的总长度一定，热导与长度成反比，所以只有当第一半桥结构71的热导与第二半桥结构72的热导相同，即G1等于G2时，红外探测器像元的总热导达到最小值，由上述公式可以得出，G1等于G2时，l1与l2满足如下公式：
需要说明的是，本公开实施例所描述的第一半桥结构71中支撑层13的等效厚度以及第二半桥结构72中支撑层13的等效厚度，当第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度相等时，支撑层13整个膜层厚度一致，第一半桥结构71中支撑层13的等效厚度以及第二半桥结构72中支撑层13的等效厚度即为支撑层13原本的厚度。当第一半桥结构71包括的支撑层13的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层13的厚度不相等时，支撑层13整个膜层厚度不一致，第一半桥结构71中支撑层13的等效厚度以及第二半桥结构72中支撑层13的等效厚度即为支撑层13的平均厚度。
可选地，可以设置支撑层13的等效厚度大于等于50埃，小于等于2000埃，电极层14的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，钝化层15的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃。具体地，通过对梁结构11上支撑层13、电极层14和钝化层15厚度的设置，优化了梁结构11的热导，进而优化红外探测器像元的热导，可以采用PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)或者ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)工艺形成梁结构11上的支撑层13、电极层14和钝化层15。
可选地，结合图1至图6，可以设置包含有热对称结构7的梁结构11还包括至少一个连接杆8，连接杆8分隔热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72，沿垂直于连接杆8的方向，第一半桥结构71和第二半桥结构72分别位于连接杆8的两侧，当第一半桥结构71包括支撑层13、电极层14和钝化层15时，可以设置连接杆8包括支撑层13、电极层14和钝化层15；当第一半桥结构71包括支撑层13和电极层14时，可以设置连接杆8包括支撑层13和电极层14；当第一半桥结构71包括电极层14和钝化层15时，可以设置连接杆8包括电极层14和钝化层15，即设置连接杆8的膜层构成与第一半桥结构71的膜层构成相同。具体地，图1至图6示例性地设置两个梁结构11均包括连接杆8，每个梁结构11包括两个连接杆8，连接杆8分隔热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72，沿垂直于连接杆8的方向，第一半桥结构71和第二半桥结构72分别位于连接杆8的两侧，即热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72之间由连接杆8隔开且由连接杆8连接。图1至图6示例性地设置连接杆8包括支撑层13、电极层14和钝化层15，用于隔开包括支撑层13、电极层14和钝化层15的第一半桥结构71以及包括支撑层13和/或钝化层15的第二半桥结构72。同样地，利用热导非平衡差值小于等于20％的第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7，降低了红外探测器像元的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。另外需要说明的是，本公开实施例对连接杆8的数量不作具体限定，可以根据梁结构11中的回折数量以及第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布情况设置连接杆8的位置和具体数量。
图1至图6示例性地设置单个梁结构11回折7次，单个梁结构11包括三个热对称结构7，也可以如图7所示，设置单个梁结构11回折1次，单个梁结构11包括一个热对称结构，其中并行梁结构g为第一半桥结构71，并行梁结构h为第二半桥结构72，二者交汇于节点E，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成一个热对称结构，单个梁结构11包括一个连接杆8。也可以如图8所示，设置单个梁结构11回折3次，单个梁结构11包括两个热对称结构，其中并行梁结构i和并行梁结构j构成一个热对称结构，并行梁结构i为第一半桥结构71，并行梁结构j为第二半桥结构72，并行梁结构k和并行梁结构l构成另一个热对称结构，并行梁结构k为第一半桥结构71，并行梁结构l为第二半桥结构72，单个梁结构11包括一个连接杆8。也可以如图9所示，设置单个梁结构11回折5次，单个梁结构11包括两个热对称结构，其中并行梁结构m和并行梁结构n构成一个热对称结构，并行梁结构m为第一半桥结构71，并行梁结构n为第二半桥结构72，并行梁结构p和并行梁结构q构成另一个热对称结构，并行梁结构p为第一半桥结构71，并行梁结构q为第二半桥结构72，单个梁结构11包括两个连接杆8。
示例性地，可以设置红外探测器像元包括一组或者两组对角设置的两个柱状结构6，如图1至图9，示例性地设置红外探测器像元包括两组对角设置的两个柱状结构6，即设置红外探测器像元包括四个柱状结构6，也可以设置红外探测器像元包括一组对角设置的两个柱状结构6，即设置红外探测器像元包括两个柱状结构6。图10为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图。如图10所示，可以设置红外探测器像元包括两个梁结构和一组对角设置的柱状结构，单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构s为第一半桥结构71，并行梁结构t为第二半桥结构72，二者的交汇节点为F。也可以如图11所示，红外探测器像元包括两个梁结构和一组对角设置的柱状结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构u为第一半桥结构71，并行梁结构v为第二半桥结构72，二者的交汇节点为H。也可以如图12所示，红外探测器像元包括两个梁结构和一组对角设置的柱状结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构w为第一半桥结构72，并行梁结构x为第二半桥结构72，二者的交汇节点为K。另外，如1至图9示例性地设置四个柱状结构6对称设置，即四个柱状结构6位于矩形的四个顶角位置，也可以如图13所示，设置四个柱状结构6非对称设置，红外探测器像元包括两个梁结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构y为第一半桥结构71，并行梁结构z为第二半桥结构72，二者的交汇节点为M。
可选地，结合图1至图13，可以设置梁结构11直线搭接于对应的柱状结构6上，即梁结构11远离吸收板10的最外侧的梁采用直线且直接搭接在对应的柱状结构6上，以提高梁结构11与柱状结构6搭接的稳定性，进而提高红外探测器像元的力学强度和结构稳定性。也可以如图14所示，设置梁结构通过一小段搭接结构100与对应的柱状结构6进行连接，为提高梁结构的稳定性，可以增加搭接结构100的宽度，例如整体增加搭接结构100的线条宽度以减小梁结构受到的应力，提高梁结构的结构强度。
图15为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的立体结构示意图。如图15所示，可以设置红外探测器像元包括四个梁结构11，即红外探测器像元包括沿第一方向XX’设置的第一梁结构111和第二梁结构112，以及沿第二方向YY’设置的第三梁结构113和第四梁结构114，第一方向XX’垂直于第二方向YY’。第一梁结构111和第二梁结构112包括热对称结构，热对称结构的具体设置方式可参照图1至图6，第三梁结构113可以包括支撑层13和/或钝化层15，第四梁结构114可以包括支撑层13和/或钝化层15，即第三梁结构113和第四梁结构114可以仅包括支撑层13，第三梁结构113和第四梁结构114也可以仅包括钝化层15，第三梁结构113可以包括支撑层13和钝化层15，第四梁结构114可以包括支撑层13和钝化层15，图15示例性地设置第三梁结构113和第四梁结构114仅包括支撑层13，此时第三梁结构113和第四梁结构114不包括热对称结构，第一梁结构111和第二梁结构112满足热对称关系，第三梁结构113和第四梁结构114满足热对称关系。示例性地，如图15所示，设置第三梁结构113的热导小于等于第一梁结构111的热导或者第二梁结构112的热导，第四梁结构114的热导小于等于第一梁结构111的热导或者第二梁结构112的热导，有利于减小红外探测器像元的总热导，优化红外探测器像元构成的红外探测器的红外探测性能。
示例性地，类比图15，也可以设置第一梁结构111和第二梁结构112包括热对称结构，热对称结构的具体设置方式可参照图1至图6，第三梁结构113和第四梁结构114均包括支撑层13、电极层14和钝化层15，或者也可以设置第一梁结构111、第二梁结构112、第三梁结构113和第四梁结构114均包括热对称结构，热对称结构的具体设置方式可参照图1至图6。示例性地，可以设置第三梁结构113的热导与第一梁结构111的热导和/或第二梁结构112的热导的非平衡差值小于等于20％，即可以设置第三梁结构113的热导与第一梁结构111的热导的非平衡差值小于等于20％，第三梁结构113的热导与第二梁结构112的热导的非平衡差值小于等于20％，第三梁结构113的热导与第一梁结构111的热导以及第二梁结构112的热导的非平衡差值均小于等于20％。还可以设置第四梁结构114的热导与第一梁结构111的热导和/或第二梁结构112的热导的非平衡差值小于等于20％，即可以设置第四梁结构114的热导与第一梁结构111的热导的非平衡差值小于等于20％，第四梁结构114的热导与第二梁结构112的热导的非平衡差值小于等于20％，第四梁结构114的热导与第一梁结构111的热导以及第二梁结构112的热导的非平衡差值均小于等于20％。由此，同样有利于减小红外探测器像元的总热导，优化红外探测器像元构成的红外探测器的红外探测性能。
可选地，可以设置每个梁结构11与吸收板10具有两个连接点，如图1至图6、图8、图10至图12以及图14和图15，每个梁结构11与吸收板6具有两个连接点，图15中位于吸收板10上下的两个梁结构11均与吸收板10具有两个连接点。图16为相关技术采用的一种红外探测器像元的立体结构示意图。图16所示为大立结构的红外探测器像元，其采用的是半桥的设置方式，全部梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，结构稳定性较差，因为两个梁结构均一端连接吸收板，另一端连接为柱状结构，结构自由度高，稳定性差。为了提高其结构稳定性，需要采用加厚梁结构，但是，梁结构与吸收板同时制作，梁结构厚度的增加导致吸收板的厚度同样增加，梁结构的加厚可能会导致微桥结构的热容增大，导致探测器的红外探测器的性能较差。或者，也可以仅将梁结构的厚度设置的较大，吸收板与梁结构的厚度不同，但这又会导致微桥结构的工艺复杂，降低红外探测器的成品率。本公开实施例设置每个梁结构11与吸收板10具有两个连接点，有效降低了梁结构11的自由度，提高了梁结构11的力学稳定性，进而提高了红外探测器像元的稳定性，且制作工艺简单，无需增加额外的制作工艺。
可选地，结合图1至图15，可以设置位于吸收板10相对设置两侧的热对称结构7中，第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布位置相反。具体地，以图1、图5、图7至图9以及图13至图15为例，位于吸收板10左侧的热对称结构7中，第一半桥结构71在上，第二半桥结构72在下，位于吸收板10右侧的热对称结构7中，第一半桥结构71在下，第二半桥结构72在上。以图10和图11为例，位于吸收板10上方的热对称结构7中，第一半桥结构71在左，第二半桥结构72在右，位于吸收板10下方的热对称结构7中，第一半桥结构71在右，第二半桥结构72在左。以图12为例，位于吸收板10上方的热对称结构7中，第一半桥结构71在上，第二半桥结构72在下，位于吸收板10下方的热对称结构7中，第一半桥结构71在下，第二半桥结构72在上。由此，通过设置位于吸收板10相对设置两侧的热对称结构7中，第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布位置相反，进一步降低了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
可选地，可以设置梁结构11中的至少一处拐角呈圆弧状拐角；和/或，支撑杆9的宽度大于等于设定宽度。图1至图15示例性地设置梁结构11中的每个拐角均呈直角状拐角，可以设置梁结构11中的至少一处拐角呈圆弧状拐角，以降低梁结构11受到外力时的应力和形变，提高红外探测器像元的稳定性。另外，也可以设置支撑杆9的宽度大于等于设定宽度，即对支撑杆9进行加宽处理，以降低梁结构11受到外力时的应力和形变，提高红外探测器像元的稳定性，也可以对连接杆8或者梁结构11两端的回折结构进行加宽处理，以降低梁结构11受到外力时的应力和形变，提高红外探测器像元的稳定性。示例性地，也可以如图17所示，在应力集中位置设置图17所示三角形结构200，以降低梁结构11受到外力时的应力和形变，提高红外探测器像元的稳定性。
本公开实施例利用热导非平衡差值小于等于20％的第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构，第一半桥结构71和第二半桥结构72可以通过连接杆8隔开，进一步降低了红外探测器像元的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了红外探测器像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。另外，对于图8至图11、图13至图15以及图17，当包含有热对称结构7的梁结构11包括对应第一半桥结构71的至少一个回折结构时，同样可以类比图5和图6中支撑杆9的设置方式，在对应第一半桥结构71的至少一个回折结构处设置支撑杆9，以进一步提高红外探测器像元构成的红外探测器的结构稳定性。
可选地，可以设置柱状结构6包括至少一层实心柱状结构和/或至少一层空心柱状结构，即柱状结构6可以包括至少一层实心柱状结构，也可以包括至少一层空心柱状结构，也可以包括至少一层实心柱状结构和至少一层空心柱状结构。图2示例性地设置柱状结构6包括一层空心柱状结构，即在柱状结构6所在位置形成空心结构，空心柱状结构有利于减小柱状结构6的热导，进而降低柱状结构6产生的热传导对悬空微桥结构40生成的电信号的影响，有利于提升红外探测器像元以及包括该红外探测器像元的红外探测器的红外探测性能。
图18为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图18示例性地设置柱状结构6包括一层实心柱状结构，即在柱状结构6所在位置形成实心金属结构，实心柱状结构的力学稳定性较好，提高了柱状结构6与悬空微桥结构40之间的支撑连接稳定性，进而提高了红外传感器像元以及包括红外探测器像元的红外探测器的结构稳定性。另外，金属实心柱状结构的电阻较小，有利于减小悬空微桥结构40与CMOS测量电路系统1之间进行电信号传输过程中的信号损失，提升了红外探测器的红外探测性能，且金属实心柱状结构的尺寸更易精确控制，即实心柱状结构可以实现更小尺寸的柱状结构，有利于满足更小的芯片尺寸需求，实现红外探测器的小型化。
图19为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图19示例性地设置柱状结构包括多层实心柱状结构，例如包括两层实心柱状结构，即包括实心柱状结构61和实心柱状结构62，以具备上述实施例所述的实心柱状结构的优点。也可以类似图19设置柱状结构包括多层空心柱状结构，以具备上述实施例所述的空心柱状结构的优点。另外，设置柱状结构包括多层空心柱状结构或者包括多层实心柱状结构，可减少同一柱状结构中的立柱的类型，有利于简化柱状结构的制备工艺。
图20为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图，图21为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图20示例性地设置柱状结构6包括一层实心柱状结构63和一层空心柱状结构64且实心柱状结构63位于空心柱状结构64临近CMOS测量电路系统的一侧，图21示例性地设置柱状结构6包括一层实心柱状结构65和一层空心柱状结构66且实心柱状结构65位于空心柱状结构66远离CMOS测量电路系统的一侧。由此，利用实心柱状结构叠加空心柱状结构形成的柱状结构6连接悬空微桥结构40和支撑底座42，使得柱状结构6同时具备上述实施例所述的空心柱状结构和实心柱状结构的优点。
示例性地，可以设置位于柱状结构6中同一层的立柱为相同类型的立柱，即位于柱状结构6中同一层的立柱可以均为实心柱状结构或者均为空心柱状结构，以实现位于同一层的立柱可以采用相同的工艺步骤形成，有利于简化柱状结构6的制备工艺。另外，同一柱状结构6中还可包括不同类型的立柱，同一层也可设置不同类型的立柱，可基于红外探测器的具体需求对立柱类型进行具体设置，本公开实施例对此不作具体限定。由此，通过设置柱状结构6包括多层立柱，有利于减小柱状结构6中各层立柱的高度，立柱的高度越低，其陡直度越好，因此较易形成陡直度较好的立柱，从而优化柱状结构6整体的陡直度，柱状结构6的整体尺寸也可做到更小，有利于减小柱状结构6所占空间，从而增大CMOS红外传感结构的有效面积，进而提高占空比，提高红外探测器的红外探测灵敏度。另外，柱状结构6还可以包括更多层立柱，例如包括三层及以上层立柱，每个立柱可以是实心柱状结构或者空心柱状结构。
结合图1至图21，悬空微桥结构包括吸收板10和多个梁结构11，吸收板10用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构11与对应的柱状结构6电连接，可以设置吸收板10上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板10中的介质层；和/或，梁结构11上形成有至少一个孔状结构，即可以设置仅吸收板10上形成有孔状结构，或者仅梁结构11上形成有孔状结构，或者吸收板10和梁结构11上均形成有孔状结构。示例性地，无论是吸收板10上的孔状结构还是梁结构11上的孔状结构，孔状结构均可以为圆形孔状结构、方形孔状结构、多边形孔状结构或者不规则图形孔状结构，本公开实施例对吸收板10和梁结构11上的孔状结构的形状不作具体限定，且本公开实施例对吸收板10和梁结构11上孔状结构的数量不作具体限定。
由此，设置吸收板10上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板10中的介质层，由于反射层4和吸收板10之间设置有最终需要释放的牺牲层，而牺牲层的释放需要在红外探测器制作工艺的最后用化学试剂对牺牲层进行腐蚀，吸收板10上的孔状结构有利于增加释放用的化学试剂与牺牲层的接触面积，加快牺牲层的释放速率。另外，吸收板10面积相对梁结构11面积较大，吸收板10上的孔状结构有利于释放吸收板10的内应力，优化吸收板10的平坦化程度，且有利于提高吸收板10的结构稳定性，进而提高整个红外探测器的结构稳定性。另外，设置梁结构11上形成有至少一个孔状结构，有利于进一步减小梁结构11的热导，提高红外探测器的红外探测灵敏度。
结合图2和图18，CMOS测量电路系统1上方可以包括至少一层密闭释放隔绝层3，密闭释放隔绝层3用于在制作CMOS红外传感结构2的释放刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统1不受工艺影响。可选地，密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面和/或位于CMOS红外传感结构2中，即可以设置密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面，或者设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，或者设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面设置有密闭释放隔绝层3且CMOS红外传感结构2中设置有密闭释放隔绝层3，密闭释放隔绝层3用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护CMOS测量电路系统1不受侵蚀，密闭释放隔绝层3至少包含一层介质层，构成密闭释放隔绝层3的介质材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝中的至少一种。
图2和图18示例性地设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，密闭释放隔绝层3例如可以为位于反射层4的金属互连层的上方的一层介质层或多层介质层，这里示例性地示出了密闭释放隔绝层3为一层介质层，此时构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层3的厚度小于牺牲层的厚度。红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，反射层4作为谐振腔的反射层，牺牲层位于反射层4和悬空微桥结构40之间，设置位于反射层4上的至少一层密闭释放隔绝层3选择碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝等材料作为谐振腔的一部分时，不影响反射层4的反射效果，可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减小氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层3与柱状结构6形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现了对CMOS测量电路系统1的保护。
图22为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。在上述实施例的基础上，图22同样设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，密闭释放隔绝层3例如可以为位于反射层4的金属互连层的上方的一层介质层或多层介质层，这里示例性地示出了密闭释放隔绝层3为一层介质层，且密闭释放隔绝层3包覆柱状结构6，此时构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层3的厚度同样小于牺牲层的厚度。通过设置密闭释放隔绝层3包覆柱状结构6，一方面可以利用密闭释放隔绝层3作为柱状结构6处的支撑，提高了柱状结构6的稳定性，保证柱状结构6与悬空微桥结构40以及支撑底座42的电连接。另一方面，包覆柱状结构6的密闭释放隔绝层3可以减少柱状结构6与外界环境的接触，减少柱状结构6与外界环境的接触电阻，进而减少红外探测器像元的噪声，提高红外探测传感器的探测灵敏度，同时可以防止柱状结构6裸露在外的金属发生电击穿。同样地，红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，反射层4作为谐振腔的反射层，牺牲层位于反射层4和悬空微桥结构40之间，设置位于反射层4上的至少一层密闭释放隔绝层3选择碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝等材料作为谐振腔的一部分时，不影响反射层4的反射效果，可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减小氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层3与柱状结构6形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现了对CMOS测量电路系统1的保护。
图23为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与上述实施例所示结构的红外探测器不同的是，图23所示结构的红外探测器中，密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面，例如密闭释放隔绝层3位于反射层4和CMOS测量电路系统1之间，即密闭释放隔绝层3位于反射层4的金属互连层的下方，支撑底座42通过贯穿密闭释放隔绝层3的通孔与CMOS测量电路系统1电连接。具体地，由于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均采用CMOS工艺制备形成，当制备形成CMOS测量电路系统1后，将制备形成包含有CMOS测量电路系统1的晶圆传输至下一道工艺以制备形成CMOS红外传感结构2，因为氧化硅是CMOS工艺中最常用的介质材料，CMOS电路上多以氧化硅作为金属层间的绝缘层，所以腐蚀2um左右厚度的氧化硅时如果没有隔绝层作为阻挡，将会严重影响电路，为了确保释放牺牲层氧化硅时不会腐蚀CMOS测量电路系统上的氧化硅介质，本公开实施例在CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面设置了密闭释放隔绝层3。在制备形成CMOS测量电路系统1后，在CMOS测量电路系统1上制备形成密闭释放隔绝层3，利用密闭释放隔绝层3对CMOS测量电路系统1进行保护，而为了保证支撑底座42与CMOS测量电路系统1的电连接，在制备形成密闭释放隔绝层3后，在密闭释放隔绝层3对应支撑底座42的区域采用刻蚀工艺形成通孔，通过通孔实现支撑底座42与CMOS测量电路系统1的电连接。另外，设置密闭释放隔绝层3与支撑底座42形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现对CMOS测量电路系统1的保护。
示例性地，构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝中的至少一种。具体地，碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝均为CMOS工艺抗腐蚀材料，即这些材料不会受牺牲层释放用试剂的腐蚀，因此密闭释放隔绝层3可以用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护CMOS测量电路系统1不受侵蚀。另外，密闭释放隔绝层3覆盖CMOS测量电路系统1设置，密闭释放隔绝层3还可以用于在制作CMOS红外传感结构2的释放刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统1不受工艺影响。另外，当反射层4上设置有至少一层密闭释放隔绝层3时，设置构成密闭释放隔绝层3的材料包括硅、锗、硅锗合金、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅或碳氮化硅中的至少一种，在设置密闭释放隔绝层3提高柱状结构6稳定性的同时，密闭释放隔绝层3几乎不会影响谐振腔内的反射过程，可以避免密闭释放隔绝层3影响谐振腔的反射过程，进而避免密闭释放隔绝层3对红外探测器探测灵敏度的影响。
结合图1至图23，CMOS红外传感结构2的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD(Inter Metal Dielectric)工艺以及RDL(重新布线)工艺，CMOS红外传感结构2包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔，介质层至少包括一层牺牲层和一层热敏感介质层，金属互连层至少包括反射层4和电极层14，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/K，电阻温度系数大于设定值的热敏材料构成热敏感介质层，热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过CMOS测量电路系统1将红外目标信号转化成可实现电读出的信号。另外，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/K，有利于提高红外探测器的探测灵敏度。
具体地，金属互连工艺用于实现上下两层金属互连层的电连接，例如实现柱状结构6中的电极层与支撑底座42的电连接，通孔工艺用于形成连接上下金属互连层的互连通孔，例如形成连接柱状结构6中的电极层与支撑底座的互连通孔，IMD工艺用于实现上下金属互连层之间的隔离，即电绝缘，例如实现吸收板10和梁结构11中的电极层与反射板41之间的电绝缘，RDL工艺即重布线层工艺，具体是指在电路顶层金属的上方重新布一层金属且与电路顶层金属有金属柱，例如钨柱电连接，采用RDL工艺可以在CMOS测量电路系统1的顶层金属上再制备红外探测器中的反射层4，反射层4上的支撑底座42与CMOS测量电路系统1的顶层金属电连接。另外，如图2所示，CMOS测量电路系统1的CMOS制作工艺同样可以包括金属互连工艺和通孔工艺，CMOS测量电路系统1包括间隔设置的金属互连层101、介质层102以及位于底部的硅衬底103，上下金属互连层101通过通孔104实现电连接。
结合图1至图23，CMOS红外传感结构2包括由反射层4和热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构40以及具有电连接和支撑功能的柱状结构6，CMOS测量电路系统1用于测量和处理一个或多个CMOS红外传感结构2形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号，红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，每个红外探测器像元包括一个CMOS红外传感结构2。具体地，谐振腔例如可以由反射层4和吸收板10中热敏感介质层之间的空腔形成，红外光透过吸收板10在谐振腔内发生来回反射，以提高红外探测器的探测灵敏度，又由于柱状结构6的设置，梁结构11和吸收板10构成控制热传递的悬空微桥结构40，柱状结构6既电连接支撑底座42和对应的梁结构11，又用于支撑位于柱状结构6上的悬空微桥结构40。
图24为本公开实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图。结合图1至图24，CMOS测量电路系统1包括偏压产生电路70、列级模拟前端电路80和行级电路90，偏压产生电路70的输入端连接行级电路90的输出端，列级模拟前端电路80的输入端连接偏压产生电路70的输出端，行级电路90中包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，列级模拟前端电路80中包括盲像元RD；其中，行级电路90分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在偏压产生电路70的作用下输出电流信号至列级模拟前端电路80以进行电流电压转换输出；行级电路90受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路70输出第三偏置电压VRsm，偏压产生电路70根据输入的恒压及第三偏置电压VRsm输出第一偏置电压V1和第二偏置电压V2，列级模拟前端电路80根据第一偏置电压V1和第二偏置电压V2得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。
具体地，行级电路90包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，行级电路90用于根据行选开关K1的选通状态生成第三偏置电压VRsm。示例性地，行级镜像像元Rsm可以进行遮光处理，使行级镜像像元Rsm受到温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射，行选开关K1可以用晶体管实现，行选开关K1闭合，行级镜像像元Rsm与偏压产生电路70的连接，即行级电路90受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路70输出第三偏置电压VRsm。偏压产生电路70可以包括第一偏压产生电路710和第二偏压产生电路720，第一偏压产生电路710用于根据输入的恒压生成第一偏置电压V1，输入的恒压例如可以为电压恒定的正电源信号。第二偏压产生电路720可以包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据第三偏置电压VRsm控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压V2。
列级模拟前端电路80包括多个列控制子电路81，列控制子电路81与选通驱动子电路722对应设置，示例性地，可以设置列控制子电路81与选通驱动子电路722一一对应设置，选通驱动子电路722用于根据其自身的选通状态向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2。示例性地，可以设置选通驱动子电路722被选通时，选通驱动子电路722向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2；选通驱动子电路722未被选通时，选通驱动子电路722停止向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2。列级模拟前端电路80包括有效像元RS和盲像元RD，列控制子电路用于根据第一偏置电压V1和盲像元RD产生第一电流I1，以及根据第二偏置电压V2和有效像元RS产生第二电流I2，并对第一电流I1与第二电流I2的差值进行跨阻放大后输出，行级镜像像元Rsm与有效像元RS在相同环境温度下的温度漂移量相同。
示例性地，行级镜像像元Rsm与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，且对行级镜像像元Rsm进行遮光处理，行级镜像像元Rsm受到来自温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射。有效像元RS的吸收板10与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，且有效像元RS接受外部辐射。行级镜像像元Rsm与有效像元RS的吸收板10都与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，因此行级镜像像元Rsm与有效像元RS均具有自热效应。
通过行选开关K1选通对应的行级镜像像元Rsm时，行级镜像像元Rsm与有效像元RS均由于焦耳热而发生阻值变化，但行级镜像像元Rsm与有效像元RS受到同样的固定辐射时，行级镜像像元Rsm与有效像元RS的阻值相同，二者的温度系数也相同，二者在相同环境温度下的温度漂移量相同，两者的变化同步，有利于利用行级镜像像元Rsm与有效像元RS在相同环境温度下的温度漂移量相同的特性，有效补偿行级镜像像元Rsm与有效像元RS由于自热效应而发生的阻值变化，实现CMOS测量电路系统1的稳定输出。
另外，通过设置第二偏压产生电路720包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据行控制信号控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压V2，使得每行像素均有一路驱动单独驱动该行的像素整列，降低了对第二偏置电压V2的要求，即提高了偏压产生电路70的驱动能力，有利于利用CMOS测量电路系统1驱动更大规模的红外探测器像素阵列。另外，CMOS测量电路系统1的具体细节工作原理为本领域技术人员公知内容，这里不再赘述。
可选地，可以设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层上层或者同层制备CMOS红外传感结构2。具体地，这里的CMOS测量电路系统1的金属互连层可以为CMOS测量电路系统1中的顶层金属，结合图1至图23，可以设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层上层制备CMOS红外传感结构2，CMOS红外传感结构2通过位于CMOS测量电路系统1的金属互连层上层的支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接，实现将经由红外信号转换成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。
图25为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。也可以如图25所示，设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层同层制备CMOS红外传感结构2，即CMOS测量电路系统1与CMOS红外传感结构2同层设置，例如可以如图25所示设置CMOS红外传感结构2位于CMOS测量电路系统1的一侧，CMOS测量电路系统1的顶部同样可以设置有密闭释放隔绝层3，以保护CMOS测量电路系统1。
可选地，结合图1至图25，牺牲层用于使CMOS红外传感结构2形成镂空结构，构成牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀牺牲层。示例性地，post-CMOS工艺可以采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷这些对氧化硅有腐蚀特性气体中的至少一种对牺牲层进行腐蚀。具体地，反射层4与悬空微桥结构40之间具有牺牲层(图1至图25中未示出)，当反射层4上设置有密闭释放隔绝层3时，密闭释放隔绝层3与悬空微桥结构40之间具有牺牲层，构成牺牲层的材料是氧化硅，以兼容CMOS工艺，可以采用post-CMOS工艺，即后CMOS工艺腐蚀牺牲层以在最终的红外探测芯片产品中释放掉牺牲层。
可选地，吸收板10用于吸收红外目标信号并将红外目标信号转换为电信号，吸收板10包括金属互连层和至少一层热敏感介质层，吸收板10中的金属互连层为吸收板10中的电极层14，用于传输由红外信号转换得到的电信号。梁结构11和柱状结构6用于传输电信号并用于支撑和连接吸收板10，吸收板10中的电极层14包括两个图案化电极结构，两个图案化电极结构分别输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同的梁结构11和不同的柱状结构6传输至与柱状结构6电连接的支撑底座42，进而传输至CMOS测量电路系统1。梁结构11至少包括金属互连层，梁结构11中的金属互连层为梁结构11中的电极层14，梁结构11中的电极层14和吸收板10中的电极层14电连接。柱状结构6采用金属互连工艺和通孔工艺连接梁结构11和CMOS测量电路系统1，柱状结构6上方需要通过贯穿牺牲层的通孔与梁结构11中的电极层14电连接，柱状结构6的下方需要通贯穿支撑底座42上介质层的通孔与对应的支撑底座42电连接，进而实现梁结构11中的电极层14通过对应的柱状结构6与对应的支撑底座42电连接。反射板41用于反射红外信号并与热敏感介质层12形成谐振腔，即反射板41用于反射红外信号并与热敏感介质层12形成谐振腔，反射层4包括至少一层金属互连层，金属互连层用于形成支撑底座42，也用于形成反射板41。
可选地，可以设置吸收板10包括第一介质层和电极层14且第一介质层充当支撑层13和热敏感介质层，或者吸收板10包括电极层14和第二介质层且第二介质层充当钝化层15和热敏感介质层，或者吸收板10包括第一介质层、电极层14和第二介质层且第一介质层充当支撑层13和热敏感介质层且第二介质层充当钝化层15和热敏感介质层，或者吸收板10包括支撑层13、第一介质层、电极层14和第二介质层且第一介质层充当热敏感介质层且第二介质层充当钝化层15和热敏感介质层，或者吸收板10包括第一介质层、电极层14、第二介质层和钝化层15且第一介质层充当支撑层13和热敏感介质层且第二介质层充当热敏感介质层，或者吸收板10包括支撑层13、第一介质层、电极层14、第二介质层和钝化层15且第一介质层和第二介质层充当热敏感介质层；其中，构成第一介质层的材料可以包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，构成第二介质层的材料可以包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，设定值例如可以为0.015/K。
示例性地，结合图18、图22以及图25，可以设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第一半桥结构对应的梁结构11依次包括支撑层13、电极层14和钝化层15，吸收板10依次包括第一介质层、电极层14和第二介质层，第一介质层充当支撑层13和吸收板10中的热敏感介质层，第二介质层充当钝化层15以及吸收板10中的热敏感介质层，即可以设置梁结构11和吸收板10的膜层构成相同且相同的膜层同时制作，设置构成第一介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，构成第二介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，即第一介质层在充当支撑层13的同时充当热敏感介质层，第二介质层在充当钝化层15的同时同样充当热敏感介质层，有利于减小吸收板10的厚度，降低梁结构11的热导率，简化红外探测器的制备工艺。
具体地，支撑层13用于在释放掉牺牲层后支撑悬空微桥结构40中的上方膜层，热敏感介质层用于将红外温度检测信号转换为红外检测电信号，电极层14用于将热敏感介质层转换出来的红外检测电信号通过左右两侧的梁结构11传输至CMOS测量电路系统1，两个梁结构11分别传输红外检测电信号的正负信号，CMOS测量电路系统1中的读出电路通过对获取到的红外检测电信号的分析实现非接触式的红外温度检测，钝化层15用于保护电极层14不被氧化或者腐蚀。对应吸收板10以及梁结构11，电极层14位于第一介质层，即支撑层13和第二介质层，即钝化层15形成的密闭空间内，实现了对吸收板10和梁结构11中电极层14的保护。
可选地，也可以设置吸收板10包括电极层14和热敏感介质层，或者吸收板10包括支撑层13、电极层14和热敏感介质层，或者吸收板10包括电极层14、热敏感介质层和钝化层15，或者吸收板10包括支撑层13、电极层14、热敏感介质层和钝化层15；其中，构成支撑层13的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成钝化层15的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成热敏感介质层的材料可以包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，设定值例如可以为0.015/K。
图26为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。结合图2和图26，可以设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第一半桥结构对应的梁结构11依次包括支撑层13、电极层14和钝化层15，吸收板10依次包括支撑层13、电极层14、热敏感介质层12和钝化层15，热敏感介质层12实现将红外信号转换为电信号。对应吸收板10以及梁结构11，电极层14位于支撑层13和钝化层15形成的密闭空间内，实现了对吸收板10和梁结构11中电极层14的保护。需要说明的是，无论上述哪种梁结构11与吸收板10的膜层设置方案，需要确保梁结构11中至少有电极层14，吸收板12中至少有电极层14以及充当热敏感介质层的介质层。
示例性地，可以设置构成电极层14的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，其中当以钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种作为电极层14的材料时，优选地设置电极层14被支撑层13和钝化层15包覆，防止电极层14受刻蚀过程影响。另外，上述实施例所述的可以设置吸收板10上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板10中的介质层，梁结构11上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿梁结构11中的介质层，以图9所示结构的红外探测器为例，此时吸收板10上的孔状结构可以贯穿吸收板10中的支撑层13和钝化层15，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的支撑层13、电极层14和钝化层15，梁结构11上的孔状结构可以贯穿梁结构11中未设置电极层14位置的支撑层13和/或钝化层15，或者梁结构11上的孔状结构贯穿梁结构11中的支撑层13、电极层14和钝化层15。以图2所示结构的红外探测器为例，此时吸收板10上的孔状结构可以贯穿吸收板10中的支撑层13和钝化层15，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的支撑层13、电极层14和钝化层15，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的支撑层13、电极层14、热敏感介质层12和钝化层15，梁结构11上的孔状结构可以贯穿梁结构11中未设置电极层14位置的支撑层13和/或钝化层15，或者梁结构11上的孔状结构贯穿梁结构11中的支撑层13、电极层14和钝化层15。
可选地，可以设置红外探测器还包括超材料结构和/或偏振结构，超材料结构或者偏振结构为至少一层金属互连层。示例性地，可以设置构成超材料结构的金属互连层可以包括多个阵列排布的金属重复单元，每个金属重复单元包括两个对角设置的L型图案化结构，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置有多个阵列排布的图案化镂空结构，图案化镂空结构呈开口圆环状，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置有多个直线条带结构和多个回折条带结构，直线条带结构和回折条带结构沿垂直于直线条带结构的方向交替排列，此时红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置有多个阵列排布的图案化镂空结构，图案化镂空结构呈正六边形，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。需要说明的是，本公开实施例对构成超材料结构的金属互连层上的具体图案不作限定，确保重复的图案能实现超材料结构或者偏振结构的功能即可。
由此，本公开实施例利用图案化结构形成的超材料结构与红外探测器结构相结合，超材料结构吸收的红外电磁波会增强红外探测器本身吸收的红外电磁波信号，超材料结构吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，超材料结构吸收的红外电磁波与入射红外电磁波的分量产生耦合，即超材料结构的设置使得吸收的红外电磁波信号的强度增加，从而提高了红外探测器对入射红外电磁波的吸收率。
偏振结构可以包括若干个依次排列的光栅，相邻光栅之间的间隔为10nm至500nm，光栅可以为直线型也可以为弯曲型，且偏振结构中的光栅可以任意角度旋转或组合，偏振结构的设置可以使CMOS传感结构吸收特定方向的偏振光。示例性地，光栅可以为刻蚀金属薄膜，即刻蚀金属互连层形成的结构。本公开实施例通过将偏振结构与非制冷红外探测器进行单片集成，不仅可以实现偏振敏感型红外探测器的单片集成，而且极大地降低了光学设计的难度，简化了光学系统，减少了光学元件，降低了光学系统的成本。另外，通过单片集成的偏振型非制冷红外探测器采集的图像为原始红外图像信息，CMOS测量电路系统1只需要处理红外探测器探测的信号就可以得到准确的图像信息，而不需要进行现有探测器的图像融合，极大的提升了图像的真实性与有效性。另外，偏振结构也可以位于吸收板10上方且不与吸收板10接触设置，即偏振结构可以为位于悬空微桥结构40上方的悬空结构，偏振结构与悬空微桥结构40可以采用柱子连接支撑的方式或者采用键合支撑的方式，偏振结构与红外探测器像元可以一一对应键合，也可以采用整个芯片键合的方式。由此单独悬空的金属光栅结构不会造成红外敏感微桥结构的形变，不会影响敏感薄膜的热敏特性。
示例性地，结合图1至图26，超材料结构和偏振结构对应吸收板10所在位置设置，超材料结构为至少一层金属互连层，偏振结构为至少一层金属互连层，超材料结构或者偏振结构可以是支撑层13临近CMOS测量电路系统1一侧的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于支撑层13临近CMOS测量电路系统1的一侧且与支撑层13接触设置，即金属互连层位于悬空微桥结构40的最下方。示例性地，也可以设置超材料结构或者偏振结构是钝化层15远离CMOS测量电路系统1一侧的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于钝化层15远离CMOS测量电路系统1的一侧且与钝化层15接触设置，即金属互连层位于悬空微桥结构40的最上方。示例性地，也可以设置超材料结构或者偏振结构为位于支撑层13和钝化层15中间的且与电极层14电绝缘的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于支撑层13与电极层14之间且与电极层14电绝缘或者位于钝化层15与电极层14之间且与电极层14电绝缘。示例性地，也可以设置电极层14作为超材料结构层或者偏振结构层，即可以在电极层14上形成上述实施例所述的图案化结构。
可选地，可以设置柱状结构6包括至少一层实心柱状结构，实心柱状结构包括实心结构601，可以如图18所示，设置实心结构601的侧壁与牺牲层(图18中未示出)接触设置，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，即设置柱状结构6仅包括实心的钨柱、或铜柱或铝柱，设置实心结构601的侧壁与牺牲层接触设置，使得柱状结构6的制备工艺较为简单且易于实现，有利于降低整个红外探测器的制备难度。
图27为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与图18所示结构的红外探测器不同的是，图27所示结构的红外探测器设置实心结构601的侧壁包覆有至少一层介质层602且实心结构601与一层介质层602接触设置，图27示例性地设置实心结构601的侧壁包覆有一层介质层602且实心结构601与该介质层602接触设置，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，构成介质层602的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。
具体地，包覆实心结构601的至少一层介质层602可以起到电绝缘的作用，利用介质层602保护实心结构601以避免外部材料侵蚀实心结构601的同时，介质层602可以作为柱状结构6的辅助支撑结构，其与实心结构601共同支撑悬空微桥结构40，有利于提高柱状结构6的力学稳定性，从而提高红外传感器的结构稳定性。另外，设置构成介质层602的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种，前述材料均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，因此在后续工艺步骤中利用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷腐蚀牺牲层时不会腐蚀包覆实心结构601的介质层602。示例性地，可以如图27所示，设置包覆实心结构601的介质层602为悬空微桥结构40中的支撑层13，包覆实心结构601的介质层可以是单独制作的介质层，或者也可以设置包覆实心结构601的介质层为悬空微桥结构40中的钝化层15或热敏感介质层12。
图28为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与图18和图27所示结构的红外探测器不同的是，图28所示结构的红外探测器设置实心结构601的侧壁以及实心结构601临近CMOS测量电路系统1的表面包覆有至少一层粘附层603，图28示例性地设置实心结构601的侧壁以及实心结构601临近CMOS测量电路系统1的表面包覆有一层粘附层603，柱状结构6内最外围的粘附层603远离实心结构601的侧壁包覆有介质层604，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，构成粘附层603的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成介质层604的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。
具体地，粘附层603用于增强柱状结构6与支撑底座42之间的连接性能，包括增强器机械连接性能，提升结构稳定性，也包括增强器电学连接性能，减小接触电阻，减少电信号传输过程中的损耗，提升了红外探测器的红外探测性能，且通过设置粘附层603还包围实心结构601的侧面，可增大粘附层603与实心结构601的接触面积，相当于扩宽了电信号的传输通道，减小了柱状结构6的传输电阻，从而进一步减少了电信号传输损耗，提升了红外探测器的红外探测性能。另外，构成粘附层603的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，采用前述四种导电材料中的至少一种形成粘附层603，可满足利用粘附层603增强支撑底座42与柱状结构6之间的机械和电学连接性能的要求，且有利于实现采用CMOS工艺制备粘附层603的需求，即满足CMOS工艺集成化的需求。
柱状结构6内最外围的粘附层603远离实心结构601的侧壁还包覆有介质层604，在利用粘附层603增强柱状结构6与支撑底座42之间的连接性能的同时，包覆粘附层603侧壁的介质层604起到绝缘保护的作用，且能够利用介质层604起到对柱状结构6的辅助支撑的作用，以提升红外探测器的结构稳定性和红外探测性能。同样地，设置构成介质层604的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种，前述材料均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，因此在后续工艺步骤中利用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷腐蚀牺牲层时不会腐蚀包覆粘附层603的介质层604。示例性地，可以如图28所示，设置包覆实心结构601的粘附层603为悬空微桥结构40中的电极层14，包覆粘附层603的介质层604为悬空微桥结构40中的支撑层13，包覆实心结构601的粘附层603和/或包覆粘附层603的介质层604也可以是单独制作的膜层，或者也可以设置包覆粘附层603的介质层为悬空微桥结构40中的钝化层15或热敏感介质层12。
可选地，结合图2、图18、图26、图27以及图28，红外探测器还可以包括加固结构16，加固结构16对应柱状结构61所在位置设置，加固结构16用于增强柱状结构6与悬空微桥结构40，尤其是梁结构11之间的连接稳固性，加固结构16包括加重块状结构。具体地，加固结构16的设置可有效增强柱状结构6与梁结构11之间的力学稳定性，从而提升红外探测器像元及包括红外探测器像元的红外探测器的结构稳定性。
示例性地，如图26所示，当柱状结构6包括实心柱状结构时，可以设置加重块状结构位于梁结构11远离CMOS测量电路系统1的一侧且加重块状结构与梁结构11接触设置。具体地，设置加固结构16，即加重块状结构位于梁结构11远离CMOS测量电路系统1的一侧且加重块状结构与梁结构11接触设置，相当于在梁结构11对应柱状结构6的位置增加一个盖板，利用加固结构16自身的重量压住梁结构，从而增强梁结构11与柱状结构6之间的力学强度，提升红外探测器的结构稳定性。
示例性地，结合图18、图27以及图28，当柱状结构6包括实心柱状结构时，也可以设置梁结构11对应柱状结构6所在位置形成有通孔，通孔露出至少部分柱状结构6，加重块状结构包括填充通孔的第一部分和位于通孔外的第二部分，第二部分的正投影覆盖第一部分的正投影。具体地，梁结构11对应柱状结构6所在位置形成镂空区，即形成有通孔，通孔外的加重块状结构的第二部分与通孔内的加重块状结构的第一部分一体成型，第一部分填充或者说嵌入通孔内并与柱状结构6接触设置，第二部分的正投影覆盖第一部分的正投影，即第二部分的面积大于第一部分的面积。该红外探测器像元中，加固结构16相当于由第一部分和第二部分构成的铆钉结构，第一部分的底面接触柱状结构的顶面，第一部分的侧面还接触梁结构形成的镂空区的侧面，第二部分的下表面接触通孔外表面。由此，在利用加固结构16自身的重力压住梁结构11的同时，还增大了加固结构16与柱状结构6以及梁结构11的接触面积，进一步增大了梁结构11与柱状结构6之间的力学强度，提升红外探测器的结构稳定性。
示例性地，可以设置构成加重块状结构的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金或镍硅合金中的至少一种。具体地，加固结构16可为由介质或金属沉积的单层结构，也可为由两层、三层或更多层单层结构叠加形成的多层结构，非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金以及镍硅合金均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，从而后续在利用气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀牺牲层以释放牺牲层的过程中，不会对加固结构16造成影响，从而确保设置加固结构16可增强梁结构11与柱状结构6连接处的力学强度，防止梁结构11与柱状结构6之间因连接不牢而发生脱落，从而提升红外探测器的结构稳定性。另外，当构成加固结构16的材料包括氧化硅时，由于氧化硅会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，优选地可以设置加固结构16位于支撑层13和钝化层15围成的密闭空间内。
可选地，结合图2、图22以及图25，可以设置柱状结构6包括至少一层空心柱状结构，图2、图22以及图25示例性地设置柱状结构6包括一层空心柱状结构，空心柱状结构内至少设置有电极层14，空心柱状结构内的电极层14与悬空微桥结构40中的电极层14以及支撑底座42电连接，以确保悬空微桥结构40生成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。图2、图22以及图25示例性地设置空心柱状结构内设置有电极层14以及分别位于电极层14两侧的介质层，两侧的介质层实现了对电极层14的有效保护，避免电极层14被氧化或腐蚀，优化红外探测器的电传输特性，示例性地，柱状结构6内位于电极层14下方的介质层例如可以为支撑层13，位于电极层14上方的介质层例如可以为钝化层15，电极层14两侧的介质层也可以为单独制作的膜层。另外，也可以设置柱状结构6内，电极层14的上方和/或下方没有介质层，即可以设置空心柱状结构内仅电极层14的下方有介质层或者仅电极层14的上方有介质层或者空心柱状结构内仅设置有电极层14，电极层14外部没有介质层包裹。
可选地，如图2所示，空心柱状结构的红外探测器还可以包括加固结构16，加固结构16对应柱状结构6所在位置设置，加固结构16用于增强柱状结构6与悬空微桥结构40之间以及柱状结构6与反射层4之间的连接稳固性，即增强柱状结构6与支撑底座42之间的连接稳固性。示例性地，加固结构16可以位于电极层14远离CMOS测量电路系统1的一侧，当电极层14上方无介质层覆盖时，加固结构16位于电极层14上方且与电极层14接触设置，此时加固结构16可以在空心柱状结构内形成空心结构或者形成实心结构。当电极层14上方覆盖有介质层时，例如图2电极层14上方覆盖有钝化层15时，则加固结构16可以如图2所示位于钝化层15上方且与钝化层15接触设置，此时加固结构16可以在空心柱状结构内如图2所示形成空心结构，加固结构16也可以在空心柱状结构内形成实心结构，即加固结构16也可以填满钝化层15环绕形成的内部空间。或者，也可以如图29所示，将加固结构16设置在电极层14上方且加固结构16与电极层14接触设置，即加固结构16位于电极层14与钝化层15之间，此时加固结构16在空心柱状结构内形成空心结构。
图30为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图30所示结构的红外探测器中，也可以设置加固结构16位于电极层14临近CMOS测量电路系统1的一侧，电极层14的下方设置有介质层，例如支撑层13时，加固结构16可以位于电极层14与支撑层13之间且加固结构16与电极层14接触设置。
结合图2、图29和图30，无论加固结构16位于电极层14远离CMOS测量电路系统1的一侧，还是加固结构16位于电极层14临近CMOS测量电路系统1的一侧，加固结构16均覆盖柱状结构6与悬空微桥结构40的连接位置，相当于在柱状结构6与悬空微桥结构40的连接位置处增加了负重块，进而利用加固结构16增强了柱状结构6与悬空微桥结构40之间的连接稳固性。另外，加固结构16还覆盖至少部分柱状结构6与支撑底座42的连接位置，相当于在柱状结构6与支撑底座42的连接位置处增加了负重块，进而利用加固结构16增强了柱状结构6与支撑底座42之间的连接稳固性，进而优化了整个红外探测器的电连接特性，优化了红外探测器的红外探测性能。示例性地，上述实施例所述的加固结构16可以是金属结构也可以是非金属结构，本公开实施例对此不作具体限定，确保加固结构16的设置不会影响红外探测器中的电连接关系即可。
可选地，可以设置红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程，前述尺寸表征集成电路的工艺节点，即表征集成电路加工过程中的特征尺寸。
可选地，可以设置构成红外探测器中的金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种，例如可以设置构成反射层4的材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。另外，设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2，能够实现柱状结构6的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构11的宽度，即梁结构11中单线条的宽度小于等于0.3um，谐振腔的高度小于等于2.5um。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种热对称型红外探测器，其特征在于，包括：
CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；
所述CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响；
所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和电极层，所述介质层至少包括一层牺牲层和一层热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述CMOS测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；
所述CMOS红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的柱状结构，所述悬空微桥结构包括吸收板和至少两个梁结构，所述柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述梁结构和所述CMOS测量电路系统；
至少两个所述梁结构中，由所述吸收板向对应的所述柱状结构的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构构成热对称结构，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20％；其中，所述第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括支撑层和/或钝化层，或者所述第一半桥结构包括支撑层和电极层，所述第二半桥结构包括支撑层，或者所述第一半桥结构包括电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括钝化层；
包含有所述热对称结构的所述梁结构包括至少一个回折结构，至少一个所述回折结构对应设置有支撑杆，所述支撑杆包括支撑层和/或钝化层，所述支撑杆与所述回折结构的回折部分构成矩形，所述支撑杆与该所述支撑杆所在的所述矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20％；
所述CMOS测量电路系统用于测量和处理一个或多个所述CMOS红外传感结构形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号；所述CMOS测量电路系统包括偏压产生电路、列级模拟前端电路和行级电路，所述偏压产生电路的输入端连接所述行级电路的输出端，所述列级模拟前端电路的输入端连接所述偏压产生电路的输出端，所述行级电路中包括行级镜像像元和行选开关，所述列级模拟前端电路中包括盲像元；其中，所述行级电路分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在所述偏压产生电路的作用下输出电流信号至所述列级模拟前端电路以进行电流电压转换输出；
所述行级电路受所述行选开关控制而被选通时向所述偏压产生电路输出第三偏置电压，所述偏压产生电路根据输入的恒压及所述第三偏置电压输出第一偏置电压和第二偏置电压，所述列级模拟前端电路根据所述第一偏置电压和所述第二偏置电压得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。
2.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，在所述CMOS测量电路系统的金属互连层上层或者同层制备所述CMOS红外传感结构。
3.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层。
4.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度为l1，所述第二半桥结构的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，所述第二半桥结构包括支撑层和钝化层，k1为所述支撑层的热导率，k2为所述电极层的热导率，k3为所述钝化层的热导率，w1为所述第一半桥结构中所述支撑层的宽度，w2为所述第一半桥结构中所述电极层的宽度，w3为所述第一半桥结构中所述钝化层的宽度，w4为所述第二半桥结构中所述支撑层的宽度，w5为所述第二半桥结构中所述钝化层的宽度，t1为所述第一半桥结构中所述支撑层的等效厚度，t2为所述第一半桥结构中所述电极层的厚度，t3为所述第一半桥结构中所述钝化层的厚度，t4为所述第二半桥结构中所述支撑层的等效厚度，t5为所述第二半桥结构中所述钝化层的厚度。
5.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，包含有所述热对称结构的所述梁结构还包括至少一个连接杆，所述连接杆分隔所述热对称结构中的所述第一半桥结构和所述第二半桥结构，沿垂直于所述连接杆的方向，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构分别位于所述连接杆的两侧，所述连接杆的膜层构成与所述第一半桥结构的膜层构成相同。
6.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，包括沿第一方向设置的第一梁结构和第二梁结构，以及沿第二方向设置的第三梁结构和第四梁结构；其中，所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括所述热对称结构，所述第三梁结构包括所述支撑层和/或所述钝化层，所述第四梁结构包括所述支撑层和/或所述钝化层，所述第三梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导，所述第四梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导；或者，
所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括所述热对称结构，所述第三梁结构和所述第四梁结构均包括所述支撑层、所述电极层和所述钝化层，所述第三梁结构的热导与所述第一梁结构的热导和/或所述第二梁结构的热导的非平衡差值小于等于20％，所述第四梁结构的热导与所述第一梁结构的热导和/或所述第二梁结构的热导的非平衡差值小于等于20％。
7.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述第二半桥结构包括所述支撑层，所述第一半桥结构包括的所述支撑层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述支撑层的厚度相同或者不同；
所述第二半桥结构包括所述钝化层，所述第一半桥结构包括的所述钝化层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述钝化层的厚度相同或者不同；
所述支撑层的等效厚度大于等于50埃，小于等于2000埃，所述电极层的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，所述钝化层的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃；
构成所述支撑层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成所述钝化层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化铝或非晶碳中的至少一种，构成所述电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，构成所述热敏感介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述红外探测器还包括加固结构，所述加固结构对应所述柱状结构所在位置设置，所述加固结构用于增强所述柱状结构与所述悬空微桥结构之间的连接稳固性。
9.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构之间的界面和/或位于所述CMOS红外传感结构中。
10.根据权利要求1所述的热对称型红外探测器，其特征在于，所述红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程；
构成所述金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。
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- 2021-06-25 CN CN202110713208.8A patent/CN113447143B/zh active Active
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