CN113551781B - 基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法，涉及半导体技术领域，用于提高芯片的灵敏度，该半导体红外传感器芯片包括衬底和微桥结构，微桥结构的悬空区域与衬底之间设置有空气隙双栅晶体管，每个空气隙双栅晶体管包括沟道、两个栅电极、源极和漏极，衬底朝向微桥结构的侧面设置沟道以及源极、漏极；悬空区域包括红外吸收层和第一电引线图形层，第一电引线图形层位于红外吸收层朝向衬底的一侧，第一电引线图形层包括多条第一电引线，每条第一电引线朝向衬底的一侧设置有形变梁，形变梁背离衬底的一端与第一电引线连接，形变梁朝向衬底的一端设置栅电极，本发明提供的半导体红外传感器芯片用于对光照强度进行检测。

Description

基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法。

背景技术

半导体红外传感器芯片是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代半导体红外传感器芯片所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。

然而，相关技术的半导体红外传感器芯片对红外光线强度的检测灵敏度偏低，为此，需要检测灵敏度更高的半导体红外传感器芯片。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法，提高对红外光线强度的检测灵敏度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例的第一方面提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其包括衬底和微桥结构，微桥结构设置在衬底上，微桥结构包括悬空在衬底上方的悬空区域；悬空区域与衬底之间设置有空气隙双栅晶体管层，空气隙双栅晶体管层包括多个空气隙双栅晶体管，每个空气隙双栅晶体管包括沟道、设置在沟道相对两侧的两个栅电极，以及设置在沟道的相对两端的源极和漏极，每个空气隙双栅晶体管中的每个栅电极和沟道之间形成栅极电容；衬底朝向微桥结构的侧面设置沟道、源极和漏极；微桥结构的悬空区域包括红外吸收层和第一电引线图形层，第一电引线图形层位于红外吸收层朝向衬底的一侧，第一电引线图形层包括多条第一电引线，每条第一电引线朝向衬底的一侧设置有形变梁，形变梁吸收红外吸收层传递的热量并变形，形变梁背离衬底的一端与第一电引线连接，形变梁朝向衬底的一端设置栅电极。

与现有技术相比，本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片具有如下优点：

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，微桥结构设置在衬底上，且微桥结构包括悬空在衬底上方的悬空区域，如此设计，可以为微桥结构上设置的形变梁的变形以及栅电极的移动提供空间；微桥结构的悬空区域上的红外吸收层吸收红外线并产生热量，热量传递给第一电引线图形层内的第一电引线，第一电引线将热量再传递给与其连接的形变梁，形变梁吸热变形，带动栅电极移动，进而使得沟道与设置在沟道相对两侧的两个栅电极形成的栅极电容的大小发生变化，栅极电容的大小可以通过形变梁、第一电引线上的电信号传递给衬底，进而利用衬底内的电路对电容大小解析，如此，实现将光信号变化为电信号，实现对红外光线的强度的大小进行检测。本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，由于红外吸收层吸收的热量，首先引起形变梁的变化，再通过形变梁的变化引起栅电极的移动，由于栅电极设置在形变梁的一端，如此，形变梁的卷翘变形传递到栅电极上后，栅电极上几乎成为移动，使得沟道和栅电极形成的电容的大小与红外光线强度几乎为线性变化，进而使得本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片对光照强度的大小的检测更加灵敏。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，形变梁包括第一导电层和贴合在第一导电层一侧的第一介质层，第一导电层的一端与对应的第一电引线电连接，第一导电层和第一介质层之间设置栅电极；相邻两个第一导电层上贴合的第一介质层相对设置。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，第一导电层与第一电引线的接触面积大于第一导电层与栅电极的接触面积。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，在从微桥结构到衬底的方向上，第一导电层的尺寸小于栅电极的尺寸。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，衬底朝向微桥结构的一侧设置有光反射层，光反射层内设置有导电线，源极和所述漏极与对应的导电线连接。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，第一电引线图形层上设置有介质隔离层，介质隔离层设置在电引线背离衬底的侧面，以及相邻两个第一电引线之间的间隙内。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，微桥结构还包括敏感电阻层和第二电引线图形层；敏感电阻层设置在介质隔离层背离衬底的侧面，敏感电阻层包括多个敏感电阻；第二电引线图形层设置在敏感电阻层背离衬底的侧面，第二电引线图形层包括第二电引线，多个第二电引线与对应的敏感电阻连接，并将多个敏感电阻并联。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，多个敏感电阻分别为第一敏感电阻、第二敏感电阻、第三敏感电阻以及第四敏感电阻；第二电引线图形层包括第一子导线、第二子导线、第三子导线、第四子导线、第五子导线、第六子导线、第一总导线以及第二总导线，第一子导线的第一端、第三子导线的第一端、第四子导线的第一端以及第六子导线的第一端均与第一总导线连接，第一子导线的第二端与第一敏感电阻连接，第三子导线的第二端与第二敏感电阻连接，第四子导线的第二端与第三敏感电阻连接，第六子导线的第二端与第四敏感电阻连接，第二子导线的第一端和第五子导线的第一端均与第二总导线连接，第二子导线的第二端同时与第一敏感电阻和第二敏感电阻连接，第五子导线的第二端同时与第三敏感电阻和第四敏感电阻连接。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，红外吸收层设置在第二电引线图形层背离衬底的侧面，红外吸收层设置在第二电引线背离衬底的侧面，并填充在相邻两个第二电引线之间的间隙内。

作为本发明实施例基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的一种改进，微桥结构还包括有机械支撑层，机械支撑层设置在红外吸收层背离第二电引线图形层的侧面。

本发明实施例的第二方面提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制备方法，其包括如下步骤：

提供衬底；

在衬底上形成牺牲层；

图形化牺牲层，在牺牲层上形成第一深沟孔；

在每个第一深沟孔中填充第一半导体材料，填充在第一深沟孔内的第一半导体材料形成沟道；

在沟道的两端形成源极和漏极；

图形化牺牲层，在牺牲层上形成第二深沟孔；

在每个第二深沟孔中填充第二导电材料，填充在第二深沟孔内的第二导电材料形成栅电极，沟道和栅电极相对设置，并形成栅极电容；

在形成有栅极电容的牺牲层上形成第一沟槽，第一沟槽暴露出栅电极背离衬底的顶面和侧面；

在第一沟槽内填充第三导电材料，填充在第一沟槽内的第三导电材料形成形变梁；

在形成有形变梁的牺牲层上设置第一电引线图形层，第一电引线图形层包括多个第一电引线；

在第一电引线图形层上形成红外吸收层。

除了上面所描述的本发明实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片及制造方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的剖视图一；

图3a为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的剖视图二；

图3b为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片中栅极介质层、源极、漏极位置的剖视图；

图4为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的剖视图四；

图5为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方法流程图；

图6为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方制备的红外传感器芯片的剖视图一；

图7为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方制备的半导体传感器芯片的剖视图二；

图8为本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方制备的半导体传感器芯片的剖视图三。

附图标记说明：

100：衬底； 101：解析电路图形层；

200：微桥结构； 210：红外吸收层；

220：第一电引线； 230：介质隔离层；

240：释放保护层； 250：敏感电阻层；

251：第一敏感电阻； 252：第二敏感电阻；

253：第三敏感电阻； 254：第四敏感电阻；

260：第二电引线图形层； 261：第一子导线；

262：第二子导线； 263：第三子导线；

264：第四子导线； 265：第五子导线；

266：第六子导线； 267：第一总导线；

268：第二总导线； 270：机械支撑层；

300：支撑柱； 400：蛇形梁；

500：沟道； 510：栅介质层；

520：源极； 530：漏极；

600：形变梁； 610：第一导电层；

620：第一介质层； 700：栅电极；

710：第二介质层； 800：光反射层；

900：牺牲层； 1000：可见光处理模块。

具体实施方式

在相关技术中，半导体红外传感器芯片存在对光照强度的大小的检测不灵敏的问题，出现这种问题的原因在于，相关技术中，半导体红外传感器芯片包括衬底，衬底上设置有多个相互平行的下电极，相邻两个下电极之间设置有上电极，多个上电极背离衬底的一端与上连接结构的悬空端连接，上连接结构的连接端设置在衬底上。上连接结构为悬臂梁结构，上连接结构上还设置有红外吸收层，当红外吸收层吸收红外光后，热量引起上连接结构发生卷翘，这使得上电极相对下电极倾斜设置，电容的大小与红外光线强度引起的红外热效应之间不是线性关系，如此，导致半导体红外传感器芯片对光照强度的大小的检测灵敏度差。

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其通过在形变梁的一端设置栅电极，使得热量引起形变梁发生卷翘后，由于栅电极设置在形变梁的一端，如此，形变梁的卷翘传递到栅电极上后，栅电极上几乎成为移动，使得栅电极和设置衬底上的沟道形成的栅极电容的大小与红外光线强度几乎为线性变化，如此，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片对红外光线强度的大小的检测更加灵敏。

为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其包括衬底100和微桥结构200。

衬底100内部设置有解析电路图形层101，用于对光信号转变为的电信号进行解析。微桥结构200设置在衬底100上，微桥结构200包括悬空在衬底100上方的悬空区域。

在图1和图2示出的实施方式中，衬底100上还设置有支撑柱300，微桥结构200的两端分别设置在对应的支撑柱300上，微桥结构200的悬空区域位于微桥结构200的两端之间。

支撑柱300可以包括多层第二导电层和多层第三介质层，第二导电层和第三介质层间隔并层叠排布。第二导电层包括沿图1示出的Z方向延伸的第一部分，以及沿图1示出的沿Y方向延伸的两个第二部分，第二部分对应设置在第一部分的两端，靠近衬底100的第二部分与衬底100中的解析电路图形层101连接，靠近微桥结构200的第二部分与微桥结构200中的下述第一电引线220图形层连接。其中，第二导电层的材质例如为钛、氮化钛、铊、氮化钛、坞、铝、铜等材料中的一种或者多种。支撑柱300一方面对微桥结构200进行支撑，另一方面用于将微桥结构200上的电信号通过支撑柱300传递到衬底100内部的解析电路图形层101进行解析。

在图1示出的实施方式中，传感器还包括蛇形梁400，蛇形梁400包括多层第三导电层和多层第四介质层，多层第三导电层和多层第四介质层间隔并层叠排布。第三导电层包括沿图1示出的Y方向延伸的第一段，以及沿图1示出的沿X方向延伸的第二段，第三导电层与对应的第二导电层电连接。

传感器还包括悬垂梁，悬垂梁包括多层第四导电层和多层第五介质层，多层第四导电层和多层第五介质层间隔并层叠排布，第四导电层与对应的第三导电层以及第一电引线220电连接。

微桥结构200包括悬空在衬底100上方的悬空区域，悬空区域与衬底100之间设置有空气隙双栅晶体管层，空气隙双栅晶体管层包括多个空气隙双栅晶体管。请参阅图3a和图3b，每个空气隙双栅晶体管包括沟道500、设置在沟道500相对两侧的两个栅电极700，以及设置在500沟道的相对两端的源极520和漏极530，每个空气隙双栅晶体管中的每个栅电极700和沟道500之间形成栅极电容。

请参阅图3a和图3b，衬底100朝向微桥结构200的侧面设置有沟道500以及位于沟道500两端的源极520和漏极530，沟道500的材料例如为硅、锗等半导体材料中的一种，源极520和漏极530可以为掺杂有磷元素、硼元素等至少一种杂质的半导体材料。源极520和漏极530所在的方向与图3a所在的截面垂直。

在图2示出的实施方式中，衬底100朝向微桥结构200的一侧设置有光反射层800，光反射层800内设置有导电线，源极520和漏极530与对应的导电线连接，导电线与衬底100内部的解析电路图形层101电连接，如此，实现将源极520和漏极530上的电信号传递到衬底100内部的解析电路图形层101中。

微桥结构200的悬空区域包括红外吸收层210和第一电引线220图形层，红外吸收层210的材料可以为氮化硅、氢氧化硅等，第一电引线220图形层的材料可以为氮化钛、氮化铊等。

请参阅图3a，第一电引线220图形层位于红外吸收层210朝向衬底100的一侧，第一电引线220图形层包括多条第一电引线220，多条第一电引线220与上述支撑柱300电连接，第一电引线220可以通过第三导电层和第四导电层与支撑柱300中的第二导电层电连接，如此，将下述的栅电极700的电信号引至解析电路图形层101中。

请参阅图3a，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，第一电引线220图形层上设置有介质隔离层230，介质隔离层230设置在第一电引线220背离衬底100的侧面，以及相邻两个第一电引线220之间的间隙内。红外吸收层210设置在介质隔离层230背离衬底100的一侧。介质隔离层230可以对第一电引线220进行绝缘。

请参阅图3a，每条第一电引线220朝向衬底100的一侧设置有形变梁600，形变梁600吸收红外吸收层210传递的热量并变形，形变梁600背离衬底100的一端与第一电引线220连接，形变梁600朝向衬底100的一端设置有栅电极700，栅电极700与沟道500之间形成栅极电容。形变梁600导电且热致变形能力强。

在一些实施方式中，衬底100上还设置有隔热支撑件，隔热支撑件用于支撑栅电极700，且可以防止栅电极700上的热量传递到衬底100上，隔热支撑件的形状可以为曲折延伸结构，例如为S形。

请参照图3a，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，在红外光照射在基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片上时，沟道500并不发生形变，栅电极700发生形变，且在图3a示出的实施方式中，两个栅电极700相向移动，两个栅电极700均往沟道500方向移动，如此，使得沟道500和沟道500两边的栅电极700形成的栅介质的厚度减小，因而沟道500和栅电极700形成的栅极电容大小发生变化，如此，源极520和漏极530之间的电流发生变化，将栅极电容变化信息传递到解析电路图形层101，解析电路图形层101进行例如差分运算（两个栅电极700相向运动时，为差分运算）、放大处理等处理方式处理信息，实现信号解析。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，红外线照射在红外吸收层210上，红外吸收层210吸收红外线并发热，红外吸收层210上的热量经过第一电引线220传递到形变梁600，形变梁600吸收热量并变形，形变梁600朝向衬底100的一端相对形变梁600与第一电引线220连接的一端发生卷翘，设置在形变梁600朝向衬底100的一端的栅电极700随形变梁600的变形而发生移动，这使得栅电极700和设置在衬底100上的沟道500之间的距离发生变化，进而改变沟道500和栅电极700形成的栅极电容的大小，如此，红外线强度和电信号之间存在对应关系，实现将光信号转变为电信号。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，源极520和漏极530与导电线连接，导电线与衬底100内部的解析电路电连接，如此，实现将源极520和漏极530上的电信号传递到衬底100内部的解析电路内部。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，栅电极700上的电信号发生变化，栅电极700与形变梁600连接，形变梁600导电，形变梁600又与第一电引线220连接，第一电引线220又与支撑柱300连接，支撑柱300导电，支撑柱300又与衬底100内部的解析电路电连接，如此，将栅电极700上的电信号传递到解析电路，实现对电信号的解析。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，微桥结构200设置在衬底100上，且微桥结构200包括悬空在衬底100上方的悬空区域，微桥结构200的悬空区域与衬底100具有间隙，悬空区域的第一电引线220连接有形变梁600，形变梁600可以在悬空区域和衬底100之间的间隙内部发生形变。连接在形变梁600朝向衬底100一端的栅电极700可以在悬空区域和衬底100之间的间隙内移动。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，形变梁600朝向衬底100的一端与栅电极700电连接，形变梁600的一部分与栅电极700接触，尤其是形变梁600与栅电极700的接触面积很小的时候，形变梁600吸热后卷翘变形，栅电极700在形变梁600变形前后发生移动，如此，使得沟道500和栅电极700之间的距离与栅极电容的大小为线性关系，进而使得衬底100内部的解析电路图形层101的解析结果与红外线的强度之间的对应关系更准确，基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片对红外线光照强度的检测结果更灵敏。

请参阅图3a，形变梁600包括第一导电层610和贴合在第一导电层610一侧的第一介质层620。第一导电层610的热膨胀系数比第一介质层620的热膨胀系数高，如此，使得形变梁600向从第一导电层610往第一介质层620方向变形。

第一导电层610的材料可以为多晶硅、多晶锗等导热系数小的半导体材料，如此，可以防止过多的热量传递到栅电极700上。在图3a示出的实施方式中，第一导电层610与第一电引线220之间的接触面积可以大于第一导电层610与栅电极700的接触面积，如此，也可以防止过多的热量传递到栅电极700上。

请参阅图3a，第一导电层610的一端与对应的第一电引线220电连接，第一导电层610和第一介质层620之间设置栅电极700，栅电极700夹持在第一导电层610和第一介质层620之间。第一导电层610的热膨胀系数比第一介质层620的热膨胀系数高，当红外线照射到红外吸收材料上时，第一导电层610变形大，第一介质层620变形小，栅电极700往第一介质层620一侧移动。

相邻两个第一导电层610上贴合的第一介质层620相对设置，如此，可以在形变梁600吸收热量后，相邻两个形变梁600上的栅电极700之间的距离减小，可以对电信号进行差分运算。

请参阅图3a，栅电极700朝向衬底100的一端包覆有第二介质层710，栅电极700背离衬底100的一端凸出第二介质层710，第二介质层710背离衬底100的一端设置在第一导电层610和第一介质层620之间，第二介质层710为绝缘材料，第二介质层710可以有效防止相邻沟道500和栅电极700之间电接触。当然，沟道500外部也可以设置栅介质层510，栅介质层510也可以有效防止相邻沟道500和栅电极700之间电接触。

在从微桥结构200到衬底100的方向上，第一导电层610的尺寸小于栅电极700的尺寸，如此，可以使得红外吸收层210上的热量可以通过第一电引线220快速的传到形变梁600上，而形变梁600上的热量不易被传递到栅电极700上，进而将大部分热量锁在形变梁600上，如此，实现形变梁600的变形对应光照强度的变形更灵敏，提高本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片对光照强度的检测敏感性。

请参阅图3a，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，微桥结构200还包括两层释放保护层240，两层释放保护层240之间设置红外吸收层210和第一电引线220图形层，释放保护层240用于保护微桥结构200内部的红外吸收层210和第一电引线220图形层。第一介质层620背离衬底100的一侧与释放保护层240朝向衬底100的一侧相对设置并接触。

请参阅图3a，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，微桥结构200还包括敏感电阻层250和第二电引线图形层260。敏感电阻层250设置在介质隔离层230背离衬底100的侧面，敏感电阻层250包括多个敏感电阻，敏感电阻层250例如为热敏感电阻或者压力敏感电阻。第二电引线图形层260设置在敏感电阻层250背离衬底100的侧面，第二电引线图形层260包括第二电引线，多个第二电引线与对应的敏感电阻连接，并将多个敏感电阻并联。

请参阅图4，多个敏感电阻分别为第一敏感电阻251、第二敏感电阻252、第三敏感电阻253以及第四敏感电阻254。第二电引线图形层260包括第一子导线261、第二子导线262、第三子导线263、第四子导线264、第五子导线265、第六子导线266、第一总导线267以及第二总导线268。

第一子导线261的第一端、第三子导线263的第一端、第四子导线264的第一端以及第六子导线266的第一端均与第一总导线267连接，第一子导线261的第二端与第一敏感电阻251连接，第三子导线263的第二端与第二敏感电阻252连接，第四子导线264的第二端与第三敏感电阻253连接，第六子导线266的第二端与第四敏感电阻254连接，第二子导线262的第一端和第五子导线265的第一端均与第二总导线268连接，第二子导线262的第二端同时与第一敏感电阻251和第二敏感电阻252连接，第五子导线265的第二端同时与第三敏感电阻253和第四敏感电阻254连接。如此，可以使得第一敏感电阻251、第二敏感电阻252、第三敏感电阻253以及第四敏感电阻254并联，降低总的电阻率，使得并联后的总电阻在可读取的处理范围内。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，红外吸收层210设置在第二电引线图形层260背离衬底100的侧面，红外吸收层210设置在第二电引线背离衬底100的侧面，并填充在相邻两个第二电引线之间的间隙内。

请参阅图3a，本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，微桥结构200还包括有机械支撑层270，机械支撑层270用于加强微桥结构200整体的结构强度，机械支撑层270可以设置在红外吸收层210背离第二电引线图形层260的侧面。机械支撑层270也可以设置在红外吸收层210朝向衬底100的侧面。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，红外线可以由微桥结构200向衬底100方向照射，此时，衬底100上可以设置光反射层800，沟道500的电信号直接接到解析电路图形层101内。

本发明实施例的红外线传感器，还可以在微桥结构200上表面设置可见光处理模块1000，此时，入射光信号（含可见光和红外光）从硅片正面入射，先经过可见光处理模块1000，然后经微桥结构200向衬底100方向入射，可见光处理模块1000用于感应和吸收可见光；其产生的电信号可以通过多层电极层引出到衬底100的电路上。

此时，入射光信号中的可见光被可见光处理模块1000吸收，剩下的红外光信号入射到微桥结构200上；该红外光信号部分被吸收，部分透射过微桥结构200，到达光反射层800结构，然后被反射回微桥结构200，从而形成基于谐振腔原理的多次吸收，以提升光吸收效率。

在该实施例中，是在微桥结构200远离衬底100的一侧设置可见光处理模块1000，可见光处理模块1000用于对可见光部分进行处理。

在设置有光反射图形层的实施例中，红外线可以由衬底100向微桥结构200方向照射，衬底100朝向微桥结构200的一侧设置有光反射层800，光反射层800用于反射可见光，红外线可以透过光反射层800并透过微桥结构200上的释放保护层240、第一电引线220图形层、介质隔离层230、敏感电阻层250、第二电引线图形层260达到红外吸收层210。在该实施例中，可以在衬底100背离微桥结构200的一侧设置可见光处理模块1000，可见光处理模块1000用于对可见光部分进行处理。

本发明还提供一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方法，请参阅图5，其包括如下步骤：

S01：提供衬底100，衬底100内设置有解析电路图形层101，衬底100可以是硅、锗等半导体衬底100。

S02：在衬底100上形成牺牲层900，牺牲层900的材料可以为Si、SiO2、SOG-SiO2、掺有B/P的SiO2等其中的一种。该部分步骤形成的结构可以参照图6所示，牺牲层900设置在衬底100内。

S03：图形化牺牲层900，在牺牲层900上形成第一深沟孔，第一深沟孔可以采用光刻工艺和刻蚀工艺实现。

S04：在每个第一深沟孔中填充第一半导体材料，填充在第一深沟孔内的第一半导体材料形成沟道500，该步骤可以采用沉积工艺实现，例如采用金属有机物化学气相沉积法制备。在第一深沟孔内填充第一半导体材料，可以先沉积一层第一介质材料，以形成沟道500材料的栅介质层510。该步骤形成的结构请参照图7所示，沟道500的外侧设置有栅介质层510，沟道500和栅介质层510设置在牺牲层900内。

S05：在沟道500的两端形成源极520和漏极530，该步骤可以采用掺杂工艺实现；

S06：图形化牺牲层900，在牺牲层900上形成第二深沟孔，第二深沟孔可以采用光刻工艺和刻蚀工艺实现。

S07：在每个第二深沟孔中填充第二导电材料，填充在第二深沟孔内的第二导电材料形成栅电极700，沟道500和栅电极700相对设置，并形成栅极电容，该步骤可以采用沉积工艺实现，例如采用金属有机物化学气相沉积法制备。在第二深沟孔内填充第二导电材料，可以先沉积一层第二介质材料，以形成栅电极700材料的第二介质层710。该步骤形成的结构请参照图8所示，栅电极700的外侧设置有第二介质层710，第二介质层710和第二介质层710设置在牺牲层900内。

S08：在形成有栅极电容的牺牲层900上形成第一沟槽，第一沟槽暴露出栅电极700背离衬底100的顶面和侧面，第一沟槽可以采用光刻工艺和刻蚀工艺实现。

S09：在第一沟槽内填充第三导电材料，填充在第一沟槽内的第三导电材料形成形变梁600，该步骤可以采用沉积工艺实现，且可以分两次分别沉积第一导电层610和第一介质层620。该部分步骤形成的结构可以参照图8所示，第一导电层610与栅电极700背离衬底100的端部的端面以及第一侧面接触，第一介质层620与栅电极700背离衬底100的端部的端面以及第二侧面接触。

S10：在形成有形变梁600的牺牲层900上设置第一电引线220图形层，第一电引线220图形层包括多个第一电引线220。

S11：在第一电引线220图形层上形成红外吸收层210。

本发明实施例的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方法可以用于制备上述基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且， 描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，包括衬底和微桥结构，所述微桥结构设置在所述衬底上，所述微桥结构包括悬空在所述衬底上方的悬空区域，所述悬空区域与所述衬底之间设置有空气隙双栅晶体管层，所述空气隙双栅晶体管层包括多个空气隙双栅晶体管，每个所述空气隙双栅晶体管包括沟道、设置在所述沟道相对两侧的两个栅电极，以及设置在所述沟道的相对两端的源极和漏极，每个所述空气隙双栅晶体管中的每个所述栅电极和所述沟道之间形成栅极电容；

所述衬底朝向所述微桥结构的侧面设置所述沟道、所述源极和所述漏极；

所述微桥结构的悬空区域包括红外吸收层和第一电引线图形层，所述第一电引线图形层位于所述红外吸收层朝向所述衬底的一侧，所述第一电引线图形层包括多条第一电引线，每条所述第一电引线朝向所述衬底的一侧设置有形变梁，所述形变梁吸收所述红外吸收层传递的热量并变形，所述形变梁背离所述衬底的一端与所述第一电引线连接，所述形变梁朝向所述衬底的一端设置所述栅电极；

所述衬底内部设置有解析电路图形层，所述解析电路图形层用于对光信号转变为的电信号进行解析；

所述衬底上设置有支撑柱，所述微桥结构的两端分别设置在对应的所述支撑柱上，所述微桥结构的悬空区域位于所述微桥结构的两端之间；

所述栅电极产生的电信号通过所述支撑柱传递到所述衬底内部的解析电路图形层进行解析。

2.根据权利要求1所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述形变梁包括第一导电层和贴合在所述第一导电层一侧的第一介质层，所述第一导电层的一端与对应的所述第一电引线电连接，所述第一导电层和所述第一介质层之间设置所述栅电极；

相邻两个所述第一导电层上贴合的所述第一介质层相对设置。

3.根据权利要求2所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述第一导电层与所述第一电引线的接触面积大于所述第一导电层与所述栅电极的接触面积。

4.根据权利要求2所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，在从所述微桥结构到所述衬底的方向上，所述第一导电层的尺寸小于所述栅电极的尺寸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述衬底朝向所述微桥结构的一侧设置有光反射层，所述光反射层内设置有导电线，所述源极和所述漏极与对应的所述导电线连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述第一电引线图形层上设置有介质隔离层，所述介质隔离层设置在所述第一电引线背离所述衬底的侧面，以及相邻两个所述第一电引线之间的间隙内。

7.根据权利要求6所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述微桥结构还包括敏感电阻层和第二电引线图形层；

所述敏感电阻层设置在所述介质隔离层背离所述衬底的侧面，所述敏感电阻层包括多个敏感电阻；

所述第二电引线图形层设置在所述敏感电阻层背离衬底的侧面，所述第二电引线图形层包括第二电引线，多个所述第二电引线与对应的所述敏感电阻连接，并将多个所述敏感电阻并联。

8.根据权利要求7所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，多个所述敏感电阻分别为第一敏感电阻、第二敏感电阻、第三敏感电阻以及第四敏感电阻；

所述第二电引线图形层包括第一子导线、第二子导线、第三子导线、第四子导线、第五子导线、第六子导线、第一总导线以及第二总导线，所述第一子导线的第一端、所述第三子导线的第一端、所述第四子导线的第一端以及所述第六子导线的第一端均与所述第一总导线连接，所述第一子导线的第二端与所述第一敏感电阻连接，所述第三子导线的第二端与所述第二敏感电阻连接，所述第四子导线的第二端与所述第三敏感电阻连接，所述第六子导线的第二端与所述第四敏感电阻连接，所述第二子导线的第一端和所述第五子导线的第一端均与所述第二总导线连接，所述第二子导线的第二端同时与所述第一敏感电阻和所述第二敏感电阻连接，所述第五子导线的第二端同时与所述第三敏感电阻和所述第四敏感电阻连接。

9.根据权利要求7所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述红外吸收层设置在所述第二电引线图形层背离所述衬底的侧面，所述红外吸收层设置在所述第二电引线背离所述衬底的侧面，并填充在相邻两个所述第二电引线之间的间隙内。

10.根据权利要求7所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，其特征在于，所述微桥结构还包括有机械支撑层，所述机械支撑层设置在所述红外吸收层背离所述第二电引线图形层的侧面。

11.一种基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方法，其特征在于，应用于如权利要求1-10中任一项所述的基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片，所述基于半导体双栅晶体管结构的红外传感器芯片的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成牺牲层；

图形化所述牺牲层，在所述牺牲层上形成第一深沟孔；

在每个所述第一深沟孔中填充第一半导体材料，填充在所述第一深沟孔内的所述第一半导体材料形成沟道；

在所述沟道的两端形成源极和漏极；

图形化所述牺牲层，在所述牺牲层上形成第二深沟孔；

在每个所述第二深沟孔中填充第二导电材料，填充在所述第二深沟孔内的所述第二导电材料形成栅电极，所述沟道和所述栅电极相对设置，并形成栅极电容；

在形成有所述栅极电容的所述牺牲层上形成第一沟槽，所述第一沟槽暴露出所述栅电极背离所述衬底的顶面和侧面；

在所述第一沟槽内填充第三导电材料，填充在所述第一沟槽内的所述第三导电材料形成形变梁；

在形成有所述形变梁的所述牺牲层上设置第一电引线图形层，所述第一电引线图形层包括多个第一电引线；

在所述第一电引线图形层上形成红外吸收层。

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