CN113720453B - 一种基于cmos工艺的红外探测器像元和红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，包括CMOS测量电路系统和位于CMOS测量电路系统上的CMOS红外传感结构；CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，至少一层密闭释放隔绝层位于CMOS红外传感结构中；CMOS红外传感结构包括位于CMOS测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构；红外转换结构包括同层设置的吸收板和多个梁结构，吸收板包括热敏层，垂直于梁结构的延伸方向，梁结构的宽度小于等于0.3微米，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低等问题，位于CMOS红外传感结构中的密闭释放隔绝层降低了牺牲层的释放难度，提高了红外探测器的探测灵敏度。
Description
技术领域
本公开涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器。
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，现有的红外探测器中谐振腔高度较大，增加了牺牲层的释放难度，且采用MEMS工艺制备形成的梁结构的线宽较宽，较宽的梁结构会影响热敏层的尺寸，导致红外探测器的探测性能较差。
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，本公开提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低等问题，位于CMOS红外传感结构中的密闭释放隔绝层降低了牺牲层的释放难度，提高了红外探测器的探测灵敏度。
第一方面，本公开实施例提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器像元，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红外传感结构的刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响，至少一层所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS红外传感结构中；
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CMOS红外传感结构包括位于所述CMOS测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构，所述柱状结构位于所述反射层和所述红外转换结构之间，所述反射层包括反射板和支撑底座，所述红外转换结构通过所述柱状结构和所述支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接；
所述红外转换结构包括同层设置的吸收板和多个梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过对应的所述梁结构与对应的所述柱状结构电连接，所述吸收板包括热敏层，构成所述热敏层的材料包括氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，垂直于所述梁结构的延伸方向，所述梁结构的宽度小于等于0.3微米。
可选的，所述梁结构包括支撑层和电极层，所述支撑层位于所述电极层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，构成所述电极层的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层和钝化层，所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
可选的，所述梁结构包括支撑层和电极层，所述支撑层位于所述电极层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，构成所述电极层的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层和所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
可选的，所述梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，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、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层和钝化层，所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
可选的，所述梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，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、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层和所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
可选的，所述吸收板还包括图案化电极结构，所述图案化电极结构与对应的所述梁结构电连接，所述图案化电极结构用于将所述热敏层转换出的电信号传输至对应的所述梁结构。
可选的，所述热敏层包括热敏结构，所述热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构。
可选的，所述电极层的厚度大于等于0.01微米，小于等于0.1微米，所述钝化层的厚度大于等于0.005微米，小于等于0.2微米。
可选的，构成所述红外探测器中牺牲层的材料包括氧化硅，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层，所述post-CMOS工艺采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对所述牺牲层进行腐蚀。
第二方面，本公开实施例提供一种基于CMOS工艺的红外探测器，包括多个如第一方面任一项所述的红外探测像元。
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：
(1)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；
(2)CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，密闭释放隔绝层用于在制作CMOS红外传感结构的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层位于CMOS红外传感结构中，密闭释放隔绝层例如可以位于反射层的金属互连层的上方，密闭释放隔绝层包覆柱状结构，通过设置密闭释放隔绝层包覆柱状结构，一方面可以利用密闭释放隔绝层作为柱状结构处的支撑，提高了柱状结构的稳定性，保证柱状结构与红外转换结构以及支撑底座的电连接。另一方面，包覆柱状结构的密闭释放隔绝层可以减少柱状结构与外界环境的接触，减少柱状结构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。另外，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，牺牲层位于反射层和红外转换结构之间，且与反射层以及红外转换结构接触设置。当设置位于反射层上的至少一层密闭释放隔绝层作为谐振腔的一部分时，此时设置的密闭释放隔绝层可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减轻谐振腔中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与柱状结构形成密闭结构，将CMOS测量电路系统与牺牲层完全隔开，实现对CMOS测量电路系统的保护；
(3)设置吸收板和多个梁结构同层设置，降低了红外探测器像元的制备复杂度，采用CMOS工艺制备形成的梁结构的宽度更小，减少了梁结构的占用面积，增大了吸收板的面积，提高了探测器的探测性能。
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是本发明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是本发明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是本发明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4是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图。
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是本发明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是本发明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，红外探测器像元01包括：CMOS测量电路系统100和位于CMOS测量电路系统100上的CMOS红外传感结构200，CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200均采用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统100上直接制备CMOS红外传感结构200。CMOS测量电路系统100上方包括至少一层密闭释放隔绝层40，密闭释放隔绝层40用于在制作CMOS红外传感结构200的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统100不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层40位于CMOS红外传感结构200中。CMOS红外传感结构200的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及RDL工艺，CMOS红外传感结构200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。。CMOS红外传感结构200包括位于CMOS测量电路系统上的反射层10、红外转换结构20和多个柱状结构30，柱状结构30位于反射层10和红外转换结构20之间，反射层10包括反射板11和支撑底座12，红外转换结构20通过柱状结构30和支撑底座12与CMOS测量电路系统100电连接。红外转换结构20包括同层设置的吸收板21和多个梁结构22，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接，吸收板21包括热敏层，构成热敏层的材料包括氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，垂直于梁结构22的延伸方向，梁结构22的宽度小于等于0.3微米。
具体地，CMOS红外传感结构200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100，CMOS测量电路系统100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100和CMOS红外传感结构200均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统100上直接制备CMOS红外传感结构200，即先采用CMOS工艺制备CMOS测量电路系统100，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200。
由此，本公开实施例利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200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200包括位于CMOS测量电路系统100上的反射层10、红外转换结构20和多个柱状结构30，反射层10用于反射红外线至探测器像元中的吸收板，配合谐振腔实现红外线的二次吸收，多个柱状结构30用于支撑探测器像元中的红外转换结构20，红外转换结构20探测红外辐射信号并将探测的红外辐射信号转换成电信号，转换形成的电信号通过柱状结构30传输至CMOS测量电路系统100，CMOS测量电路系统100将电信号进行处理并输出。
具体地，柱状结构30位于反射层10和红外转换结构20之间，用于在CMOS测量电路系统100上的牺牲层释放后支撑红外转换结构20，牺牲层位于反射层10与红外转换结构20之间，柱状结构30为金属结构，红外转换结构20经由红外信号转换出来的电信号经过对应的柱状结构30以及对应的支撑底座12传输至CMOS测量电路系统100，CMOS测量电路系统100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。CMOS红外传感结构200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30传输至与柱状结构30电连接的支撑底座12，图1示例性地示意沿平行于CMOS测量电路系统100的方向，CMOS红外传感结构200包括四个柱状结构30，可以设置其中两个柱状结构30用于传输正电信号，另两个柱状结构30用于传输接地电信号，也可以设置CMOS红外传感结构200包括两个柱状结构30，分别传输正电信号和接地电信号。另外，反射层10包括反射板11和支撑底座12，反射层10的一部分用于充当柱状结构30与CMOS测量电路系统100电连接的电介质，即支撑底座12，反射板11则用于反射红外线至红外转换结构20，配合反射层10和红外转换结构20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。
需要说明的是，反射层10中反射板11的材料可以是铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种，本发明实施例不对反射板11的材料进行具体限定，此外，反射层10的厚度为1000A-10000A。
参见图2，CMOS测量电路系统100上方包括至少一层密闭释放隔绝层40，密闭释放隔绝层40用于在制作CMOS红外传感结构200的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统100不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层40位于CMOS红外传感结构200中，图2示例性地设置密闭释放隔绝层400位于CMOS红外传感结构200中，密闭释放隔绝层40例如可以位于反射层10的金属互连层的上方，密闭释放隔绝层40包覆柱状结构30，通过设置密闭释放隔绝层40包覆柱状结构30，一方面可以利用密闭释放隔绝层40作为柱状结构30处的支撑，提高了柱状结构30的稳定性，保证柱状结构30与红外转换结构20以及支撑底座12的电连接。另一方面，包覆柱状结构30的密闭释放隔绝层40可以减少柱状结构30与外界环境的接触，减少柱状结构30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。另外，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，牺牲层位于反射层和红外转换结构之间，且与反射层以及红外转换结构接触设置。当设置位于反射层10上的至少一层密闭释放隔绝层40作为谐振腔的一部分时，此时设置的密闭释放隔绝层40可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减轻谐振腔中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40与柱状结构30形成密闭结构，将CMOS测量电路系统100与牺牲层完全隔开，实现对CMOS测量电路系统100的保护。
CMOS红外传感结构200的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及RDL工艺，CMOS红外传感结构200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，热敏感介质层至少包括热敏层，还可以包括支撑层和/或钝化层，金属互连层至少包括反射层和电极层；其中，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中的热敏层，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100将红外目标信号转化成可实现电读出的信号。
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，通孔工艺用于形成连接上下金属互连层的互连通孔，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钨柱电连接，采用RDL工艺可以在CMOS测量电路系统100的顶层金属上再制备红外探测器中的反射层10，反射层10上的支撑底座12与CMOS测量电路系统100的顶层金属电连接。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。
需要说明的是，图2中示例性表示柱状结构30为空心结构，在其它可实施方式中，也可以设置柱状结构30为实心结构，本发明实施例不对柱状结构30的具体结构进行限定。此外，柱状结构30的材料可以为金属材料，也可以为非金属材料，只要保证电信号可通过柱状结构30和支撑底座12传输至CMOS测量电路系统100即可。
此外，参见图1，红外转换结构20包括同层设置吸收板21和多个梁结构22，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接。具体地，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接。可以设置梁结构和吸收板的至少两端电连接，CMOS红外传感结构200包括至少两个柱状结构30和至少两个支撑底座12，电极层包括至少两个电极端。具体地，梁结构与吸收板的两端电连接，每个梁结构与吸收板的一端电连接，CMOS红外传感结构200包括两个柱状结构30，电极层包括至少两个电极端，至少部分电极端传输正电信号，至少部分电极端传输负电信号，并通过对应的梁结构和柱状结构30传输至支撑底座12。也可以设置梁结构与吸收板的四端电连接，每个梁结构与吸收板的两端电连接，CMOS红外传感结构200包括四个柱状结构30，一个梁结构连接两个柱状结构30。需要说明的是，本公开实施例对梁结构与吸收板的连接端的数量不作具体限定，确保分别存在梁结构与电极端相对应，梁结构用于传输对应的电极端输出的电信号即可。
此外，梁结构22和柱状结构30用于传输电信号并用于支撑和连接吸收板21，吸收板21中的电极层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和不同的柱状结构传输至与柱状结构电连接的支撑底座，进而传输至CMOS测量电路系统100，梁结构包括金属互连层和至少一层介质层，梁结构中的金属互连层为梁结构中的电极层，梁结构中的电极层和吸收板中的电极层电连接，梁结构中的介质层可以包括支撑层和钝化层。
示例性地，吸收板21包括热敏层，热敏层用于吸收目标物体的红外辐射能量，并将红外信号转换为相应的电信号，梁结构22是用于进行电传输和热传导的部件，当吸收板21的热敏层将吸收的红外信号转换为电信号后，电信号通过对应的梁结构22以及柱状结构30传输至CMOS测量电路系统100，其中，构成热敏层的材料包括氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，热敏材料的厚度为300A-2000A。
进一步的，梁结构22的膜层可以根据整体结构设计，当采用CMOS工艺制备形成梁结构时，梁结构各膜层可以利用CMOS工艺做到很薄，且均匀性很好，热导较小，进而提高红外探测器的探测灵敏度。此外，在采用CMOS工艺制备形成的CMOS红外传感结构时，制备形成的梁结构22在垂直于梁结构22延伸方向上的宽度小于等于0.3微米，即采用CMOS工艺制备形成的梁结构22的线宽更小，更小的线宽可以减少梁结构22的热导，减小梁结构22的占用面积，进而增大了吸收板21的面积，提高了探测器的探测性能。
可选的，在上述实施例的基础上，图3是本发明实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图3所示，梁结构22包括支撑层220和电极层221，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100的一侧，构成电极层221的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种。吸收板21还包括支撑层220和钝化层212，热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧。
参见图3，梁结构22包括支撑层220和电极层221，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100一侧，通过设置梁结构22包括支撑层220，利用支撑层220对梁结构22的电极层221进行支撑。吸收板21还包括支撑层220和钝化层212，热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧，支撑层220实现对吸收板21上热敏层210的支撑，钝化层212用于保护热敏层210不被氧化或者腐蚀。
示例性的，如图3所示，吸收板21还包括图案化电极结构213，图案化电极结构213与对应的梁结构22电连接，图案化电极结构213用于将热敏层210转换出的电信号传输至对应的梁结构22。具体的，热敏层210用于将红外信号转换成电信号，图案化电极结构213将热敏层210转换形成的电信号通过梁结构22上的电极层221传递到CMOS测量电路系统100。示例性地，图案化电极结构可以呈回折蛇形形状，图案化电极结构包括两部分，每部分相互电连接，一部分用于传输正电信号，一部分用于传输接地电信号。
当设置梁结构包括支撑层220和电极层221两层结构时，设置构成梁结构22的电极层221的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种，能够有效提高第一电极层221的抗氧化性，降低第一电极层221的导热系数，使得梁结构22上无需设置钝化层，减小了梁结构22的厚度，有利于降低梁结构121的热导，提高红外探测器的热响应度。
设置吸收板21包括支撑层220、热敏层210和钝化层212三层结构时，此时，可以设置图案化电极结构213与钝化层212同层设置，也可以设置图案化电极结构213与热敏层210同层设置。示例性的，当图案化电极结构213与钝化层212同层设置时，如图4所示，热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构，图案化电极结构213、钝化层212以及支撑层220形成对热敏层210上下表面以及侧面的保护，图案化电极结构213、钝化层212以及支撑层220构成腐蚀保护结构，避免在采用VHF气相氟化氢腐蚀工艺腐蚀牺牲层实现结构镂空时，气相氟化氢对热敏层210材料的腐蚀。
此外，设置构成吸收板21包括支撑层220、热敏层210和钝化层212三层结构，可以实现吸收板21中的图案化电极结构213与钝化层212在同一道工艺中制备，或图案化电极结构213与热敏层210在同一道工艺中制备，降低工艺复杂度。设置梁结构包括支撑层220和电极层221两层结构，梁结构22上无需设置钝化层，减小了梁结构22的厚度，有利于降低梁结构121的热导，提高红外探测器的热响应度。
可选的，在上述实施例的基础上，图4是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图4所示，梁结构22包括支撑层220和电极层221，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100的一侧，构成电极层221的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种。吸收板21还包括支撑层220、电极层213和钝化层212，电极层213和热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧。
参见图4，梁结构22包括支撑层220和电极层221，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100的一侧，通过设置梁结构11包括支撑层220，利用支撑层220对梁结构22的电极层221进行支撑。吸收板21还包括支撑层220、电极层213和钝化层212，电极层213和热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧，支撑层220实现对吸收板21上热敏层210和电极层213的支撑，钝化层212用于保护热敏层210不被氧化或者腐蚀。
需要说明的是，当构成的吸收板21包括支撑层220、电极层213、热敏层210和钝化层212四层结构时，此时，可以设置电极层213位于热敏层210临近支撑层220的一侧，也可以设置电极层213位于热敏层210临近钝化层212一侧，本发明实施例不对电极层的位置进行具体限定。此外，吸收板21中的电极层213可以根据具体的制备工艺选择设置的位置，工艺兼容性较好。当吸收板21包括支撑层220、电极层213、热敏层210和钝化层212四层结构时，热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构，此时电极层213、钝化层212以及支撑层220形成对热敏层210上下表面以及侧面的保护，图案化电极结构213、钝化层212以及支撑层220构成腐蚀保护结构，避免在采用VHF气相氟化氢腐蚀工艺腐蚀牺牲层实现结构镂空时，气相氟化氢对热敏层材料的腐蚀。
示例性的，构成梁结构22的电极层221的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种，本发明实施例不对电极层221的材料进行具体限定。
设置构成吸收板21包括支撑层220、电极层213、热敏层210和钝化层212四层结构，吸收板21中的电极层213可以根据具体的制备工艺选择设置的位置，工艺兼容性较好。此外，设置的钝化层可以对电极层以及热敏层的保护，电极层的材料可选择范围更广。而设置梁结构包括支撑层220和电极层221两层结构，梁结构22上无需设置钝化层，减小了梁结构22的厚度，有利于降低梁结构121的热导，提高红外探测器的热响应度，且降低了工艺复杂度。
可选的，在上述实施例的基础上，图5是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图5所示，梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222，电极层221位于支撑层220和钝化层222之间，支撑层220位于钝化层222临近CMOS测量电路系统100的一侧，构成电极层221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、镍或铂中的至少一种。吸收板21还包括支撑层220和钝化层212，热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧。
参见图5，梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222，电极层221位于支撑层220与钝化层222之间，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100的一侧。通过设置梁结构22包括支撑层220，利用支撑层220对梁结构22的电极层221进行支撑，梁结构22的钝化层222用于对梁结构22上的电极层221进行保护，避免电极层221被腐蚀，增强了梁结构的力学强度。而设置吸收板21包括支撑层220和钝化层212，支撑层220实现对吸收板21上热敏层210的支撑，钝化层212用于保护热敏层210不被氧化或者腐蚀。
示例性的，图5中，吸收板21还包括图案化电极结构213，图案化电极结构213与对应的梁结构22电连接，图案化电极结构213用于将热敏层210转换出的电信号传输至对应的梁结构22。
需要说明的是，图5示例性地设置图案化电极结构213在吸收板21上分布为两个窄带状图案化电极，也可以设置图案化电极结构213在吸收板21上分布为两个块状的图案化电极，本公开实施例对图案化电极结构的面积不作具体限定。示例性地，图案化电极结构包括两部分，每部分相互电连接，一部分用于传输正电信号，一部分用于传输接地电信号。
具体的，热敏层210用于将热敏信号转换成电信号，位于吸收板21上的图案化电极结构213用于调节热敏层210的电阻，并将热敏层210转换形成的电信号通过梁结构22上的电极层221传递到CMOS测量电路系统100。示例性的，构成梁结构22的电极层221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、镍或铂中的至少一种，本发明实施例不对电极层221的材料进行具体限定。
当构成的吸收板21包括支撑层220、热敏层210和钝化层212三层结构，构成的梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222三层结构时，此时，设置吸收板21上的图案化电极结构213与热敏层210位于同一层，利用钝化层212对热敏层210和图案化电极结构213进行保护。而由于构成的吸收板21包括三层结构，构成的梁结构22包括三层结构，因此可以在同一道制备工艺中分别制备形成梁结构22和吸收板21，降低了工艺复杂度。此外，当设置梁结构包括支撑层220、电极层221和钝化层222三层结构时，此时位于电极层221上的钝化层222能够实现对电极层221的保护，使得电极层221不被腐蚀，增强了梁结构22的力学强度，进而使得电极层221的可选择材料更多。
可选的，在上述实施例的基础上，图6是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图6所示，梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222，电极层221位于支撑层220和钝化层222之间，支撑层220位于钝化层222临近CMOS测量电路系统100的一侧，构成电极层221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、镍或铂中的至少一种。吸收板21还包括支撑层220、电极层213和钝化层212，电极层213和热敏层210位于支撑层220和钝化层212之间，支撑层220位于钝化层212临近CMOS测量电路系统100的一侧。
参见图6，梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222，电极层221位于支撑层220与钝化层222之间，支撑层220位于电极层221临近CMOS测量电路系统100的一侧。通过设置梁结构22包括支撑层220，利用支撑层220对梁结构22的电极层221进行支撑，梁结构22的钝化层222用于对梁结构22上的电极层221进行保护，避免电极层221被腐蚀，增强了梁结构22的力学强度。而设置吸收板21还包括支撑层220、电极层213和钝化层212，支撑层220实现对吸收板21上热敏层210的支撑，钝化层212用于保护热敏层和电极层213不被氧化或者腐蚀，电极层213用于调节热敏层210的电阻。
当构成的梁结构22包括支撑层220、电极层221和钝化层222三层结构，构成的吸收板21包括支撑层220、热敏层210、电极层213和钝化层212四层结构时，此时，可以设置吸收板21上的电极层213位于热敏层210临近钝化层212的一侧，也可以设置电极层213位于热敏层210临近支撑层220一侧，本发明实施例不对吸收板21上的电极层213的位置进行具体限定。通过设置构成吸收板21包括四层结构，此时吸收板21中电极层213可以根据具体的制备工艺选择设置的位置，工艺兼容性较好。而梁结构包括支撑层220、电极层221和钝化层222三层结构时，此时位于电极层221上的钝化层222能够实现对电极层221的保护，使得电极层221不被腐蚀，增强了梁结构22的力学强度，进而使得电极层221的可选择材料更多。示例性的，电极层221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、镍或铂中的至少一种。
在上述各实施例的基础上，构成支撑层的材料包括非晶碳、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化铝或碳化硅中的至少一种，构成钝化层的材料包括非晶碳、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化铝或碳化硅中的至少一种。
需要说明的是，上述实施例提供的红外探测器像元中，吸收板中热敏层和支撑层分别位于不同层，当热敏层包括热敏材料或热电偶材料时，可以将热敏层作为支撑层，即热敏层复用为支撑层，因此热敏层充当第二支撑结构，无需制作单独的支撑膜层，有利于进一步减小吸收板的厚度，进而减小吸收板的热容，降低红外探测器的热响应时间。此外，上述各实施例中吸收板的占空比大于70％，甚至达到90％以上，吸收板上还可以含有其他结构，比如超材料结构或偏振结构等，本发明实施例不对此进行具体限定。
可选的，热敏层210包括热敏结构，热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构。
由于构成热敏层210的材料包括氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，当利用VHF气相氟化氢腐蚀工艺腐蚀牺牲层实现谐振腔结构镂空时，使用的氟化氢会腐蚀吸收板中的热敏层210，因此通过设置热敏层210包括热敏结构，且热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构，利用腐蚀保护结构对热敏层材料的保护，避免在采用VHF气相氟化氢腐蚀工艺腐蚀牺牲层时氟化氢对热敏层材料的腐蚀。示例性的，结合图3-图6，支撑层220、钝化层212和电极层213构成腐蚀保护结构实现对热敏结构的上下表面以及侧面的保护。
可选的，电极层的厚度大于等于0.01微米，小于等于0.1微米，钝化层的厚度大于等于0.005微米，小于等于0.2微米。
通过设置电极层的厚度大于等于0.01微米，小于等于0.1微米，钝化层的厚度大于等于0.005微米，小于等于0.2微米。具体地，通过对梁结构22上电极层221和钝化层222厚度的设置，可以优化梁结构22的热导，而对吸收板21上电极层213和钝化层212厚度的设置，可以提高热敏层210对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
可选的，密闭释放隔绝层40的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗中的至少一种，密闭释放隔绝层40的厚度大于等于0.5微米，小于等于2微米。
通过设置构成密闭释放隔绝层40的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗中的至少一种，密闭释放隔绝层40的厚度大于等于0.5微米，小于等于2微米，使得密闭释放隔绝层40几乎不会影响谐振腔内的反射过程，即可以避免密闭释放隔绝层40影响谐振腔的反射过程，进而避免密闭释放隔绝层40对CMOS红外传感结构200探测灵敏度的影响。
示例性的，上述各实施例中，可以设置钝化层的材料包括非晶碳、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化铝或碳化硅中的至少一种，支撑层的材料包括非晶碳、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化铝或碳化硅中的至少一种，本发明实施例不对钝化层和支撑层的材料进行具体限定。
可选的，图7是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图7所示，至少一层密闭释放隔绝层40位于CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200之间的界面，支撑底座通过贯穿位于CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200之间的密闭释放隔绝层的通孔与CMOS测量电路系统100电连接。
示例性的，如图7所示，至少一层密闭释放隔绝层40位于CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200之间的界面。例如密闭释放隔绝层40位于反射层10和CMOS测量电路系统100之间，即密闭释放隔绝层40位于反射层10的金属互连层的下方，支撑底座12通过贯穿密闭释放隔绝层40的通孔与CMOS测量电路系统100电连接。具体地，由于CMOS测量电路系统100和CMOS红外传感结构200均采用CMOS工艺制备形成，当制备形成CMOS测量电路系统100后，将制备形成包含有CMOS测量电路系统100的晶圆传输至下一道工艺制备形成CMOS红外传感结构200，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，所以为了释放所述牺牲层氧化硅时不会腐蚀所述CMOS测量电路系统上的氧化硅介质，设置了密闭释放隔绝层40。在制备形成CMOS测量电路系统100后，在CMOS测量电路系统100上制备形成密闭释放隔绝层40，利用密闭释放隔绝层40对CMOS测量电路系统100进行保护，而为了保证支撑底座12与CMOS测量电路系统100的电连接，在制备形成密闭释放隔绝层40后，在密闭释放隔绝层40对应支撑底座12的区域采用刻蚀工艺形成通孔，通过通孔实现支撑底座12与CMOS测量电路系统100的电连接。另外，设置密闭释放隔绝层40与支撑底座12形成密闭结构，将CMOS测量电路系统100与牺牲层完全隔开，实现对CMOS测量电路系统100的保护。
需要说明的是，当密闭释放隔绝层40位于反射层10和CMOS测量电路系统100之间时，示例性地，构成密闭释放隔绝层40的材料可以包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层40的厚度大于等于1000A，小于等于20000A。具体地，硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或氧化铝均为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40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100不受侵蚀。另外，密闭释放隔绝层400覆盖CMOS测量电路系统100设置，密闭释放隔绝层40还可以用于在制作CMOS红外传感结构200的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统100不受工艺影响。
可选的，构成红外探测器中牺牲层的材料包括氧化硅，牺牲层用于使CMOS红外传感结构形成镂空结构，采用post-CMOS工艺腐蚀牺牲层，post-CMOS工艺采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对牺牲层进行腐蚀。
示例性的，以氧化硅作为CMOS红外传感结构的牺牲层，牺牲层位于密闭释放隔绝层与红外转换结构之间。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中的至少一种对牺牲层进行腐蚀，设置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。
可选的，图8是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图8所示，CMOS测量电路系统100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100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。
CMOS红外传感结构200包括由反射层10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以及具有电连接和支撑功能的柱状结构30，CMOS测量电路系统100用于测量和处理一个或多个CMOS红外传感结构200形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号。
具体地，谐振腔例如可以由反射层10和吸收板之间的空腔形成，红外光透过吸收板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30的设置，梁结构和吸收板构成控制热传递的悬空微桥结构，柱状结构30既电连接支撑底座12和对应的梁结构，又用于支撑位于柱状结构30上的红外转换结构20。
图9是本发明实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图，结合图1和图9，CMOS测量电路系统100包括偏压产生电路701、列级模拟前端电路801和行级电路901，偏压产生电路701的输入端连接行级电路901的输出端，列级模拟前端电路801的输入端连接偏压产生电路701的输出端，行级电路901中包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，列级模拟前端电路801中包括盲像元RD；其中，行级电路901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701的作用下输出电流信号至列级模拟前端电路801以进行电流电压转换输出；行级电路901受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路701输出第三偏置电压VRsm，偏压产生电路701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801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901包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，行级电路901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701的连接，即行级电路901受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路701输出第三偏置电压VRsm。偏压产生电路701可以包括第一偏压产生电路71和第二偏压产生电路72，第一偏压产生电路71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72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V。
列级模拟前端电路801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801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100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的吸收板与CMOS测量电路系统100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的吸收板都与CMOS测量电路系统100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，实现读出电路的稳定输出。
另外，通过设置第二偏压产生电路701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701的驱动能力，有利于利用读出电路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100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。
此外，参见图10，设置在CMOS测量电路系统100的金属互连层同层制备CMOS红外传感结构200，即CMOS测量电路系统100与CMOS红外传感结构200同层设置，设置CMOS红外传感结构200位于CMOS测量电路系统100的一侧，CMOS测量电路系统100的顶部同样可以设置有密闭释放隔绝层40，以保护CMOS测量电路系统100。
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100和CMOS红外传感结构200均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统100上直接制备CMOS红外传感结构200，能够实现柱状结构30的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构的宽度，即梁结构中单线条的宽度小于等于0.3um，谐振腔的高度大于等于1.5um，小于等于2.5um，CMOS红外传感结构200单个像元的边长大于等于6um，小于等于17um。
可选的，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种红外探测器，图11是本公开实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图。如图11所示，红外探测器包括多个如上述实施例所述的红外探测器像元01，因此，本公开实施例提供的红外探测器具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。示例性地，红外探测器类型可以是非晶硅探测器、氧化钛探测器、氧化钒或氧化钛钒探测器等，即构成热敏层的材料可以包括非晶硅、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，本发明实施例不对红外探测器的具体类型进行限定。
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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述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所述的这些实施例，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)
1.一种基于CMOS工艺的红外探测器像元，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红外传感结构的刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响，至少一层所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS红外传感结构中；
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CMOS红外传感结构包括位于所述CMOS测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构，所述柱状结构位于所述反射层和所述红外转换结构之间，所述密闭释放隔绝层包覆所述柱状结构，所述反射层包括反射板和支撑底座，所述红外转换结构通过所述柱状结构和所述支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接；
所述红外转换结构包括同层设置的吸收板和多个梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过对应的所述梁结构与对应的所述柱状结构电连接，所述吸收板包括热敏层，构成所述热敏层的材料包括氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，垂直于所述梁结构的延伸方向，所述梁结构的宽度小于等于0.3微米。
2.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述梁结构包括支撑层和电极层，所述支撑层位于所述电极层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，构成所述电极层的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层和钝化层，所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
3.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述梁结构包括支撑层和电极层，所述支撑层位于所述电极层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，构成所述电极层的材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层和所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
4.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，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、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层和钝化层，所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
5.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，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、镍或铂中的至少一种；
所述吸收板还包括支撑层、电极层和钝化层，所述电极层和所述热敏层位于所述支撑层和所述钝化层之间，所述支撑层位于所述钝化层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
6.根据权利要求2或4所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述吸收板还包括图案化电极结构，所述图案化电极结构与对应的所述梁结构电连接，所述图案化电极结构用于将所述热敏层转换出的电信号传输至对应的所述梁结构。
7.根据权利要求2-5任一项所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述热敏层包括热敏结构，所述热敏结构的上下表面以及侧面均设置有腐蚀保护结构。
8.根据权利要求2-5任一项所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，所述电极层的厚度大于等于0.01微米，小于等于0.1微米，所述钝化层的厚度大于等于0.005微米，小于等于0.2微米。
9.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，构成所述红外探测器中牺牲层的材料包括氧化硅，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层，所述post-CMOS工艺采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对所述牺牲层进行腐蚀。
10.一种基于CMOS工艺的红外探测器，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的基于CMOS工艺的红外探测器像元。
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