CN113720479A - 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
本公开涉及基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，该像元包括：CMOS测量电路系统和位于其上的CMOS红外传感结构，二者均采用CMOS工艺制备；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，柱状结构位于反射层和红外转换结构之间，反射层包括反射板和支撑底座，红外转换结构通过柱状结构和支撑底座与CMOS测量电路系统电连接；柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。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，良率低等问题；且柱状结构采用空心柱，可实现导热更小，减小由其产生的热辐射对红外转换结构的电信号的影响，有利于提高探测性能。
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。
同时，由于其结构中的柱状结构导热较多，导致探测性能较差。
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，同时提高了探测性能。
本公开提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器像元，该红外探测器像元包括：
CMOS测量电路系统和位于所述CMOS测量电路系统上的CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均采用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；
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；
所述柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。
在一些实施例中，所述CMOS红外传感结构包括牺牲层，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；
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。
在一些实施例中，构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，或者
构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬或铂中的至少一种。
在一些实施例中，构成所述空心柱的侧壁的介质材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或三氧化二铝中的至少一种。
在一些实施例中，沿所述空心柱的径向，所述空心柱的侧壁依次包括第一介质层、金属层和第二介质层；
所述第一介质层和所述金属层均呈U型，且所述金属层的U型底部与所述支撑底座接触；
所述第二介质层设置于所述金属层背离所述第一介质层的一侧。
在一些实施例中，该红外探测器像元还包括第二金属层；
所述第二金属层覆盖所述金属层的至少一侧。
在一些实施例中，所述第二金属层设置于所述金属层与所述支撑底座之间、所述金属层与所述第二介质层之间或者所述金属层与所述第一介质层之间中的至少一位置处。
在一些实施例中，构成所述第二金属层的材料包括钨、铝、钛或铜中的至少一种。
在一些实施例中，该红外探测器像元还包括介质保护层；
所述介质保护层覆盖所述反射层的非支撑柱状结构的表面；
所述柱状结构的底部嵌入所述介质保护层中。
在一些实施例中，构成所述介质保护层的材料包括硅、锗、非晶硅、非晶锗、硅锗或非晶硅锗中的至少一种。
在一些实施例中，所述柱状结构在平行于所述反射板的平面内的截面形状包括圆形、方形、多边形或长条形中的至少一种。
在一些实施例中，所述柱状结构的截面最大单向宽度大于等于0.5微米，小于等于3微米。
在一些实施例中，所述柱状结构在垂直于所述反射板的平面的方向上的高度大于等于0.1微米，小于等于2.5微米。
本公开还提供一种基于CMOS工艺的红外探测器，包括上述任一种红外探测器像元；
所述红外探测器像元阵列排布。
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)本公开实施例提供的红外探测器像元中利用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)通过设置CMOS红外传感结构包括采用空心柱的柱状结构，且空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成，在确保柱状结构实现红外转换结构通过支撑底座与CMOS测量电路系统之间的电连接的同时，可利用空心柱的结构减少柱状结构导热，从而降低由柱状结构产生的热辐射对红外转换结构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为本公开实施例的一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图2为本公开实施例的一种红外探测器像元的立体结构示意图；
图3为本公开实施例的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图4为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图5为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图6为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
图7为本公开实施例的一种红外探测器像元的制备流程示意图；
图8为本公开实施例的另一种红外探测器像元的制备流程示意图；
图9为本公开实施例的一种红外探测器的立体结构示意图；
图10为本公开实施例的一种CMOS测量电路系统的结构示意图；
图11为本公开实施例的另一种红外探测器的剖面结构示意图；
图12为本公开实施例的另一种红外探测器的剖面结构示意图；
图13为本公开实施例的另一种红外探测器的剖面结构示意图；
图14为本公开实施例的另一种红外探测器的剖面结构示意图。
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为本公开实施例的一种红外探测器像元的剖面结构示意图，图2为本公开实施例的一种红外探测器像元的立体结构示意图。参照图1和图2，该红外探测器像元包括：CMOS测量电路系统1和位于CMOS测量电路系统1上的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均采用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。
继续参照图1-图2，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21、红外转换结构23和多个柱状结构22，柱状结构22位于反射层21和红外转换结构23之间，反射层21包括反射板212和支撑底座211，红外转换结构23通过柱状结构22和支撑底座211与CMOS测量电路系统1电连接；柱状结构22采用空心柱，空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。
其中，反射层21用于反射红外线至CMOS红外传感结构中的红外转换结构23，配合谐振腔实现红外线的二次吸收；多个柱状结构22位于反射层21和红外转换结构23之间，用于在CMOS测量电路系统1上的牺牲层释放后支撑CMOS红外传感结构2中的红外转换结构23，红外转换结构23探测红外辐射信号并将探测到的红外辐射信号转换成电信号，该电信号通过柱状结构22以及对应的支撑底座211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。具体地，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22传输至与柱状结构22电连接的支撑底座211。另外，反射层21包括反射板212和支撑底座211，反射层21的一部分用于充当柱状结构22与CMOS测量电路系统1电连接的电介质，即支撑底座211，反射板212则用于反射红外线至红外转换结构23，配合反射层21和红外转换结构23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。
具体地，红外转换结构23在结构上可包括吸收板2301和梁结构2302，吸收板2301用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构2302与柱状结构22电连接；同时，红外转换结构23的膜层结构可包括热敏层、电极层以及钝化层；其中，热敏层仅位于吸收板2301上，用于将温度信号转换成电信号，电极层用于调节热敏层的电阻，并将热敏层的电信号通过梁结构2302传递到CMOS测量电路系统1，钝化层用于保护热敏层和电极层。
或者，吸收板2301包括支撑层、电极层、热敏层和钝化层，梁结构2302可以包括支撑层、电极层、钝化层，梁结构2302还可以包括热敏层，支撑层位于钝化层临近CMOS测量电路系统1的一侧，电极层和热敏层位于支撑层和钝化层之间，钝化层包覆电极层，可以设置热敏层覆盖梁结构2302所在位置，利用热敏材料如非晶硅、非晶锗或非晶硅锗的热导率小的特点有利于降低梁结构2302的热导，热敏层可以替代支撑层作为梁结构2302的支撑材料，也可以替代钝化层作为梁结构2302的电极保护材料。
具体地，支撑层用于在释放掉牺牲层后支撑红外转换结构23中的上方膜层，热敏层用于将红外温度检测信号转换为红外检测电信号，电极层用于将热敏层转换出来的红外检测电信号通过左右两侧的梁结构2302传输至CMOS测量电路系统1，两个梁结构2302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，钝化层用于保护电极层不被氧化或者腐蚀。另外，热敏层可以位于电极层的上方，也可以位于电极层的下方。可以设置对应吸收板2301，热敏层和电极层位于支撑层和钝化层形成的密闭空间内，实现对吸收板2301中热敏层和电极层的保护，对应梁结构2302，电极层位于支撑层和钝化层形成的密闭空间内，实现对梁结构2302中电极层的保护。
示例性地，可以设置构成热敏层的材料可以包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，构成支撑层的材料可以包括非晶碳、氧化铝、非晶硅、非晶锗或非晶锗硅中的一种或多种，构成电极层的材料可以包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍硅合金、镍或铬中的一种或多种，构成钝化层的材料可以包括非晶碳、氧化铝、非晶硅、非晶锗或非晶锗硅中的一种或多种。另外，设置吸收板2301包括热敏层，热敏层材料为非晶硅、非晶碳、非晶锗或非晶硅锗时，梁结构2302上的支撑层和/或钝化层可以由热敏层来代替，因为非晶硅、非晶锗或非晶硅锗的热导率较小，有利于降低梁结构2302的热导率，进一步提高红外探测器的红外响应率。
在其他实施方式中，红外探测器像元还可包括其他结构，在此不赘述也不限定。
其中，反射层21包括反射板212和支撑底座211，反射板212实现对红外辐射的反射，支撑底座211分别与柱状结构22和CMOS测量电路系统1电连接，当红外转换结构23探测到红外辐射信号并将探测到的红外辐射信号转换成电信号后，该电信号可通过柱状结构22和支撑底座211传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1接收该电信号。
该红外探测器像元中，通过设置通过设置CMOS红外传感结构2包括采用空心柱的柱状结构，且空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成，在确保柱状结构22能够实现红外转换结构23通过支撑底座211与CMOS测量电路系统1之间的电连接的同时，可利用空心柱的结构减少柱状结构22导热，从而降低柱状结构22产生的热辐射对红外转换结构23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探测性能。
示例性地，图1示出的红外探测器像元的剖视结构中，仅示例性地示出了反射层21包括一个反射板212和两个支撑底座211，对应地，该红外探测器像元包括两个柱状结构22；其对应的立体结构图中红外探测器像元包括四个柱状结构22，但并不构成对本公开实施例提供的红外探测器像元的限定。
在其他实施方式中，红外探测器像元中的柱状结构22的数量可基于其结构需求设置，在此不限定。
其中，CMOS测量电路系统1上方还可以包括至少一层密闭释放隔绝层(图中未示出)，密闭释放隔绝层用于在制作CMOS红外传感结构2的刻蚀过程中，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，密闭释放隔绝层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，密闭释放隔绝层采用的CMOS工艺抗腐蚀材料包括硅、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。
示例性地，密闭释放隔绝层位于CMOS红外传感结构2中，密闭释放隔绝层例如可以位于反射层21的金属互连层(也称为“金属层”)的上方，密闭释放隔绝层包覆柱状结构22，通过设置密闭释放隔绝层包覆柱状结构22，一方面可以利用密闭释放隔绝层作为柱状结构22处的支撑，提高了柱状结构22的稳定性，保证柱状结构22与红外转换结构23以及支撑底座211的电连接。另一方面，包覆柱状结构22的密闭释放隔绝层可以减少柱状结构22与外界环境的接触，减少柱状结构22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，反射层21作为谐振腔的反射层，牺牲层位于反射层21和红外转换结构23之间，设置位于反射层21上的至少一层密闭释放隔绝层选择硅、锗、硅锗合金、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗作为谐振腔的一部分时，不影响反射层的反射效果，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与柱状结构22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。
或者，密闭释放隔绝层11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位于反射层21和CMOS测量电路系统1之间，即密闭释放隔绝层位于反射层21的金属互连层的下方，支撑底座211通过贯穿密闭释放隔绝层的通孔与CMOS测量电路系统1电连接，可参见图13。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，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。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，利用密闭释放隔绝层对CMOS测量电路系统1进行保护，而为了保证支撑底座211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后，在密闭释放隔绝层对应支撑底座211的区域采用刻蚀工艺形成通孔，通过通孔实现支撑底座211与CMOS测量电路系统1的电连接。另外，设置密闭释放隔绝层与支撑底座211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。
或者，在红外探测器中，CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面设置有至少一层密闭释放隔绝层，且CMOS红外传感结构2中设置有至少一层密闭释放隔绝层，即反射层21和CMOS测量电路系统1之间设置有至少一层密闭释放隔绝层，且反射层21上设置有至少一层密闭释放隔绝层，可参见图14，效果同上，这里不再赘述。
示例性地，构成密闭释放隔绝层的材料可以包括硅、锗、硅锗合金、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅或碳氮化硅中的至少一种，密闭释放隔绝层的厚度大于等于
小于等于
具体地，硅、锗、硅锗合金、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅和碳氮化硅均为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，密闭释放隔绝层覆盖CMOS测量电路系统1设置，密闭释放隔绝层还可以用于在制作CMOS红外传感结构2的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统1不受工艺影响。另外，当反射层21上设置有至少一层密闭释放隔绝层时，设置构成密闭释放隔绝层的材料包括硅、锗、硅锗合金、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、碳化硅、氧化铝、氮化硅或碳氮化硅中的至少一种，第一介质层的厚度大于
小于等于
在设置密闭释放隔绝层提高柱状结构22稳定性的同时，密闭释放隔绝层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影响谐振腔的反射过程，进而避免密闭释放隔绝层对红外探测器探测灵敏度的影响。
CMOS红外传感结构2的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及RDL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，以构建和连通红外探测器中的各个结构部件。
示例性地，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21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1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1的顶层金属上再制备红外探测器中的反射层，反射层上的支撑底座与CMOS测量电路系统1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。
另外，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、介质层以及位于底部的硅衬底，上下金属互连层通过通孔实现电连接。
可选地，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中的至少一种对牺牲层进行腐蚀。具体地，反射层与梁结构之间具有牺牲层(图中未示出)，当反射层上设置有密闭释放隔绝层时，密闭释放隔绝层与梁结构之间具有牺牲层，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。
在一些实施例中，构成空心柱的侧壁的导体材料包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)或氮化钽(TaN)中的至少一种，或者构成空心柱的侧壁的导体材料包括钛钨合金(TiW)、镍铬合金(NiCr)、镍铂合金(NiPt)、镍硅合金(NiSi)、镍(Ni)、铬(Cr)或铂(Pt)中的至少一种。
其中，上述各种金属或金属合金均具有较好的接触性能和电学性能，利用其较好的接触性能，可使空心柱与红外转换结构23和支撑底座211均稳固连接，不易脱落，从而有利于增强结构稳定性；利用其较好的电学性能，可使空心柱传输红外转换结构23与支撑底座211之间的电信号时，对电信号的损耗较小，有利于提高探测性能。此外，上述各种金属或金属合金的导热较小，使柱状结构22的导热较小，有利于降低柱状结构22产生的热辐射对红外转换结构23产生的电信号的影响，提高探测性能。
在其他实施方式中，构成空心柱的侧壁的导体材料还可包括本领域技术人员可知的其他材料，满足红外探测器像元的需求即可，在此不限定。
在一些实施例中，构成空心柱的侧壁的介质材料包括非晶硅(a-Si)、非晶锗(a-Ge)、非晶硅锗(a-SiGe)、非晶碳(a-C)、碳化硅(SiC)或三氧化二铝(Al2O3)中的至少一种。
其中，硅(Si)、锗(Ge)、非晶硅(a-Si)、非晶锗(a-Ge)、非晶硅锗(a-SiGe)、非晶碳(a-C)、碳化硅(SiC)和三氧化二铝(Al2O3)均不被VHF腐蚀，由此在后续工艺步骤中，利用VHF腐蚀取出牺牲层时不会腐蚀掉柱状结构22；同时，可增强连接处的力学强度，防止上层结构(即红外转换结构23)与柱状结构22之间连接不牢而发生脱落，从而增强结构稳定性。
在其他实施方式中，构成空心柱的侧壁的介质材料还可包括本领域技术人员可知的其他材料，满足红外探测器像元的需求即可，在此不限定。
在一些实施例中，图3为本公开实施例的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。在图1的基础上，参照图3，沿空心柱的径向，空心柱的侧壁依次包括第一介质层221、金属层222和第二介质层223；第一介质层221和金属层222均呈U型，且金属层222的U型底部与支撑底座211接触；第二介质层223设置于金属层222背离第一介质层221的一侧。
其中，金属层222可由上述实施方式中的至少一种导体材料形成，第一介质层221和第二介质层223可由上述实施方式中的至少一种介质材料形成，二者材料可相同，也可不同，在此不限定。
其中，金属层222夹在第一介质层221、第二介质层223以及支撑底座211之间。具体地，金属层222的U型侧壁夹在第一介质层221的U型侧壁与第二介质层223之间，金属层222的U型底夹在第一介质层221的U型底与支撑底座211之间。由此，包括金属层222的柱状结构22与支撑底座211之间实现电连接，同时利用第一介质层221和第二介质层223在金属层222的内外实现绝缘保护，减缓金属层222的性能衰减，有利于延长红外探测器的使用寿命。
同时，利用柱状结构22的多膜层结构，可实现多膜层支撑，有利于提高结构稳定性。
此外，将金属层222设置为U型结构，利用其U型底接触支撑底座211，还可增大柱状结构22与支撑底座211的接触面积，减小接触电阻，减少对电信号的损耗，提升探测性能。
在其他实施方式中，柱状结构22还可设置为其他结构的空心柱，例如图1示出的桶状结构，该结构形式较简单，工艺难度较小；或者，柱状结构22还可设置为本领域技术人员可知的其他空心柱结构，在此不赘述也不限定。
在一些实施例中，图4为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，图5为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图。在图3的基础上，参照图4或图5，该红外探测器像元还包括第二金属层240；第二金属层240覆盖金属层222的至少一侧。
其中，第二金属层240覆盖金属层222的至少一侧，可用于减少金属层222的电阻，或者减小金属层222与支撑底座211之间的接触电阻，从而可减小对电信号的损耗，提升探测性能。
示例性地，参照图4，第二金属层240可设置于金属层222与支撑底座211之间，用于减小柱状结构22中的金属层222与支撑底座211之间的接触电阻。
在一些实施例中，在图4的基础上，第二金属层240还可设置于金属层222与第一介质层221之间(未示出)，以加固柱状结构22，提升其力学稳定性；同时，减小柱状结构22的电阻，提升探测性能。
在一些实施例中，在图4的基础上，参照图5，第二金属层240还可设置于金属层222余第二介质层221之间，以加固柱状结构22，提升其力学稳定性；同时，减小柱状结构22的电阻，提升探测性能。
在其他实施方式中，第二金属层240还可设置于金属层222与支撑底座211之间、金属层222与第一介质层221之间以及金属层222余第二介质层223之间中的至少两个位置处，在此不限定。
由此，第二金属层240可设置于金属层222上方，和/或，第二金属层240设置于金属层222下方，本公开实施例对此不限定。
在一些实施例中，构成第二金属层250的材料包括钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)或铜(Cu)中的至少一种。
其中，钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)和铜(Cu)的电学性能和接出性能均较好，可实现利用第二金属层240增强柱状结构22与支撑底座221的连接，从而实现提升力学稳定性和探测性能。
在其他实施方式中，构成第二金属层240的材料还可为本领域技术人员可知的其他材料，满足红外探测器的需求即可，在此不限定。
在一些实施例中，图6为本公开实施例的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图。在图3的基础上，参照图6，该红外探测器像元还包括介质保护层250；介质保护层250覆盖反射层21的非支撑柱状结构22的表面；柱状结构22的底部嵌入介质保护层250中。
其中，介质保护层250包覆柱状结构22的底部，如此，一方面可以利用介质保护层250作为柱状结构22底部的辅助支撑，提高柱状结构22的力学稳定性，进而确保柱状结构22与红外转换结构23以及支撑底座211之间的较好的连接性能；另一方面，包覆柱状结构22的介质保护层250可以减少柱状结构22与外界环境的接触，减少柱状结构22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，提升其探测性能。
在一些实施例中，构成介质保护层250的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、非晶硅(a-Si)、非晶锗(a-Ge)、硅锗(SiGe)或非晶硅锗(a-SiGe)中的至少一种。
其中，硅(Si)、锗(Ge)、非晶硅(a-Si)、非晶锗(a-Ge)、硅锗(SiGe)和非晶硅锗(a-SiGe)等材料对红外光的透过率均较好，且基本不影响反射层21对红外光的反射，因此设置介质保护层250的材料为上述材料中的至少一种，在利用介质保护层250提高柱状结构22的稳定性的同时，可以避免介质保护层250的材料对谐振腔的反射过程的影响，进而避免介质保护层250对CMOS红外传感结构探测灵敏度的影响。
此外，当构成介质保护层250的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、非晶硅(a-Si)、非晶锗(a-Ge)、硅锗(SiGe)或非晶硅锗(a-SiGe)中的至少一种时，制备形成的介质保护层250可占用一部分谐振腔的空间，从而可以减小用于形成谐振腔的牺牲层的厚度，进而降低对应于形成谐振腔的牺牲层的释放难度。
在一些实施例中，继续参照图1和图2，柱状结构22在平行于反射板212的平面内的截面形状包括圆形、方形、多边形或长条形中的至少一种。
其中，柱状结构22在平行于反射板212的平面内的截面可理解为柱状结构22接触支撑底座211的平面，也可理解为柱状结构22接触红外转换结构23的平面，该平面的形状可为圆形、方形、多边形或长条形中的至少一种；对应地，柱状结构22的立体形状可为圆柱、方柱、多变柱或长条柱中的至少一种，可为其中之一，也可有其中的至少两种组合而成，可基于红外探测器的需求灵活设置，在此不限定。
在其他实施方式中，柱状结构22的立体形状还可为圆台形、倒圆台形或其他立体形状，可基于探测器的需求以及制备工艺的需求设置，在此不限定。
在一些实施例中，继续参照图1和图2，柱状结构22在平行于反射板212的平面内的截面最大单向宽度小于或等于3微米。
如此设置，可在利用柱状结构22满足稳定支撑的同时，减小柱状结构22在反射板212所在平面的尺寸，有利于实现相同阵列像元下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；此外，有利于提升反射板212以及对应的红外转换结构23的有效面积的占比，增强信号强度，提升探测性能。
示例性地，当柱状结构22的截面为圆形时，其直径小于或等于3微米；当柱状结构22的截面为方形时，其边长小于或等于3微米；当柱状结构22的截面为多边形时，其对角线长度小于或等于3微米；当柱状结构22的截面为长条形时，其长边的长度小于或等于3微米。
示例性地，柱状结构22的截面最大单向宽度可为3微米、2.5微米、2微米、1微米、0.8微米或其他宽度值，可基于红外探测器的需求设置，在此不限定。
在一些实施例中，为满足红外探测器的其他需求，柱状结构22的截面最大单向宽度还可设置为大于3微米，在此不限定。
在一些实施例中，继续参照图1和图2，柱状结构22在垂直于反射板212的平面的方向上的高度大于或等于0.1微米，且小于或等于2.5微米。可选的，其高度大于等于1.5微米。
其中，柱状结构22在垂直于反射板212的平面的方向上的高度可简称为柱状结构22的高度，其为柱状结构22的支撑高度，也为红外探测器像元的谐振腔的两个平行平面之间的距离，即反射板212的反射面与红外转换结构23的吸收面之间的距离。
基于此，通过设置柱状结构22的高度大于或等于0.1微米，一方面有利于采用CMOS工艺实现，降低工艺难度；另一方面，可满足谐振腔的平行平面之间的距离需求，提高红外线的吸收效率，从而提高探测灵敏度。同时，通过设置柱状结构22的高度小于或等于2.5微米，可使柱状结构22的高度不会过高，从而避免由于柱状结构22过高引起的稳定性较差的问题，即有利于提升结构稳定性；同时，有利于减小红外探测器像元以及红外探测器整体在其高度方向上的尺寸，实现红外探测器的轻薄化和小型化设计。
示例性地，柱状结构22的高度可为0.1微米、0.5微米、1.0微米、1.8微米、2.0微米、2.3微米、2.5微米或其他高度值，可基于红外探测器的性能需求以及CMOS工艺需求设置，在此不限定。
在其他实施方式中，当柱状结构22与支撑底座211之间设置第二金属层240时，谐振腔的平行平面之间的距离还包括第二金属层240在该方向上的厚度。
在一些实施例中，图7为本公开实施例的一种红外探测器像元的制备流程示意图。参照图7，该制备流程可包括：
S111、提供CMOS测量电路系统1，沉积反射层，并图案化形成反射板和支撑底座。
示例性地，CMOS测量电路系统1采用硅衬底，反射层为铝层，采用光刻工艺实现图案化。
S112、沉积第一绝缘层，并平坦化，使第一绝缘层的上表面平整。
示例性地，第一绝缘层的材料为非晶硅(a-Si)，采用化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)工艺实现平坦化。
该步骤中将反射板与支撑底座电绝缘。
其中，非晶硅不影响红外线的反射率，在其他实施方式中，还可采用非晶锗或非晶硅锗作为非晶硅的可替换材料，在此不限定。
在一些实施方式中，该步骤中还可不包括CMP过程，在此不限定。
S113、沉积牺牲层，并图案化牺牲层和第一绝缘层，暴露出支撑底座，即形成电极通孔。
示例性地，牺牲层的材料可为二氧化硅(SiO2)，可采用光刻工艺实现图案化。
当前述S112中不包括CMP过程时，在图案化之前或之后，可采用CMP工艺平坦化牺牲层。
S114、制备第二介质层，并图案化，暴露出支撑底座。
示例性地，第二介质层可以单独形成，或者可以直接以热敏层作为第二介质层。
示例性地，第二介质层的材料可为非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、三氧化二铝或非晶碳中的至少一种，可采用光刻工艺实现图案化。
S115、沉积电极层。
其中，电极层为前文中的金属层，可采用上述至少一种金属或金属合金形成。后续步骤中，图案化电极层。
基于此，第二介质层和图案化后的电极层，在支撑底座位置处构成柱状结构。
在其他实施方式中，在沉积电极层之后，还可包括形成第一介质层，以利用第一介质层和第二介质层共同实现对电极层的绝缘保护。
后续步骤中，形成红外转换结构中的其他膜层，红外转换结构与柱状结构电连接。其后，释放牺牲层。
至此，形成红外探测器像元。
在其他实施方式中，在S115之前还可包括，在支撑底座位置处形成第二金属层，以增强柱状结构与支撑底座之间的电接触。
在一些实施例中，图8为本公开实施例的另一种红外探测器像元的制备流程示意图。参照图8，该制备流程可包括：
S121、提供CMOS测量电路系统1，沉积反射层，并图案化形成反射板和支撑底座。
S122、沉积第一绝缘层和第二绝缘层，并图案化第二绝缘层，使其暴露出反射板对应位置处的第一绝缘层。
示例性地，第一绝缘层的材料可为非晶硅，第二绝缘层的材料可为碳化硅，还可替换为非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、三氧化二铝或非晶碳。该步骤中还可包括利用CMP工艺平坦化第二绝缘层。
S123、沉积牺牲层，并图案化，暴露出支撑底座对应位置处的第一绝缘层。
其中，牺牲层的材料可为二氧化硅，可采用光刻工艺实现图案化。
S124、沉积第二介质层，并图案化第二介质层和第一绝缘层，形成电极通孔。
示例性地，第二介质层的材料可为非晶硅，可采用光刻工艺实现图案化。
S125、沉积金属层，图案化形成柱状结构。
该柱状结构采用空心柱结构。
后续步骤中，制备红外转换结构，红外转换结构与柱状结构电连接。其后，释放牺牲层。
至此，形成红外探测器像元。
在其他实施方式中，在S125之前，还可包括：在支撑底座位置处形成第二金属层，以增强柱状结构与支撑底座之间的电接触。
在其他实施方式中，在S125之后，还可包括：形成覆盖金属层的第一介质层，以利用第一介质层和第二介质层共同实现对金属层的绝缘保护。
需要说明的是，图7-图8中，仅示出了与本公开实施例提供的红外探测器像元相对于现有技术的改进相关的步骤，其他步骤可采用本领域技术人员可知的任一种CMOS工艺实现，在此不限定。
本公开实施例还提供了一种红外探测器，该红外探测器包括上述任一种红外探测器像元，具有对应的有益效果，后文中不赘述。
示例性地，图9为本公开实施例的一种红外探测器的立体结构示意图。参照图9，该红外探测器包括阵列排布的红外探测器像元10。
示例性地，图9中示出了红外探测器像元10采用3行3列的方式排布，但并不构成对本公开实施例提供的红外探测器的限定。
在其他实施方式中，红外探测器中的红外探测器像元10的数量以及排布方式还可基于红外探测器的需求设置，在此不限定。
在一些实施例中，红外探测器类型可以是非晶硅探测器、氧化钛探测器或者氧化钒探测器等，即构成热敏层的材料可以包括非晶硅、氧化钛或者氧化钒中的至少一种，本公开实施例对此不限定。
在一些实施例中，图10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。参照图1和图10，CMOS测量电路系统1包括偏压产生电路7、列级模拟前端电路8和行级电路9，偏压产生电路7的输入端连接行级电路9的输出端，列级模拟前端电路8的输入端连接偏压产生电路7的输出端，行级电路9中包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，列级模拟前端电路8中包括盲像元RD；其中，行级电路9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7的作用下输出电流信号至列级模拟前端电路8以进行电流电压转换输出；行级电路9受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路7输出第三偏置电压VRsm，偏压产生电路7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8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9包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，行级电路9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7的连接，即行级电路9受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路7输出第三偏置电压VRsm。偏压产生电路7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8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8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，实现读出电路的稳定输出。
另外，通过设置第二偏压产生电路7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7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。
图11为本公开实施例的另一种红外探测器的剖面结构示意图。如图11所示，在上述实施例的基础上，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11，CMOS红外传感结构2包括由反射层21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22，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。
具体地，谐振腔例如可以由反射层21和吸收板2301之间的空腔形成，红外光透过吸收板2301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22的设置，梁结构2302和吸收板2301构成控制热传递的悬空微桥结构，柱状结构22既电连接支撑底座211和对应的梁结构2302，又用于支撑位于柱状结构22上的红外转换结构23。
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11，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211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12为本公开实施例提供的另一种红外探测器的剖面结构示意图，也可以如图12，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，可以如图12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11，以保护CMOS测量电路系统1。
可选地，CMOS红外传感结构2包括吸收板2301、梁结构2302、反射层21和柱状结构22，吸收板2301包括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2301包括金属互连层和至少一层热敏感介质层，构成热敏感介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，吸收板2301中的金属互连层为吸收板2301中的电极层，用于传输由红外信号转换得到的电信号，热敏感介质层至少包括热敏层，还可以包括支撑层和钝化层，构成热敏感介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，即构成热敏层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种。
梁结构2302和柱状结构22用于传输电信号并用于支撑和连接吸收板2301，吸收板2301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2302和不同的柱状结构22传输至与柱状结构22电连接的支撑底座，进而传输至CMOS测量电路系统1，梁结构2302包括金属互连层和至少一层介质层，梁结构2302中的金属互连层为梁结构2302中的电极层，梁结构2302中的电极层和吸收板2301中的电极层电连接，梁结构2302中的介质层可以包括支撑层和钝化层。
柱状结构22采用金属互连工艺和通孔工艺连接梁结构2302和CMOS测量电路系统1，柱状结构22上方需要通过贯穿梁结构2302中支撑层的通孔与梁结构2302中的电极层电连接，柱状结构22的下方需要通贯穿支撑底座211上介质层的通孔与对应的支撑底座211电连接。反射板212用于反射红外信号并与热敏感介质层形成谐振腔，即反射板212用于反射红外信号并与热敏感介质层中的热敏层形成谐振腔，反射层21包括至少一层金属互连层，金属互连层用于形成支撑底座211，也用于形成反射板212。
可选地，可以设置梁结构2302和吸收板2301的至少两端电连接，CMOS红外传感结构2包括至少两个柱状结构22和至少两个支撑底座211，电极层包括至少两个电极端。具体地，如图1所示，梁结构2302与吸收板2301的两端电连接，每个梁结构2302与吸收板2301的一端电连接，CMOS红外传感结构2包括两个柱状结构22，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2302和柱状结构22传输至支撑底座211。
或者，如图2所示，也可以设置梁结构2302与吸收板2301的四端电连接，每个梁结构2302与吸收板2301的两端电连接，CMOS红外传感结构2包括四个柱状结构22，一个梁结构2302连接两个柱状结构22。需要说明的是，本公开实施例对梁结构2302与吸收板2301的连接端的数量不作具体限定，确保分别存在梁结构2302与电极端相对应，梁结构2302用于传输对应的电极端输出的电信号即可。
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22的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构2302的宽度，即梁结构2302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2单个像元的边长大于等于6um，小于等于17um。
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 (14)
1.一种基于CMOS工艺的红外探测器像元，其特征在于，包括：
CMOS测量电路系统和位于所述CMOS测量电路系统上的CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均采用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；
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；
所述柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。
2.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，所述CMOS红外传感结构包括牺牲层，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；
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。
3.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，或者
构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬或铂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述空心柱的侧壁的介质材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或三氧化二铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，沿所述空心柱的径向，所述空心柱的侧壁依次包括第一介质层、金属层和第二介质层；
所述第一介质层和所述金属层均呈U型，且所述金属层的U型底部与所述支撑底座接触；
所述第二介质层设置于所述金属层背离所述第一介质层的一侧。
6.根据权利要求5所述的红外探测器像元，其特征在于，还包括第二金属层；
所述第二金属层覆盖所述金属层的至少一侧。
7.根据权利要求6所述的红外探测器像元，其特征在于，所述第二金属层设置于所述金属层与所述支撑底座之间、所述金属层与所述第二介质层之间或者所述金属层与所述第一介质层之间中的至少一位置处。
8.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述第二金属层的材料包括钨、铝、钛或铜中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，还包括介质保护层；
所述介质保护层覆盖所述反射层的非支撑柱状结构的表面；
所述柱状结构的底部嵌入所述介质保护层中。
10.根据权利要求9所述的红外探测器，其特征在于，构成所述介质保护层的材料包括硅、锗、非晶硅、非晶锗、硅锗或非晶硅锗中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，所述柱状结构在平行于所述反射板的平面内的截面形状包括圆形、方形、多边形或长条形中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，所述柱状结构的截面最大单向宽度大于等于0.5微米，小于等于3微米。
13.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，所述柱状结构在垂直于所述反射板的平面的方向上的高度大于等于0.1微米，小于等于2.5微米。
14.一种基于CMOS工艺的红外探测器，其特征在于，包括权利要求1-13任一项所述的红外探测器像元；
所述红外探测器像元阵列排布。
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