CN113945287A - 微桥结构红外探测器的制备方法及微桥结构红外探测器 - Google Patents
微桥结构红外探测器的制备方法及微桥结构红外探测器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种微桥结构红外探测器的制备方法及微桥结构红外探测器，制备方法包括采用CMOS工艺制备CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构；制备CMOS红外传感结构包括采用RDL工艺在CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层或者以CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；在第一介质层上沉积第二金属互连层，并刻蚀第二金属互连层以形成互连柱；在互连柱上方沉积第三金属互连层并刻蚀第三金属互连层成图形化电极结构，以形成梁结构和部分吸收板，沉积第二介质层，并刻蚀第二介质层成图形化介质层，以形成吸收板，所述第二介质层为热敏感介质层。通过本发明的技术方案，解决了传统MEMS工艺微桥结构红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，优化了微桥结构红外探测器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种微桥结构红外探测器的制备方法及微桥结构红外探测器。
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。
目前微桥结构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。
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，本发明提供了一种微桥结构红外探测器的制备方法及微桥结构红外探测器，解决了传统MEMS工艺微桥结构红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，优化了微桥结构红外探测器的性能。
第一方面，本发明提供了一种微桥结构红外探测器的制备方法，包括：
提供衬底；
采用CMOS工艺在所述衬底上制备CMOS测量电路系统；
采用CMOS工艺在所述CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构；
其中，采用CMOS工艺在所述CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构，包括：
步骤1，采用RDL工艺在所述CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层；或者，以所述CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；其中，所述第一金属互连层为反射层；
步骤2，沉积第一介质层；其中，所述第一介质层为密闭释放隔绝层；
步骤3，在所述第一介质层上沉积第二金属互连层，并刻蚀所述第二金属互连层以形成互连柱；
步骤4，沉积形成牺牲层；
步骤5，在所述互连柱上方沉积第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层成图形化电极结构，以形成梁结构和部分吸收板；
步骤6，沉积第二介质层，并刻蚀所述第二介质层成图形化介质层，以形成吸收板；其中，所述第二介质层为热敏感介质层。
第二方面，本发明实施例还提供了一种微桥结构红外探测器，采用如第一方面所述的微桥结构红外探测器的制备方法制备形成，所述微桥结构红外探测器包括：
所述CMOS测量电路系统和所述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金属互连层、至少三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所述密闭释放隔绝层、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互连柱，所述悬空微桥结构包括吸收板和梁结构，所述梁结构通过所述互连柱和所述反射层中的支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明实施例利用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工艺产线工艺制备微桥结构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；一体化CMOS工艺制备的微桥结构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，为微桥结构红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的微桥结构红外探测器可以使微桥结构红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得微桥结构红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得微桥结构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工艺的微桥结构红外探测器，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工艺的微桥结构红外探测器，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。
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，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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为本发明实施例提供的一种微桥结构红外探测器的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微桥结构红外探测器像元的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种CMOS红外传感结构的制备方法的流程示意图；
图4a-4e为本发明实施例提供的一种第一金属互连层的制备过程对应的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种第一金属互连层的制备过程对应的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图；
图8a-8b为本发明实施例提供的另一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图；
图9a-9c为本发明实施例提供的一种互连柱的制备过程对应的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种牺牲层的制备过程对应的结构示意图；
图11a-11c为本发明实施例提供的另一种牺牲层的制备过程对应的结构示意图；
图12a-12b为本发明实施例提供的另一种互连柱的制备过程对应的结构示意图；
图13a-13d为本发明实施例提供的一种梁结构的制备过程对应的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种吸收板的制备过程对应的结构示意图；
图15为本发明实施例提供的一种微桥结构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发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明，但本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明实施例提供的一种微桥结构红外探测器的制备方法的流程示意图。微桥结构红外探测器的制备方法可以应用在需要对微桥结构红外探测器进行制备的应用场景。如图1所示，微桥结构红外探测器的制备方法包括：
S101、提供衬底。
示例性地，衬底可以为硅衬底。
S102、采用CMOS工艺在衬底上制备CMOS测量电路系统。
图2为本发明实施例提供的一种微桥结构红外探测器像元的立体结构示意图。如图2所示，采用CMOS工艺在衬底(图2中未示出)上制备CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1可以包括晶体管、电阻以及电容等元器件。
在一些实施例中，采用CMOS工艺在衬底上制备CMOS测量电路系统1可以采用氧化工艺、沉积工艺和掺杂工艺制备CMOS测量电路系统1中的工艺层，采用光刻工艺定位区间以将数字化图形转移至CMOS测量电路系统1，采用刻蚀工艺去除CMOS测量电路系统1中设定区域的材料。
具体地，氧化工艺是指在高温、氧或水汽气氛条件下，硅衬底被氧化生长CMOS测量电路系统1中所需厚度的氧化硅薄膜。沉积工艺是指采用CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)工艺或者PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)工艺的方法生长CMOS测量电路系统1中的金属层或介质材料层，例如可以采用LPCVD(LowPressure Chemical Vapor Deposition，低压力化学气相沉积)或者PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)等工艺生长CMOS测量电路系统1中的氧化硅膜层或氮化硅膜层，采用蒸镀、溅射或者离子镀膜等工艺制备铝、钛或镍等金属薄膜。掺杂工艺可以是采用扩散掺杂工艺或离子注入掺杂工艺在CMOS测量电路系统1中硅衬底的选择区域掺入定量其它元素，以改变半导体的导电类型、电阻率或形成PN结。
光刻工艺用于在晶圆表面上和晶圆内部定位区间，以产生需要的图形和尺寸,以实现将数字化图形转移到晶圆上，即转移至CMOS测量电路系统1。刻蚀工艺包含湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺，可以根据待刻蚀的介质层和金属层的厚度，采用合适的方法以及合适的刻蚀液或刻蚀气体进行表面均匀移除或选择性部分去除，即可以采用刻蚀工艺去除CMOS测量电路系统1中设定区域的材料。需要说明的是，本发明实施例对具体刻蚀工艺不作具体限定，可以根据待刻蚀的薄膜材料选择匹配的刻蚀工艺。
S103、采用CMOS工艺在CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构。
具体地，微桥结构红外探测器包括多个阵列排布的微桥结构红外探测器像元，如图2所示，基于CMOS工艺的微桥结构红外探测器包括CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2，采用CMOS工艺在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2，即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。
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，实现微桥结构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，本发明实施例利用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产线工艺制备微桥结构红外探测器也可以减少运输成本，减少运输等问题造成的风险；一体化CMOS工艺制备的微桥结构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，为微桥结构红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的微桥结构红外探测器可以使微桥结构红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得微桥结构红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得微桥结构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工艺的微桥结构红外探测器，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工艺的微桥结构红外探测器，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。
图3为本发明实施例提供的一种CMOS红外传感结构的制备方法的流程示意图。CMOS红外传感结构的制备方法可以应用在需要对微桥结构红外探测器中的CMOS红外传感结构进行制备的应用场景。如图3所示，CMOS红外传感结构的制备方法，即采用CMOS工艺在CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构，包括：
S1、采用RDL工艺在CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层；或者，以CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；其中，第一金属互连层为反射层。
图4a-4e为本发明实施例提供的一种第一金属互连层的制备过程对应的结构示意图。如图4a-4e所示，可以采用RDL工艺在CMOS测量电路系统1的顶层金属3上制备第一金属互连层4，RDL工艺即重布线层工艺，具体是指在电路顶层金属3的上方重新布一层金属且与电路顶层金属3有金属柱，例如钨柱或铜柱电连接，采用RDL工艺可以在CMOS测量电路系统1的顶层金属3上再制备微桥结构红外探测器中的反射层，反射层中的反射板41用于反射红外线，反射层中的支撑底座42与CMOS测量电路系统1的顶层金属3电连接。
采用RDL工艺在CMOS测量电路系统1的顶层金属3上制备第一金属互连层4，可以如图4a所示，先在CMOS测量电路系统1上沉积第一绝缘层13，并采用CMP(ChemicalMechanical Polishing，化学机械抛光)工艺处理第一绝缘层13的表面，以使第一绝缘层13的上表面平坦化，以优化后续形成膜层的平坦化程度。
如图4b所示，在平坦化后的第一绝缘层13上刻蚀通孔14，示例性地，可以在第一绝缘层13上刻蚀多个通孔14，最终形成的第一金属互连层4，即反射层包括支撑底座42，支撑底座42需要与CMOS测量电路系统1内对应的金属结构电连接，因此如图4b所示，可以对应需与支撑底座42电连接的CMOS测量电路系统1中的金属结构所在位置刻蚀多个通孔14。
采用PVD工艺沉积金属钨以填充通孔14，或者采用电镀ECP(ElectrochemicalPlating，电化学镀膜)工艺沉积金属铜以填充通孔14。在一些实施例中，如图4c所示，也可以在沉积金属填充通孔14之前，先在通孔14中沉积一层黏附层141，构成黏附层141的材料可以包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，如图4d所示，然后采用PVD工艺沉积金属钨以填充通孔14以形成金属柱142。示例性地，最终形成的黏附层141可以如图4c所示覆盖整个微桥结构红外探测器像元区域，最终形成的黏附层141也可以如图4d所示仅覆盖通孔14的底部和侧壁。
具体地，黏附层141可以增强通孔14内的金属柱142与CMOS测量电路系统1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，提升了微桥结构红外探测器的红外探测性能。另外，通过设置黏附层141还包围通孔14内的金属柱142，可增大黏附层141与通孔14内的金属柱142的接触面积，相当于扩宽了电信号的传输通道，减小了通孔14内金属柱142的传输电阻，从而进一步减少了电信号传输损耗，提升了微桥结构红外探测器的红外探测性能。
如图4d所示，然后采用PVD工艺沉积金属钨以填充通孔14以形成金属柱142后，采用CMP工艺处理通孔14的表面，以实现通孔14内金属柱142与周围介质层表面的平坦化，为后续形成第一金属互连层4做准备。
如图4e所示，而后在通孔14的表面上沉积金属层，刻蚀金属层以形成第一金属互连层4，即形成反射层。具体地，反射层4包括反射板41和支撑底座42，图4e中示出了反射板41和位于反射板41两侧的两个支撑底座42，刻蚀金属层以形成图形化的反射板41和支撑底座42。反射层4的一部分用于充当后续形成的互连柱与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CMOS红外传感器结构中的热敏感介质层，配合反射层和热敏感介质层之间形成的谐振腔实现红外线的二次吸收，以提高微桥结构红外探测器的红外吸收率，优化微桥结构红外探测器的红外探测性能。
图5为本发明实施例提供的另一种第一金属互连层的制备过程对应的结构示意图。如图5所示，也可以将CMOS测量电路系统1的顶层金属3作为第一金属互连层4，同样可以刻蚀CMOS测量电路系统1的顶层金属3以形成反射板41和支撑底座42，图5中示出了反射板41和位于反射板41两侧的两个支撑底座42。利用CMOS测量电路系统1的顶层绝缘层13覆盖CMOS测量电路系统1的顶层金属3，采用CMP工艺处理CMOS测量电路系统1的表面，即处理CMOS测量电路系统1的顶层绝缘层13的上表面，以使CMOS测量电路系统1的顶层绝缘层13的上表面平坦化，以优化后续形成膜层的平坦化程度。
S2、沉积第一介质层；其中，第一介质层为密闭释放隔绝层。
图6为本发明实施例提供的一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图，图7为本发明实施例提供的另一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图。图6所示结构对应图4a-4e所示结构，图7所示结构对应图5所示结构，参照图6和图7，可以设置步骤2在步骤1之后执行，即先形成第一金属互连层4，即反射层，再在第一金属互连层4上形成第一介质层5，例如可以采用CVD工艺在第一金属互连层4上沉积第一介质层5，即密闭释放隔绝层。另外，对于图5和图7所示结构，在反射层上形成第一介质层5，可以是在CMOS测量电路系统1的顶层绝缘层13上形成第一介质层5。
图8a-8b为本发明实施例提供的另一种第一介质层的制备过程对应的结构示意图。如图8a-8b所示，对应图4a-4e所示结构，即步骤1采用RDL工艺在CMOS测量电路系统1的顶层金属3上制备第一金属互连层4时，可以设置步骤2在步骤1之前执行，即先形成第一介质层5，再在第一介质层5上形成第一金属互连层4。具体地，可以如图8a所示，采用CMP工艺处理CMOS测量电路系统1的表面，例如可以采用CMP工艺处理CMOS测量电路系统1顶层绝缘层13的上表面。如图8b所示，采用CVD工艺在CMOS测量电路系统1的表面上沉积第一介质层5，例如采用CVD工艺在CMOS测量电路系统1顶层绝缘层13的表面上沉积第一介质层5，然后再在第一介质层5上进行图4a至图4e所示步骤，以形成第一金属互连层4。由此，由于第一金属互连层4，即反射层在第一介质层5，即密闭释放隔绝层上方实现了红外光线的反射以实现热敏感介质层对红外光线的二次吸收，图8a-8b所示结构设置密闭释放隔绝层位于反射层下方，使得无论密闭隔绝层的厚度如何设置，均不会影响反射层的红外反射效果。
示例性地，构成第一介质层5的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，第一介质层5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。
S3、在第一介质层上沉积第二金属互连层，并刻蚀第二金属互连层以形成互连柱。
图9a-9c为本发明实施例提供的一种互连柱的制备过程对应的结构示意图。如图9a所示，可以先刻蚀第一介质层5以露出支撑底座42。然后如图9b所示，可以在第一介质层5上沉积第二金属互连层51，构成第二金属互连层51的材料包括金属铝。然后如图9c所示，刻蚀第二金属互连层51以形成互连柱7，互连柱7与对应的支撑底座42电连接。
具体地，图9a-9c所示的微桥结构红外探测器设置互连柱7由实心金属结构71构成，实心金属结构71的侧壁与牺牲层接触设置，构成互连柱7的实心金属结构71的材料包括铝，使得互连柱7的制备工艺较为简单且易于实现，有利于降低整个微桥结构红外探测器的制备难度。
S4、沉积形成牺牲层。
图10为本发明实施例提供的一种牺牲层的制备过程对应的结构示意图。沉积形成牺牲层6，可以如图10所示，沉积牺牲层6，并采用CMP工艺处理牺牲层6的表面，CMP工艺截止至第二金属互连层51的上表面，即CMP工艺处理牺牲层6的表面后，第二金属互连层51的上表面与牺牲层6的上表面齐平，以优化牺牲层6上方膜层的平坦化程度。
在一些实施例中，牺牲层6可以由采用热氧化工艺后或者CVD工艺制备的氧化硅构成。具体地，微桥结构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。
图11a-11c为本发明实施例提供的另一种牺牲层的制备过程对应的结构示意图。如图11a所示，步骤3之后，即刻蚀第二金属互连层51以形成互连柱7之后，采用CVD工艺在互连柱7上沉积第二绝缘层52，构成第二绝缘层52的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。然后如图11b所示，沉积牺牲层6，即在第二绝缘层52上沉积牺牲层6，并采用CMP工艺处理牺牲层6的表面，CMP工艺可以如图11b所示截止至第二金属互连层51，CMP工艺也可以如图11c所示截止至第二绝缘层52的上表面。
具体地，实心金属结构71的侧壁包覆有至少一层第二绝缘层52，且实心金属结构71与一层第二绝缘层52接触设置，图11a-11c示例性地设置实心金属结构71的侧壁包覆有一层第二绝缘层52且实心金属结构71与该第二绝缘层52接触设置。具体地，实心金属结构71的至少一层第二绝缘层52可以起到电绝缘的作用，利用第二绝缘层52保护实心金属结构71以避免外部材料侵蚀实心金属结构71的同时，第二绝缘层52可以作为互连柱7的辅助支撑结构，其与实心金属结构71共同位于互连柱7上方的悬空微桥结构，有利于提高互连柱7的力学稳定性，从而提高红外传感器的结构稳定性。
另外，设置构成互连柱7的第二绝缘层52的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，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金属结构71的第二绝缘层52。
在一些实施例中，可以设置CMOS红外传感结构2包括至少两个互连柱7，互连柱7包括至少一个分立互连柱。图12a-12b为本发明实施例提供的另一种互连柱的制备过程对应的结构示意图。互连柱7可以如图12a所示包括多个分立互连柱20，每个分立互连柱20可以包括实心金属结构71和第二绝缘层52，第二绝缘层52为一薄层绝缘层，图12a示例性地设置互连柱7包括三个分立互连柱20。或者，互连柱7也可以如图12b所示包括多个分立互连柱20，分立互连柱20之间的间隙被第二绝缘层52填满。由此，通过设置互连柱7包括多个分立互连柱20，使得每个分立互连柱20的尺寸比较小，使得互连柱7的制作工艺更易实现。
在一些实施例中，互连柱7可以包括至少一层实心互连柱，实心互连柱的力学稳定性较好，提高了互连柱7与梁结构31和支撑底座42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微桥结构红外探测器像元的微桥结构红外探测器的结构稳定性。另外，金属实心互连柱的电阻较小，有利于减小吸收板32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，提升了微桥结构红外探测器的红外探测性能，且金属实心互连柱的尺寸更易精确控制，即实心互连柱可以实现更小尺寸的互连柱，有利于满足更小的芯片尺寸需求，实现微桥结构红外探测器的小型化。
S5、在互连柱上方沉积第三金属互连层，并刻蚀第三金属互连层成图形化电极结构，以形成梁结构和部分吸收板。
图13a-13d为本发明实施例提供的一种梁结构的制备过程对应的结构示意图。如图13a所示，采用CVD工艺制备第三介质层21，第三介质层21为梁结构31和/或吸收板的支撑层，即第三介质层21可以作为梁结构31的支撑层，第三介质层21也可以作为吸收板的支撑层，构成第三介质层21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。如图13b所示，采用PVD工艺或者CVD工艺在第三介质层21上制备第三金属互连层8，第三金属互连层8为梁结构31中的电极层。如图13d所示，采用CVD工艺在第三金属互连层8上制备第四介质层22，第四介质层22为梁结构31和/或吸收板的钝化层，构成第四介质层22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。另外，图13a-13d所示的制备过程还涉及刻蚀第四介质层22以形成图形化介质层，刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构及刻蚀第三介质层21以形成图形化介质层，以形成梁结构31。
示例性地，可以如图13a所示，先沉积第三介质层21并刻蚀第三介质层21以露出互连柱7中的实心金属结构71，再如图13b所示，沉积第三金属互连层8并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，再如图13d所示，沉积第四介质层22并同时刻蚀第三介质层21和第四介质层22以形成图形化的钝化层和图形化的支撑层。
具体地，如图13a-13d所示，可以设置梁结构31包括第三介质层21、第三金属互连层8和第四介质层22，第三介质层21作为梁结构31的支撑层，支撑层用于在释放掉支撑层下方的牺牲层6后支撑位于支撑层上方的膜层，第三金属互连层8中的图形化电极结构用于将转换出来的红外检测电信号通过互连柱7传输至CMOS测量电路系统1，第四介质层22作为梁结构31的钝化层，用于保护被钝化层包裹的图形化电极结构不被氧化或者腐蚀。
在一些实施例中，形成梁结构31，还可以采用PVD工艺或者CVD工艺制备第三金属互连层8，例如可以在牺牲层6上沉积第三金属互连层8，刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，以形成梁结构31。具体地，可以设置梁结构31仅包括第三金属互连层8，即梁结构31仅包括电极层，图形化电极结构位于电极层，第三金属互连层8中的图形化电极结构用于将转换出来的红外检测电信号通过互连柱7传输至CMOS测量电路系统1，以图2所示的微桥结构红外探测器包括两个互连柱7为例，两个互连柱7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。
在一些实施例中，形成梁结构31，还可以采用CVD工艺制备第三介质层21，例如可以在牺牲层6上沉积第三介质层21，第三介质层21为梁结构31和/或吸收板的支撑层，构成第三介质层21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，再采用PVD工艺或者CVD工艺在第三介质层21上制备第三金属互连层8，刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，这其中还涉及刻蚀第三介质层21以形成图形化介质层，以形成梁结构31。
具体地，可以设置梁结构31包括第三介质层21和第三金属互连层8且第三金属互连层8位于第三介质层21上方，第三介质层21作为梁结构31和/或吸收板的支撑层，支撑层用于在释放掉支撑层下方的牺牲层6后支撑位于支撑层上方的膜层，第三金属互连层8中的图形化电极结构用于将转换出来的红外检测电信号通过互连柱7传输至CMOS测量电路系统1。示例性地，可以沉积完第三介质层21后先刻蚀第三介质层21以露出互连柱7中的实心金属结构71，然后沉积第三金属互连层8，刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，并同时刻蚀第三介质层21以形成图形化支撑层。
在一些实施例中，形成梁结构31，还可以采用PVD工艺或者CVD工艺制备第三金属互连层8，例如可以在牺牲层6上沉积第三金属互连层8，然后采用CVD工艺在第三金属互连层8上制备第四介质层22，这其中还涉及刻蚀第四介质层22以形成图形化介质层，刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，以形成梁结构31，第四介质层22为梁结构31和/或吸收板的钝化层，构成第四介质层22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。
具体地，可以设置梁结构31包括第三金属互连层8和第四介质层22，且第四介质层22位于第三金属互连层8的上方，第四介质层22作为梁结构31和/或吸收板的钝化层，钝化层用于保护被钝化层包裹的图形化电极结构不被氧化或者腐蚀，第三金属互连层8中的图形化电极结构用于将转换出来的红外检测电信号通过互连柱7传输至CMOS测量电路系统1。示例性地，可以先沉积第三金属互连层8并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，在第三金属互连层8上沉积第四介质层22并刻蚀第四介质层22以形成图形化的钝化层。
需要说明的是，上述实施例所述的梁结构31的制备过程均可以参照图13a-13d进行理解，这里不再一一画图赘述，确保最终形成的梁结构31中的图形化电极结构与对应的互连柱7中的实心金属结构71电连接即可。示例性地，可以设置构成第三金属互连层8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。
在一些实施例中，在步骤4之后，还可以采用PVD工艺或者CVD工艺在互连柱7的对应位置沉积加固层，并刻蚀加固层以形成对应梁结构31的加固结构，构成加固层的材料包括非晶硅、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。
图13b和图13c示例性地设置在互连柱7的对应位置沉积加固层29，并刻蚀加固层29以形成对应梁结构31的加固结构，互连柱7的对应位置可以是互连柱7的正上方。示例性地，可以如图13a所示，先沉积第三介质层21并刻蚀第三介质层21以形成图形化介质层，再如图13b所示，在第三介质层21层上沉积加固层29并刻蚀加固层29以形成对应互连柱7的图形化加固结构，然后在加固层29上沉积第三金属互连层8并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，然后如图13d所示在第三金属互连层8上沉积第四介质层22并同时刻蚀第四介质层22和第三介质层21以形成图形化的支撑层和图形化的钝化层。
具体地，对应互连柱7设置的加固结构可以增强互连柱7与梁结构31之间的连接稳固性，对应用互连柱7设置的加固结构包括加重块状结构，对应互连柱7设置的加固结构有效增强互连柱7与梁结构31之间的力学稳定性，从而提升微桥结构红外探测器像元及包括微桥结构红外探测器像元的微桥结构红外探测器的结构稳定性。
示例性地，对应互连柱7设置的加固结构还可以位于第三金属互连层8与第四介质层22之间，或者还可以位于第四介质层22远离第三金属互连层8的一侧并与第四介质层22接触设置，均可以增强互连柱7与梁结构31之间的连接稳固性，前述情况对应的加固结构的具体制备过程这里不再赘述。
S6、沉积第二介质层，并刻蚀第二介质层成图形化介质层，以形成吸收板；其中，第二介质层为热敏感介质层。
示例性地，可以设置步骤5在步骤6之前执行，即第二介质层可以位于第三金属互连层8远离CMOS测量电路系统1的一侧，也可以设置步骤5在步骤6之后执行，即第二介质层可以位于第三金属互连层8临近CMOS测量电路系统1的一侧，这里所述的步骤5在步骤6之前或之后执行，针对的步骤5具体是指采用PVD工艺或者CVD工艺制备第三金属互连层8，并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构。
以图13a-13d所示结构为例，第二介质层12可以位于第三金属互连层8远离CMOS测量电路系统1的一侧，可以如图13a所示，先沉积第三介质层21并刻蚀第三介质层21以露出互连柱7中的实心金属结构71，再如图13b所示，沉积第三金属互连层8并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，再如图13c所示，采用PVD工艺或者CVD工艺制备第二介质层12，例如在第三金属互连层8上沉积第二介质层12，并光刻刻蚀第二介质层12以形成图形化介质层，再如图13d所示，沉积第四介质层22并同时刻蚀第三介质层21和第四介质层22以形成图形化的钝化层和图形化的支撑层，以形成吸收板32。
在一些实施例中，也可以设置第二介质层12可以位于第三金属互连层8临近CMOS测量电路系统1的一侧，例如可以先沉积第三介质层21并刻蚀第三介质层21以露出互连柱7中的实心金属结构71，再采用PVD工艺或者CVD工艺制备第二介质层12，例如在第三介质层21上沉积第二介质层12，并光刻刻蚀第二介质层12以形成图形化介质层，图形化介质层对应吸收板32所在区域设置，然后沉积第三金属互连层8，例如在第二介质层12上沉积第三金属互连层8，并刻蚀第三金属互连层8以形成图形化电极结构，然后沉积第四介质层22，例如在第三金属互连层8上沉积第四介质层22，并同时刻蚀第三介质层21和第四介质层22以形成图形化的钝化层和图形化的支撑层，以形成吸收板32。
具体地，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，吸收板32中的图形化电极结构用于将吸收板32中的热敏感介质层转换出来的红外检测电信号传输至梁结构31中的图形化电极结构，进而再通过互连柱7传输至CMOS测量电路系统1。以红外传探测器包括两个互连柱7为例，两个互连柱7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。示例性地，构成第二介质层12的材料包括由氧化钛、氧化钒、氧化钛钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、非晶碳、石墨烯、钇钡铜氧、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。
图14为本发明实施例提供的一种吸收板的制备过程对应的结构示意图。如图14所示，也可以设置吸收板32依次包括第三介质层21、第三金属互连层8和第四介质层22，此时可以设置构成第三介质层21和/或第四介质层22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，即可以利用第三介质层21和/或第四介质层22充当吸收板32的热敏感介质层。
在一些实施例中，可以设置牺牲层6由采用热氧化工艺后或者CVD工艺制备的氧化硅构成。图15为本发明实施例提供的一种微桥结构红外探测器像元的剖面结构示意图。结合图13a-13d和图15，在步骤6之后，制备方法还包括采用释放工艺刻蚀牺牲层6，使得梁结构31和吸收板32悬空于第一介质层5，以形成悬空的CMOS红外传感结构2。
具体地，牺牲层6用于使CMOS红外传感结构2形成镂空结构，构成牺牲层6的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀牺牲层6。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6进行腐蚀。微桥结构红外探测器以氧化硅作为牺牲层6，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，即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。
需要说明的是，梁结构31和吸收板32的膜层不限于上述实施例，示例性地，可以设置梁结构仅包括电极层，或者梁结构包括第三介质层和电极层，或者梁结构包括电极层和第四介质层，或者梁结构包括电极层和热敏感介质层，或者梁结构包括第三介质层、电极层和第四介质层，或者梁结构包括第三介质层、电极层和热敏感介质层，或者梁结构包括电极层、热敏感介质层和第四介质层，或者梁结构包括第三介质层、电极层、热敏感介质层和第四介质层，吸收板包括电极层和热敏感介质层，或者吸收板包括第三介质层、电极层和热敏感介质层，或者吸收板包括电极层、热敏感介质层和第四介质层，或者吸收板包括第三介质层、电极层、热敏感介质层和第四介质层；其中，构成第三介质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，构成第四介质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；或者，
可以设置梁结构包括第五介质层、电极层和第六介质层，吸收板包括第五介质层和电极层，或者吸收板包括电极层和第六介质层，或者吸收板包括第五介质层、电极层和第六介质层，或者吸收板包括支撑层、第五介质层、电极层和第六介质层，或者吸收板包括第五介质层、电极层、第六介质层和钝化层，或者吸收板包括支撑层、第五介质层、电极层、第六介质层和钝化层；其中，构成第五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，构成第六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。
本发明实施例还提供了一种微桥结构红外探测器，微桥结构红外探测器可以采用上述实施例所述的微桥结构红外探测器的制备方法制备形成，因此具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。
结合图2和图15，微桥结构红外探测器包括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上方包括至少一层密闭释放隔绝层，图15示例性地设置CMOS测量电路系统1上方包括一层密闭释放隔绝层，即第一介质层5。
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工艺以及RDL工艺，CMOS红外传感结构2包括至少金属互连层、至少三层介质层和多个互连通孔，金属互连层至少包括反射层和电极层，反射层即第一金属互连层4，电极层即第三金属互连层8，互连柱即互连柱7。介质层至少包括一层密闭释放隔绝层、一层牺牲层和一层热敏感介质层，密闭释放隔绝层即第一介质层5，牺牲层即牺牲层6，牺牲层在最终的微桥结构红外探测器结构中被释放掉，热敏感介质层即第二介质层12。其中，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，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，有利于提高微桥结构红外探测器的探测灵敏度。
CMOS红外传感结构2包括由反射层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互连柱7，即CMOS红外传感结构2包括由第一金属互连层4和第二介质层12构成的谐振腔以及控制热传递的悬空微桥结构40，悬空微桥结构40包括梁结构31和吸收板32，梁结构31通过互连柱7和反射层中的支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接。
反射层，即第一金属互连层4和梁结构31之间设置有互连柱7且互连柱7直接电连接反射层，第一金属互连层4中的支撑底座42和对应的梁结构31，梁结构31通过互连柱7和支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接，互连柱7用于在牺牲层释放后支撑对应的梁结构31。吸收板32用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构31与对应的互连柱7电连接，即吸收板32经由红外信号转换来的电信号依次通过梁结构31、互连柱7和支撑底座42传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1处理接收到的电信号以反映出温度信息，实现微桥结构红外探测器非接触式的红外温度检测。
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组互连柱传输至对应的支撑底座42，一组互连柱包括一个互连柱7。示例性地，可以设置沿平行于CMOS测量电路系统1的方向，CMOS红外传感结构2包括两组互连柱，可以设置其中一组互连柱用于传输正电信号，另一组互连柱用于传输接地电信号。也可以设置沿平行于CMOS测量电路系统1的方向，CMOS红外传感结构2包括四组互连柱，四组互连柱可以两两为一组分别传输正电信号和接地电信号，由于微桥结构红外探测器包括多个阵列排布的微桥结构红外探测器像元，四组互连柱也可以选择其中的两组互连柱分别传输正电信号和接地电信号，另外两组互连柱供给相邻的微桥结构红外探测器像元进行电信号的传输。
在一些实施例中，可以设置吸收板32上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板32中的介质层；和/或，梁结构31上形成有至少一个孔状结构，即可以设置仅吸收板32上形成有孔状结构，或者仅梁结构31上形成有孔状结构，或者吸收板32和梁结构31上均形成有孔状结构。示例性地，无论是吸收板32上的孔状结构还是梁结构31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，本发明实施例对吸收板32和梁结构31上的孔状结构的形状不作具体限定，且本发明实施例对吸收板32和梁结构31上孔状结构的数量不作具体限定。由此，设置吸收板32上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板32中的介质层，微桥结构红外探测器中均设置有与吸收板32接触的最终需要释放的牺牲层，而牺牲层的释放需要在微桥结构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32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32面积相对梁结构31面积较大，吸收板32上的孔状结构有利于释放吸收板32的内应力，优化吸收板32的平坦化程度，且有利于提高吸收板32的结构稳定性，进而提高整个微桥结构红外探测器的结构稳定性。另外，设置梁结构31上形成有至少一个孔状结构，有利于进一步减小梁结构31的热导，提高微桥结构红外探测器的红外探测灵敏度。
在一些实施例中，密闭释放隔绝层，即第一介质层5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。在一些实施例中，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，即可以设置密闭释放隔绝位于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且CMOS红外传感结构2中设置有密闭释放隔绝层，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。
在一些实施例中，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如图15所示位于反射层，即第一金属互连层4的上方的一层介质层或多层介质层，图15示例性地示出了密闭释放隔绝层为一层介质层，此时构成密闭释放隔绝层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，密闭释放隔绝层的厚度小于牺牲层的厚度。微桥结构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悬空微桥结构之间，设置位于反射层上的至少一层密闭释放隔绝层选择碳化硅、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互连柱7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。
在一些实施例中，还可以设置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，例如密闭释放隔绝层位于反射层和CMOS测量电路系统1之间，即密闭释放隔绝层位于反射层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1上的氧化硅介质，本发明实施例在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。
示例性地，构成密闭释放隔绝层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、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提高互连柱7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微桥结构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、IMD(InterMetal Dielectric)工艺以及RDL(重新布线)工艺。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，例如实现互连柱7中的导电层与支撑底座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，例如形成连接互连柱7中的导电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32和梁结构31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微桥结构红外探测器中的反射层，反射层上的支撑底座42与CMOS测量电路系统1的顶层金属电连接。另外，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。
在一些实施例中，可以设置微桥结构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，利用图形化结构形成的超材料结构与微桥结构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微桥结构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，也就是说，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，从而提高了微桥结构红外探测器对入射红外电磁波的吸收率。另外，本发明实施例通过将偏振结构与非制冷微桥结构红外探测器进行单片集成，不仅可以实现偏振敏感型微桥结构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微桥结构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只需要处理微桥结构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。
在一些实施例中，反射层和悬空微桥结构之间可以设置有至少一层图形化金属互连层，图形化金属互连层位于密闭释放隔绝层的上方或者下方并与反射层之间电绝缘，图形化金属互连层用于调节微桥结构红外探测器的谐振模式。具体地，布拉格反射镜(Braggreflector)是一种利用不同界面反射光的相长干涉对不同波长的光进行增强反射的光学器件，由多个1/4波长反射镜组成以实现对多个波长入射光的高效反射，本发明实施例设置反射层和悬空微桥结构之间设置有至少一层图形化金属互连层，至少一层图形化金属互连层、反射层以及吸收板32形成类似布拉格反射镜的结构，至少一层图形化金属互连层的设置相当于改变了反射层与吸收板32中热敏感介质层构成的整体谐振腔介质的厚度，使得微桥结构红外探测器像元可以形成多个介质厚度不同的谐振腔，微桥结构红外探测器像元可以选择不同波长的光进行增强反射调节，进而利用至少一层图形化金属互连层调节微桥结构红外探测器的谐振模式，由此以提高微桥结构红外探测器的红外吸收率，拓宽微桥结构红外探测器的红外吸收谱段，增加微桥结构红外探测器的红外吸收谱段。
在一些实施例中，可以设置微桥结构红外探测器是基于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。另外，可以设置构成微桥结构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，能够实现互连柱7的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构31的宽度，即梁结构31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，本发明实施例所述的部分单独步骤包括多种实现方式，各补充之间不同的实现方式可以任意组合，均属于本申请的保护范围。
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。
以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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)
1.一种微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
采用CMOS工艺在所述衬底上制备CMOS测量电路系统；
采用CMOS工艺在所述CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构；
其中，采用CMOS工艺在所述CMOS测量电路系统上直接制备CMOS红外传感结构，包括：
步骤1，采用RDL工艺在所述CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层；或者，以所述CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层；其中，所述第一金属互连层为反射层；
步骤2，沉积第一介质层；其中，所述第一介质层为密闭释放隔绝层；
步骤3，在所述第一介质层上沉积第二金属互连层，并刻蚀所述第二金属互连层以形成互连柱；
步骤4，沉积形成牺牲层；
步骤5，在所述互连柱上方沉积第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层成图形化电极结构，以形成梁结构和部分吸收板；
步骤6，沉积第二介质层，并刻蚀所述第二介质层成图形化介质层，以形成吸收板；其中，所述第二介质层为热敏感介质层。
2.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，采用CMOS工艺在所述衬底上制备CMOS测量电路系统，包括：
采用氧化工艺、沉积工艺和掺杂工艺制备所述CMOS测量电路系统中的工艺层；
采用光刻工艺定位区间以将数字化图形转移至所述CMOS测量电路系统；
采用刻蚀工艺去除所述CMOS测量电路系统中设定区域的材料。
3.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的采用RDL工艺在所述CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层，包括：
在所述CMOS测量电路系统上沉积第一绝缘层，并采用CMP工艺处理所述第一绝缘层的表面；
在平坦化后的所述第一绝缘层上刻蚀通孔；
采用PVD工艺沉积金属钨以填充所述通孔，或者采用电镀ECP工艺沉积金属铜以填充所述通孔；
采用CMP工艺处理所述通孔的表面；
在所述通孔的表面上沉积金属层，并刻蚀所述金属层以形成所述第一金属互连层；
所述步骤1中的以所述CMOS测量电路系统的顶层金属作为第一金属互连层，包括：
采用CMP工艺处理所述CMOS测量电路系统的表面。
4.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2在所述步骤1之后执行，所述步骤2具体包括：
采用CVD工艺在所述第一金属互连层上沉积所述第一介质层；
或者，所述步骤1采用RDL工艺在所述CMOS测量电路系统的顶层金属上制备第一金属互连层，所述步骤2在所述步骤1之前执行，所述步骤2具体包括：
采用CMP工艺处理所述CMOS测量电路系统的表面；
采用CVD工艺在所述CMOS测量电路系统的表面上沉积所述第一介质层；
其中，构成所述第一介质层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，所述第一介质层用于在制作所述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。
5.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
沉积所述牺牲层；
采用CMP工艺处理所述牺牲层的表面；其中，所述CMP工艺截止至所述第二金属互连层的上表面；
或者，所述步骤3之后，所述制备方法还包括：
采用CVD工艺在所述互连柱上沉积第二绝缘层；
所述步骤4具体包括：
沉积所述牺牲层；
采用CMP工艺处理所述牺牲层的表面；其中，所述CMP工艺截止至所述第二金属互连层或者所述第二绝缘层的上表面；
其中，构成所述第二绝缘层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种；
其中，构成所述第二金属互连层的材料包括金属铝，所述CMOS红外传感结构包括至少两个所述互连柱，所述互连柱包括至少一个分立互连柱。
6.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
采用PVD工艺或者CVD工艺制备第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层以形成所述图形化电极结构，以形成所述梁结构；
或者，所述步骤5具体包括：
采用CVD工艺制备第三介质层；其中，所述第三介质层为所述梁结构和/或所述吸收板的支撑层，构成所述第三介质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；
采用PVD工艺或者CVD工艺在所述第三介质层上制备第三金属互连层，并刻蚀所述第三金属互连层以形成所述图形化电极结构，以及刻蚀所述第三介质层以形成图形化介质层，以形成所述梁结构；
或者，所述步骤5具体包括：
采用PVD工艺或者CVD工艺制备第三金属互连层；
采用CVD工艺在所述第三金属互连层上制备第四介质层，并刻蚀所述第四介质层以形成图形化介质层，以及刻蚀所述第三金属互连层以形成所述图形化电极结构，以形成所述梁结构；其中，所述第四介质层为所述梁结构和/或所述吸收板的钝化层，构成所述第四介质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；
或者，所述步骤5具体包括：
采用CVD工艺制备第三介质层；其中，所述第三介质层为所述梁结构和/或所述吸收板的支撑层，构成所述第三介质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；
采用PVD工艺或者CVD工艺在所述第三介质层上制备第三金属互连层；
采用CVD工艺在所述第三金属互连层上制备第四介质层，并刻蚀所述第四介质层以形成图形化介质层，以及刻蚀所述第三金属互连层以形成所述图形化电极结构，以及刻蚀所述第三介质层以形成图形化介质层，以形成所述梁结构；其中，所述第四介质层为所述梁结构和/或所述吸收板的钝化层，构成所述第四介质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；
其中，构成所述第三金属互连层的材料包括钛、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。
7.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤5在所述步骤6之前或之后执行，所述步骤6具体包括：
采用PVD工艺或者CVD工艺制备所述第二介质层，并光刻刻蚀所述第二介质层以形成所述图形化介质层；
其中，构成所述第二介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、氧化钛钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、非晶碳、石墨烯、钇钡铜氧、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所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层由采用热氧化工艺后或者CVD工艺制备的氧化硅构成；
在所述步骤6之后，所述制备方法还包括：
采用释放工艺刻蚀所述牺牲层，使得所述梁结构和所述吸收板悬空于所述第一介质层，以形成悬空的CMOS红外传感结构。
9.根据权利要求1所述的微桥结构红外探测器的制备方法，其特征在于，在所述步骤4之后，还包括：
采用PVD工艺或者CVD工艺在所述互连柱的对应位置沉积加固层，并刻蚀所述加固层以形成对应所述梁结构的加固结构；其中，构成所述加固层的材料包括非晶硅、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。
10.一种微桥结构红外探测器，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的微桥结构红外探测器的制备方法制备形成，所述微桥结构红外探测器包括：
所述CMOS测量电路系统和所述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金属互连层、至少三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所述密闭释放隔绝层、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互连柱，所述悬空微桥结构包括吸收板和梁结构，所述梁结构通过所述互连柱和所述反射层中的支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接。
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