CN115440833B - 光学探测器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学探测器及其制造方法。所述光学探测器包括衬底、微桥、若干介质结构和反射结构。所述反射结构的受光面包括若干第一反射凸起和若干第二反射凸起，所述若干第一反射凸起与所述若干介质结构一一对应排布，至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间，使得所述反射结构具有凹凸不平的表面，当入射光到达时会在该凹凸不平的表面发生多次反射和吸收，有利于提高对光的吸收效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及光学探测器及其制造方法。
背景技术
当光信号入射到光学探测器微桥结构表面时，会有反射、透射、吸收等过程发生，虽然谐振腔能够通过相位的补偿抵消掉部分反射信号，但通过反射损失的信号以及无法谐振损失的信号比例仍然较高。
因此，有必要开发新型的光学探测器以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学探测器，以利于提高对光的吸收效率。
为实现上述目的，本发明的光学探测器包括：
衬底，包括设置于所述衬底顶部的若干导电连接结构；
微桥，配置为能够与所述导电连接结构之间进行电信号交互，并与所述衬底围成谐振腔；
若干介质结构，位于所述谐振腔内，并分别覆盖所述衬底部分顶面；
反射结构，覆盖所述衬底部分顶面，并包埋所述若干介质结构；
所述反射结构的受光面包括若干第一反射凸起和若干第二反射凸起，所述若干第一反射凸起与所述若干介质结构一一对应排布，至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间。
本发明所述光学探测器的有益效果在于：所述反射结构的受光面包括若干第一反射凸起和若干第二反射凸起，所述若干第一反射凸起与所述若干介质结构一一对应排布，至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间，使得所述反射结构具有凹凸不平的表面，当入射光到达时会在该凹凸不平的表面发生多次反射和吸收，有利于提高对光的吸收效率。
优选的，所述若干介质结构阵列设置于所述衬底顶面。
优选的，相邻所述介质结构之间的最大距离不超过0.5微米。
优选的，所述微桥包括若干功能层，所述若干功能层中至少一个功能层与所述若干第一反射凸起一一对应排布的若干凸起，以及与所述若干第二反射凸起一一对应排布的若干凸起。
进一步优选的，所述若干功能层包括跨设于所述反射结构中部顶面的光敏层，以及朝向所述光敏层延伸并覆盖所述光敏层至少部分顶面的电极层，所述电极层电接触所述导电连接结构或者通过所述反射结构与所述导电连接结构实现电连接。
进一步优选的，所述若干功能层还包括覆盖所述电极层至少部分顶面的顶部保护层，以及覆盖所述光敏层至少部分底面的底部保护层。
本发明所述光学探测器的制造方法包括以下步骤：
S1：使用介质材料在包含若干导电连接结构的衬底上形成分别覆盖所述衬底部分顶面的若干介质结构，并使所述若干介质结构位于相邻所述导电连接结构之间；
S2：使用反射材料包埋所述若干介质结构后再去除部分所述反射材料，形成表面包含与所述若干介质结构一一对应排布的若干第一反射凸起的原始反射结构；
S3：使用减反射材料覆盖所述原始反射结构形成减反射层后，顺次进行退火工艺和去除所述减反射层，使所述原始反射结构表面形成若干第二反射凸起，并使至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间；
S4：去除部分所述原始反射结构得到反射结构，然后在相邻所述导电连接结构之间形成微桥，使所述微桥与所述导电连接结构之间能够进行电信号交互并与所述衬底围成谐振腔。
本发明所述光学探测器的制造方法有益效果在于：通过所述步骤S2在原始反射结构表面形成与所述若干介质结构一一对应排布的若干第一反射凸起，然后通过所述步骤S3使所述原始反射结构表面形成若干第二反射凸起，并使至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间，形成了凹凸不平的表面，当入射光到达时会在该凹凸不平的表面发生多次反射和吸收，有利于提高对光的吸收效率。
优选的，所述步骤S4中，在相邻所述导电连接结构之间形成微桥的步骤包括：
S41：去除部分所述反射材料使所述导电连接结构的部分顶面露出得到所述反射结构，然后使用牺牲材料沿所述反射结构的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层；
S42：自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构的方向去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料，形成使所述导电连接结构的至少部分顶面露出的若干接触孔结构。
优选的，所述步骤S4中，在相邻所述导电连接结构之间形成微桥的步骤包括：
S41：去除部分所述反射材料得到覆盖所述导电连接结构至少部分顶面的反射结构，使用牺牲材料沿所述反射结构的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层；
S42：自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构的方向去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料，形成使所述反射结构部分顶面露出的若干接触孔结构。
进一步优选的，所述步骤S42执行完毕后，执行以下步骤：
S43：使用电极材料沿所述接触孔结构的侧壁以及所述光敏层的露出表面进行成膜反应得到电极层，使用顶部保护材料沿所述电极层的露出表面轮廓沉积形成顶部保护层；
S44：去除剩余的所述牺牲材料。
附图说明
图1为本发明实施例的一种光学探测器的结构示意图；
图2为图1所示A部分的放大图；
图3为图1所示B部分的放大图；
图4为在本发明实施例衬底顶面形成若干介质结构后所得结构示意图；
图5为在图4结构基础上形成原始反射层和减反射层后所得结构示意图；
图6为在图5所示结构基础上进行激光退火工艺以及去除减反射层后所得结构示意图；
图7为在图6所示结构基础上去除部分反射材料后所得结构示意图；
图8为在图7所示结构基础上沉积牺牲材料后所得结构示意图；
图9为在图8所示结构基础上顺次沉积底部保护材料和光敏材料后所得结构示意图；
图10为在图9所示结构基础上去除部分光敏材料、部分底部保护材料和部分牺牲材料后所得结构示意图；
图11为在图10所得结构基础上顺次沉积电极材料和顶部保护材料后所得结构示意图；
图12为本发明实施例的另一种光学探测器的底部结构示意图；
图13为本发明实施例的又一种光学探测器的底部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本发明实施例提供了一种光学探测器及其制造方法，以利于提高对光的吸收效率。
参照图1至图3，图1所示的光学探测器包括衬底11、微桥14、若干介质结构15和反射结构13。所述衬底11包括设置于所述衬底11顶部的若干导电连接结构12，所述微桥14电接触相邻所述导电连接结构12，并与所述衬底11围成谐振腔16。
一些实施例中，参照图1，若干所述介质结构15位于所述谐振腔16内，并分别覆盖所述衬底11部分顶面。
本发明实施例中，所述介质结构15的形状和大小可根据工艺需求进行灵活调整。所述介质结构15的作用为辅助所述反射结构13的受光面形成凸起。
本发明实施例中，所述介质结构15顶部纵截面形状可根据工艺需求进行灵活调整，例如可以呈球形、梯形或椭球形。
一些实施例中，所述介质结构15顶部纵截面形状呈等腰三角形，且顶角为90度，以有效反射垂直入射光。
一些实施例中，所述介质结构15的组成材料为氧化硅。
一些实施例中，参照图1，所述反射结构13位于所述谐振腔16内，并覆盖所述衬底11部分顶面以及包埋若干所述介质结构15。
一些实施例中，所述反射结构13的组成材料为金属铝。
本实施例中，所述反射结构13的受光面朝向所述微桥14顶面。一些实施例中，参照图1，所述反射结构13的顶面为受光面。
一些实施例中，参照图1，所述反射结构13的顶面包括若干第一反射凸起131和若干第二反射凸起132，若干所述第一反射凸起131与若干所述介质结构15一一对应排布，至少一个所述第二反射凸起132位于相邻所述第一反射凸起131之间，使得所述反射结构13具有凹凸不平的表面，当入射光到达时会在该凹凸不平的表面发生多次反射和吸收，有利于提高对光的吸收效率。
一些实施例中，若干所述介质结构15阵列设置于所述衬底11顶面。
一些具体的实施例中，若干所述介质结构15呈矩形阵列排布于所述衬底11顶面。
一些实施例中，相邻所述介质结构之间的最大距离不超过0.5微米。
本发明实施例中，组成所述微桥14的各结构均能够允许入射光线中所需要的特定波长或波长范围光透过。
一些实施例中，组成所述微桥14的各结构均能够允许红外光透过。
一些实施例中，所述微桥14包括若干功能层，所述若干功能层的至少一个功能层包括与若干所述第一反射凸起131一一对应排布的若干凸起，以及与若干所述第二反射凸起132一一对应排布的若干凸起。
一些实施例中，参照图1，所述微桥14包括跨设于所述反射结构13顶面的光敏层142作为第一功能层，以及电接触所述导电连接结构12，朝向所述光敏层142延伸并覆盖所述光敏层142至少部分顶面的电极层143。
一些实施例中，参照图1，所述微桥14还包括覆盖所述电极层143至少部分顶面的顶部保护层144作为第二功能层，以及覆盖所述光敏层142至少部分底面的底部保护层141作为第三功能层。
参照图1至图3，所述底部保护层141、所述光敏层142、所述电极层143以及所述顶部保护层144所分别具有的若干第一底部保护凸起1411、若干第一光敏凸起1421、若干第一电极凸起1431和若干第一顶部保护凸起1441均与若干所述第一反射凸起131一一对应排布，所分别具有的若干第二底部保护凸起1412、若干第二光敏凸起1422、若干第二电极凸起1432和若干第二顶部保护凸起1442均与若干所述第二反射凸起132一一对应排布。
本发明实施例还提供了所述光学探测器的制造方法。
一些实施例的所述步骤S1中，参照图4，使用介质材料进行沉积覆盖所述衬底11顶面和若干所述导电连接结构12顶面后，经图形化工艺去除部分介质材料，使若干所述导电连接结构12顶面露出，并使若干所述介质结构15位于相邻所述导电连接结构12之间。
一些实施例的所述步骤S2中，参照图4和图5，使用反射材料包埋若干所述介质结构15后再去除部分所述反射材料，形成表面包含与若干所述介质结构15一一对应排布的若干所述第一反射凸起131的原始反射结构21。
一些实施例的所述步骤S3中，参照图5和图6，使用减反射材料覆盖所述原始反射结构21形成减反射层22后，进行退火工艺使所述反射材料晶粒沿远离所述衬底11的方向生长形成若干所述第二反射凸起132后，经刻蚀去除所述减反射层22。经所述步骤S2和所述步骤S3使所述原始反射结构21顶面形成了凹凸不平的表面，当入射光到达时会在该凹凸不平的表面发生多次反射和吸收，有利于提高对光的吸收效率。
一些实施例中，控制所述退火工艺使至少一个所述第二反射凸起132位于相邻所述第一反射凸起131之间。
一些实施例中，所述退火工艺为激光退火工艺。
一些实施例的所述步骤S4包括步骤S41，参照图7，去除部分反射材料使所述导电连接结构12的至少部分顶面露出得到反射结构13，然后分别使用牺牲材料、底部保护材料和光敏材料进行沉积反应。
一些实施例的所述步骤S41中，参照图8，使用牺牲材料进行沉积并控制所述牺牲材料沿所述反射结构13的露出表面沉积，得到能够包埋所述反射结构13，且顶面具有与若干所述第一反射凸起131一一对应排布的若干第一牺牲凸起311，以及具有与若干所述第二反射凸起132一一对应排布的若干第二牺牲凸起312的牺牲层31，且所述牺牲层31的中部高度高于靠近边缘部分的高度。
一些实施例的所述步骤S41中，参照图9，控制所述底部保护材料沿所述牺牲层31的露出表面沉积，得到覆盖所述牺牲层31顶面的所述底部保护层141，并使所述底部保护层141顶面形成若干第一底部保护凸起1411和若干第二底部保护凸起1412。具体通过控制沉积速率、反应气体流量，以及进行分步沉积的次数实现。具体实现方式为本领域技术人员的常规技术手段。
一些实施例的所述步骤S41中，参照图9，控制所述光敏材料沿所述底部保护层141的露出表面沉积，得到覆盖所述底部保护层141顶面的所述光敏层142，并使所述光敏层142顶面形成若干第一光敏凸起1421和若干第二光敏凸起1422。具体沉积方法请参见前述。
一些实施例的所述步骤S41执行完毕后，参照图10，执行步骤S42，自所述光敏层142起沿朝向每个所述导电连接结构12的方向经图形化工艺去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料，形成若干接触孔结构51并使所述导电连接结构12的至少部分顶面露出。
一些实施例的所述步骤S42执行完毕后，参照图11，执行步骤S43：控制电极材料沿所述接触孔结构51的侧壁以及所述光敏层142的露出表面沉积得到所述电极层143，并使所述电极层143顶面形成若干第一电极凸起1431和若干第二电极凸起1432。
一些实施例的所述步骤S43中，所述电极层143形成后，控制顶部保护材料沿所述电极层143的露出表面轮廓沉积得到所述顶部保护层144，并使所述顶部保护层144顶面形成若干第一顶部保护凸起1441和若干第二顶部保护凸起1442。
一些实施例的所述步骤S43执行完毕后，参照图11，执行步骤S44：去除剩余的所述牺牲层31。
一些具体的实施例中，使用非晶硅或氧化硅作为牺牲材料。
一些具体的实施例中，采用刻蚀气体去除所述牺牲层31。使用的刻蚀气体对图11所示结构除所述牺牲层31外的其他结构不会影响或者造成的影响对于实现对应功能而言可以忽略不计。
一些实施例中，参照图12，所述反射结构13的一端部分别电接触所述电极层143和相邻所述导电连接结构12中的一个导电连接结构，所述反射结构13的另一端部与相邻所述导电连接结构12中的另一个导电连接结构电绝缘，且所述电极层143还电接触相邻所述导电连接结构12中的另一个导电连接结构。
一些实施例的所述步骤S41中，去除如图6所示的所述原始反射结构21的一部分，使相邻所述导电连接结构12中的一个导电连接结构的顶面露出得到所述反射结构13。所述反射结构13的一个端部覆盖了一个所述导电连接结构12的顶面。然后使用所述牺牲材料沿所述反射结构13的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层。
一些实施例的所述步骤S42中，自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构12的方向经图形化工艺去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料直至所述反射结构13的部分顶面露出，且一个所述导电连接结构12的至少部分顶面露出，减小了形成的一侧接触孔结构的深度，降低了工艺难度。
一些实施例中，参照图13，所述电极层143的分别电接触所述反射结构13，所述反射结构13的两端部分别电接触相邻所述导电连接结构12，且所述反射结构13的中部与所述反射结构13两端部电绝缘。具体的，所述反射结构13包括相互电绝缘的中部反射结构133以及位于两端，且分别与相邻所述导电连接结构12电接触的第一反射结构134和第二反射结构135。所述电极层143跨设于所述中部反射结构133，并分别电接触所述第一反射结构134和所述第二反射结构135。
一些实施例的所述步骤S41中，去除如图6所示的所述原始反射结构21的一部分，使所述衬底11靠近相邻所述导电连接结构12的部分顶面露出得到由图13所示的所述第一反射结构134、所述第二反射结构135和中部反射结构133组成的反射结构。然后使用所述牺牲材料沿所述反射结构的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层。
一些实施例的所述步骤S42中，自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构12的方向经图形化工艺去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料直至所述第一反射结构134的部分顶面和所述第二反射结构135的部分顶面露出，减小了形成的接触孔结构的深度，降低了工艺难度。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (9)
1.一种光学探测器，其特征在于，包括：
衬底，包括设置于所述衬底顶部的若干导电连接结构；
反射结构，覆盖所述衬底部分顶面，并包埋若干介质结构；
微桥，配置为能够与所述导电连接结构之间进行电信号交互，并与所述衬底围成谐振腔；
所述若干介质结构，位于所述谐振腔内，并分别覆盖所述衬底部分顶面；
所述反射结构的受光面包括若干第一反射凸起和若干第二反射凸起，所述若干第一反射凸起与所述若干介质结构一一对应排布，至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间；
所述微桥包括若干功能层，所述若干功能层中至少一个功能层包括与所述若干第一反射凸起一一对应排布的若干凸起，以及与所述若干第二反射凸起一一对应排布的若干凸起。
2.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述若干介质结构呈阵列设置于所述衬底顶面。
3.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，相邻所述介质结构之间的最大距离不超过0.5微米。
4.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述若干功能层包括跨设于所述反射结构顶面的光敏层，以及朝向所述光敏层延伸并覆盖所述光敏层至少部分顶面的电极层，所述电极层电接触所述导电连接结构或者通过所述反射结构与所述导电连接结构实现电连接。
5.根据权利要求4所述的光学探测器，其特征在于，所述若干功能层还包括覆盖所述电极层至少部分顶面的顶部保护层，以及覆盖所述光敏层至少部分底面的底部保护层。
6.一种光学探测器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用介质材料在包含若干导电连接结构的衬底上形成分别覆盖所述衬底部分顶面的若干介质结构，并使所述若干介质结构位于相邻所述导电连接结构之间；
S2：使用反射材料包埋所述若干介质结构后再去除部分所述反射材料，形成表面包含与所述若干介质结构一一对应排布的若干第一反射凸起的原始反射结构；
S3：使用减反射材料覆盖所述原始反射结构形成减反射层后，顺次进行退火工艺和去除所述减反射层，使所述原始反射结构表面形成若干第二反射凸起，并使至少一个所述第二反射凸起位于相邻所述第一反射凸起之间；
S4：去除部分所述原始反射结构得到反射结构，然后在相邻所述导电连接结构之间形成包含若干功能层的微桥，使所述微桥与所述导电连接结构之间能够进行电信号交互并与所述衬底围成谐振腔，所述若干功能层中至少一个功能层包括与所述若干第一反射凸起一一对应排布的若干凸起，以及与所述若干第二反射凸起一一对应排布的若干凸起。
7.根据权利要求6所述的光学探测器的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，在相邻所述导电连接结构之间形成微桥的步骤包括：
S41：去除部分所述反射材料使所述导电连接结构的至少部分顶面露出得到所述反射结构，然后使用牺牲材料沿所述反射结构的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层；
S42：自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构的方向去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料，形成使所述导电连接结构的至少部分顶面露出的若干接触孔结构。
8.根据权利要求6所述的光学探测器的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，在相邻所述导电连接结构之间形成微桥的步骤包括：
S41：去除部分所述反射材料得到覆盖所述导电连接结构部分顶面的反射结构，使用牺牲材料沿所述反射结构的露出表面进行成膜反应得到牺牲层，使用底部保护材料沿所述牺牲层的露出表面进行成膜反应得到底部保护层，以及使用光敏材料沿所述底部保护层的露出表面进行成膜反应得到光敏层；
S42：自所述光敏层起沿朝向每个所述导电连接结构的方向去除部分所述光敏材料、部分所述底部保护材料和部分所述牺牲材料，形成使所述反射结构部分顶面露出的若干接触孔结构。
9.根据权利要求7或8任一项所述的光学探测器的制造方法，其特征在于，所述步骤S42执行完毕后，执行以下步骤：
S43：使用电极材料沿所述接触孔结构的侧壁以及所述光敏层的露出表面进行成膜反应得到电极层，使用顶部保护材料沿所述电极层的露出表面轮廓沉积形成顶部保护层；
S44：去除剩余的所述牺牲材料。
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