增强红外透过性的混合成像探测器像元结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了增强红外透过性的混合成像探测器像元结构及其制备方法，将可见光感应区域和红外感应区域集成在芯片中，通过在红外感应部件下方且在可见光感应部件上方的晶圆表面形成具有光滑凸起表面的红外增透材料，再加上晶圆本身对可见光的过滤，可以提高红外光进入微桥结构的比率，进而提高了红外感应部件的成像质量，而且使可见光红外混合成像微型化、芯片化成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，具体涉及一种。
技术介绍
随着工业和生活水平的发展，单纯的红外成像或者单纯的可见光成像已不能满足需求，具有更宽波段的成像技术越来越受到关注，特别是能同时对可见光和红外光敏感的成像技术。然而，现有的混合成像器件中，采用透镜形成两条光路来分别对可见光和红外光进行感应成像，最后采用计算机处理系统合成在一起，由于光路的分离造成所形成的红外图像部分和可见光图像部分产生较大的对准偏差，严重影响成像质量。由于微电子机械系统(MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，如果能将混合成像技术与微电子技术相结合，研究出微电子
的混合成像技术，将能够避免现有的红外图像和可见光图像的对准偏差大的问题。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种增强红外透过性的可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，利用具有圆滑凸起表面的红外增透材料来增强红外透过能力，从而将混合成像技术微型化和芯片化，提高混合成像的质量。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种混合成像探测器像元结构，其包括:一晶圆，作为可见光过滤层；分别位于所述晶圆上方和下表面的红外感应区域和可见光感应区域；以及用于将所述可见光感应区域和所述红外感应区域所输出的电信号进行计算并转换为图像的转换单元；其中，可见光感应区域，位于所述晶圆下表面，其包括可见光感应部件和将所述可见光感应部件所形成的电信号输出的引出极；互连层，位于所述晶圆上表面；介质层，位于所述互连层的上表面；凹槽，位于所述互连层和所述介质层中，且对应于所述可见光感应部件上方；红外增透材料，填充于所述凹槽中，具有圆滑凸起表面，用于具有圆滑凸起表面，用于增强所入射的红外光的透过性和汇聚所入射的红外光；；接触沟槽结构，位于所述红外增透材料两侧的所述介质层中；红外感应区域，位于所述红外增透材料和所述接触沟槽结构上方，其包括红外感应结构；所述红外感应结构包括:下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；所述红外感应部件对应于所述红外增透材料的上方，用于吸收红外光，并产生电信号；所述红外感应结构的边缘具有第一支撑孔，所述第一支撑孔底部位于所述接触沟槽结构上表面，并且所述第一支撑孔底部的所述电极层与所述接触沟槽结构相连，用于将所述红外感应部件产生的电信号输出；所述红外感应结构的顶部具有第一释放孔；所述红外感应结构与所述红外增透材料之间具有第一空腔；支撑部件，位于所述红外感应结构的外围，且与所述红外感应结构不接触，所述支撑部件边缘具有第二支撑孔，所述第二支撑孔底部位于所述介质层上表面，其顶部具有第二释放孔；所述支撑部件与所述微桥结构之间具有第二空腔，并且红外感应结构与支撑部件之间具有连通的空隙；其中，可见光和红外光从所述晶圆下表面射入，通过所述可见光感应区域，部分所述可见光被所述可见光感应区域吸收；然后，经所述晶圆过滤掉未被所述可见光感应区域吸收的可见光，红外光经所述红外增透材料后入射到所述红外感应部件上且被所述红外感应部件吸收并产生电信号输送到所述转换单元，从而生成可见光红外混合图像。优选地，所述红外增透材料的结构为半透镜结构。优选地，所述红外增透材料为硅、锗硅或者硫化砸。优选地，所述红外增透材料的顶部与所述介质层顶部齐平或低于所述介质层顶部。优选地，在所述支撑部件顶部的内表面或者所述支撑部件的整个内表面具有红外反射材料层或者整个所述支撑部件为红外反射材料，所述红外反射材料用于将未经所述红外感应部件吸收的红外光反射到所述红外感应部件上，进而被所述红外感应部件吸收。优选地，所述红外感应结构为顶部具有凹凸起伏表面且边缘具有第一支撑孔的微桥结构，所述红外感应部件为红外敏感材料层，所述上释放保护层与所述下释放保护层将所述红外敏感材料层和所述电极层所暴露的部分均覆盖住。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种可见光红外混合成像探测器像元结构的制备方法，其包括以下步骤:步骤01:提供一晶圆，在所述晶圆下表面形成所述可见光感应区域；步骤02:在所述晶圆上表面形成所述互连层；步骤03:在所述互连层上形成所述介质层，在所述介质层和所述互连层中刻蚀出所述凹槽，在所述凹槽中形成具有所述圆滑凸起表面的所述红外增透材料；步骤04:在所述红外增透材料两侧的所述介质层中形成所述接触沟槽结构；步骤05:在所述接触沟槽结构、所述介质层和所述红外增透材料上形成第一牺牲层；步骤06:在对应于所述接触沟槽结构上方的所述第一牺牲层中形成第一沟槽；所述第一沟槽底部暴露出所述接触沟槽结构的表面；步骤07:在具有所述第一沟槽的所述第一牺牲层上形成所述红外感应结构，然后在所述红外感应结构顶部形成第一释放孔；其中，所述第一支撑孔底部的所述电极层与所述接触沟槽结构相连接；步骤08:在完成所述步骤07的所述晶圆上形成第二牺牲层；步骤09:在对应于所述接触沟槽结构外侧的所述介质层上方的所述第二牺牲层中形成第二沟槽；所述第二沟槽底部暴露出所述介质层的表面；步骤10:在具有所述第二沟槽的所述第二牺牲层上形成所述支撑部件，在所述支撑部件顶部形成第二释放孔；步骤11:通过所述支撑部件和所述红外感应结构之间的所述连通的空隙、所述第一释放孔和所述第二释放孔进行释放工艺，将所述第一牺牲层和所述第二牺牲层释放掉，从而形成所述第一空腔和所述第二空腔。优选地，所述红外增透材料的结构为半透镜结构；所述半透镜结构的所述红外增透材料的形成包括:首先，采用CVD或旋涂工艺在所述凹槽中填充所述红外增透材料，并平坦化所述红外增透材料的顶部；然后，图形化所述红外增透材料并仅保留所述凹槽内的所述红外增透材料；接着，通过高温处理，经降温后得到所述半透镜结构。优选地，所述高温处理为激光退火工艺。优选地，所述红外增透材料的结构为半透镜结构；所述半透镜结构的所述红外增透材料的形成包括:首先，通过CVD或旋涂工艺填在所述凹槽中填充所述红外增透材料，并平坦化所述红外增透材料的顶部；然后，图形化所述红外增透材料并仅保留所述凹槽内的所述红外增透材料；接着，利用灰阶光刻板图形，即所述光刻板图形内透光性由中心向四周逐渐降低，来形成具有半透镜状的光刻胶图形，然后，经刻蚀工艺形成所述半透镜结构。优选地，所述步骤03中，采用化学气相沉积工艺在所述凹槽中沉积所述红外增透材料。优选地，所述步骤当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合成像探测器像元结构，其特征在于，包括：一晶圆，作为可见光过滤层；分别位于所述晶圆上方和下表面的红外感应区域和可见光感应区域；以及用于将所述可见光感应区域和所述红外感应区域所输出的电信号进行计算并转换为图像的转换单元；其中，可见光感应区域，位于所述晶圆下表面，其包括可见光感应部件和将所述可见光感应部件所形成的电信号输出的引出极；互连层，位于所述晶圆上表面；介质层，位于所述互连层的上表面；凹槽，位于所述互连层和所述介质层中，且对应于所述可见光感应部件上方；红外增透材料，填充于所述凹槽中，具有圆滑凸起表面，用于增强所入射的红外光的透过性和汇聚所入射的红外光；接触沟槽结构，位于所述红外增透材料两侧的所述介质层中；红外感应区域，位于所述红外增透材料和所述接触沟槽结构上方，其包括红外感应结构；所述红外感应结构包括：下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；所述红外感应部件对应于所述红外增透材料的上方，用于吸收红外光，并产生电信号；所述红外感应结构的边缘具有第一支撑孔，所述第一支撑孔底部位于所述接触沟槽结构上表面，并且所述第一支撑孔底部的所述电极层与所述接触沟槽结构相连，用于将所述红外感应部件产生的电信号输出；所述红外感应结构的顶部具有第一释放孔；所述红外感应结构与所述红外增透材料之间具有第一空腔；支撑部件，位于所述红外感应结构的外围，且与所述红外感应结构不接触，所述支撑部件边缘具有第二支撑孔，所述第二支撑孔底部位于所述介质层上表面，其顶部具有第二释放孔；所述支撑部件与所述微桥结构之间具有第二空腔，并且红外感应结构与支撑部件之间具有连通的空隙；其中，可见光和红外光从所述晶圆下表面射入，通过所述可见光感应区域，部分所述可见光被所述可见光感应区域吸收；然后，经所述晶圆过滤掉未被所述可见光感应区域吸收的可见光，红外光经所述红外增透材料后入射到所述红外感应部件上且被所述红外感应部件吸收并产生电信号输送到所述转换单元，从而生成可见光红外混合图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31