可见光红外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可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，包括：用作光过滤层的晶圆；可见光感应区域和外接电路；介质层；及红外感应区域，其包括：红外感应部件、电极层、上释放保护层，位于电极层图案中的释放保护层底部与红外感应部件顶部接触，且两者相接触的部分具有第一释放孔；第一释放孔下方具有第一空腔；位于电极层边缘下方的多个通孔；通孔外侧的介质层具有第二释放孔；第二释放孔下方具有第二空腔；以及顶部具有第三释放孔的支撑部件，在支撑部件的内表面具有红外反射材料或者整个支撑部件为红外反射材料；支撑部件与红外感应区域之间具有第三空腔；以及封盖材料层。

【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，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，本专利技术提供了可见光红外混合成像探测器像元结构，其包括:—晶圆，用作将可见光过滤掉的过滤层；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第一引出极；外接电路，位于所述可见光感应区域边缘外侧的所述晶圆下表面；介质层，位于所述晶圆上表面；红外感应区域，位于所述晶圆上表面，其包括:红外感应部件，位于所述介质层上；电极层，位于所述红外感应部件上，用于输出所述红外感应部件产生的电信号；所述电极层的边缘超出所述红外感应部件的边缘；上释放保护层，覆盖所述电极层表面并填充于所述电极层的图案之间，位于所述电极层的图案间距中的所述上释放保护层底部与所述红外感应部件的顶部接触；其中，所述上释放保护层与所述红外感应部件两者相接触的部分具有第一释放孔；并且，所述第一释放孔下方的所述晶圆中具有第一空腔；多个通孔，穿透所述介质层，与所述电极层的边缘相接触，所述通孔的底部与所述外接电路相连接，从而形成第二引出极；所述红外感应部件的边缘不超过所述通孔顶部内壁；其中，红外感应部件位于所述通孔之间的所述介质层上；所述通孔外侧的所述介质层具有第二释放孔；并且，所述第二释放孔下方的所述晶圆中具有第二空腔；支撑部件，位于所述红外感应区域的外围，且与所述红外感应区域不接触，其顶部具有第三释放孔；所述支撑部件底部位于所述通孔外侧的介质层上表面；在所述支撑部件的内表面具有红外反射材料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；所述支撑部件与所述红外感应区域之间具有第三空腔；以及封盖材料层，覆盖于所述支撑部件表面；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，剩余的红外光透过所述晶圆继续进入所述红外感应区域，部分所述红外光被所述红外感应部件吸收；未经所述红外感应部件吸收的红外光，经所述红外反射材料反射到所述红外感应部件，进而被所述红外感应部件吸收。优选地，所述红外感应部件的整个底部具有下释放保护层；所述第一释放孔穿透所述下释放保护层。优选地，所述下释放保护层、所述红外感应部件、所述电极层和所述上释放保护层构成具有凹凸起伏表面的微桥结构。优选地，所述通孔的顶部为接触沟槽结构，所述接触沟槽结构与所述电极层的边缘相接触。优选地，所述第二空腔的侧壁与所述接触沟槽结构外侧壁的距离不大于2微米。优选地，所述介质层的厚度与所述接触沟槽结构的高度相同。优选地，在所述晶圆下表面中具有前道器件，所述可见光感应部件和所述前道器件相间设置；在所述前道器件底部具有后道互连；所述后道互连与所述通孔底部相连。优选地，在所述后道互连的图案之间具有光吸收增强材料。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种上述的单芯片可见光红外混合成像器件的制备方法，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部件、所述第一引出极、以及外接电路；步骤02:在所述晶圆的上表面沉积所述介质层；步骤03:在所述介质层中和晶圆中且对应于所述外接电路的区域形成多个通孔，所述通孔穿透所述介质层和所述晶圆，所述通孔的底部与所述外接电路相连接；步骤04:在所述介质层表面和所述通孔顶部表面形成一层红外感应材料，并图案化所述红外感应材料，以形成所述红外感应部件，所述红外感应部件的边缘不超过所述通孔顶部内壁；步骤05:在所述红外感应部件表面、所述通孔表面和所述通孔外侧的所述介质层表面形成金属材料，并图案化金属材料，以形成电极层；所述电极层的边缘超过所述红外感应部件的边缘，并且与所述通孔顶部相接触；步骤06:在所述电极层表面及其图案间距中、以及所述通孔外侧的所述介质层表面形成上释放保护层材料，然后图案化所述上释放保护层材料，以形成所述上释放保护层，所述上释放保护层将所述电极层覆盖住；所述上释放保护层填充于所述电极层的图案间距中的部分与所述红外感应部件相接触；步骤07:在所述上释放保护层与所述红外感应部件两者相接触的部分、以及所述两者相接触部分下方的所述介质层中形成第一释放孔、以及在位于所述通孔外侧的所述介质层中形成第二释放孔；步骤08:在完成所述步骤07的所述晶圆上表面形成牺牲层材料，并图案化所述牺牲层材料，使所述牺牲层材料的边缘不超过相邻的所述红外感应区域的边界；步骤09:在所述牺牲层材料上覆盖一层支撑材料，然后在所述支撑材料的顶部形成第三释放孔，从而形成支撑部件；其中，在所述支撑部件顶部的内表面具有红外反射材料或者整个所述支撑部件为红外反射材料；步骤10:通过所述第一释放孔、所述第二释放孔和所述第三释放孔进行释放工艺，以去除所述第一释放孔和所述第二释放孔下方的部分所述晶圆、以及去除所述第三释放孔下方的全部所述牺牲层材料，从而在所述第一释放孔下方的所述晶圆中形成所述第一空腔，在所述第二释放孔下方的所述晶圆中形成所述第二空腔，以及在所述支撑部件和所述红外感应区域之间形成所述第三空腔；步骤11:在所述支撑部件表面形成所述覆盖材料层。优选地，所述步骤01中，还包括:在所述晶圆下表面中形成前道器件，所述可见光感应部件和所述前道器件相间设置；以及在所述前道器件底部形成后道互连；所述后道互连与所述通孔底部相连。优选地，所述步骤01中，还包括:在所述后道互连的图案之间形成光吸收增强材料。优选地，所述步骤02中，还包括:在所述通孔的顶部形成接触沟槽结构，所述接触沟槽结构与所述电极层的边缘相接触。优选地，所述步骤04中，还包括:在形成所述红外感应材料之前，先在所述介质层材料表面和所述通孔顶部表面形成一层下释放保护层材料；然后，图案化所述红外感应材料和所述下释放保护层材料，以形成所述红外感应部件和下释放保护层；所述下释放保护层的边缘和所述红外感应部件的边缘齐平；所述步骤07中，还包括:在所述上释放保护层与所述红外感应部件两者相接触的部分、以及所述两者相接触部分下方的所述下释放保护层和所述下释放保护层下方的所述介质层中形成当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光红外混合成像探测器像元结构，其特征在于，包括：一晶圆，用作将可见光过滤掉的过滤层；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第一引出极；外接电路，位于所述可见光感应区域边缘外侧的所述晶圆下表面；介质层，位于所述晶圆上表面；红外感应区域，位于所述晶圆上表面，其包括：红外感应部件，位于所述介质层上；电极层，位于所述红外感应部件上，用于输出所述红外感应部件产生的电信号；所述电极层的边缘超出所述红外感应部件的边缘；上释放保护层，覆盖所述电极层表面并填充于所述电极层的图案之间，位于所述电极层的图案间距中的所述上释放保护层底部与所述红外感应部件的顶部接触；其中，所述上释放保护层与所述红外感应部件两者相接触的部分具有第一释放孔；并且，所述第一释放孔下方的所述晶圆中具有第一空腔；多个通孔，穿透所述介质层，与所述电极层的边缘相接触，所述通孔的底部与所述外接电路相连接，从而形成第二引出极；所述红外感应部件的边缘不超过所述通孔顶部内壁；其中，红外感应部件位于所述通孔之间的所述介质层上；所述通孔外侧的所述介质层具有第二释放孔；并且，所述第二释放孔下方的所述晶圆中具有第二空腔；支撑部件，位于所述红外感应区域的外围，且与所述红外感应区域不接触，其顶部具有第三释放孔；所述支撑部件底部位于所述通孔外侧的介质层上表面；在所述支撑部件的内表面具有红外反射材料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；所述支撑部件与所述红外感应区域之间具有第三空腔；以及封盖材料层，覆盖于所述支撑部件表面；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，剩余的红外光透过所述晶圆继续进入所述红外感应区域，部分所述红外光被所述红外感应部件吸收；未经所述红外感应部件吸收的红外光，经所述红外反射材料反射到所述红外感应部件，进而被所述红外感应部件吸收。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，陈寿面，
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