悬挂式红外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一种悬挂式红外探测器像元结构及其制备方法，包括：硅衬底表面的导电金属区，红外探测结构以及与红外探测结构相电连的导电梁结构；导电梁结构具有顶层导电梁和多层导电沟槽；导电沟槽包括：底部与导电金属区接触且顶部位于导电梁结构最顶层的第一导电沟槽，以及底部高于第一导电沟槽底部且顶部位于导电梁结构最顶层的第二导电沟槽；第一导电沟槽的顶部和第二导电沟槽顶部分别与顶层导电梁两端连接；第二导电沟槽的底部与红外探测结构相接触；红外探测结构产生的电信号首先经第二导电沟槽底部传输到第二导电沟槽顶部，再经顶层导电梁传输到第一导电沟槽的顶部，再从第一导电沟槽顶部传输到第一导电沟槽底部进而传输到导电金属区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种悬挂式红外探测器像元结构及其制备方法。
技术介绍
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变为电信号输出的器件，其利用热敏元件检测物体的存在或移动，探测器手机外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上，红外传感器采用热敏元件，热敏元件在接受了红外辐射温度发生变化时就会输出信号，将其转换为电信号，然后对电信号进行波形分析。传统红外探测器像元结构中仅使用一种类型热敏电阻，通常是负温度系数的非晶硅或者氧化钒，并通过电路将其变化的信号放大输出。然而，采用热敏元件的探测器结构的灵敏度通常不是很高，且结构较为复杂，探测过程复杂，如果采用灵敏度较高的热敏元件则材料的成本昂贵；因此，急需对现有红外探测器进行改进，来提高灵敏度，降低结构复杂度和成本。
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红外探测器像元结构及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，包括：硅衬底表面的导电金属区；红外探测结构，位于硅衬底上方，用于探测红外光并产生电信号；导电梁结构，与红外探测结构相电连，用于将红外探测结构产生的电信号传输到导电金属区；导电梁结构包括：位于导电梁结构最顶层的顶层导电梁以及多层导电沟槽；所述导电沟槽包括：底部与导电金属区接触且顶部位于导电梁结构最顶层的第一导电沟槽，以及底部高于第一导电沟槽底部且顶部位于导电梁结构最顶层的第二导电沟槽；其中，第一导电沟槽的顶部和第二导电沟槽顶部分别与顶层导电梁两端接触连接；第二导电沟槽的底部与红外探测结构的相连接；所述红外探测结构产生的电信号首先经第二导电沟槽底部传输到第二导电沟槽顶部，再经顶层导电梁传输到第一导电沟槽的顶部，然后从第一导电沟槽顶部传输到第一导电沟槽底部进而传输到导电金属区；再经导电金属区传输到互连层中。优选地，所述顶层导电梁由导电层以及包围导电层的释放保护层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由上释放保护层、下释放保护层以及位于上释放保护层和下释放保护层之间的导电层构成。优选地，所述顶层导电梁由导电层以及位于导电层上表面的释放保护层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由导电层以及位于导电层上的释放保护层构成。优选地，所述顶层导电梁由导电层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由导电层构成。优选地，所述顶层导电梁底部具有凸起。优选地，所述硅衬底表面还具有反射区，反射区位于红外探测结构下方，且在反射区和导电金属区之间具有介质层；互连层还连接有外部电路。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种制备上述的红外探测器像元结构的方法，其包括：步骤01：提供一硅衬底，硅衬底表面具有导电金属区；步骤02：在所述硅衬底上形成第一层牺牲层；在第一层牺牲层中刻蚀出第一导电沟槽下部分的图案，并且在部分第一导电沟槽的图案中形成导电层，从而形成所述第一导电沟槽的下部分；步骤03：在第一牺牲层上形成所述红外探测结构，红外探测结构与所述第一导电沟槽下部分不接触；步骤04：在完成步骤03的硅衬底上形成第二层牺牲层，在第二层牺牲层中刻蚀出第二导电沟槽的图案、顶层导电梁的图案、以及剩余的第一导电沟槽上部分的图案，并且在第二导电沟槽的图案、顶层导电梁的图案、以及剩余的第一导电沟槽上部分的图案中形成导电层，从而形成完整的所述第一导电沟槽、所述第二导电沟槽和所述顶层导电梁；步骤05：经释放工艺，将所有的牺牲层都释放掉。优选地，所述步骤02中具体包括：首先，在所述硅衬底上形成第一层牺牲层；然后，在第一层牺牲层中刻蚀出第一导电沟槽下部分的图案；其次，在第一导电沟槽下部分的图案中依次形成下释放保护层、导电层和上释放保护层，或者依次形成导电层和释放保护层，或者只形成导电层。优选地，步骤04中，所述在第二导电沟槽的图案、顶层导电梁的图案、以及剩余的第一导电沟槽下部分的图案中形成导电层的过程包括：依次形成下释放保护层、导电层和上释放保护层；或者依次形成导电层和释放保护层；或者只形成导电层。优选地，所述步骤04中，形成所述顶层导电梁的图案之前，还包括在所述顶层导电梁的图案对应下方的所述第二牺牲层中形成凸起图案，从而使得后续沉积的导电层也沉积在凸起图案中，以形成底部具有凸起的顶层导电梁。本专利技术的红外探测器像元结构及其制备方法，通过设置纵向上多层分布的导电沟槽和导电梁构成的导电梁结构，实现了电信号在纵向上的阶梯传输，减少了器件横向占用面积，提高了像元结构的集成密度，即提高了像元结构的填充因子；并且，微桥结构可以设置于导电梁结构之上、也可以悬挂于导电梁结构中，可见，微桥结构的设置位置变得更加灵活，使微桥结构的水平面积占用率提高，不仅减小了单个像元的水平面积，提高了单个硅片的集成度，还提高了探测灵敏度和信噪比，提高了整个红外探测器的性能。附图说明图1a为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的俯视结构示意图图1b为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的侧视结构示意图图1c为本专利技术的一个较佳实施例的微桥结构的截面结构示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的制备方法的流程示意图图3-7为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器像元结构的制备方法的各制备步骤的示意图图8a为本专利技术的一个较佳实施例的导电沟槽、与导电沟槽相连接的导电梁的结构示意图图8b为本专利技术的一个较佳实施例的导电沟槽、与导电沟槽相连接的导电梁的结构示意图图8c为本专利技术的一个较佳实施例的导电沟槽、与导电沟槽相连接的导电梁的结构示意图图9a为本专利技术的一个较佳实施例的实体导电梁底部结构示意图图9b为本专利技术的一个较佳实施例的实体导电梁底部结构示意图图9c为本专利技术的一个较佳实施例的实体导电梁底部结构示意图图9d为本专利技术的一个较佳实施例的实体导电梁底部结构示意图图10a为本专利技术的一个较佳实施例的槽体导电梁底部结构示意图图10b为本专利技术的一个较佳实施例的槽体导电梁底部结构示意图图10c为本专利技术的一个较佳实施例的槽体导电梁底部结构示意图图10d为本专利技术的一个较佳实施例的槽体导电梁底部结构示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术中，红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，包括：硅衬底表面的导电金属区，位于硅衬底上方的红外探测结构，用于探测红外光并产生电信号；与红外探测结构相电连的导电梁结构，用于将红外探测结构产生的电信号传输到导电金属区；导电梁结构包括：竖直方向上排布的至少一层导电梁和多层导电沟槽；其中，每一层导电梁的两端分别连接底部不在同一水平面的两层导电沟槽，红外探测结构与其中一层导电沟槽或其中一层导电梁相接触；导电金属区与其中另一层导电沟槽底部接触；红外探测结构产生的电信号沿着导电沟槽的高度方向和导电梁的水平方向传输，从而在竖直方向上呈迂回路径传输向下到导电金属区；红外探测结构下方、导电梁之间和导电梁下方均为空腔；红外探测结构下方构成空腔；空腔底部的反射区将未被红外探测结构吸收的红外光反射到红外探测结构上，可以经多次反射来完成红外探测结构对红外光的探测；该空腔构成红外探测器像元结构的谐振腔；本专利技术的一个实施例中，导电梁结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，包括：硅衬底表面的导电金属区，位于硅衬底上方的用于探测红外光并产生电信号的红外探测结构，以及与红外探测结构相电连的导电梁结构，用于将红外探测结构产生的电信号传输到导电金属区；其特征在于，导电梁结构包括：位于导电梁结构最顶层的顶层导电梁，以及多层导电沟槽；所述导电沟槽包括：底部与导电金属区接触且顶部位于导电梁结构最顶层的第一导电沟槽，以及底部高于第一导电沟槽底部且顶部位于导电梁结构最顶层的第二导电沟槽；其中，第一导电沟槽的顶部和第二导电沟槽顶部分别与顶层导电梁两端连接；第二导电沟槽的底部与红外探测结构的相连接；所述红外探测结构产生的电信号首先经第二导电沟槽底部传输到第二导电沟槽顶部，再经顶层导电梁传输到第一导电沟槽的顶部，然后从第一导电沟槽顶部传输到第一导电沟槽底部进而传输到导电金属区；再经导电金属区传输到互连层中。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器像元结构，位于一硅衬底上，包括：硅衬底表面的导电金属区，位于硅衬底上方的用于探测红外光并产生电信号的红外探测结构，以及与红外探测结构相电连的导电梁结构，用于将红外探测结构产生的电信号传输到导电金属区；其特征在于，导电梁结构包括：位于导电梁结构最顶层的顶层导电梁，以及多层导电沟槽；所述导电沟槽包括：底部与导电金属区接触且顶部位于导电梁结构最顶层的第一导电沟槽，以及底部高于第一导电沟槽底部且顶部位于导电梁结构最顶层的第二导电沟槽；其中，第一导电沟槽的顶部和第二导电沟槽顶部分别与顶层导电梁两端连接；第二导电沟槽的底部与红外探测结构的相连接；所述红外探测结构产生的电信号首先经第二导电沟槽底部传输到第二导电沟槽顶部，再经顶层导电梁传输到第一导电沟槽的顶部，然后从第一导电沟槽顶部传输到第一导电沟槽底部进而传输到导电金属区；再经导电金属区传输到互连层中。2.根据权利要求1所述的红外探测器像元结构，其特征在于，所述顶层导电梁由导电层以及包围导电层的释放保护层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由上释放保护层、下释放保护层以及位于上释放保护层和下释放保护层之间的导电层构成。3.根据权利要求1所述的红外探测器像元结构，其特征在于，所述顶层导电梁由导电层以及位于导电层上表面的释放保护层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由导电层以及位于导电层上的释放保护层构成。4.根据权利要求1所述的红外探测器像元结构，其特征在于，所述顶层导电梁由导电层构成；所述第一导电沟槽和所述第二导电沟槽均由导电层构成。5.根据权利要求4所述的红外探测器像元结构，其特征在于，所述顶层导电梁底部具有凸起。6.根据权利要求1所述的红外探测器像元结构，其特征在于，所述硅衬底表面还具有反射区，反射区位于红外探测结构下方，且在反射区和导电金属区之...

【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