单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，包括：位于一半导体衬底上表面的互连层；位于互连层上的红外感应部分；位于互连层上表面且在红外感应部分之外区域的可见光感应部分；或者红外感应部分下方之外区域的互连层中具有深沟槽，可见光感应部分位于半导体衬底中且暴露于深沟槽底部，以及转换单元；红外感应部分包括：位于互连层上表面的介质层和接触沟槽结构；顶部具有第一释放孔和边缘具有第一支撑孔的红外感应结构，红外感应结构与介质层上表面之间具有第一空腔；位于红外感应结构外围的具有第二支撑孔支撑部件，其顶部具有第一释放孔，支撑部件与红外感应结构之间具有第二空腔；红外增透材料，覆盖于支撑部件表面；以及第二引出极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，具体涉及一种集成于同一芯片的同一表面的可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法。
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单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，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单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构，包括:可见光红外混合成像器件，包括:互连层，位于一半导体衬底上表面；红外感应部分，位于所述互连层上；可见光感应部分，位于所述互连层上表面且在所述红外感应部分之外区域；或者所述红外感应部分下方之外区域的所述互连层中具有深沟槽，所述可见光感应部分位于所述半导体衬底中且暴露于所述深沟槽底部；以及转换单元，用于将所述可见光感应部分和所述红外感应部分所输出的电信号进行计算并转换为图像；其中，可见光感应部分包括: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；红外感应部分包括:介质层，位于所述互连层上表面；所述介质层中具有接触沟槽结构；红外感应结构，用于吸收红外光，并产生电信号；所述红外感应结构的顶部具有第一释放孔，其边缘具有第一支撑孔，所述第一支撑孔的底部与所述接触沟槽结构顶部接触，所述红外感应结构与所述介质层上表面之间具有第一空腔；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与所述介质层相连，所述支撑部件顶部具有第二释放孔；所述支撑部件与所述红外感应结构之间具有第二空腔，并且所述红外感应结构与所述支撑部件之间具有连通的空隙；红外增透材料，位于所述支撑部件上，用于提高红外光通过所述支撑部件的透过率;所述互连层中具有第二引出极，所述第二引出极的一端与所述接触沟槽结构相连，另一端连接于所述互连层中，用于将所述红外感应结构所形成的电信号输出；所述转换单元与所述第一引出极和所述第二引出极相连。优选地，所述红外感应结构为边缘具有第一支撑孔且顶部为凹凸起伏表面的微桥结构，其包括:下释放保护层、上释放保护层、以及位于所述下释放保护层和所述上释放保护层之间的红外敏感材料层、电极层；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。优选地，所述电极层与所述接触沟槽结构相连接，用于将所述红外感应敏感材料层所形成的电信号输出。优选地，所述红外增透材料覆盖于所述支撑部件的顶部表面或覆盖于所述支撑部件的整个外表面。优选地，所述支撑部件的材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅，或者非化学计量比氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅。优选地，所述红外增透材料为锗。优选地，所述半导体衬底为娃衬底。优选地，所述第一引出极和所述第二引出极包括接触孔和引线。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探测器像元结构的制备方法，所述可见光感应部分位于所述互连层上表面且在所述红外感应部分之外区域；所述制备方法包括以下步骤:步骤01:提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上表面形成所述互连层，在分别对应于所述可见光感应部分区域和所述红外感应部分区域下方的所述互连层中形成所述第一引出极和所述第二引出极；步骤02:在对应于所述第一引出极的所述互连层上表面形成所述可见光感应部件；步骤03:在所述可见光感应部分区域之外的对应于所述第二引出极的所述互连层上表面形成所述接触沟槽结构，在所述接触沟槽结构之间以及所述接触沟槽结构外侧形成所述介质层；步骤04:在所述接触沟槽结构和所述介质层上形成第一牺牲层；步骤05:在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顶部；步骤06: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，并在所述红外感应结构顶部形成第一释放孔；所述第一支撑孔底部的所述红外感应结构与暴露的所述接触沟槽结构相连接；步骤07:在所述红外感应结构的表面和暴露的部分所述第一牺牲层表面形成第二牺牲层；步骤08:在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接触沟槽结构外侧的所述介质层顶部；步骤09: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，并在所述支撑部件顶部形成第二释放孔；步骤10: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；步骤11:在所述支撑部件上形成所述红外增透材料。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种上述的可见光红外混合成像器件的制备方法，所述红外感应部分下方之外区域的所述互连层中具有深沟槽，所述可见光感应部分位于所述半导体衬底中且暴露于所述深沟槽底部；所述制备方法包括以下步骤:步骤01:提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上表面形成所述可见光感应部件；步骤02:在所述半导体衬底上表面形成所述互连层，在对应于所述可见光感应部件的区域上方两侧的所述互连层中形成所述第一引出极，以及在所述可见光感应部分的区域之外的所述互连层中形成所述第二引出极；步骤03:在对应于所述可见光感应部件上方的所述互连层中刻蚀出深沟槽，以暴露出所述可见光感应部件；步骤04:在所述可见光感应部分的区域之外的对应于所述第二引出极的所述互连层上表面形成所述接触沟槽结构，在所述接触沟槽结构之间以及所述接触沟槽结构外侧形成所述介质层；步骤05:在所述接触沟槽结构和所述介质层上形成第一牺牲层；步骤06:在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顶部；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，在所述红外感应结构顶部形成所述第一释放孔；位于所述第一支撑孔底部的所述红外感应结构与暴露的所述接触沟槽结构相连接；步骤08:在所述红外感应结构的表面和暴露的部分所述第一牺牲层表面形成第二牺牲层；步骤09:在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接触沟槽结构外侧的所述介质层顶部；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所述第二释放孔；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；步骤12:在所述支撑部件上形成所述红外增透材料。本专利技术的单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构及其制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯片可见光红外混合成像探测器像元结构，其特征在于，包括：互连层，位于一半导体衬底上表面；红外感应部分，位于所述互连层上；可见光感应部分，位于所述互连层上表面且在所述红外感应部分之外区域；或者所述红外感应部分下方之外区域的所述互连层中具有深沟槽，所述可见光感应部分位于所述半导体衬底中且暴露于所述深沟槽底部；以及转换单元，用于将所述可见光感应部分和所述红外感应部分所输出的电信号进行计算并转换为图像；其中，可见光感应部分包括：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；红外感应部分包括：介质层，位于所述互连层上表面；所述介质层中具有接触沟槽结构；红外感应结构，用于吸收红外光，并产生电信号；所述红外感应结构的顶部具有第一释放孔，其边缘具有第一支撑孔，所述第一支撑孔的底部与所述接触沟槽结构顶部接触，所述红外感应结构与所述介质层上表面之间具有第一空腔；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与所述介质层相连，所述支撑部件顶部具有第二释放孔；所述支撑部件与所述红外感应结构之间具有第二空腔，并且所述红外感应结构与所述支撑部件之间具有连通的空隙；红外增透材料，位于所述支撑部件上，用于提高红外光通过所述支撑部件的透过率；所述互连层中具有第二引出极，所述第二引出极的一端与所述接触沟槽结构相连，另一端连接于所述互连层中，用于将所述红外感应结构所形成的电信号输出；所述转换单元与所述第一引出极和所述第二引出极相连。...

【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