具有垂直侧壁敏感层的红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有垂直侧壁敏感层的红外探测器及其制备方法，通过在半导体衬底上形成至少一条鳍结构；在鳍结构侧壁可以采用离子注入形成敏感层；在鳍结构底部形成下电极层，下电极层与敏感层底部相接触；以及在鳍结构上方形成上电极层，上电极层与敏感层顶部相接触。本发明专利技术通过设置垂直侧壁敏感层来降低光刻对敏感层的影响，减小对敏感层的灵敏度的影响。

Infrared detector with vertical side wall sensitive layer and its preparation method

The present invention provides a vertical side wall of the sensitive layer of infrared detector and a preparation method thereof, by forming at least one fin structure on a semiconductor substrate; the fin structure sidewall by ion implantation can form a sensitive layer; the lower electrode layer is formed on the fin structure at the bottom of the lower electrode layer in contact with the sensitive layer at the bottom; and the upper electrode layer is formed on the fin structure above the upper electrode layer and a sensitive layer top contact. By setting a vertical sidewall sensitive layer, the influence of photolithography on the sensitive layer is reduced, and the sensitivity of the sensitive layer is reduced.

【技术实现步骤摘要】
具有垂直侧壁敏感层的红外探测器及其制备方法
本专利技术涉及图像传感器
，具体涉及一种具有垂直侧壁敏感层的红外探测器及其制备方法。
技术介绍
传统非制冷式红外探测器敏感层是平面结构，上下电极之间夹设敏感层。传统电阻设计时，其阻值受到光刻和刻蚀尺寸、薄膜厚度等诸多因素的影响，导致其均匀性变差；阵列内像元敏感电阻均匀性变差以后，需要通过ASIC电路设计中增加补偿电阻进行补偿，但该技术的补偿能力是有限的，且会增加电路的复杂性和成本，导致产品整体性能下降、成本上升。此外由于部分敏感材料的电阻率较高，而减小偏制电压必须降低敏感电阻的设计值，此时，对传统平面结构来说是非常困难的。因此，急需研究如何降低光刻、薄膜厚度对敏感层的影响，从而提高敏感层精度和整个器件的灵敏度。
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及其制备方法，通过设置垂直侧壁敏感层来降低光刻对敏感层的影响。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种红外探测器，其包括：一半导体衬底；位于所述半导体衬底上的至少一条鳍结构；位于鳍结构侧壁的敏感层；位于鳍结构底部的下电极层，下电极层与敏感层底部相接触；以及位于鳍结构上方的上电极层，上电极层与敏感层顶部相接触。优选地，所述敏感层环绕多条鳍结构的侧壁呈连续态。优选地，鳍结构构成至少一个鳍结构单元，鳍结构单元具有以下特征：具有M条鳍结构，其中，M-1条鳍结构平行排列，剩余的一条鳍结构与所述M-1条鳍结构的每个端部呈垂直相交排列。优选地，所述剩余的一条鳍结构的一侧壁的一部分不设置敏感层，所述上电极层的引出端连接上电极层的一边缘，并且贴着不设置敏感层的所述剩余的一条鳍结构的侧壁延伸至半导体衬底表面；并且，所述上电极层的引出端底部不与下电极层相接触。优选地，所述敏感层还位于所述鳍结构的顶部。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种红外探测器的制备方法，其包括：步骤01：提供一半导体衬底；步骤02：在半导体衬底表面制备下电极层；步骤03：在下电极层上制备至少一条鳍结构；步骤04：在鳍结构的侧壁形成敏感层；步骤05：在鳍结构上方形成上电极层，上电极层与敏感层顶部相接触。优选地，所述步骤03中，采用刻蚀工艺制备鳍结构，鳍结构构成至少一个鳍结构单元；至少一个鳍结构单元具有以下特征：具有M条鳍结构，其中，M-1条鳍结构平行排列，其中剩余的一条鳍结构与所述M-1条鳍结构的每个端部呈垂直相交排列。优选地，所述步骤04包括：首先，在鳍结构侧壁和顶部沉积敏感层；然后，刻蚀去除位于剩余的一条鳍结构的外侧壁的部分敏感层，将剩余的一条鳍结构的外侧壁暴露出来。优选地，所述步骤05包括：首先，在完成步骤04的半导体衬底上沉积一层上电极层；然后，刻蚀去除敏感层侧壁的上电极层和部分半导体衬底表面的上电极层，并保留敏感层顶部和鳍结构顶部的上电极层、所述剩余的一条鳍结构的暴露的外侧壁的上电极层，从而形成上电极层图案以及形成上电极层的引出端图案。优选地，所述步骤04中，刻蚀时，还去除位于鳍结构顶部的敏感层。本专利技术的红外探测器，采用垂直侧壁敏感层的设计，根据公式R＝ρ*L/(W*t)，W是宽度，L是长度，t是厚度，这里，忽略掺杂薄膜的厚度，非掺杂薄膜厚度作为L，鳍结构的长度作为W，从而得到的误差R较小。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器的俯视结构示意图图2为图1沿AA’方向的一种红外探测器的截面结构示意图图3为图1沿BB’方向的一种红外探测器的截面结构示意图图4为图1沿AA’方向的另一种红外探测器的截面结构示意图图5为图1沿BB’方向的另一种红外探测器的截面结构示意图图6为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测器的制备方法的流程示意图图7～14为图6的红外探测器的制备方法的各个制备步骤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。以下结合附图1～14和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。请参阅图1～3，本实施例的一种红外探测器包括：半导体衬底00、鳍结构02、敏感层03、上电极层04和下电极层01。具体的，请参阅图1，图1中虚线表示下电极层，仅用于表达。本实施例中位于半导体衬底00上的鳍结构02一共有四条；敏感层03位于鳍结构02侧壁。这里，敏感层03环绕四条鳍结构02的侧壁呈连续态。具体的，本实施例的四条鳍结构02构成一个鳍结构单元，该一个鳍结构单元具有以下特征：具有四条鳍结构02，其中，三条鳍结构02平行排列，其中剩余的一条鳍结构02与上述三条鳍结构02的每个端部呈垂直相交排列，如图1中所示，该鳍结构单元呈M状。请参阅图2，下电极层01位于鳍结构02底部，下电极层01与敏感层03底部相接触。同时，上电极层04位于鳍结构02上方，上电极层04与敏感层03顶部相接触。这里，下电极层01嵌入半导体衬底00表层；或者，下电极层01也可以位于半导体衬底00表面上，并且在下电极层01之外暴露的半导体衬底00表面沉积介质层。本实施例中，为了避免上电极层04和下电极层01的短路，上电极层04的引出端041底部不与下电极层01相接触，如图3所示，本实施例中，在上电极层04的引出端041所在鳍结构02底部不设置下电极层01。进一步的，由于敏感层03也可以作为信号传输体，因此，为了更好的避免上电极层04和下电极层01之间发生短路，剩余的一条鳍结构02的外侧壁的一部分不设置敏感层03，这里为水平的鳍结构02的外侧壁的一部分不设置敏感层03；上电极层04的引出端041连接上电极层04的一边缘，并且贴着不设置敏感层03的剩余的一条鳍结构02(水平的鳍结构02)的侧壁延伸至半导体衬底00表面。此外，本实施例中，上电极层04的引出端04还延伸至半导体衬底00表面，并且继续沿着半导体衬底00表面延伸而呈水平部分。这样，本实施例的上述红外探测器，根据公式R＝ρ*L/(W*t)，W是宽度，L是长度，t是厚度，这里，掺杂薄膜为敏感层03，忽略敏感层03的厚度，非掺杂薄膜厚度也即是鳍结构02的高度作为L，多条鳍结构02构成的一个鳍结构单元的周长近似作为W，从而得到的误差R较小。此外，请参阅图4～5，本专利技术的其它实施例的红外探测器，其与上述实施例的红外探测器的区别在于，敏感层03还位于鳍结构02的顶部，从而可以减小位于鳍结构02顶部的上电极层04的线条宽度，更进一步减小电阻率ρ。此外，根据公式R＝ρ*L/(W*t)，由于敏感层03厚度是可以忽略的，鳍结构02的高度仍然为L，因此，在鳍结构02顶部的敏感层03不会影响误差R的整体效果。请参阅图6，本实施例以上述的一种红外探测器的制备方法为例来进行说明，其具体包括：步骤01：请参阅图7，提供一半导体衬底00；具体的，半导体衬底00可以但不限于为硅衬底。步骤02：请参阅图8，在半导体衬底00表面制备下电极层01；具体的，下电极层01的制备可以包括：首先在半导体衬底00表面沉积下电极层01，然后可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺来刻蚀下电极层01，形成所需的下电极层01的图案，再在暴露的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测器，其特征在于，包括：一半导体衬底；位于所述半导体衬底上的至少一条鳍结构；位于鳍结构侧壁的敏感层；位于鳍结构底部的下电极层，下电极层与敏感层底部相接触；以及位于鳍结构上方的上电极层，上电极层与敏感层顶部相接触。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器，其特征在于，包括：一半导体衬底；位于所述半导体衬底上的至少一条鳍结构；位于鳍结构侧壁的敏感层；位于鳍结构底部的下电极层，下电极层与敏感层底部相接触；以及位于鳍结构上方的上电极层，上电极层与敏感层顶部相接触。2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述敏感层环绕多条鳍结构的侧壁呈连续态。3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，鳍结构构成至少一个鳍结构单元，鳍结构单元具有以下特征：具有M条鳍结构，其中，M-1条鳍结构平行排列，剩余的一条鳍结构与所述M-1条鳍结构的每个端部呈垂直相交排列。4.根据权利要求3所述的红外探测器，其特征在于，所述剩余的一条鳍结构的一侧壁的一部分不设置敏感层，所述上电极层的引出端连接上电极层的一边缘，并且贴着不设置敏感层的所述剩余的一条鳍结构的侧壁延伸至半导体衬底表面；并且，所述上电极层的引出端底部不与下电极层相接触。5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述敏感层还位于所述鳍结构的顶部。6.一种红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：步骤01：提供一半导体衬底；步骤02：在半导体衬底表面制备下电极层；步骤03：在下电极层上制备至少一条...

【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