一种光电探测芯片以及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微机电光电探测芯片以及制备方法。该微机电光电探测芯片包括：衬底；空气腔体，空气腔体位于衬底的第一表面，其中，空气腔体包括网状结构薄膜和腔体，网状结构薄膜覆盖腔体，且网状结构薄膜设置有至少一个释放孔，腔体用于连通不同的释放孔；悬浮结构，悬浮结构位于衬底的第一表面，悬浮结构覆盖空气腔体，其中，在远离空气腔体的方向上，悬浮结构依次包括支撑层和光电转换器件。本发明专利技术实施例提供的技术方案，降低了微机电光电探测芯片的工艺难度。工艺难度。工艺难度。

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测芯片以及制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体
，尤其涉及一种光电探测芯片以及制备方法。

技术介绍

[0002]微机电(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，MEMS)光电探测芯片用于吸收预设波长的光信号，并将预设波长光信号转换为对应的电信号，在光电探测领域有广泛的应用。
[0003]MEMS热电堆红外传感器多采用硅片背面腐蚀技术形成封闭膜结构，方案是利用双面曝光技术设计底面图案，继而从背面刻蚀硅基底进一步得到封闭膜结构的热电堆红外芯片，该方法工艺复杂，需要面对准曝光，且对器件的大小和性能有局限性。所以，优选与CMOS工艺兼容的正面释放技术，采用正面开口释放支撑膜结构。但值得注意的是，在正面释放技术之前，热电堆图案已经完成，通过开口自衬底正面腐蚀形成空腔的过程中，需要额外的保护措施，以保护器件的完整结构，但仍然会对热电堆图案造成破坏，不仅增加了制造难度，还加大了成本。此外，由于悬浮膜压应力的不均匀性，正面释放通常存在腐蚀不完全的问题，既会影响器件性能，也容易导致膜破的风险，从而大大提高了正面释放工艺的难度。
[0004]因此，要想获取质量符合标准的微机电光电探测芯片，工艺难度很大。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种光电探测芯片及其制造方法，以解决现有技术在释放空腔过程中导致的膜破及结构被破坏的问题，同时降低微机电光电探测芯片的工艺难度。
[0006]本专利技术实施例提供了一种微机电光电探测芯片，包括：
[0007]衬底；
[0008]空气腔体，所述空气腔体位于所述衬底的第一表面，其中，所述空气腔体包括网状结构薄膜和腔体，所述网状结构薄膜覆盖所述腔体，且所述网状结构薄膜设置有至少一个释放孔，所述腔体用于连通不同的所述释放孔；悬浮结构，所述悬浮结构位于所述衬底的第一表面，所述悬浮结构覆盖所述空气腔体，其中，在远离所述空气腔体的方向上，所述悬浮结构依次包括支撑层和光电转换器件。
[0009]本专利技术实施例还提供了一种微机电光电探测芯片的制备方法，包括：
[0010]提供衬底；
[0011]在所述衬底的第一表面形成空气腔体，其中，所述空气腔体包括网状结构薄膜和腔体，所述网状结构薄膜覆盖所述腔体，且所述网状结构薄膜设置有至少一个释放孔，所述腔体用于连通不同的所述释放孔；
[0012]在所述衬底的第一表面形成悬浮结构，所述悬浮结构覆盖所述空气腔体，其中，在远离所述空气腔体的方向上，所述悬浮结构依次包括支撑层和光电转换器件。
[0013]本实施例中的技术方案，空气腔体包括网状结构薄膜和腔体，网状结构薄膜覆盖腔体，且网状结构薄膜设置有至少一个释放孔，腔体用于连通不同的释放孔，基于上述结构
设置，刻蚀反应物可以从空气腔体中网状结构薄膜上设置的释放孔进入衬底内部，从而形成衬底内部的腔体。因此上述技术方案，可以先完成空气腔体的制备，再完成悬浮结构的制备，与现有技术相比，避免了在悬浮结构形成后，刻蚀反应物从悬浮结构中的释放孔进入衬底内部，从而形成空气腔体，导致在形成空气腔体的过程中，悬浮结构中的光电转换器件容易被刻蚀反应物损坏的技术问题，进而提高了悬浮结构中的光电转换器件的良率，降低了工艺难度。此外，第一方面，基于上述结构设置，本技术方案无需在悬浮结构中形成释放孔，避免了形成释放孔时对于悬浮结构的损坏。第二方面，基于上述结构设置，刻蚀反应物直接从空气腔体中网状结构薄膜上设置的释放孔进入衬底内部可以充分对衬底进行刻蚀，避免现有技术中刻蚀反应物从悬浮结构中的释放孔进入衬底内部，刻蚀路径比较复杂，存在欠刻或者过刻的技术问题。第三方面，基于上述结构设置，可以在空气腔体形成后再制备悬浮结构，避免现有技术中刻蚀反应物从悬浮结构中的释放孔进入衬底内部，支撑层受到损坏，机械强度下降，不足以支撑光电转换器件的问题。
附图说明
[0014]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0015]图1为本专利技术实施例提供的一种微机电光电探测芯片的结构示意图；
[0016]图2为图1中网状结构薄膜的俯视图；
[0017]图3为本专利技术实施例提供的另一种微机电光电探测芯片的结构示意图；
[0018]图4为本专利技术实施例提供的又一种微机电光电探测芯片的结构示意图；
[0019]图5为本专利技术实施例提供的又一种微机电光电探测芯片的结构示意图；
[0020]图6为本专利技术实施例提供的又一种微机电光电探测芯片的结构示意图；
[0021]图7为本专利技术实施例提供的一种微机电光电探测芯片的制备方法的流程示意图；
[0022]图8为图7中步骤120对应的流程示意图；
[0023]图9为图7中步骤130对应的流程示意图；
[0024]图10为本专利技术实施例提供的另一种微机电光电探测芯片的制备方法的流程示意图；
[0025]图11为图10中步骤140对应的流程示意图；
[0026]图12
‑
图15为本专利技术实施例提供的一种微机电光电探测芯片的制备方法的各步骤对应的剖面图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0028]正如上述
技术介绍
中所述，基于现有制备方法和现有的微机电光电探测芯片的结构设置，通过正面释放技术要想获取质量符合标准的微机电光电探测芯片，工艺难度很大。究其原因，现有的微机电光电探测芯片中通常是在悬浮结构上设置释放孔，便于在悬浮结构形成后，刻蚀反应物从悬浮结构上的释放孔进入衬底内部，从而形成空气腔体，导致在形
成空气腔体的过程中，悬浮结构中的光电转换器件容易被刻蚀反应物损坏。
[0029]针对上述技术问题，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种微机电光电探测芯片的结构示意图。参见图1，该微机电光电探测芯片包括：衬底10；空气腔体11，空气腔体11位于衬底10的第一表面10A，其中，空气腔体11包括网状结构薄膜110和腔体111，网状结构薄膜110覆盖腔体111，且网状结构薄膜110设置有至少一个释放孔110A，腔体111用于连通不同的释放孔110A；悬浮结构20，悬浮结构20位于衬底10的第一表面10A，悬浮结构20覆盖空气腔体11，其中，在远离空气腔体11的方向上，悬浮结构20依次包括支撑层21和光电转换器件22。
[0031]可选的，参见图1，释放孔110A在垂直于衬底10所在平面的截面尺寸H大于或等于10微米，且小于或等于30微米，可以保证刻蚀反应物从释放孔110A进入衬底10内部形成腔体111，避免在外延生长时，气体反应物进入空气腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电光电探测芯片，其特征在于，包括：衬底；空气腔体，所述空气腔体位于所述衬底的第一表面，其中，所述空气腔体包括网状结构薄膜和腔体，所述网状结构薄膜覆盖所述腔体，且所述网状结构薄膜设置有至少一个释放孔，所述腔体用于连通不同的所述释放孔；悬浮结构，所述悬浮结构位于所述衬底的第一表面，所述悬浮结构覆盖所述空气腔体，其中，在远离所述空气腔体的方向上，所述悬浮结构依次包括支撑层和光电转换器件。2.根据权利要求1所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述网状结构薄膜临近所述腔体的表面设置有倒三角结构，所述衬底临近所述腔体的表面设置有正三角结构。3.根据权利要求1所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述释放孔的深度大于或等于所述衬底厚度的1/2，且小于或等于所述衬底厚度的2/3。4.根据权利要求1所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述释放孔在所述网状结构薄膜所在平面的截面形状为圆形或者多边形。5.根据权利要求4所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述释放孔在所述网状结构薄膜所在平面的截面形状为圆形，所述释放孔在所述网状结构薄膜围成多个同心圆环。6.根据权利要求5所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述释放孔的面积相同；或者，远离所述网状结构薄膜中心的释放孔的面积小于靠近所述网状结构薄膜中心的释放孔的面积。7.根据权利要求4所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述释放孔在所述网状结构薄膜所在平面的截面形状为正方形，所述释放孔在所述网状结构薄膜围成块状区域；或者，所述释放孔在所述网状结构薄膜所在平面的截面形状为长方形，相邻的所述释放孔平行设置或者以预设间距垂直设置。8.根据权利要求1所述的微机电光电探测芯片，其特征在于，所述悬浮结构包括：支撑层，所述支撑层位于所述衬底的第一表面侧，且所述支撑层覆盖所述空气腔体；热电堆，所述热电堆位于所述支撑层远离所述空气腔体一侧的表面；钝化层，所述钝化层位于所述热电堆远离所述衬底一侧的表面；红外吸收层，所述红外吸收层位于所述钝化层远离所述热电堆一侧的表面，其中，所述热电堆在所述衬底的投影包围所述红外吸收层在所述衬底的投影，所述热电堆靠近所述红外吸收层的一端作为热端，所述热电堆远离所述红外吸收层的一端作为冷端，所述热电堆的冷端作为电极通过导电通孔将所述红外光信号对应的电信号引至所述衬底与所述第一表面相对的第二表面，所述红外吸收层、所述钝化层和所述热电堆构成所述光电转换器件。9.一种微机电光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，胡维，李萍萍，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：