基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元和红外探测器制造技术

本公开涉及一种基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元和红外探测器，该镜像像元包括：CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统上方直接制备CMOS红外传感结构；红外转换结构通过柱状结构和支撑底座与CMOS测量电路系统电连接；CMOS红外传感结构还包括位于反射层上的密闭释放隔绝层，构成密闭释放隔绝层的材料包括非晶碳、碳化硅、氧化铝、碳氮化硅或氮化硅中的至少一种，密闭释放隔绝层的厚度大于等于1微米，小于等于2微米。通过本公开的技术方案，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低等问题。良率低等问题。良率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元和红外探测器


[0001]本公开涉及红外探测
，尤其涉及一种基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元和红外探测器。

技术介绍

[0002]监控市场、车辅市场、家居市场、智能制造市场以及手机应用等领域都对非制冷高性能的芯片有着强烈的需求，且对芯片性能的好坏、性能的一致性以及产品的价格都有一定的要求，每年预计有亿颗以上芯片的潜在需求，而目前的工艺方案和架构无法满足市场需求。
[0003]目前红外探测器采用的是测量电路和红外传感结构结合的方式，测量电路采用CMOS(Complementary Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺制备，而红外传感结构采用MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微电子机械系统)工艺制备，导致存在如下问题：
[0004](1)红外传感结构采用MEMS工艺制备，以聚酰亚胺作为牺牲层，与CMOS工艺不兼容。
[0005](2)聚酰亚胺作为牺牲层，存在释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，还会使后续薄膜生长温度受限制，不利于材料的选择。
[0006](3)聚酰亚胺会造成谐振腔高度不一致，工作主波长难以保证。
[0007](4)MEMS工艺制程的控制远差于CMOS工艺，芯片的性能一致性和探测性能都会受到制约。
[0008](5)MEMS产能低，良率低，成本高，不能实现大规模批量生产。
[0009](6)MEMS现有的工艺能力不足以支撑更高性能的探测器制备，更小的线宽以及更薄的膜厚，不利于实现芯片的小型化。
[0010]红外探测器的工作原理是吸收红外辐射信号，红外辐射信号的吸收引起温度的变化，温度变化引起自身电阻值的变化，通过测量电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。红外探测器在工作过程中，可能会引入衬底噪声、背景噪声以及自热产生的噪声等，影响到红外探测器探测结果的准确性。
[0011]现有技术中，红外探测器中设置有镜像像元，通过镜像像元获取红外探测器的噪声信号，从而得到降噪后的探测信号，提高探测结果的准确性。但是，目前并没有公开能够获取噪声信号的像元结构。

技术实现思路

[0012]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外探测器镜像像元和红外探测器，通过本公开的技术方案，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低等问题，提高了探测结果的准确性。
[0013]第一方面，本公开实施例提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，包括：
[0014]CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上方直接制备所述CMOS红外传感结构；
[0015]所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔；
[0016]所述CMOS红外传感结构包括位于所述CMOS测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构，所述柱状结构位于所述反射层和所述红外转换结构之间，所述反射层包括反射板和支撑底座，所述红外转换结构通过所述柱状结构和所述支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接；
[0017]所述CMOS红外传感结构还包括位于所述反射层上的至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响，所述密闭释放隔绝层包覆所述柱状结构，构成所述密闭释放隔绝层的材料包括非晶碳、碳化硅、氧化铝、碳氮化硅或氮化硅中的至少一种，所述密闭释放隔绝层的厚度大于等于1微米，小于等于2微米。
[0018]可选地，所述红外转换结构包括吸收板和多个梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过对应的所述梁结构与对应的所述柱状结构电连接；
[0019]所述吸收板和所述梁结构位于同一层或位于不同层。
[0020]可选地，所述吸收板和所述梁结构位于不同层，所述梁结构包括第一电极层，所述吸收板包括第二电极层和热敏层，所述第二电极层通过所述第一电极层电连接至所述柱状结构。
[0021]可选地，所述梁结构分别连接中间支撑结构和所述柱状结构，多个所述梁结构中，由所述中间支撑结构向对应的所述柱状结构的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构形成热对称结构；其中，所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，沿垂直于所述CMOS测量电路系统的方向，所述第一半桥结构的厚度大于所述第二半桥结构的厚度。
[0022]可选地，所述CMOS红外传感结构还包括：平坦层，所述平坦层包括图案化介质结构，所述图案化介质结构与所述反射板以及所述支撑底座位于同层，采用CMP工艺使得所述平坦层背离所述CMOS测量电路系统的表面与所述反射层背离所述CMOS测量电路系统的表面齐平。
[0023]可选地，所述柱状结构包括多个独立柱状结构，所述独立柱状结构位于不同层，所述独立柱状结构对应一层或多层所述密闭释放隔绝层设置。
[0024]可选地，所述反射板与接地的所述支撑底座电接触。
[0025]可选地，构成所述镜像像元中的牺牲层的材料包括氧化硅。
[0026]可选地，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对所述牺牲层进行腐蚀。
[0027]可选地，所述支撑底座的边长小于等于3微米且大于等于0.5微米。
[0028]第二方面，本公开实施例提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器，包括多个如第一方面提供的任一种基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元。
[0029]本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0030](1)通过CMOS红外传感结构包括位于反射层上的至少一层密闭释放隔绝层，密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统不受工艺影响，密闭释放隔绝层包覆柱状结构，构成密闭释放隔绝层的材料包括非晶碳、碳化硅、氧化铝或氮化硅中的至少一种，密闭释放隔绝层的厚度大于等于1微米，小于等于2微米，使得反射板与红外转换结构与之间形成的谐振腔不再满足红外光的谐振条件，故谐振腔内不会产生谐振光，此时，红外转换结构产生的电信号源于温度噪声，因此，通过镜像像元能够获取到红外探测器的噪声信号，据此能够获取更加准确的探测信号，从而提高探测结果的准确性。此外，密闭释放隔绝层位于谐振腔内能够减小牺牲层的厚度，降低牺牲层释放的难度；同时密闭释放隔绝层作为柱状结构的支撑结构，能够提高柱状结构的力学强度，从而提高红外探测器的结构稳定性和抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，其特征在于，包括：CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上方直接制备所述CMOS红外传感结构；所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔；所述CMOS红外传感结构包括位于所述CMOS测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构，所述柱状结构位于所述反射层和所述红外转换结构之间，所述反射层包括反射板和支撑底座，所述红外转换结构通过所述柱状结构和所述支撑底座与所述CMOS测量电路系统电连接；所述CMOS红外传感结构还包括位于所述反射层上的至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响，所述密闭释放隔绝层包覆所述柱状结构，构成所述密闭释放隔绝层的材料包括非晶碳、碳化硅、氧化铝、碳氮化硅或氮化硅中的至少一种，所述密闭释放隔绝层的厚度大于等于1微米，小于等于2微米。2.根据权利要求1所述的基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，其特征在于，所述红外转换结构包括吸收板和多个梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过对应的所述梁结构与对应的所述柱状结构电连接；所述吸收板和所述梁结构位于同一层或位于不同层。3.根据权利要求2所述的基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，其特征在于，所述吸收板和所述梁结构位于不同层，所述梁结构包括第一电极层，所述吸收板包括第二电极层和热敏层，所述第二电极层通过所述第一电极层电连接至所述柱状结构。4.根据权利要求2或3所述的基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，其特征在于，所述梁结构分...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟光杰，武佩，潘辉，翟光强，
申请(专利权)人：北京北方高业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：