本公开涉及基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，该像元包括：CMOS测量电路系统和位于其上的CMOS红外传感结构，二者均采用CMOS工艺制备；CMOS红外传感结构包括位于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，柱状结构位于反射层和红外转换结构之间，反射层包括反射板和支撑底座，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；柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。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；且柱状结构采用空心柱，可实现导热更小，减小由其产生的热辐射对红外转换结构的电信号的影响，有利于提高探测性能。于提高探测性能。于提高探测性能。
【技术实现步骤摘要】
基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器
[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
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Oxide
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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
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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]同时，由于其结构中的柱状结构导热较多，导致探测性能较差。
技术实现思路
[0011]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，本公开提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，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，同时提高了探测性能。
[0012]本公开提供了一种基于CMOS工艺的红外探测器像元，该红外探测器像元包括：
[0013]CMOS测量电路系统和位于所述CMOS测量电路系统上的CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均采用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；
[0014]所述CMOS测量电路系统上方包括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；
[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]所述柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。
[0018]在一些实施例中，所述CMOS红外传感结构包括牺牲层，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post
‑
CMOS工艺腐蚀所述牺牲层；
[0019]所述post
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CMOS工艺采用气相氟化氢、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。
[0020]在一些实施例中，构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，或者
[0021]构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬或铂中的至少一种。
[0022]在一些实施例中，构成所述空心柱的侧壁的介质材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或三氧化二铝中的至少一种。
[0023]在一些实施例中，沿所述空心柱的径向，所述空心柱的侧壁依次包括第一介质层、金属层和第二介质层；
[0024]所述第一介质层和所述金属层均呈U型，且所述金属层的U型底部与所述支撑底座接触；
[0025]所述第二介质层设置于所述金属层背离所述第一介质层的一侧。
[0026]在一些实施例中，该红外探测器像元还包括第二金属层；
[0027]所述第二金属层覆盖所述金属层的至少一侧。
[0028]在一些实施例中，所述第二金属层设置于所述金属层与所述支撑底座之间、所述金属层与所述第二介质层之间或者所述金属层与所述第一介质层之间中的至少一位置处。
[0029]在一些实施例中，构成所述第二金属层的材料包括钨、铝、钛或铜中的至少一种。
[0030]在一些实施例中，该红外探测器像元还包括介质保护层；
[0031]所述介质保护层覆盖所述反射层的非支撑柱状结构的表面；
[0032]所述柱状结构的底部嵌入所述介质保护层中。
[0033]在一些实施例中，构成所述介质保护层的材料包括硅、锗、非晶硅、非晶锗、硅锗或非晶硅锗中的至少一种。
[0034]在一些实施例中，所述柱状结构在平行于所述反射板的平面内的截面形状包括圆形、方形、多边形或长条形中的至少一种。
[0035]在一些实施例中，所述柱状结构的截面最大单向宽度大于等于0.5微米，小于等于3微米。
[0036]在一些实施例中，所述柱状结构在垂直于所述反射板的平面的方向上的高度大于等于0.1微米，小于等于2.5微米。
[0037]本公开还提供一种基于CMOS工艺的红外探测器，包括上述任一种红外探测器像元；
[0038]所述红外探测器像元阵列排布。
[0039]本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0040](1)本公开实施例提供的红外探测器像元中利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构在CMOS生产线上一体化制备，相较于MEMS工艺，CMOS不存在工艺兼容问题，解决了MEMS工艺面临的技术难点，采用CMOS工艺产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与CMOS工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，CMOS工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化CMOS工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMO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工艺的红外探测器像元，其特征在于，包括：CMOS测量电路系统和位于所述CMOS测量电路系统上的CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均采用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；所述CMOS测量电路系统上方包括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；所述柱状结构采用空心柱，所述空心柱的侧壁由金属和介质组合的形式构成。2.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，所述CMOS红外传感结构包括牺牲层，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post
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CMOS工艺腐蚀所述牺牲层；所述post
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CMOS工艺采用气相氟化氢、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。3.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，或者构成所述空心柱的侧壁的导体材料包括钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬或铂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述空心柱的侧壁的介质材料包括非晶硅、非...
【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：
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