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；红外转换结构包括位于同层的吸收板和梁结构，吸收板将红外信号转换为电信号并通过梁结构与柱状结构电连接；吸收板包括临近或远离CMOS测量电路系统的一侧的金属结构，至少部分反射板位于金属结构的正投影内。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，本公开提供了一种基于CMOS工艺的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]所述红外转换结构包括位于同层的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；
[0018]所述吸收板包括临近或远离所述CMOS测量电路系统的一侧的金属结构，至少部分所述反射板位于所述金属结构的正投影区域内。
[0019]可选地，所述吸收板包括支撑层以及位于所述支撑层上的热敏层和电极层，所述金属结构位于所述支撑层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。
[0020]可选地，所述吸收板包括支撑层、钝化层以及位于所述支撑层和所述钝化层之间的热敏层和电极层，所述金属结构位于所述钝化层远离所述CMOS测量电路系统的一侧。
[0021]可选地，所述金属结构与所述钝化层接触设置。
[0022]可选地，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。
[0023]可选地，所述CMOS红外传感结构还包括对应所述柱状结构设置的图案化金属结构，所述图案化金属结构与所述金属结构同层制作；
[0024]所述图案化金属结构位于所述钝化层上，或者所述图案化金属结构贯穿所述钝化层、所述电极层和所述支撑层与所述柱状结构电连接。
[0025]可选地，所述金属结构通过对应所述柱状结构设置的支撑结构悬空设置于所述钝化层的上方。
[0026]可选地，所述支撑结构包括图案化介质结构，所述图案化介质结构位于所述钝化层上。
[0027]可选地，对应一个柱状结构的所述支撑结构包括图案化介质结构和图案化金属结构，所述图案化介质结构位于所述金属结构和对应的所述图案化金属结构之间，所述图案化金属结构贯穿所述钝化层、所述电极层和所述支撑层与对应的所述柱状结构电连接。
[0028]可选地，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。
[0029]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。
[0030]本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0031](1)通过红外转换结构包括位于同层的吸收板和多个梁结构，吸收板用于将红外
信号转换为电信号并通过对应的梁结构与对应的柱状结构电连接；吸收板包括临近或远离CMOS测量电路系统的一侧的金属结构，至少部分反射板位于金属结构的正投影区域内，金属结构能够反射照射至吸收板的红外光，使得红外光无法透过吸收板入射至谐振腔，因此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，通过将吸收板和梁结构设置于同一层，无需对吸收板和梁结构分别制作掩膜板，减少了制程数量，能够节省红外探测器的生产成本，提高生产效率。
[0032](2)本专利技术实施例利用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；所述红外转换结构包括位于同层的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；所述吸收板包括临近或远离所述CMOS测量电路系统的一侧的金属结构，至少部分所述反射板位于所述金属结构的正投影区域内。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，所述吸收板包括支撑层以及位于所述支撑层上的热敏层和电极层，所述金属结构位于所述支撑层临近所述CMOS测量电路系统的一侧。3.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，所述吸收板包括支撑层、钝化层以及位于所述支撑层和所述钝化层之间的热敏层和电极层，所述金属结构位于所述钝化层远离所述CMOS测量电路系统的一侧。4.根据权利要求3所述的基于CMOS工艺的红外探测器镜像像元，其特征在于，所述金属结构与所述钝化层接触设置。5.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...

【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：