基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器制造技术

本公开涉及基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器，包括：CMOS测量电路系统和其上的CMOS红外传感结构，采用全CMOS工艺制备；CMOS红外传感结构包括反射层、红外转换结构和多个柱状结构，及位于反射层上的介质保护层以及刻蚀阻挡层；柱状结构包括叠加设置的至少两层立柱，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；每层立柱均可为实心金属柱、非金属实心柱或空心柱中的至少一种；介质保护层包围柱状结构的侧面，刻蚀阻挡层至少覆盖于介质保护层的棱角位置处。由此，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；且提高探测灵敏度和结构稳定性。测灵敏度和结构稳定性。测灵敏度和结构稳定性。

【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
‑
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]同时，其探测灵敏度较低，结构稳定性较差。

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，同时提高了探测灵敏度，且提升了结构稳定性。
[0012]本公开提供了一种红外探测器像元，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]所述柱状结构包括叠加设置的至少两层立柱；每层所述立柱均可为实心金属柱、非金属实心柱或空心柱中的至少一种，构成所述非金属实心柱的侧壁的材料和构成所述空心柱的侧壁的材料均包括金属；
[0018]所述CMOS红外传感结构还包括位于所述反射层上的介质保护层以及刻蚀阻挡层；所述介质保护层包围所述柱状结构的侧面，所述刻蚀阻挡层至少覆盖于所述介质保护层的棱角位置处。
[0019]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；
[0020]所述post
‑
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。
[0021]在一些实施例中，所述刻蚀阻挡层包括邻接设置的侧面层与平面层，所述平面层设置为环状，所述侧面层设置为桶状；
[0022]所述刻蚀阻挡层的侧面层包覆所述介质保护层朝向所述柱状结构的侧面，所述刻蚀阻挡层的平面层包围所述柱状结构且包覆所述介质保护层与该侧面邻接的表面。
[0023]在一些实施例中，对应于每层立柱，设置对应的介质保护层；所述刻蚀阻挡层至少设置于最上层所述介质保护层的棱角位置处。
[0024]在一些实施例中，位于同一层的各所述刻蚀阻挡层的形状和尺寸均相同。
[0025]在一些实施例中，当所述刻蚀阻挡层为至少两层时，位于各不同层的所述刻蚀阻挡层的形状和尺寸均相同；或者
[0026]位于上层的所述刻蚀阻挡层的尺寸与位于下层的所述刻蚀阻挡层的尺寸不同。
[0027]在一些实施例中，所述平面层包括分立设置的块状结构；
[0028]各层所述平面层的块状结构沿所述柱状结构的轴向方向在反射层上的投影存在交叠，且环绕所述柱状结构。
[0029]在一些实施例中，构成所述刻蚀阻挡层的材料包括金属材料或介质材料中的至少一种；
[0030]所述金属材料包括铝、铜、钨或钛钨合金中的至少一种；
[0031]所述介质材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶硅、碳化硅或三氧化二铝中的至少一种。
[0032]在一些实施例中，同一所述柱状结构中的每层立柱均为同一种类型的立柱；和/或
[0033]位于同一层的立柱均为同一种类型的立柱。
[0034]在一些实施例中，所述柱状结构中的所述立柱包括底层立柱和顶层立柱；其中
[0035]所述底层立柱和所述顶层立柱均为实心金属立柱；
[0036]或者所述底层立柱为实心金属柱，所述顶层立柱为非金属实心柱；
[0037]或者所述底层立柱为实心金属柱，所述顶层立柱为空心柱；
[0038]或者所述底层立柱为非金属实心柱，所述顶层立柱为空心柱；
[0039]或者所述底层立柱为空心柱，所述顶层立柱为实心金属柱或非金属实心柱。
[0040]在一些实施例中，所述柱状结构中的所述立柱的层数为n层，n≥3且为整数；其中
[0041]n层立柱均为实心金属柱；
[0042]或者靠近所述反射层的n
‑
1层立柱均为实心金属柱，第n层立柱为空心柱；
[0043]或者靠近所述反射层的n
‑
1层立柱均为非金属实心柱，第n层立柱为空心柱。
[0044]在一些实施例中，所述柱状结构的总高度大于等于1.5微米，小于等于2.5微米；
[0045]远离所述反射层的最上层柱子的截面单向宽度大于等于0.5微米，小于等于3微米。
[0046]在一些实施例中，所述CMOS红外传感结构还包括粘附层，
[0047]所述粘本文档来自技高网...

【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；所述柱状结构包括叠加设置的至少两层立柱；每层所述立柱均可为实心金属柱、非金属实心柱或空心柱中的至少一种，构成所述非金属实心柱的侧壁的材料和构成所述空心柱的侧壁的材料均包括金属；所述CMOS红外传感结构还包括位于所述反射层上的介质保护层以及刻蚀阻挡层；所述介质保护层包围所述柱状结构的侧面，所述刻蚀阻挡层至少覆盖于所述介质保护层的棱角位置处。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
‑
CMOS工艺腐蚀所述牺牲层；所述post
‑
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，其特征在于，所述刻蚀阻挡层包括邻接设置的侧面层与平面层，所述平面层设置为环状，所述侧面层设置为桶状；所述刻蚀阻挡层的侧面层包覆所述介质保护层朝向所述柱状结构的侧面，所述刻蚀阻挡层的平面层包围所述柱状结构且包覆所述介质保护层与该侧面邻接的表面。4.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，对应于每层立柱，设置对应的介质保护层；所述刻蚀阻挡层至少设置于最上层所述介质保护层的棱角位置处。5.根据权利要求4所述的红外探测器像元，其特征在于，位于同一层的各所述刻蚀阻挡层的形状和尺寸均相同；和/或当所述刻蚀阻挡层为至少两层时，位于各不同层的所述刻蚀阻挡层的形状和尺寸均相同；或者位于上层的所述刻蚀阻挡层的尺寸与位于下层的所述刻蚀阻挡层的尺寸不同。6.根据权利要求3所述的红外探测器像元，其特征在于，所述平面层包括分立设置的块状结构；各层所述平面层的块状结构沿所述柱状结构的轴向方向在反射层上的投影存在交叠，且环绕所述柱状结构。7.根据权利要求1所述的红外探测器像元，其特征在于，构成所述刻蚀阻挡层的材料包
括金属材料或介质材料中的至少一种；所述金属材料包括铝、铜、钨或钛钨...

【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：