增強紅外透過性的混合成像探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強紅外透過性的混合成像探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)和生活水平的發(fā)展，單純的紅外成像或者單純的可見光成像已不能滿足需求，具有更寬波段的成像技術(shù)越來越受到關(guān)注，特別是能同時對可見光和紅外光敏感的成像技術(shù)。
[0003]然而，現(xiàn)有的混合成像器件中，采用透鏡形成兩條光路來分別對可見光和紅外光進行感應成像，最后采用計算機處理系統(tǒng)合成在一起，由于光路的分離造成所形成的紅外圖像部分和可見光圖像部分產(chǎn)生較大的對準偏差，嚴重影響成像質(zhì)量。
[0004]由于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)具有微小、智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優(yōu)點，如果能將混合成像技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，研究出微電子技術(shù)領(lǐng)域的混合成像技術(shù)，將能夠避免現(xiàn)有的紅外圖像和可見光圖像的對準偏差大的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種增強紅外透過性的可見光紅外混合成像探測器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法，利用具有圓滑凸起表面的紅外增透材料來增強紅外透過能力，從而將混合成像技術(shù)微型化和芯片化，提高混合成像的質(zhì)量。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種混合成像探測器像元結(jié)構(gòu)，其包括:
[0007]一晶圓，作為可見光過濾層；
[0008]分別位于所述晶圓上方和下表面的紅外感應區(qū)域和可見光感應區(qū)域；以及
[0009]用于將所述可見光感應區(qū)域和所述紅外感應區(qū)域所輸出的電信號進行計算并轉(zhuǎn)換為圖像的轉(zhuǎn)換單元；其中，
[0010]可見光感應區(qū)域，位于所述晶圓下表面，其包括可見光感應部件和將所述可見光感應部件所形成的電信號輸出的引出極；
[0011]互連層，位于所述晶圓上表面；
[0012]介質(zhì)層，位于所述互連層的上表面；
[0013]凹槽，位于所述互連層和所述介質(zhì)層中，且對應于所述可見光感應部件上方；
[0014]紅外增透材料，填充于所述凹槽中，具有圓滑凸起表面，用于具有圓滑凸起表面，用于增強所入射的紅外光的透過性和匯聚所入射的紅外光；；
[0015]接觸溝槽結(jié)構(gòu)，位于所述紅外增透材料兩側(cè)的所述介質(zhì)層中；
[0016]紅外感應區(qū)域，位于所述紅外增透材料和所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)上方，其包括紅外感應結(jié)構(gòu)；所述紅外感應結(jié)構(gòu)包括:下釋放保護層、紅外感應部件、電極層和上釋放保護層；所述紅外感應部件對應于所述紅外增透材料的上方，用于吸收紅外光，并產(chǎn)生電信號；所述紅外感應結(jié)構(gòu)的邊緣具有第一支撐孔，所述第一支撐孔底部位于所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)上表面，并且所述第一支撐孔底部的所述電極層與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連，用于將所述紅外感應部件產(chǎn)生的電信號輸出；所述紅外感應結(jié)構(gòu)的頂部具有第一釋放孔；所述紅外感應結(jié)構(gòu)與所述紅外增透材料之間具有第一空腔；
[0017]支撐部件，位于所述紅外感應結(jié)構(gòu)的外圍，且與所述紅外感應結(jié)構(gòu)不接觸，所述支撐部件邊緣具有第二支撐孔，所述第二支撐孔底部位于所述介質(zhì)層上表面，其頂部具有第二釋放孔；所述支撐部件與所述微橋結(jié)構(gòu)之間具有第二空腔，并且紅外感應結(jié)構(gòu)與支撐部件之間具有連通的空隙；
[0018]其中，可見光和紅外光從所述晶圓下表面射入，通過所述可見光感應區(qū)域，部分所述可見光被所述可見光感應區(qū)域吸收；然后，經(jīng)所述晶圓過濾掉未被所述可見光感應區(qū)域吸收的可見光，紅外光經(jīng)所述紅外增透材料后入射到所述紅外感應部件上且被所述紅外感應部件吸收并產(chǎn)生電信號輸送到所述轉(zhuǎn)換單元，從而生成可見光紅外混合圖像。
[0019]優(yōu)選地，所述紅外增透材料的結(jié)構(gòu)為半透鏡結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選地，所述紅外增透材料為硅、鍺硅或者硫化砸。
[0021]優(yōu)選地，所述紅外增透材料的頂部與所述介質(zhì)層頂部齊平或低于所述介質(zhì)層頂部。
[0022]優(yōu)選地，在所述支撐部件頂部的內(nèi)表面或者所述支撐部件的整個內(nèi)表面具有紅外反射材料層或者整個所述支撐部件為紅外反射材料，所述紅外反射材料用于將未經(jīng)所述紅外感應部件吸收的紅外光反射到所述紅外感應部件上，進而被所述紅外感應部件吸收。
[0023]優(yōu)選地，所述紅外感應結(jié)構(gòu)為頂部具有凹凸起伏表面且邊緣具有第一支撐孔的微橋結(jié)構(gòu)，所述紅外感應部件為紅外敏感材料層，所述上釋放保護層與所述下釋放保護層將所述紅外敏感材料層和所述電極層所暴露的部分均覆蓋住。
[0024]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種可見光紅外混合成像探測器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟:
[0025]步驟01:提供一晶圓，在所述晶圓下表面形成所述可見光感應區(qū)域；
[0026]步驟02:在所述晶圓上表面形成所述互連層；
[0027]步驟03:在所述互連層上形成所述介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層和所述互連層中刻蝕出所述凹槽，在所述凹槽中形成具有所述圓滑凸起表面的所述紅外增透材料；
[0028]步驟04:在所述紅外增透材料兩側(cè)的所述介質(zhì)層中形成所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)；
[0029]步驟05:在所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)層和所述紅外增透材料上形成第一犧牲層；
[0030]步驟06:在對應于所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)上方的所述第一犧牲層中形成第一溝槽；所述第一溝槽底部暴露出所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)的表面；
[0031]步驟07:在具有所述第一溝槽的所述第一犧牲層上形成所述紅外感應結(jié)構(gòu)，然后在所述紅外感應結(jié)構(gòu)頂部形成第一釋放孔；其中，所述第一支撐孔底部的所述電極層與所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)相連接；
[0032]步驟08:在完成所述步驟07的所述晶圓上形成第二犧牲層；
[0033]步驟09:在對應于所述接觸溝槽結(jié)構(gòu)外側(cè)的所述介質(zhì)層上方的所述第二犧牲層中形成第二溝槽；所述第二溝槽底部暴露出所述介質(zhì)層的表面；
[0034]步驟10:在具有所述第二溝槽的所述第二犧牲層上形成所述支撐部件，在所述支撐部件頂部形成第二釋放孔；
[0035]步驟11:通過所述支撐部件和所述紅外感應結(jié)構(gòu)之間的所述連通的空隙、所述第一釋放孔和所述第二釋放孔進行釋放工藝，將所述第一犧牲層和所述第二犧牲層釋放掉，從而形成所述第一空腔和所述第二空腔。
[0036]優(yōu)選地，所述紅外增透材料的結(jié)構(gòu)為半透鏡結(jié)構(gòu)；所述半透鏡結(jié)構(gòu)的所述紅外增透材料的形成包括:首先，采用CVD或旋涂工藝在所述凹槽中填充所述紅外增透材料，并平坦化所述紅外增透材料的頂部；然后，圖形化所述紅外增透材料并僅保留所述凹槽內(nèi)的所述紅外增透材料；接著，通過高溫處理，經(jīng)降溫后得到所述半透鏡結(jié)構(gòu)。
[0037]優(yōu)選地，所述高溫處理為激光退火工藝。
[0038]優(yōu)選地，所述紅外增透材料的結(jié)構(gòu)為半透鏡結(jié)構(gòu)；所述半透鏡結(jié)構(gòu)的所述紅外增透材料的形成包括:首先，通過CVD或旋涂工藝填在所述凹槽中填充所述紅外增透材料，并平坦化所述紅外增透材料的頂部；然后，圖形化所述紅外增透材料并僅保留所述凹槽內(nèi)的所述紅外增透材料；接著，利用灰階光刻板圖形，即所述光刻板圖形內(nèi)透光性由中心向四周逐漸降低，來形成具有半透鏡狀的光刻膠圖形，然后，經(jīng)刻蝕工藝形成所述半透鏡結(jié)構(gòu)。
[0039]優(yōu)選地，所述步驟03中，采用化學氣相沉積工藝在所述凹槽中沉積所述紅外增透材料。
[0040]優(yōu)選地，所述步驟