背照式混合成像探測(cè)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，具體涉及一種背照式可見(jiàn)光紅外混合成像探測(cè)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(jiàn)光成像已不能滿足需求，具有更寬波段的成像技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注，特別是能同時(shí)對(duì)可見(jiàn)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(lái)分別對(duì)可見(jiàn)光和紅外光進(jìn)行感應(yīng)成像，最后采用計(jì)算機(jī)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(jiàn)光圖像部分產(chǎn)生較大的對(duì)準(zhǔn)偏差，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
[0004]由于微電子機(jī)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(diǎn)，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(jiàn)光圖像的對(duì)準(zhǔn)偏差大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種背照式可見(jiàn)光紅外混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)及其制備方法，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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了背照式混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)，其包括:單芯片可見(jiàn)光紅外混合成像器件，包括:
[0007]—半導(dǎo)體襯底，作為可見(jiàn)光過(guò)濾層；
[0008]可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域，位于所述半導(dǎo)體襯底上表面，所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域包括可見(jiàn)光感應(yīng)部件和引出極；
[0009]溝槽，形成于所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域下方的所述半導(dǎo)體襯底中，通過(guò)所述溝槽將所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域底部暴露出來(lái)；
[0010]金屬互連圖案，位于所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域兩側(cè)上方的所述半導(dǎo)體襯底上表面；所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件的所述引出極頂部與所述金屬互連圖案底部相連接；
[0011 ] 紅外感應(yīng)區(qū)域，位于所述半導(dǎo)體襯底上方，且位于所述金屬互連圖案上，其包括:
[0012]介質(zhì)層，位于所述金屬互連圖案的上表面；
[0013]接觸凹槽結(jié)構(gòu)，位于所述介質(zhì)層的內(nèi)側(cè)，且位于所述金屬互連圖案的內(nèi)側(cè)端的上表面，且與所述金屬互連圖案相連接；
[0014]紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，位于所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域上方，包括:下釋放保護(hù)層、紅外感應(yīng)部件、電極層和上釋放保護(hù)層；所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)具有第一中間拱起部分和第一端部支撐部分，所述第一端部支撐部分的電極層與所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)相接觸，用于將所述紅外感應(yīng)部件產(chǎn)生的電信號(hào)通過(guò)所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)傳輸?shù)剿鼋饘倩ミB圖案中；所述第一中間拱起部分的頂部和側(cè)壁、所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁、所述金屬互連圖案的內(nèi)側(cè)壁以及所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域上表面圍成第一空腔；
[0015]支撐部件，位于所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的外圍且與所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)不接觸；所述支撐部件包括第二中間拱起部分和第二端部支撐部分；所述第二端部支撐部分位于所述接觸凹槽外側(cè)的所述介質(zhì)層表面，所述第二中間拱起部分與所述第一中間拱起部分之間構(gòu)成第二空腔，并且所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)與所述支撐部件之間具有連通的空隙；在所述第二中間拱起部分的頂部具有釋放孔；所述支撐部件的內(nèi)表面具有紅外反射材料或者整個(gè)所述支撐部件為紅外反射材料；
[0016]其中，可見(jiàn)光和紅外光從所述半導(dǎo)體襯底下表面射入，通過(guò)所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域，部分所述可見(jiàn)光被所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件吸收；經(jīng)所述半導(dǎo)體襯底過(guò)濾掉未被所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件吸收的可見(jiàn)光后，未被過(guò)濾掉的紅外光透過(guò)所述半導(dǎo)體襯底繼續(xù)穿過(guò)所述第一空腔到達(dá)所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而部分所述紅外光被所述紅外感應(yīng)部件吸收；未經(jīng)所述紅外感應(yīng)部件吸收的紅外光，經(jīng)所述紅外反射材料反射到所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而被所述紅外感應(yīng)部件吸收。
[0017]優(yōu)選地，所述第一中間拱起部分的頂部具有釋放孔。
[0018]優(yōu)選地，所述金屬互連為后道金屬互連，所述后道金屬互連下表面連接有前道器件。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述的背照式混合成像探測(cè)器像元結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括:
[0020]步驟01:提供一半導(dǎo)體襯底；并在所述半導(dǎo)體襯底上表面制備所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域的所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件和所述引出極；然后，將所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件下方的所述半導(dǎo)體襯底部分去除，以形成所述溝槽；
[0021]步驟02:在所述半導(dǎo)體襯底的上表面形成一層隔離層，并在所述隔離層中形成所述金屬互連圖案；所述金屬互連圖案底部與可見(jiàn)光感應(yīng)部件的所述引出極頂部相連接；
[0022]步驟03:在所述金屬互連圖案和所述隔離層表面形成一層介質(zhì)層，并在所述金屬互連圖案上表面的所述介質(zhì)層中形成所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)；
[0023]步驟04:去除所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)之間的所述介質(zhì)層以及所述金屬互連圖案之間的所述隔離層，從而在去除所述介質(zhì)層和所述隔離層之后形成鏤空區(qū)域；
[0024]步驟05:在所述鏤空區(qū)域中、所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)表面和所述介質(zhì)層表面形成第一犧牲層材料，并圖案化所述第一犧牲層材料，使所述第一犧牲層材料的側(cè)壁與所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁在水平方向上具有一定的間距；
[0025]步驟06:在所述第一犧牲層材料的側(cè)壁和頂部、以及未被所述第一犧牲層材料遮擋的所述接觸凹槽上表面形成所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)；其中，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的所述第一中間拱起部分位于所述第一犧牲層材料的側(cè)壁和頂部，所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的所述第一端部支撐部分的所述電極層與未被所述第一犧牲層材料遮擋的所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)相接觸；
[0026]步驟07:在完成所述步驟06的所述半導(dǎo)體襯底上形成一層第二犧牲層材料，并平坦化所述第二犧牲層材料的頂部表面；
[0027]步驟08:圖案化所述第二犧牲層材料，使所述第二犧牲層材料的側(cè)壁超過(guò)所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁，且圖案化后的所述第二犧牲層材料與所述金屬互連的外側(cè)壁在水平方向上具有一定的間距；
[0028]步驟09:在圖案化后的所述第二犧牲層材料頂部和側(cè)壁、以及未被所述第二犧牲層材料遮擋的所述介質(zhì)層上形成所述支撐部件，并在所述支撐部件的頂部形成釋放孔；其中，所述支撐部件的所述第二中間拱起部分位于圖案化后的所述第二犧牲層材料頂部和側(cè)壁，且所述釋放孔位于所述第二中間拱起部分的頂部；所述第二端部支撐部分位于所述未被所述第二犧牲層材料遮擋的所述介質(zhì)層上；
[0029]步驟10:通過(guò)所述支撐部件和所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)之間的所述連通的空隙、以及所述支撐部件頂部的所述釋放孔進(jìn)行釋放工藝，以去除所述第一犧牲層材料和所述第二犧牲層材料，從而在所述第一中間拱起部分以及所述可見(jiàn)光感應(yīng)區(qū)域之間構(gòu)成所述第一空腔，以及在所述第二中間拱起部分與所述第一中間拱起部分之間構(gòu)成所述第二空腔。
[0030]優(yōu)選地，所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件的所述引出極為接觸孔；所述步驟01中包括在所述可見(jiàn)光感應(yīng)部件兩端形成所述接觸孔。
[0031]優(yōu)選地，所述步驟06中，還包括:所述紅外感應(yīng)結(jié)構(gòu)的所述第一中間拱起部分的頂部形成釋放孔。
[0032]優(yōu)選地，所述金屬互連為后道金屬互連，所述步驟02中，在形成所述隔離層之前，包括:在待形成所述后道金屬互連的區(qū)域下方形成前道器件。
[0033]優(yōu)選地，所述步驟03中，采用大馬士革工藝形成所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)。
[0034]優(yōu)選地，所述步驟04中，采用光刻和刻蝕工藝去除所述接觸凹槽結(jié)構(gòu)之間的所述介質(zhì)層以及所述金屬互連圖案之間的所述隔離層。
[0035]優(yōu)選地，所述步驟01中，采用光刻和刻蝕工藝，形成所述溝槽。
[0036]優(yōu)選地，所述步驟10中，當(dāng)所述第一犧牲層材料以及所述第二犧牲層材料均為非晶硅時(shí)，采用XeFJt為釋放氣體，將全部的所述第一犧牲層材料和所述第二犧牲層材料去除，此時(shí)，所述上釋放保護(hù)層和所述下釋放保護(hù)層的材料為二氧化硅和鋁的復(fù)合材料、氮化硅、氮氧化硅、以及摻有雜質(zhì)的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者當(dāng)所述第一犧牲層材料以及所述第二犧牲層材料均為氧化硅時(shí)，可以采用氣態(tài)氟化氫作為釋放氣體，將全部的所述第一犧牲層材料和所述第二犧