背照式混合成像探测器像元结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业和生活水平的发展，单纯的红外成像或者单纯的可见光成像已不能满足需求，具有更宽波段的成像技术越来越受到关注，特别是能同时对可见光和红外光敏感的成像技术。
[0003]然而，现有的混合成像器件中，采用透镜形成两条光路来分别对可见光和红外光进行感应成像，最后采用计算机处理系统合成在一起，由于光路的分离造成所形成的红外图像部分和可见光图像部分产生较大的对准偏差，严重影响成像质量。
[0004]由于微电子机械系统(MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，如果能将混合成像技术与微电子技术相结合，研究出微电子技术领域的混合成像技术，将能够避免现有的红外图像和可见光图像的对准偏差大的问题。
【发明内容】
[0005]为了克服以上问题，本发明旨在提供一种背照式可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，从而将混合成像技术微型化和芯片化，提高混合成像的质量。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了背照式混合成像探测器像元结构，其包括:单芯片可见光红外混合成像器件，包括:
[0007]—半导体衬底，作为可见光过滤层；
[0008]可见光感应区域，位于所述半导体衬底上表面，所述可见光感应区域包括可见光感应部件和引出极；
[0009]沟槽，形成于所述可见光感应区域下方的所述半导体衬底中，通过所述沟槽将所述可见光感应区域底部暴露出来；
[0010]金属互连图案，位于所述可见光感应区域两侧上方的所述半导体衬底上表面；所述可见光感应部件的所述引出极顶部与所述金属互连图案底部相连接；
[0011 ] 红外感应区域，位于所述半导体衬底上方，且位于所述金属互连图案上，其包括:
[0012]介质层，位于所述金属互连图案的上表面；
[0013]接触凹槽结构，位于所述介质层的内侧，且位于所述金属互连图案的内侧端的上表面，且与所述金属互连图案相连接；
[0014]红外感应结构，位于所述可见光感应区域上方，包括:下释放保护层、红外感应部件、电极层和上释放保护层；所述红外感应结构具有第一中间拱起部分和第一端部支撑部分，所述第一端部支撑部分的电极层与所述接触凹槽结构相接触，用于将所述红外感应部件产生的电信号通过所述接触凹槽结构传输到所述金属互连图案中；所述第一中间拱起部分的顶部和侧壁、所述接触凹槽结构的内侧壁、所述金属互连图案的内侧壁以及所述可见光感应区域上表面围成第一空腔；
[0015]支撑部件，位于所述红外感应结构的外围且与所述红外感应结构不接触；所述支撑部件包括第二中间拱起部分和第二端部支撑部分；所述第二端部支撑部分位于所述接触凹槽外侧的所述介质层表面，所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成第二空腔，并且所述红外感应结构与所述支撑部件之间具有连通的空隙；在所述第二中间拱起部分的顶部具有释放孔；所述支撑部件的内表面具有红外反射材料或者整个所述支撑部件为红外反射材料；
[0016]其中，可见光和红外光从所述半导体衬底下表面射入，通过所述可见光感应区域，部分所述可见光被所述可见光感应部件吸收；经所述半导体衬底过滤掉未被所述可见光感应部件吸收的可见光后，未被过滤掉的红外光透过所述半导体衬底继续穿过所述第一空腔到达所述红外感应结构，进而部分所述红外光被所述红外感应部件吸收；未经所述红外感应部件吸收的红外光，经所述红外反射材料反射到所述红外感应结构，进而被所述红外感应部件吸收。
[0017]优选地，所述第一中间拱起部分的顶部具有释放孔。
[0018]优选地，所述金属互连为后道金属互连，所述后道金属互连下表面连接有前道器件。
[0019]为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述的背照式混合成像探测器像元结构的制备方法，其包括:
[0020]步骤01:提供一半导体衬底；并在所述半导体衬底上表面制备所述可见光感应区域的所述可见光感应部件和所述引出极；然后，将所述可见光感应部件下方的所述半导体衬底部分去除，以形成所述沟槽；
[0021]步骤02:在所述半导体衬底的上表面形成一层隔离层，并在所述隔离层中形成所述金属互连图案；所述金属互连图案底部与可见光感应部件的所述引出极顶部相连接；
[0022]步骤03:在所述金属互连图案和所述隔离层表面形成一层介质层，并在所述金属互连图案上表面的所述介质层中形成所述接触凹槽结构；
[0023]步骤04:去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层，从而在去除所述介质层和所述隔离层之后形成镂空区域；
[0024]步骤05:在所述镂空区域中、所述接触凹槽结构表面和所述介质层表面形成第一牺牲层材料，并图案化所述第一牺牲层材料，使所述第一牺牲层材料的侧壁与所述接触凹槽结构的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
[0025]步骤06:在所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部、以及未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽上表面形成所述红外感应结构；其中，所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分位于所述第一牺牲层材料的侧壁和顶部，所述红外感应结构的所述第一端部支撑部分的所述电极层与未被所述第一牺牲层材料遮挡的所述接触凹槽结构相接触；
[0026]步骤07:在完成所述步骤06的所述半导体衬底上形成一层第二牺牲层材料，并平坦化所述第二牺牲层材料的顶部表面；
[0027]步骤08:图案化所述第二牺牲层材料，使所述第二牺牲层材料的侧壁超过所述接触凹槽结构的外侧壁，且图案化后的所述第二牺牲层材料与所述金属互连的外侧壁在水平方向上具有一定的间距；
[0028]步骤09:在图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁、以及未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上形成所述支撑部件，并在所述支撑部件的顶部形成释放孔；其中，所述支撑部件的所述第二中间拱起部分位于图案化后的所述第二牺牲层材料顶部和侧壁，且所述释放孔位于所述第二中间拱起部分的顶部；所述第二端部支撑部分位于所述未被所述第二牺牲层材料遮挡的所述介质层上；
[0029]步骤10:通过所述支撑部件和所述红外感应结构之间的所述连通的空隙、以及所述支撑部件顶部的所述释放孔进行释放工艺，以去除所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料，从而在所述第一中间拱起部分以及所述可见光感应区域之间构成所述第一空腔，以及在所述第二中间拱起部分与所述第一中间拱起部分之间构成所述第二空腔。
[0030]优选地，所述可见光感应部件的所述引出极为接触孔；所述步骤01中包括在所述可见光感应部件两端形成所述接触孔。
[0031]优选地，所述步骤06中，还包括:所述红外感应结构的所述第一中间拱起部分的顶部形成释放孔。
[0032]优选地，所述金属互连为后道金属互连，所述步骤02中，在形成所述隔离层之前，包括:在待形成所述后道金属互连的区域下方形成前道器件。
[0033]优选地，所述步骤03中，采用大马士革工艺形成所述接触凹槽结构。
[0034]优选地，所述步骤04中，采用光刻和刻蚀工艺去除所述接触凹槽结构之间的所述介质层以及所述金属互连图案之间的所述隔离层。
[0035]优选地，所述步骤01中，采用光刻和刻蚀工艺，形成所述沟槽。
[0036]优选地，所述步骤10中，当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为非晶硅时，采用XeFJt为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺牲层材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为二氧化硅和铝的复合材料、氮化硅、氮氧化硅、以及掺有杂质的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者当所述第一牺牲层材料以及所述第二牺牲层材料均为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将全部的所述第一牺牲层材料和所述第二牺