增强透射性的双层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，具体涉及一种透射性能增强的双层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透射性能增强的双层可见光红外混合成像探测器像元结构及其制备方法，利用双层感应结构来提高对光的吸收率，通过增加空隙来增强透过，减少光损失，从而提高成像质量。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了透射性能增强的双层可见光红外混合成像探测器像元结构，其包括:
[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下表面，所述可见光感应区域包括可见光感应部件和接触部件；
[0009]金属互连，位于所述半导体衬底上表面；
[0010]红外感应区域，位于半导体衬底上表面，且具有双层红外感应结构，其包括:
[0011]第一空腔，位于所述半导体衬底上；所述金属互连位于所述第一空腔两侧的所述半导体衬底上表面；
[0012]隔离层，位于所述金属互连外侧的所述半导体衬底表面；
[0013]介质层，位于部分所述金属互连和所述隔离层上；
[0014]接触沟槽结构，位于所述第一空腔两侧的所述金属互连上表面；
[0015]第一红外感应结构，覆盖于所述第一空腔上，所述第一红外感应结构边缘与所述接触沟槽结构相连；所述第一红外感应结构具有第一释放孔；
[0016]第二红外感应结构，位于所述第一红外感应结构之上，且所述第二红外感应结构边缘与所述接触沟槽结构相连；所述第二红外感应结构与所述第一红外感应结构之间构成第二空腔；
[0017]支撑部件，位于所述第二红外感应结构的外围且与所述第二红外感应结构不接触；所述支撑部件的边缘具有支撑孔，所述支撑部件的顶部具有第二释放孔；所述支撑孔底部位于所述接触沟槽结构外侧的所述介质层上；所述支撑部件与所述第二红外感应结构之间具有第三空腔，并且所述第二红外感应结构和所述支撑部件之间具有连通的空隙；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；
[0018]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可见光后，红外光透过所述半导体衬底之后进入所述第一空腔，然后进入所述第一红外感应结构且部分所述红外光被所述第一红外感应结构吸收；未被所述第一红外感应结构吸收的红外光继续穿过所述第二空腔进入所述第二红外感应结构且部分所述红外光被所述第二红外感应结构吸收；未被所述第二红外感应结构吸收的红外光进入所述第三空腔，然后被所述红外反射材料反射回到所述第二红外感应结构，进而被所述红外感应结构吸收。
[0019]优选地，所述第一空腔侧壁表面具有红外反射层，用于增强对红外光的吸收，防止所述红外光入射到所述第一空腔的侧壁内。
[0020]优选地，所述第一红外感应结构的底部与所述接触沟槽结构的顶部相齐平；所述第二红外感应结构边缘底部与所述接触沟槽结构顶部相连，所述第二红外感应结构顶部的下表面高于所述第一红外感应结构上表面；所述第一红外感应结构的上表面与所述第二红外感应结构的侧壁内表面及其顶部之间形成所述第二空腔。
[0021]优选地，所述第一红外感应结构包括第一下释放保护层、第一红外感应部件、第一电极层和第一上释放保护层；所述第二红外感应结构包括第二下释放保护层、第二红外感应部件、第二电极层和第二上释放保护层；所述第一电极层的底部与所述第二电极层的底部相连且均与所述接触沟槽结构相连接。
[0022]优选地，所述第二红外感应结构顶部具有第三释放孔。
[0023]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。
[0024]为了实现上述目的，本发明还提供了一种上述的透射性能增强的双层可见光红外混合成像探测器像元结构的制备方法，其包括:
[0025]步骤01:提供一半导体衬底；并在所述半导体衬底下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；
[0026]步骤02:在所述半导体衬底的上表面形成隔离层，并在所述隔离层中待形成所述第一空腔的区域两侧形成所述金属互连；
[0027]步骤03:在未被所述金属互连填充的所述隔离层的上表面和所述金属互连的上表面形成所述介质层；
[0028]步骤04:去除所述第一空腔区域的所述介质层和所述隔离层，以形成镂空区域；然后，在所述镂空区域中填充第一牺牲层；
[0029]步骤05:在所述第一空腔两侧的所述介质层中形成所述接触沟槽结构；
[0030]步骤06:在所述第一牺牲层和所述接触沟槽结构上形成所述第一红外感应结构；并且，在所述第一红外感应结构中形成所述第一释放孔；
[0031]步骤07:在所述第一红外感应结构上方形成第二牺牲层；并且刻蚀所述第二牺牲层，使所述第二牺牲层的侧壁不超过所述第一红外感应结构的边缘；
[0032]步骤08:在所述第二牺牲层表面形成所述第二红外感应结构；所述第二红外感应结构的边缘与所述接触沟槽结构相连；
[0033]步骤09:在所述介质层和所述第二红外感应结构上形成第三牺牲层；并且图案化所述第三牺牲层，在所述第三牺牲层中形成沟槽；所述沟槽的底部暴露出所述接触沟槽结构外侧的所述介质层的部分表面；
[0034]步骤10:在所述第三牺牲层表面和所述沟槽中沉积一层支撑材料，从而形成所述支撑部件，并且在所述支撑部件顶部形成所述第二释放孔；
[0035]步骤11:通过所述第二红外感应结构与所述支撑部件之间的所述连通的空隙、所述第一释放孔以及所述第二释放孔进行释放工艺，将所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层释放掉，从而分别形成所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔。
[0036]优选地，所述步骤04中，去除所述第一空腔区域的所述介质层和所述隔离层之后，且在填充所述第一牺牲层之前，包括:在所述镂空区域的侧壁表面形成红外反射层。
[0037]优选地，所述第一红外感应结构包括第一下释放保护层、第一红外感应部件、第一电极层和第一上释放保护层；所述第二红外感应结构包括第二下释放保护层、第二红外感应部件、第二电极层和第二上释放保护层；所述步骤07中，所述第一牺牲层的侧壁不超过所述第一电极层的边缘；所述步骤08中，所述第一电极层的底部与所述第二电极层的底部相连且均与所述接触沟槽结构相连接。
[0038]优选地，当所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层的材料均为非晶硅时，采用XeF2作为释放气体，将所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层去除，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；或者当所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层的材料均为氧化硅时，可以采用气态氟化氢作为释放气体，将所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层的材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为氮化硅、或硅；或者当所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层的材料为有机物时，可以采用O2作为释放气体，将全所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以及所述第三牺牲层的材料去除，此时，所述上释放保护层和所述下释放保护层的材料为无机物材料。
[0039]优选地，所述步骤08