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_2

文档序号:9454575阅读:来源:国知局
中,还包括:在所述第二红外感应结构顶部形成第三释放孔;所述步骤11中,所述释放孔工艺的进行还包括通过所述第三释放孔。
[0040]优选地,所述步骤05中包括:采用光刻和刻蚀工艺形成所述接触沟槽结构的图案,然后,在所述接触沟槽结构的图案中填充导电金属。
[0041]本发明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及其制备方法,将可见光感应区域和红外感应区域集成在芯片中,巧妙的利用晶圆作为光过滤层,无需另外设置光过滤层,并且,所采用的双红外感应结构中,第一红外感应结构下方设置了空腔,上述两种结构使得形成的器件在垂直方向上的高度降低,从而减小了器件的体积、减少了工艺步骤和节约了成本,使可见光红外混合成像微型化、芯片化成为可能;此外,在晶圆中形成空腔,可以减少光在较长路径传播过程中的损失,提高了透射率,从而提高了器件的混合成像质量;而且,在半导体衬底上形成双红外感应结构,可以增加对红外光的吸收率,进一步提尚混合成像质量。
【附图说明】
[0042]图1为本发明的一个较佳实施例的双层可见光红外混合成像探测器像元结构的横截面结构示意图
[0043]图2为本发明的另一个较佳实施例的双层可见光红外混合成像探测器像元结构的横截面结构示意图
[0044]图3为本发明的一个较佳实施例的双层可见光红外混合成像探测器像元结构的制作方法的流程示意图
【具体实施方式】
[0045]为使本发明的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0046]本发明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,包括:作为可见光过滤层的半导体衬底;位于半导体衬底下表面的可见光感应区域,所述可见光感应区域包括可见光感应部件和引出极;金属互连以及位于半导体衬底上表面的红外感应区域;红外感应区域包括双红外感应结构;红外感应区域具体包括:第一红外感应结构、第二红外感应结构、接触沟槽结构、支撑部件、介质层;第一红外感应结构位于第一空腔上;第一红外感应结构与第二红外感应结构都与接触沟槽结构相连,接触沟槽结构与金属互连相连,通过接触沟槽结构将第一红外感应结构和第二红外感应结构所形成的电信号传输到金属互连;第一红外感应结构下方的半导体衬底中具有第一空腔,第二红外感应结构与第一红外感应结构之间具有第二空腔;支撑部件与第二红外感应结构之间具有第三空腔;第一红外感应结构中具有第一释放孔;或者第一红外感应结构与第一红外感应结构下方的介质层中具有第一释放孔;支撑部件顶部具有第二释放孔。支撑部件内表面具有红外反射材料或者支撑部件的材料为红外反射材料。
[0047]本发明中,在第一空腔的侧壁表面还可以具有红外反射层,用于增强对红外光的吸收,防止红外光入射到第一空腔的侧壁内造成侧壁材料的损失。
[0048]探测时,可见光和红外光从半导体衬底下表面射入,通过所述可见光感应区域,部分可见光被可见光感应部件吸收;经半导体衬底过滤掉可见光后,红外光透过半导体衬底之后进入所述第一空腔,然后进入第一红外感应结构且部分红外光被第一红外感应结构吸收;未被第一红外感应结构吸收的红外光继续穿过第二空腔进入第二红外感应结构且部分红外光被第二红外感应结构吸收;未被第二红外感应结构吸收的红外光进入第三空腔,然后被红外反射材料反射回到第二红外感应结构,进而被红外感应结构吸收。
[0049]需要注意的是,半导体衬底可以为具有前道器件、前道互连和后道互连的半导体衬底,半导体衬底的材料可以为硅或者锗硅,只要是能够吸收可见光的材料均可应用于本发明中的半导体衬底中,这样可以提高探测精度和成像质量。
[0050]第一空腔可以避免红外光在传播过程中的损失,并且将第一红外感应结构和半导体衬底隔离开来,减少第一红外感应结构的热损失而起到热隔离作用;第二空腔可以避免红外光在传播过程中的损失,并且将第二红外感应结构和第一红外感应结构以及半导体衬底隔离开来,进一步减少第二红外感应结构的热损失而起到热隔离作用;第三空腔用作谐振腔。
[0051]以下结合附图1-2和具体实施例对本发明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及其制备方法作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例,且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0052]请参阅图1,在本发明的一个实施例中,箭头方向表示光线射入方向,双层可见光红外混合成像探测器像元结构,包括:
[0053]—硅衬底100,作为可见光过滤层;硅衬底100中具有前道器件102 ;
[0054]可见光感应区域,位于娃衬底100下表面,可见光感应区域包括可见光感应部件101和将可见光感应部件101所形成的电信号输出的接触孔109 ;接触孔109作为引出极;可见光感应部件可以为PN结,利用光电转换原理,来形成对可见光的感应;
[0055]后道金属互连103,后道金属互连103位于第一空腔111两侧的硅衬底100上表面;在后道金属互连103下方连接有前道器件102 ;这里,在后道金属互连103外侧还具有隔离层114,用于相邻的金属互连之间的隔离。
[0056]红外感应区域,位于硅衬底100上表面,包括:
[0057]第一空腔111,其底部位于部分硅衬底100上表面,也即是第一空腔111的底部与后道金属互连103的底部齐平;
[0058]介质层104,位于第一空腔111两侧的部分后道金属互连103和隔离层114上;
[0059]接触沟槽结构110,位于一空腔111两侧的部分后道金属互连103上表面;
[0060]第一红外感应结构,覆盖于第一空腔111上,第一红外感应结构边缘与接触沟槽结构110相连;第一红外感应结构具有第一释放孔Kl ;
[0061]第二红外感应结构,位于第一红外感应结构之上,且第二红外感应结构边缘与接触沟槽结构I1相连;第二红外感应结构与第一红外感应结构之间构成第二空腔112 ;
[0062]其中,第一红外感应结构的底部与接触沟槽结构110的顶部相齐平;第二红外感应结构边缘底部与接触沟槽结构110顶部相连,第二红外感应结构顶部的下表面高于第一红外感应结构上表面;第一红外感应结构的上表面与第二红外感应结构的侧壁内表面及其顶部之间形成第二空腔112。第一红外感应结构包括第一下释放保护层105、第一红外感应部件106、第一电极层107和第一上释放保护层108 ;第二红外感应结构包括第二下释放保护层105’、第二红外感应部件106’、第二电极层107’和第二上释放保护层108’ ;第一电极层107的底部与第二电极层107’的底部相连且均与接触沟槽结构110相连接。
[0063]具体的,第一红外感应结构的第一下释放保护层105、第一红外感应部件106、第一电极层107和第一上释放保护层108构成具有凹凸起伏表面的第一微桥结构,第一上释放保护层108和第一下释放保护层105将第一红外感应部件106和第一电极层107包覆在其中;本实施例中,第一下释放保护层105的整个底部与接触沟槽结构110的顶部齐平;第一微桥结构直接搭接在硅晶圆100上表面,而无需在第一微桥结构边缘设置支撑孔用于支撑第一微桥结构;具体的,第一红外感应部件106的整个底部具有第一下释放保护层105 ;第一释放孔Kl穿透第一上释放保护层108、第一电极层107、第一红外感应部件106和第一下释放保护层105 ;第一红外感应部件106,位于可见光感应区域的上方;第一电极层107,位于第一红外感应部件106上,用于输出第一红外感应部件106产生的电信号;第一电极层107的边缘超出第一红外感应部件106的边缘;第一上释放保护层108,覆盖第一电极层107表面并填充于第一电极层107的图案间距中,第一电极层107的图案间距中的第一上释放保护层108的底部与第一红外感应部件106的顶部接触;其中,第一上释放保护层108与第一红外感应部件106两者相接触的部分以及该接触部分下方的第一下释放保护层105中具有第一释放孔Kl ;并且,第一释放孔Kl下方的硅衬底100中具有第一空腔111。
[0064]第二红外感应结构的第二下释放保护层106’、第二红外感应部件107’、第二电极层108’和第二
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