底电极红外探测器结构的制作方法

1.本发明涉及红外探测器技术领域，更具体地，涉及一种底电极红外探测器结构及其制作方法。背景技术：2.微电子机械系统(micro‑electro‑mechanical‑systems,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，故其已广泛应用在包括红外探测技术领域的诸多领域。红外探测器是红外探测技术领域中一种具体的微电子机械系统mems产品，其利用敏感材料探测层如非晶硅或氧化钒吸收红外，从而引起其电阻的变化，据此来实现热成像功能。3.传统红外探测器结构使用金属支撑和电连接柱，或者电连接孔侧壁的金属来实现微桥表面器件与底部衬底上的电路相连接，其工艺较复杂，需要分别形成支撑结构和电连接孔，因而成本较高。同时，由于敏感层组成的器件一般是由敏感层上的金属图形定义的，其尺寸均匀性受到光刻及刻蚀等诸多工艺的影响。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种底电极红外探测器结构及其制作方法。5.为实现上述目的，本发明第一方面提供一种底电极红外探测器结构，其特征在于，包括：6.衬底，所述衬底的表面具有介质结构；7.设于所述介质结构内的底电极结构，所述底电极结构包括金属互连层和位于所述金属互连层上的金属通孔，所述金属通孔的顶面与所述介质结构的表面平齐；8.设于所述底电极结构上微桥结构，所述微桥结构包括微桥桥面及支撑结构，所述微桥桥面包括自下而上依次设置的第一红外敏感层和红外保护层，所述支撑结构包括电极柱、自内向外依次包覆所述电极柱侧壁和底部的第一功能层和第二红外敏感层；9.设于所述底电极结构和所述支撑结构之间的反射层，所述反射层设于所述介质结构表面，部分所述反射层位于所述支撑结构的底部且与所述金属互连层相对设置，部分所述反射层位于所述微桥桥面的下方且与所述第一红外敏感层之间形成空腔；其中：10.所述电极柱的顶面和所述第一功能层的顶面平齐，所述第二红外敏感层自所述支撑结构的顶面延伸与所述第一红外敏感层相连，所述红外保护层覆盖所述第一红外敏感层的表面以及所述电极柱的顶面和所述第一功能层的顶面。11.优选地，所述第二红外敏感层通过位于所述支撑结构下方的部分所述反射层与所述底电极结构电连接；所述第一红外敏感层的材料和所述第二红外敏感层的材料相同。12.优选地，所述支撑结构还包括自所述第二红外敏感层向外设置的第二功能层和第三红外敏感层；其中，所述第二功能层的顶面和所述第三红外敏感层的顶面与所述第一红外敏感层的底面相连，所述第三红外敏感层通过位于所述支撑结构下方的部分所述反射层与所述底电极结构电连接。13.本发明第二方面提供一种底电极红外探测器结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：14.提供衬底，在所述衬底表面形成介质结构以及位于所述介质结构内的金属互连层和金属通孔；15.在所述介质结构的表面形成反射层；16.在所述介质结构表面和反射层表面形成牺牲层；17.形成贯穿所述牺牲层的支撑孔；18.在所述牺牲层上和所述支撑孔的侧壁和底部沉积第一红外敏感材料形成初始第一红外敏感层；19.在所述支撑孔的侧壁和底部形成第一功能层和填充所述支撑孔的电极柱；20.图形化所述初始第一红外敏感层，形成位于所述牺牲层上的第一红外敏感层和位于所述支撑孔侧壁和底部的第二红外敏感层；21.在所述第一红外敏感层上形成红外保护层；22.通过释放工艺去除所述牺牲层，在所述底电极结构上形成微桥桥面和支撑结构。23.优选地，在所述支撑孔的侧壁和底部形成第一功能层和填充所述支撑孔的电极柱包括：在所述初始第一红外敏感层表面依次沉积第一功能材料和电极材料，所述电极材料填充所述支撑孔；去除牺牲层上的第一功能材料和电极材料；对所述衬底进行第一退火工艺，所述第一功能材料与位于所述支撑孔侧壁和底部的所述初始第一红外敏感层反应生成所述第一功能层。24.优选地，形成所述初始第一红外敏感层之前，还在所述支撑孔的侧壁和底部依次形成第三红外敏感层和第二功能层。25.优选地，第三红外敏感层和第二功能层的形成工艺包括：在所述牺牲层上和所述支撑孔的侧壁和底部依次沉积第二红外敏感材料和第二功能材料；去除所述牺牲层上的第二红外敏感材料和第二功能材料，形成覆盖所述支撑孔侧壁和底部的第三红外敏感层和位于所述第三红外敏感层上的初始第二功能层；对所述衬底进行第二退火工艺，所述初始第二功能层和所述第三红外敏感层反应形成第二功能层。26.优选地，所述第一功能材料和所述第二功能材料为金属材料，所述金属材料包括锰、钛、锆、钽、钨、钯、铂、钴、镍、钇中的一种或多种组合；所述第一红外敏感材料和所述第二红外敏感材料包括单晶硅、非晶硅、多晶硅或微晶硅中的一种或多种组合；所述电极材料包括tin或pt中的一种或两种组合。27.优选地，所述牺牲层的材料包括非晶碳、有机物、非晶硅中的一种或多种组合。28.优选地，在所述介质结构表面和反射层表面形成牺牲层后，还在所述牺牲层上形成牺牲保护层；通过释放工艺去除所述牺牲层时，还去除所述牺牲保护层。29.从上述技术方案可以看出，本发明提供一种底电极红外探测器结构及其制备，利用第二红外敏感层和第三红外敏感层的导电特性，通过第二红外敏感层或第三红外敏感层与反射层形成欧姆接触，有效提升器件的性能；同时形成第二红外敏感层包裹电极柱的结构，降低寄生电阻，有效地降低工艺复杂性和成本，并提高产品性能，具有显著的意义。附图说明30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。31.图1为是本发明第一较佳实施例的一种底电极红外探测器结构示意图32.图2为是本发明第二较佳实施例的一种底电极红外探测器结构示意图具体实施方式33.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。34.需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。35.在以下本发明的具体实施方式中，请参考图1，图1是本发明第一较佳实施例的一种底电极红外探测器结构示意图。如图1所示，本发明的一种底电极红外探测器，包括：衬底100，所述衬底100的表面具有介质结构111；设于所述介质结构111内的底电极结构110，所述底电极结构110包括金属互连层115和位于所述金属互连层115上的金属通孔112，所述金属通孔112的顶面与所述介质结构111的表面平齐；设于所述底电极结构110上微桥结构，所述微桥结构包括微桥桥面130及支撑结构120；设于所述底电极结构110和所述支撑结构120之间的反射层113，所述反射层113设于所述介质结构111表面，部分所述反射层113位于所述支撑结构120的底部且与所述金属互连层115相对设置，部分所述反射层113位于所述微桥桥面130的下方。牺牲层141以及位于所述牺牲层141上的牺牲保护层142经过释放工艺去除后，位于所述微桥桥面130的下方的部分所述反射层113与所述微桥桥面130之间形成空腔。36.请参考图1，所述微桥桥面130可为多层结构，所述微桥桥面130包括自下而上依次设置有第一红外敏感层131和红外保护层132，。所述支撑结构120也具有多层结构，所述支撑结构120包括电极柱126、自内向外依次包覆所述电极柱126侧壁和底部的第一功能层125和第二红外敏感层124。其中，所述电极柱126的顶面和所述第一功能层125的顶面平齐，所述第二红外敏感层124自所述支撑结构120的顶面延伸与所述第一红外敏感层131相连，所述红外保护层132覆盖所述第一红外敏感层131的表面以及所述电极柱126的顶面和所述第一功能层125的顶面。37.在本实施例中，所述第一红外敏感层131的材料和所述第二红外敏感层124的材料相同，所述第一红外敏感层131可具有图形化的结构。所述微桥桥面130通过所述第一红外敏感层131和所述第二红外敏感层124与反射层113、底电极结构110形成电连接。38.请参考图2，作为一优选的实施方式，为进一步降低寄生电阻，所述支撑结构120还包括自所述第二红外敏感层124向外设置的第二功能层122和第三红外敏感层121；其中，所述第二功能层122的顶面和所述第三红外敏感层121的顶面与所述第一红外敏感层131的底面相连，所述第三红外敏感层131通过位于所述支撑结构120下方的部分所述反射层113与所述底电极结构110电连接。39.以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种底电极红外探测器结构的制作方法进行详细说明。40.请参考图1。本发明的一种底电极红外探测器结构的制作方法，可用于制作上述的底电极红外探测器，并可包括以下步骤：41.提供衬底100，在所述衬底100表面形成介质结构111以及位于所述介质结构111内的金属互连层115和金属通孔112。42.所述介质结构内设有若干通孔，具体来说，所述通孔是通过对介质结构111进行图形化后形成的；进一步地，在本发明的实施例中，衬底100可以是硅衬底，所述金属互连层115可直接形成在所述硅衬底内，然后在所述硅衬底的表面形成介质层，图形化所述介质层后形成所述通孔。通过在所述通孔内填充金属材料形成金属通孔112，用于实现微桥结构130与所述金属互连层115之间的电连接。在图1所示的实施例中，以所述衬底100包括四个金属通孔112为例，但并不限于此，金属通孔112的数量可以根据微桥结构130与与所述金属互连层115之间的电连接需求而定，在此不与赘述。43.接着，在所述介质结构111的表面形成反射层113。44.所述反射层113通过铝、钨和铜等金属材料的淀积，光刻、刻蚀等工艺形成。所述反射层113至少部分覆盖所述金属互连层115，用于通过所述金属通孔112与所述金属互连层115形成电连接，所述反射层113还至少部分位于后续形成的微桥结构130的下方，用于反射所述微桥结构130所吸收的光线，进一步以实现对光线的收集，同时避免对位于所述衬底100内的器件造成光信号的干扰。45.然后，在所述介质结构111表面和反射层113表面形成牺牲层141。46.所述牺牲层141的材料包括非晶碳、有机物、非晶硅中的一种或多种组合。所述牺牲层141用作后续形成的微桥结构130的支撑层，在形成微桥结构130之后，还包括去除所述牺牲层141的步骤。作为一优选的实施方式，选择碳基材料形成牺牲层141可有效提升释放选择比。47.在本实施例中，在所述牺牲层141上还形成牺牲保护层142，在后续通过释放工艺去除所述牺牲层141时，还去除所述牺牲保护层142。48.接着，形成贯穿所述牺牲层141和所述牺牲保护层142的的支撑孔。49.所述支撑孔通过在所述牺牲层上涂布光刻胶，通过光刻工艺定义所述支撑孔的图形和位置，然后刻蚀所述牺牲层形成支撑孔，再去除所述光刻胶。50.然后，在所述牺牲层上和所述支撑孔的侧壁和底部沉积第一红外敏感材料形成初始第一红外敏感层。51.所述初始第一红外敏感层的材料包括单晶硅、非晶硅、多晶硅或微晶硅中的一种或多种组合。所述初始第一红外敏感层的形成工艺包括物理气相沉积或化学气相沉积中的一种。52.在本发明第二较佳实施例的一种底电极红外探测器的制作方法中，先在所述牺牲层上和所述支撑孔的侧壁和底部依次沉积第二红外敏感材料和第二功能材料，然后再沉积第一红外敏感材料形成初始第一红外敏感层，去除所述牺牲层141上的第二红外敏感材料和第二功能材料，形成覆盖所述支撑孔侧壁和底部的第三红外敏感层121和位于所述第三红外敏感层121上的初始第二功能层；所述第二红外敏感材料包括单晶硅、非晶硅、多晶硅或微晶硅中的一种或多种组合，所述第二功能材料包括金属材料，对所述衬底100进行第二退火工艺，所述第二功能材料和所述第二红外敏感材料反应，所述初始第二功能层经过第二退火工艺形成第二功能层122。在本实施例中，第二功能材料为金属材料，所述金属材料包括锰、钛、锆、钽、钨、钯、铂、钴、镍、钇中的一种或多种组合。通过在支撑孔内沉积多层材料，形成自所述支撑孔侧壁由外向内的第三红外敏感层121/金属硅化物层(第二功能层122)/第二红外敏感层124/金属硅化物层(第一功能层125)/电极柱126的复合结构，所述复合结构后续用作支撑结构，在支撑微桥桥面的同时，还能进一步降低寄生电阻。在另一实施例中，所述第一功能材料和所述第二功能材料不同，具体设定视工艺和产品需求而定，在此不做赘述。在本实施例中，所述第二功能层122的顶面与所述第三红外敏感层121的顶面平齐，且与牺牲保护层的底面平齐。53.接着，在所述支撑孔的侧壁和底部依次形成第一功能层125和填充所述支撑孔的电极柱126。54.所述第一功能层125和电极柱126的形成工艺包括：在所述初始第一红外敏感层表面依次沉积第一功能材料和电极材料，所述电极材料填充所述支撑孔，所述第一功能材料和所述第二功能材料相同且均为金属材料，所述金属材料包括锰、钛、锆、钽、钨、钯、铂、钴、镍、钇中的一种或多种组合，所述金属材料通过第一退火工艺与所述初始第一红外敏感层反应生成所述第一功能层125；所述电极材料包括tin或pt中的一种或两种组合，可使用mocvd(metal‑organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺来沉积所述电极材料形成填充所述支撑孔的电极柱126，以增强其在支撑孔侧壁上的台阶覆盖率，同时可增强电连接和支撑效果。然后，去除牺牲层141上的第一功能材料和电极材料，使得后续形成的第一功能层125的顶面、电极柱126的顶面、位于所述牺牲层141上的初始第一红外敏感层的表面平齐；对所述衬底进行第一退火工艺，所述第一功能材料与位于所述支撑孔侧壁和底部的所述初始第一红外敏感层反应生成所述第一功能层125和填充所述支撑孔的电极柱126。55.然后，图形化所述初始第一红外敏感层，形成位于所述牺牲层上的第一红外敏感层131和位于所述支撑孔侧壁和底部的第二红外敏感层124。56.所述第一功能层125的顶面、所述电极柱126的顶面以及位于所述牺牲层141上的所述第一红外敏感层131的表面平齐，在本实施例中，所述第一红外敏感层131的材料与所述第二红外敏感层124的材料相同，且包括单晶硅、非晶硅、多晶硅或微晶硅中的一种或多种组合。所述第一红外敏感层131通过位于所述支撑孔侧壁和底部的所述第二红外敏感层124与位于所述支撑孔底部的反射层113形成电连接。通过所述第二红外敏感层134与反射层113之间形成欧姆接触，且所述第二红外敏感层134包覆所述电极柱126，有效地降低寄生电阻。在另一实施例中，所述第一红外敏感层131的材料与所述第二红外敏感层124的材料不同，通过先在所述支撑孔侧壁和底部形成第二红外敏感层124，然后再在所述牺牲层上形成第一红外敏感层131，所述第一红外敏感层131的材料与所述第二红外敏感层124的材料具体视工艺和器件性能而定，在此不做限定。57.之后，在所述第一红外敏感层131上形成红外保护层132。58.所述红外保护层132通过在所述衬底表面全面沉积红外保护材料，使得所述红外保护材料覆盖所述第一红外敏感层131的表面，并通过光刻工艺和刻蚀工艺形成所述红外保护层132。所述红外保护层132覆盖所述第一红外敏感层131的表面以及所述电极柱126的顶面和所述第一功能层125的顶面，在本实施例中，所述红外保护层132还覆盖所述第一红外敏感层131的侧面。59.最后，通过释放工艺去除所述牺牲层，在所述底电极结构110上形成微桥结构130和支撑结构120。60.本发明第一较佳实施例的一种底电极红外探测器，所述支撑结构120包括电极柱126、自内向外依次包覆所述电极柱126侧壁和底部的第一功能层125和第二红外敏感层124。本发明第二较佳实施例的一种底电极红外探测器，所述支撑结构120包括电极柱126、自内向外依次包覆所述电极柱126侧壁和底部的第一功能层125、第二红外敏感层124、第二功能层122和第三红外敏感层121。61.基于本发明的方法制备的底电极红外探测器结构，利用第二红外敏感层和第三红外敏感层的导电特性，通过第二红外敏感层或第三红外敏感层121与反射层形成欧姆接触，有效提升器件的性能；同时形成第二红外敏感层包裹电极柱的结构，降低寄生电阻，有效地降低工艺复杂性和成本，并提高产品性能，具有显著的意义。62.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。