紅外感測器及其製造方法
2023-05-26 12:21:11
專利名稱：紅外感測器及其製造方法
技術領域：
本發明屬於半導體器件領域，具體地說，涉及一種紅外感測器及其製造方法。
背景技術：
微電子機械系統(MicroElectro Mechanical Systems, MEMS)技術具有微小、智能、可執行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優點，故其已廣泛應用在包括紅外探測技術領域的諸多領域。紅外感測器是紅外探測技術領域中一種具體的微電子機械系統MEMS產品，其利用敏感材料探測層如非晶矽或氧化釩吸收紅外線，從而引起其電阻的變化，據此來實現熱成像功能。圖10為現有技術中的紅外感測器結構示意圖。如圖10所示，現有技術中的紅外
感測器從上到下依次為熱敏層1001、反光板1002，設置有兩個輸出電路引腳1013，每個輸出電路引腳1013上豎直設有一金屬立杆1023，共計兩個金屬立杆1023，在熱敏層1001的一角連接有一金屬立杆1023,由此可見,通過兩個金屬立杆1002形成一微橋結構，從而支撐起整個熱敏層1001。在圖10所示的紅外感測器中，熱敏層1001的敏感材料通常選自非晶矽，或者氧化劑如氧化銀，非晶娃的電阻溫度係數(Temperature Coefficient of Resistance, TCR)為2-3%左右，而氧化釩的電阻溫度係數TCR相對較高，為3-4%，經過工藝集成後，敏感材料的電阻溫度係數TCR進一步變差，使得紅外感測器的靈敏度降低。現有技術中，為了解決電阻溫度係數TCR進一步變差的問題，提高紅外感測器的靈敏度，通常需要通過增大像元面積從而增加熱敏層1001的面積，但是，這種解決方案會導致成本的增加。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種紅外感測器及其製造方法，用以解決現有技術中使用敏感材料來進行紅外探測導致的成本較高。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種紅外感測器，包括
微橋結構單元、設置在所述微橋結構單元上的探測結構單元，所述探測結構單元包括從下到上依次設置在所述微橋結構單元之上的第一釋放保護和第二釋放保護層，以及設置在第一釋放保護層和第二釋放保護層之間的二極體；所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括位於不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層包括對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種紅外感測器的製造方法，包括
在所述微橋結構單元上設置探測結構單元的第一釋放保護；
在第一釋放保護層之上設置二極體，所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層；在所述二極體之上設置第二釋放保護層。與現有的方案相比，通過在微橋結構單元上形成二級管，該二極體中電極層包括的正極和負極位於不同層，利用二極體的閾值電壓在吸收紅外光後下降，使得二極體的開啟較為快速，即以較小的驅動電壓接口開啟二極體，同時獲得較大的二極體輸出電流，從而克服了現有技術中使用敏感材料時增加像元面積來提高靈敏度，導致成本較高的缺陷。
圖I為本發明紅外感測器實施例的立體示意 圖2為本發明紅外感測器實施例一的剖示 圖3為圖2中紅外感測器的簡化等效電路 圖4為本發明紅外感測器實施例二的剖視圖；
圖5為圖4中紅外感測器的簡單等效電路 圖6為本發明紅外感測器實施例三的剖視 圖7為本發明紅外感測器實施例四的剖視 圖8為圖7中電極的電連接的示意 圖9為本發明紅外探測器的製造方法實施例流程示意 圖10為現有技術中的紅外感測器結構示意圖。
具體實施例方式以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。本發明的下述實施例中，通過在微橋結構單元上形成二級管，該二極體中電極層包括的正極和負極位於其包括的半導體層兩側，利用二極體的閾值電壓在吸收紅外光後下降，使得二極體的開啟較為快速，即以較小的驅動電壓接口開啟二極體，同時獲得較大的二極體輸出電流，從而克服了現有技術中使用敏感材料時增加像元面積來提高靈敏度，導致成本較高的缺陷。紅外感測器實施例
圖I為本發明紅外感測器實施例的立體示意圖。如圖I所示，本實施例中的紅外感測器包括微橋結構單元101以及探測結構單元102，探測結構單元設置在微橋結構單元101上，探測結構單元102包括由下到上依次設置的第一釋放保護層112、第二釋放保護層122，以及設置在第一釋放保護層112和第二釋放保護層122之間的二級管(圖中未示出)，該二極體可以根據實際需求設置，比如一個或多個；每個二極體包括電極層(圖中未示出)和半導體層(圖中未示出)，電極層包括不同層的正極和負極(圖中未示出)，每個二極體的所述正極和所述負極之間夾設有所述半導體層，半導體層對應於電極層中正極的正極半導體層和負極的負極半導體層，其中正極和負極的材料為金屬鉭Ta、氮化鉭TaN、鈦Ti、氮化鈦TiN、鋁Al、鎢W之一或者任意幾種的組合。探測結構單元102中第一釋放保護層112、第二釋放保護層122，以及設置在第一釋放保護層112和第二釋放保護層122之間的二極體設置可詳見下述實施例。本實施例中，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，第一釋放保護層和第二釋放保護層的材料為非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽。本實施例中，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為摻有雜質的矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為非化學計量比的摻有雜質的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽，所述雜質包括硼、磷、碳或氟。本實施例中，微橋結構單元101可以包括4個支撐柱111，以形成懸空的熱隔離結構，其中，有2個支撐柱在起支撐作用的同時，分別電連接於所述電極層中的正極和負極，另外剩餘的2個支撐柱僅起到支撐作用。進一步地，為了便於支撐柱111與對應正極和負極的電連接，可在所述第二釋放保護層122上布設輸出引腳121和連接導線131，正極和負極通過對應的輸出引腳121以及連接導線131分別與對應的支撐柱111電連接。進一步地，本實施例中，為了增加紅外光的吸收效率，在探測結構單元102下設置 了一金屬反射層141，使紅外光均勻傳輸，以提高其吸收效率。該金屬反射層103被4個支撐柱111圍設在中間。本領域普通技術人員可以理解，本實施中的微橋結構單元並不局限於上述這種具體的結構，只要能形成這種隔熱結構即可。比如也可以只使用對應於柵極、源極、漏極共計3個支撐柱來形成。另外，支撐柱可以由其他能起支撐和/或電連接的金屬壁代替。圖2為本發明紅外感測器實施例一的剖視圖。如圖2所示，第一釋放保護層201和第二釋放保護層202之間設置一二極體，所述二極體(圖中未示出)包括第一電極層(圖中未不出)和第一半導體層(圖中未不出)，所述第一電極層包括第一正極213、第一負極223,所述第一負極223嵌在所述第一釋放保護層和所述第一半導體層之間，所述第一正極213嵌在所述第一半導體層和所述第二釋放保護層之間，所述第一半導體層包括對應於所述第一正極213設置的第一正極半導體層214、第一負極223的第一負極半導體層224。本實施例中，具體地，所述第一半導體層中，對應所述第一正極213的第一正極半導體層214設置在對應所述第一負極223的半導體層224上，但也不局限於這種具體的方式，只要可以形成PN結即可。本實施例中，所述第一負極223可以設在所述第一負極半導體層224的底部，但也不局限於這種具體的方式。本實施例中，為了增加第一正極213和第二負極223之間形成的PN結面積，所述第一半導體層中對應於所述第一正極213的第一正極半導體層214與對應所述第一負極223的第一半導體層224相互之間內嵌，比如如圖2所示，當所述第一半導體層中對應於所述第一正極213的第一正極半導體層214設置在對應所述第一負極223第一負極的半導體層224之上時，相互之間以凹凸形狀的形式內嵌，當然，對於本領域普通技術人員來所，也可以有其他內嵌的方式，在此不再贅述。本實施例中，所述第一半導體層中對應於所述第一正極213的第一正極半導體層214、第一負極223的第一負極半導體層224的材料可以分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料，或者，所述第一半導體層中對應於所述第一正極213的第一正極半導體層214、第一負極223的第一負極半導體層224的材料可以分別為N型非晶娃材料、P型非晶娃材料。圖3為圖2中紅外感測器的簡單等效電路圖。如圖3所示，如圖3所示，當有紅外光照射時，二極體203吸收紅外導致溫度上升，從而導致第一正極213的閾值電壓Vt下降，從而導致第一負極223的漏極電流Id上升，因此，只要適當調節第一正極213實際加載的驅動電壓在一定區域時，即能能帶來較大的負極電流Id變化。由此可見，由於二極體203吸收紅外後會導致第一正極213的閾值電壓Vt下降，並最終引起第一負極223的電流Id呈上升變化的趨勢。從而使得在第一正極213加載較小的驅動電壓即可使二極體203導通，從而獲得成上升變化的負極電流Id，以較為靈敏的測量紅外光，與現有技術中如果要提高紅外感測器的靈敏度必須要增大熱敏層面積的解決方案相比,成本較低。圖4為本發明紅外探測器實施例二的剖視圖。如圖4所示，本實施例中，在圖2所示的基礎上又增加了一個二極體，從而形成兩個二極體。增加的二極體(圖中未示出)中第二電極層(圖中未示出)和第二半導體層(圖中未示出)位於第一釋放保護層301和第二釋放保護層302之間，所述第二電極層包括第二正極315和第二負極325，所述第二半導體層包括對應所述第二正極315的第二正極半導體層316和對應所述第二負極325的第二負極半導體層326，所述第二正極315嵌在在第二半導體層中第二正極半導體層316和所述第二釋放保護層302之間，所述第二負極325設置在第二半導體中對應的第二負極半導體 層326中，所述第二負極半導體層326位於所述第一正極半導體層314和所述第二正極半導體層316之間。所述第二半導體層中所述第二正極半導體層316設置在所述第二負極半導體層326之上。所述第二半導體層中所述第二負極半導體層326設置在所述第一正極半導體層314之上、所述第二正極半導體層316之下。所述第一正極313之上還設置有第一正極輔助半導體層334，以與所述第一正極半導體層314包覆所述第一正極313。本實施例中，具體地，所述第二半導體層中對應所述第二正極315的第二正極半導體層316設置在對應所述第二負極325的第二負極半導體層326上。與上述實施例相同，為了增加兩個電極之間PN結的面積，所述第二半導體層中，對應所述第二正極315的第二正極半導體層316與對應所述第二負極325的第二負極半導體層326相互之間內嵌，具體如何內嵌可以有多種方式，比如以凹凸形狀相互內嵌等。所述第二半導體層中所述第二負極半導體層326與所述第一正極輔助半導體層334相互之間內嵌，具體地，可以以凹凸形狀相互內嵌。本實施例中，具體地，所述第二半導體層中對應所述第二負極325的第二負極半導體層326設置在所述第一正極313在所述第一半導體中對應的第一正極半導體層314之上、第二正極半導體層316之下。具體地，所述第二半導體層中對應所述第二負極325的第二負極半導體層326與所述第一正極313在所述第一半導體中對應的第一正極半導體層314相互之間內嵌。具體如何內嵌可以有多種方式，比如所述第二半導體層中對應所述第二負極325的第二負極半導體層326同時以凹凸形狀與所述第一半導體中對應的第一負極半導體層314和所述第二半導體層中對應所述第二正極315的第二正極半導體層316內嵌等。所述第一半導體中對應的半導體層314以凹凸的形狀同時與所述第二半導體層中對應所述第二負極325的半導體層326、第一半導體中對應的半導體層324內嵌等。本實施例中，進一步地，在上述實施例中，第一正極和第二正極在第一半導體層和第二半導體層中對應的半導體層可以採用同一種非晶矽材料，所述第二半導體層中對應所述第二正極315的第二正極半導體層316與對應所述第二負極325的第二負極半導體層326的材料可以分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料，或者，所述第二半導體層中對應所述第二正極315的第二正極半導體層316與對應所述第二負極325的第二負極半導體層326的材料可以分別為N型非晶矽材料、P型非晶矽材料。圖5為圖4中紅外感測器的簡單等效電路圖。如圖5所示，圖4中紅外感測器實際上可等效為二極體303、二極體304的並聯，每個二極體各自有各自的電極層和半導體層。以二極體303所示，來進行紅外感測原理解釋。對於其中一個二極體303來說，當有紅外光照射時，二極體303吸收紅外導致溫度上升，從而導致第一正極313的閾值電壓Vt下降，從而導致第一負極323的漏極電流Id上升，因此，只要適當調節第一正極313實際加載的驅動電壓在一定區域時，即能能帶來較大的負極電流Id變化。二極體305中第一正極315和第二負極325受紅外光照射原理同二極體303，在此不再贅述。圖6為本發明紅外感測器實施例三的剖視圖。如圖6所示，在第一釋放保護層401和第二釋放保護層402之間再增加第二電極層和第二半導體層(圖中未示出)，以形成另一二極體；所述第二電極層包括第二正極415，所述第二半導體層包括對應所述第一負 極423的第一負極輔助半導體層424和對應所述第二正極415的第二正極半導體層416，所述第二正極415嵌在所述第二半導體層中對應的第二正極半導體層416和所述第一釋放保護層401之間，所述第二半導體層中對應所述第一負極423的第一負極半導體層424設置在所述第二半導體層中對應所述第二正極415的第二正極半導體層416之上、第一正極半導體層414之下。上述結構實際上構成了兩個二極體，這兩個二極體之間共享第一負極423，不同的是各自設置有各自的第一正極413和第二正極415。本實施例中，所述第一負極半導體層424之下、第二正極半導體層416之上設置有第一負極輔助半導體層424。本實施例中，所述第二半導體層中對應所述第二正極415的第二正極半導體層416與所述第一半導體層中對應所述第一負極423的第一負極輔助半導體層424相互之間內嵌，比如，當第二半導體層包括對應所述第二正極415的第二正極半導體層416與所述第一半導體層中對應所述第一負極423的第一負極輔助半導體層424之下時，採用凹凸形狀實現相互之間內嵌，以增加PN結面積。本實施例中，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層416的材料與第一半導體層中第一正極半導體層414的材料對應設置，即採用相同的半導體材料，所述第二半導體層中對應所述第二正極415的第二正極半導體層416的材料可以為P型非晶矽材料；或者，所述第二半導體層中對應所述第二正極415的第二正極半導體層416的材料可以為N型非晶矽材料。圖7為本發明紅外感測器實施例四的剖視圖。如圖7所示，在第一釋放保護層501和第二釋放保護層502之間增加第二電極層和第二半導體層(圖中未示出)，以形成另一二極體，所述第二電極層包括第二負極525，所述第二半導體層包括對應所述第一正極513的第一正極輔助半導體層517和對應所述第二負極525的第二負極半導體層516，所述第二半導體層中對應所述第一正極513的半導體層517設置在所述第二半導體層中對應所述第二負極525的第二負極半導體層516之下、第一正極半導體層514之上,所述第二負極525設置在其在第二半導體層中對應的第二負極半導體層516和所述第二釋放保護層502之間。本實施例中，相當於兩個二極體，共享正極，但各自有各自的負極。本實施例中，為了降低工藝成本，所述第二半導體層中對應所述第一正極513的第一正極輔助半導體層517與所述第一半導體層中對應所述第一正極513的第一正極半導體層514共享，從而可以兩層半導體層相接形成。另外，所述第二半導體層中對應所述第一正極513的第一正極輔助半導體層517與所述第一半導體層中對應所述第一正極513的第一正極半導體層514也可以單獨設置，以分離形成。當多個/層器件(以PN結為例)的半導體層相接時，相當於在多個PN結通過半導體層相連形成串/並連結構，而共享電極時，則通過電極相連形成PN結的並聯結構；分離時，由於共享電極或設置電極連接關係，相當於通過電極相連形成PN結的並聯結構。本實施例中，為了增加PN結面積，所述第一半導體層中對應所述第一正極513的第一正極半導體層514與所述第二半導體層中對應所述第二負極525的第二負極半導體層516相互之間內嵌。內嵌的方式可參見上述實施例，在此不再贅述。所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層517與所述第二半導體層中所述第二負極半導體層516相互之間可以內嵌相接，具體地，可以以凹凸形狀相互之間內嵌相接。·
本實施例中，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層517、第二負極半導體層516的材料分別與所述第一半導體層中第一正極半導體層514、第一負極半導體層524的材料對應，所述第二半導體層中對應所述第一正極513的第一正極輔助半導體層517、第二負極525的第二負極半導體層516的材料可以分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料；或者，所述第二半導體層中對應所述第一正極513的第一正極輔助半導體層517、第二負極525的第二負極半導體層516的材料也可以分別為N型非晶矽材料、P型非晶矽材料。圖8為圖7中電極的電連接示意圖。如圖8所示，第一負極523和第二負極525可以通過導電通孔電連接。在另外一實施例中，也可以通過沉積金屬的溝槽進行電連接。可理解的，在上述實施例中，可參見圖8所示，所述第一正極、第一負極通過導電通孔或者沉積金屬的溝槽分別與對應的第二正極、第二負極電連接。在此不再贅述，
上述圖6-圖8中紅外感測器的電路圖可等效為兩個二極體，因此，參照圖5所示實施例的原理相同，在此不再贅述。在上述實施例中，還包括設置在所述第一釋放保護層和第二釋放保護層之間的功能輔助層。具體的，在不影響紅外感測器電連接的前提下，可靈活設置功能輔助層，比如，在第二釋放保護層和第一半導體層之間設置功能輔助層，或者，在第一釋放保護層和第一電極層之間設置功能輔助層等。具體地，所述功能輔助層可以包括支撐層、應力平衡層或者紅外吸收層。具體地，所述功能輔助層的材料為矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述功能輔助層的材料為非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽；或者，所述功能輔助層的材料為摻有雜質的矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述功能輔助層的材料為摻雜質的非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽，所述雜質包括硼、磷、碳或氟。紅外感測器的製造方法
圖9為本發明紅外探測器的製造方法實施例流程示意圖。如圖9所示，該紅外感測器的製造方法，包括
步驟901、在所述微橋結構單元上設置探測結構單元的第一釋放保護；
步驟902、在第一釋放保護層之上設置二極體，所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層；
步驟903、在所述二極體之上設置第二釋放保護層。 本實施例中，步驟902可以包括
在所述第一釋放保護層之上設置第一電極層中的第一負極；
在第一電極層中第一負極之上設置其在第一半導體層中對應的第一負極半導體層；根據所述第一半導體層中對應所述第一負極的第一負極半導體層設置第一半導體層中的第一正極半導體層，具體地，以相互之間內嵌的方式設置所述第一半導體層中的第一正極半導體層與所述第一負極半導體層；
在第一半導體層中所述第一正極半導體層之上設置第一電極層中的第一正極。
在另外一實施例中，可以在步驟902中的根據所述第一半導體層中對應所述第一負極的第一負極半導體層設置第一半導體層中的第一正極半導體層之後，還可以包括
在第一半導體層中的第一正極半導體層之上設置第二半導體層中的第二負極半導體層，所述第二負極半導體層嵌有第二電極層中的第二負極；
根據第二半導體層中所述第二負極半導體層設置第二半導體層中的第二正極半導體層，並在所述第二正極半導體層之上設置二電極層中的第二負極，具體地，以相互之間內嵌的方式設置第二半導體層中的所述第二負極半導體層與第二半導體層中的第二正極半導體層。在另外一實施例中，在步驟902中的在第一電極層中第一負極之上設置其在第一半導體層中對應的第一負極半導體層之上之前還可以包括
在所述第一釋放保護層之上設置第二電極層的第二正極；
在所述第二正極之上設置所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體
層；
根據所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層設置第二半導體層中對應所述第一負極的第一負極輔助半導體層，具體地，第二正極半導體層與第一負極輔助半導體層相互之間內嵌相接。在另外一實施例中，在步驟902中的在第一半導體層中所述第一正極半導體層之上設置第一電極層中的第一正極之後還可以包括
在所述第一正極之上設置第二半導體層中對應所述第一正極的第一正極輔助半導體
層；
根據第二半導體層中對應所述第一正極的第一正極輔助半導體層設置第二半導體層中的第二負極半導體層，具體地，第一正極輔助半導體層與所述第二負極半導體層相互之間內嵌相接；
在第二半導體層中所述第二負極半導體層之上設置第二負極。上述實施例中的製造方法，在形成半導體層如第一半導體層或者第二半導體層時，其製造工藝為CVD技術，通過SiH4氣體分解形成非晶矽，通過B2H6等摻雜氣體的CVD技術的in-situ摻雜來實現，或者製造工藝為CVD技術，通過SiH4氣體分解形成非晶矽，通過PH3等摻雜氣體的CVD技術的in-situ摻雜來實現。在形成電極層中電極如正極或負極時，是通過電極材料的沉積和圖形化來實現的。另外，還可以在去除半導體層和電極層如正極和負極上的氧化物，比如利用H2反應。上述實施例中的製造方法，還可以包括通過導電通孔或者沉積金屬的溝槽使所述第一正極、第一負極分別與對應的第二正極 、第二負極電連接。該步驟可以根據工藝需要，在形成第一正極和第一負極之後就執行，或者，在形成第一正極、第一負極、第二正極、第二負極之後在執行。在上述實施例中的製造方法，所述微橋結構單元包括分別電連接於所述電極層中的正極、負極的支撐柱。據此，上述製造方法還可以包括首先在所述第二釋放保護層上布設輸出引腳和連接導線；其次通過對應的所述輸出引腳以及連接導線所述正極、負極分別與對應的所述支撐柱電連接。該步驟可以在形成微橋結構單元之後執行，也可以根據工藝需求，在形成探測單元結構之後執行。上述實施例中的製造方法，還可以包括在所述探測結構單元下方設置金屬反射層。根據工藝要求，該步驟可以在形成微橋結構單元之後執行，也可以在形成探測結構單元之後執行。上述實施例中的製造方法，還可以包括在所述第一釋放保護層和第二釋放保護層之間設置功能輔助層。根據工藝要求，該步驟可以在形成電極層之後執行，或者在形成半導體層之後執行，只要不破壞紅外探測裝置的電氣連接即可。所述功能輔助層可以包括支撐層、應力平衡層或者紅外吸收層。上述說明示出並描述了本發明的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本發明並非局限於本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用於各種其他組合、修改和環境，並能夠在本文所述發明構想範圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和範圍，則都應在本發明所附權利要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種紅外感測器，其特徵在於，包括微橋結構單元、設置在所述微橋結構單元上的探測結構單元，所述探測結構單元包括從下到上依次設置在所述微橋結構單元之上的第一釋放保護和第二釋放保護層，以及設置在第一釋放保護層和第二釋放保護層之間的二極體；所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括位於不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層包括對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層。
2.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，所述二極體包括第一電極層和第一半導體層，所述第一電極層包括第一正極、第一負極，所述第一負極嵌在所述第一釋放保護層和所述第一半導體層之間，所述第一正極嵌在所述第一半導體層和所述第二釋放保護層之間，所述第一半導體層包括對應於所述第一正極的第一正極半導體層、第一負極的第一負極半導體層。
3.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一負極設在所述第一負極半導體層底部。
4.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一半導體層中所述第一正極半導體層設置在所述第一負極的半導體層上。
5.根據權利要求4所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一半導體層中所述第一正極半導體層與所述第一負極半導體層相互之間內嵌相接。
6.根據權利要求5所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一半導體層中所述第一正極半導體層與所述第一負極半導體層相互之間以凹凸形狀內嵌相接。
7.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一半導體層中所述第一正極半導體層、第一負極半導體層的材料分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料，或者，所述第一半導體層中所述第一正極半導體層、第一負極半導體層的材料分別為N型非晶娃材料、P型非晶矽材料。
8.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，還包括第二電極層和第二半導體層，以形成另一二極體，所述第二電極層包括第二正極和第二負極，所述第二半導體層包括對應所述第二正極的第二正極半導體層和對應所述第二負極的第二負極半導體層，所述第二正極嵌在所述第二正極半導體層和所述第二釋放保護層之間，所述第二負極設置在所述第二半導體層的第二負極半導體層中，所述第二負極半導體層位於所述第一正極半導體層和所述第二正極半導體層之間。
9.根據權利要求8所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一正極之上還設置有第一正極輔助半導體層，以與所述第一正極半導體層包覆所述第一正極。
10.根據權利要求8所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層設置在所述第二負極半導體層之上。
11.根據權利要求10所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二負極半導體層設置在所述第一正極半導體層之上、所述第二正極半導體層之下。
12.根據權利要求11所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層與所述第二負極半導體層相互之間內嵌相接。
13.根據權利要求12所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層與所述第二負極半導體層相互之間以凹凸形狀內嵌相接。
14.根據權利要求8所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二負極半導體層與所述第一正極輔助半導體層相互之間內嵌。
15.根據權利要求14所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二負極半導體層與所述第一正極輔助半導體層相互之間以凹凸形狀內嵌相接。
16.根據權利要求8所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層、所述第二負極半導體層的材料與所述第一半導體層中所述第一正極半導體層、所述第一負極半導體層的材料對應，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層、所述第二負極半導體層的材料分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料，或者，所述第一半導體層中所述第二正極半導體層、第二負極半導體層的材料分別為N型非晶矽材料、P型非晶矽材料。
17.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，還包括第二電極層和第二半導體層，設置在所述第一負極和所述第一釋放保護層之間，以形成另一二極體；所述第二電極層包括第二正極，所述第二半導體層包括對應所述第一負極的第一負極輔助半導體層和對應所述第二正極的第二正極半導體層，所述第二正極嵌在所述第二半導體層中第二正極半導體層和所述第一釋放保護層之間，所述第二半導體層中所述第一負極輔助半導體層設置在所述第二半導體層中所述第二正極半導體層之上、第一正極半導體層之下。
18.根據權利要求17所述的紅外感測器，其特徵在於，在所述第一負極半導體層之下、第二正極半導體層之上設置有所述第一負極輔助半導體層。
19.根據權利要求18所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層與所述第一負極輔助半導體層相互之間內嵌相接。
20.根據權利要求19所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層與所述第一負極輔助半導體層相互之間以凹凸形狀內嵌相接。
21.根據權利要求17所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層的材料與第一半導體層中第一正極半導體層的材料對應設置，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層的材料為P型非晶矽材料；或者，所述第二半導體層中所述第二正極半導體層的材料為N型非晶矽材料。
22.根據權利要求2所述的紅外感測器，其特徵在於，還包括第二電極層和第二半導體層，以形成另一二極體，所述第二電極層包括第二負極，所述第二半導體層包括對應所述第一正極的第一正極輔助半導體層和對應所述第二負極的第二負極半導體層，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層設置在所述第二半導體層中所述第二負極半導體層之下、第一正極半導體層之上，所述第二負極設置在所述第二半導體層中第二負極半導體層和所述第二釋放保護層之間。
23.根據權利要求22所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層與所述第一半導體層中所述第一正極半導體層相接或分離。
24.根據權利要求23所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層與所述第二半導體層中所述第二負極半導體層相互之間內嵌相接。
25.根據權利要求24所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層與所述第二半導體層中所述第二負極半導體層相互之間以凹凸形狀內嵌相接。
26.根據權利要求22所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層、第二負極半導體層的材料分別與所述第一半導體層中第一正極半導體層、第一負極半導體層的材料對應，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層、第二負極半導體層的材料分別為P型非晶矽材料、N型非晶矽材料；或者，所述第二半導體層中所述第一正極輔助半導體層、第二負極半導體層的材料分別為N型非晶矽材料、P型非晶矽材料。
27.根據權利要求8或17或22所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一正極、第一負極通過導電通孔或者沉積金屬的溝槽分別與對應的第二正極、第二負極電連接。
28.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，所述微橋結構單元包括支撐柱，通過支撐柱電連接於所述電極層中的正極、負極。
29.根據權利要求28所述的紅外感測器，其特徵在於，在所述第二釋放保護層上布設輸出引腳和連接導線，所述正極、負極通過對應的所述輸出引腳以及連接導線分別與對應的所述支撐柱電連接。
30.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，還包括設置在所述探測結構單元下方的金屬反射層。
31.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，所述正極和負極的材料為金屬鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鋁、鎢之一或者任意幾種的組合。
32.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，第一釋放保護層和第二釋放保護層的材料為非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽。
33.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為摻有雜質的矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述第一釋放保護層和所述第二釋放保護層的材料為非化學計量比的摻有雜質的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽，所述雜質包括硼、磷、碳或氟。
34.根據權利要求I所述的紅外感測器，其特徵在於，還包括設置在所述第一釋放保護層和第二釋放保護層之間的功能輔助層。
35.根據權利要求34所述的紅外感測器，其特徵在於，所述功能輔助層包括支撐層、應力平衡層或者紅外吸收層。
36.根據權利要求34所述的紅外感測器，其特徵在於，所述功能輔助層的材料為矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述功能輔助層的材料為非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽。
37.根據權利要求34所述的紅外感測器，其特徵在於，所述功能輔助層的材料為摻有雜質的矽、二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽或者碳化矽；或者，所述功能輔助層的材料為摻雜質的非化學計量比的二氧化矽、氮氧化矽、氮化矽、碳化矽、富矽氮化矽或富矽碳化矽，所述雜質包括硼、磷、碳或氟。
38.一種紅外感測器的製造方法，其特徵在於，包括 在所述微橋結構單元上設置探測結構單元的第一釋放保護；在第一釋放保護層之上設置二極體，所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層； 在所述二極體之上設置第二釋放保護層。
39.根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，在第一釋放保護層之上設置二極體包括 在所述第一釋放保護層之上設置第一電極層中的第一負極； 在第一電極層中第一負極之上設置其在第一半導體層中對應的第一負極半導體層；根據所述第一半導體層中對應所述第一負極的第一負極半導體層設置第一半導體層中的第一正極半導體層； 在第一半導體層中所述第一正極半導體層之上設置第一電極層中的第一正極。
40.根據權利要求39所述的紅外感測器，其特徵在於，根據所述第一半導體層中對應所述第一負極的第一負極半導體層設置第一半導體層中的第一正極半導體層包括以相互之間內嵌的方式設置所述第一半導體層中的第一正極半導體層與所述第一負極半導體層。
41.根據權利要求39所述的方法，其特徵在於，根據所述第一半導體層中對應所述第一負極的第一負極半導體層設置第一半導體層中的第一正極半導體層之後還包括 在第一半導體層中的第一正極半導體層之上設置第二半導體層中的第二負極半導體層，所述第二負極半導體層嵌有第二電極層中的第二負極； 根據第二半導體層中所述第二負極半導體層設置第二半導體層中的第二正極半導體層，並在所述第二正極半導體層之上設置二電極層中的第二負極。
42.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於，根據第二半導體層中所述第二負極半導體層，設置第二半導體層中的第二正極半導體層包括以相互之間內嵌的方式設置第二半導體層中的所述第二負極半導體層與第二半導體層中的第二正極半導體層。
43.根據權利要求41所述的方法，其特徵在於，在第一半導體層中的第一正極半導體層之上設置第二半導體層中的第二負極半導體層包括以相互之間內嵌的方式設置第一半導體層中的第一正極半導體層與第二半導體層中的第二負極半導體層。
44.根據權利要求39所述的方法，其特徵在於，在第一電極層中第一負極之上設置其在第一半導體層中對應的第一負極半導體層之上之前包括 在所述第一釋放保護層之上設置第二電極層的第二正極； 在所述第二正極之上設置所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層； 根據所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層設置第二半導體層中對應所述第一負極的第一負極輔助半導體層。
45.根據權利要求44所述的方法，其特徵在於，所述第二半導體層中對應所述第二正極的第二正極半導體層與對應所述第一負極的第一負極輔助半導體層相互之間內嵌相接。
46.根據權利要求39所述的方法，其特徵在於，在第一半導體層中所述第一正極半導體層之上設置第一電極層中的第一正極之後還包括 在所述第一正極之上設置第二半導體層中對應所述第一正極的第一正極輔助半導體層；根據第二半導體層中對應所述第一正極的第一正極輔助半導體層設置第二半導體層中的第二負極半導體層； 在第二半導體層中所述第二負極半導體層之上設置第二負極。
47.根據權利要求46所述的方法，其特徵在於，所述第二半導體層中對應所述第一正極的第一正極輔助半導體層與所述第二半導體層中對應所述第二負極的第二負極半導體層相互之間內嵌相接。
48.根據權利要求41或44或46所述的製造方法，其特徵在於，還包括 通過導電通孔或者沉積金屬的溝槽使所述第一正極、第一負極分別與對應的第二正極、第二負極電連接。
49.根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，所述微橋結構單元包括分別電連接於所述電極層中的正極、負極的支撐柱。
50.根據權利要求49所述的方法，其特徵在於，還包括 在所述第二釋放保護層上布設輸出引腳和連接導線； 通過對應的所述輸出引腳以及連接導線所述正極、負極分別與對應的所述支撐柱電連接。
51.根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，還包括在所述探測結構單元下方設置金屬反射層。
52.根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，還包括在所述第一釋放保護層和第二釋放保護層之間設置功能輔助層。
53.根據權利要求52所述的方法，其特徵在於，所述功能輔助層包括支撐層、應力平衡層或者紅外吸收層。
54.根據權利要求38至53任意所述的方法，其特徵在於，還包括去除所述電極層中正極和/或負極上的氧化物。
全文摘要
本發明公開了一種紅外感測器及其製造方法，屬於半導體器件領域。紅外感測器包括微橋結構單元、設置在所述微橋結構單元上的探測結構單元，所述探測結構單元包括從下到上依次設置在所述微橋結構單元之上的第一釋放保護和第二釋放保護層，以及設置在第一釋放保護層和第二釋放保護層之間的二極體；所述二極體包括電極層和半導體層，所述電極層包括位於不同層的正極、負極，所述半導體層夾設在所述正極和所述負極之間，所述半導體層包括對應於所述電極層中正極的正極半導體層、對應於所述電極層中負極的負極半導體層。本發明解決了現有技術紅使用敏感材料來進行紅外探測導致的成本較高。
文檔編號H01L31/101GK102881760SQ20121037976
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者康曉旭 申請人:上海集成電路研發中心有限公司