一种基于CMOS工艺的红外探测器像元和红外探测器的制作方法

一种基于cmos工艺的红外探测器像元和红外探测器
技术领域
1.本公开涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种基于cmos工艺的红外探测器像元和红外探测器。


背景技术：

2.监控市场、车辅市场、家居市场、智能制造市场以及手机应用等领域都对非制冷高性能的芯片有着强烈的需求，且对芯片性能的好坏、性能的一致性以及产品的价格都有一定的要求，每年预计有亿颗以上芯片的潜在需求，而目前的工艺方案和架构无法满足市场需求。
3.目前红外探测器采用的是测量电路和红外传感结构结合的方式，测量电路采用cmos(complementary metal
‑
oxide
‑
semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺制备，而红外传感结构采用mems(micro
‑
electro
‑
mechanical system，微电子机械系统)工艺制备，导致存在如下问题：
4.(1)红外传感结构采用mems工艺制备，以聚酰亚胺作为牺牲层，与cmos工艺不兼容。
5.(2)聚酰亚胺作为牺牲层，存在释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，还会使后续薄膜生长温度受限制，不利于材料的选择。
6.(3)聚酰亚胺会造成谐振腔高度不一致，工作主波长难以保证。
7.(4)mems工艺制程的控制远差于cmos工艺，芯片的性能一致性和探测性能都会受到制约。
8.(5)mems产能低，良率低，成本高，不能实现大规模批量生产。
9.(6)mems现有的工艺能力不足以支撑更高性能的探测器制备，更小的线宽以及更薄的膜厚，不利于实现芯片的小型化。
10.另外，现有的红外探测器中谐振腔高度较大，增加了牺牲层的释放难度。


技术实现要素：

11.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种基于cmos工艺的红外探测器像元和红外探测器，解决了传统mems工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低等问题，位于cmos红外传感结构中的密闭释放隔绝层降低了牺牲层的释放难度。
12.第一方面，本发明实施例提供了一种基于cmos工艺的红外探测器像元，包括：
13.cmos测量电路系统和cmos红外传感结构，所述cmos测量电路系统和所述cmos红外传感结构均使用cmos工艺制备，在所述cmos测量电路系统上直接制备所述cmos红外传感结构；
14.所述cmos测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述cmos红外传感结构的刻蚀过程中，保护所述cmos测量电路系统不受工艺影
响，至少一层所述密闭释放隔绝层位于所述cmos红外传感结构中；
15.所述cmos红外传感结构的cmos制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及rdl工艺，所述cmos红外传感结构包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔；
16.所述cmos红外传感结构包括位于所述cmos测量电路系统上的反射层、红外转换结构和多个柱状结构，所述柱状结构位于所述反射层和所述红外转换结构之间，所述反射层包括反射板和支撑底座，所述红外转换结构通过所述柱状结构和所述支撑底座与所述cmos测量电路系统电连接。
17.可选的，构成位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗中的至少一种，位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层的厚度大于0.5微米，小于2微米。
18.可选的，所述反射板与接地的所述支撑底座电接触。
19.可选的，还包括：
20.第二介质层，所述第二介质层包括图案化介质结构，所述图案化介质结构与所述反射板以及所述支撑底座位于同层，采用cmp工艺使得所述第二介质层背离所述cmos测量电路系统的表面与所述反射层背离所述cmos测量电路系统的表面齐平。
21.可选的，所述柱状结构包括多个独立柱状结构，所述独立柱状结构位于不同层，所述独立柱状结构对应位于所述cmos红外传感结构中的一层或多层所述密闭释放隔绝层设置。
22.可选的，所述红外转换结构包括吸收板和多个梁结构，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过对应的所述梁结构与对应的所述柱状结构电连接；
23.至少部分所述吸收板的正投影区域内，位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层被刻蚀掉。
24.可选的，构成位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝或氮化硅中的至少一种，位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层的厚度大于等于100a，小于等于2000a。
25.可选的，还包括：
26.第三介质层，所述第三介质层位于位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层上，所述第三介质层覆盖位于所述cmos红外传感结构中的所述密闭释放隔绝层和对应所述密闭释放隔绝层刻蚀区域设置的所述反射板。
27.可选的，至少一层所述密闭释放隔绝层位于所述cmos测量电路系统和所述cmos红外传感结构之间的界面，所述支撑底座通过贯穿位于所述cmos测量电路系统和所述cmos红外传感结构之间的所述密闭释放隔绝层的通孔与所述cmos测量电路系统电连接。
28.可选的，构成位于所述反射层与所述红外转换结构之间牺牲层的材料包括氧化硅，所述牺牲层用于使所述cmos红外传感结构形成镂空结构，采用post
‑
cmos工艺腐蚀所述牺牲层，所述post
‑
cmos工艺采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对所述牺牲层进行腐蚀。
29.第二方面，本发明实施例还提供一种基于cmos工艺的红外探测器，包括第一方面任一项所述的基于cmos工艺的红外探测器像元。
30.可选的，至少部分相邻的所述红外探测器像元的反射板相互接触。
31.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
32.(1)本公开实施例利用cmos工艺实现了cmos测量电路系统和cmos红外传感结构在cmos生产线上一体化制备，相较于mems工艺，cmos不存在工艺兼容问题，解决了mems工艺面临的技术难点，采用cmos工艺产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与cmos工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，cmos工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化cmos工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于cmos工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于cmos工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于cmos工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产；
33.(2)cmos测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，密闭释放隔绝层用于在制作cmos红外传感结构的刻蚀过程中，保护cmos测量电路系统不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层位于cmos红外传感结构中，密闭释放隔绝层例如可以位于反射层的金属互连层的上方，密闭释放隔绝层包覆柱状结构，通过设置密闭释放隔绝层包覆柱状结构，一方面可以利用密闭释放隔绝层作为柱状结构处的支撑，提高了柱状结构的稳定性，保证柱状结构与红外转换结构以及支撑底座的电连接。另一方面，包覆柱状结构的密闭释放隔绝层可以减少柱状结构与外界环境的接触，减少柱状结构与外界环境的接触电阻，进而减少红外探测器像元的噪声，提高红外探测传感器的探测灵敏度。另外，红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，牺牲层位于反射层和红外转换结构之间，且与反射层以及红外转换结构接触设置。当设置位于反射层上的至少一层密闭释放隔绝层作为谐振腔的一部分时，此时设置的密闭释放隔绝层可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减轻谐振腔中氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层与柱状结构形成密闭结构，将cmos测量电路系统与牺牲层完全隔开，实现对cmos测量电路系统的保护。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
35.为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的一种红外探测器像元的立体结构示意图；
37.图2是图1提供的红外探测器像元沿aa’的剖面结构示意图；
38.图3是本发明实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
39.图4是本发明实施例提供的一种红外探测器像元的俯视结构示意图；
40.图5是图4提供的红外探测器像元沿bb’的剖面结构示意图；
41.图6是本发明实施例提供的另一种红外探测器像元的俯视结构示意图；
42.图7是图6提供的红外探测器像元沿cc’的剖面结构示意图；
43.图8是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
44.图9是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
45.图10是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的俯视结构示意图；
46.图11是图10提供的红外探测器像元沿dd’的剖面结构示意图；
47.图12是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
48.图13是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
49.图14是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
50.图15是本发明实施例提供的一种cmos测量电路系统的结构示意图；
51.图16是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图；
52.图17是本公开实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图；
53.图18是本发明实施例提供的另一种红外探测器的立体结构示意图；
54.图19是本发明实施例提供的现有技术中红外探测器的立体结构示意图。
55.其中，100、coms测量电路系统；200、cmos红外传感器；10、反射层；20、红外转换结构；30、柱状结构；40、密闭释放隔绝层；11、反射板；12、支撑底座；50、第二介质层；51、图案化介质结构；21、吸收板；22、梁结构；60、第三介质层。
具体实施方式
56.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
57.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
58.图1是本发明实施例提供的一种红外探测器像元的立体结构示意图，图2是图1提供的红外探测器像元沿aa’的剖面结构示意图，结合图1和图2，红外探测器像元01包括：cmos测量电路系统100和位于cmos测量电路系统100上的cmos红外传感结构200，cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200均采用cmos工艺制备，在cmos测量电路系统100上直接制备cmos红外传感结构200。cmos测量电路系统100上方包括至少一层密闭释放隔绝层40，密闭释放隔绝层40用于在制作cmos红外传感结构200的刻蚀过程中，保护cmos测量电路系统100不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层40位于cmos红外传感结构200中。cmos红外传感结构200的cmos制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及rdl工艺，cmos红外传感结构200包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔。cmos红外传感结构200包括位于cmos测量电路系统上的反射层10、红外转换结构20和多个柱状结构30，柱状结构30位于反射层10和红外转换结构20之间，反射层10包括反射板11和支撑底座12，红外转
换结构20通过柱状结构30和支撑底座12与cmos测量电路系统100电连接。
59.具体地，cmos红外传感结构200用于将外部红外信号转换为电信号并传输至cmos测量电路系统100，cmos测量电路系统100根据接收到的电信号反映出对应红外信号的温度信息，实现红外探测器的温度检测功能。设置cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200均使用cmos工艺制备，在cmos测量电路系统100上直接制备cmos红外传感结构200，即先采用cmos工艺制备cmos测量电路系统100，再利用cmos生产线以及该生产线兼容的各项工艺的参数，利用cmos工艺连续制备cmos红外传感结构200。
60.由此，本公开实施例利用cmos工艺实现了cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200在cmos生产线上一体化制备，相较于mems工艺，cmos不存在工艺兼容问题，解决了mems工艺面临的技术难点，采用cmos产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与cmos工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，cmos工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化cmos工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于cmos工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于cmos工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于cmos工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产。
61.结合图1和图2，cmos红外传感结构200包括位于cmos测量电路系统100上的反射层10、红外转换结构20和多个柱状结构30，反射层10用于反射红外线至探测器像元中的吸收板，配合谐振腔实现红外线的二次吸收，多个柱状结构30用于支撑探测器像元中的红外转换结构20，红外转换结构20探测红外辐射信号并将探测的红外辐射信号转换成电信号，转换形成的电信号通过柱状结构30传输至cmos测量电路系统100，cmos测量电路系统100将电信号进行处理并输出。
62.具体地，柱状结构30位于反射层10和红外转换结构20之间，用于在cmos测量电路系统100上的牺牲层释放后支撑红外转换结构20，牺牲层位于反射层10与红外转换结构20之间，柱状结构30为金属结构，红外转换结构20经由红外信号转换出来的电信号经过对应的柱状结构30以及对应的支撑底座12传输至cmos测量电路系统100，cmos测量电路系统100处理电信号以反映出温度信息，实现红外探测器非接触式的红外温度检测。cmos红外传感结构200通过不同的电极结构输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同的柱状结构30传输至与柱状结构30电连接的支撑底座12，图1示例性地示意沿平行于cmos测量电路系统100的方向，cmos红外传感结构200包括两个柱状结构30，可以设置其中一个柱状结构30用于传输正电信号，另一个柱状结构30用于传输接地电信号，也可以设置cmos红外传感结构200包括四个柱状结构30，两两为一组分别传输正电信号和接地电信号。另外，反射层10包括反射板11和支撑底座12，反射层10的一部分用于充当柱状结构30与
cmos测量电路系统100电连接的电介质，即支撑底座12，反射板11则用于反射红外线至红外转换结构20，配合反射层10和红外转换结构20之间形成的谐振腔实现红外线的二次吸收，以提高红外探测器的红外吸收率，优化红外探测器的红外探测性能。
63.需要说明的是，反射层10中反射板11的材料可以是铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种，本发明实施例不对反射板11的材料进行具体限定，此外，反射层10的厚度为1000a
‑
10000a。
64.参见图2，cmos测量电路系统100上方包括至少一层密闭释放隔绝层40，密闭释放隔绝层40用于在制作cmos红外传感结构200的刻蚀过程中，保护cmos测量电路系统100不受工艺影响，至少一层密闭释放隔绝层40位于cmos红外传感结构200中，图2示例性地设置密闭释放隔绝层400位于cmos红外传感结构200中，密闭释放隔绝层40例如可以位于反射层10的金属互连层的上方，密闭释放隔绝层40包覆柱状结构30，通过设置密闭释放隔绝层40包覆柱状结构30，一方面可以利用密闭释放隔绝层40作为柱状结构30处的支撑，提高了柱状结构30的稳定性，保证柱状结构30与红外转换结构20以及支撑底座12的电连接。另一方面，包覆柱状结构30的密闭释放隔绝层40可以减少柱状结构30与外界环境的接触，减少柱状结构30与外界环境的接触电阻，进而减少红外探测器像元的噪声，提高红外探测传感器的探测灵敏度。另外，红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，牺牲层位于反射层和红外转换结构之间，且与反射层以及红外转换结构接触设置。当设置位于反射层10上的至少一层密闭释放隔绝层40作为谐振腔的一部分时，此时设置的密闭释放隔绝层40可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减轻谐振腔中氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层40与柱状结构30形成密闭结构，将cmos测量电路系统100与牺牲层完全隔开，实现对cmos测量电路系统100的保护。
65.cmos红外传感结构200的cmos制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺以及rdl工艺，cmos红外传感结构200包括至少两层金属互连层、至少两层介质层和多个互连通孔，介质层至少包括一层牺牲层和一层热敏感介质层，热敏感介质层至少包括热敏层，还可以包括支撑层和/或钝化层，金属互连层至少包括反射层和电极层；其中，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/k，电阻温度系数大于设定值的热敏材料构成热敏感介质层中的热敏层，热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过cmos测量电路系统100将红外目标信号转化成可实现电读出的信号。
66.具体地，金属互连工艺用于实现上下两层金属互连层的电连接，通孔工艺用于形成连接上下金属互连层的互连通孔，rdl工艺即重布线层工艺，具体是指在电路顶层金属的上方重新布一层金属且与电路顶层金属有钨柱电连接，采用rdl工艺可以在cmos测量电路系统100的顶层金属上再制备红外探测器中的反射层10，反射层10上的支撑底座12与cmos测量电路系统100的顶层金属电连接。另外，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/k，有利于提高红外探测器的探测灵敏度。
67.需要说明的是，图2中示例性表示柱状结构30为实心结构，在其它可实施方式中，也可以设置柱状结构30为空心结构，具体参见图3，本发明实施例不对柱状结构30的具体结构进行限定。此外，柱状结构30的材料可以为金属材料，也可以为非金属材料，只要保证电
信号可通过柱状结构30和支撑底座12传输至cmos测量电路系统100即可。
68.可选的，构成位于cmos红外传感结构200中的密闭释放隔绝层40的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗中的至少一种，位于cmos红外传感结构200中的密闭释放隔绝层40的厚度大于0.5微米，小于2微米。具体地，硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗均为cmos工艺抗腐蚀材料，即这些材料不会受牺牲层释放用试剂的腐蚀，因此密闭释放隔绝层40可以用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护cmos测量电路系统100不受侵蚀。另外，密闭释放隔绝层40覆盖cmos测量电路系统100设置，密闭释放隔绝层40还可以用于在制作cmos红外传感结构200的刻蚀过程中，保护cmos测量电路系统100不受工艺影响。另外，当反射层10上设置有至少一层密闭释放隔绝层40时，设置构成密闭释放隔绝层40的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗或非晶硅锗中的至少一种，密闭释放隔绝层40的厚度大于100a，小于等于2000a，在设置密闭释放隔绝层40提高柱状结构30稳定性的同时，密闭释放隔绝层40几乎不会影响谐振腔内的反射过程，可以避免密闭释放隔绝层40影响谐振腔的反射过程，进而避免密闭释放隔绝层40对红外探测器探测灵敏度的影响。
69.可选的，在上述实施例的基础上，图4是本发明实施例提供的一种红外探测器像元的俯视结构示意图，图5是图4提供的红外探测器像元沿bb’的剖面结构示意图，结合图4和图5，反射板11与接地的支撑底座12电接触。
70.在制备形成支撑底座12时，可以设置部分支撑底座12与反射板11电接触，如图4所示，当部分支撑底座12与反射板11电接触后，可以增大反射板11的覆盖面积，提高红外探测器的探测灵敏度。当部分支撑底座12与反射板11电接触时，支撑底座12会存在电荷的积累影响红外转换结构20向cmos测量电路系统100传输电信号，影响红外探测传感器的电学性能。因此，当设置部分支撑底座12与反射板11电接触时，此时可以设置与反射板11电接触的支撑底座12接地，通过接地释放支撑底座12积累的电荷，保证红外探测传感器电路的电学性能。
71.需要说明的是，图4示例性表示一种反射板11与接地的支撑底座12的电连接的结构示意图，也可以为其它设置方式，参见图6和图7，本发明实施例不对反射板11与支撑底座12的电连接方式进行具体限定。
72.可选的，在上述实施例的基础上，图8是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图8所示，红外探测器像元还包括：第二介质层50，第二介质层50包括图案化介质结构51，图案化介质结构51与反射板11以及支撑底座12位于同层，采用cmp工艺使得第二介质层50背离cmos测量电路系统100的表面与反射层10背离cmos测量电路系统100的表面齐平。
73.如图8所示，红外探测器像元还包括第二介质层50，第二介质层50包括图案化介质结构51，图案化介质结构51与反射板11以及支撑底座12位于同层，当在制备形成反射板11以及支撑底座12后，通过在反射板11以及支撑底座12背离cmos测量电路系统100一侧形成第二介质层50，使得第二介质层50填充反射板11与支撑底座12之间的空隙，然后采用cmp(chemical mechanical polishing，化学机械抛光)工艺处理反射层和第二介质层，使得第二介质层50背离cmos测量电路系统100的表面与反射层10背离cmos测量电路系统100的表面齐平，此时填充反射板11与支撑底座12之间空隙的第二介质层为图案化介质结构。通过采用cmp工艺可以实现图案化介质结构51、反射板11以及支撑底座12表面平坦化，可降低后
续工艺制备复杂度，而第二介质层50与反射板11以及支撑底座12合理搭配可以很好的保护cmos测量电路系统100。
74.需要说明的是，第二介质层50的材料可以是硅、铬、铬化硅、非晶硅、非晶铬、非晶硅铬、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氧化硅、硅碳氮或氮化硅中的至少一种，本发明实施例不对第二介质层50的材料进行具体限定。此外，设置第二介质层50的厚度1000a
‑
10000a。
75.可选的，在上述实施例的基础上，图9是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图9所示，柱状结构30包括多个独立柱状结构，图9示例性表示柱状结构30包括独立柱状结构30a和30b，独立柱状结构位于不同层，独立柱状结构对应位于cmos传感器结构中的一层或多层密闭释放隔绝层40设置。
76.示例性的，如图9所示，通过设置柱状结构30包括多个独立柱状结构，且独立柱状结构对应位于cmos传感器结构200中的一层或者多层密闭释放隔绝层40，此时可以通过控制形成密闭释放隔绝层40的厚度进而实现对膜层厚度的精准控制，降低工艺复杂度。而设置柱状结构30包括多个独立柱状结构，此时柱状结构30可在多道工艺中制备形成，提高柱状结构30的导电性，提高红外探测传感器的一致性。另外，设置柱状结构30包括多个位于不同层的独立柱状结构，有利于提到柱状结构的导直度。
77.需要说明的是，图9示例性表示柱状结构30包括两个独立柱状结构30a和30b，且该独立柱状结构30a对应两层密闭释放隔绝层40设置，独立柱状结构30b对应一层密闭释放隔绝层40设置。在其它可实施方式中，也可以设置柱状结构30包括两个以上独立柱状结构，对应不同的独立柱状结构，可以设置一层密闭释放隔绝层40或多层密闭释放隔绝层40，本发明实施例不对此进行具体限定，本领域技术人员可根据具体应用场景进行具体限定。
78.进一步的，当制备形成的柱状结构30包括多个独立柱状结构时，相邻独立柱状结构的接触面可通过设置具有导电性的粘附层进行电连接，以优化独立柱状结构之间的电接触效果，示例性地，构成粘附层的材料可以包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种。
79.可选的，在上述实施例的基础上，图10是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的俯视结构示意图，图11是图10提供的红外探测器像元沿dd’的剖面结构示意图，结合图1、图10和图11，红外转换结构20包括吸收板21和多个梁结构22，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接，至少部分吸收板21的正投影区域内的密闭释放隔绝层40被刻蚀掉，优选地，可以设置吸收板21的正投影区域内的密闭释放隔绝层40全部被刻蚀掉，如图11所示。
80.设置至少部分吸收板21的正投影区域内的密闭释放隔绝层40被刻蚀掉，即在制备形成密闭释放隔绝层40时，通过刻蚀工艺刻蚀掉部分吸收板21对应的密闭释放隔绝层40，使得密闭释放隔绝层对谐振腔的反射效果完全没有影响，保证谐振腔的反射板11的反射效果，提高cmos红外传感结构探测灵敏度。当设置cmos红外传感结构中至少部分反射板11的正投影区域内的密闭释放隔绝层40被刻蚀掉时，此时可以设置构成密闭释放隔绝层40的材料包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝或氮化硅中的至少一种，密闭释放隔绝层的厚度大于等于100a，小于等于2000a。
81.此外，参见图1，红外转换结构20包括吸收板21和多个梁结构22，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接。具体地，吸收板21用于将红外信号转换为电信号并通过对应的梁结构22与对应的柱状结构30电连接，吸
收板21包括支撑层、电极层、热敏层和钝化层，梁结构22可以包括支撑层、电极层、钝化层，梁结构22还可以包括热敏层，支撑层位于钝化层临近cmos测量电路系统100的一侧，电极层和热敏层位于支撑层和钝化层之间，钝化层包覆电极层，可以设置热敏层覆盖梁结构所在位置，利用热敏材料如非晶硅、非晶锗或非晶硅锗的热导率小的特点有利于降低梁结构的热导，热敏层可以替代支撑层作为梁结构的支撑材料，也可以替代钝化层作为梁结构的电极保护材料。
82.具体地，支撑层用于在释放掉牺牲层后支撑红外转换结构20中的上方膜层，热敏层用于将红外温度检测信号转换为红外检测电信号，电极层用于将热敏层转换出来的红外检测电信号通过左右两侧的梁结构传输至cmos测量电路系统100，两个梁结构分别传输红外检测电信号的正负信号，cmos测量电路系统100中的读出电路通过对获取到的红外检测电信号的分析实现非接触式的红外温度检测，钝化层用于保护电极层不被氧化或者腐蚀。另外，热敏层可以位于电极层的上方，也可以位于电极层的下方。可以设置对应吸收板，热敏层和电极层位于支撑层和钝化层形成的密闭空间内，实现对吸收板中热敏层和电极层的保护，对应梁结构，电极层位于支撑层和钝化层形成的密闭空间内，实现对梁结构中电极层的保护。
83.可以设置梁结构和吸收板的至少两端电连接，cmos红外传感结构200包括至少两个柱状结构30和至少两个支撑底座12，电极层包括至少两个电极端。具体地，梁结构与吸收板的两端电连接，每个梁结构与吸收板的一端电连接，cmos红外传感结构200包括两个柱状结构30，电极层包括至少两个电极端，至少部分电极端传输正电信号，至少部分电极端传输负电信号，并通过对应的梁结构和柱状结构30传输至支撑底座12。也可以设置梁结构与吸收板的四端电连接，每个梁结构与吸收板的两端电连接，cmos红外传感结构200包括四个柱状结构30，一个梁结构连接两个柱状结构30。需要说明的是，本公开实施例对梁结构与吸收板的连接端的数量不作具体限定，确保分别存在梁结构与电极端相对应，梁结构用于传输对应的电极端输出的电信号即可。
84.梁结构22和柱状结构30用于传输电信号并用于支撑和连接吸收板21，吸收板21中的电极层包括两个图案化电极结构，两个图案化电极结构分别输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同的梁结构和不同的柱状结构传输至与柱状结构电连接的支撑底座，进而传输至cmos测量电路系统100，梁结构包括金属互连层和至少一层介质层，梁结构中的金属互连层为梁结构中的电极层，梁结构中的电极层和吸收板中的电极层电连接，梁结构中的介质层可以包括支撑层和钝化层。
85.示例性地，可以设置构成热敏层的材料可以包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，构成支撑层的材料可以包括非晶碳、氧化铝、非晶硅、非晶锗或非晶锗硅中的一种或多种，构成电极层的材料可以包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍硅合金、镍或铬中的一种或多种，构成钝化层的材料可以包括非晶碳、氧化铝、非晶硅、非晶锗或非晶锗硅中的一种或多种。另外，设置吸收板包括热敏层，热敏层材料为非晶硅、非晶碳、非晶锗或非晶硅锗时，梁结构上的支撑层和/或钝化层可以由热敏层来代替，因为非晶硅、非晶锗或非晶硅锗的热导率较小，有利于降低梁结构的热导率，进一步提高红外探测器的红外响应率。
86.进一步的，吸收板和梁结构可以是同层排布，也可以是不同层排布，吸收板和梁结
构不同层排布时，梁结构位于吸收板结构临近cmos测量电路系统的一侧，本发明实施例不对此进行具体限定。
87.可选的，在图10和图11的基础上，图12是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图12所示，红外探测器像元还包括，第三介质层60，第三介质层60位于cmos红外传感结构中的密闭释放隔绝层40上，第三介质层60覆盖位于cmos红外传感结构中的密闭释放隔绝层40和对应密闭释放隔绝层40刻蚀区域设置的反射板11。
88.示例性的，参见图12，红外探测器像元还包括第三介质层60，第三介质层60覆盖密闭释放隔绝层40和对应密闭释放隔绝层40刻蚀区域设置的反射板11，通过设置第三介质层60，一方面可以利用第三介质层60保护反射板11，另一方面，利用第三介质层实现对密闭释放隔绝层40进行保护。
89.需要说明的是，第三介质层60的材料可以是硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或氧化铝中的至少一种，本发明实施例不对第三介质层60的材料进行具体限定。此外，设置第三介质层60的厚度1000a
‑
20000a。
90.可选的，在上述实施例的基础上，图13是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图13所示，至少一层密闭释放隔绝层40位于cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200之间的界面，支撑底座通过贯穿位于cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200之间的密闭释放隔绝层的通孔与cmos测量电路系统100电连接。
91.示例性的，如图13所示，至少一层密闭释放隔绝层40位于cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200之间的界面。例如密闭释放隔绝层40位于反射层10和cmos测量电路系统100之间，即密闭释放隔绝层40位于反射层10的金属互连层的下方，支撑底座12通过贯穿密闭释放隔绝层40的通孔与cmos测量电路系统100电连接。具体地，由于cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200均采用cmos工艺制备形成，当制备形成cmos测量电路系统100后，将制备形成包含有cmos测量电路系统100的晶圆传输至下一道工艺制备形成cmos红外传感结构200，因为氧化硅是cmos工艺中最常用的介质材料，cmos电路上多以氧化硅作为金属层间的绝缘层，所以腐蚀2um左右厚度的氧化硅时如果没有隔绝层作为阻挡，将会严重影响电路，所以为了释放所述牺牲层氧化硅时不会腐蚀所述cmos测量电路系统上的氧化硅介质，设置了密闭释放隔绝层40。在制备形成cmos测量电路系统100后，在cmos测量电路系统100上制备形成密闭释放隔绝层40，利用密闭释放隔绝层40对cmos测量电路系统100进行保护，而为了保证支撑底座12与cmos测量电路系统100的电连接，在制备形成密闭释放隔绝层40后，在密闭释放隔绝层40对应支撑底座12的区域采用刻蚀工艺形成通孔，通过通孔实现支撑底座12与cmos测量电路系统100的电连接。另外，设置密闭释放隔绝层40与支撑底座12形成密闭结构，将cmos测量电路系统100与牺牲层完全隔开，实现对cmos测量电路系统100的保护。
92.需要说明的是，当密闭释放隔绝层40位于反射层10和cmos测量电路系统100之间时，示例性地，构成密闭释放隔绝层40的材料可以包括硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层40的厚度大于等于1000a，小于等于20000a。具体地，硅、锗、锗化硅、非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅或氧化铝均为cmos工艺抗腐蚀材料，即这些材料不会受牺牲层释放用试剂的腐蚀，因此密闭释放隔绝层40可以用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护cmos测量电路系统100不受侵蚀。另外，
密闭释放隔绝层400覆盖cmos测量电路系统100设置，密闭释放隔绝层40还可以用于在制作cmos红外传感结构200的刻蚀过程中，保护cmos测量电路系统100不受工艺影响。
93.可选的，支撑底座的边长大于等于0.5微米，小于等于3微米。当采用cmos工艺制备形成cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200时，此时制备形成的支撑底座的边长大于等于0.5微米，小于等于3微米，即利用cmos工艺可有效减小支撑底座的尺寸，可进一步增大反射板的面积，优化谐振腔的反射效果，提高红外传感器的探测灵敏度。
94.可选的，cmos测量电路系统100的顶层金属作为反射层10。当采用cmos工艺形成cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200时，可以cmos测量电路系统100的工艺上直接采用同一产线制备cmos红外传感结构，而设置cmos测量电路系统100的顶层金属作为反射层10，即cmos测量电路系统100的顶层金属与反射层10共用一层金属，可降低工艺复杂度，减少红外探测器的厚度。
95.可选的，构成位于反射层10与红外转换结构20之间牺牲层的材料包括氧化硅，牺牲层用于使cmos红外传感结构形成镂空结构，采用post
‑
cmos工艺腐蚀牺牲层，post
‑
cmos工艺采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对牺牲层进行腐蚀。
96.示例性的，以氧化硅作为cmos红外传感结构的牺牲层，牺牲层位于密闭释放隔绝层与红外转换结构之间。示例性地，post
‑
cmos工艺可以采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷中的至少一种对牺牲层进行腐蚀，设置构成牺牲层的材料是氧化硅，以兼容cmos工艺，可以采用post
‑
cmos工艺，即后cmos工艺腐蚀牺牲层以在最终的红外探测芯片产品中释放掉牺牲层。
97.可选的，图14是本发明实施例提供的又一种红外探测器像元的剖面结构示意图，如图14所示，cmos测量电路系统100的cmos制作工艺同样可以包括金属互连工艺和通孔工艺，cmos测量电路系统100包括间隔设置的金属互连层101、介质层102以及位于底部的硅衬底103，上下金属互连层101通过通孔104实现电连接。
98.cmos红外传感结构200包括由反射层10和热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的柱状结构30，cmos测量电路系统100用于测量和处理一个或多个cmos红外传感结构200形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号。
99.具体地，谐振腔例如可以由反射层10和吸收板之间的空腔形成，红外光透过吸收板在谐振腔内发生来回反射，以提高红外探测器的探测灵敏度，又由于柱状结构30的设置，梁结构和吸收板构成控制热传递的悬空微桥结构，柱状结构30既电连接支撑底座12和对应的梁结构，又用于支撑位于柱状结构30上的红外转换结构20。
100.图15是本发明实施例提供的一种cmos测量电路系统的结构示意图，结合图1和图15，cmos测量电路系统100包括偏压产生电路701、列级模拟前端电路801和行级电路901，偏压产生电路701的输入端连接行级电路901的输出端，列级模拟前端电路801的输入端连接偏压产生电路701的输出端，行级电路901中包括行级镜像像元rsm和行选开关k1，列级模拟前端电路801中包括盲像元rd；其中，行级电路901分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在偏压产生电路701的作用下输出电流信号至列级模拟前端电路801以进行电流电压转换输出；行级电路901受行选开关k1控制而被选通时向偏压产生电路701输出第三偏置电压vrsm，偏压产生电路701根据输入的恒压及第三偏置电压
vrsm输出第一偏置电压v1和第二偏置电压v2，列级模拟前端电路801根据第一偏置电压v1和第二偏置电压v2得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。
101.具体地，行级电路901包括行级镜像像元rsm和行选开关k1，行级电路901用于根据行选开关k1的选通状态生成第三偏置电压vrsm。示例性地，行级镜像像元rsm可以进行遮光处理，使行级镜像像元rsm受到温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射，行选开关k1可以用晶体管实现，行选开关k1闭合，行级镜像像元rsm与偏压产生电路701的连接，即行级电路901受行选开关k1控制而被选通时向偏压产生电路701输出第三偏置电压vrsm。偏压产生电路701可以包括第一偏压产生电路71和第二偏压产生电路72，第一偏压产生电路71用于根据输入的恒压生成第一偏置电压v1，输入的恒压例如可以为电压恒定的正电源信号。第二偏压产生电路72可以包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据第三偏置电压vrsm控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压v。
102.列级模拟前端电路801包括多个列控制子电路81，列控制子电路81与选通驱动子电路722对应设置，示例性地，可以设置列控制子电路81与选通驱动子电路722一一对应设置，选通驱动子电路722用于根据其自身的选通状态向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压v2。示例性地，可以设置选通驱动子电路722被选通时，选通驱动子电路722向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压v2；选通驱动子电路722未被选通时，选通驱动子电路722停止向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压v2。
103.列级模拟前端电路801包括有效像元rs和盲像元rd，列控制子电路用于根据第一偏置电压v1和盲像元rd产生第一电流i1，以及根据第二偏置电压v2和有效像元rs产生第二电流i2，并对第一电流i1与第二电流i2的差值进行跨阻放大后输出，行级镜像像元rsm与有效像元rs在相同环境温度下的温度漂移量相同。
104.示例性地，行级镜像像元rsm与cmos测量电路系统100之间热绝缘，且对行级镜像像元rsm进行遮光处理，行级镜像像元rsm受到来自温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射。有效像元rs的吸收板与cmos测量电路系统100之间热绝缘，且有效像元rs接受外部辐射。行级镜像像元rsm与有效像元rs的吸收板都与cmos测量电路系统100之间热绝缘，因此行级镜像像元rsm与有效像元rs均具有自热效应。
105.通过行选开关k1选通对应的行级镜像像元rsm时，行级镜像像元rsm与有效像元rs均由于焦耳热而发生阻值变化，但行级镜像像元rsm与有效像元rs受到同样的固定辐射时，行级镜像像元rsm与有效像元rs的阻值相同，二者的温度系数也相同，二者在相同环境温度下的温度漂移量相同，两者的变化同步，有利于利用行级镜像像元rsm与有效像元rs在相同环境温度下的温度漂移量相同的特性，有效补偿行级镜像像元rsm与有效像元rs由于自热效应而发生的阻值变化，实现读出电路的稳定输出。
106.另外，通过设置第二偏压产生电路701包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据行控制信号控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压v2，使得每行像素均有一路驱动单独驱动该行的像素整列，降低了对第二偏置电压v2的要求，即提高了偏压产生电路701的驱动能力，有利于利用读出电路驱动更大规模的红外探测器像素阵列。另外，cmos测量电路系统100的具体细节工作原理为本领域技术人员公知内容，这里不再赘述。
107.此外，参见图16，设置在cmos测量电路系统100的金属互连层同层制备cmos红外传感结构200，即cmos测量电路系统100与cmos红外传感结构200同层设置，设置cmos红外传感结构200位于cmos测量电路系统100的一侧，cmos测量电路系统100的顶部同样可以设置有密闭释放隔绝层40，以保护cmos测量电路系统100。
108.可选地，可以设置红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm cmos工艺制程，前述尺寸表征集成电路的工艺节点，即表征集成电路加工过程中的特征尺寸。
109.可选地，可以设置构成红外探测器中的金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种，例如可以设置构成反射层的材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。另外，设置cmos测量电路系统100和cmos红外传感结构200均使用cmos工艺制备，在cmos测量电路系统100上直接制备cmos红外传感结构200，能够实现柱状结构30的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构的宽度，即梁结构中单线条的宽度小于等于0.3um，谐振腔的高度大于等于1.5um，小于等于2.5um，cmos红外传感结构200单个像元的边长大于等于6um，小于等于17um。
110.可选的，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种红外探测器，图17是本公开实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图。如图17所示，红外探测器包括阵列排布的多个如上述实施例所述的红外探测器像元01，因此，本公开实施例提供的红外探测器具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。示例性地，红外探测器类型可以是非晶硅探测器、氧化钛探测器、氧化钒探测器或氧化钛钒探测器等，即构成热敏层的材料可以包括非晶硅、氧化钛、氧化钒或氧化钛钒中的至少一种，本发明实施例不对红外探测器的具体类型进行限定。
111.可选的，在上述实施例的基础上，图18是本发明实施例提供的另一种红外探测器的立体结构示意图，如图18所示，至少部分相邻的红外探测器像元01的反射板相互接触。
112.图19是现有技术中红外探测器的立体结构示意图，如图19所示，现有技术中，红外探测器像元01a的反射板11和红外探测器像元01b的反射板11分别独立设置，本技术中，通过设置至少部分相邻的红外探测器像元01的反射板相互接触，如图18所示，红外探测器像元01a的反射板11和红外探测器像元01b的反射板11相互接触，通过设置至少部分相邻的红外探测器像元01的反射板11相互接触，可以进一步增大金属反射板11的面积，使得反射板11面积最大化，提高谐振腔反射效果，提高吸收板的吸收率，提高探测器性能。示例性地，如15所示的多个红外探测器像元中的反射板可以一体成型，通过切割形成不同的红外探测器像元。
113.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
114.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公
开。对这些实施例的多种修改对本领域的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公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，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。