红外传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种红外传感器及其形成方法。

背景技术：

1、红外传感器可以接收红外信号(例如人体的红外辐射能量)，通过将红外信号转换为连续输出的电信号(例如电压信号)，可以对红外信号进行探测。

2、在现有的一种红外信号探测技术中，可以设置多个红外传感器芯片，通过不同的红外传感器芯片接收到热量的变化趋势，确定热源(如人体的红外辐射能量)的移动情况，从而实现手势识别操作。

3、其中，热源的移动方式可以为横向、纵向、斜向，还可以灵活设置为更多的移动方式。例如当热源为人体的红外辐射能量时，可以通过适当的人体动作和/或手势操作，实现热源移动。

4、然而现有的手势识别操作技术，需要多个红外传感器芯片，逐个芯片判断红外信号的移动情况，为了降低判断误差，对芯片之间的工艺一致性要求较高，准确性较差且生产成本较高。

5、亟需一种红外传感器的形成方法，有效降低生产成本，提高误差控制效果以及准确性。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种红外传感器及其形成方法，可以获得更好的误差控制效果，控制生产成本，提升探测率以及比探测率。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种红外传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；形成覆盖所述半导体衬底的介质层；在所述介质层上形成多个红外感应结构，每个红外感应结构包含下极板薄膜、钽酸锂薄膜和上极板薄膜的堆叠结构；其中，相邻的红外感应结构之间具有间隔。

3、可选的，所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列；其中，m、n为正整数，且m≥1，n≥1。

4、可选的，在所述介质层上形成多个红外感应结构，包括：在所述介质层上依次形成堆叠的下极板薄膜、钽酸锂薄膜以及上极板薄膜；对所述堆叠的下极板薄膜、钽酸锂薄膜以及上极板薄膜进行刻蚀，以形成所述多个红外感应结构。

5、可选的，在所述形成覆盖所述半导体衬底的介质层之前，所述方法还包括：在所述半导体衬底上形成多个导电埋层结构；在所述形成覆盖所述半导体衬底的介质层之后，所述方法还包括：形成多个穿通所述介质层的插塞孔，每个插塞孔暴露出导电埋层结构的一部分；在所述插塞孔的内部及表面形成导电金属结构；其中，不同的红外感应结构的下极板薄膜与各自的导电金属结构电导通，不同的红外感应结构的上极板薄膜与各自的导电金属结构电导通。

6、可选的，所述导电金属结构中的一部分为导入端导电金属结构，用于施加电信号、另一部分为导出端导电金属结构，用于导出电信号；其中，与所述导出端导电金属结构耦接的导电埋层结构之间电绝缘；与所述导入端导电金属结构耦接的导电埋层结构的至少一部分之间电绝缘。

7、可选的，采用同一工艺，在所述介质层上形成所述下极板薄膜，以及在一部分插塞孔的内部及表面形成导电金属结构。

8、可选的，采用同一工艺，在所述钽酸锂薄膜上形成所述上极板薄膜，以及在另一部分插塞孔的内部及表面形成导电金属结构。

9、可选的，所述一部分插塞孔对应于所述导出端导电金属结构，所述另一部分插塞孔对应于所述导入端导电金属结构。

10、可选的，所述的红外传感器的形成方法还包括：自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成一个或多个沟槽。

11、可选的，所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列，所述沟槽为多个；其中，在垂直于所述半导体衬底的表面方向上，所述沟槽与所述红外感应结构一一对应。

12、可选的，所述方法还包括：在所述沟槽内壁形成反射材料层。

13、可选的，所述反射材料层的材料为金属材料；在所述沟槽内壁形成反射材料层，包括：采用溅射工艺，在所述沟槽内壁形成所述反射材料层。

14、可选的，在自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀之前，自所述半导体衬底的背面，对半导体衬底进行减薄处理。

15、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种红外传感器，包括：半导体衬底；介质层，覆盖所述半导体衬底；多个红外感应结构，形成于所述介质层上，每个红外感应结构包含下极板薄膜、钽酸锂薄膜和上极板薄膜的堆叠结构。

16、可选的，所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列；其中，m、n为正整数，且m≥1，n≥1。

17、可选的，所述的红外传感器还包括：多个导电埋层结构，形成于所述半导体衬底上；多个穿通所述介质层的插塞孔，每个插塞孔暴露出导电埋层结构的一部分；导电金属结构，形成于所述插塞孔的内部及表面；其中，不同的红外感应结构的下极板薄膜与各自的导电金属结构电导通，不同的红外感应结构的上极板薄膜与各自的导电金属结构电导通。

18、可选的，所述导电金属结构中的一部分为导入端导电金属结构，用于施加电信号、另一部分为导出端导电金属结构，用于导出电信号；其中，与所述导出端导电金属结构耦接的导电埋层结构之间电绝缘；与所述导入端导电金属结构耦接的导电埋层结构之间电导通或电绝缘。

19、可选的，所述的红外传感器还包括：一个或多个沟槽，位于所述半导体衬底的背面。

20、可选的，所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列，所述沟槽为多个；其中，在垂直于所述半导体衬底的表面方向上，所述沟槽与所述红外感应结构一一对应。

21、可选的，所述的红外传感器还包括：反射材料层，形成于所述沟槽内壁。

22、可选的，所述反射材料层的材料为金属材料；其中，所述反射材料层是采用溅射工艺在所述沟槽内壁形成的。

23、可选的，所述红外传感器为热释电红外传感器。

24、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

25、在本发明实施例中，通过提供半导体衬底、形成介质层，然后在介质层上形成多个红外感应结构，每个红外感应结构包含下极板薄膜、钽酸锂薄膜和上极板薄膜的堆叠结构，可以实现在单个芯片内形成多个红外感应结构，逐个红外感应结构判断红外信号，相比于现有技术中需要多个芯片，逐个芯片判断红外信号，采用本发明实施例的方案，单个芯片内的工艺一致性更佳，可以获得更好的误差控制效果；此外，由于相邻的红外感应结构之间具有间隔，因此可以通过相互独立、相互间隔的红外感应结果，判断红外信号(如人体的红外辐射能量)的移动情况，为手势识别等技术提供良好基础；此外，本发明实施例中的红外传感器是基于钽酸锂薄膜形成，相比于采用钽酸锂晶圆，发生由于钽酸锂过厚导致成本较高、探测率以及比探测率下降的问题，或者发生由于钽酸锂过薄导致组装成品率太低的问题，采用本发明实施例的方案，由于是在单个芯片内形成，不需要考虑组装需求，可以有效控制钽酸锂薄膜的厚度，采用对材料需求较少的钽酸锂薄膜，可以控制生产成本，提升探测率以及比探测率。

26、进一步，所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列，相比于现有技术中采用多个芯片排列的规范性较差，容易产生探测误差，采用上述方案，可以通过阵列式排列，降低判断红外信号移动方向和距离的运算复杂度，并且单个芯片内的工艺一致性更佳，可以获得更好的误差控制效果。

27、进一步，在所述介质层上形成多个红外感应结构，包括：在所述介质层上依次形成堆叠的下极板薄膜、钽酸锂薄膜以及上极板薄膜；对所述堆叠的下极板薄膜、钽酸锂薄膜以及上极板薄膜进行刻蚀，以形成所述多个红外感应结构，采用上述方案，可以在先形成大面积堆叠薄膜的基础上，通过刻蚀工艺形成多个相互独立、相互间隔的红外感应结构，有效降低工艺复杂度。

28、进一步，在所述形成覆盖所述半导体衬底的介质层之前，在所述半导体衬底上形成多个导电埋层结构；在所述形成覆盖所述半导体衬底的介质层之后，形成多个插塞孔和导电金属结构，不同的红外感应结构的下极板薄膜与各自的导电金属结构电导通，不同的红外感应结构的上极板薄膜与各自的导电金属结构电导通，采用上述方案，可以形成能够用于传输电信号的结构，相比于现有技术中需要在多个芯片之间建立电连接以传输电信号，采用本发明实施例中的方案，在单个芯片内的工艺一致性更佳，可以获得更好的误差控制效果，并且相比于其他电连接方式(例如打线工艺)，可以降低面积需求，控制生产成本。

29、进一步，所述导电金属结构中的一部分为导入端导电金属结构，用于施加电信号、另一部分为导出端导电金属结构，用于导出电信号；其中，与所述导出端导电金属结构耦接的导电埋层结构之间电绝缘；与所述导入端导电金属结构耦接的导电埋层结构的至少一部分之间电绝缘，采用上述方案，可以实现导出电信号之间相互独立，从而能够实现对多个相互独立、相互间隔的红外感应结构的信号进行相互独立地导出，此外，还可以实现至少一部分导入电信号相互独立，从而可以根据需求在导入电信号不完全一致时，将待导入电信号输送至多个相互独立、相互间隔的红外感应结构中，有助于更准确地判断红外信号(如人体的红外辐射能量)的移动情况，为手势识别等技术提供良好基础。

30、进一步，采用同一工艺，在所述介质层上形成所述下极板薄膜，以及在一部分插塞孔的内部及表面形成导电金属结构，可以通过采用同一工艺形成多个部分，有效降低工艺成本和工艺复杂度，并且进一步提高单个芯片内的工艺一致性。

31、进一步，采用同一工艺，在所述钽酸锂薄膜上形成所述上极板薄膜，以及在另一部分插塞孔的内部及表面形成导电金属结构，可以通过采用同一工艺形成多个部分，有效降低工艺成本和工艺复杂度，并且进一步提高单个芯片内的工艺一致性。

32、进一步，所述一部分插塞孔对应于所述导出端导电金属结构，所述另一部分插塞孔对应于所述导入端导电金属结构。采用上述工艺，可以先采用形成下极板薄膜的同一工艺形成导出端导电金属结构，再采用形成上极板薄膜的同一工艺形成导入端导电金属结构，可以采用同一工艺形成多个部分，有效降低工艺成本和工艺复杂度的同时，更加适合载流子的流动方向，提高电学性能。

33、进一步，自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成一个或多个沟槽，可以形成沟槽状的隔热腔，有效对红外传感器进行隔热处理，提高器件质量。

34、进一步，在所述多个红外感应结构呈m×n阵列式排列，所述沟槽为多个；其中，在垂直于所述半导体衬底的表面方向上，所述沟槽与所述红外感应结构一一对应，从而可以形成与红外感应结构一对一的隔热腔，相比于多个红外感应结构对应于单个体积较大的隔热腔，采用上述方案，可以使相邻的红外感应结构之间的温度影响更加独立，从而能够更精确地判断相邻红外感应结构对应的红外信号(如人体的红外辐射能量)。

35、进一步，在所述沟槽内壁形成反射材料层，从而可以进一步提高隔热效果，提高隔热腔的功能。

36、进一步，所述反射材料层的材料为金属材料，采用溅射工艺，在所述沟槽内壁形成所述反射材料层，从而可以溅射形成金属格栅，有效提高反射材料层的均匀性和隔热效果。