面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片制造技术

本申请提供面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片，包括：P型半导体衬底，在半导体衬底内形成有两个第一N型区域，在两个第一N型区域的上方形成第一栅介质层，在第一栅介质层上形成有第一栅电极，在一个第一N型区域周围形成有第一源电极，在另一个第一N型区域周围形成有第一漏电极，在半导体衬底内形成第一衬底端；将第一源电极、第一漏电极以及第一衬底端连接后以形成固定电容晶体管的第一端，第一栅电极作为固定电容晶体管的第二端；第一栅电极连接幅值固定的电源端，电容晶体管的第一端与可变电容的第二端连接后与半导体衬底内的处理电路的输入端连接，固定电容晶体管的电容量等于可变电容的初始量，通过如此设置，实现信号读取。实现信号读取。实现信号读取。

【技术实现步骤摘要】
面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片。

技术介绍

[0002]红外成像芯片涉及半导体
，其是一种热探测器，其原理是利用微桥结构吸收外界物体辐射的红外线，并产生电阻、电容等信号的变化，在利用读出电路对信号进行读取，以获得外界物体辐射红外信号强弱程度。因此，对于如何设计读出电路是红外成像芯片设计的重要部分。

技术实现思路

[0003]本申请一实施例提供一种面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片，包括：半导体衬底、微桥结构以及电连接支撑柱；其中，电连接支撑柱位于半导体衬底上，电连接支撑柱与微桥结构连接，以使微桥结构悬置于半导体衬底上方；微桥结构内设有可变电容，在微桥结构吸收红外光后可变电容的电容量发生变化；半导体衬底为P型衬底，在半导体衬底内形成有两个第一N型区域，在两个第一N型区域的上方形成第一栅介质层，在第一栅介质层上形成有第一栅电极；在其中一个第一N型区域周围形成有第一源电极，在另一个第一N型区域周围形成有第一漏电极，在半导体衬底内形成第一衬底端；将第一源电极、第一漏电极以及第一衬底端连接后以形成固定电容晶体管的第一端，第一栅电极作为固定电容晶体管的第二端；第一栅电极连接幅值固定的电源端，电容晶体管的第一端与可变电容的第二端连接后与半导体衬底内的处理电路的输入端连接，固定电容晶体管的电容量等于可变电容的初始量；当微桥结构吸收红外光后，可变电容或者固定电容晶体管向处理电路的输入端放电，通过监测放电电流获得红外光强度。
[0004]在上述技术方案中，通过在P型半导体衬底内形成两个第一N型区域，在两个第一N型区域上方形成第一栅介质层，并布置第一栅电极、第一源电极、第一漏电极以及第一衬底端，形成晶体管。通过将晶体管的第一源电极、第一漏电极以及第一衬底端连接形成固定电容晶体管的第一端，将第一栅电极作为固定电容晶体管的第二端，通过将固定电容晶体管的第一端连接可变电容的第二端，将第一栅电极连接幅值固定的电源端，并使可变电容的初始值等于固定电容晶体管的电容量，在微桥结构没有吸收红外光之前，可变电容或者固定电容晶体管不放电，处理电路的输入端没有放电电流，在微桥结构吸收红外光后，可变电容的电容量变化，可变电容的电容量和固定电容晶体管的电容量不相等，使得可变电容或者固定电容晶体管向处理电路的输入端放电，将电容变化量转换为放电电流，通过监测放电电流获得红外光强度，从而实现对电容变化量的读取。
[0005]在一实施例中，在半导体衬底内形成有两个第二N型区域，在两个第二N型区域的上方形成第二栅介质层，在第二栅介质层上形成有第二栅电极；在其中一个第二N型区域周
围形成有第二源电极，在另一个第二N型区域周围形成有第二漏电极，以形成可变电阻，第二漏电极作为可变电阻的第一端，第二源电极为可变电阻的第二端，可变电阻的第一端与可变电容的第二端连接；在半导体衬底内形成有两个第三N型区域，在两个第三N型区域的上方形成第三栅介质层，在第三栅介质层上形成有第三栅电极；在其中一个第三N型区域周围形成有第三源电极，在另一个第三N型区域周围形成有第三漏电极，在半导体衬底内形成第三衬底端，第三漏电极、第三源电极与第三衬底端连接后以形成滤波电容，第三衬底端为滤波电容的第一端，第三栅电极为滤波电容的第二端，滤波电容的第一端与可变电容的第二端连接，滤波电容的第二端连接幅值可调的电源端。
[0006]在上述技术方案中，通过在半导体衬底内形成两个晶体管，并让其中一个晶体管工作于线性电阻区，以形成可变电阻，将另一个晶体管的第三源电极、第三漏电极以及第三衬底端连接，并让第三栅电极与幅值可调的电源端连接，以形成电容量可调的滤波电容，以使滤波电容和可变电阻形成RC振荡器，以抑制或消除由于微桥结构内谐振腔而引起可变电容的第二端输出的振荡信号。此外，可变电阻的阻值是可变的，滤波电容的电容量也是可变的，通过调节可变电阻的第二栅电极的电压以及滤波电容的第三栅电极所连接的供电端的幅值，可以调节可变电阻的阻值和滤波电容的电容量，以实现与振荡信号的匹配，从而更好消除振荡信号。
[0007]在一实施例中，微桥结构包括：沿着远离半导体衬底的方向从上到下依次设置的上微桥结构、中微桥结构以及下微桥结构；其中，上微桥结构包括：上微桥面、多个第一上悬垂电极和多个第二上悬垂电极；中微桥结构包括：中微桥面、多个第一中悬垂电极和多个第三中悬垂电极；上微桥面与中微桥面相对设置，多个第一中悬垂电极的一端和多个第三中悬垂电极的一端均与中微桥面的同上微桥面相对的一侧连接，多个第一上悬垂电极的一端和多个第二上悬垂电极的一端均与上微桥面的同中微桥面相对的一侧连接；第二上悬垂电极的长度小于第一上悬垂电极的长度的一半，第三中悬垂电极的长度小于第一中悬垂电极的长度的一半；第一上悬垂电极和第二上悬垂电极上均覆盖有电极吸收层，第一中悬垂电极和第三中悬垂电极上均覆盖有电极吸收层；每个第二上悬垂电极位于两个第一上悬垂电极之间，每个第三中悬垂电极位于两个第一中悬垂电极之间；且每个第一上悬垂电极与至少一个第一中悬垂电极相邻设置，且每个第一中悬垂电极与至少一个第一上悬垂电极相邻设置；电极吸收层包括从外到内依次设置的氮化硅薄膜层、氮氧化硅薄膜层以及二氧化硅薄膜层。
[0008]在上述实施例中，由于第一上悬垂电极和第一中悬垂电极用于形成叉指电容，第一上悬垂电极和第一中悬垂电极之间距离较大，以避免叉指电容击穿。但较大的间距又会导致红外光在射入到悬垂电极区域之后无法射入到第一上悬垂电极和第一中悬垂电极上，导致第一上悬垂电极和第一中悬垂电极上的电极吸收层无法吸收红外光，通过在两个第一上悬垂电极之间设置长度更短的第二上悬垂电极，在两个第一中悬垂电极之间设置长度更
短的第三中悬垂电极，第二上悬垂电极和第三中悬垂电极在悬垂电极区域形成反射，使得红外光可以射入到第一上悬垂电极和第一中悬垂电极上的电极吸收层，电极吸收层在吸收红外光后发热，由于电极吸收层可以吸收更多红外光，发热量更大，引起上形变层发生形变量更大，通过带动第一上悬垂电极和上平板电极相对中微桥结构发生移动，使得上微桥结构和中微桥结构之间形成电容的电容量变化量更大，从而提高红外成像芯片的灵敏度。
[0009]此外，电极吸收层是叠层薄膜结构，用于吸收红外光后发热，悬垂电极为金属材料，其导热性能好，这样在红外光在两个悬垂电极之间多次反射吸收后，可以将热通过悬垂电极传导到微桥面，以增强吸收效果。且电极吸收层是从外到内依次设置的氮化硅薄膜层、氮氧化硅薄膜层以及二氧化硅薄膜层，可以提高电极吸收层的吸收效率。
[0010]在一实施例中，下微桥结构包括：下微桥面、多个第一下悬垂电极和多个第二下悬垂电极；中微桥结构包括：多个第二中悬垂电极和多个第四中悬垂电极；下微桥面与中微桥面相对设置，多个第二中悬垂电极的一端和多个第四中悬垂电极的一端均与中微桥面的同下微桥面相对的一侧连接，多个第一下悬垂电极的一端和多个第二下悬垂电极的一端均与下微桥面的同中微桥面相对的一侧连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向医疗应用且与半导体工艺兼容的红外成像芯片，其特征在于，包括：半导体衬底、微桥结构以及电连接支撑柱；其中，所述电连接支撑柱位于半导体衬底上，所述电连接支撑柱与所述微桥结构连接，以使所述微桥结构悬置于所述半导体衬底上方；所述微桥结构内设有可变电容，在所述微桥结构吸收红外光后所述可变电容的电容量发生变化；所述半导体衬底为P型衬底，在所述半导体衬底内形成有两个第一N型区域，在两个第一N型区域的上方形成第一栅介质层，在所述第一栅介质层上形成有第一栅电极；在其中一个第一N型区域周围形成有第一源电极，在另一个第一N型区域周围形成有第一漏电极，在半导体衬底内形成第一衬底端；将所述第一源电极、所述第一漏电极以及第一衬底端连接后以形成固定电容晶体管的第一端，所述第一栅电极作为所述固定电容晶体管的第二端；所述第一栅电极连接幅值固定的电源端，所述电容晶体管的第一端与所述可变电容的第二端连接后与所述半导体衬底内的处理电路的输入端连接，所述固定电容晶体管的电容量等于所述可变电容的初始量；当所述微桥结构吸收红外光后，所述可变电容或者所述固定电容晶体管向所述处理电路的输入端放电，通过监测放电电流获得红外光强度。2.根据权利要求1所述的红外成像芯片，其特征在于，在所述半导体衬底内形成有两个第二N型区域，在两个第二N型区域的上方形成第二栅介质层，在所述第二栅介质层上形成有第二栅电极；在其中一个第二N型区域周围形成有第二源电极，在另一个第二N型区域周围形成有第二漏电极，以形成可变电阻，所述第二漏电极作为所述可变电阻的第一端，所述第二源电极为所述可变电阻的第二端，所述可变电阻的第一端与所述可变电容的第二端连接；在所述半导体衬底内形成有两个第三N型区域，在两个第三N型区域的上方形成第三栅介质层，在所述第三栅介质层上形成有第三栅电极；在其中一个第三N型区域周围形成有第三源电极，在另一个第三N型区域周围形成有第三漏电极，在半导体衬底内形成第三衬底端，所述第三漏电极、所述第三源电极与第三衬底端连接后以形成滤波电容，所述第三衬底端为所述滤波电容的第一端，所述第三栅电极为所述滤波电容的第二端，所述滤波电容的第一端与所述可变电容的第二端连接，所述滤波电容的第二端连接幅值可调的电源端。3.根据权利要求1或2所述的红外成像芯片，其特征在于，所述微桥结构包括：沿着远离所述半导体衬底的方向从上到下依次设置的上微桥结构、中微桥结构以及下微桥结构；其中，所述上微桥结构包括：上微桥面、多个第一上悬垂电极和多个第二上悬垂电极；所述中微桥结构包括：中微桥面、多个第一中悬垂电极和多个第三中悬垂电极；所述上微桥面与所述中微桥面相对设置，所述多个第一中悬垂电极的一端和所述多个第三中悬垂电极的一端均与所述中微桥面的同所述上微桥面相对的一侧连接，所述多个第一上悬垂电极的一端和所述多个第二上悬垂电极的一端均与所述上微桥面的同所述中微桥面相对的一侧连接；所述第二上悬垂电极的长度小于所述第一上悬垂电极的长度的一半，所述第三中悬垂电极的长度小于所述第一中悬垂电极的长度的一半；所述第一上悬垂电极和所述第二上悬垂电极上均覆盖有电极吸收层，所述第一中悬垂电极和所述第三中悬垂电极上均覆盖有电极吸收层；每个所述第二上悬垂电极位于两个所述第一上悬垂电极之间，每个所述第三中悬垂电
极位于两个所述第一中悬垂电极之间；且每个第一上悬垂电极与至少一个所述第一中悬垂电极相邻设置，且每个所述第一中悬垂电极与至少一个所述第一上悬垂电极相邻设置；电极吸收层包括从外到内依次设置的氮化硅薄膜层、氮氧化硅薄膜层以及二氧化硅薄膜层。4.根据权利要求3所述的红外成像芯片，其特征在于，所述下微桥结构包括：下微桥面、多个第一下悬垂电极和多个第二下悬垂电极；所述中微桥结构包括：多个第二中悬垂电极和多个第四中悬垂电极；所述下微桥面与所述中微桥面相对设置，所述多个第二中悬垂电极的一端和所述多个第四中悬垂电极的一端均与所述中微桥面的同所述下微桥面相对的一侧连接，所述多个第一下悬垂电极的一端和所述多个第二下悬垂电极的一端均与所述下微桥面的同所述中微桥面相对的一侧连接；所述第二下悬垂电极的长度小于所述第一下悬垂电极的长度的一半，所述第四中悬垂电极的长度小于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，张杰，贾波，刘刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：