一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法，包括：制备于同一衬底上的光电二极管阵列和读出电路；提供一衬底，根据设计布局在所述衬底上刻蚀沟槽，确定各光敏元的位置；利用外延生长技术，在所述沟槽内逐层形成N型外延层及P型外延层；刻蚀所述P型外延层以露出部分所述N型外延层；在所述衬底上制备读出电路中的各器件；制作各光敏元的电极，通过金属线将各电极与所述读出电路中相应的器件连接。本发明专利技术的单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法将光电二极管阵列和读出电路制备于同一衬底上，避免了键合等复杂的制备工艺，提高产品的良率，大大简化生产工艺，降低生产成本，有利于紫外焦平面器件的大规模生产。

A monolithic integrated UV focal plane device and its fabrication method

The present invention provides an ultraviolet focal plane device and a preparation method thereof, comprising: a monolithic photodiode array was prepared on the same substrate and the readout circuit; providing a substrate, according to the design layout of etching on the substrate groove, determine the position of the photosensitive element; using the epitaxial growth technique in the trench layer formed N epitaxial layer and P epitaxial layer; etching the P epitaxial layer to expose a portion of the N epitaxial layer; preparation of the readout device in the circuit on the substrate; the photosensitive element electrode, the metal electrode and the line will be the read the corresponding connection device in the circuit. The invention of the monolithic integrated UV focal plane device and its preparing method the photodiode arrays and readout circuits were prepared on the same substrate, avoiding the bonding of complex preparation process, increase the yield of products, greatly simplify the production process, reduce production cost, which is good for the mass production of UV FPA device.

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，特别是涉及一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法。
技术介绍
在现代光电探测技术中，紫外波段越来越受到人们的关注。由于宇宙空间、火焰、石油、气体污染物分子，以及高压线的电晕现象等都会含有紫外线辐射，因此紫外探测及紫外成像在航天、通讯、军事、民用检测等领域都有着广泛的应用需求，这些需求加快了紫外焦平面器件的发展速度。焦平面阵列探测的原理为在其焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的光线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到的光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终将电信号送达监视系统形成图像信息。主流的紫外焦平面探测器都是基于GaN/AlxGa1-xN材料体系，采用GaN/AlxGa1-xN制作的紫外探测器，其紫外光/可见光抑制比高，对可见光不敏感，工作时不需要或者可以减少使用滤波器。由于GaN的禁带宽度为3.4eV，其光谱响应的截止波长为365nm，而AlN的禁带宽度为6.2eV，相应的截止波长为200nm。所以通过调整外延材料的组分比即掺铝含量，带隙能可以从3.4～6.2eV之间连续可调，对应的截止波长可以在200～365nm之间随意裁剪。如图1所示，目前市面上的紫外焦平面探测器1均采用混合集成的方式制成，分别制作出GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11和硅基的读出电路12，然后通过铟柱13互连的方式将二者键合在一起。其中，所述GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11包括蓝宝石衬底111、N型AlGaN层112、P型AlGaN层113以及SiN保护层114；所述硅基的读出电路12包括Si衬底121和制备于所述Si衬底121上的读出电路122，所述读出电路122以符号代表，未显示具体结构。这种混合集成方法需要分别制备GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11和硅基的读出电路12，然后通过键合的方式将两者互连，制备工艺复杂，而且良率较低，生产成本高，不利于大规模生产。因此，如何简化紫外焦平面探测器的生产工艺，提高产品良率，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法，用于解决现有技术中紫外焦平面探测器的生产工艺复杂，产品良率低，生产成本高，不利于大规模生产等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种单片集成的紫外焦平面器件，所述单片集成的紫外焦平面器件至少包括：制备于同一衬底上的光电二极管阵列和读出电路；所述光电二极管阵列包括多个光敏元，各光敏元包括制备于所述衬底上的N型外延层、制备于所述N型外延层上的P型外延层，用于接收紫外焦平面上的光；所述读出电路与所述光电二极管阵列通过金属线连接，用于读取各光敏元中的电荷并输出。优选地，所述衬底为P型衬底。优选地，所述N型外延层和所述P型外延层的材质为AlGaN。优选地，各光敏元之间通过隔离层进行隔离。优选地，所述光电二极管阵列表面还包括SiN保护层，所述读出电路的表面还包括SiO2保护层。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种上述单片集成的紫外焦平面器件的制备方法，所述单片集成的紫外焦平面器件的制备方法至少包括：步骤S1：提供一衬底，根据设计布局在所述衬底上刻蚀沟槽，确定各光敏元的位置；步骤S2：利用外延生长技术，在所述沟槽内逐层形成N型外延层及P型外延层；步骤S3：刻蚀所述P型外延层以露出部分所述N型外延层；步骤S4：在所述衬底上制备读出电路中的各器件；步骤S5：制作各光敏元的电极，通过金属线将各电极与所述读出电路中相应的器件连接。优选地，步骤S3还包括，在所述衬底、所述N型外延层及所述P型外延层的表面形成第一保护层。优选地，在执行步骤S4之前，根据设计布局刻蚀所述保护层及所述衬底以形成隔离区，并在所述隔离区中形成隔离层，所述隔离层将各光敏元阻隔开。优选地，步骤S4还包括在所述读出电路中的各器件表面形成第二保护层。优选地，所述读出电路中的各器件采用标准CMOS工艺制备。如上所述，本专利技术的单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术的单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法将光电二极管阵列和读出电路制备于同一衬底上，避免了键合等复杂的制备工艺，提高产品的良率，大大简化生产工艺，降低生产成本，有利于紫外焦平面器件的大规模生产。附图说明图1显示为现有技术中的紫外焦平面探测器的结构示意图。图2显示为本专利技术的单片集成的紫外焦平面器件的结构示意图。图3～图9显示为本专利技术的单片集成的紫外焦平面器件的制备方法的流程示意图。元件标号说明1紫外焦平面探测器11GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列111蓝宝石衬底112N型AlGaN层113P型AlGaN层114SiN保护层12硅基的读出电路121Si衬底122读出电路13铟柱2单片集成的紫外焦平面器件21衬底211沟槽22光敏元221N型外延层222P型外延层23读出电路24第一保护层25隔离层26第二保护层S1～S5步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2～图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图2所示，本专利技术提供一种单片集成的紫外焦平面器件2，所述单片集成的紫外焦平面器件2至少包括：制备于同一衬底21上的光电二极管阵列和读出电路23。如图2所示，所述衬底21位于底层，在本实施例中，所述衬底21为P型Si衬底。如图2所示，所述光电二极管阵列包括多个光敏元22，各光敏元22包括制备于所述衬底21上的N型外延层221、制备于所述N型外延层221上的P型外延层222，所述光电二极管阵列用于接收紫外焦平面上的光。具体地，如图2所示，在本实施例中，所述N型外延层221和所述P型外延层222的材质为AlGaN。所述N型外延层221和所述P型外延层222形成PN结，对外部紫外焦平面上的光进行响应，并产生相应的电荷。具体地，如图2所示，在本实施例中，所述N型外延层221和所述P型外延层222的表面还铺设有第一保护层24，所述第一保护层24的材质为SiN。如图2所示，所述读出电路23与所述光电二极管阵列通过金属线连接，所述读出电路23用于读取各光敏元22中的电荷并输出。具体地，如图2所示，所述读出电路23仅以符号表示，并未具体呈现内部结构示意图，本领域技术人员应当理解其表示的含义，其具体结构以电路结构为准，在此不一一限定。所述读出电路23包括多个器件构成的电路结构，各器件的表面铺设有第二保护层26，在本实施例中，所述第二保护层26的材质为SiO2。如图2所示，各光敏元22之间通过隔离层25阻隔，以减小电子运动的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于，所述单片集成的紫外焦平面器件至少包括：制备于同一衬底上的光电二极管阵列和读出电路；所述光电二极管阵列包括多个光敏元，各光敏元包括制备于所述衬底上的N型外延层、制备于所述N型外延层上的P型外延层，用于接收紫外焦平面上的光；所述读出电路与所述光电二极管阵列通过金属线连接，用于读取各光敏元中的电荷并输出。

【技术特征摘要】
1.一种单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于，所述单片集成的紫外焦平面器件至少包括：制备于同一衬底上的光电二极管阵列和读出电路；所述光电二极管阵列包括多个光敏元，各光敏元包括制备于所述衬底上的N型外延层、制备于所述N型外延层上的P型外延层，用于接收紫外焦平面上的光；所述读出电路与所述光电二极管阵列通过金属线连接，用于读取各光敏元中的电荷并输出。2.根据权利要求1所述的单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于：所述衬底为P型衬底。3.根据权利要求1所述的单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于：所述N型外延层和所述P型外延层的材质为AlGaN。4.根据权利要求1所述的单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于：各光敏元之间通过隔离层进行隔离。5.根据权利要求1所述的单片集成的紫外焦平面器件，其特征在于：所述光电二极管阵列表面还包括SiN保护层，所述读出电路的表面还包括SiO2保护层。6.一种如权利要求1～5任意一项所述的单片集成的紫外焦平面器件的制备方法，其特征在于，所述单片集成的紫外焦平面器件的制备方法至少包括：步骤S1：提...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，
申请(专利权)人：上海芯晨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31