红外焦平面器件芯片及制备方法、读出电路及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外焦平面器件芯片及制备方法、读出电路及其制备方法，本发明专利技术通过在红外焦平面器件芯片上设置像元结构，由于本发明专利技术的像元结构是完全独立的，所以其不会在低温工作时产生张应力现象，所以本发明专利技术可以有效避免红外混成芯片易发生翘曲形变的问题，同时本发明专利技术还能够通过异质(填充物或真空环境)的有效隔离，以避免像元间载流子的横向迁移，从而避免串音现象的发生。而避免串音现象的发生。而避免串音现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
红外焦平面器件芯片及制备方法、读出电路及其制备方法


[0001]本专利技术涉及计算机
，特别是涉及一种红外焦平面器件芯片及其制备方法、以及读出电路及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于材料特性，通常制冷型红外焦平面探测器的光电转换部分和信号读出部分需要分别加工，并通过倒装互连工艺使用焊接金属(例如，铟)进行连接，而用于制备光电转换部分的红外材料(主要为II
‑
VI和III
‑
V族化合物半导体) 与用于制备信号读出部分的硅(Si)存在较大的热膨胀系数差异，即热失配。这种热失配在混成芯片(指红外材料和读出电路互连后的芯片)在低温条件下(通常为77K左右)工作时，使红外材料层和读出电路层在水平方向上中产生较大的热形变差异，具体如图1所示，同时由于红外混成芯片结构中，硅读出电路的厚度远大于红外材料的厚度，且硅的杨氏模量远大于红外材料的杨氏模量，这些都会导致红外混成芯片发生翘曲形变的问题，甚至发生断裂。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种红外焦平面器件芯片及其制备方法、以及读出电路及其制备方法，以解决现有技术中红外混成芯片易发生翘曲形变的问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种红外焦平面器件芯片的制备方法，该方法包括：在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，通过所述台面结构使得各个像元结构之间是分立隔离的，且每个像元结构形成独立的PN 结结构；将所述像元结构中的P型区和N型区分别引出电极和铟柱，使得在所述像元结构面上形成双电极和双铟柱的引出结构，并将所引出的电极和铟柱与读出电路进行互连，最终得到具有多个完全分立隔离的像元结构的红外焦平面器件芯片。
[0005]可选地，所述在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，包括：基于预设的像元结构的布局要求，在所述红外焦平面器件芯片表面的预设位置进行局部离子注入，通过所述局部离子注入区域与所述红外焦平面器件芯片表面形成PN结结构，每一个PN结结构即为一个像元结构，并在所述像元结构之间加工台面结构，以使得各个像元结构之间相分立隔离，得到多个像元结构。
[0006]可选地，所述在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，包括：在所述红外芯片材料表面整体制备与红外芯片材料原有掺杂类型相异的掺杂类型层，基于预设的像元结构的布局要求，在所述红外芯片材料表面上光刻到所述红外芯片材料面，使得所制备的掺杂类型层与所刻蚀的红外芯片材料面形成PN结结构，具体是先根据像元结构的布局要求光刻出图形，再在所述红外芯片材料表面刻蚀超过其表面掺杂层的深度，然后就形成了PN结结构，每一个PN结结构即为一个像元结构，在所述像元结构之间加工台面结构，以使得各个像元结构之间相分离，得到多个像元结构。
[0007]可选地，在所述像元结构之间加工台面结构，包括：
[0008]在所完成PN结结构制备的红外焦平面器件芯片表面上，按照与所述像元结构中心预设距离来加工所述台面结构，所加工的台面结构的深度为大于表面掺杂层的深度，具体所加工的台面结构的深度要大于表面掺杂层的深度十几个到二十个微米，具体本领域技术人员可以根据需要进行设置，本专利技术对此不作具体限定。
[0009]对所述红外焦平面器件芯片的材料表面进行表面处理和钝化处理，然后在所述像元结构的P型区位置和N型区位置刻蚀接触孔，并制备双电极和双铟柱结构。
[0010]可选地，在所述红外焦平面器件芯片表面进行局部离子注入的区域，以及在所述红外芯片材料表面整体制备掺杂层的区域，设定为PN结的第一型区，所述PN结上与所述第一型区相对应的区域为第二型区，所述第二型区的设置以满足其上的铟柱的位置需求为原则进行设置，所述第一型区和所述第二型区为的P 型区或N型区。
[0011]可选地，将形成像元结构的红外焦平面器件芯片表面进行预处理后，对所述红外焦平面器件芯片与读出电路芯片进行对准调平，加压实现电极或铟柱的互连，形成红外混成芯片，然后对所述红外混成芯片进行内部空隙填充处理以及减薄处理，减薄厚度直到使所有像元分离，再在所述红外混成芯片表面镀制减反射层。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种红外焦平面器件芯片所述红外焦平面器件芯片是基于上述任一种所述方法制备得到的。
[0013]第三方面，本专利技术提供了一种基于本专利技术所述的红外焦平面器件芯片制备读出电路的方法，所述方法包括：
[0014]基于所述红外焦平面器件芯片来制备相对应的双铟柱像元的读出电路，并使得所制备得到的双铟柱像元的读出电路与所制备的红外焦平面器件芯片是相适配的。
[0015]可选地，所述基于所述红外焦平面器件芯片来对应制备双铟柱像元读出电路，包括：
[0016]在所述读出电路芯片的像元电极上制备接触层并进行位置偏移，再在所述读出电路芯片四周制备地电极接触层，然后进行第一次介质层沉积；
[0017]通过光刻图形转移，再通过刻蚀工艺在所述第一层介质层上刻蚀接触孔，使所述第一介质层下的接触电极层引出，同时刻蚀所述读出电路芯片四周的地电极的引出端；
[0018]进行第二次电极制备以将像元接触电极引出至第一层介质层之上，并通过网格化的布线将所述读出电路芯片四周的地电极引出至每一个像元结构，并进行二次介质层沉积；
[0019]进行第二次接触孔光刻及刻蚀，以将第二次介质层下每个像元的信号电极和地电极的进行引出；
[0020]进行第三次电极制备，将像元的信号电极和地电极全部引至第二层介质层之上，用于倒装互连功能层，同时根据设计需要在所述读出电路芯片表面加工用于互连对准和调平的标记，最后进行铟柱制备。
[0021]第四方面，本专利技术提供了一种读出电路，所述读出电路是基于上述任一种方法制备得到的。
[0022]本专利技术有益效果如下：
[0023]本专利技术通过在红外焦平面器件芯片上设置像元结构，由于本专利技术的像元结构是完全独立的，所以其不会在低温工作时产生张应力现象，所以本专利技术可以有效避免红外混成
芯片易发生翘曲形变以及断裂的问题，同时本专利技术还能够通过异质(填充物或真空环境)的有效隔离，以避免像元间载流子的横向迁移，从而避免串音现象的发生。
[0024]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0025]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0026]图1是现有的红外焦平面器件芯片的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术第一实施例提供的红外焦平面器件芯片的结构示意图；
[0028]图3a是本专利技术第一实施例提供的平面型单像元结构剖视图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外焦平面器件芯片的制备方法，其特征在于，包括：在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，通过所述台面结构使得各个像元结构之间是分立隔离的，且每个像元结构均是独立的PN结结构；将所述像元结构中的P型区和N型区分别引出电极和铟柱，使得在所述像元结构面上形成双电极和双铟柱的引出结构，并将所引出的电极和铟柱与读出电路进行互连，最终得到具有多个完全分立隔离的像元结构的红外焦平面器件芯片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，包括：基于预设的像元结构的布局要求，在所述红外焦平面器件芯片表面的预设位置进行局部离子注入，通过所述局部离子注入区域与所述红外焦平面器件芯片表面形成一个PN结结构，每一个PN结结构即为一个像元结构，并在所述像元结构之间加工台面结构，以使得各个像元结构之间相分立隔离，得到多个像元结构。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在红外焦平面器件芯片表面加工台面结构以得到多个像元结构，包括：在所述红外芯片材料表面整体制备与红外芯片材料原有掺杂类型相异的掺杂类型层，基于预设的像元结构的布局要求，在所述红外芯片材料表面上光刻到所述红外芯片材料面，使得所制备的掺杂类型层与所刻蚀的红外芯片材料面形成PN结结构，每一个PN结结构即为一个像元结构，在所述像元结构之间加工台面结构，以使得各个像元结构之间相分离，得到多个像元结构。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述像元结构之间加工台面结构，包括：在所完成PN结结构制备的红外焦平面器件芯片表面上，按照与所述像元结构中心预设距离来加工所述台面结构，所加工的台面结构的深度为大于表面掺杂层的深度；对所述红外焦平面器件芯片的材料表面进行表面处理和钝化处理，然后在每一个所述像元结构的P型区位置和N型区位置刻蚀接触孔，并制备每一个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢喆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：