本发明专利技术提供了一种单片集成红外焦平面探测器，包括：衬底；TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列，位于衬底之上；红外探测像素单元阵列，位于TFT信号读出电路阵列之上。相应地，本发明专利技术还提供了单片集成红外焦平面探测器的制造方法。本发明专利技术利用非晶态氧化物半导体的高迁移率、高均匀性和简单工艺的特性，将处理电路、读出电路与探测器阵列集成制作在同一衬底基板上。实现了制作探测器与读出电路的全薄膜工艺，在工艺流程上一次完成，因而降低了制作成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种低成本大面阵单片集成的红外焦平面探测器。
技术介绍
红外辐射是介于可见光与微波之间(0.8-1000 μ m)的电磁波，是可见光之外的一种辐射。利用红外探测器可将人眼识别之外的红外辐射转换成可直接分析的信号。红外探测器种类繁多，有不同的分类方法。根据结构可分为单元、线阵和焦平面红外探测器；就探测机理而言，又可分为光子和热敏红外探测器。热探测器最大的优点是无需致冷，大大降低了成本，并可实现微型化。近十年来，其灵敏度和响应时间有了大幅度的提高，是未来红外成像领域的主导方向。热敏红外探测器主要包括热释电、热电堆和微测辐射热计红外探测器三种类型。其中微测辐射热计红外探测器具有无需斩波、制作工艺与集成电路制造工艺兼容，便于大规模生产等优点，具有相当大的发展潜力，是目前发展速度最快、性能最好和最具有应用前景的一种热敏型红外探测器。红外焦平面列阵(IRFPA)是可以放置在成像光学系统焦平面上的、集成读出电路的红外探测器阵列，是实际实现红外成像系统的关键核心器件。红外焦平面阵列主要由红外探测器阵列和读出电路阵列两部分组成。焦平面阵列结构有两种类型:单片式和混合式。单片式具有较宽频谱、较低噪声、与较低成本。研制高分辨率、大面阵以及低成本非致冷红外焦平面阵列面临不少技术困难，主要难点集中在均匀低成本像素探测器和读出电路结构上。基于硅基的CMOS电路驱动大面阵探测器阵列一般成本较高，面临不少的单元缺陷，成本不能随大面积探测器薄膜材料成本同时线性缩减。
技术实现思路
本专利技术目的之一是解决上述的问题。为此，本专利技术的实施例提供了一种单片集成红外焦平面探测器及其制造方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种单片集成红外焦平面探测器，包括:衬底；TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列，位于衬底之上；红外探测像素单元阵列，位于TFT信号读出电路阵列之上。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种单片集成红外焦平面探测器的制造方法，包括:a)提供衬底；b)在衬底上形成TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列；c)在TFT信号读出电路阵列之上形成红外探测像素单元阵列。与现有技术相比，采用本专利技术提供的技术方案具有如下优点:利用非晶态氧化物半导体的高迁移率、高均匀性和简单工艺的特性，将处理电路、读出电路与探测器阵列集成制作在同一衬底基板上，实现了制作探测器与读出电路的全薄膜工艺，在工艺流程上一次完成，因而降低了制作成本，特别是避免了大面积单晶硅衬底与MOS晶体管的应用，减低了多芯片对准封装困难，也降低了信号长距离传输带来的延迟、噪声与损耗，特别对制备高分辨率、大面阵和低成本探测器阵列系统提供较多的优势。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为根据本专利技术的实施例的单片集成红外焦平面探测器制造方法的流程图；图2至图14为按照图1所示流程制造单片集成红外焦平面探测器的各个阶段的剖面示意图；图15为根据本专利技术的实施例的完整的单片集成红外焦平面探测器。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。根据本专利技术的一个方面，还提供了一种单片集成红外焦平面探测器，请参考图14和图15。如图所示，该单片集成红外焦平面探测器包括:衬底100 ;TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列，位于所述衬底100之上；红外探测像素单元阵列，位于TFT信号读出电路阵列之上。具体地，在本实施例中，衬底100为表面为二氧化硅的硅衬底(例如硅晶片)。除此之外，衬底100还可以是玻璃，石英，塑料中的一种或其任意组合。典型地，衬底100可以具有但不限于约几百微米的厚度，例如可以在400 μ m-800 μ m的厚度范围内。图15为一个红外探测像素单元以及其下的相应TFT信号读出电路的剖视图。如图所示，在所述衬底100上为TFT信号读出电路中的TFT的栅电极200，所述栅电极的材料可以为Mo，Pt, Al, Ti, Co, Au, Cu, Ag或者掺杂多晶硅中的一种或其任意组合。栅电极200之上为栅介质层210，由氧化硅或氮氧化硅或其组合形成，在其他实施例中，也可以是高k介质，例如，HfO2, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO, HfLaO, HfLaSiO, A1203、La2O3' ZrO2, LaAlO中的一种或其组合。在所述栅介质层210之上为TFT的有源层220。在本实施例中，TFT可以由非晶态氧化物半导体形成。在TFT的有源层220之上为晶体管的源/漏极230，其材料为Mo, Pt, Al, Ti, Co, Au，Cu, Ag或者掺杂多晶硅中的一种或其任意组合。在整个上述结构之上为经过平坦化的钝化保护层240，对整个TFT形成保护。在所述源/漏极230上方的钝化层经过开孔和金属淀积，形成有互连电极250，用于连接TFT和红外探测结构。在一个实施例中，每个红外探测像素单元下的TFT信号读出电路可以为单个TFT开关。在此情况下，TFT信号处理电路阵列包含电荷敏感放大器、ADC、DSP、I/0、控制逻辑以及扫描电路。在另一个实施例中，每个红外探测像素单元下的TFT信号读出电路包括敏感放大电路、源跟随器电路以及开关电路。在此情况下，TFT信号处理电路阵列包含ADC、DSP、I/O、控制逻辑以及扫描电路。在还有一个实施例中，每个红外探测像素单元下的TFT信号读出电路包括ADC、DSP、存储器、敏感放大电路、源跟随器电路以及开关电路。在此情况下，TFT信号处理电路阵列包含I/O、控制逻辑以及扫描电路。钝化层支撑层320可以为Si02、Si3N4, SiON，还可以为低K材料，如SiOF、SiCOH,Si0、SiC0、SiC0N。在钝化支撑层320之上，中部的位置为红外探测结构330，其材料根据形成的探测器种类不同而不同。在红外探测结构330外侧，钝化支撑层320表面上为互连金属层340。它的上端与红外探测器结构330相连，下端与读出电路TFT在钝化保护层240中的开孔金属电极250相连，用于连接红外探测器结构和读出电路。本实施例中，红外探测像素单元为微桥绝热结构的红外探测像素单元。微桥隔热空腔360位于每个红外探测结构330与TFT信号读出电路之间。本实施例中微桥隔热空腔结构由钝化支撑层320构成。在本实施例中为正梯形。隔热空腔360底部有红外反射金属层 300。最后，在所述互连金属层340和红外探测器结构3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单片集成红外焦平面探测器，包括：衬底；TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列，位于衬底之上；红外探测像素单元阵列，位于TFT信号读出电路阵列之上。
【技术特征摘要】
1.一种单片集成红外焦平面探测器，包括: 衬底； TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列，位于衬底之上； 红外探测像素单元阵列，位于TFT信号读出电路阵列之上。2.根据权利要求1所述的探测器，其中红外探测像素单元为微桥绝热结构的红外探测像素单元。3.根据权利要求2所述的探测器，其中每个红外探测像素单元与TFT信号读出电路之间存在微桥隔热空腔(360)。4.根据权利要求3所述的探测器，其中所述微桥隔热空腔(360)由钝化支撑层(320)构成。5.根据权利要求3所述的探测器，其中微桥隔热空腔(360)底部存在光屏蔽层(300)。6.根据权利要求1所述的探测器，其中每个红外探测像素单元之下的TFT信号读出电路为单个TFT开关，所述TFT信号处理电路阵列包含电荷敏感放大器、ADC、DSP、I/O、控制逻辑以及扫描电路。7.根据权利要求1所述的探测器，其中每个红外探测像素单元之下的TFT信号读出电路包括敏感放大电路、源跟随器电路以及开关电路，所述TFT信号处理电路阵列包含ADC、DSP、I/O、控制逻辑以及扫描电路。8.根据权利要求1所述的探测器，其中每个红外探测像素单元之下的TFT信号读出电路包括ADC、DSP、存储器、敏感放大电路、源跟随器电路以及开关电路，所述TFT信号处理电路阵列包含I/O、控制逻辑以及扫描电路。9.根据权利要求1所述的探测器，其中衬底为表面为二氧化硅的硅片，玻璃，石英或塑料。10.根据权利要求1所述的探测器，其中TFT为非晶态氧化物半导体TFT。11.一种单片集成红外焦平面探测器的制造方法，包括: a)提供衬底(100)； b)在衬底(100)上形成TFT信号读出电路阵列以及TFT信号处理电路阵列； c)在TFT信号读出电路阵列之上形成红外探测像素单元阵列。12.根据权利要求11所述的制造方法，其中所述衬底(100)的材料为表面为二氧化硅的硅片，玻璃，石英或塑料。13.根据权利要求11所述的制造方法，其中红外探测像素单元为微桥绝热结构的红外探测像素单元。14.根据权利要求13...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷华湘，王玉光，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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