單片集成紅外焦平面探測器制造技術

本發明專利技術提供了一種單片集成紅外焦平面探測器，包括：襯底；TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列，位于襯底之上；紅外探測像素單元陣列，位于TFT信號讀出電路陣列之上。相應地，本發明專利技術還提供了單片集成紅外焦平面探測器的制造方法。本發明專利技術利用非晶態氧化物半導體的高遷移率、高均勻性和簡單工藝的特性，將處理電路、讀出電路與探測器陣列集成制作在同一襯底基板上。實現了制作探測器與讀出電路的全薄膜工藝，在工藝流程上一次完成，因而降低了制作成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，尤其涉及一種低成本大面陣單片集成的紅外焦平面探測器。
技術介紹
紅外輻射是介于可見光與微波之間(0.8-1000 μ m)的電磁波，是可見光之外的一種輻射。利用紅外探測器可將人眼識別之外的紅外輻射轉換成可直接分析的信號。紅外探測器種類繁多，有不同的分類方法。根據結構可分為單元、線陣和焦平面紅外探測器；就探測機理而言，又可分為光子和熱敏紅外探測器。熱探測器最大的優點是無需致冷，大大降低了成本，并可實現微型化。近十年來，其靈敏度和響應時間有了大幅度的提高，是未來紅外成像領域的主導方向。熱敏紅外探測器主要包括熱釋電、熱電堆和微測輻射熱計紅外探測器三種類型。其中微測輻射熱計紅外探測器具有無需斬波、制作工藝與集成電路制造工藝兼容，便于大規模生產等優點，具有相當大的發展潛力，是目前發展速度最快、性能最好和最具有應用前景的一種熱敏型紅外探測器。紅外焦平面列陣(IRFPA)是可以放置在成像光學系統焦平面上的、集成讀出電路的紅外探測器陣列，是實際實現紅外成像系統的關鍵核心器件。紅外焦平面陣列主要由紅外探測器陣列和讀出電路陣列兩部分組成。焦平面陣列結構有兩種類型:單片式和混合式。單片式具有較寬頻譜、較低噪聲、與較低成本。研制高分辨率、大面陣以及低成本非致冷紅外焦平面陣列面臨不少技術困難，主要難點集中在均勻低成本像素探測器和讀出電路結構上。基于硅基的CMOS電路驅動大面陣探測器陣列一般成本較高，面臨不少的單元缺陷，成本不能隨大面積探測器薄膜材料成本同時線性縮減。
技術實現思路
本專利技術目的之一是解決上述的問題。為此，本專利技術的實施例提供了一種單片集成紅外焦平面探測器及其制造方法。根據本專利技術的一個方面，提供了一種單片集成紅外焦平面探測器，包括:襯底；TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列，位于襯底之上；紅外探測像素單元陣列，位于TFT信號讀出電路陣列之上。根據本專利技術的另一個方面，還提供了一種單片集成紅外焦平面探測器的制造方法，包括:a)提供襯底；b)在襯底上形成TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列；c)在TFT信號讀出電路陣列之上形成紅外探測像素單元陣列。與現有技術相比，采用本專利技術提供的技術方案具有如下優點:利用非晶態氧化物半導體的高遷移率、高均勻性和簡單工藝的特性，將處理電路、讀出電路與探測器陣列集成制作在同一襯底基板上，實現了制作探測器與讀出電路的全薄膜工藝，在工藝流程上一次完成，因而降低了制作成本，特別是避免了大面積單晶硅襯底與MOS晶體管的應用，減低了多芯片對準封裝困難，也降低了信號長距離傳輸帶來的延遲、噪聲與損耗，特別對制備高分辨率、大面陣和低成本探測器陣列系統提供較多的優勢。附圖說明通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯。圖1為根據本專利技術的實施例的單片集成紅外焦平面探測器制造方法的流程圖；圖2至圖14為按照圖1所示流程制造單片集成紅外焦平面探測器的各個階段的剖面示意圖；圖15為根據本專利技術的實施例的完整的單片集成紅外焦平面探測器。具體實施例方式下面詳細描述本專利技術的實施例。所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能解釋為對本專利技術的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本專利技術的不同結構。為了簡化本專利技術的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本專利技術。此外，本專利技術可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本專利技術提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。根據本專利技術的一個方面，還提供了一種單片集成紅外焦平面探測器，請參考圖14和圖15。如圖所示，該單片集成紅外焦平面探測器包括:襯底100 ;TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列，位于所述襯底100之上；紅外探測像素單元陣列，位于TFT信號讀出電路陣列之上。具體地，在本實施例中，襯底100為表面為二氧化硅的硅襯底(例如硅晶片)。除此之外，襯底100還可以是玻璃，石英，塑料中的一種或其任意組合。典型地，襯底100可以具有但不限于約幾百微米的厚度，例如可以在400 μ m-800 μ m的厚度范圍內。圖15為一個紅外探測像素單元以及其下的相應TFT信號讀出電路的剖視圖。如圖所示，在所述襯底100上為TFT信號讀出電路中的TFT的柵電極200，所述柵電極的材料可以為Mo，Pt, Al, Ti, Co, Au, Cu, Ag或者摻雜多晶硅中的一種或其任意組合。柵電極200之上為柵介質層210，由氧化硅或氮氧化硅或其組合形成，在其他實施例中，也可以是高k介質，例如，HfO2, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO, HfLaO, HfLaSiO, A1203、La2O3' ZrO2, LaAlO中的一種或其組合。在所述柵介質層210之上為TFT的有源層220。在本實施例中，TFT可以由非晶態氧化物半導體形成。在TFT的有源層220之上為晶體管的源/漏極230，其材料為Mo, Pt, Al, Ti, Co, Au，Cu, Ag或者摻雜多晶硅中的一種或其任意組合。在整個上述結構之上為經過平坦化的鈍化保護層240，對整個TFT形成保護。在所述源/漏極230上方的鈍化層經過開孔和金屬淀積，形成有互連電極250，用于連接TFT和紅外探測結構。在一個實施例中，每個紅外探測像素單元下的TFT信號讀出電路可以為單個TFT開關。在此情況下，TFT信號處理電路陣列包含電荷敏感放大器、ADC、DSP、I/0、控制邏輯以及掃描電路。在另一個實施例中，每個紅外探測像素單元下的TFT信號讀出電路包括敏感放大電路、源跟隨器電路以及開關電路。在此情況下，TFT信號處理電路陣列包含ADC、DSP、I/O、控制邏輯以及掃描電路。在還有一個實施例中，每個紅外探測像素單元下的TFT信號讀出電路包括ADC、DSP、存儲器、敏感放大電路、源跟隨器電路以及開關電路。在此情況下，TFT信號處理電路陣列包含I/O、控制邏輯以及掃描電路。鈍化層支撐層320可以為Si02、Si3N4, SiON，還可以為低K材料，如SiOF、SiCOH,Si0、SiC0、SiC0N。在鈍化支撐層320之上，中部的位置為紅外探測結構330，其材料根據形成的探測器種類不同而不同。在紅外探測結構330外側，鈍化支撐層320表面上為互連金屬層340。它的上端與紅外探測器結構330相連，下端與讀出電路TFT在鈍化保護層240中的開孔金屬電極250相連，用于連接紅外探測器結構和讀出電路。本實施例中，紅外探測像素單元為微橋絕熱結構的紅外探測像素單元。微橋隔熱空腔360位于每個紅外探測結構330與TFT信號讀出電路之間。本實施例中微橋隔熱空腔結構由鈍化支撐層320構成。在本實施例中為正梯形。隔熱空腔360底部有紅外反射金屬層 300。最后，在所述互連金屬層340和紅外探測器結構3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單片集成紅外焦平面探測器，包括：襯底；TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列，位于襯底之上；紅外探測像素單元陣列，位于TFT信號讀出電路陣列之上。

【技術特征摘要】
1.一種單片集成紅外焦平面探測器，包括: 襯底； TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列，位于襯底之上； 紅外探測像素單元陣列，位于TFT信號讀出電路陣列之上。2.根據權利要求1所述的探測器，其中紅外探測像素單元為微橋絕熱結構的紅外探測像素單元。3.根據權利要求2所述的探測器，其中每個紅外探測像素單元與TFT信號讀出電路之間存在微橋隔熱空腔(360)。4.根據權利要求3所述的探測器，其中所述微橋隔熱空腔(360)由鈍化支撐層(320)構成。5.根據權利要求3所述的探測器，其中微橋隔熱空腔(360)底部存在光屏蔽層(300)。6.根據權利要求1所述的探測器，其中每個紅外探測像素單元之下的TFT信號讀出電路為單個TFT開關，所述TFT信號處理電路陣列包含電荷敏感放大器、ADC、DSP、I/O、控制邏輯以及掃描電路。7.根據權利要求1所述的探測器，其中每個紅外探測像素單元之下的TFT信號讀出電路包括敏感放大電路、源跟隨器電路以及開關電路，所述TFT信號處理電路陣列包含ADC、DSP、I/O、控制邏輯以及掃描電路。8.根據權利要求1所述的探測器，其中每個紅外探測像素單元之下的TFT信號讀出電路包括ADC、DSP、存儲器、敏感放大電路、源跟隨器電路以及開關電路，所述TFT信號處理電路陣列包含I/O、控制邏輯以及掃描電路。9.根據權利要求1所述的探測器，其中襯底為表面為二氧化硅的硅片，玻璃，石英或塑料。10.根據權利要求1所述的探測器，其中TFT為非晶態氧化物半導體TFT。11.一種單片集成紅外焦平面探測器的制造方法，包括: a)提供襯底(100)； b)在襯底(100)上形成TFT信號讀出電路陣列以及TFT信號處理電路陣列； c)在TFT信號讀出電路陣列之上形成紅外探測像素單元陣列。12.根據權利要求11所述的制造方法，其中所述襯底(100)的材料為表面為二氧化硅的硅片，玻璃，石英或塑料。13.根據權利要求11所述的制造方法，其中紅外探測像素單元為微橋絕熱結構的紅外探測像素單元。14.根據權利要求13...

【專利技術屬性】
技術研發人員：殷華湘，王玉光，陳大鵬，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：