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红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法

阅读：385发布：2020-05-22

专利汇可以提供红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法，它涉及光电探测器制造工艺技术。本发明采用在红外焦平面列阵器件光敏感元芯片非电极区域的钝化层表面制作起内反射镜面作用的金属层，来实现红外辐射吸收厚度比红外光敏感元列阵芯片有源区实际厚度大一倍的技术方案，有效解决了红外辐射在红外焦平面列阵器件内部吸收率、内量子效率低的问题。本发明方法具有工艺完全兼容、稳定性好以及不降低光电转换效率的特点。，下面是红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法，其特征在于包括以下步骤：
A.在光敏感元芯片在完成金属化电极制作后，采用光刻技术在光敏感元列阵芯片表面形成金属化电极区域的保护和非金属化区域钝化层的暴露的光刻胶掩蔽膜图形，光刻胶采用商用的AZ4620，光刻胶掩蔽膜厚度为2-8μm；
B.采用双离子束镀膜技术，进行光敏感元列阵芯片内反射镜面金属层的金生长，工艺
2
气体选用氩气，等离子体能量为600-1000eV，离子束流密度为0.08-0.12A/cm，中和束流密
2
度为0.10-0.15A/cm，光敏感元列阵芯片内反射镜面金的生长速率为10-30nm/min，厚度为
100-300nm；
C.从双离子束镀膜机的真空样品台上取出完成内反射镜面金的光敏感元列阵芯片，采用丙酮溶液进行湿法浮胶的剥离技术，去除红外焦平面光敏感列阵芯片金属化电极区域的金和光刻胶掩蔽膜图形，获得光敏感元列阵芯片内反射镜面结构；
D.进行后续的红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片铟柱列阵的的制作。

说明书全文

红外焦平面列阵器件的内吸收率增强方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光电探测器件制造工艺技术，具体是指红外焦平面列阵器件的光敏感元芯片的内吸收率增强方法。

背景技术

[0002] 红外焦平面列阵器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的先进的成像传感器，在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、搜索与跟踪、医用和工业热成像、以及导弹精确制导等军、民用领域有重要而广泛的应用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的主要工业大国都将红外焦平面列阵器件制备技术列为重点发展的高技术项目。

[0003] 在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测技术已进入了以大面阵、小型化和多色化等为特点的第三代红外焦平面探测器的重要发展阶段(见S.Horn，P.Norton，T.Cincotta，A.Stoltz，et al，“Challenges for third-generation cooledimagers”，proceeding of SPIE，Vol.5074，2003，P44-51)。高级红外成像的高分辨率探测迫使新一代红外焦平面探测器向大面阵、小型化趋势的发展，要求红外探测光敏感元列阵的像元尺寸不断缩小。这对红外焦平面光伏探测器而言，必须通过增强红外辐射在红外焦平面列阵器件内部的吸收率，以确保高密度小像元尺寸红外探测器仍然有高的响应率和探测率的等光电性能，进而确保小像元尺寸红外探测器在红外成像系统中的分辨率。

[0004] 通常采用的红外焦平面探测器内吸收率增强方法，是增加红外探测器响到应红外辐射的有源区厚度。但是，当红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片有源区厚度增加至接近有源区的少子扩散长度时，红外焦平面探测器光电转化效率却会随着内吸收率的增强而降低，从而影响红外焦平面探测器的量子效率和探测率等性能。

发明内容

[0005] 基于上述已有红外焦平面列阵器件内吸收率增强方法存在的问题，本发明的目的是提供一种不降低光电转换效率、工艺兼容和稳定性高的红外焦平面列阵器件内吸收率增强的方法。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用在红外焦平面列阵器件光敏感元芯片非电极区域的钝化层表面制作起内反射镜面作用的金属层，来实现红外辐射吸收厚度比红外光敏感元列阵芯片有源区实际厚度大一倍的技术方案。

[0007] 本发明光敏感元芯片在完成金属化电极制作后，于非电极区域的钝化层表面制作起内反射镜面作用的金属层，以实现红外焦平面列阵器件内吸收率的增强。当红外辐射从背面衬底到达光敏感元列阵芯片的有源区时，一部分直接被吸收并转换为光电信号，而另一部分未被吸收的红外辐射则在金属化电极或非电极区域的金属层内入射镜面处反射回光敏感元列阵芯片的有源区，再一次地被吸收并转换成光电信号。所以，在红外焦平面列阵器件光敏感元芯片非电极区域的钝化层表面制作起内反射镜面作用的金属层后，红外辐射的吸收厚度增加到光敏感元列阵芯片的有源区实际厚度的两倍，从而提高红外焦平面列阵器件的内吸收率，进而提高红外焦平面探测器的量子效率与探测率。

[0008] 而且，内反射镜面金属层的制作不仅不涉及金属化电极开口的关键工艺，其它步骤还与红外光敏感元列阵芯片金属化电极制作方法相同。所以，内反射镜面金属层的制作工艺与红外焦平面光敏感元列阵芯片的技术路线完全兼容，操作方便、稳定。

[0009] 上述技术方案的红外焦平面列阵器件内吸收率的增强方法如下：

[0010] A.在光敏感元芯片在完成金属化电极制作后，采用光刻技术在光敏感元列阵芯片表面形成金属化电极区域的保护和非金属化区域钝化层的暴露的光刻胶掩蔽膜图形。光刻胶采用商用的AZ4620，光刻胶掩蔽膜厚度为2-8μm。

[0011] B.采用双离子束镀膜技术，进行光敏感元列阵芯片内反射镜面金属层的金(Au)生长。工艺气体选用氩气(Ar)，等离子体能量为600-1000eV，离子束流密度为0.08-0.12A/2 2
cm，中和束流密度为0.10-0.15A/cm。光敏感元列阵芯片内反射镜面金的生长速率为
10-30nm/min，厚度为100-300nm。

[0012] C.从双离子束镀膜机的真空样品台上取出完成内反射镜面金的光敏感元列阵芯片，采用丙酮溶液进行湿法浮胶的剥离技术，去除红外焦平面光敏感列阵芯片金属化电极区域的金和光刻胶掩蔽膜图形，获得光敏感元列阵芯片内反射镜面结构。

[0013] D.进行后续的红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片铟柱列阵的的制作。

[0014] 本发明的最大优点是：巧妙地于红外焦平面列阵器件光敏感元芯片非电极区域的钝化层表面制作起内反射镜面作用的金层，可红外辐射的吸收厚度增加到光敏感元列阵芯片的有源区实际厚度的两倍，从而提高红外焦平面列阵器件的内吸收率、量子效率与探测率，具有工艺完全兼容、稳定性好以及不降低光电转换效率的特点。附图说明

[0015] 图1是本发明完成内吸收率增强的红外焦平面探测芯片内反射层金属制作的工艺流程示意图，其中，(a)图为生长完金属化电极的情况；(b)图为进行金属化电极保护和非金属化电极区域钝化层暴露的光刻情况；(c)图为内反射层金属的生长情况；(d)图为制作完内反射层的情况；(e)图为制作完铟柱的情况。

[0016] 图2是制作有内反射金属层的红外焦平面探测芯片的内吸收率增强原理图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

[0018] A.在光敏感元芯片1在完成金属化电极105制作后，采用光刻技术在光敏感元列阵芯片表面形成金属化电极区域的保护和非金属化区域钝化层104的暴露的光刻胶掩蔽膜图形2。光刻胶采用商用的AZ4620，光刻胶掩蔽膜图形2的厚度为5μm。

[0019] B.采用双离子束镀膜技术，进行光敏感元列阵芯片1内反射镜面金属层106的金2
(Au)生长。工艺气体选用氩气(Ar)，等离子体能量为800eV，离子束流密度为0.1A/cm，中
2
和束流密度为0.12A/cm。光敏感元列阵芯片内反射镜面金的生长速率为20nm/min，厚度为200nm。

[0020] C.从双离子束镀膜机的真空样品台上取出完成内反射镜面金的光敏感元列阵芯片，采用丙酮溶液进行湿法浮胶的剥离技术，去除红外焦平面光敏感列阵芯片金属化电极区域的金和光刻胶掩蔽膜图形2，获得光敏感元列阵芯片内反射镜面金属层结构106。

[0021] D.进行后续的红外焦平面探测器光敏感元列阵芯片1铟柱列阵107的制作。

[0022] 如图2所示，当红外辐射从背面衬底到达光敏感元列阵芯片的有源区时，一部分直接被吸收并转换为光电信号，而另一部分未被吸收的红外辐射则在金属化电极或非电极区域的金属层内入射镜面处反射回光敏感元列阵芯片的有源区，再一次地被吸收并转换成光电信号。因此，在设计红外焦平面光敏感元列阵芯片时，可以适当地减小有源区的厚度，以保证同高的内吸收率的同时有高的光电转化效率。

[0023] 本发明以截止波长为5μm的碲镉汞红外焦平面探测器为例，对有源区采用厚度6μm的光敏感元列阵芯片进行理论计算，得到制作有内反射镜面的红外焦平面探测器的内吸收率能提高10％，红外焦平面探测器的内量子效率可以增加15％。这说明制作内反射镜面达到了对红外焦平面列阵器件内吸收率增强的目的。

[0024] 由于本发明与红外焦平面探测芯片加工工艺完全兼容，且具有工艺稳定性好和可靠性高的特点，表明本发明进行红外焦平面列阵器件的内吸收率增强法是可行的、合理的。

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