一种红外双色探测器芯片环形地线的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明属于光电探测技术领域，涉及一种红外双色探测器芯片环形地线，该环形地线可用于有效抑制双色碲镉汞焦平面探测器裂片。背景技术：2.双色红外焦平面探测器是由响应两个不同波段的光电二极管在探测芯片纵向上叠加集成的。它可实现在双波段对目标和环境背景进行同时探测，通过对比不同辐射波段下的辐射特征，更好地排除虚假信号并获得更多有意义的目标信息。双色焦平面探测器为准确获取信息提供了新的自由度，在预警、跟踪和精确制导系统中可对复杂背景进行抑制，有效降低虚警率，提高目标的识别能力。3.双电极同时读出的双色焦平面探测器可对两个波段实现时间和空间上的同步有效探测。该双色探测器基于分子束外延生长的p3-p2-p1型碲镉汞多层异质结双色材料，采用干法刻蚀形成到达响应波长较短的材料层的微台面。经上下台面以及微台面侧壁钝化后，采用光刻和b离子注入在上下台面获得相应的pn结。通过欧姆接触孔开孔和接触电极制备，得到了双色器件。不同规模的双色器件阵列和地线共同组成双色探测器芯片。将该双色探测器芯片与双色读出电路通过铟柱倒装互连形成双色焦平面探测器芯片组。为了提高双色焦平面芯片组的长期可靠性，在双色探测器芯片和双色读出电路之间填入下填充胶，待填充胶固化后去除衬底。在该双色探测器芯片结构中地线通常采用整体开槽的环形地线结构，地线槽的宽度较微台面孔大得多，由于刻蚀台面过程中存在微负载效应使得地线槽的刻蚀深度比微台面孔深。双色焦平面探测器芯片组背减去除衬底后，地线槽内剩余的碲镉汞层厚度相对其它区域薄而变得脆弱，在温度冲击下容易沿地线出现裂纹，甚至发生裂片的现象，大大降低了双色焦平面器件的可靠性。例如，参见图1，双色探测器芯片和双色读出电路通过铟柱倒装互连形成双色焦平面探测器芯片组。该焦平面探测器通常在低温(如77k)下工作，故每次开机都将伴随着温度冲击的过程。由于碲锌镉衬底1和碲镉汞光敏材料(包括p型中波碲镉汞吸收层5、p型碲镉汞势垒层4以及p型短波碲镉汞吸收层2)与硅读出电路16之间存在热膨胀系数差异，导致温度冲击将在双色探测器芯片内部引入热失配应力。碲锌镉衬底1厚度为800～1000μm，碲镉汞光敏材料厚度则为9～15μm，因此碲锌镉衬底1对双色探测器芯片应力的影响更大。为了降低热应力，提高双色焦平面芯片组的可靠性，通常将碲锌镉衬底1进行去除处理。经碲锌镉衬底1去除后采用开槽式地线结构的双色探测器芯片，由于干法刻蚀过程中的微负载效应，刻蚀后地线槽内剩余的碲镉汞层厚度相对其它区域薄而变得脆弱，在温度冲击引入应力的作用下容易沿地线出现裂纹，甚至发生裂片的现象。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种红外双色探测器芯片环形地线，以用于解决上述问题，该环形地线能够有效抑制双色碲镉汞焦平面探测器裂片。5.本发明的技术方案是：6.一种红外双色探测器芯片环形地线，该环形地线用于抑制双色碲镉汞焦平面探测器裂片，该双色碲镉汞焦平面探测器由双色探测器芯片和读出电路通过铟柱倒装互连形成；该双色探测器芯片包括地线金属电极和双色器件阵列。7.该双色器件阵列包括：中波器件金属电极及与其接触的中波器件阵列；短波器件金属电极及与其接触的短波器件阵列；采用干法刻蚀钝化层形成微台面孔型地线电极接触孔、短波器件n型区电极接触孔和中波器件n型区电极接触孔；通过微台面孔型地线电极接触孔将地线金属电极与p型短波碲镉汞吸收层进行连接形成的双色探测器芯片的地线；通过短波器件n型区电极接触孔将短波器件金属电极与短波碲镉汞n型区进行连接形成的短波器件；通过中波器件n型区电极接触孔将中波器件金属电极与中波碲镉汞n型区进行连接形成的中波器件。8.该读出电路包括：读出电路本体；位于读出电路本体上的金属电极和铟柱。9.所述红外双色探测器芯片环形地线是由环绕在双色器件阵列外边缘的一系列相互隔离且呈锯齿状排列的微台面地线孔通过地线金属电极连接形成；所述双色器件阵列内规则排列着短波器件微台面孔。10.进一步地，所述微台面地线孔和短波器件微台面孔的直径和孔的深度相等。11.进一步地，所述钝化层的厚度为0.7μm～0.8μm。12.进一步地，所述微台面地线孔的直径为8μm～14μm。13.进一步地，所述微台面孔型地线地电极接触孔的直径为6μm～12μm。14.进一步地，所述短波器件n型区电极接触孔和中波器件n型区电极接触孔的直径为3μm～6μm。15.进一步地，所述微台面孔型地线地电极接触孔刻蚀孔深与短波器件n型区电极接触孔差异不大于0.1μm。16.进一步地，所述地线金属电极、中波器件金属电极和短波器件金属电极同时进行制备，电极的材质为ni、cr、pt或au。17.本发明的机理：18.双色器件阵列内规则排列着波长相对较短的器件微台面孔，直径为8μm～14μm，而环绕双色器件阵列的地线槽的宽度为40μm～60μm。由于微负载效应，经刻蚀后地线槽的深度较器件微台面孔深而成为应力耐受程度较弱的区域，易出现沿地线槽方向的裂纹，甚至导致双色探测器芯片裂片。本发明采用一系列相互隔离且呈锯齿状排列的环绕双色器件阵列外边缘的微台面地线孔代替原先开槽式地线。微台面地线孔直径和双色器件内波长相对较短的器件微台面孔直径相等，经刻蚀后它们的孔深是一致的；且微台面地线孔是相互隔离且呈锯齿状排列的，因此由该微台面地线孔所形成的地线应力耐受程度与双色器件阵列内部一致，有效避免了沿地线方向出现芯片裂片的问题。19.本发明的有益效果如下：20.1)本发明的地线由一系列微台面地线孔组成，微台面地线孔直径与双色器件内波长相对较短的器件微台面孔的直径相同，可实现刻蚀后双色器件内波长相对较短的器件微台面孔的深度和微台面地线孔的深度也相等，避免了地线槽太宽而导致深度也比较深的问题；21.2)本发明的地线由一系列相互隔离且呈锯齿状排列的微台面地线孔组成，可较好地平衡温度冲击引起的应力，有效避免了较深的整体开槽式地线应力集中而导致沿地线出现裂纹，甚至发生裂片的现象；22.3)本发明的地线设计简单、工艺实现性强。附图说明23.图1：中/短波双色640×512碲镉汞探测器芯片与读出电路倒焊后局部示意图。24.图2：采用开槽式地线结构的中/短波双色640×512碲镉汞探测器芯片俯视图。25.图3：采用开槽式地线结构的中/短波双色640×512碲镉汞探测器芯片局部截面图。26.图4：采用本发明的环形地线的中/短波双色640×512碲镉汞探测器芯片俯视图。27.图5：采用本发明的环形地线的中/短波双色640×512碲镉汞探测器芯片局部截面图。28.图6：采用整体开槽式地线结构制备的中/短波双色640×512碲镉汞焦平面探测器背减后芯片背面显微照片，其中(a)为探测器整体照片，(b)为探测器局部放大后的显微照片。29.图7：采用本发明的环形地线制备的中/短波双色640×512碲镉汞焦平面探测器背减后芯片背面显微照片,其中(a)为探测器整体照片，(b)为探测器局部放大后的显微照片。30.其中，1-碲锌镉衬底；2-p型短波碲镉汞吸收层；3-短波碲镉汞n型区；4-p型碲镉汞势垒层；5-p型中波碲镉汞吸收层；6-中波碲镉汞n型区；7-钝化层；8-中波器件金属电极；9-短波器件金属电极；901-短波器件微台面孔；10-地线金属电极；101-台面地线槽；102-微台面地线孔；11-整体开槽式地线电极接触槽；111-微台面孔型地线电极接触孔；12-短波器件n型区电极接触孔；13-中波器件n型区电极接触孔；14-铟柱；15-读出电路上的电极；16-读出电路。具体实施方式31.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面以中/短波双色640×512碲镉汞焦平面器件为实施例，并结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。本发明还可用于其它波段和结构的双色焦平面器件。32.为了解决如图2和图3所示的整体开槽式地线结构引起背减后双色焦平面探测器沿地线出现裂纹甚至发生裂片的问题，中/短波双色640×512碲镉汞焦平面器件优化后的地线采用如图4和图5所示的地线结构。33.如图4所示，一系列相互隔离且呈锯齿状排列的微台面地线孔102环绕双色器件阵列的外边缘，并通过地线金属电极10连接形成双色探测器芯片的环形地线；双色器件阵列内规则排列着640×512个短波器件微台面孔901。34.优选的，微台面地线孔102和短波器件微台面孔901的直径相等，为8μm～14μm，并采用干法刻蚀进行同时制备，因此孔的深度也相等。35.优选的，如图5所示微台面孔型地线电极接触孔111、短波器件n型区电极接触孔12和中波器件n型区电极接触孔13同时采用干法刻蚀钝化层7进行制备。钝化层7厚度为0.7μm～0.8μm，地电极接触孔111直径为6μm～12μm，短波器件n型区电极接触孔12和中波器件n型区电极接触孔13的直径为3μm～6μm，因此微负载效应导致的地电极接触孔111刻蚀孔深与短波器件n型区电极接触孔12差异很小(不大于0.1μm)，进而耐受应力程度的差异也很小。36.优选的，微台面孔型地线电极接触孔111之间是相互隔离且呈锯齿状排列的，因此由其组成的地线不会成为芯片应力薄弱区域。37.优选的，地线金属电极10、中波器件金属电极8和短波器件金属电极9同时进行制备，电极的材质为ni、cr、pt或au。38.图6为采用整体开槽式地线结构制备的中/短波双色640×512碲镉汞焦平面探测器背减后芯片背面整体和局部的显微照片。可以看出，双色探测器芯片背面沿地线出现多处裂纹，经高低温冲击在裂纹处易导致裂片，影响双色焦平面探测器的性能及可靠性。39.图7为采用本发明的的环形地线制备的中/短波双色640×512碲镉汞焦平面探测器背减后芯片背面整体及局部的显微照片。可以看出，双色探测器芯片背面以及沿地线位置均未产生裂纹，减小了后期出现裂片的概率，有效提升了双色焦平面探测器的性能及可靠性。









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