CN112086524A - 一种红外探测装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种红外探测装置及制备方法，包括：形成在第一导电类型半导体基底中的若干个分离的第二导电类型半导体区，第一导电类型半导体基底与第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，若干个光电二极管呈阵列排布；设置在第一导电类型半导体基底和第二导电类型半导体区上的公共电极，其中，公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；第二公共电极呈网格状排布，并与第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个光电二极管，每个网格设置有至少一个与光电二极管电连接的第二公共电极接触孔。解决了随着红外探测器阵列规模越来越大，导致红外探测装置均匀性不一致的问题产生。

Description

一种红外探测装置及制备方法
技术领域
本发明涉及红外探测技术领域，具体涉及一种红外探测装置及制备方法。
背景技术
红外探测技术的发展有着非常悠久的历史，应用领域也相当广泛和重要。从上世纪50年代开始，锑化铟、碲镉汞材料被作为红外探测器材料进行研究，经过几十年的发展，红外探测器已经发展到了第三代，在向着大面阵、长波长、双多色器件、高温工作器件等方向进一步拓展红外器件的性能和探测能力。随着红外探测器阵列规模越来越大，响应均匀性成为影响探测器性能的重要因素之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种红外探测装置及制备方法，解决了红外探测器响应均匀性不一致的问题。
本发明一实施例提供的一种红外探测装置及制备方法包括：第一导电类型半导体基底；形成在所述第一导电类型半导体基底中的若干个分离的第二导电类型半导体区，所述第一导电类型半导体基底与所述第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，所述若干个光电二极管呈阵列排布；设置在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上的公共电极，其中，所述公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，所述第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；所述第二公共电极呈网格状排布，并与所述第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个所述光电二极管，所述每个网格设置有至少一个与所述光电二极管电连接的第二公共电极接触孔。
在一种实施方式中，在所述光电二极管和所述公共电极之间设置有介质膜层。
在一种实施方式中，所述光电二极管还包括：二极管电极，其中所述二极管电极与所述公共电极设置在同一层，所述二极管电极为矩形框形状，所述二极管电极在所述半导体基底上的投影环绕在所述第二导电类型半导体区的四周；二极管电极接触孔，所述二极管电极接触孔的两端分别与所述第二导电类型半导体区和所述二极管电极接触。
在一种实施方式中，所述第二公共电极接触孔设置在所述网格的顶角位置，其中所述第二公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底相接触，另一端与所述第二公共电极相接触。
在一种实施方式中，所述第二公共电极接触孔数量包括为以下数量中的一种：四个、三个、二个和一个。
在一种实施方式中，还包括第一公共电极接触孔，所述第一公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底相接触，另一端与所述第一公共电极相接触。
在一种实施方式中，所述第一公共电极接触孔和所述第二公共电极接触孔中填充有金属材料。
一种红外探测装置的制备方法，包括：提供第一导电类型半导体基底；在所述第一导电类型半导体基底上形成若干个分离的第二导电类型半导体区，所述第一导电类型半导体基底与所述第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，所述若干个光电二极管呈阵列排布；在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极，其中，所述公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，所述第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；所述第二公共电极呈网格状排布，并与所述第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个所述光电二极管，所述每个网格设置有至少一个第二公共电极接触孔与所述光电二极管电连接。
在一种实施方式中，在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极之前，还包括：包括：在所述光电二极管和所述公共电极之间制备介质膜层；在所述介质膜层中形成贯穿所述介质膜层的第一公共电极接触孔和第二公共电极接触孔，所述第二公共电极接触孔设置在所述网格的顶角位置；所述第一公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底接触，所述第二公共电极的一端与所述第一导电类型半导体基底接触。
在一种实施方式中，在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极之前，还包括：包括：在所述光电二极管和所述公共电极之间制备介质膜层；在所述介质膜层中形成贯穿所述介质膜层的二极管电极接触孔，所述二级管电极接触孔的一端与所述第二导电类型半导体区接触。
在一种实施方式中，还包括：在所述二极管电极接触孔上形成二极管电极，所述二极管电极与所述公共电极设置在同一层，所述二极管电极为矩形框形状，所述二极管电极在所述半导体基底上的投影环绕在所述第二导电类型半导体区的四周。
本发明实施例提供的一种红外探测装置及制备方法，所述红外探测装置包括第一导电类型半导体基底，和形成在第一导电类型半导体基底中的若干个分离的第二导电类型半导体区，第一导电类型半导体基底与第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，若干个光电二极管呈阵列排布，设置在第一导电类型半导体基底和第二导电类型半导体区上的公共电极，其中，公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；第二公共电极呈网格状排布，并与第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个光电二极管，每个网格设置有至少一个第二公共电极接触孔与光电二极管电连接。通过在每个光电二极管的四周设置第二公共电极，并设置至少一个第二公共电极接触孔实现第二公共与电极光电二极管的电连接，从而减少光电二极管偏置工作点产生偏移的现象，可以减少光电二极管两端电压不一致的问题，进而提升红外探测装置的响应均匀性。
附图说明
图1所示为现有技术中的一种红外探测器的结构示意图。
图2所示为现有技术中的一种红外探测器的剖面结构示意图。
图3所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器的结构示意图。
图4所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器的剖面结构示意图。
图5～图8所示为本发明一实施例中提供的一种光电二极管及公共电极结构示意图。
图9～图10所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器制作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，光伏型红外探测器由一组光电二极管阵列构成，每个光电二极管都工作在反向偏置状态，其中公共电极200一般采用环形结构环绕光电二级管100阵列(如图1所示)，但是随着光电二级管100阵列规模越来越大，由于光电半导体材料体电阻的存在，造成每个光电二极管100PN结两端电压不一致(如图2所示)，二极管偏置工作点产生偏移，形成锅底效应，进而对响应均匀性产生比较大的影响。针对上述问题，本发明通过改变公共电极的布局方式，在每个光电二极管周围布局公共电极接触孔，沉积金属制备成网格状结构的公共电极来提升响应均匀性。具体的如下实施例中所述。
图3所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器的结构示意图。图4所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器的剖面结构示意图。
如图3和图4所示，所述红外探测装置包括第一导电类型半导体基底01、光电二极管02和公共电极03。光电二极管02可以为若干个，若干个光电二极管02呈阵列排布，其中光电二极管02由第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021构成，第二导电类型半导体区021形成在第一导电类型半导体基底01中。在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上设置有公共电极03，其中，公共电极03包括第一公共电极031和第二公共电极032。第一公共电极031呈环形结构设置在所有光电二极管02的外围。第二公共电极032呈网格状排布，其中每个网格内设置有至少一个光电二极管02，第二公共电极032与第一公共电极031相连，每个第二公共电极032的网格上设置有至少一个第二公共电极接触孔034，其中第二公共电极接触孔034与光电二极管02电连接，第二公共电极032和光电二极管02通过第二公共电极接触孔034实现电连接。通过在每个光电二极管02的四周设置第二公共电极032，并设置至少一个第二公共电极接触孔034实现第二公共与电极光电二极管02的电连接，可以改变在公共电极03上的反向偏置电压，调节光电二极管02的工作状态，从而可以减少光电二极管02两端电压不一致的问题，提升红外探测装置的响应均匀性。
可以理解，第一导电类型半导体基底01可以为III-V族化合物半导体材料，如锑化铟；Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，如碲镉汞，等等。光电半导体基底01的材料是可以进行选择的，本发明对光电半导体基底01的材料不做限定。
还可以理解，第二公共电极032呈网格状排布，其中网格的形状可以为正方形、长方形等。网格的形状是可以根据实际的情况进行选择的，本发明对网格的具体形状不做限定。
本发明一实施例中，光电二极管02和公共电极03之间设置有介质膜层04(如图2所示)，介质膜层04的具体作用为保护半导体材料表面，起到绝缘、降低表面漏电流的作用。针对不同的半导体材料，介质膜层的材质不相同，介质膜层的材质可以包括二氧化硅、氮化硅、三氧化二铝、硫化锌、氮化铝等，本发明对介质膜层04的具体材质不做限定。
图5所示为本发明一实施例中提供的一种光电二极管及公共电极结构示意图。
如图5所示，光电二极管02还包括二极管电极022和二极管电极接触孔023。二极管电极022设置在介质膜层04远离光电二极管02的一侧，其中二极管电极022与公共电极03设置在同一层，二极管电极022为矩形框形状，二极管电极022在半导体基底01上的投影环绕在第二导电类型半导体区021的四周。二极管电极接触孔023贯穿介质膜层04，其中二极管电极接触孔023的一端与第二导电类型半导体区021接触，另一端与二极管电极022接触，实现第二导电类型半导体区021和二极管电极022的电连接，继而与读出电路的输入端相连进行光电信号处理。
可以理解，二极管电极接触孔023中填充有用于导电的金属材料，其中金属材料可以为铬、钛、铝、金、铂、钯，二极管电极接触孔023中填充的金属材料是可以进行选择的，本发明对二极管电极接触孔023中所填充的金属材料不做限定。
本发明一实施例中，第二公共电极接触孔034设置在网格的顶角位置，其中第二公共电极接触孔034的一端与第一导电类型半导体基底01相接触，另一端与第二公共电极032相接触，光电二极管02和第二公共电极032通过第二公共电极接触孔034实现电连接。通过在光电二极管02的周围设置网格状的第二公共电极032，且通过至少一个第二公共电极接触孔034使光电二极管02和第二公共电极032电连接，通过改变在公共电极03上的反向偏置电压，调节光电二极管02的工作状态，从而可以减少光电二极管02两端电压不一致的问题，进而减少光电二极管02偏置工作点产生偏移的现象，提升红外探测装置的响应均匀性。
可以理解，第二公共电极接触孔034中填充有用于导电的金属材料，其中金属材料可以为铬、钛、铝、金、铂、钯，第二公共电极接触孔034中填充的金属材料是可以进行选择的，本发明对第二公共电极接触孔034中所填充的金属材料不做限定。
还可以理解，光电二极管02的四周设置第二公共电极接触孔034的数量为以下数量中的一种：四个(如图5所示)、三个(如图6所示)、二个(如图7所示)和一个(如图8所示)，在光电二极管02的四周设置第二公共电极接触孔034的数量是可以进行选择的，本发明对在光电二极管02的四周设置第二公共电极接触孔034的数量不做限定。
本发明一实施例中，该红外探测装置还包括第一公共电极接触孔033，其中第一公共电极接触孔033的一端与第一导电类型半导体基底01相接触，另一端与第一公共电极031相接触。第一公共电极接触孔033中填充有金属材料，从而实现光电二极管02和第一公共电极031的电连接。
可以理解，第一公共电极接触孔033中填充有用于导电的金属材料，其中金属材料可以为铬、钛、铝、金、铂、钯，第一公共电极接触孔033中填充的金属材料是可以进行选择的，本发明对第一公共电极接触孔033中所填充的金属材料不做限定。
还可以理解，第一公共电极031呈环形结构设置于所有光电二极管02外围，其中第一公共电极接触孔033也可以为环形结构围绕在所有光电二极管02外围，第一公共电极接触孔033的形状是可以选择的，本发明对第一公共电极接触孔033的形状不做限定。
图9～图10所示为本发明一实施例中提供的一种红外探测器制作流程示意图。
本发明一实施例中，该红外探测装置的制备方法包括：
步骤001:提供第一导电类型半导体基底01；
步骤002:在第一导电类型半导体基底01上形成若干个分离的第二导电类型半导体区021，第一导电类型半导体基底01与第二导电类型半导体区021构成若干个光电二极管02，若干个光电二极管02呈阵列排布。根据需求确定若干个光电二极管02之间的间距以及光电二极管02注入区的尺寸，基于若干个光电二极管02之间的间距、光电二极管02注入区的尺寸以及在工艺可行性的基础上确定光电二极管02的版图信息，对光电半导体材料01进行涂胶光刻制备出第二导电类型半导体区021，然后对第二导电类型半导体区021进行离子注入，每一个第二导电类型半导体区021与第一导电类型半导体基底01形成一个光电二极管02，其中若干个光电二极管02呈阵列排布。
可以理解，在第一导电类型半导体基底01的一侧制备第二导电类型半导体区021可以采用离子注入工艺。如果选用正性光刻胶光刻工艺，注入区为透光区域；如果选用负性光刻胶光刻工艺，注入区为非透光区域。在第一导电类型半导体基底01的一侧制备第二导电类型半导体区021的工艺是可以进行选择的，本发明对在第一导电类型半导体基底01一侧制备第二导电类型半导体区021的具体工艺不做限定。
步骤003:在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极03，其中，公共电极03包括第一公共电极031和第二公共电极032，第一公共电极031呈环形结构设置于所有光电二极管02外围；第二公共电极032呈网格状排布，并与第一公共电极031相连，每个网格内设置有至少一个光电二极管02，每个网格设置有至少一个第二公共电极接触孔034与光电二极管02电连接。在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极材料层，根据产品需求确定公共电极03的尺寸和位置等信息，基于公共电极03的尺寸和位置等信息对公共电极材料层进行刻蚀工艺，以形成公共电极03。
可以理解，在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极03，可以先在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上沉积电极材料层，然后采用刻蚀工艺对电极材料层进行刻蚀，如果选用正性光刻胶蚀刻工艺，公共电极03图形区域为非透光区域；如果选用负性光刻胶蚀刻工艺，公共电极03图形区域为透光区域。在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极03的工艺是可以进行选择的，本发明对在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极03的具体工艺不做限定。
本发明一实施例中，在第一导电类型半导体基底01和第二导电类型半导体区021上制备公共电极03之前，还包括：
步骤004:在光电二极管02和公共电极03之间制备介质膜层。
步骤005:在介质膜层中形成贯穿介质膜层的第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034，第二公共电极接触孔034设置在网格的顶角位置。在介质膜层04上制备第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034，其中第一公共电极接触孔033和和第二公共电极接触孔034贯穿介质膜层04。在制备第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034时，可以根据产品需求确定第一公共接触孔023和第二公共电极接触孔034的尺寸和位置等信息，基于第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034的尺寸和位置等信息对介质膜层04进行刻蚀工艺，以形成第一公共接触孔023和第二公共电极接触孔034，然后可以在第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034内填充用于导电的金属材料。
可以理解，在介质膜层04上制备第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034可以采用刻蚀工艺对介质膜层04进行刻蚀，如果选用正性光刻胶蚀刻工艺，第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034图形区为透光区域；如果选用负性光刻胶蚀刻工艺，第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034的图形区为非透光区域。在介质膜层04上制备第一公共电极接触孔033和和第二公共电极接触孔034的工艺是可以进行选择的，本发明对在介质膜层04上制备第一公共电极接触孔033和第二公共电极接触孔034的具体工艺不做限定。
可以理解，步骤004可以设置在步骤002之前或者在步骤002之后，本实施例中只是对方法步骤内容的一种限定，对于本发明实施例中所述的红外探测装置的制备方法的步骤的顺序是可以根据实际生产的需求进行调整的，本发明对红外探测装置的制备方法的步骤顺序不做限定。
步骤006:第一公共电极接触孔033的一端与第一导电类型半导体基底01接触，第二公共电极032的一端与第一导电类型半导体基底01接触。
步骤007:在所述介质膜层中形成贯穿所述介质膜层的二极管电极接触孔023，所述二级管电极接触孔的一端与所述第二导电类型半导体区021接触。根据产品需求确定二极管电极接触孔023的尺寸和位置等信息，基于二极管电极接触孔023的尺寸和位置等信息对介质膜层04进行刻蚀工艺，以形成二极管电极接触孔023，二极管电极接触孔023贯穿介质膜层04，然后可以在二极管电极接触孔023内填充用于导电的金属材料。
可以理解，在介质膜层04上制备二极管电极接触孔023可以采用刻蚀工艺，如果选用正性光刻胶蚀刻工艺，二极管电极接触孔023图形区为透光区域；如果选用负性光刻胶蚀刻工艺，二极管电极接触孔023图形区为非透光区域。在介质膜层04上制备二极管电极接触孔023的工艺是可以进行选择的，本发明对在介质膜层04上制备二极管电极接触孔023的具体工艺不做限定。
以上步骤005和步骤006的顺序是可以互换或者同时进行的，本发明对步骤005和步骤006的顺序不做限定。
本发明一实施例中，该制备方法还包括：在二极管电极接触孔023上形成二极管电极022，二极管电极022与公共电极03设置在同一层，二极管电极022为矩形框形状，二极管电极022在第一导电类型半导体基底01上的投影环绕在第二导电类型半导体区021的四周。在介质膜层04上制备二极管电极材料层，根据产品需求确定二极管电极022的尺寸和位置等信息，基于二极管电极022的尺寸和位置等信息对二极管电极材料层进行刻蚀工艺，以形成二极管电极022。
可以理解，在二极管电极接触孔023上制备二极管电极022，可以先在介质膜层04上沉积二极管电极材料层，然后采用刻蚀工艺对二极管电极材料层进行刻蚀，如果选用正性光刻胶蚀刻工艺，二极管电极022图形区域为非透光区域；如果选用负性光刻胶蚀刻工艺，二极管电极022图形区域为透光区域。在二极管电极接触孔023上制备二极管电极022的工艺是可以进行选择的，本发明对在在二极管电极接触孔023上制备二极管电极022的具体工艺不做限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种红外探测装置，其特征在于，包括：
第一导电类型半导体基底；
形成在所述第一导电类型半导体基底中的若干个分离的第二导电类型半导体区，所述第一导电类型半导体基底与所述第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，所述若干个光电二极管呈阵列排布；
设置在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上的公共电极，其中，所述公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，所述第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；所述第二公共电极呈网格状排布，并与所述第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个所述光电二极管，所述每个网格设置有至少一个与所述光电二极管电连接的第二公共电极接触孔。
2.根据权利要求1所述的红外探测装置，其特征在于，在所述光电二极管和所述公共电极之间设置有介质膜层。
3.根据权利要求1所述的红外探测装置，其特征在于，所述光电二极管还包括：
二极管电极，其中所述二极管电极与所述公共电极设置在同一层，所述二极管电极为矩形框形状，所述二极管电极在所述半导体基底上的投影环绕在所述第二导电类型半导体区的四周；
二极管电极接触孔，所述二极管电极接触孔的两端分别与所述第二导电类型半导体区和所述二极管电极接触。
4.根据权利要求1所述的红外探测装置，其特征在于，所述第二公共电极接触孔设置在所述网格的顶角位置，其中所述第二公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底相接触，另一端与所述第二公共电极相接触。
5.根据权利要求1所述的红外探测装置，其特征在于，所述第二公共电极接触孔数量包括为以下数量中的一种：四个、三个、二个和一个。
6.根据权利要求1所述的红外探测装置，其特征在于，还包括第一公共电极接触孔，所述第一公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底相接触，另一端与所述第一公共电极相接触。
7.根据权利要求6所述的红外探测装置，其特征在于，所述第一公共电极接触孔和所述第二公共电极接触孔中填充有金属材料。
8.一种红外探测装置的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一导电类型半导体基底；
在所述第一导电类型半导体基底上形成若干个分离的第二导电类型半导体区，所述第一导电类型半导体基底与所述第二导电类型半导体区构成若干个光电二极管，所述若干个光电二极管呈阵列排布；
在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极，其中，所述公共电极包括第一公共电极和第二公共电极，所述第一公共电极呈环形结构设置于所有光电二极管外围；所述第二公共电极呈网格状排布，并与所述第一公共电极相连，每个网格内设置有至少一个所述光电二极管，所述每个网格设置有至少一个第二公共电极接触孔与所述光电二极管电连接。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极之前，还包括：包括：
在所述光电二极管和所述公共电极之间制备介质膜层；
在所述介质膜层中形成贯穿所述介质膜层的第一公共电极接触孔和第二公共电极接触孔，所述第二公共电极接触孔设置在所述网格的顶角位置；
所述第一公共电极接触孔的一端与所述第一导电类型半导体基底接触，所述第二公共电极的一端与所述第一导电类型半导体基底接触。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一导电类型半导体基底和所述第二导电类型半导体区上制备公共电极之前，还包括：包括：
在所述光电二极管和所述公共电极之间制备介质膜层；
在所述介质膜层中形成贯穿所述介质膜层的二极管电极接触孔，所述二级管电极接触孔的一端与所述第二导电类型半导体区接触。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，还包括：在所述二极管电极接触孔上形成二极管电极，所述二极管电极与所述公共电极设置在同一层，所述二极管电极为矩形框形状，所述二极管电极在所述半导体基底上的投影环绕在所述第二导电类型半导体区的四周。
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