一种双色红外探测器制备方法及双色红外探测器与流程

本发明涉及红外探测器技术领域，特别是涉及一种双色红外探测器制备方法以及一种双色红外探测器。

背景技术：

红外探测器由于其禁带宽度可调，探测光谱范围由短波波段一直延伸到甚长波波段，其具有光电探测效率高等优势，广泛应用于预警探测、红外侦察、成像制导等军事和民事领域。复杂背景下的目标探测往往需要双色或者多色探测器来提高目标的识别度。双色红外探测器一般采用叠层双波段材料体系，处于两个波段位置的光敏元都需要与专用读出电路通过铟柱等结构耦合在一起，铟柱一般通过蒸发镀膜以及剥离方式获得。像元间距缩小之后，尤其是针对15um及以下像元中心间距的双色器件制备需求，由于光刻图形深宽比的限制，具有一定高度的高均匀性铟柱结构难度增加，从而导致高质量的小间距双色探测器芯片难以获得。所以如何提供一种适用于小间距双色红外探测器的制备方法是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双色红外探测器制备方法，可以适用于小间距双色红外探测器的制备；本发明的另一目的在于提供一种双色红外探测器，其制备方法可以适用于小间距双色红外探测器的制备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双色红外探测器制备方法，包括：

在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱；所述双色红外探测芯片包括多个像元，每一像元包括两个所述电极，所述电极包括连接第一波段材料层的第一电极，以及连接第二波段材料层的第二电极；

在读出电路中设置对应每一所述像元中另一电极的连接柱；

将所述双色红外探测芯片与所述读出电路相互对位并相互键合，使所述第一电极与所述第二电极均通过所述连接柱与所述读出电路电连接。

可选的，所述在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱包括：

在双色红外探测芯片中每一像元的第一电极设置连接柱；

所述在读出电路中设置对应每一所述像元中另一第一电极或第二电极的连接柱包括：

在所述读出电路中设置对应每一所述像元的第二电极的连接柱。

可选的，所述像元包括位于上层的第一台阶面以及位于下层的第二台阶面，所述第一台阶面与所述第二台阶面之间的高度差不小于所述第一波段材料层的厚度；所述第一台阶面设置有所述第一电极，所述第二台阶面设置有所述第二电极；

对应所述第二电极的连接柱高度与对应所述第一电极的连接柱高度之间的高度差等于所述第一台阶面与所述第二台阶面之间的高度差。

可选的，所述在所述读出电路中设置对应每一所述像元的第二电极的连接柱包括：

通过厚胶光刻工艺在所述读出电路中设置对应每一第二电极的连接柱。

可选的，在所述在双色红外探测芯片中每一像元的第一电极或第二电极设置连接柱之前，还包括：

在双色红外探测材料基板刻蚀出具有台阶结构的像元，以通过位于上层的第一台阶面暴露第一波段材料层，并通过位于下层的第二台阶面暴露第二波段材料层；所述双色红外探测材料基板包括衬底，位于所述衬底表面的所述第二波段材料层，以及位于所述第二波段材料层背向所述衬底一侧表面的所述第一波段材料层；

在所述第一台阶面设置暴露所述第一波段材料层的第一接触孔，并在所述第二台阶面设置暴露所述第二波段材料层的第二接触孔；

在所述第一接触孔内填充导电材料形成所述第一电极；

在所述第二接触孔内填充导电材料形成所述第二电极。

可选的，所述第二电极与所述第一电极不同时制备。

可选的，所述在双色红外探测材料基板刻蚀出具有台阶结构的像元包括：

在双色红外探测材料基板的第一波段材料层表面涂覆光刻胶，并曝光形成对应各个像元台阶结构的像元图形；

通过曝光后的所述光刻胶刻蚀所述双色红外探测材料基板，形成具有台阶结构的像元；

在所述像元表面生长介质层；

所述在所述第一台阶面设置暴露所述第一波段材料层的第一接触孔，并在所述第二台阶面设置暴露所述第二波段材料层的第二接触孔包括：

刻蚀位于所述第一台阶面的介质层形成暴露所述第一波段材料层的第一接触孔，并刻蚀位于所述第二台阶面的介质层形成暴露所述第二波段材料层的第二接触孔。

可选的，所述双色红外探测材料基板还包括位于所述第一波段材料层与所述第二波段材料层之间的隔离层。

可选的，所述连接柱为铟柱。

本发明还提供了一种双色红外探测器，包括如上述任一项所述方法所制备而成的双色红外探测器。

本发明所提供的一种双色红外探测器制备方法，包括在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱；双色红外探测芯片包括多个像元，每一像元包括两个电极，电极包括连接第一波段材料层的第一电极，以及连接第二波段材料层的第二电极；在读出电路中设置对应每一像元中另一电极的连接柱；将双色红外探测芯片与读出电路相互对位并相互键合，使第一电极与第二电极均通过连接柱与读出电路电连接。

通过分别在双色红外探测芯片设置一部分连接柱，以及在读出电路表面设置一部分连接柱，可以有效减少在读出电路设置具有一定高度的连接柱的密度，同时保证在双色红外探测芯片表面设置连接柱时其密度同样较低，进而适用于小间距双色红外探测器的制备。

本发明还提供了一种双色红外探测器，其制备方法同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中双色红外探测器制备方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种双色红外探测器制备方法的流程图；

图3至图9为本发明实施例所提供的一种具体的双色红外探测器制备方法的工艺流程图。

图中：1.第一波段材料层、2.第二波段材料层、3.衬底、4.介质层、5.第一电极、6.第二电极、7.连接柱、8.读出电路。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种双色红外探测器制备方法。参见图1，图1为现有技术中双色红外探测器制备方法的工艺流程图。在现有技术中，双色红外探测器的每一个像元中分别连接两层波段材料的电极均需要通过铟柱连接读出电路，而在现有技术中具体是在读出电路中设置对应每个像元的两个铟柱，此时需要在读出电路设置密度较高的铟柱阵列，而铟柱一般通过蒸发镀膜以及剥离方式获得。当像元间距缩小之后，尤其是针对15um及以下像元中心间距的双色器件制备需求，由于光刻图形深宽比的限制，具有一定高度的高均匀性铟柱结构难度增加，从而导致高质量的小间距双色探测器芯片难以获得。

而本发明所提供的一种双色红外探测器制备方法，包括在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱；双色红外探测芯片包括多个像元，每一像元包括两个电极，电极包括连接第一波段材料层的第一电极，以及连接第二波段材料层的第二电极；在读出电路中设置对应每一像元中另一电极的连接柱；将双色红外探测芯片与读出电路相互对位并相互键合，使第一电极与第二电极均通过连接柱与读出电路电连接。

通过分别在双色红外探测芯片设置一部分连接柱，以及在读出电路表面设置一部分连接柱，可以有效减少在读出电路设置具有一定高度的连接柱的密度，同时保证在双色红外探测芯片表面设置连接柱时其密度同样较低，进而适用于小间距双色红外探测器的制备。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅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做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。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种双色红外探测器制备方法的流程图。

参见图2，在本发明实施例中，双色红外探测器制备方法包括：

s101：在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱。

在本发明实施例中，所述双色红外探测芯片包括多个像元，每一像元包括两个所述电极，所述电极包括连接第一波段材料层的第一电极，以及连接第二波段材料层的第二电极。上述双色红外探测芯片通常是沿厚度方向堆叠衬底、第二波段材料层、以及第一波段材料层而成，其中第一波段材料层可以在接收到第一波段光线时产生电信号，而第二波段材料层可以在接收到第二波段光线时产生电信号，从而使得双色红外探测芯片可以实现双色红外探测器的主要功能。

上述双色红外探测芯片通常包括有多个像元，每一像元具有至少两个电极，其中一个为连接第一波段材料层的第一电极，另一个为连接第二波段材料层的第二电极。通常情况下，每一个像元的两个电极均需要通过连接柱与读出电路实现电连接，从而可以通过读出电路识别出双色红外探测芯片所产生的电信号。有关双色红外探测芯片的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，需要在双色红外探测芯片中每一像元的一个电极处设置连接柱，该电极可以是第一电极或第二电极均可。需要说明的是，在本步骤中并不要求对应每一个像元中相同的电极设置连接柱，例如在双色红外探测芯片中某一像元的第一电极设置连接柱，在另一像元的第二电极设置连接柱均可，视具体情况而定，在此不做具体限定，主要保证在双色红外探测芯片中每一像元的一个电极处设置连接柱即可。

在本步骤中，通常是通过蒸发镀膜以及剥离方式来设置连接柱，该连接柱通常具有一定的高度，以连接读出电路和双色红外探测芯片。在本发明实施例中连接柱通常为铟柱，有关连接柱的具体材质可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

s102：在读出电路中设置对应每一像元中另一电极的连接柱。

在本步骤中，会在读出电路的表面设置对应每一像元中另一个电极的连接柱，即在本发明实施例中设置在读出电路表面的连接柱与上述s101中在双色红外探测芯片中设置的连接柱对应每一像元中不同的电极，在将读出电路与双色红外探测芯片相互对位之后，可以使得像元中每一电极均对应有连接柱。有关读出电路的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

具体的，在本步骤中，需要通常是通过蒸发镀膜以及剥离方式来设置连接柱，该连接柱通常具有一定的高度，以连接读出电路和双色红外探测芯片。即在本发明实施例中上述设置在读出电路表面的连接柱的制备工艺以及制备材料通常均与上述设置在双色红外探测芯片表面的连接柱相同。需要说明的是，上述s101与s102之间通常不具有向后顺序，先执行任一步骤或并行的执行上述步骤均可，视具体情况而定。

s103：将双色红外探测芯片与读出电路相互对位并相互键合，使第一电极与第二电极均通过连接柱与读出电路电连接。

在本步骤中，需要将双色红外探测芯片与读出电路相互对位，以保证每个像元中的每个电极均对应一连接柱；之后，在本步骤中需要将相互对位的读出电路与双色红外探测芯片相互键合，实现每个像元中的每个电极均通过对应的连接柱与读出电路电连接，以实现双色红外探测器的制备。有关将连接柱与对应电极或读出电路中接触点连接的工艺可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种双色红外探测器制备方法，包括在双色红外探测芯片中每一像元的一电极设置连接柱；双色红外探测芯片包括多个像元，每一像元包括两个电极，电极包括连接第一波段材料层的第一电极，以及连接第二波段材料层的第二电极；在读出电路中设置对应每一像元中另一电极的连接柱；将双色红外探测芯片与读出电路相互对位并相互键合，使第一电极与第二电极均通过连接柱与读出电路电连接。

通过分别在双色红外探测芯片设置一部分连接柱，以及在读出电路表面设置一部分连接柱，可以有效减少在读出电路设置具有一定高度的连接柱的密度，同时保证在双色红外探测芯片表面设置连接柱时其密度同样较低，进而适用于小间距双色红外探测器的制备。

有关本发明所提供的一种双色红外探测器制备方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。

请参考图3至9，图3至图9为本发明实施例所提供的一种具体的双色红外探测器制备方法的工艺流程图。

参见图3，在本发明实施例中，双色红外探测器制备方法包括：

s201：在双色红外探测材料基板刻蚀出具有台阶结构的像元，以通过位于上层的第一台阶面暴露第一波段材料层，并通过位于下层的第二台阶面暴露第二波段材料层。

参见图4，在本发明实施例中，所述双色红外探测材料基板包括衬底3，位于所述衬底3表面的所述第二波段材料层2，以及位于所述第二波段材料层2背向所述衬底3一侧表面的所述第一波段材料层1。上述双色红外探测材料基板即制备双色红外探测芯片所使用的基板，在本发明实施例中需要先制备双色红外探测芯片，再设置连接柱7将双色红外探测芯片与读出电路8相互键合。

上述双色红外探测材料基板通常包括衬底3、位于衬底3表面的第二波段材料层2，以及位于第二波段材料层2背向衬底3一侧表面的第一波段材料层1，通常情况下在所述双色红外探测材料基板还包括位于所述第一波段材料层1与所述第二波段材料层2之间的隔离层，以将第一波段材料层1与第二波段材料层2相互隔离。即上述双色红外探测材料基板通常是有衬底3、第二波段材料层2、隔离层、第一波段材料层1依次堆叠而成。有关衬底3、第二波段材料层2、隔离层、第一波段材料层1的具体材质可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

在本步骤中，通常是基于光刻工艺实现在双色红外探测材料基板表面刻蚀出具有台阶结构的像元，因此本步骤通常具体为：在双色红外探测材料基板的第一波段材料层1表面涂覆光刻胶，并曝光形成对应各个像元台阶结构的像元图形；通过曝光后的所述光刻胶刻蚀所述双色红外探测材料基板，形成具有台阶结构的像元；在所述像元表面生长介质层4。

上述台阶结构的像元具有位于上层的第一台阶面，以及位于下层的第二台阶面，该第一台阶面用于裸露第一波段材料层1制备第一电极5，而第二台阶面用于裸露第二波段材料层2制备第二电极6。上述介质层4的作用在于保护第一波段材料层1与第二波段材料层2不易被破坏，同时保证第一波段材料层1与第二波段材料层2之间的有效隔离。有关介质层4的材质以及介质层4的生长工艺可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

需要说明的是，对于双色红外探测芯片来说，其像元的台阶结构为必然结构。而在现有技术中，由于会将铟柱全部设置在读出电路8表面，通常需要保证读出电路8表面的铟柱高度一致。为了保证对应第二电极6的铟柱可以与第二波段材料层2电连接，通常需要将第二电极6引出至第一台阶面，然后对应第二电极6位于第一台阶面的接触点设置铟柱。而在本发明实施例中，由于分别在双色红外探测芯片与读出电路8表面均设置连接柱7，从而可以设置不同高度的连接柱7。相应的在本发明实施例中，可以在第二台阶面直接设置第二电极6，避免将第二电极6引出至第一台阶面，从而简化双色红外探测芯片的制备。

具体的，在本发明实施例中，所述像元包括位于上层的第一台阶面以及位于下层的第二台阶面，所述第一台阶面与所述第二台阶面之间的高度差不小于所述第一波段材料层1的厚度；所述第一台阶面设置有所述第一电极5，所述第二台阶面设置有所述第二电极6；对应所述第二电极6的连接柱7高度与对应所述第一电极5的连接柱7高度之间的高度差等于所述第一台阶面与所述第二台阶面之间的高度差。

需要说明的是，为了保证第一波段材料层1与第二波段材料层2之间具有良好的隔离性，在刻蚀出第二台阶面时，通常仅仅刻蚀到隔离层，而不是直接刻蚀到第二波段材料层2。相应的在后续步骤刻蚀第二接触孔时，通常需要在第二台阶面刻透介质层4以及隔离层，以裸露第二波段材料层2。当然，在设置第二台阶面时也可以刻蚀部分或刻透隔离层，因此第一台阶面与第二台阶面之间的高度差不小于第一波段材料层1的厚度。相应的，为了保证在不将第二电极6引出至第一台阶面的前提下，实现连接柱7与第二电极6的接触，保证读出电路8与双色红外探测芯片具有良好的匹配，需要保证对应第二电极6的连接柱7高度与对应第一电极5的连接柱7高度之间的高度差，等于第一台阶面与第二台阶面之间的高度差。

s202：在第一台阶面设置暴露第一波段材料层的第一接触孔，并在第二台阶面设置暴露第二波段材料层的第二接触孔。

在本步骤中，需要在第一台阶面刻蚀出裸露第一波段材料层1的第一接触孔，以暴露出第一波段材料层1便于后续步骤设置与第一波段材料层1接触的第一电极5；相应的也要在第二台阶面刻蚀出裸露第二波段材料层2的第二接触孔，以暴露出第二波段材料层2便于后续步骤设置与第二波段材料层2接触的第二电极6。通常情况下，本步骤通常具体为：刻蚀位于所述第一台阶面的介质层4形成暴露所述第一波段材料层1的第一接触孔，并刻蚀位于所述第二台阶面的介质层4形成暴露所述第二波段材料层2的第二接触孔。有关第一接触孔和第二接触孔的具体形貌可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

s203：在第一接触孔内填充导电材料形成第一电极。

s204：在第二接触孔内填充导电材料形成第二电极。

参见图5以及图6，在本发明实施例中，通常需要经过两个步骤在接触孔内填充导电材料以形成电极。具体的，在s203中，需要在第一接触孔的位置光刻出电极引出图形，之后通过沉积导电材料，通常是沉积金属，最后剥离出第一电极5，实现第一波段材料层1的电极引出；即在本发明实施例中通常是通过蒸发镀膜以及剥离的方式实现第一电极5的制备。相应的，在s204中，需要在第二接触孔的位置光刻出电极引出图形，之后通过沉积导电材料，通常是沉积金属，最后剥离出第二电极6，实现第二波段材料层2的电极引出；即在本发明实施例中通常是通过蒸发镀膜以及剥离的方式实现第二电极6的制备。需要说明的是，由于在本发明实施例中不需要将第二电极6的一端引出至第一台阶面，因此在上述第二电极6通常仅仅填充第二接触孔，相应的第一电极5也通常仅仅是填充第一接触孔。

具体的，在本发明实施例中，所述第二电极6与所述第一电极5不同时制备。即上述s203与s204之间不同时执行，而是具有明确的先后顺序。当然，上述s203与s204二者中任一步骤先执行均可，视具体情况而定。在本发明实施例中分两次依次引出第一电极5和第二电极6，虽然工艺效率有一定下降，但极大提高了工艺成品率和电极成型质量。

s205：在双色红外探测芯片中每一像元的第一电极设置连接柱。

参见图7，在本步骤中，会在双色红外探测芯片中每个像元的第一台阶面中，第一电极5所在位置设置连接柱7，该连接柱7具体为高度较低的连接柱7，该连接柱7会通过第一电极5与第一波段材料层1电连接。具体的，在本步骤中通常通过光刻连接柱7图形，并沉积导电材料，例如金属铟，剥离后形成对应的连接柱7结构。由于在本步骤中设置的连接柱7对应每一个像元的第一电极5，使得在本步骤中制备的连接柱7高端相等，便于制备。本步骤的其余内容已在上述发明实施例中s101所详细介绍，在此不再进行赘述。

s206：在读出电路中设置对应每一像元的第二电极的连接柱。

参见图8，在本步骤中，会在读出电路8表面设置对应每个像元的第二台阶面中，第二电极6所在位置设置连接柱7，该连接柱7具体为高度较高的连接柱7，因此本步骤通常具体为：通过厚胶光刻工艺在所述读出电路8中设置对应每一第二电极6的连接柱7。该连接柱7会通过第二电极6与第二波段材料层2电连接。具体的，在本步骤中通常通过光刻连接柱7图形，并沉积导电材料，例如金属铟，剥离后形成对应的连接柱7结构。由于在本步骤中设置的连接柱7对应每一个像元的第二电极6，使得在本步骤中制备的连接柱7高端相等，便于制备。本步骤的其余内容已在上述发明实施例中s102所详细介绍，在此不再进行赘述。

s207：将双色红外探测芯片与读出电路相互对位并相互键合，使第一电极与第二电极均通过连接柱与读出电路电连接。

参见图9，在本步骤中，会将设置有连接柱7的双色红外探测芯片与设置有连接柱7的读出电路8相互对位，使所述连接柱7进行插针式互连耦合，以使双色红外探测芯片与读出电路8相互键合，使第一电极5与第二电极6均通过连接柱7与读出电路8电连接。本步骤的具体内容已在上述发明实施例中s103做详细介绍，在此不再进行赘述。

本发明实施例所提供的一种双色红外探测器制备方法，通过分别在双色红外探测芯片设置一部分连接柱7，以及在读出电路8表面设置一部分连接柱7，可以有效减少在读出电路8设置具有一定高度的连接柱7的密度，同时保证在双色红外探测芯片表面设置连接柱7时其密度同样较低，进而适用于小间距双色红外探测器的制备。

本发明还提供了一种双色红外探测器，该双色红外探测器具体为由上述任一发明实施例所介绍的一种双色红外探测器制备方法所制备而成的双色红外探测器。有关双色红外探测器的具体内容可以参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。有关双色红外探测器的其余内容可以参考现有技术，在此不再进行展开描述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种双色红外探测器制备方法以及一种双色红外探测器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。