一种铟镓砷短波红外探测器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种铟镓砷短波红外探测器。器件结构从上至下依次包括钝化层，窗口层，吸收层，缓冲层，读出电路，金属电极和互连通孔。其中，金属电极制备在缓冲层上。互连通孔制备在光敏元上，形成一个锥形通孔。互连通孔只与窗口层和读出电路连通。钝化层覆盖了除金属电极以外的器件表面，同时在互连通孔锥形下半部形成内部绝缘隔离。本器件结构特征在于新型铟镓砷短波红外探测器在光敏元上引入一个锥形的通孔，然后在通孔中填充互连金属连接窗口层与读出电路，使得探测器光敏元从材料内部就可以与读出电路进行互连。这种结构具有结构紧凑、易集成，能有效提高探测器在三维方向的堆叠密度，是未来发展微系统的核心技术。
【专利说明】
一种铟镓砷短波红外探测器
技术领域
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[0001]本发明属于红外探测器件，具体涉及一种铟镓砷短波红外探测器。
【背景技术】
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[0002]短波红外铟镓砷探测器可在室温工作，而且性能优越，使得它们在航天、安防、国防等领域有着广泛的应用潜力。在电子产业领域中，由于追求更高的集成度和更快的速度从而推动了整个产业的发展。然而，高集成度的发展需求同时增加了焦平面和读出电路设计及互连的难度。大规模红外探测器与读出电路的连接一般采用倒装互连的方式，倒装互连技术虽然能满足当前要求，但是对于超大规模红外探测器，受限于材料尺寸和芯片制备工艺，其像元间距也随之缩小，这必然会导致读出电路铟柱和芯片铟柱尺寸的缩小。铟柱尺寸减小后，读出电路和芯片铟柱成球后的高度急剧下降，而且横向展开较大，有时相邻的两个铟柱会直接导通，此外由于器件尺寸很大，铟球很低，互连时微小的调平偏差就会使探测器一角或一边接触不到读出电路从而导致互连失败。随着微电子加工工艺的快速发展和三维集成封装理论的不断深入，采用通孔互连的三维封装互连技术受到业界高度重视，并且成为未来发展超大规模高密度集成的核心技术。这是未来发展超大规模短波红外探测器必不可少的关键技术。
[0003]本发明为主要基于通孔的新型探测器，满足铟镓砷短波红外探测器应用需求。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是提供一种铟镓砷短波红外探测器，解决现有探测器结构存在的结构不紧凑，集成度不高的问题。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单，容易集成的通孔铟镓砷短波红外探测器，器件结构包括钝化层I，窗口层2，吸收层3，缓冲层5，读出电路7。
[0006]所述的铟镓砷短波红外探测器的结构自上而下依次为:窗口层2，吸收层3和缓冲层5，读出电路7位于缓冲层5的下面，公共金属电极4埋于缓冲层5中；窗口层2，吸收层3和缓冲层5表面的中心位置有一个互连通孔6，互连通孔6中填充金属将吸收层3产生的光电信号通过与之相连的窗口层2导入至读出电路7中；除公共金属电极4区域外，探测器的表面覆盖有钝化层I，在互连通孔6的内侧面除窗口层2的区域外同样覆盖有钝化层I;
[0007]所述的窗口层2的材料为InP，InAsP ,InAlAs或InGaAs，掺杂浓度在1E18到3E18每立方厘米之间;厚度在0.4微米到I微米之间；
[0008]所述的吸收层3的材料为InGaAs，本征掺杂，浓度在1E16到3E16每立方厘米之间，厚度在I微米到2.5微米之间；
[0009]所述的缓冲层5的材料为InAlAs，InP ,InGaAs或InAsP，掺杂浓度在1E18到3E18每立方厘米之间，厚度在2微米到3微米之间；
[0010]所述的钝化层I的材料为Si3N4或Si02的一种，厚度在400纳米至_0纳米之间；
[0011 ]所述的公共金属电极4的材料为钛，铀，金或银，厚度在600纳米到1000纳米之间。
[0012]所述的互连通孔6为大口位于窗口层2的锥孔，孔中填充金属是铟、金或钨。
[0013]有益效果
[0014]本发明通过在铟镓砷短波红外探测器光敏元上形成一个锥形通孔，通过金属互连技术，能有效提高探测器在三维方向的集成度，大大减小器件尺寸，降低探测器功耗。其具有结构紧凑、集成度高、尺寸小、容易实现大规模三维集成、低功耗等特点，可以在未来发展超大规模探测器集成上充当重要角色。
【附图说明】
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[0015]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
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[0016]结合附图和实施例，对本发明应用于铟镓砷短波红外探测器进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不限制本发明的范围。
[0017]实施例1，如图1所示，本图采用台面型结构对铟镓砷短波红外探测器进行详细描述，但不限制于台面型结构，平面型结构也可以使用。本发明结构包括窗口层2，吸收层3和缓冲层5，读出电路7位于缓冲层5的下面，公共金属电极4埋于缓冲层5中；窗口层2，吸收层3和缓冲层5表面的中心位置有一个互连通孔6，互连通孔6中填充金属将吸收层3产生的光电信号通过与之相连的窗口层2导入至读出电路7中；除公共金属电极4区域外，探测器的表面覆盖有钝化层I，在互连通孔6的内侧面除窗口层2的区域外同样覆盖有钝化层I;钝化层I材料为是Si3N4，其厚度为400纳米;窗口层2材料为是InAlAs，掺杂浓度为1E18每立方厘米，厚度为0.4微米;吸收层3材料是InGaAs，本征掺杂，浓度为1E16每立方厘米，厚度为I微米;金属电极4是公用电极，电极金属为金，厚度为600纳米，缓冲层5材料是InAsAs，掺杂浓度为1E18每立方厘米，厚度为2微米;互连通孔6为大口位于窗口层2的锥孔，孔中填充金属为铟，互连通孔6只与窗口层2和读出电路7导通。器件制备完成后，去除衬底耦合在读出电路7上。
[0018]实施例2，如图1所示，本图采用台面型结构对铟镓砷短波红外探测器进行详细描述，但不限制于台面型结构，平面型结构也可以使用。本发明结构包括窗口层2，吸收层3和缓冲层5，读出电路7位于缓冲层5的下面，公共金属电极4埋于缓冲层5中；窗口层2，吸收层3和缓冲层5表面的中心位置有一个互连通孔6，互连通孔6中填充金属将吸收层3产生的光电信号通过与之相连的窗口层2导入至读出电路7中；除公共金属电极4区域外，探测器的表面覆盖有钝化层I，在互连通孔6的内侧面除窗口层2的区域外同样覆盖有钝化层I;钝化层I材料为是Si3N4，其厚度为600纳米;窗口层2材料为是InAlAs，掺杂浓度为2E18每立方厘米，厚度为0.6微米;吸收层3材料是InGaAs，本征掺杂，浓度为2E16每立方厘米，厚度为2微米;金属电极4是公用电极，电极金属为金，厚度为800纳米，缓冲层5材料是InAsAs，掺杂浓度为2E18每立方厘米，厚度为2.5微米;互连通孔6为大口位于窗口层2的锥孔，孔中填充金属为金，互连通孔6只与窗口层2和读出电路7导通。器件制备完成后，去除衬底耦合在读出电路7上。
[0019]实施例3，如图1所示，本图采用台面型结构对铟镓砷短波红外探测器进行详细描述，但不限制于台面型结构，平面型结构也可以使用。本发明结构包括窗口层2，吸收层3和缓冲层5，读出电路7位于缓冲层5的下面，公共金属电极4埋于缓冲层5中；窗口层2，吸收层3和缓冲层5表面的中心位置有一个互连通孔6，互连通孔6中填充金属将吸收层3产生的光电信号通过与之相连的窗口层2导入至读出电路7中；除公共金属电极4区域外，探测器的表面覆盖有钝化层I，在互连通孔6的内侧面除窗口层2的区域外同样覆盖有钝化层I;钝化层I材料为是Si3N4，其厚度为800纳米;窗口层2材料为是InAlAs，掺杂浓度为3E18每立方厘米，厚度为I微米;吸收层3材料是InGaAs，本征掺杂，浓度为3E16每立方厘米，厚度为2.5微米;金属电极4是公用电极，电极金属为金，厚度为1000纳米，缓冲层5材料是InAsAs，掺杂浓度为3E18每立方厘米，厚度为3微米;互连通孔6为大口位于窗口层2的锥孔，孔中填充金属为钨，互连通孔6只与窗口层2和读出电路7导通。器件制备完成后，去除衬底耦合在读出电路7上。
【主权项】
1.一种铟镓砷短波红外探测器，包括窗口层(2)，吸收层(3)，缓冲层(5)，其特征在于:所述的铟镓砷短波红外探测器的结构自上而下依次为:窗口层(2)，吸收层(3)和缓冲层(5)，读出电路(7)位于缓冲层(5)的下面，公共金属电极(4)埋于缓冲层(5)中；窗口层(2)，吸收层(3)和缓冲层(5)表面的中心位置有一个互连通孔(6)，互连通孔(6)中填充金属将吸收层(3)产生的光电信号通过与之相连的窗口层(2)导入至读出电路(7)中；除公共金属电极(4)区域外，探测器的表面覆盖有钝化层(I)，在互连通孔(6)的内侧面除窗口层(2)的区域外同样覆盖有钝化层(I); 所述的窗口层(2)的材料为InP，InAsP，InAlAs或InGaAs，掺杂浓度在1E18到3E18每立方厘米之间;厚度在0.4微米到I微米之间； 所述的吸收层(3)的材料为InGaAs，本征掺杂，浓度在IE16到3E16每立方厘米之间，厚度在I微米到2.5微米之间； 所述的缓冲层(5)的材料为InAlAs，InP，InGaAs或InAsP，掺杂浓度在1E18到3E18每立方厘米之间，厚度在2微米到3微米之间； 所述的钝化层(I)的材料为Si3N4或S12的一种，厚度在400纳米到800纳米之间； 所述的公共金属电极(4)的材料为钛，铀，金或银，厚度在600纳米到1000纳米之间。 所述的互连通孔(6)为大口位于窗口层(2)的锥孔，孔中填充金属是铟、金或钨。
【文档编号】H01L31/09GK105914250SQ201610407146
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】李平, 李淘, 李雪, 邵秀梅, 唐恒敬, 龚海梅
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所