一种量子阱红外探测器焦平面的制备方法

摘要

一种量子阱红外探测器(QWIP)焦平面(FPA)的制备方法，制备从两异质晶片，硅晶片和GaAs晶片开始，硅晶片和GaAs晶片上分别制有硅基读出集成电路和终止层、下电极层、量子阱层、上电极层、二维光栅，首先用化学机械平坦化工艺，使制有硅基读出集成电路的硅晶片的表面光滑、平整、清洁，接着在把同样光滑、平整、清洁的GaAs晶片的上电极与硅晶片上的对应的金属电极对位，用低温异质晶片键合方法对两晶片进行预键合、低温热处理，直至两晶片键合在一起，然后减薄GaAs晶片的籿底，选择刻蚀蚀去剩余的籿底，用腐蚀液蚀去终止层，最后完成量子阱红外探测器与硅基读出集成电路对应电极的连接，得产品，量子阱红外探测器焦平面。该方法具有制造成本低、产品机械强度高和可靠性好等优点。

主权项

1、一种量子阱红外探测器焦平面的制备方法，制备从两异质晶片开始，两异质晶片分别是硅晶片(1)和GaAs晶片(10)，硅晶片(1)上制有硅基读出集成电路(2)，GaAs晶片(10)上制有终止层(9)、下电极层(8)、量子阱层(7)、上电极层(6)和二维光栅(5)，其特征在于，操作步骤：第一步金属电极处理采用电子束蒸发或者溅射方法在硅基读出集成电路(2)上蒸发CrAu或TiAu薄膜(3)，在量子阱层(7)上的上电极(6)和二维光栅(5)上蒸发AuGeNi/Au薄膜(11)，所述两薄膜的Au的厚度为200～600nm，然后采用光刻、剥离或者刻蚀以及合金化的方法获得所需图形；第二步化学机械平坦化按照0.2 5μmULSI中双层大马士革结构的铜布线的工艺流程，在硅晶片(1)的硅基读出集成电路(2)的键合面上淀积生长第一氮化硅或氧化硅薄膜(4)，第一氮化硅或氧化硅薄膜(4)的厚度为200～1500nm，再对所述的键合面进行化学机械平坦化处理，使其光滑、清洁、平整可键合，即光洁度达到亚纳米级的程度，并把上述处理好的硅晶片(1)放入真空室，用ICP或反应离子刻蚀对其进行氧等离子体活化，等待键合；第三步GaAs晶片(10)的表面处理用IC标准工艺，对GaAs晶片(10)上已经蒸发有AuGeNi/Au薄膜(11)的量子阱红外探测器进行光刻、干法刻蚀，形成光敏元区域(12)，暴露出下电极层(8)，用等离子体增强化学气相淀积工艺形成第二氮化硅或氧化硅薄膜(13)，第二氮化硅或氧化硅薄膜(13)的厚度是2～7μm，完成量子阱侧壁区域的钝化和表面平坦化，并按照标准的GaAs化学机械抛光工艺，使该键合面光滑、清洁、平整可键合，即光洁度达到亚纳米级的程度；第四步低温直接异质-电极键合在超净室，在超真空状态、室温下，将硅晶片(1)的电极区域与GaAs晶片(10)对应的电极区域对位，硅晶片(1)与GaAs晶片(10)相距0.5～1mm，通入25～55℃氮气和去离子水0.2～1小时，用红外灯升温至65～100℃，预键合0.2～1小时，接着把键合晶片对，硅晶片(1)与GaAs晶片(10)贴紧，在3～10秒内将键合晶片对从室温升温至380～420℃，保持25～40秒，硅晶片(1)与GaAs晶片(10)保持贴紧1～5分钟，自然降温，硅晶片(1)与GaAs晶片(10)继续贴紧2～20小时；第五步GaAs晶片(10)的籿底的减薄用常规GaAs减薄工艺，对第四步得到的键合晶片对进行GaAs晶片(10)的籿底的化学机械减薄处理，直至该籿底的厚度减薄至20～30μm，然后在GaAs/AlGaAs刻蚀比例≥1000的选择刻蚀条件下，用ICP高密度反应离子刻蚀该籿底的剩余部分，至终止层(9)，即AlGaAs层；第六步去终止层(9)用腐蚀液蚀去第五步处理后暴露在键合晶片对表面的终止层(9)，即AlGaAs层，暴露出下电极层(8)，用去离子水清洗，至洗涤水的pH值呈中性，氮气吹干，得到GaAs晶片(10)减薄后的键合晶片对；第七步制作电极、引线按照标准IC工艺，生长氮化硅或氧化硅薄膜钝化层(15)，开电极孔，蒸发AuGeNi/Au，形成欧姆接触(14)，完成引线制作，得到产品，量子阱红外探测器焦平面。