一种片上集成微纳结构的加工方法、红外探测器与流程

1.本技术涉及探测器领域，特别是涉及一种片上集成微纳结构的加工方法、红外探测器。背景技术：2.红外探测器中的微纳结构可以提升红外探测器的混成芯片在各类复杂环境的实用性以及对复杂目标的识别能力。目前，在制备红外探测器中的微纳结构时，先将红外探测器芯片与读出电路芯片进行耦合得到混成芯片，然后在混成芯片上基于读出电路芯片进行微纳结构的对准加工。加工过程中存在以下问题：第一，由于先耦合了读出电路芯片，加工微纳结构过程中引入的静电等因素容易造成读出电路芯片失效，造成芯片良率降低；第二，红外探测器芯片与读出电路芯片耦合过程中存在一次对准偏差，微纳结构基于读出电路芯片进行对准加工，同样也存在偏差，使得红外探测器芯片与微纳结构的对准偏差，也即微纳结构与探测器像元的偏差，进一步加大。3.因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。技术实现要素：4.本技术的目的是提供一种片上集成微纳结构的加工方法、红外探测器，以提升红外探测器芯片与微纳结构的对准精度以及混成芯片的良率。5.为解决上述技术问题，本技术提供一种片上集成微纳结构的加工方法，包括：6.基于红外探测器芯片的第一表面的第一标记，在所述第一表面加工微纳结构；7.将过渡基板上的第二标记与所述第一标记对齐，并将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合；所述第一标记和所述第二标记基于同一坐标系；8.基于所述第二标记，在所述红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元；其中，所述第二表面为生长有介质层的表面，所述第一表面与所述第二表面相背；9.将读出电路芯片与所述第二表面对准耦合，得到预制混成芯片；10.分离所述预制混成芯片中的所述过渡基板，得到集成有微纳结构的混成芯片。11.可选的，所述基于所述第二标记，在所述红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元之前，还包括：12.去除位于所述红外探测器芯片的第二表面的介质层中的硫化锌层，并生长新的、无损伤的硫化锌层。13.可选的，所述将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合包括：14.在所述过渡基板的表面涂覆胶水；15.在预设压力、预设温度下，通过倒装互联方式将涂有胶水的过渡基板与加工有所述微纳结构的所述第一表面粘接预设时间。16.可选的，所述分离所述预制混成芯片中的所述过渡基板包括：17.利用丙酮溶液溶解所述胶水，去除所述过渡基板。18.可选的，所述预设压力在10kg～20kg之间，所述预设温度在60℃～80℃之间。19.可选的，所述基于红外探测器芯片的第一表面的第一标记，在所述第一表面加工微纳结构之前，还包括：20.基于读出电路芯片版图上的第三标记，在所述红外探测器芯片的所述第一表面光刻出与所述第三标记对准的所述第一标记。21.可选的，所述将过渡基板上的第二标记与所述第一标记对齐之前，还包括：22.基于所述第三标记，在所述过渡基板上光刻出与所述第三标记对准的所述第二标记。23.可选的，所述红外探测器芯片为硅基碲镉汞芯片。24.可选的，所述红外探测器芯片为碲锌镉基碲镉汞芯片。25.本技术还提供一种红外探测器，述红外探测器中的微纳结构采用上述任一种所述的片上集成微纳结构的加工方法制得。26.本技术所提供的一种片上集成微纳结构的加工方法，包括：基于红外探测器芯片的第一表面的第一标记，在所述第一表面加工微纳结构；将过渡基板上的第二标记与所述第一标记对齐，并将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合；所述第一标记和所述第二标记基于同一坐标系；基于所述第二标记，在所述红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元；其中，所述第二表面为生长有介质层的表面，所述第一表面与所述第二表面相背；将读出电路芯片与所述第二表面对准耦合，得到预制混成芯片；分离所述预制混成芯片中的所述过渡基板，得到集成有微纳结构的混成芯片。27.可见，本技术中在加工微纳结构时，在红外探测器芯片的第一表面上加工微纳结构，然后将红外探测器芯片的第一表面与过渡基板结合，再将读出电路芯片与红外探测器芯片的第二表面耦合，即微纳结构的加工在耦合读出电路芯片之前进行，避免在加工微纳结构时对读出电路芯片造成不良影响，降低读出电路芯片失效的概率，提升混成芯片的良率，且微纳结构基于第一标记加工，避免基于读出电路芯片进行对准加工出现的偏差，提升微纳结构与红外探测器芯片的对准精度；红外探测器芯片基于第一标记与过渡基板上的第二标记与过渡基板对齐，然后基于第二标记在红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元，由于第一标记和第二标记基于同一坐标系，微纳结构基于第一标记进行加工，所以探测器像元与微纳结构是对准的，提升微纳结构与探测器像元的对准精度。28.此外，本技术还提供一种具有上述优点的红外探测器。附图说明29.为了更清楚的说明本技术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技术的一些实施例，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。30.图1为本技术实施例所提供的一种片上集成微纳结构的加工方法的流程；31.图2至图7为本技术中片上集成微纳结构的加工方法的工艺流程图。具体实施方式32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。33.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。34.正如背景技术部分所述，目前在制备微纳结构时，先将红外探测器芯片与读出电路芯片进行耦合得到混成芯片，然后在混成芯片上基于读出电路芯片进行微纳结构的对准加工。加工过程中会对读出电路芯片造成不良影响，使得读出电路芯片良率降低；同时，红外探测器芯片与读出电路芯片耦合过程中存在一次对准偏差，微纳结构基于读出电路芯片进行对准加工，同样也存在偏差，使得红外探测器芯片与微纳结构的对准偏差进一步加大。35.有鉴于此，本技术提供了一种片上集成微纳结构的加工方法，请参考图1，包括：36.步骤s101：基于红外探测器芯片的第一表面的第一标记，在所述第一表面加工微纳结构。37.微纳结构的加工采用光刻以及干法刻蚀方式加工，具体的加工步骤请参考相关技术，本技术中不再详细赘述。红外探测器芯片的第一表面沉积有金属层。38.需要说明的是，本技术中对红外探测器芯片的类型不做限定，可自行选择。例如，所述红外探测器芯片为硅基碲镉汞芯片，或者，所述红外探测器芯片为碲锌镉基碲镉汞芯片。当为硅基碲镉汞芯片时，硅基衬底更加坚固，方便与过渡基板进行临时粘接等处理。39.可选的，所述基于红外探测器芯片的第一表面的第一标记，在所述第一表面加工微纳结构之前，还包括：40.基于读出电路芯片版图上的第三标记，在所述红外探测器芯片的所述第一表面光刻出与所述第三标记对准的所述第一标记。41.步骤s102：将过渡基板上的第二标记与所述第一标记对齐，并将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合；所述第一标记和所述第二标记基于同一坐标系。42.过渡基板与红外探测器芯片结合的表面为第二标记所在的表面，第二标记所在的表面沉积有金属层。过渡基板的尺寸大于红外探测器芯片的尺寸，过渡基板可以选用硅片。43.第一标记和第二标记基于同一坐标系，该坐标系为读出电路芯片版图上第三标记所在的坐标系。44.通过将第二标记与第一标记对齐，可以使得红外探测器芯片与过渡基板的对准精度优于1μm，红外探测器芯片与过渡基板的结合通过倒装焊设备进行。45.需要说明的是，本技术中对过渡基板与红外探测器芯片结合的方式不做限定。46.作为一种可实施方式，所述将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合包括：47.在所述过渡基板的表面涂覆胶水；48.在预设压力、预设温度下，通过倒装互联方式将涂有胶水的过渡基板与加工有所述微纳结构的所述第一表面粘接预设时间。49.其中，预设压力、预设温度以及预设时间本技术中不进行具体限定，可自行设置，只要保证过渡基板与红外探测器芯片粘接牢固即可。例如，所述预设压力在10kg～20kg之间，所述预设温度在60℃～80℃之间，预设时间在30分钟～60分钟。50.作为另一种可实施方式，还可以通过粘贴胶膜层将加工有所述微纳结构的所述第一表面与所述过渡基板结合。51.可选的，所述将过渡基板上的第二标记与所述第一标记对齐之前，还包括：52.基于所述第三标记，在所述过渡基板上光刻出与所述第三标记对准的所述第二标记。53.步骤s103：基于所述第二标记，在所述红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元；其中，所述第二表面为生长有介质层的表面，所述第一表面与所述第二表面相背。54.介质层为在第二表面依次层叠的碲化镉层和硫化锌层。55.形成探测器像元，即形成光电二极管，具体的过程请参考相关技术，本技术中不在详细赘述。56.需要指出的是，在探测器像元制备完成后需要对红外探测器芯片进行划片，形成一定规格的红外探测器阵列。57.步骤s104：将读出电路芯片与所述第二表面对准耦合，得到预制混成芯片。58.通过倒装焊接设备将读出电路芯片和红外探测器芯片以倒装互联方式耦合，其中，红外探测器芯片的第一表面加工有微纳结构，且与过渡基板粘接。59.步骤s105：分离所述预制混成芯片中的所述过渡基板，得到集成有微纳结构的混成芯片。60.当过渡基板与红外探测器芯片通过胶水结合时，所述分离所述预制混成芯片中的所述过渡基板包括：61.利用丙酮溶液溶解所述胶水，去除所述过渡基板。62.当过渡基板与红外探测器芯片通过胶膜层结合时，可以采用撕膜设备将过渡基板从预制混成芯片中分离。63.本技术中在加工微纳结构时，在红外探测器芯片的第一表面上加工微纳结构，然后将红外探测器芯片的第一表面与过渡基板结合，再将读出电路芯片与红外探测器芯片的第二表面耦合，即微纳结构的加工在耦合读出电路芯片之前进行，避免在加工微纳结构时对读出电路芯片造成不良影响，降低读出电路芯片失效的概率，提升混成芯片的良率，且微纳结构基于第一标记加工，避免基于读出电路芯片进行对准加工出现的偏差，提升微纳结构与红外探测器芯片的对准精度；红外探测器芯片基于第一标记与过渡基板上的第二标记与过渡基板对齐，然后基于第二标记在红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元，由于第一标记和第二标记基于同一坐标系，微纳结构基于第一标记进行加工，所以探测器像元与微纳结构是对准的，提升微纳结构与探测器像元的对准精度。64.在上述实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，所述基于所述第二标记，在所述红外探测器芯片的第二表面形成探测器像元之前，还包括：65.去除位于所述红外探测器芯片的第二表面的介质层中的硫化锌层，并生长新的、无损伤的硫化锌层。66.本实施例中将第二表面介质层中的硫化锌层去除，并生长无损伤的硫化锌层，可以消除前期工艺过程中对硫化锌层表面造成的损伤，提升混成芯片的品质。67.下面以红外探测器芯片为硅基碲镉汞芯片为例，对微纳结构的加工过程进行详细阐述。68.步骤1、过渡硅片的制备：基于读出电路芯片版图，在过渡硅片上光刻出与读出电路芯片上第三标记对应的第二标记，并沉积金属层，剥离光刻胶后备用，过渡硅片尺寸一般为6寸以上，并超出硅基碲镉汞芯片尺寸；其中，第二标记基于读出电路芯片第三标记坐标系。69.步骤2、硅基碲镉汞芯片上第一标记的加工：基于读出电路芯片版图，在第二表面(正面)长有硫化锌层与碲化镉层双层介质层的硅基碲镉汞芯片的第一表面(背面)制备第一标记，并沉积金属层，剥离光刻胶后备用；其中，第一标记基于读出电路芯片第三标记坐标系。70.基于读出电路芯片版图1，分别制备过渡硅片2上的第二标记以及硅基碲镉汞芯片3第一表面的第一标记的示意图如图2所示。71.步骤3、微纳图形的加工：通过步骤2在硅基碲镉汞芯片背面形成的第一标记，采用光刻以及干法刻蚀生成相应的微纳结构4，如图3所示。72.步骤4、硅基碲镉汞芯片与过渡硅片粘接：在过渡硅片第二标记所在的表面涂覆胶水，通过倒装焊设备将过渡硅片上的第二标记与硅基碲镉汞芯片上的第一标记对齐粘接，并通过倒装焊设备施加10～20kg压力，并维持30分钟～60分钟，并在粘接过程中加热，使得温度维持在60℃～80℃，以将硅基碲镉汞芯片与过渡片紧密结合在一起；硅基碲镉汞芯片3与过渡硅片2粘接后的示意图如图4所示。73.步骤5、去除硅基碲镉汞芯片介质层中的硫化锌层，并重新生长新的、无损伤的硫化锌层。74.步骤6、基于过渡硅片上的第二标记，进行硅基碲镉汞芯片制备的一般工艺，形成光电二极管，并将硅基碲镉汞芯片划片形成一定规格的红外探测器阵列；划片后的剖面图如图5所示，图5中由下至上依次为过渡硅片2、微纳结构4、硅基碲镉汞芯片2。75.步骤7、通过倒装互连方式，将带有微纳结构的硅基碲镉汞芯片与读出电路芯片耦合在一起，形成预制混成芯片；粘接读出电路芯片5的示意图如图6所示。76.步骤8、将预制混成芯片放置于丙酮溶液中，溶解临时粘接所用的胶水，去除过渡硅片2，如图7所示。77.本技术还提供一种红外探测器，所述红外探测器中的微纳结构采用上述任一实施例所述的片上集成微纳结构的加工方法制得。78.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。79.以上对本技术所提供的片上集成微纳结构的加工方法和红外探测器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术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技术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，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。