短波红外光焦平面阵列及其使用和制造方法

相关申请案

本申请要求2020年8月31日提交的美国临时专利申请第63/072,249号的优先权，其全部通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及多种短波红外光(SWIR)焦平面阵列(FPA)、其使用和制造方法，尤其涉及包括锗(Ge)成分作为其光敏像素的一部分的多种短波红外光焦平面阵列(SWIR FPA)。

背景技术

Steglich,Martin等人研究了深度蚀刻的Ge的反射率、透射率和吸收率，并在他们发表在Appl.Phys.A期刊(2016)122:836,DOI10.1007/s00339-016-0318-y的文章"通过反应离子蚀刻制备黑化锗"中讨论。工业中需要用于制造和利用经济而高效的焦平面阵列(FPA)传感器(包括硅(Si)基板上的锗(Ge)光敏元件)的技术。

通过将此类方法与本申请的主题进行比较，已知、传统和提出的方法的进一步限制和缺点对于本领域的技术人员来说将变得明白易懂，如本申请的其余部分中参附图所述。

发明内容

在各种实施例中，提供了一种用于制造短波红外光焦平面阵列的方法，包括：蚀刻在一硅晶片上实施的一锗(Ge)层，以从所述锗层的多个不同位置去除不同量的锗，从而为短波红外光焦平面阵列的多个感光点中的每一个产生至少一个不同的锗感光区域，所述锗感光区包括具有至少0.3微米的高度和高宽比至少为2的多个锗的近似结构；在蚀刻的锗层上沉积一填充材料，以填充所述多个锗的近似结构之间的多个间隙，至少达到所述多个锗的近似结构的一平均高度；将所述硅晶片的一顶表面抛光，以制备所述硅晶片以与光敏检测阵列的另一晶片相结合；以及沉积一金属层，用于为所述多个感光点中的每一个创建多个电接点。

在一些实施例中，所述锗层的蚀刻包括对所述焦平面阵列的每个感光点的锗的一平坦部分进行保护，其中所述金属层的沉积包括在所述平坦部分处创建连接到相应的不同的光敏锗区域的金属电接点，以从所述相应的不同光敏锗区读出电数据。

在一些实施例中，所述蚀刻步骤包括从所述锗层的一侧处蚀刻所述锗层，所述侧为光从一硅层进入所述锗层后穿过所述锗层从锗逸出的一侧。

在一些实施例中，一种方法还包括将所述硅晶片的硅基板抛光至小于20微米的厚度。在一些实施例中，在所述硅基板进行抛光之后，将至少一个介电层结合到所述硅基板的一抛光侧，以便操纵穿过的光的至少一种光特性，所述至少一种特性选自以下组成的群组：光的振幅、相位、偏振和/或光谱特性。

在一些实施例中，一种方法还包括将蚀刻有所述锗层的硅晶片接合到一读出集成电路(ROIC)晶片，使得硅晶片的多个电极接触所述读出集成电路晶片的多个电极，从而使得能够由读出集成电路晶片处理与硅晶片的锗基的感光点捕获的光子数量相对应的电信号。

在一些实施例中，所述锗层的厚度小于10微米。

在一些实施例中，在所述锗层的蚀刻之前，在所述硅晶片上生长所述锗层；在所述生长之前，处理一硅层，所述硅层上沉积有锗，所述处理包括选自由以下晶片工艺阶段群组中的至少一个工艺：掺杂、阱化、钝化和电接点沉积。

在一些实施例中，所述锗层包括多个锗的未连接区域，每个锗的未连接区域沉积在一硅层一凹陷内，所述凹陷是在所述锗层生长的所述硅层上沉积的一先前沉积层内所创造的。

在一些实施例中，所述多个锗的近似结构的平均高度大于1微米，所述多个锗的近似结构的一平均高宽比至少为5。

在一些实施例中，所述沉积包括选自由以下组成的工艺群组中的至少一种沉积工艺：所述填充材料的化学气相沉积和所述填充材料的溅镀。

在一些实施例中，一种方法还包括掺杂锗以制造一光电二极管，所述光电二极管包括锗并且能够检测短波红外光。

在一些实施例中，一种方法还包括：为了短波红外光的光检测，掺杂硅以在所述硅中制成一二极管，所述短波红外光将会由所述锗吸收并且将产生多个载子，所述多个载子将会传输到所述硅层。

在各种实施例中，提供了一短波红外光焦平面阵列，所述短波红外光焦平面阵列具有多个光敏感光点，所述短波红外光焦平面阵列包括：一硅层，所述短波红外光焦平面阵列可以检测到的光通过所述硅层到达所述短波红外光焦平面阵列的多个光电二极管，至少一个锗层，包括多个不同的光敏区域，在所述多个光敏感光点的每一个中包括至少一个光敏区域，所述多个不同的光敏区域中的每一个包括多个锗的近似结构，所述多个锗的近似结构具有至少0.5微米的一高度及至少为2的一高宽比；一钝化层，覆盖所述多个不同的光敏区域，其中所述钝化层填充所述多个锗的近似结构之间的多个间隙直至至少达到所述多个锗的近似结构的一平均高度；一抛光后的上表面，其中一光敏检测阵列的另一晶片接合到所述抛光后的上表面；及多个金属电极，用于发送多个电信号到其它晶片，所述多个电信号表示出由锗的不同的所述多个不同的光敏区域所吸收的多个光子的数量。

在一些实施例中，所述短波红外光焦平面阵列的每一个感光点包括锗的一平坦部及至少一个金属电极，所述锗的平坦部耦合到各自的感光点的所述多个锗的近似结构，所述金属电极耦合到所述平坦部。

在一些实施例中，所述硅层的一厚度小于20微米。

在一些实施例中，所述短波红外光焦平面阵列还包括至少一个光有效层，所述光有效层接合到所述硅层的所述抛光侧。

在一些实施例中，所述锗层的厚度低于5微米。

在一些实施例中，所述多个锗的近似结构的平均高度大于1微米，所述多个锗的近似结构的一平均高宽比至少为5。

在一些实施例中，所述短波红外光焦平面阵列还包括多个第二感光点，所述多个第二感光点包括多个基本上平坦的锗区块，其中所述多个第二感光点中的每一个包括至少一个电极，可以连接到其它晶片。

在各种实施例中，提供了一种光电(EO)检测系统，所述光电检测系统包括：如上或如下所述的短波红外光焦平面阵列，及另外包括：至少一个光学介面，用于将光从所述光电检测系统的一视场指引到所述短波红外光焦平面阵列；一读出集成电路晶片，接合到所述短波红外光焦平面阵列的所述硅晶片，其中所述硅晶片的多个金属电极接触所述读出集成电路晶片的多个金属电极，从而能使所述读出集成电路晶片能够处理多个电信号，所述多个电信号对应于由所述硅晶片的所述锗基感光点捕获的多个光子，其中所述读出集成电路晶片包括至少一个输出介面，所述输出介面用于提供一检测数据到一外部系统，所述检测数据指示出由多个不同感光点所检测到的多个光子的数量；及一处理器，可操作用于处理所述读出集成电路晶片所提供的所述检测数据，以提供所述视场的一红外光图像。

附图说明

下面参考本段后面列出的附图来描述本文公开的实施例的非限制性示例。出现在多个附图中的相同结构、元件或部件可以在它们出现的所有附图中使用相同的附图标记。附图和描述旨在说明和阐明本文公开的实施例，并且不应被视为以任何方式限制。所有附图示出了根据本公开的主题的示例的装置或流程图。在说明书附图中：

图1A至图1J是示出根据本公开主题示例的短波红外光焦平面阵列(FPA)传感器的示例的示意功能截面图；

图2示出根据本公开的主题的示例的用于制造焦平面阵列的方法的实施例；

图3A包括示出根据本公开主题的示例的示例性焦平面阵列传感器的制造过程中的不同阶段的示意功能截面图；

图3B包括示出根据本公开主题的示例的示例性焦平面阵列传感器的制造过程中的不同阶段的示意功能截面图；

图4示出了根据本公开主题的示例的电光(EO)检测系统的实施例。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，公知的方法、过程和组件没有被详细描述，以避免混淆本公开。

在所阐述的附图和描述中，以相同的附图标记表示不同实施例或配置中所共有的那些组件。

除非另有特别说明，从下文讨论中可以明显看出，在整个说明书讨论中，使用诸如“处理(processing)”、“计算(calculating)”、“运算(computing)”、“确定(determining)”、“生成(generating)”、“设置(setting)”、“配置(configuring)”、“选择(selecting)”、“定义(defining)”等术语，包括计算机操作和/或将数据转换成其他数据的动作和/或过程，所述数据表示为物理量，例如电子量，和/或表示物理对象的数据。

术语“计算机”、“处理器”和“控制器”应被扩展性地解释为涵盖具有数据处理能力的任何类型的电子装置，包括(作为非限制性示例)个人计算机、服务器、计算系统、通信装置、处理器(例如，数字信号处理器(DSP)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等)、任何其他电子计算装置和/或其任何组合。

根据本文教导的操作可以由专门为所需目的构造的计算机或者由专门为所需目的配置的通用计算机通过存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来执行。

如本文所使用的，短语“例如(for example、such as、for instance)”及其变体描述了本公开的主题的非限制性实施例。在说明书中对“一种情况”、“一些情况”和“其他情况”或其变体的引用意味着结合(多个)实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“一种情况”、“一些情况”、其他情况”或其变体的出现不一定指相同的(多个)实施例。

应当理解，为了清楚起见，在多个分开的实施例的上下文中描述的本公开的主题的某些特征也可以在单个实施例中被组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本公开的主题的各种特征也可以分开地或以任何合适的子组合来提供。

在本公开的主题的实施例中，可以以不同的顺序执行图中所示的一个或多个阶段，和/或可以同时执行一组或多组阶段，反之亦然。附图示出了根据本公开的主题的实施例的系统架构的一般示意图。图中的每个模块可以由执行本文定义和解释的功能的软件、硬件和/或固件的任何组合组成。图中的模块可以集中在一个位置或分散在多个位置。

说明书中对方法的任何引用都应在必要的修改后应用于能够执行所述方法的系统，并且应当在必要的修改后应用于存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令一旦被计算机执行就会导致所述方法的执行。

说明书中对系统的任何引用应在必要的修改后应用于可由系统执行的方法，并且应在必要地修改后应用到存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令可由系统运行。

图1A至1E是示出根据本公开主题的示例的短波红外光焦平面阵列(FPA)传感器100(也称为焦平面阵列100)的示例的示意功能截面图。在这些图示中的每一个中，为了简单起见，示出了焦平面阵列100的三个感光点(photosite,PS)102(也称为“像素”)，即使在实际焦平面阵列100中可以实施数量明显更多的感光点，例如，布置为一维(1D)或二维(2D)阵列。虽然不同的感光点可以以任何合适的方式(例如，沟槽)彼此分离，但是为了简单起见，在图1A至1E中未示出这种分离。在不同的图示中，用于焦平面阵列100的附图标记包括识别字母(例如，100A、100B…100E)。

焦平面阵列100的每个感光点102包括至少一个锗区块(patch)104，其可以可选地用作半导体光电二极管的阳极或阴极，所述半导体光电二极管也包括硅作为相应的阴极或阳极。所述至少一个锗区块104与氧化硅(SiO

此外，焦平面阵列100还包括连续的硅(Si)层110，锗和焦平面阵列100的其他材料连接到所述连续的硅层110。连续的硅层110可以是在实施锗于其上的基板硅晶片，或者是以期望性质生长的外延层。可选地，硅层110可以在制造过程中被抛光，以减小其厚度，例如，减小到几微米或到几十微米(例如，4微米、8微米、15微米、30微米)。所述连续的硅层是连续的，它从一个感光点102延续到另一个，可能遍及整个焦平面阵列100。

图1A示例了焦平面阵列传感器100的实施方式，其中锗被处理以创建多个陡峭的锗结构(例如，针状、金字塔状、脊状)，与未被蚀刻的锗区块相比，通过这些结构可以吸收更多数量的光子。根据所实施的锗的物理特性，经处理的锗捕获的光子百分比与具有类似凸起包膜(convex envelope)的同质锗块体(bulk)捕获的光子的百分比的比率可能不同，并且以不同的比率更大，例如：至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％或更好。将锗处理成陡峭结构112的密集布置可以以各种原因提高其吸收水平，例如但不限于：(a)锗表面的增加，(b)通过陡峭结构112产生有效介质，其中介质的折射率连续变化导致菲涅耳反射减少，以及(c)光捕获机制，通过所述光捕获机制，反射的光子可以与锗发生多次相互作用，提高吸收的有效概率。

术语“陡峭结构(steep structure)”用于是指微米级和纳米级结构，其高度在至少一个宽度方向上至少是其宽度的两倍。在一些实施例中，可以实施为纳米级结构。在一些实施例中，可以实施为微米级结构。陡峭结构112的高度垂直地于制造陡峭结构于其上的晶片的平面来测量，并且宽度平行于晶片的平面测得。参照图1F中提供的坐标(其也属于图1A至1E和1G至1H)，晶片的平面是所示坐标系的x-y平面，并且沿着z轴测量陡峭结构(112)的高度。可能的是，陡峭结构112的最宽宽度可以小于相应陡峭结构112的高度的两倍(例如，如果陡峭结构是针形的)，但这并不一定如此。陡峭结构的高度可以在本公开的不同实施方式中变化，甚至可以在单个焦平面阵列传感器内变化。在一个示例中，给定焦平面阵列100的至少80％的陡峭结构112的高度可以在1微米至2微米之间。在一个示例中，给定焦平面阵列100的至少80％的陡峭结构112的高度可以在1微米至1.5微米之间。在一个示例中，给定焦平面阵列100的至少80％的陡峭结构112的高度可以在1.2微米至1.5微米之间。

应该注意的是，焦平面阵列100可以是短波红外光焦平面阵列，所述短波红外光焦平面阵列对短波红外光范围内的电磁辐射敏感。例如，焦平面阵列100可对以下光谱范围中的任何一个或多个光谱范围的任何组合内的入射光敏感：900纳米至1000纳米、1000纳米至1100纳米、1100纳米至1200纳米、1200纳米至1300纳米、1300纳米至1400纳米、1400纳米至1500纳米、1500纳米至1600纳米、1600纳米至1700纳米。焦平面阵列100也可以在电磁频谱的其他部分(例如，在可见光范围内或其一部分)敏感。焦平面阵列100可以与光学滤波器(例如，色(chromatic)带通滤波器、色带通阻断器、色低通滤波器、色高通滤波器、偏振器等)一起实施。本文中使用的术语“短波红外光传感器”和类似术语(例如，“短波红外光焦平面阵列传感器”、“短波红外光焦平面阵列”)涉及能够吸收和检测射入的短波红外光辐射(即，波长在1000至1700纳米之间的辐射)的光敏传感器。在至少部分短波红外光谱中，焦平面阵列100的量子效率高于硅基光电传感器(其更适合于在可见光谱内进行传感)可达到的量子效率。可选地，本文公开的短波红外光传感器可以对短波IR光谱的子部分内的入射照明敏感(为了本公开的目的，其被定义为在1000纳米至1700纳米之间)，甚至更具体地在1200纳米至1550纳米之间。如果传感器对于给定波长的量子效率高于5％，则在本公开的上下文中传感器被定义为对于给定波长是敏感的。

如图1B的示例中所示，焦平面阵列传感器100可以可选地包括一个或多个光有效层114，操纵通过所述一个或多个光有效层114的照明。例如，所述光有效层114可以用作一色滤波器、一偏振滤波器、任何其他类型的滤波器、一延迟器、一绕射光栅或会影响穿过所述层的光辐射的任何其他类型的层。

如图1C的示例中所示，焦平面阵列传感器100可以包括微透镜层116(例如，微透镜阵列)，所述微透镜层116可以添加到焦平面阵列传感器100(除了如图所示的另一种类型的光有效层1144之外，或者作为唯一的光效层)。

如图1D的示例所示，焦平面阵列传感器100可以包括两个晶片，包括耦合到光敏晶片的第二晶片120。晶片120包括读出集成电路(ROIC)，因此可以称为读出集成电路晶片。读出集成电路晶片可以包括例如基于互补金属氧化物–半–导体(CMOS)的读出电路和可选的处理电路，以及一个或多个后端制程(BEOL)层。

焦平面阵列100可以包括上述组件的任何组合。例如，如图1E的示例所示，焦平面阵列传感器100可以包括一个或多个光有效层114、微透镜116和第二晶片120。

应该注意的是，尽管图1A至1E示出了背照短波红外光焦平面阵列传感器(其中来自视场(FOV)的光直接到达感光体，而不穿过金属读出层)，但通过必要的修改(其中来自视场的光在通过金属读出层后到达感光层)，焦平面阵列100也可用于正照的短波红外光焦平面阵列传感器。

图1F至1H是示出根据本公开主题的示例的短波红外光焦平面阵列(FPA)传感器100的示例的示意功能截面图。如图1F至1H所示的示例中所示，可选地，焦平面阵列100的连续硅层110可以包括多个陡峭结构，例如，符合上面关于锗陡峭结构定义的标准。在这种情况下，硅层在附图中表示为122。例如，可以使用硅层122中的多个陡峭结构(硅陡峭结构”)，以提高以不同入射角到达焦平面阵列的入射光的吸收率。虽然不一定如此，但硅层122的厚度(例如，从陡峭结构的尖端测量到锗区块104的底部)可以在几微米到几十微米之间(例如，4微米、8微米、15微米、30微米)。可选层124可以实施在硅层122的顶部，例如用作钝化层和/或还用作具有另一功能的层，例如平坦化层。层124可以由任何合适的材料制成，例如但不限于氧化硅(硅O

图1I是根据本公开的主题示例的类似焦平面阵列100的焦平面阵列的示例的示意对角视图。在所示示例中，焦平面阵列100(在示例焦平面阵列中表示为100J)包括3x3个感光点190的阵列，但显然地可以实施任何不同数量的感光点，例如1、1x10、2x2、32×32、224×144、320×224、640×480、800×600、1024×768、1440×900、2048×1152、3200×2048、8192×8192、15360×8640和任何其他数量。

图1J是根据本公开主题的示例的类似焦平面阵列100的焦平面阵列的另一示例的示意俯视图。在所示示例中，焦平面阵列100(在示例焦平面阵列中表示为100K)的不同感光点布置在矩形网格中，但是可以实施任何其他合适的几何布置或平铺(例如，蜂窝状网格、圆形网格等)。

图2示出了根据本公开主题的示例的用于制造焦平面阵列的方法的编号为200的实施例。可选地，方法200可用于制造焦平面阵列(或其部件)，例如图1A至1J中所示和关于图1A至1J所讨论的焦平面阵列，–特别是用于制造短波红外光焦平面阵列，但这并不一定如此。图3A和3B中提供了用于制造焦平面阵列(例如短波红外光焦平面阵列)的工艺的两个非限制性示例，这可以帮助理解方法200及其不同阶段。

方法200的阶段202包括蚀刻在硅晶片上实施的锗层，以从所述锗层的多个不同位置去除不同量的锗，从而为短波红外焦平面阵列的多个感光点中的每一个产生至少一个不同的锗感光区域，所述锗感光区域包括多个锗近似结构(例如，上述的“锗陡峭结构”)，所述多个锗近似结构具有至少0.3微米的高度和高宽比至少为2。参考图1F中提供的坐标系，宽度在x-y平面内测量，而高度沿z轴测量。还可以实施为更高的高宽比(例如，大于3、大于4、大于5、大于10)。应该注意的是，锗的各个不同感光区域可包括较不陡峭的结构(例如，较短的针)，例如由制造工艺产生的，但大多数陡峭的结构具有高于上述阈值(例如，2、3等)的高宽比。应该注意的是，锗的近似结构可以在结构的底部彼此相连接(例如，如附图中所示)。虽然不一定如此，但连接不同结构的锗层的厚度可以比陡峭结构的高度薄(例如，1微米)。参考附图的示例，锗层可以是锗层104。

阶段202大大提高了入射在不同锗区域上的光的吸收率。参考图3A的示例，阶段202可以在图302和304所示的状态之间的转换中实施。参考图3B的示例，阶段202可以在图322和324所示的状态之间的转换中实施。应该注意的是，类似于图1A至1J，仅为了示例，所示的三个感光点具有不同的形状。术语“不同的锗感光区域”广义上包括一锗区域，其由至少一个无锗区与其他此类区域所隔开。平行于晶片平面的每个不同的锗感光区域的横截面可以是大致正方形、大致矩形、大致圆形、大致椭圆形或任何其他封闭形状。这种横截面的直径可以具有不同的尺寸，例如(但不限于)在1微米至5微米之间。

阶段202的蚀刻可以例如通过反应离子蚀刻(RIE)来实施。例如，可以使用氯基反应离子蚀刻或氟基反应离子蚀刻。例如，可以使用非脉冲反应离子蚀刻。在另一示例中，金属增强蚀刻可用于锗层的蚀刻以提供陡峭结构。可选地，陡峭锗结构的生成可以通过除蚀刻之外的工艺实施，例如激光处理。

可选地，阶段202的蚀刻可以包括在锗层的背侧蚀刻锗层(在光从硅层进入锗层之后，通过它从所述锗中逸出)。锗的陡峭结构用于限制在被吸收之前离开锗的光量。或者，可以蚀刻锗层的另一侧(光通过所述另一侧进入锗层)。

方法200的阶段204包括在蚀刻的锗上沉积填充材料，以填充多个锗的近似结构之间的间隙，至少达到所述多个锗的近似结构的平均高度。可选地，填充材料可以完全覆盖锗层。参考图3A和3B的示例，阶段204可以分别在图304、306、324和326中所示的状态之间的转换中实施。沉积的所述填充材料还可以覆盖所制造的晶片的其他部件，例如电极、金属层部件、钝化层部件等(例如，如图所示)。应当注意的是，所述晶片的一个或多个处理阶段可以将阶段202的所述蚀刻和阶段204的所述填充材料的所述沉积分开。这样的阶段的一些示例包括掺杂(doping)、开槽(trenching)、抛光(polishing)、铺设(laying)金属层等(其中每一个这样的阶段可以任选地包括多个子阶段)。不同的技术可用于在阶段204中沉积所述填充材料。例如，所述填充材料的沉积可以包括所述填充材料的化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)、所述填充材料的溅镀(sputtering)或本领域已知的其他方式。

在阶段204中填充材料的沉积可以用于结构、几何及电气用途，以及其他可能的目的，并且可以选择填充材料以最好地服务于这些目的之间的期望平衡。填充材料的几个非限制性示例包括二氧化硅(SiO

这样的材料可以很好地结合到所述晶片的硅层及锗区块，并且为所述锗(也可能为底下的硅)提供电子钝化。可选地，被选作所述填充材料的材料的折射率相对于锗可以相对较低，以通过在每一个感光点中设置锗陡峭结构来减少光的反射并且增加短波红外光辐射的吸收。例如，对于相关波长(例如，在1微米至1.5微米之间或所述光谱的一部分)，所述填充材料的折射率可能低于2。例如，对于相关波长(例如，在1微米至1.5微米之间或所述光谱的一部分)，所述填充材料的折射率可能低于1.75。

方法200的阶段206包括抛光硅晶片的顶表面。举例来说，在相关实施方式中，执行阶段206的抛光可以为了接合硅晶片与光敏检测阵列(例如，用于与系统400的光敏检测阵列450的晶片420接合，如第5图所示)的另一晶片做准备。另一晶片可以是读出集成电路(ROIC)，例如，如图1D所示。应当注意的是，上述晶片的上表面包括填充材料并且可能还包括锗。在一些实施方式中，锗在阶段206的抛光之后被填充材料完全覆盖，例如，如果填充材料用于钝化用途。在一些实施方式中，锗的部分可以保持暴露，例如，以允许将电极连接到锗。然而，这并不一定如此。可选地，电极可以在用填充材料覆盖锗之后通过创建的专用孔来到达锗(如果需要)。参考第3A图及第3B图的示例，阶段206可以在图306和308(分别是326和328)所示的状态之间的转变中实现。应当注意的是，阶段206的抛光可在阶段208的金属沉积之前或之后。阶段206的抛光可以以任何合适的方式进行，例如(但不限于)化学机械抛光(CMP)。

方法200的阶段208包括沉积金属层，用于为了多个感光点中的每一个创造多个电接点(electric contacts)，以读出由各自的感光点检测到的检测信息。参考第3A图及第3B图的示例，阶段208可以在图310和312(分别是330和332)所示的状态之间的转变中实现。此外，虽然不一定如此，但在一些实施方式中，阶段208可选地可以在阶段204的沉积填充材料之前执行。

在阶段208中沉积的多个电接点可选地可以用于通过接触锗或足够靠近锗从锗区块(多个不同的锗光敏区域)读出电信息。来自锗区块的读出可以来自锗的掺杂或未掺杂部分。电接点可以实现以从多个感光点的其它部分(例如，硅部分)来读取多个电信号。其他类型的电极可以实现以从与单一个感光点无关的硅晶片的部分读出电数据(例如，服务一组数个相邻的感光点、服务所有的感光点等。这些部分可以包括硅或晶片的其他部分)。

将锗连接到金属电极的准备工作(如果适用)可作为阶段202的一部分。可选地，锗层的蚀刻可以包括为了焦平面阵列的每一个感光点保护锗平坦部，并且沉积金属层可以包括创造金属电接点，金属电接点在锗平坦部处连接到各自的不同的锗光敏区域，以从各自的不同的锗光敏区域读出电数据。

参考第3A图和第3B图，应当注意的是，除了关于第2图讨论的那些制造制程(也称为“阶段”)也被示出，并且这些阶段(在其他可选阶段中)可以是方法200的一部分，即使没有明确阐述。参考第3A图，尤其是图302，锗层可能包括孤立的锗区块，它们要不是成长在平坦的基板上就是在口袋内。方法200可以包括将锗层生长成这样的片，或者处理已经包括这样的锗区块的晶片。参考整体方法200，锗层可选地可以包括多个锗的未连接区域，每一个锗的未连接区域沉积到硅层的凹陷内，凹陷是在硅层上沉积的先前沉积层内所创造的。先前沉积层可以包括用于填充阶段204的相同填充材料或另一种材料(例如，另一种钝化材料)。方法200可选地可以包括在其中生长锗的上述沉积层。方法200可任选地包括处理层以产生多个口袋(例如，通过蚀刻)。应当注意的是，可以实施在底部由硅制成但其壁由在其上不容易生长锗的另一种材料制成的袋中生长锗区块，以产生更高品质的锗晶体。

参考第3B图，尤其是图322，应当注意的是，锗层可以是连续层，连续层被处理以将连续层分成服务不同感光点的多个不连续区域。方法200可以可选地包括生长连续的锗层(例如，如图320所示)和/或处理者锗(例如，通过蚀刻)以制造独自的锗区块。在硅上生长锗的方法是本领域已知的。

锗层(无论是连续的、片状、在口袋中的等等)可以在蚀刻之前具有初测厚度，并且在阶段202的蚀刻之后具有不同的蚀刻后厚度(测量到陡峭结构的顶部)。例如，锗层的初始厚度可以小于10微米。例如，锗层的初始厚度可以小于7微米。例如，锗层的初始厚度可以小于5微米。例如，锗层的初始厚度可以小于4微米。例如，锗层的初始厚度可以小于3微米。锗层的蚀刻后的厚度可以等于或小于初始厚度。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄0微米至0.5微米。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄0.5微米至1微米。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄1微米至1.5微米。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄1.5微米至2微米。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄2微米至2.5微米。例如，蚀刻后的厚度可以比初始厚度窄2.5微米至3微米。

方方法200还可以包括在阶段202的蚀刻之前或之后(或两者)抛光锗层，以实现不同感光点的锗层的厚度之间的更高均匀性。

回到阶段202的蚀刻，多个锗的近似结构的平均高度大于1微米，并且其中多个锗的近似结构的平均高宽比为5或更高(例如，大约6、大约7、大约8)。

分别参考第3A图及第3B图的图310和330，应当注意的是，可以任选地在硅层中、在填充材料层中、在其中沉积锗的钝化层中(例如，如图所示)或者以两个或更多个上述层的任何组合，将不同的感光点彼此隔离。感光点这样的分离可以包括开槽(例如，深沟槽隔离、浅沟槽隔离)、掺杂或任何其他合适的制程。在方法200的执行中这样的分离的时间取决于它在其中执行的一个或多个层。例如，可以在沉积锗层之前和/或之后执行这种感光点分离(例如，通过开槽、通过掺杂)。可选地，生长锗层(如果是方法200的一部分)在处理其上沉积锗的硅i层之前，其中处理包括至少一个制程，制程选自由掺杂(doping)、阱化(welling)、钝化(passivation)及电接点沉积(electrical contacts depositing)所组成的一晶片处理阶段群组。除了感光点的分离之外，硅层(或焦平面阵列的其他层，例如，在任何上述类型的制程中)的处理也可用于其他目的，例如创造掺杂区域(N区和/或P区)、创造接点等。值得注意的是，焦平面阵列的一种或多种材料的掺杂(例如，硅、硅氧化物、硅氮化物、锗)可以包括将相应材料(例如，硅、锗等)的不同部分掺杂到不同的掺杂程度和/或用不同的杂质。可选地，方法200可以包括高浓度掺杂锗，以使其也检测到更长的波长。可选地，方法200可以包括为了短波红外光的光检测，掺杂硅以在硅中制成二极管，短波红外光将会由锗吸收并且将产生多个载子，多个载子将会传输到硅层。

例如分别参考第3A图及第3B图的图314和334，应当注意到，方法200可选地可以包括抛光硅晶片的硅基板至小于20微米的厚度。例如，硅基板的初始厚度可以是大约800微米。抛光硅晶片(或任何合适的替代制程来减少硅基板层的厚度)甚至可以将硅层的厚度减少到小于10微米、小于5微米等。例如，可以使用减少硅层的厚度以减少几何光学考虑，例如相邻感光点之间的漏光。虽然不一定如此，但可以在所有上层的处理结束之后(例如，当不再需要结构支撑时)，执行硅层的抛光(如图314和334所示)。可选地，可以在将硅晶片接合到提供结构支撑的另一个晶片(例如，读出集成电路晶片)之后，执行硅层的抛光(例如，低至几微米的厚度)。

方法200可以通过将一个或多个层连接(例如，结合)到硅层的底侧来继续进行(在对硅层进行抛光之后或者没有它)。这样的其他层可以包括滤波器、微透镜阵列等(例如，如关于第1B图、第1C图所展示和讨论的)。方法200可以包括，在抛光硅基板之后，至少一个光有效层(例如，微透镜、偏振器、色滤波器)接合到硅基板的抛光侧。

方法200可以任选地通过处理硅层以提供多个硅陡峭结构，例如，如上文关于第1F图至第1H图所讨论，来继续进行(无论是在抛光硅层之后或者没有它)。

参考第1D图的示例，方法200还包括将硅晶片(蚀刻了锗层的)接合到读出集成电路晶片(或任何其他晶片，例如与阶段206相关的讨论)，使得硅晶片的多个电极接触读出集成电路晶片的多个电极(无论是金属电极还是任何其他合适类型的电极)，从而能使读出集成电路晶片能够处理多个电信号，多个电信号对应于由硅晶片的锗基感光点捕获的多个光子。

回到第1A图至第1J图的非限制性示例，公开了一种焦平面阵列，其包括多个光敏感光点。可选地，焦平面阵列可以是一种短波红外光焦平面阵列。不管制造制程如何，通过必要的修改关于方法200所讨论的任何变化都可以应用于目前公开的焦平面阵列。目前公开的短波红外光焦平面阵列至少包括：

(a)硅层，短波红外光焦平面阵列可以检测到的光通过硅层到达短波红外光焦平面阵列的多个光电二极管；

(b)至少一个锗层，其包括多个不同的光敏区域，在多个光敏感光点中的每一个包括至少一个不同的光敏区域，多个不同的光敏区域中的每一个包括多个锗的近似结构，多个锗的近似结构具有至少0.3微米的高度及至少为2的高宽比；

(c)至少一钝化层，覆盖多个不同的光敏区域，其中钝化层填充多个锗的近似结构之间的多个间隙直至至少达到多个锗的近似结构的平均高度；

(d)抛光后的上表面，光敏检测阵列的另一晶片接合到抛光后的上表面；以及

(e)多个电极(例如，金属电极)，用于发送多个电信号到其它晶片，多个电信号指示出由锗的不同的多个不同的光敏区域所吸收的多个光子的数量。

所公开的焦平面阵列可以是焦平面阵列100，但这不一定如此。可选地，焦平面阵列的每一个感光点包括锗平坦部及至少一个金属电极，锗平坦部耦合到各自的感光点的多个锗的近似结构，金属电极耦合到锗平坦部。可选地，硅层的厚度小于20微米。可选地，焦平面阵列还包括至少一个附加层，附加层结合到硅层的抛光侧，可以控制光的振幅、相位、偏振或光谱响应。

可选地，焦平面阵列还包括结合到硅晶片的读出集成电路晶片，硅晶片包括多个锗的近似结构，其中硅晶片的多个金属电极接触读出集成电路晶片的多个金属电极，从而能使读出集成电路晶片能够处理多个电信号，多个电信号对应于由硅晶片的锗基感光点捕获的多个光子。在这个例子中的读出集成电路晶片可以包括至少一个输出介面，输出介面用于提供检测数据到外部系统，检测数据指示出由多个不同感光点所检测到的多个光子的数量。可选地，锗层的厚度小于5微米。可选地，锗层的厚度小于10微米。可选地，多个锗的近似结构的平均高度大于1微米，并且其中多个锗的近似结构的平均高宽比至少为5。可选地，短波红外光焦平面阵列还包括多个第二感光点，其包括多个基本上平坦的锗区块(例如，未蚀刻的锗区块)，其中多个第二感光点中的每一个包括至少一个电极，电极可以连接到其它晶片。可以使用实现两种或更多种类型的锗基底的光敏感光点，例如，为了创造在其中有不同类型感光点的不同特性(例如吸收率、暗电流、信噪比)的个焦平面阵列允许不同类型的感光点在不同场景(例如，检测到的光的数量、工作温度等)下在焦平面阵列中优于其他类型的感光点。不同类型的感光点(蚀刻之前和/或之后)的锗层的厚度可以任选地不同。

第4图根据本公开主题的示例示出了一种光电(electro-optical，EO)检测系统400。光电检测系统400至少包括：

(a)上述讨论的任何一种焦平面阵列(短波红外光焦平面阵列其他类型的焦平面阵列)，在图中用410表示；

(b)至少一光学介面430，用于将光从光电检测系统的视场(field of view，FOV)指引到焦平面阵列(在图中用透镜表示，可以包括合适的光学组件的任何组合，例如反射镜、透镜、棱镜、光纤、光谱滤波器、偏振器、其他滤波器、窗口、延迟器等)；

(c)读出集成电路(Readout Integrated Circuit，ROIC)晶片420，接合到焦平面阵列410的硅晶片，使得硅晶片的多个电极接触读出集成电路晶片的多个电极，从而能使读出集成电路晶片420能够处理多个电信号，多个电信号对应于由硅晶片的锗基感光点捕获的多个光子，其中读出集成电路晶片420包括至少一个输出介面，输出介面用于提供检测数据到外部系统，检测数据指示出由多个不同感光点所检测到的多个光子的数量；

(d)处理器440，可操作用于处理读出集成电路晶片所提供的检测数据，以提供视场的图像(例如，红外光(IR)图像、短波红外光(SWIR)图像、可见(visible，VIS)图像、可见+红外光(VIS+SWIR)图像)。视场的短波红外光图像是其中每一个感光点的信号(或以其他方式来表示的感光点强度)对应于从视场的特定部分到达各自的感光点的短波红外光的数量的图像。术语VIS与电磁图像的可见部分或其一部分有关。

系统400可以包括图中未示出的其他组件，例如电源、有源光源(例如，激光、LED)、外壳、通信模组、系统级滤波器等。许多这样的组件在本领域中是已知的，并且为了简单和清楚的原因不包括在内。除了(或代替)处理检测数据以生成视场的一个或多个短波红外光图像之外，处理器可选地可以被配置成用以处理检测数据以确定在视场中至少一个物体的存在。这样的物体可以包括人、车辆、道路、建筑物、地球、岩石、诸如植物和动物的自然物体、人造物体、星星等等。处理器还可以以其他方式处理焦平面阵列的检测数据，其中许多方式相对于现有技术传感器在本领域中是已知的，并且可以被修改以处理当前公开的焦平面阵列传感器的检测数据。例如，处理器可以处理由焦平面阵列获取的数据，以便评估视场中不同物体与系统400的距离。

如本文所讨论的连接可以是适合于例如经由中间装置从各个节点、单元或装置传送信号或向各个节点、单元或装置传输信号的任何类型的连接。因此，除非另有暗示或说明，否则连接例如可以是直接连接或间接连接。可以参考单个连接、多个连接、单向连接或双向连接来说明或描述这些连接。然而，不同的实施例可以改变连接的实施方式。例如，可以使用单独的单向连接而不是双向连接，反之亦然。此外，多个连接可以用串行地或以时分复用方式传输多个信号的单个连接来代替。同样，承载多个信号的单个连接可以被分离成承载这些信号的子集合的各种不同连接。因此，存在传输信号的许多选项。其他修改、变化和替代方案也是可能的。因此，说明书和附图应视为说明性的，而非限制性的。

在权利要求书中，置于括号之间的任何参考符号不得解释为限制权利要求。“包括”一词不排除权利要求中列出的其他元件或步骤的存在。此外，本文使用的术语“一(a或an)”定义为一个或多个。此外，在权利要求中诸如引入性短语“至少一个”和“一个或者多个”的使用不应被理解为意味着由不定冠词“一”引入权利要求要素使包括这样的引入的权利要求要素的任何特定权利要求限于仅包括一个这样的要素的公开内容，即使在相同权利要求包括引入性短语“一个或者多个”或者“至少一个”和不定冠词(比如“一”)时；这对于在权利要求中使用定冠词同样成立。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”等术语用于任意区分这些术语所描述的多个元件。因此，这些用语并不需要表示这类元件在时间或其他方面的优先性。在互相不同的权利要求中记载的特定测量值的唯一事实并不是表示不可以使用这些测量值的组合来产生优势。

虽然本文已经说明和描述了本公开的某些特征，但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入本公开的真正精神内的所有此类修改和改变。应该意识到，以上描述的实施例作为示例的方式被引用，并且其各种特征以及这些特征的组合可以被改变和修改。