本课题《320×240 非制冷红外焦平面读出电路研究与设计》源于国家973 项目《铁电薄膜非制冷焦平面探测器重大基础研究项目》。课题的任务:一是自主设计适用于单片式非制冷红外焦平面阵列的读出电路;二是自主设计单片式红外读出电路的版图并投片;三是自主设计单片式红外读出电路的工艺流程,以解决铁电薄膜的高温退火与CMOS 工艺不兼容的问题。在读出电路设计方面,通过深入分析各种红外探测器的探测原理,重点针对热释电探测器,对比各种读出电路设计方案,设计出符合设计指标的低噪声、高性能读出电路,其模块包含:前置源随级、放大级、滤波级、采样保持级、串音缓冲级、输出级和数字控制电路。在读出电路版图设计方面,采用0.6um 单多晶双金属工艺,全定制版图设计方式,精心设计每个模块的版图和连线,最终完成的版图面积为17×15mm2,已经接近6 英寸工艺线的光刻极限。芯片集成度约28 万个MOS管,作为数模混合集成电路,如此大的规模具有相当大的难度。在读出电路工艺研究设计方面,主要针对铁电薄膜的高温退火与CMOS工艺不兼容的问题,采用耐熔金属进行工艺设计和实验。在16×16 小阵列红外读出试验电路上,使用剥离工艺实现铂互连线,已通过高温测试验证。在320×240 读出电路上,由于剥离工艺的极限和阵列的规模增大,铂不再适用,而采用新的耐熔金属钛及其硅化物作为连线,已通过可行性实验。现针对特殊工艺的版图设计已经完成,形成了GDS2 数据带,并完成了光刻掩膜版制版,已开始进行工艺投片。课题成果:实现了与国外同步研究的单片式热释电红外焦平面读出电路设计及版图设计,圆满完成了973 课题任务。课题创新:一是设计了电源统一的P-sub 改进型单片式热释电红外读出电路;二是首次提出并实践了两种耐熔金属工艺方法,解决了读出电路耐高温问题。其中钛及其硅化物互连线的方法和工艺流程,己经被本实验室重要国家项目“铁电存储器研究”所采用。