[發明專利]一種用于紅外焦平面器件的復合銦柱及制備方法

有效

• 申請號: 200710045148.7
• 申請日: 2007-08-22
• 公開（公告）號: CN101118886A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 朱建妹
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L23/485
• 分類號: H01L23/485;H01L21/60
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及紅外焦平面陣列探測器，具體是指紅外焦平面陣列探測器中的光敏元芯片與讀出電路芯片互聯的復合銦柱的制備方法。

背景技術

紅外焦平面陣列器件的主要性能參數之一是它的成像空間分辨率。一個紅外焦平面陣列器件的成像空間分辨率特性取決于所包含的光敏元數目及其排列。一個M×N光敏元紅外焦平面陣列器件包含的像元數目為M×N個(M和N為正整數)。

紅外焦平面陣列器件主要采用混成結構，混成結構是把已經制造好的M×N光敏元陣列芯片和具有M×N個輸入節點的硅信號處理電路芯片通過銦珠陣列實現機械和電學的連接，使信號敏感、信號讀出和電子掃描得以在一個器件中完成。混成結構的優點是可以對紅外探測器陣列芯片和硅信號處理電路分別進行工藝改進和性能挑選，從而保證紅外焦平面陣列器件的整體性能得到優化。但混成結構的實現難度很大，其中關鍵之一是要在紅外探測器陣列芯片和硅信號處理電路芯片上分別生長高密度、細直徑、高度足夠且一致性好的銦珠陣列，以便進行混成互連。

對于銦珠陣列的制備方法，chneider在Proc.SPIE?Vol?1683，127(1992)中評述了四種主要的方法：脈沖電鍍法、雙金屬掩模蒸發法、光刻-剝離法、光刻-腐蝕法。由于脈沖電鍍法難以控制銦珠的高度，雙金屬掩模蒸發法中的金屬掩模的加工制造十分困難，光刻-腐蝕法制備的銦珠陣列其銦珠直徑均勻性較差，因此，這三種方法事實上均不能滿足混成結構的紅外焦平面陣列器件制造的需要。光刻-剝離法為一些混成紅外焦平面陣列器件制造單位所采用，但具體的工藝過程沒有公開的報道。而且從M.Schneider[Proc.SPIE?Vol?1683，127(1992)]提供的結果來看，銦珠的高度不足10μm，銦珠直徑大于50μm，表面粗糙，邊緣不整齊。這樣的銦珠陣列不能滿足制造大規模、高密度混成紅外焦平面陣列器件的需要。

陳伯良等人在中國發明專利98121916.0中提出并實施了芯片表面清潔處理-厚光刻膠涂布-曝光和顯影-真空蒸發淀積銦層-超聲波輔助多余銦層剝離-硝酸腐蝕修除銦珠葺邊-惰性氣氛中再流成型的技術方案，成功制備出用于64×64元混成紅外焦平面陣列器件的微細銦珠陣列。所制備的銦珠直徑為30μm，高度為10-20μm可控，高度非均勻性±0.5μm(1σ)。

隨著紅外焦平面組件技術的發展，要求在MCT(碲鎘汞)、InSb(銻化銦)和AlGaAs/GaAs(鋁鎵砷/鎵砷)三種材料制備的探測器陣列芯片、硅CMOS讀出電路芯片和白寶石電路襯底片上制備二維凝視型的256×256元及以上和一維掃描型的2048×1元及以上的銦柱陣列，銦柱的直徑要求縮小到10-12微米，中心距為6-10微米，銦柱高度控制在10-12微米。對于如此苛刻的技術指標，上述方法就無法滿足要求了。其困難在于銦柱在制備過程中熱銦源與光刻膠瞬間碰撞時會產生氧化銦，在銦柱表面形成葺邊，這種葺邊不易徹底修除，易引起光敏元之間的短路。

發明內容

基于上述已有技術存在的問題，本發明的目的是要提出一種用于紅外焦平面陣列探測器的復合銦柱及制備方法，該復合銦柱表面光滑，無葺邊，可滿足大規模、高密度混成紅外焦平面陣列器件的需要。

本發明的復合銦柱其特征在于：外層由黃金包覆，內填滿銦構成。由于填充的是熱銦源，對黃金壁產生合金作用，因而形成的復合銦柱側面周邊光滑。

本發明的復合銦柱的制備方法如下：

1.在芯片上涂布光刻膠層，其厚度由銦柱體所需要的高度而定；

2.在光刻膠上，在芯片的信號引入引出點位置刻出淀積復合銦柱的陣列孔，孔徑由所需要銦柱體的直經而定，孔的深度為光刻膠層的厚度；

3.然后熱蒸發淀積黃金，在孔內壁形成厚度為黃金層；

4.然后再真空蒸發淀積銦，部分銦自然填入由黃金層為內壁的孔內，由于填充的是熱銦源，對黃金壁產生合金作用，從而形成由黃金層包覆，內填滿銦構成的復合銦柱；

5.最后用壓敏粘結劑黏附剝離多余銦層，在芯片上形成復合銦柱陣列。

本發明的最大優點是：黃金層的隔絕解決了熱銦源與光刻膠瞬間碰撞時產生的氧化銦，從而使制備出來的銦柱表面光滑，銦柱直徑可達到10-12微米，中心距為6-10微米，銦柱高度控制在10-12微米。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖，a圖為在芯片上涂布光刻膠層；b圖為刻出淀積復合銦柱的陣列孔；c圖為熱蒸發淀積黃金層；d圖為真空蒸發淀積填充銦；e圖為在銦層上均勻涂布粘結劑層及貼上PVC薄膜；f圖為剝離多余銦層及金銦合金層；g圖為在芯片上形成復合銦柱陣列。