[發明專利]一種紅外焦平面探測器嵌合式銦互連結構

在審

• 申請號: 202010324647.5
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111446304A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 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: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/101;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種紅外焦平面探測器嵌合式銦互連結構，該結構是由凸起子銦體的列陣芯片和凹陷母銦體的列陣芯片通過對準嵌合，形成銦互連。凸起子銦體是在紅外材料芯片上制備的銦柱列陣，凹陷母銦體是在硅集成電路或寶石電路芯片上制備的銦柱列陣。本發明的優點是：紅外材料芯片與硅集成電路或寶石電路芯片通過子母銦體嵌合達到銦互連，壓力小，互連緊密，連通率高。該發明很好的解決了紅外焦平面探測器銦混成互連的斷層問題，而且可以更好的滿足多元器件銦互連要求。

技術領域

本發明涉及紅外焦平面探測器，特別是指一種凸起銦和凹陷銦在紅外焦平面探測器制造中嵌合式混成互連的結構。

技術背景

紅外焦平面探測器包含陣列器件，其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柱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柱陣列，以便進行混成互連。

隨著紅外焦平面組件技術的發展，在碲鎘汞(HgCdTe)、銦鎵砷(InGaAs)、氮化鎵(GaN)等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640×512元，1024×1024元及以上銦柱陣列，對于混成互連的可靠性提出更高的要求。

目前采用的銦柱混成互連方式有熔溶焊和冷壓焊二種制備技術。由于紅外材料的物理特性限制，這二種制備技術存在著一定的風險，而嵌合式銦互連結構則可以達到所要求的目的。

所謂的紅外焦平面探測器嵌合式銦互連結構，就是凸起子銦體與凹陷母銦體相嵌合的形式進行混成互連。

紅外焦平面探測器嵌合式銦互連結構的技術要求包括：一定規模大小，例如128×128元，256×256元，640×512元等；高密度，例如(2×10⁴～1×10⁵)個 /cm²；凸起子銦柱直徑微細，例如凹陷母銦柱直徑微細，例如足夠的高度，例如(8～15)um，高度均勻性為±1um；凹陷母銦柱內徑足夠深度，例如(5～7)um；足夠的嵌合深度，例如(5～7)um。

發明內容

本發明的目的是提供一種和普通硅集成電路工藝兼容的嵌合式銦互連結構，用以滿足紅外焦平面器件各種面陣尺寸混成互連的需求。

本發明的紅外焦平面探測器嵌合式銦互連結構，包括：芯片上的凸起子銦體1，硅集成電路或寶石電路上的凹陷母銦體2，其中：

所說的芯片列陣上的凸起子銦體1為柱狀銦列陣，其直徑10-14微米，長度10微米：

所說的硅集成電路列陣或寶石電路列陣上的凹陷母銦體2為為柱狀銦列陣，其直徑20-25微米，長度15微米，柱中間有錐狀孔，

芯片列陣上的凸起子銦體(1)和硅集成電路列陣或寶石電路列陣上的凹陷母銦體(2)通過自動器件倒焊設備對準接插形成嵌合式銦互連結構。

所述的芯片列陣凸起子銦體是用紅外材料準備的芯片，通過涂布14微米厚度的光刻膠層，光刻刻出直徑復合銦柱孔，熱蒸發淀積約600A黃金層，用 3～4克的銦真空蒸發淀積銦層，剝離多余銦層及多余金銦合金層，銦柱端面整平，硝酸腐蝕修除銦柱茸邊，去膠凸起子銦柱成型。