[發明專利]一種小中心距焦平面探測器的銦球陣列制造方法

在審

• 申請號: 202010623570.1
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111739806A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 馬英杰;朱憲亮;邵秀梅;李雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L23/488;H01L23/498;H01L31/101
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種小中心距焦平面探測器的銦球陣列制造方法，方法的步驟為：1)在芯片上涂布光刻膠，并在光刻膠上產生電極孔圖形；2)依次蒸鍍鉻、鎳、金三層金屬；3)去除光刻膠，產生金屬電極；4)沉積介質膜層；5)涂布光刻膠，并在光刻膠上產生接觸孔圖形；6)刻蝕去除孔內介質膜，并去除光刻膠；7)涂布光刻膠，并在光刻膠上產生銦孔圖形；8)蒸鍍銦金屬；9)去除光刻膠，產生銦柱陣列；10)熱回流處理，產生銦球陣列。本發明的優點在于克服了傳統金打底層工藝所制作銦柱成球后形貌一致性差的問題，可制作出具有更大占空比的高均勻性、高飽滿度銦球陣列，提升焦平面與讀出電路倒焊互連的連通率。

技術領域

本發明屬于半導體光電探測芯片制造技術領域，特別涉及一種小中心距焦平面探測器的銦球陣列制造方法。

背景技術

半導體焦平面探測器主要應用于成像、光譜等探測類應用。根據探測波長范圍不同，可以分為紫外、可見、短波紅外、中波紅外、長波紅外和甚長波紅外器件。不同波段的主流焦平面器件分別為GaN/AlGaN(紫外)、Si(可見)、InGaAs(短波紅外)、InAs/GaSb(中波紅外)、HgCdTe(中波長波甚長波紅外)。由于目前CMOS集成電路工藝主要基于Si工藝制作，因此除可見光焦平面探測器外，上述其余波段的焦平面探測器均需要與Si讀出電路通過銦柱倒裝焊互連技術進行混合集成，形成光敏芯片加讀出電路的集成探測器模塊。在每一個像元結構上制備對應的金屬銦柱狀電極，通過將讀出電路的像元與光敏芯片的像元一一對準并擠壓，使得讀出電路像元與光敏芯片像元間通過銦柱與銦柱范德瓦爾斯力或銦柱與銦柱/金屬電極熱熔融焊接的方式，形成可靠電學連接，實現焦平面混合集成。因此，銦柱的尺寸、形貌、及一致性直接決定了讀出電路芯片與光敏芯片間互連的連通率。

國外90年代中期即已經研制出像元規模為1024×1024的中心距為30微米的百萬像素級HgCdTe紅外焦平面探測器。目前，焦平面探測正朝更大像元規模、更小中心距發展。焦平面像元中心距已經從早期的100微米發展到5微米。像元規模也已從早期的單片320×256逐步發展到目前的4096×4096。像素規模增加、單個芯片尺寸增大以及中心距的持續減小，對銦柱倒焊連通率產生了極大的挑戰。利用銦的表面張力特性，通過熱回流處理，形成銦球，可在一定程度上提升銦柱陣列的一致性，改善連通率。受限于中心距減小，銦球的尺寸也相應減小。因此，對銦球的形貌、一致性、高度、飽滿度等都提出了更為苛刻的要求。盡管通過讀出電路與光敏芯片雙邊制備銦球，能在一定程度上補償因中心距減小和銦柱尺寸減小而帶來的連通率下降問題，但銦球的尺寸、形貌及一致性仍然是實現100％連通率的根本限制。

傳統銦柱制作工藝為在鉻、鉑、鎳等金屬電極上，蒸鍍薄層的金電極作為打底層，進而通過光刻金屬蒸發工藝，制作銦柱(CN201410624296.4)。利用金打底層與銦之間在高溫回流成球過程中的浸潤特性，實現固定位置處銦柱至銦球的形貌轉變，提升一致性。然而，在小中心距下，由于電極、銦柱的尺寸均同步減小，加之更易產生光刻套準偏差，因此，存在銦柱熱回流成球過程中，金屬與半導體或金屬與介質膜材質的不一致性，引起局域卷邊、銦流動阻滯等問題，使得在小中心距下，難以制備出高飽滿、高均勻性的銦球陣列。盡管已經有一些改進技術方案，包括雙層光刻膠剝離制作工藝(CN201510945699.3)、機械拋平提升一致性工藝(CN201410259001.8)等，但這些技術方案均仍存在銦柱熱回流過程中的局域卷邊、銦流動阻滯等問題，在小中心距下也難以實現高均勻性銦球制作。因此，需進行技術創新，以解決銦柱回流成球過程中的不均勻性問題，實現小中心距下高密度、高均勻性銦球陣列的制作。

發明內容

本發明提供一種小中心距焦平面探測器的銦球陣列制造方法，解決銦柱回流成球過程中的不均勻性問題，實現小中心距下小尺寸、高均勻性銦球陣列的制作。