專利名稱：一種新型焦平面陣列電互連工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型焦平面陣列電互連工藝，屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焦平面陣列被廣泛應(yīng)用于各種光電器件的研發(fā)制作中，如焦平面紅外探測器、紫外探測器等等。以焦平面紅外探測器為例，它是一種在室溫工作、利用熱電效應(yīng)將長波紅外輻射轉(zhuǎn)變成電信號、實現(xiàn)掃描熱成像的紅外探測器。該器件主要由紅外焦平面探測器芯片和讀出電路倒裝互連組成。其特點是分別制備探測器芯片和讀出電路芯片，使其各自性能最優(yōu)化，再互連起來。探測器芯片和讀出電路芯片的互連必須實現(xiàn)機械和電學(xué)連接，并使兩者間應(yīng)力最小。為此通常選用銦柱進行互連，其主要作用是向全部探測元和讀出輸入端提供完全的機械和電氣連接，同時緩沖芯片和讀出電路的熱膨脹失配。這項技術(shù)主要包含銦柱生長工藝和互連工藝兩個方面。 如圖I所示，具體工藝流程為首先是銦柱生長，為實現(xiàn)倒裝焊接，對起連接作用的銦柱有三個要求一般直徑為30 μ m左右，高度10 μ m左右；高度一致、形狀規(guī)則整齊、表面光滑；盡量減少表面氧化層的厚度。目前生長銦柱的方法有電鍍法、蒸發(fā)剝離法和蒸發(fā)腐蝕法。為了解決銦柱的附著力、形狀和高度、表面氧化、盲元和高度一致的問題，一般較多地采用蒸發(fā)剝離。剝離技術(shù)能避免使用化學(xué)試劑濕法腐蝕時，對圖形輪廓及下層材料造成損壞。它普遍用來代替離子束轟擊難于刻蝕的金屬材料。一般的剝離工藝首先涂上光刻膠并形成圖案，然后使用蒸發(fā)技術(shù)淀積一個金屬層。接下來將基片浸到能溶解光刻膠的去膠溶液里，直接淀積在基片上的金屬圖形將被保留，而淀積在光刻膠上的金屬將隨著光刻膠的溶解而從基片上脫落，最后在基片表面只留下金屬柱?，F(xiàn)有方法中一般在鍍銦之前先在芯片(或者讀出電路)表面鍍一層金屬電極，一般采用金屬金，然后再鍍上金屬銦，兩種金屬的沉積都可以采用上面所述的蒸發(fā)剝離方法來實現(xiàn)。銦柱在焦平面探測器中起電學(xué)連接的作用，但同時也構(gòu)成了探測元吸收的輻射熱量向讀出電路方向擴散損耗的通道。減小銦柱的熱導(dǎo)是提高器件性能的重要途徑，可通過減小銦柱直徑，增加銦柱高度來實現(xiàn)。目前較為普遍采用直徑為 ο μ rn-15 μ m，高度為10 μ m左右的銦柱，并且通過銦柱回流成球技術(shù)使銦柱高度進一步提高，同時降低探測器熱導(dǎo)，有效的提聞了探測器的焊接可罪性和響應(yīng)率。焦平面陣列的互連采用銦柱冷壓焊工藝，通過倒裝焊接設(shè)備來滿足對準、牢固和電氣連通三項要求。但是，在冷壓焊的過程中，銦柱會由于受到來自探測器芯片和讀出電路兩端的壓力而產(chǎn)生形變，如圖I所示，壓焊后銦柱高度由原來的 ο μ m以上降低至5 μ m以下，同時直徑由原來的15 μ m左右增大至20 μ m左右，這樣一來銦柱與探測器芯片和讀出電路的接觸面積必然增大。在這種情況下，銦柱熱導(dǎo)會隨之增大，使得探測器性能大大降低
發(fā)明內(nèi)容
為了解決焦平面探測器在冷壓焊過程中銦柱產(chǎn)生形變而導(dǎo)致熱導(dǎo)增大的問題，我們提出一種以硬度較高、熱導(dǎo)較小的金屬作為電氣連通金屬和銦柱支撐的新型互連工藝。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種新型焦平面陣列電互連工藝，包括以下步驟步驟一焦平面探測器讀出電路上的光刻工藝，通過紫外掩膜曝光，在光刻膠上形成圖形，所述圖形側(cè)壁與讀出電路表面傾角應(yīng)小于或等于90° ;步驟二 金屬膜層的沉積工藝，首先進行鎳或銅金屬膜的沉積，然后進行銦金屬膜的沉積，且鎳或銅金屬膜層的厚度大于銦金屬膜層的厚度；步驟三讀出電路上的光刻膠剝離工藝，將讀出電路芯片浸泡于溶解光刻膠的去膠溶液中，加熱使光刻膠充分溶解，最終只有金屬膜層駐留在芯片表面，形成銦柱與鎳或銅
金屬柱互連金屬柱；步驟四讀出電路上的銦柱回流成球工藝，將帶有互連銦柱的芯片浸泡于氯化銨和甘油混合溶液中，加熱至銦的熔點的溫度，使銦柱表面回流形成球狀或半球狀，同時去除
表面氧化層；步驟五焦平面芯片上的電極制作工藝，在探測器芯片上制作金屬電極，金屬電極直徑與銦柱直徑相同；步驟六焦平面芯片與讀出電路的冷壓焊互連工藝，探測器芯片與讀出電路的互連采用冷壓焊方法，利用倒裝焊接設(shè)備實現(xiàn)對準、壓焊，完成互連工藝。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的新型焦平面陣列電互連工藝，利用鎳或銅等硬度較高、熱導(dǎo)較小的金屬作為銦柱支撐和電氣連通金屬，避免了冷壓焊互連過程中由于銦柱變形導(dǎo)致的熱導(dǎo)增大問題，從而提高焦平面陣列探測器的性能。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中焦平面陣列電互連工藝圖。圖2是本發(fā)明一種新型焦平面陣列電互連工藝圖。I、銦金屬膜，2、金電極,3、光刻膠,4、讀出電路,5、探測器芯片,6、金屬電極,7、鎳或銅金屬膜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。如圖2所示，本發(fā)明一種新型焦平面陣列電互連工藝。首先進行讀出電路上的光刻工藝，本工藝通過紫外掩模曝光，在光刻膠3上形成圖形。光刻膠3厚度應(yīng)該大于或等于沉積的金屬膜層厚度，同時圖形側(cè)壁與讀出電路4表面傾角應(yīng)小于或等于90°，即圖形呈倒梯形或矩形，以有利于鍍膜后光刻膠3的剝離。接下來是金屬膜的沉積，該工藝可采用的方法有很多，例如電子束蒸鍍、磁控濺射等。這里以電子束蒸鍍?yōu)槔齺碚f明在真空狀態(tài)下，電子槍發(fā)射的電子在電磁場作用下，獲得動能轟擊到處于陽極的蒸發(fā)材料，使其成為原子或者分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到讀出電路芯片表面，凝結(jié)形成固態(tài)金屬薄膜。本發(fā)明中金屬膜的沉積，首先進行鎳或銅金屬膜7的沉積，然后進行銦金屬膜I的沉積，且鎳或銅金屬膜7的厚度大于銦金屬膜I的厚度。鍍膜結(jié)束后，要進行光刻膠3的剝離，將讀出電路芯片浸泡于溶解光刻膠3的去膠溶液中，加熱至一定溫度，使光刻膠3充分溶解，最終只有金屬薄膜駐留在芯片表面，形成互連金屬柱。金屬柱包括銦柱和鎳或銅等較硬金屬柱兩部分。銦柱的回流成球工藝，該工藝實現(xiàn)的方法如濕法熱熔、干法熱熔等，這里以濕法熱熔為例將帶有互連銦柱的芯片浸泡于一定比例的氯化銨和甘油混合溶液中，加熱至銦的熔點左右的溫度，使銦柱表面回流形成球狀或半球狀，同時去除表面氧化層。最后是焦平面陣列探測器芯片5與讀出電路的互連工藝，在此之前還需要在探測器芯片5上制作直徑與銦柱直徑相近的金屬電極6，作為與銦柱的焊接點。金屬電極6的制作工藝可采用一般光刻方法加上離子束刻蝕來獲得，也可以采用金屬膜沉積加光刻膠剝離的方法獲得。探測器芯片5與讀出電路4的互連采用冷壓焊方法，利用倒裝焊接設(shè)備實現(xiàn) 對準、壓焊，完成互連工藝。在壓力作用下，銦柱依然會發(fā)生形變，但是支撐在銦柱下方的鎳或銅等金屬硬度較高，可以保形，金屬熱傳導(dǎo)面積減小，同時增大傳導(dǎo)路徑，有效減小熱導(dǎo)，焦平面陣列探測器的性能得以提高。
權(quán)利要求
1.一種新型焦平面陣列電互連工藝，其特征在于，包括以下步驟 步驟一焦平面探測器讀出電路上的光刻工藝，通過紫外掩膜曝光，在光刻膠上形成圖形，所述圖形側(cè)壁與讀出電路表面傾角應(yīng)小于或等于90° ; 步驟二 金屬膜層的沉積工藝，首先進行鎳或銅金屬膜的沉積，然后進行銦金屬膜的沉積，且鎳或銅金屬膜層的厚度大于銦金屬膜層的厚度； 步驟三讀出電路上的光刻膠剝離工藝，將讀出電路芯片浸泡于溶解光刻膠的去膠溶液中，加熱使光刻膠充分溶解，最終只有金屬膜層駐留在芯片表面，形成銦柱與鎳或銅金屬柱互連金屬柱； 步驟四讀出電路上的銦柱回流成球工藝，將帶有互連銦柱的芯片浸泡于氯化銨和甘油混合溶液中，加熱至銦的熔點溫度，使銦柱表面回流形成球狀或半球狀，同時去除表面氧化層； 步驟五焦平面芯片上的電極制作工藝，在探測器芯片上制作金屬電極，金屬電極直徑與銦柱直徑相同； 步驟六焦平面芯片與讀出電路的冷壓焊互連工藝，探測器芯片與讀出電路的互連采用冷壓焊方法，利用倒裝焊接設(shè)備實現(xiàn)對準、壓焊，完成互連工藝。
全文摘要
一種新型焦平面陣列電互連工藝，屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域，為了解決焦平面探測器在冷壓焊過程中銦柱產(chǎn)生形變而導(dǎo)致熱導(dǎo)增大的問題，本發(fā)明一種新型焦平面陣列電互連工藝，包括以下步驟一焦平面探測器讀出電路上的光刻工藝；二金屬膜層的沉積工藝，首先進行鎳或銅金屬膜的沉積，然后進行銦金屬膜的沉積，且鎳或銅金屬膜層的厚度大于銦金屬膜層的厚度；三讀出電路上的光刻膠剝離工藝；四讀出電路上的銦柱回流成球工藝；五焦平面芯片上的電極制作工藝；六焦平面芯片與讀出電路的冷壓焊互連工藝；本發(fā)明利用鎳或銅作為銦柱支撐和電氣連通金屬，避免了冷壓焊互連過程中由于銦柱變形導(dǎo)致的熱導(dǎo)增大問題，從而提高焦平面陣列探測器的性能。
文檔編號H01L21/768GK102881607SQ201210375290
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者王泰升, 魚衛(wèi)星, 盧振武, 孫強 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所