专利名称：一种用于红外焦平面器件的复合铟柱及制备方法
技术领域：
本发明涉及红外焦平面阵列探测器，具体是指红外焦平面阵列探测器中的 光敏元芯片与读出电路芯片互联的复合铟柱及制备方法。
技术背景红外焦平面阵列器件的主要性能参数之一是它的成像空间分辨率。 一个红 外焦平面阵列器件的成像空间分辨率特性取决于所包含的光敏元数目及其排列。 一个MXN光敏元红外焦平面阵列器件包含的像元数目为MXN个(M和 N为正整数)。红外焦平面阵列器件主要釆用混成结构，混成结构是把已经制造好的MX N光敏元阵列芯片和具有MXN个输入节点的硅信号处理电路芯片通过铟珠阵 列实现机械和电学的连接，使信号敏感、信号读出和电子扫描得以在一个器件 中完成。混成结构的优点是可以对红外探测器阵列芯片和硅信号处理电路分别 进行工艺改进和性能挑选，从而保证红外焦平面阵列器件的整体性能得到优 化。但混成结构的实现难度很大，其中关键之一是要在红外探测器阵列芯片和 硅信号处理电路芯片上分别生长高密度、细直径、高度足够且一致性好的铟珠 阵列，以便进行混成互连。对于铟珠阵列的制备方法，chneider在Proc. SPIE Vol 1683, 127(1992)中评述了四种主要的方法脉冲电镀法、双金属掩模蒸发法、光刻一剥离法、光刻一腐蚀法。由于脉冲电镀法难以控制铟珠的高度，双金属掩模蒸发法中的金属 掩模的加工制造十分困难，光刻一腐蚀法制备的铟珠阵列其铟珠直径均匀性较 差，因此，这三种方法事实上均不能满足混成结构的红外焦平面阵列器件制造 的需要。光刻一剥离法为一些混成红外焦平面阵列器件制造单位所采用，但具
体的工艺过程没有公开的报道。而且从M. Schneider [ Proc. SPIE Vol 1683, 127(1992)]提供的结果来看，铟珠的高度不足lOfim，铟珠直径大于50pm，表 面粗糙，边缘不整齐。这样的铟珠阵列不能满足制造大规模、高密度混成红外 焦平面阵列器件的需要。陈伯良等人在中国发明专利98121916.0中提出并实施了芯片表面清洁处 理-厚光刻胶涂布-曝光和显影-真空蒸发淀积铟层-超声波辅助多余铟层剥离-硝 酸腐蚀修除铟珠葺边-惰性气氛中再流成型的技术方案，成功制备出用于64X 64元混成红外焦平面阵列器件的微细铟珠阵列。所制备的铟珠直径为30jLim, 高度为10-20 ^m可控，高度非均匀性士0.5^m (lcr)。随着红外焦平面组件技术的发展，要求在MCT (碲镉汞)、InSb (锑化 铟)和AlGaAs/GaAs(铝镓砷/镓砷)三种材料制备的探测器阵列芯片、硅CMOS 读出电路芯片和白宝石电路衬底片上制备二维凝视型的256X256元及以上和 一维扫描型的2048X1元及以上的铟柱阵列，铟柱的直径要求縮小到10-12微 米，中心距为6-10微米，铟柱高度控制在10-12微米。对于如此苛刻的技术指 标，上述方法就无法满足要求了。其困难在于铟柱在制备过程中热铟源与光刻 胶瞬间碰撞时会产生氧化铟，在铟柱表面形成葺边，这种葺边不易彻底修除， 易引起光敏元之间的短路。 发明内容基于上述己有技术存在的问题，本发明的目的是要提出一种用于红外焦平 面阵列探测器的复合铟柱及制备方法，该复合铟柱表面光滑，无葺边，可满足 大规模、高密度混成红外焦平面阵列器件的需要。本发明的复合铟柱其特征在于外层由黄金包覆，内填满铟构成。由于填 充的是热铟源，对黄金壁产生合金作用，因而形成的复合铟柱侧面周边光滑。本发明的复合铟柱的制备方法如下1.在芯片上涂布光刻胶层，其厚度由铟柱体所需要的高度而定；
2. 在光刻胶上，在芯片的信号引入引出点位置刻出淀积复合铟柱的阵列孔，孔径由所需要铟柱体的直经而定，孔的深度为光刻胶层的厚度；3. 然后热蒸发淀积黄金，在孔内壁形成厚度为500A 700A黄金层；4. 然后再真空蒸发淀积铟，部分铟自然填入由黄金层为内壁的孔内，由 于填充的是热铟源，对黄金壁产生合金作用，从而形成由黄金层包覆，内填满 铟构成的复合铟柱；5. 最后用压敏粘结剂黏附剥离多余铟层，在芯片上形成复合铟柱阵列。 本发明的最大优点是黄金层的隔绝解决了热铟源与光刻胶瞬间碰撞时产生的氧化铟，从而使制备出来的铟柱表面光滑，铟柱直径可达到10-12微米，中心距为6-10微米，铟柱高度控制在10-12微米。
图1为本发明的工艺流程图，a图为在芯片上涂布光刻胶层；b图为刻出 淀积复合铟柱的阵列孔；c图为热蒸发淀积黄金层；d图为真空蒸发淀积填充 铟；e图为在铟层上均匀涂布粘结剂层及贴上PVC薄膜；f图为剥离多余铟层及 金铟合金层；g图为在芯片上形成复合铟柱阵列。图2为用扫描电镜拍摄的本实施例的平面照片。图3为用扫描电镜拍摄的本实施例的剖面照片。
具体实施方式
下面以256X256元芯片为实施例，结合附图对发明的具体实施方式
作进一步的详细说明-§1.在芯片1上涂布14微米厚度的光刻胶层2。见图l中的a图。§2.光刻胶层2上光刻刻出10X10微米见方的复合铟柱孔3。见图1中的b图。§3.然后热蒸发淀积约600A厚的黄金层4。见图l中的c图。 §4.然后用3 4克的铟真空蒸发淀积铟层5，部分铟填充进由黄金壁构 成的复合铟柱孔3中，见图l中的d图。 §5.按照中国专利，专利号ZL02157697.1，名称"压敏粘结剂在焦 平面器件铟珠制备中剥离多余铟层的用途"，在铟层5上均匀涂布粘结剂层6 及贴上PVC薄膜7，黏附剥离多余铟层及多余金铟合金层，见图1中的e、 f 图。g图为在芯片上形成的复合铟柱阵列。
权利要求
1.一种用于红外焦平面器件的复合铟柱，其特征在于所说的复合铟柱外层由黄金包覆，内填满铟构成。
2. —种用于红外焦平面器件的复合铟柱的制备方法，其特征在于具体步 骤如下§a.在芯片(1)上涂布光刻胶层(2)，其厚度由铟柱体所需要的高度而定；§b.在光刻胶层上，在芯片的信号引入引出点位置刻出淀积复合铟柱的 阵列孔(3)，孔径由所需要铟柱体的直经而定，孔的深度为光刻胶层的厚 度；§c.然后热蒸发淀积黄金，在孔内壁形成厚度为500A 700A黄金层 (4);§d.然后再真空蒸发淀积铟层(5)，部分铟自然填入由黄金层为内壁的 孔内，由于填充的是热铟源，对黄金壁产生合金作用，从而形成由黄金层包 覆，内填满铟构成的复合铟柱(8);§e.最后用压敏粘结剂黏附剥离多余铟层，在芯片上形成复合铟柱阵列。
全文摘要
本发明公开了一种用于红外焦平面阵列探测器的复合铟柱及制备方法，该复合铟柱的特征是外层由黄金包覆，内填满铟构成。复合铟柱制备的特征是首先在光刻孔内壁形成厚度为500～700黄金层，然后再真空蒸发淀积铟，部分铟自然填入由黄金层为内壁的孔内，由于填充的是热铟源，对黄金壁产生合金作用，从而形成由黄金层包覆，内填满铟构成的复合铟柱。本发明的最大优点是制备出来的铟柱表面光滑，铟柱直径可达到10-12微米，中心距为6-10微米，铟柱高度控制在10-12微米。
文档编号H01L21/60GK101118886SQ200710045148
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者朱建妹 申请人:中国科学院上海技术物理研究所