专利名称：一种新型焦平面阵列电互连工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型焦平面阵列电互连工艺，属于光电成像技术领域。
背景技术：
焦平面阵列被广泛应用于各种光电器件的研发制作中，如焦平面红外探测器、紫外探测器等等。以焦平面红外探测器为例，它是一种在室温工作、利用热电效应将长波红外辐射转变成电信号、实现扫描热成像的红外探测器。该器件主要由红外焦平面探测器芯片和读出电路倒装互连组成。其特点是分别制备探测器芯片和读出电路芯片，使其各自性能最优化，再互连起来。探测器芯片和读出电路芯片的互连必须实现机械和电学连接，并使两者间应力最小。为此通常选用铟柱进行互连，其主要作用是向全部探测元和读出输入端提供完全的机械和电气连接，同时缓冲芯片和读出电路的热膨胀失配。这项技术主要包含铟柱生长工艺和互连工艺两个方面。 如图I所示，具体工艺流程为首先是铟柱生长，为实现倒装焊接，对起连接作用的铟柱有三个要求一般直径为30 μ m左右，高度10 μ m左右；高度一致、形状规则整齐、表面光滑；尽量减少表面氧化层的厚度。目前生长铟柱的方法有电镀法、蒸发剥离法和蒸发腐蚀法。为了解决铟柱的附着力、形状和高度、表面氧化、盲元和高度一致的问题，一般较多地采用蒸发剥离。剥离技术能避免使用化学试剂湿法腐蚀时，对图形轮廓及下层材料造成损坏。它普遍用来代替离子束轰击难于刻蚀的金属材料。一般的剥离工艺首先涂上光刻胶并形成图案，然后使用蒸发技术淀积一个金属层。接下来将基片浸到能溶解光刻胶的去胶溶液里，直接淀积在基片上的金属图形将被保留，而淀积在光刻胶上的金属将随着光刻胶的溶解而从基片上脱落，最后在基片表面只留下金属柱。现有方法中一般在镀铟之前先在芯片(或者读出电路)表面镀一层金属电极，一般采用金属金，然后再镀上金属铟，两种金属的沉积都可以采用上面所述的蒸发剥离方法来实现。铟柱在焦平面探测器中起电学连接的作用，但同时也构成了探测元吸收的辐射热量向读出电路方向扩散损耗的通道。减小铟柱的热导是提高器件性能的重要途径，可通过减小铟柱直径，增加铟柱高度来实现。目前较为普遍采用直径为 ο μ rn-15 μ m，高度为10 μ m左右的铟柱，并且通过铟柱回流成球技术使铟柱高度进一步提高，同时降低探测器热导，有效的提闻了探测器的焊接可罪性和响应率。焦平面阵列的互连采用铟柱冷压焊工艺，通过倒装焊接设备来满足对准、牢固和电气连通三项要求。但是，在冷压焊的过程中，铟柱会由于受到来自探测器芯片和读出电路两端的压力而产生形变，如图I所示，压焊后铟柱高度由原来的 ο μ m以上降低至5 μ m以下，同时直径由原来的15 μ m左右增大至20 μ m左右，这样一来铟柱与探测器芯片和读出电路的接触面积必然增大。在这种情况下，铟柱热导会随之增大，使得探测器性能大大降低
发明内容
为了解决焦平面探测器在冷压焊过程中铟柱产生形变而导致热导增大的问题，我们提出一种以硬度较高、热导较小的金属作为电气连通金属和铟柱支撑的新型互连工艺。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下一种新型焦平面阵列电互连工艺，包括以下步骤步骤一焦平面探测器读出电路上的光刻工艺，通过紫外掩膜曝光，在光刻胶上形成图形，所述图形侧壁与读出电路表面倾角应小于或等于90° ;步骤二 金属膜层的沉积工艺，首先进行镍或铜金属膜的沉积，然后进行铟金属膜的沉积，且镍或铜金属膜层的厚度大于铟金属膜层的厚度；步骤三读出电路上的光刻胶剥离工艺，将读出电路芯片浸泡于溶解光刻胶的去胶溶液中，加热使光刻胶充分溶解，最终只有金属膜层驻留在芯片表面，形成铟柱与镍或铜
金属柱互连金属柱；步骤四读出电路上的铟柱回流成球工艺，将带有互连铟柱的芯片浸泡于氯化铵和甘油混合溶液中，加热至铟的熔点的温度，使铟柱表面回流形成球状或半球状，同时去除
表面氧化层；步骤五焦平面芯片上的电极制作工艺，在探测器芯片上制作金属电极，金属电极直径与铟柱直径相同；步骤六焦平面芯片与读出电路的冷压焊互连工艺，探测器芯片与读出电路的互连采用冷压焊方法，利用倒装焊接设备实现对准、压焊，完成互连工艺。本发明的有益效果是本发明的新型焦平面阵列电互连工艺，利用镍或铜等硬度较高、热导较小的金属作为铟柱支撑和电气连通金属，避免了冷压焊互连过程中由于铟柱变形导致的热导增大问题，从而提高焦平面阵列探测器的性能。
图I是现有技术中焦平面阵列电互连工艺图。图2是本发明一种新型焦平面阵列电互连工艺图。I、铟金属膜，2、金电极,3、光刻胶,4、读出电路,5、探测器芯片,6、金属电极,7、镍或铜金属膜。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。如图2所示，本发明一种新型焦平面阵列电互连工艺。首先进行读出电路上的光刻工艺，本工艺通过紫外掩模曝光，在光刻胶3上形成图形。光刻胶3厚度应该大于或等于沉积的金属膜层厚度，同时图形侧壁与读出电路4表面倾角应小于或等于90°，即图形呈倒梯形或矩形，以有利于镀膜后光刻胶3的剥离。接下来是金属膜的沉积，该工艺可采用的方法有很多，例如电子束蒸镀、磁控溅射等。这里以电子束蒸镀为例来说明在真空状态下，电子枪发射的电子在电磁场作用下，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料，使其成为原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到读出电路芯片表面，凝结形成固态金属薄膜。本发明中金属膜的沉积，首先进行镍或铜金属膜7的沉积，然后进行铟金属膜I的沉积，且镍或铜金属膜7的厚度大于铟金属膜I的厚度。镀膜结束后，要进行光刻胶3的剥离，将读出电路芯片浸泡于溶解光刻胶3的去胶溶液中，加热至一定温度，使光刻胶3充分溶解，最终只有金属薄膜驻留在芯片表面，形成互连金属柱。金属柱包括铟柱和镍或铜等较硬金属柱两部分。铟柱的回流成球工艺，该工艺实现的方法如湿法热熔、干法热熔等，这里以湿法热熔为例将带有互连铟柱的芯片浸泡于一定比例的氯化铵和甘油混合溶液中，加热至铟的熔点左右的温度，使铟柱表面回流形成球状或半球状，同时去除表面氧化层。最后是焦平面阵列探测器芯片5与读出电路的互连工艺，在此之前还需要在探测器芯片5上制作直径与铟柱直径相近的金属电极6，作为与铟柱的焊接点。金属电极6的制作工艺可采用一般光刻方法加上离子束刻蚀来获得，也可以采用金属膜沉积加光刻胶剥离的方法获得。探测器芯片5与读出电路4的互连采用冷压焊方法，利用倒装焊接设备实现 对准、压焊，完成互连工艺。在压力作用下，铟柱依然会发生形变，但是支撑在铟柱下方的镍或铜等金属硬度较高，可以保形，金属热传导面积减小，同时增大传导路径，有效减小热导，焦平面阵列探测器的性能得以提高。
权利要求
1.一种新型焦平面阵列电互连工艺，其特征在于，包括以下步骤 步骤一焦平面探测器读出电路上的光刻工艺，通过紫外掩膜曝光，在光刻胶上形成图形，所述图形侧壁与读出电路表面倾角应小于或等于90° ; 步骤二 金属膜层的沉积工艺，首先进行镍或铜金属膜的沉积，然后进行铟金属膜的沉积，且镍或铜金属膜层的厚度大于铟金属膜层的厚度； 步骤三读出电路上的光刻胶剥离工艺，将读出电路芯片浸泡于溶解光刻胶的去胶溶液中，加热使光刻胶充分溶解，最终只有金属膜层驻留在芯片表面，形成铟柱与镍或铜金属柱互连金属柱； 步骤四读出电路上的铟柱回流成球工艺，将带有互连铟柱的芯片浸泡于氯化铵和甘油混合溶液中，加热至铟的熔点温度，使铟柱表面回流形成球状或半球状，同时去除表面氧化层； 步骤五焦平面芯片上的电极制作工艺，在探测器芯片上制作金属电极，金属电极直径与铟柱直径相同； 步骤六焦平面芯片与读出电路的冷压焊互连工艺，探测器芯片与读出电路的互连采用冷压焊方法，利用倒装焊接设备实现对准、压焊，完成互连工艺。
全文摘要
一种新型焦平面阵列电互连工艺，属于光电成像技术领域，为了解决焦平面探测器在冷压焊过程中铟柱产生形变而导致热导增大的问题，本发明一种新型焦平面阵列电互连工艺，包括以下步骤一焦平面探测器读出电路上的光刻工艺；二金属膜层的沉积工艺，首先进行镍或铜金属膜的沉积，然后进行铟金属膜的沉积，且镍或铜金属膜层的厚度大于铟金属膜层的厚度；三读出电路上的光刻胶剥离工艺；四读出电路上的铟柱回流成球工艺；五焦平面芯片上的电极制作工艺；六焦平面芯片与读出电路的冷压焊互连工艺；本发明利用镍或铜作为铟柱支撑和电气连通金属，避免了冷压焊互连过程中由于铟柱变形导致的热导增大问题，从而提高焦平面阵列探测器的性能。
文档编号H01L21/768GK102881607SQ201210375290
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者王泰升, 鱼卫星, 卢振武, 孙强 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所