一种红外焦平面探测器及其制备方法与流程

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种红外焦平面探测器的制造方法。本申请还涉及一种红外焦平面探测器。

背景技术：

红外焦平面探测器是一种同时实现红外信息的获取和进行信息处理的成像传感器，是热成像技术的核心部件，其在人们生活的各个领域都有广泛的应用。红外焦平面探测器可以分为制冷型和非制冷型两类，其中制冷型红外焦平面探测器由于其响应快、灵敏度高等特性而主要应用于在军事、航天等高精尖领域。

现有的制冷型红外焦平面探测器大多由制冷型红外探测器阵列和硅读出电路两部分通过铟柱倒装互连而成，制冷型红外探测器阵列由制冷式红外材料制成。以锑化铟(insb)红外焦平面制冷型探测器为例，其制作工艺包括insb晶片的表面完成成结、隔离、钝化、开孔、ubm(underbumpmetal)沉积、铟(in)柱生长，然后与读出电路倒装互连。在insb芯片(die)和读出电路在焊接前需要进行划片，而现有的划片工艺一般都会在芯片的边缘(即划片断面处)产生一定的损伤。

红外焦平面探测器一般需要工作在77k，不工作时室温一般为300k左右，insb材料和读出电路所用si材料之间的热膨胀系数的不匹配，从而导致红外焦平面探测器每次工作都会受到200k以上的温度冲击。而膨胀系数不匹配导致连接芯片在每次被制冷工作时都被读出电路的in柱拉扯。而芯片边缘由于划片产生损伤的存在将会导致芯片由于前述温度冲击而解理并失效。

传统的改善前述解理并失效方法是加强芯片边缘的筛查，减少探测器解理数量。但是芯片边缘的损伤无法被准确探查，所以该问题一直无法被很好的解决，特别是在长期使用之后，该问题也会出现。解决该问题能够提高探测器在生产过程中的成品率和提高探测器的可靠性。

技术实现要素：

本申请提供一种红外焦平面探测器，以解决现有的红外焦平面探测器上述的问题。

为解决以上技术问题，本申请提供的一种红外焦平面探测器的制造方法，其包括：

提供形成有包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元；

在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；

在所述红外焦平面探测器芯片的红外探测单元上形成倒装连接结构；

通过划片工艺将所述锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离；

将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连。

可选的，所述在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；包括：

在所述锑化铟晶片上涂布光刻胶；

通过光刻工艺在红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间形成开槽图形；

通过腐蚀液腐蚀工艺腐蚀所述锑化铟晶片的开槽图形区域，在开槽图形处腐蚀出隔离槽；

去除剩余光刻胶。

可选的，所述通过腐蚀液腐蚀工艺腐蚀所述锑化铟晶片，在开槽图形处腐蚀出隔离槽具体为：

通过酸腐蚀溶液腐蚀工艺腐蚀所述锑化铟晶片，在开槽图形处腐蚀出隔离槽。

可选的，所述酸腐蚀溶液为氢氟酸。

可选的，所述隔离槽的深度不小于15um，宽度为8um至15um。

可选的，所述隔离槽宽度为10um至12um。

可选的，所述在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；包括：

在所述锑化铟晶片上涂布光刻胶；

通过光刻工艺在红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间形成开槽图形；

通过等离子体刻蚀工艺刻蚀或激光刻蚀锑化铟晶片开槽图形区域，在开槽图形处腐蚀出隔离槽；

去除剩余光刻胶。

可选的，所述将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连后还包括：

将所述红外焦平面探测器芯片的背部减薄。

可选的，所述将所述红外焦平面探测器芯片的背部减薄具体为：

将所述红外焦平面探测器芯片的背部减薄至所述隔离槽底部。

此外，本申请还提供一种红外焦平面探测器的制造方法，其包括：

提供形成有包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元；

在所述红外焦平面探测器芯片的红外探测单元上形成倒装连接结构；

在形成有倒装连接结构的所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；

通过划片工艺将所述锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离；

将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连。

可选的，所述在形成有倒装连接结构的所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽的步骤中：

形成隔离槽的工艺为腐蚀液腐蚀工艺、等离子体刻蚀工艺或激光刻蚀工艺。

此外，本申请还提供一种用于红外焦平面探测器的半导体结构，其包括：包含有红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测器单元；

其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。

此外，本申请还提供一种用于红外焦平面探测器的半导体结构，包括：包含有红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片以及形成于所述红外焦平面探测器芯片上的倒装互连结构，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测器单元；

其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。

此外，本申请还提供一种红外焦平面探测器，其包括：

包含有复数个红外探测器单元红外焦平面探测器芯片，设置于所述红外焦平面探测器芯片上的倒装互连结构；通过所述倒装互联结构与所述红外焦平面探测器芯片相连接的读出电路；

其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。

与现有技术相比，本申请的其中一个方面具有以下优点：通过隔离槽隔离红外焦平面探测器芯片有源区与划片区，使在后续进行划片切割工艺时，可避免切割损伤由于温度变化引起红外焦平面探测器芯片有源区上的器件及结构的损害。

附图说明

图1是为本申请的红外焦平面探测器的制造方法的第一实施例的流程图；

图2为本申请的第一实施例中提供的n型insb晶片的剖面示意图。

图3为本申请的第一实施例中提供的n型insb晶片上生成隔离槽的剖面示意图；

图4为本申请的第一实施例中n型锑化铟(insb)晶片上形成的隔离槽后的俯视图；

图5为本申请的第一实施例中在n型锑化铟(insb)晶片上形成钝化层后的剖面示意图；

图6为本申请的第一实施例中在n型锑化铟(insb)晶片上的钝化层上形成电极孔后的结构示意图；

图7为本申请的第一实施例中在n型锑化铟(insb)晶片上的钝化层的电极孔上形成ubm及铟柱后的结构示意图；

图8为为本申请的第一实施例中在n型锑化铟(insb)晶片上的铟柱与读出电路互连后的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本实施例提供一种红外焦平面探测器的制造方法，其包括提供形成有包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元；在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；在所述红外焦平面探测器芯片的红外探测单元上形成倒装连接结构；通过划片工艺将所述锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离；将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连。本申请的方法中，在红外焦平面探测器的制造过程中，在芯片有源区与划片区之间形成隔离槽，以避免在晶片上的芯片完成制造后，划线切割过程中对探测器器件造成损伤，以及避免切割造成的切割损伤在器件受外界温度变化后进一步对器件造成损伤，并提高产品良品率以及器件工作的稳定性，可靠性。

下面结合附图对本申请的红外焦平面探测器的制造方法的实施例进行详细说明。

实施例一

请参考图1，其为本申请的红外焦平面探测器的制造方法的第一实施例的流程图。

步骤s100，提供形成有包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元。

下面结合结构示意图对本步骤的进行详细说明。

如图2所示，首先，提供n型锑化铟(insb)晶片10，所述可以通过可以采用离子注入成结或扩散成结等方法形成。本实施例中，采用离子注入的方法p型层12，即对在n锑化铟半导体衬底上，光刻工艺形成注入图形之后进行离子注入，从而形成p-n结，注入元素为be，注入剂量可以为1×10¹⁴/cm²。

在离子注入完成之后，在氮气或其它惰性气体的保护下对所述锑化铟红外探测器晶片进行退火处理，一方面有助于n型层及p型层离子相互扩散，另一方面可以修复晶格损伤，消除应力。本实施例中退火温度为480-520℃，时间为8小时；

完成所述退火处理后，需要对p型层一侧表面进行处理，具体而言，在所述锑化铟红外探测器晶片10的n型层的表面设置保护层，例如涂胶保护；然后对p型层一侧表面采用酸溶液腐蚀，去除表面损伤层。本实施例中腐蚀溶液为柠檬酸和双氧水的混合溶液。当然，也可以采用其他腐蚀溶液，或者其它方法去除表面损伤层。例如可以采用化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing)的方法去除表面损伤层。

本步骤中在insb晶片表面形成了红外焦平面探测器芯片，一般而言，在制造过程中，每一晶片上会同时形成多个所述芯片，其中每一红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元，在后续的工艺中，芯片被切割后作为一个红外探测器的探测面；复数个红外探测单元决定了该红外探测器的分辨率。本实施例中，所述红外探测单元即上述步骤中形成的p-n结。

请继续参考图1，步骤s200，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；如图3中所示，n型锑化铟(insb)晶片10上形成的隔离槽14。图4为n型锑化铟(insb)晶片10上形成的隔离槽的俯视图，其中，隔离槽14形成于红外焦平面探测器芯片有源区10a的外围，并环绕红外焦平面探测器芯片有源区10a，并在相邻两红外焦平面探测器芯片划片区10b内侧。

具体的，本实施例中，所述隔离槽14距离有源区边缘的距离为400um，隔离槽14深度不小于15um，宽度为8um至15um。优选的，所述隔离槽宽度为10um至12um。

如前所述，红外焦平面探测器一般需要工作在77k，不工作时室温一般为300k左右，insb材料和读出电路所用si材料之间的热膨胀系数的不匹配，从而导致红外焦平面探测器每次工作都会受到200k以上的温度冲击。而膨胀系数不匹配导致连接芯片在每次被制冷工作时都被读出电路的in柱拉扯。而芯片边缘由于划片产生损伤的存在将会导致芯片由于前述温度冲击而解理并失效。通过隔离槽14隔离红外焦平面探测器芯片有源区10a与划片区10b，使在后续进行划片切割工艺时，可避免切割损伤由于温度变化引起红外焦平面探测器芯片有源区10a上的器件及结构的损害。

在其中一个具体的例子中，所述在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；包括如下步骤，

在所述锑化铟晶片上涂布光刻胶；通过光刻工艺在红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间形成开槽图形；通过腐蚀液腐蚀工艺腐蚀所述锑化铟晶片的开槽图形区域，在开槽图形处腐蚀出隔离槽；去除剩余光刻胶。其中，所述腐蚀液可以为酸溶液，具体的，本实施例中，所述酸腐蚀溶液为氢氟酸。腐蚀后的隔离槽的深度不小于15um，该深度可以结合p-n结在晶片10中的纵向尺寸进行调整，以充分隔离划片区及芯片有源区，再次不再展开论述。

此外，在通过腐蚀工艺形成所述隔离槽14后，还可以通过清洗液对隔离槽进行清洗。

在另外的一个具体的例子中，所述在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；包括如下步骤，

在所述锑化铟晶片上涂布光刻胶；通过光刻工艺在红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间形成开槽图形；通过等离子体刻蚀工艺刻蚀或激光刻蚀锑化铟晶片开槽图形区域，在开槽图形处刻蚀出隔离槽；去除剩余光刻胶。此处等离子刻蚀或激光刻蚀工艺形成的槽的位置、深度及宽度可以与前述腐蚀工艺相同，此处不再进行赘述。

在通过所述等离子体或激光刻蚀完之后，也可以进行清洗，去除损伤。

请继续参考图1，在形成所述隔离槽14后，如步骤s300所示，在所述红外焦平面探测器芯片的红外探测单元上形成倒装连接结构；

形成倒装连接结构可以有多种工艺，本实施例中结合附图5-图7对其中一种形成倒装连接结构的步骤进行说明。

如图5所示，对晶片10通过清洗工艺进行清洗后，对所述锑化铟红外探测器单元进行钝化处理。在所述包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片表面形成如图5所示的钝化层16。

具体而言，可以在化学气相沉积设备中通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd，plasmaenhancedchemicalvapordeposition)工艺形成所述钝化层16，所述钝化层材质可以为二氧化硅或者氮化硅，厚度约为1um。也可以是其它性能稳定，不易氧化的材质。此外，也可以采用阳极氧化法或其它非金属薄膜沉积法形成钝化层，在此不再展开论述。

如图6所示，在每个独立的红外探测单元的所述二氧化硅钝化层16上通过光刻及刻蚀工艺形成电极孔18。其中刻蚀工艺可以采用等离子体刻蚀或酸溶液刻蚀，本实施例中采用酸溶液刻蚀，腐蚀溶液为氢氟酸和双氧水的混合溶液。电极孔18底部露出n型层表面。在腐蚀液刻蚀中同时也对隔离槽14中沉积的钝化层16进行腐蚀去除、

请参考图7，在每个所述电极孔18中及电极孔18周围形成ubm20。其可以采用沉积、光刻及刻蚀工艺而形成，该步骤所采用的具体的工艺方法与传统的红外焦平面探测器的工艺方法相同，此处不再赘述；

接着，在每个所述电极孔18的每个所述ubm20上生长所述铟柱22。该步骤所采用的具体的工艺方法与传统的红外焦平面探测器的工艺方法相同，此处不再赘述。

请继续参考图1，步骤s400，通过划片工艺将所述锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离；

本步骤中，通过划片工艺将锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离，形成单个的红外焦平面探测器芯片。本步骤可以采用现有的划片工艺完成，在此不再赘述。

步骤s500，将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连。

如图8所示，采用倒装互连的方法将所述铟柱22与所述硅读出电路24相连。在红外焦平面探测器芯片与硅读出电路24之间填充有胶。本步骤可以采用现有的倒装互连工艺。

在完成倒装互连后，还需要对所述红外焦平面探测器芯片的背部减薄。减薄的厚度至将所述红外焦平面探测器芯片的背部减薄至所述隔离槽底部露出，即隔离槽两侧完全断开。当然，在其他实施例中，背部减薄也可以至距隔离槽底部一定距离时为止，也即隔离槽底部还有一定厚度连接隔离槽两侧。

需要说明的是，上述的步骤中，在每个独立的锑化铟红外探测单元的所述二氧化硅钝化层16上的所述电极孔18的所述ubm20上生长所述铟柱22，即在所述红外探测器阵列的每个独立的锑化铟红外探测单元上生长所述铟柱22，再采用倒装互连的方法将所述铟柱22与所述硅读出电路24相连。也可以替换为：在所述硅读出电路24上生长所述铟柱22；然后将所述红外探测器阵列的每个独立的锑化铟红外探测单元与所述铟柱22倒装互连。

还可以替换为：在所述红外探测器阵列的每个独立的锑化铟红外探测单元上和所述硅读出电路24上均生长所述铟柱22，从而将所述红外探测器阵列和所述硅读出电路24倒装互连在一起。

实施例二

本实施例中提供的一种红外焦平面探测器的制造方法，包括：

提供形成有包含红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测单元；

在所述红外焦平面探测器芯片的红外探测单元上形成倒装连接结构；

在形成有倒装连接结构的所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成隔离槽；

通过划片工艺将所述锑化铟晶片上的红外焦平面探测器芯片切割分离；

将通过所述划片工艺获得的红外焦平面探测器芯片通过倒装连接结构与读出电路倒装互连。

可见，本实施例中，形成隔离槽的步骤在形成倒装连接结构之后，划片切割之前，本实施例的其它步骤及其具体工艺实现可以与前述第一实施例相同，这里不再赘述。

需要说明的是，在晶片划片切割之前的任何工艺步骤中均可以形成本申请所述的隔离槽，应当理解，任何在晶片划片切割之前在晶片上形成隔离槽的技术方案均为本申请要求保护的技术方案的等同变化，应当包含在本申请的保护范围之内。

此外，本申请还提供一种用于红外焦平面探测器的半导体结构，其包括：包含有红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测器单元；其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。其具体结构的实现可参看附图3。

此外，本申请另外还提供一种用于红外焦平面探测器的半导体结构，其包括：包含有红外焦平面探测器芯片的锑化铟晶片以及形成于所述红外焦平面探测器芯片上的倒装互连结构，所述红外焦平面探测器芯片包含有复数个红外探测器单元；其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。其具体结构的实现可参看附图7。

此外，本申请另外还提供一种红外焦平面探测器，其包括：包含有复数个红外探测器单元红外焦平面探测器芯片，设置于所述于所述红外焦平面探测器芯片上的倒装互连结构；通过所述倒装互联结构与所述红外焦平面探测器芯片相连接的读出电路；其中，在所述锑化铟晶片上，且所述红外焦平面探测器芯片有源区与相邻红外焦平面探测器芯片划片区之间区域形成有隔离槽。其具体结构的实现可参看附图8.

本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。