一种倒焊红外探测器芯片的制作方法

本技术属于倒装焊，尤其涉及一种倒焊红外探测器芯片。

背景技术：

1、红外成像技术具有被动探测隐蔽性好、抗电磁干扰能力强、可24小时全天候监控等突出优点，在国防及民用领域应用的深度和广度日益提高，作为红外成像技术核心器件的红外焦平面探测器(irfpa)，目前已经发展到第三代，第三代红外探测器要求具有大阵列、小像元、高可靠性及低成本等特点，其融合了半导体、光学、机械、真空、电子和算法技术等多学科领域。其中，基于半导体技术的探测器芯片的主要作用是将肉眼不可见的红外光进行光电转换，通过对处理电信号实现探测成像。

2、红外探测器阵列芯片由硅基读出电路(roic)和红外敏感阵列(简称阵列，array)两部分组成，roic提供偏置电压并处理电荷信号，array完成光电转换过程，两者分别完成铟柱焊点生长后，再通过倒焊技术完成像素级的对准和互连，倒焊的导通率直接影响器件的坏点比例，常见的倒焊异常包括压连、不通和滑移等，其中倒焊滑移会导致像元大面积错位，进而导致短路或者不通，已成为大阵列小像元(如间距小于等于15um)探测器的技术瓶颈。

3、申请号为201310173823.x的发明专利公开了一种倒装芯片焊接装置，包括：倒装单元，倒装单元用于从晶片抓取芯片并将芯片上侧向下翻转；工作部，工作部具有用于抓取由倒装单元翻转的芯片的焊接头，其中焊接头能沿z轴方向传送并相对于z轴旋转；焊剂浸渍单元，焊剂浸渍单元用于将焊接头抓取的芯片的底表面浸渍到焊剂中。

4、申请号为201910246112.8的发明专利公开了一种焦平面探测器两步倒焊工艺方法，先通过回熔焊工艺使光敏芯片和读出电路初步形成互连，再采用高平整度材料作为倒焊过渡结构，通过倒焊过渡结构与初步互连的焦平面模块二次冷压焊使光敏芯片和读出电路实现完全互连。本方法将回熔焊和冷压焊工艺有机融合，充分发挥两种工艺的优点，在减小倒焊随机偏移的同时克服了由芯片平整度和铟柱质量引起的互连不上的问题，从而有效的提高大规模高密度焦平面探测器的连通率和倒焊成品率。

5、现有技术中需要专门的定位设备定位光敏芯片和读出电路，以使两者可以准确对准然后进行倒焊连接，使得工艺复杂且增加了成本。

技术实现思路

1、针对背景技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种倒焊红外探测器芯片，包括红外敏感阵列和读出电路；

2、所述红外敏感阵列依次包括衬底层、外延层、钝化层和电连接层，所述外延层刻蚀形成矩形阵列排布的若干像元，相邻所述像元之间形成隔离沟壑，且相邻四个所述像元之间的所述隔离沟壑形成十字沟壑；

3、所述钝化层沉积覆盖所有所述像元和所述隔离沟壑，每个所述像元上的所述钝化层均设有一个开窗；

4、所述电连接层包括若干电连接单元，每个所述像元均对应设置有一个所述电连接单元，所述电连接单元沉积覆盖对应的所述像元上的所述开窗和所述像元相邻的所述隔离沟壑，且每个所述十字沟壑中均沉积有一个所述电连接单元，所述电连接层通过所述开窗与所述像元电连接；

5、所述读出电路设有若干铟柱，每个所述电连接单元均对应有一个所述铟柱，所述铟柱设于所述隔离沟壑，且每个所述十字沟壑中均设有一个所述铟柱；所述铟柱与所述电连接单元通过压焊连接，以使所述读出电路与所述红外敏感阵列固连，且所述像元通过所述铟柱与所述读出电路电连接。

6、较佳的，所述铟柱的截面尺寸向远离所述读出电路方向逐渐减小，且所述铟柱的最小截面尺寸小于所述隔离沟壑的宽度、最大截面尺寸大于所述隔离沟壑的宽度。

7、较佳的，所述开窗位于所述像元的其中一个角落上，所述电连接单元沉积覆盖对应的所述像元上设有所述开窗的角落，并延伸覆盖相邻所述像元上的所述钝化层。

8、较佳的，所述像元和所述电连接单元均为正方形，所述十字沟壑中的所述电连接单元覆盖相邻四个所述像元的四个角落。

9、较佳的，所述电连接单元覆盖所述像元角落处的侧壁。

10、较佳的，所述钝化层沉积覆盖所述像元的所有面。

11、较佳的，所述衬底层的材料为锑化镓。

12、较佳的，所述外延层的材料为二类超晶格。

13、较佳的，所述铟柱和所述读出电路之间设有支撑金属。

14、较佳的，所述钝化层的材料为有机或无机薄膜。

15、较佳的，所述电连接层的材料为多层金属。

16、本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

17、1、本实用新型相邻像元之间形成隔离沟壑，且在十字沟壑中均沉积有一个电连接单元，铟柱设于十字沟壑中与电连接单元通过压焊实现物理连接和电连接，通过十字沟壑和铟柱的配合可实现读出电路在红外敏感阵列上的准确定位，使读出电路和红外敏感阵列对准，既可实现有效互连，又可避免倒焊滑移。

18、2、本实用新型铟柱的截面尺寸向远离所述读出电路方向逐渐减小，且铟柱的最小截面尺寸小于隔离沟壑的宽度、最大截面尺寸大于隔离沟壑的宽度，使得读出电路放在红外敏感阵列上时，铟柱在十字沟壑中横向和纵向均被限位，实现了更好的定位。

19、3、本实用新型十字沟壑中的电连接单元覆盖相邻四个像元的四个角落，且电连接单元覆盖像元角落处的侧壁，使得电连接单元与钝化层连接面积增大，使得连接更加牢固的同时，也提高了电连接单元与铟柱的连通性。

技术特征：

1.一种倒焊红外探测器芯片，其特征在于，包括红外敏感阵列和读出电路；

2.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述铟柱的截面尺寸向远离所述读出电路方向逐渐减小，且所述铟柱的最小截面尺寸小于所述隔离沟壑的宽度、最大截面尺寸大于所述隔离沟壑的宽度。

3.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述开窗位于所述像元的其中一个角落上，所述电连接单元沉积覆盖对应的所述像元上设有所述开窗的角落，并延伸覆盖相邻所述像元上的所述钝化层。

4.根据权利要求3所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述像元和所述电连接单元均为正方形，所述十字沟壑中的所述电连接单元覆盖相邻四个所述像元的四个角落。

5.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述电连接单元覆盖所述像元角落处的侧壁。

6.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述钝化层沉积覆盖所述像元的所有面。

7.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述衬底层的材料为锑化镓。

8.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述外延层的材料为二类超晶格。

9.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述铟柱和所述读出电路之间设有支撑金属。

10.根据权利要求1所述的倒焊红外探测器芯片，其特征在于，所述电连接层的材料为多层金属。

技术总结
本技术公开了一种倒焊红外探测器芯片，包括红外敏感阵列和读出电路；红外敏感阵列依次包括衬底层、外延层、钝化层和电连接层，外延层刻蚀形成矩形阵列排布的若干像元，相邻像元之间形成隔离沟壑，且相邻四个像元之间的隔离沟壑形成十字沟壑；钝化层沉积覆盖所有像元和隔离沟壑，每个像元上的钝化层均设有一个开窗；电连接层包括若干电连接单元，每个像元均对应设置有一个电连接单元，电连接单元沉积覆盖对应的像元上的开窗和像元相邻的隔离沟壑，且每个十字沟壑中均沉积有一个电连接单元；读出电路设有若干铟柱，每个电连接单元均对应有一个铟柱，铟柱设于隔离沟壑，且每个十字沟壑中均设有一个铟柱；铟柱与电连接单元通过压焊连接。

技术研发人员：雷华伟,陈意桥,张传杰,孙维国,刘志方
受保护的技术使用者：浙江拓感科技有限公司
技术研发日：20221206
技术公布日：2024/1/12