[发明专利]一种用于红外焦平面器件的复合铟柱及制备方法

说明书

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的制备方法。

背景技术

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M×N光敏元红外焦平面阵列器件包含的像元数目为M×N个(M和N为正整数)。

红外焦平面阵列器件主要采用混成结构，混成结构是把已经制造好的M×N光敏元阵列芯片和具有M×N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-剥离法、光刻-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-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-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10μm，铟珠直径大于50μm，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64×64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30μm，高度为10-20μm可控，高度非均匀性±0.5μm(1σ)。

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256×256元及以上和一维扫描型的2048×1元及以上的铟柱阵列，铟柱的直径要求缩小到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

基于上述已有技术存在的问题，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。

附图说明

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。