專利名稱：從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本專利涉及光電探測(cè)器技術(shù)，具體指一種從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電 導(dǎo)探測(cè)器。
背景技術(shù)：
[0002]隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展，對(duì)紅外器件的要求越來(lái)越高。紅外探測(cè)器已經(jīng)從單 元到線列，再到今天逐漸向現(xiàn)在的面陣發(fā)展。長(zhǎng)波面陣紅外探測(cè)器要求材料面積大，組 分均勻，一般都采用碲鎘汞的薄膜材料來(lái)制造此類面陣探測(cè)器，符合這種要求的中短波 薄膜材料較容易得到。但要想得到面積大，組分均勻的長(zhǎng)波薄膜材料難度非常大，而目 前就技術(shù)方面，工藝設(shè)備方面等的因素，體材料的長(zhǎng)波段相對(duì)薄膜材料較容易得到。但 體材料也有它致命的缺點(diǎn)，就是材料面積較小，因此對(duì)面陣探測(cè)器要求是占空比越大越 好，此處所說(shuō)的占空比定義為在給定的面陣探測(cè)器內(nèi)，光敏面所占的比例。然而由于傳 統(tǒng)工藝制備的面陣探測(cè)器的每個(gè)光敏元的引線布置是在正照射面上，所以又希望光敏面 之間的間隔盡量的大，使電極引線的安排更充裕，這就大大的降低了占空比，我們現(xiàn)有 工藝制備的面陣探測(cè)器的占空比僅為25-30%。為了在有限的面積上制備盡可能高占空比 的面陣探測(cè)器，可以采用背照射工藝，此結(jié)構(gòu)的光敏元面朝襯底，光穿過襯底向光敏面 入射，而金屬電極引線做在芯片光敏元的另一面，采用銦柱與電路板倒焊連接，信號(hào)從 讀出電路上采集的。雖然這樣可以提高了芯片的占空比，但是襯底以及粘結(jié)芯片的環(huán)氧 樹脂膠對(duì)入射光的影響，大大降低了器件的性能。發(fā)明內(nèi)容[0003]基于上述存在的目前制備的面陣光導(dǎo)紅外探測(cè)器中采用電極引線在正面的傳統(tǒng) 正照射工藝存在占空比較小及采用背照射工藝襯底對(duì)光信號(hào)的影響等問題，本專利的目 的在于提供一種能夠避免上述問題的碲鎘汞長(zhǎng)波光導(dǎo)器件的正照射結(jié)構(gòu)。即通過從打孔 填充導(dǎo)電金屬后藍(lán)寶石襯底引出電極的方式制備碲鎘汞長(zhǎng)波光導(dǎo)型面陣探測(cè)器。[0004]本專利探測(cè)器的結(jié)構(gòu)特征在于[0005]一種從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)探測(cè)器，經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的碲鎘汞 材料(1 的帶有陽(yáng)極氧化層一(11)的一面鍍ZnS抗反膜(10)后通過環(huán)氧樹脂膠(9)與 藍(lán)寶石襯底(7)相連，其特征在于所述的藍(lán)寶石襯底(7)上面有直徑為60微米的填滿 電鍍金(8)的面列陣微孔；所述的碲鎘汞材料(1 的下表面有一層陽(yáng)極氧化層一(11)與 ZnS抗反膜(10)，碲鎘汞材料(1 晶片通過環(huán)氧樹脂膠(9)與藍(lán)寶石襯底(7)粘結(jié)在一 起，碲鎘汞材料(1 上表面有一層陽(yáng)極氧化層二(1 ；電路板通過井伸工藝與碲鎘汞材 料(12)和電鍍金⑶連接，電路與芯片背面的電鍍金⑶分別長(zhǎng)有電路板銦柱⑷和芯 片鋼柱(5)，通過銦柱互連技術(shù)，使信號(hào)讀出。[0006]所說(shuō)的高占空比碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)面陣探測(cè)器制作工藝步驟如下[0007]1、首先在用激光打孔機(jī)打的直徑為60微米面陣微孔的藍(lán)寶石襯底(7)上鍍一層電鍍金(8)后，處理電鍍金(8)表面使雙面如同藍(lán)寶石原來(lái)那樣平整。[0008]2、對(duì)碲鎘汞(HghCdJe)材料的第一面平整度去損傷處理，其中Hgl_xCdxTe中 0.18<x<0.20,遷移率大于5E+4cm2 · V—1 · 電子濃度小于7E+14cm 3。生長(zhǎng)厚度為 800人陽(yáng)極氧化層一(Ii)，再長(zhǎng)一層厚度為9GGG人的ZnS抗反膜(10)后采用配制好的厚 度為1 3μιη環(huán)氧樹脂膠(9)將已經(jīng)處理完的碲鎘汞材料與藍(lán)寶石襯底粘貼在一起。[0009]3、對(duì)碲鎘汞材料(1 的另一面減薄至ΙΟμιη厚度、去損傷處理，在其表面生 長(zhǎng)上厚度為800人的陽(yáng)極氧化層二(13)。[0010]4、對(duì)處理好的碲鎘汞材料(1 光刻后用氬離子刻穿碲鎘汞，制備出對(duì)應(yīng)的面 陣孔。后采用專用溶解劑溶解掉環(huán)氧樹脂膠后露出電鍍金(8)陣列，隨后長(zhǎng)厚度為200人 芯片鉻層(14)以及厚度為5000人金層(15)。[0011]5、然后光刻，處理掉露出的陽(yáng)極氧化層再長(zhǎng)井伸電極厚度為200人的銦層(16) 及厚度為3000人的芯片金層(17)；[0012]6、光刻，露出襯底藍(lán)寶石背面電鍍金(8)，在其上蒸鍍芯片銦柱(5)陣列。[0013]7、在電路板藍(lán)寶石基板⑴采用厚度為200人電路板鉻層⑵及厚度為10000人 的電路板金層(3)作電極，制作電路后在需要的區(qū)域蒸鍍電路板銦柱(4)陣列，以便與上 述芯片互連。[0014]8、把長(zhǎng)好銦柱陣列的芯片與長(zhǎng)好銦柱陣列的電路互聯(lián)。[0015]9、互連好后的器件灌上填充膠(6)，測(cè)試分析。[0016]本專利有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)[0017]1、能達(dá)很高的占空比，以我們8X8面陣實(shí)施例來(lái)看，其占空比達(dá)到67%，與 傳統(tǒng)工藝制備的器件相比提高了兩倍多。這樣能使信號(hào)能量最大獲取，可解決整機(jī)圖象 攝取，轉(zhuǎn)換等一系列難題，使成像質(zhì)量得到更大的保證，提高了儀器使用價(jià)值與結(jié)果的 準(zhǔn)確性，滿足了用戶要求，達(dá)到了使用的最大優(yōu)化。[0018]2、由于電極從襯底面引出，避免了傳統(tǒng)正照射工藝中電極對(duì)入射光的阻礙，也 可以避免采用背照射工藝中襯底對(duì)入射光信號(hào)的影響，使得光敏面能接受到更多的光。


[0019]圖1為探測(cè)器芯片的剖面圖，圖中電路板藍(lán)寶石基板(1)，電路板鉻層O)， 電路板金層(3)，電路板銦柱(4)，芯片銦柱(5)，填充膠(6)，藍(lán)寶石襯底(7)，電鍍金 (8)，環(huán)氧樹脂膠(9)，ZnS抗反膜(10)，陽(yáng)極氧化層一(11)，碲鎘汞材料(12)，陽(yáng)極氧 化層二(13)，芯片鉻層(14)，金層(15)，銦層(16)，芯片金層(17)。
具體實(shí)施方式
[0020]結(jié)合說(shuō)明書附圖，本專利一種高占空比碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)面陣探測(cè)器的制 備方法，以8X8面陣為例，器件的制備具體工藝步驟為[0021]1、在厚度為0.27mm的藍(lán)寶石襯底(7)上采用激光打孔機(jī)打上一些直徑為60微 米的微孔8X8面陣。[0022]2、采用電鍍的方法把寶石微孔中填滿電鍍金(8)。4[0023]3、對(duì)已經(jīng)電鍍完的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行處理，使電鍍金(8)與藍(lán)寶石襯底(7)的面一樣平。[0024]4、對(duì)碲鎘汞材料(12)的第一面平整度去損傷處理，其中:HghCdJe中 0.18<x<0.20,遷移率大于5E+4cm2 · V—1 · 電子濃度小于7E+14cm 3。在其表面生 長(zhǎng)厚度為800人的陽(yáng)極氧化層一(Ii)。再長(zhǎng)一層厚度為9000人的ZnS抗反膜( ο)后采 用配制好的環(huán)氧樹脂膠(9)將碲鎘汞材料(1 已經(jīng)處理完的面與藍(lán)寶石襯底(7)粘貼在 一起，在一定的高溫(小于70°c)真空加壓下充分固化，以保證膠層在一定的均勻厚度范 圍內(nèi)，要達(dá)到固化時(shí)間，要保證粘貼強(qiáng)度。[0025]5、測(cè)位錯(cuò)由于我們制備的是8X8面陣器件，光敏面面積為350X350微米， 所以整個(gè)芯片面積較大，材料的晶格缺陷對(duì)面陣器件性能均勻性的影響比較大，因此在 處理第二面之前的中間過程中我們還需要測(cè)位錯(cuò)，以便在光刻的時(shí)候可以避開缺陷嚴(yán)重 的區(qū)域，得到有效優(yōu)質(zhì)的芯片圖形。[0026]6、先將位錯(cuò)處理完的芯片用蠟貼在磨片玻璃板上，再通過真空壓片機(jī)將之貼 平。高溫固化完成后對(duì)碲鎘汞材料(1 的另一面減薄去損傷處理，然后再長(zhǎng)800人的陽(yáng) 極氧化層二(π)，最終把碲鎘汞材料(1 的厚度要控制在10 μ m，在整個(gè)材料表面范圍 內(nèi)，要保證厚度的均勻性。然后測(cè)試壽命，挑選符合要求的晶片再做后面的工藝。[0027]7、在碲鎘汞材料(1 表面進(jìn)行第一次光刻面陣電極孔，采用Ar離子刻蝕的方 法刻穿碲鎘汞材料(1 。利用專用的環(huán)氧樹脂清洗劑去除孔內(nèi)的環(huán)氧樹脂膠，把電鍍金 (8)露出。完成此兩步工藝后清洗掉表面殘留的光刻膠。[0028]8、進(jìn)行第二次光刻，等離子去除沒有完全曝光的光刻膠后在離子束濺射鍍膜機(jī) 中生長(zhǎng)長(zhǎng)厚度為200人芯片鉻層(14)以及厚度為5000A金層(15)。完成之后進(jìn)行浮膠處理。[0029]9、進(jìn)行第三次光刻，留出每個(gè)圖形的電極區(qū)，等離子去除殘留光刻膠后再用 HF腐蝕掉表面殘留的氧化層后在離子束鍍膜機(jī)中生長(zhǎng)再長(zhǎng)井伸電極厚度為200人銦層 (16)及厚度為3000人芯片金層(17)；長(zhǎng)銦的目的是保證能與HghCdJe材料有很好的附 著力與良好的歐姆接觸，長(zhǎng)金的目的是防止銦金屬的自然氧化與使芯片有更好的導(dǎo)電能 力。完成之后要對(duì)不要金屬區(qū)域的芯片表面進(jìn)行浮膠。[0030]10、第四次光刻8X8圖形，進(jìn)行氬離子刻蝕圖形并保證刻透徹?？涛g結(jié)束后浮 去表面的光刻膠。[0031]11、在成型的芯片上涂膠保護(hù)后在寶石襯底(7)的另一面進(jìn)行第五次光刻，在 面陣電鍍金(8)上長(zhǎng)要與電路板互連的芯片銦注(5)電極，完成后將不要銦層的區(qū)域用物 理方法去除，并洗去兩面的光刻膠。[0032]12、在整個(gè)芯片表面甩上光刻膠保護(hù)后，對(duì)已成型好的面陣芯片進(jìn)行物理劃片 分割，清洗，表面鏡檢，挑選合格的芯片保存待用。[0033]13、在電路板寶石基板⑴采用厚度為200A電路板鉻層⑵及厚度為10000人 的電路板金層(3)電極制作寶石電路，然后光刻在需要的區(qū)域蒸鍍電路板銦柱(4)陣列。[0034]14、寶石電路與已成型好的面陣芯片利用成熟的互連工藝進(jìn)行互連。[0035]15、對(duì)已互連組件的電路與面陣芯片間的區(qū)域進(jìn)行灌環(huán)氧膠固封，以便達(dá)到互 連的可靠性與提高熱傳導(dǎo)的能力。[0036] 16、將互連后芯片的信號(hào)電極進(jìn)行金絲球焊，然后進(jìn)行一系列的測(cè)量，可測(cè)得 器件的信號(hào)大小，噪聲的量級(jí)，串音的范圍等數(shù)據(jù)，從而篩選封裝合格，性能符合要求 的多元面陣器件。
權(quán)利要求1. 一種從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)探測(cè)器，經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的碲鎘汞材 料(1 的帶有陽(yáng)極氧化層一(11)的一面鍍ZnS抗反膜(10)后通過環(huán)氧樹脂膠(9)與藍(lán) 寶石襯底(7)相連，其特征在于所述的藍(lán)寶石襯底(7)上面有直徑為60微米的填滿電 鍍金(8)的面列陣微孔；所述的碲鎘汞材料(1 的下表面有一層陽(yáng)極氧化層一(11)與 ZnS抗反膜(10)，碲鎘汞材料(1 晶片通過環(huán)氧樹脂膠(9)與藍(lán)寶石襯底(7)粘結(jié)在一 起，碲鎘汞材料(1 上表面有一層陽(yáng)極氧化層二(1 ；電路板通過井伸工藝與碲鎘汞材 料(12)和電鍍金⑶連接，電路與芯片背面的電鍍金⑶分別長(zhǎng)有電路板銦柱⑷和芯 片銦柱(5)，通過銦柱互連技術(shù)，使信號(hào)讀出。
專利摘要本專利公開了一種從背面引電極的碲鎘汞長(zhǎng)波紅外光電導(dǎo)探測(cè)器，器件結(jié)構(gòu)包括采用激光打孔機(jī)打的直徑為60微米面陣的微孔中含有電鍍金(8)的藍(lán)寶石襯底(7)；雙面精拋處理且長(zhǎng)陽(yáng)極氧化膜的碲鎘汞材料(12)晶片，其中與環(huán)氧樹脂膠(9)接觸的一面增加了一層ZnS抗反膜(10)；把有ZnS的碲鎘汞材料面粘結(jié)在襯底上的環(huán)氧樹脂膠(9)；在刻穿碲鎘汞晶片后溶解掉環(huán)氧樹脂膠，形成的與電鍍金相對(duì)應(yīng)的面陣及周圍部分碲鎘汞上的電極。電極通過井伸工藝連接碲鎘汞與電鍍金；電路板藍(lán)寶石基板(1)與芯片背面的電鍍金(8)通過蒸鍍的銦柱互聯(lián)，使信號(hào)讀出。本專利的優(yōu)點(diǎn)在于，器件的占空比高，電極從襯底面引出，避免了傳統(tǒng)正照射工藝中電極對(duì)入射光的阻礙，也避免采用背照射工藝中襯底對(duì)入射光信號(hào)的影響。
文檔編號(hào)H01L27/144GK201812821SQ20092026905
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者蘭添翼, 劉詩(shī)嘉, 包西昌, 朱龍?jiān)? 李向陽(yáng), 王妮麗, 趙水平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所