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1、(10)申请公布号 CN 102881607 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 1 6 0 7 A *CN102881607A* (21)申请号 201210375290.9 (22)申请日 2012.09.27 H01L 21/603(2006.01) H01L 21/768(2006.01) (71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长春市东南湖大路 3888号 (72)发明人王泰升 鱼卫星 卢振武 孙强 (74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务 所 22210 代理人南小平 (54) 发明名称 一种新型焦。
2、平面阵列电互连工艺 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 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。
4、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。 权 利 要 求 书CN 102881607 A 1/3。
5、页 3 一种新型焦平面阵列电互连工艺 技术领域 0001 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 0002 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。
6、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。 0003 如图1所示，具体工艺流程为： 0004 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 30m左右，高度10m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。
7、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。 0005 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。
8、度来实现。目前较为普遍采用直径为10m-15m，高度为 10m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，有效的提高了探测器的焊接可靠性和响应率。 0006 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1所示，压焊后铟柱高度由原来的10m以上降低至5m以 下，同时直径由原来的15m左右增大至20m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。
9、 说 明 书CN 102881607 A 2/3页 4 0007 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。 0008 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下： 0009 一种新型焦平面阵列电互连工艺，包括以下步骤： 0010 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； 0011 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。
10、度； 0012 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； 0013 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； 0014 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； 0015 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、。
11、压焊，完成互连工艺。 0016 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。 附图说明 0017 图1是现有技术中焦平面阵列电互连工艺图。 0018 图2是本发明一种新型焦平面阵列电互连工艺图。 0019 1、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。 具体实施方式 0020 下面结合附图对本发明做进一步详细描述。 0021 如图2所示，本发明一种新型焦平面阵列电互连工艺。 0。
12、022 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。 0023 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。
13、膜1的沉积，且镍或铜金属膜7的厚度大于铟金属膜1 说 明 书CN 102881607 A 3/3页 5 的厚度。 0024 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。 0025 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。 0026 最后是焦平面阵列探测。
14、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。 说 明 书CN 102881607 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102881607 A 。