專利名稱：從背面引電極的碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從背面引電極的碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)探測器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本專利涉及光電探測器技術(shù)，具體指一種從背面引電極的碲鎘汞長波紅外光電 導(dǎo)探測器。
背景技術(shù)：
[0002]隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展，對紅外器件的要求越來越高。紅外探測器已經(jīng)從單 元到線列，再到今天逐漸向現(xiàn)在的面陣發(fā)展。長波面陣紅外探測器要求材料面積大，組 分均勻，一般都采用碲鎘汞的薄膜材料來制造此類面陣探測器，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，體材料的長波段相對薄膜材料較容易得到。但 體材料也有它致命的缺點，就是材料面積較小，因此對面陣探測器要求是占空比越大越 好，此處所說的占空比定義為在給定的面陣探測器內(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器的每個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光信號的影響等問題，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)電金屬后藍寶石襯底引出電極的方式制備碲鎘汞長波光導(dǎo)型面陣探測器。[0004]本專利探測器的結(jié)構(gòu)特征在于[0005]一種從背面引電極的碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)探測器，經(jīng)陽極氧化處理的碲鎘汞 材料(1 的帶有陽極氧化層一(11)的一面鍍ZnS抗反膜(10)后通過環(huán)氧樹脂膠(9)與 藍寶石襯底(7)相連，其特征在于所述的藍寶石襯底(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)與藍寶石襯底(7)粘結(jié)在一 起，碲鎘汞材料(1 上表面有一層陽極氧化層二(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)，使信號讀出。[0006]所說的高占空比碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)面陣探測器制作工藝步驟如下[0007]1、首先在用激光打孔機打的直徑為60微米面陣微孔的藍寶石襯底(7)上鍍一層電鍍金(8)后，處理電鍍金(8)表面使雙面如同藍寶石原來那樣平整。[0008]2、對碲鎘汞(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。生長厚度為 800人陽極氧化層一(Ii)，再長一層厚度為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寶石襯底粘貼在一起。[0009]3、對碲鎘汞材料(1 的另一面減薄至ΙΟμιη厚度、去損傷處理，在其表面生 長上厚度為800人的陽極氧化層二(13)。[0010]4、對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，處理掉露出的陽極氧化層再長井伸電極厚度為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、把長好銦柱陣列的芯片與長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)，測試分析。[0016]本專利有以下幾個優(yōu)點[0017]1、能達很高的占空比，以我們8X8面陣實施例來看，其占空比達到67%，與 傳統(tǒng)工藝制備的器件相比提高了兩倍多。這樣能使信號能量最大獲取，可解決整機圖象 攝取，轉(zhuǎn)換等一系列難題，使成像質(zhì)量得到更大的保證，提高了儀器使用價值與結(jié)果的 準(zhǔn)確性，滿足了用戶要求，達到了使用的最大優(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入射光的阻礙，也 可以避免采用背照射工藝中襯底對入射光信號的影響，使得光敏面能接受到更多的光。
[0019]圖1為探測器芯片的剖面圖，圖中電路板藍寶石基板(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)，藍寶石襯底(7)，電鍍金 (8)，環(huán)氧樹脂膠(9)，ZnS抗反膜(10)，陽極氧化層一(11)，碲鎘汞材料(12)，陽極氧 化層二(13)，芯片鉻層(14)，金層(15)，銦層(16)，芯片金層(17)。
具體實施方式
[0020]結(jié)合說明書附圖，本專利一種高占空比碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)面陣探測器的制 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的藍寶石襯底(7)上采用激光打孔機打上一些直徑為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、對已經(jīng)電鍍完的藍寶石襯底進行處理，使電鍍金(8)與藍寶石襯底(7)的面一樣平。[0024]4、對碲鎘汞材料(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 長厚度為800人的陽極氧化層一(Ii)。再長一層厚度為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)，要達到固化時間，要保證粘貼強度。[0025]5、測位錯由于我們制備的是8X8面陣器件，光敏面面積為350X350微米， 所以整個芯片面積較大，材料的晶格缺陷對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位錯，以便在光刻的時候可以避開缺陷嚴(yán)重 的區(qū)域，得到有效優(yōu)質(zhì)的芯片圖形。[0026]6、先將位錯處理完的芯片用蠟貼在磨片玻璃板上，再通過真空壓片機將之貼 平。高溫固化完成后對碲鎘汞材料(1 的另一面減薄去損傷處理，然后再長800人的陽 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，在整個材料表面范圍 內(nèi)，要保證厚度的均勻性。然后測試壽命，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 中生長長厚度為200人芯片鉻層(14)以及厚度為5000A金層(15)。完成之后進行浮膠處理。[0029]9、進行第三次光刻，留出每個圖形的電極區(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中生長再長井伸電極厚度為200人銦層 (16)及厚度為3000人芯片金層(17)；長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。完成之后要對不要金屬區(qū)域的芯片表面進行浮膠。[0030]10、第四次光刻8X8圖形，進行氬離子刻蝕圖形并保證刻透徹。刻蝕結(jié)束后浮 去表面的光刻膠。[0031]11、在成型的芯片上涂膠保護后在寶石襯底(7)的另一面進行第五次光刻，在 面陣電鍍金(8)上長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、在整個芯片表面甩上光刻膠保護后，對已成型好的面陣芯片進行物理劃片 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行互連。[0035]15、對已互連組件的電路與面陣芯片間的區(qū)域進行灌環(huán)氧膠固封，以便達到互 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電極進行金絲球焊，然后進行一系列的測量，可測得 器件的信號大小，噪聲的量級，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波紅外光電導(dǎo)探測器，經(jīng)陽極氧化處理的碲鎘汞材 料(1 的帶有陽極氧化層一(11)的一面鍍ZnS抗反膜(10)后通過環(huán)氧樹脂膠(9)與藍 寶石襯底(7)相連，其特征在于所述的藍寶石襯底(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)與藍寶石襯底(7)粘結(jié)在一 起，碲鎘汞材料(1 上表面有一層陽極氧化層二(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波紅外光電導(dǎo)探測器，器件結(jié)構(gòu)包括采用激光打孔機打的直徑為60微米面陣的微孔中含有電鍍金(8)的藍寶石襯底(7)；雙面精拋處理且長陽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)，使信號讀出。本專利的優(yōu)點在于，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入射光的阻礙，也避免采用背照射工藝中襯底對入射光信號的影響。
文檔編號H01L27/144GK201812821SQ20092026905
公開日2011年4月27日 申請日期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, 劉詩嘉, 包西昌, 朱龍源, 李向陽, 王妮麗, 趙水平 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所