專利名稱：一種混成式非制冷焦平面探測器的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)與制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混成式非制冷紅外焦平面探測器，特別是涉及一種混成式非制冷 紅外焦平面探測器芯片與其讀出電路(ROIC)芯片的縱向熱隔離技術(shù)。
背景技術(shù)：
非制冷焦平面探測器(UFPA)可分為單片式和混成式兩種。單片式非制冷焦平面 探測器采用直接在讀出電路上制作敏感元陣列的技術(shù)?；斐墒椒侵评浣蛊矫嫣綔y器則采用 探測器敏感元陣列和讀出電路分別制作，然后將二者通過銦(In)柱倒裝互連而成的技術(shù)。 目前，混成式非制冷焦平面探測器的探測器敏感元和讀出電路之間的互聯(lián)技術(shù)，采用軟金 屬材料銦(In)直接互聯(lián)。由于銦的熱導(dǎo)較大(室溫下，通常達0.8161*側(cè)_2*1(_1)，再加上 制作探測器敏感元的材料鈦酸鍶鋇(BST)有較大的熱響應(yīng)時間常數(shù)(通常在10_2S量級)， 致使探測器敏感元吸收的紅外能量還沒有完全來得及轉(zhuǎn)化為電信號能量，就被高熱導(dǎo)的銦 柱將熱能向讀出電路擴散，使探測器敏感元得不到充分的熱吸收。探測器敏感元材與其讀 出電路之間較大的熱擴散，降低了探測器的響應(yīng)率和靈敏度，導(dǎo)致混成式非制冷焦平面探 測器的性能和應(yīng)用受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種非制冷焦平面探測器縱向熱隔離技 術(shù)，通過降低探測器芯片與讀出電路芯片之間的熱傳導(dǎo)，提升探測器的響應(yīng)率和靈敏度。采用一個低熱導(dǎo)的有機材料表層，通過電極爬坡的形式增加其熱傳導(dǎo)路徑來減小 熱導(dǎo)。利用光刻的方法，采用光敏性聚酰亞胺通過顯影剝離技術(shù)，制作了網(wǎng)格化的有機平 臺，這種有機平臺達到的效果主要由截面的大小、高度，以及電極的爬通能力決定。截面的 大小和高度決定了它的熱導(dǎo)大小，而電極的連通性決定了探測器芯片的盲元數(shù)的多少，從 而決定了探測器的分辨率。本發(fā)明提供的混成式非制冷紅外焦平面探測器的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于 在探測器芯片的金電極和讀出電路芯片的金電極上分別采用具有熱隔離和電極連接作用 的有機凸臺，在有機凸臺上設(shè)計有爬坡金電極，爬坡金電極上有鉻金電極，鉻金電極上有倒 裝互聯(lián)探測器芯片與讀出電路芯片的銦柱。本發(fā)明提供的混成式非制冷紅外焦平面探測器的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)，通過以下具體 工藝步驟來實現(xiàn)1.探測器芯片的金電極的制備，清洗；2.探測器芯片有機凸臺圖形化的光刻，清洗；3.探測器芯片上有機凸臺的生長；4.探測器芯片上光刻膠的剝離，清洗；5.探測器芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡；
6.探測器芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻；
7.探測器芯片上鉻金電極的蒸鍍；
8.探測器芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；
9.探測器芯片的高溫處理，銦柱生長和收縮；
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讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC 讀出電路(R0IC
芯片的清洗；
芯片上的金電極圖形化的第一次光刻，清洗； 芯片上的上電級(鋁電極)蒸鍍金電極，清洗； 芯片上的芯片有機凸臺圖形化的的光刻，清洗； 芯片上的有機凸臺的生長； 光刻膠的剝離，清洗；
芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡； 芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻； 芯片上的鉻金電極的蒸鍍； 芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；
芯片的高溫處理，銦柱生長和收縮； 探測器芯片與讀出電路(ROIC)芯片通過銦柱倒裝互聯(lián)集成。 本發(fā)明的應(yīng)用證明，采用有機凸臺的縱向熱隔離技術(shù)，有效降低了探測器芯片與 讀出電路(ROIC)芯片之間的熱擴散，使混成式非制冷焦平面探測器的響應(yīng)率和靈敏度都 得到顯著提高。
圖1為有機凸臺在探測器芯片和讀出電路芯片上的生長示意圖；圖2為金電極在有機凸臺上爬坡、生長示意圖；圖3為鉻金電極在爬坡金電極上的蒸鍍示意圖；圖4為銦柱的蒸鍍示意圖；圖5為蒸鍍的銦柱經(jīng)熱處理后收縮示意圖；圖6為探測器芯片和ROIC芯片上的銦柱倒裝互聯(lián)后的示意圖。圖中，1.探測器芯片；2.讀出電路(ROIC)芯片；3.金電極；4.有機凸臺；5.敏感 元陣列；6.爬坡金電極；7.鉻金電極；8.銦柱。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并 不限于下面的實施例。如圖1至圖6所示，在基于鈦酸鍶鋇(BST)材料的1 60X 120陣列規(guī)模的混成式 非制冷焦平面探測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用了本發(fā)明所提供的基于有機凸臺的縱向熱隔離結(jié) 構(gòu)后，在探測器芯片與讀出電路(ROIC)芯片之間增加兩層低熱導(dǎo)的有機材料制備的凸臺 4，并通過基于有機凸臺4的銦柱互聯(lián)技術(shù)取代現(xiàn)有技術(shù)中的銦柱的直接互聯(lián)結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)本發(fā)明的工藝實施例如下1.探測器芯片的金電極的制備，清洗；
4
2.探測器芯片有機凸臺圖形化的光刻，清洗；3.探測器芯片上有機凸臺的生長；4.探測器芯片上光刻膠的剝離，清洗； 5.探測器芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡；6.探測器芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻；7.探測器芯片上鉻金電極的蒸鍍；8.探測器芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；9.探測器芯片100°C 180°C的高溫處理，銦柱生長和收縮；10.讀出電路(ROIC)芯片的清洗；11.讀出電路(ROIC)芯片上的金電極圖形化的第一次光刻，清洗；12.讀出電路(ROIC)芯片上的上電級(鋁電極)蒸鍍金電極，清洗；13.讀出電路(ROIC)芯片上的芯片有機凸臺圖形化的的光刻，清洗；14.讀出電路(ROIC)芯片上的有機凸臺的生長；15.讀出電路(ROIC)光刻膠的剝離，清洗；16.讀出電路(ROIC)芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡；17.讀出電路(ROIC)芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻；18.讀出電路(ROIC)芯片上的鉻金電極的蒸鍍；19.讀出電路(ROIC)芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；20.讀出電路(ROIC)芯片100°C 180°C的高溫處理，銦柱生長和收縮；21.探測器芯片與讀出電路(ROIC)芯片通過銦柱倒裝互聯(lián)集成。圖1表示有機凸臺4的制備，圖2表示有機凸臺4上爬坡金電極6的生長，圖3表 示爬坡金電極6上鉻金電極7的制備，圖4表示銦柱8的蒸鍍，圖5表示蒸鍍的銦柱8經(jīng) 100°C 180°C的高溫處理后收縮的情況，圖6為探測器芯片和ROIC芯片通過銦柱倒裝互聯(lián) 集成完整探測器的情況。通過采取上述結(jié)構(gòu)和工藝，顯著減小了探測器芯片與讀出電路(ROIC)芯片的熱 傳導(dǎo)，從而使探測器具有充分的熱響應(yīng)和高靈敏度，其電壓響應(yīng)率大于SXIO5VzT1,探測率 大于 5 X IO8CmHz1Z2lT1tj
權(quán)利要求
一種混成式非制冷紅外焦平面探測器的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于在探測器芯片的金電極(3)和讀出電路芯片的金電極(3)上分別采用具有熱隔離和電極連接作用的有機凸臺(4)，在有機凸臺上設(shè)計有爬坡金電極(6)，爬坡金電極上有鉻金電極(7)，鉻金電極上有倒裝互聯(lián)探測器芯片與讀出電路芯片的銦柱(8)。
2.一種制造權(quán)利要求1所述的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)的工藝，其特征在于按以下步驟進行 A.探測器芯片的金電極的制備，清洗；B.探測器芯片有機凸臺圖形化的光刻，清洗；C.探測器芯片上有機凸臺的生長；D.探測器芯片上光刻膠的剝離，清洗；E.探測器芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡；F.探測器芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻；G.探測器芯片上鉻金電極的蒸鍍；H.探測器芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；I.探測器芯片的高溫處理，銦柱生長和收縮； J.讀出電路(R0IC)芯片的清洗；K.讀出電路(R0IC)芯片上的金電極圖形化的第一次光刻，清洗；L.讀出電路(R0IC)芯片上的上電級(鋁電極)蒸鍍金電極，清洗；M.讀出電路(R0IC)芯片上的芯片有機凸臺圖形化的的光刻，清洗；N.讀出電路(R0IC)芯片上的有機凸臺的生長；(0.讀出電路(R0IC)光刻膠的剝離，清洗；P.讀出電路(R0IC)芯片上的金電極在有機凸臺上的蒸鍍和爬坡；Q.讀出電路(R0IC)芯片上的第二次鉻金電極的圖形化光刻；R.讀出電路(R0IC)芯片上的鉻金電極的蒸鍍；S.讀出電路(R0IC)芯片上的銦膜在有機凸臺上的蒸鍍；T.讀出電路(R0IC)芯片的高溫處理，銦柱生長和收縮；U.探測器芯片與讀出電路(R0IC)芯片通過銦柱倒裝互聯(lián)集成。
全文摘要
一種混成式非制冷焦平面探測器的縱向熱隔離結(jié)構(gòu)與制造工藝，其特征在于在探測器芯片的金電極和讀出電路芯片的金電極上分別采用具有熱隔離和電極連接作用的有機凸臺，在有機凸臺上設(shè)計有爬坡金電極，爬坡金電極上有鉻金電極，鉻金電極上有倒裝互聯(lián)探測器芯片與讀出電路芯片的銦柱。其制造工藝包括有機凸臺的制備，爬坡電極的生長，鉻金電極的制備，銦柱的蒸鍍、高溫處理與收縮以及銦柱倒裝互聯(lián)集成等步驟。本發(fā)明能使非制冷焦平面探測器的響應(yīng)率、探測率得到大幅提升，顯著改善其性能指標。
文檔編號H01L31/18GK101872792SQ200910094389
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者劉黎明, 楊培志, 楊瑞宇, 蘇雷, 莫鏡輝, 韓毅 申請人:昆明物理研究所