專利名稱：高占空比碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)面陣探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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高占空比碲鎘汞長波紅
外光電導(dǎo)面陣探測器。
背景技術(shù)：
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(diǎn)，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%左右。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
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)的制備方法。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波光導(dǎo)型面陣探測器。
本專利探測器的結(jié)構(gòu)特征在于-襯底，此襯底是采用激光打孔機(jī)打的直徑約為60微米面陣的微孔中電鍍金的藍(lán)寶石。-碲鎘汞晶片，該晶片包含雙面精拋處理且長陽極氧化膜，的碲鎘汞晶片，其中與環(huán)氧樹脂膠接觸的一面增加了一層ZnS抗反膜。-環(huán)氧樹脂膠，此膠的目的是把有ZnS的一面粘結(jié)在襯底上。-電極，此電極制作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)的面陣上，通過井伸工藝連接碲鎘汞與電鍍金。-藍(lán)寶石電路，此電路與芯片背面的電鍍金通過銦柱互聯(lián)，使信號讀出。
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 1、首先在用激光打孔機(jī)打的直徑約為60微米面陣的微孔的藍(lán)寶石襯底7上電鍍金8后，處理電鍍表面使雙面如同藍(lán)寶石原來那樣平整。 2、對碲鎘汞(Hgl—xCdxTe)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 s—、電子濃度小于7E+14cm—3。生長厚度為800A陽極氧化鈍化膜11，再長一層厚度為9000A的ZnS抗反膜9后采用配制好的厚度為1 3 m低溫環(huán)氧膠10將已經(jīng)處理完的碲鎘汞材料12面與襯底粘貼在一起。
3、對碲鎘汞材料12的另一面減薄至約10ym厚度、平整度去損傷處理，在其表面生長上厚度為800A的陽極氧化鈍化膜11。 4、對處理好的碲鎘汞材料12光刻刻穿碲鎘汞，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200A鉻14以及厚度為5000A金15。 5、然后光刻，處理掉露出的陽極氧化鈍化膜再長井伸電極厚度為200A銦16及厚度為3000A金17 ; 6、光刻，露出襯底藍(lán)寶石背面電鍍金8，在其上蒸鍍銦柱陣列5。 7、在藍(lán)寶石1采用厚度為200A鉻2及厚度為10000A的金3電極制作電路后在
需要的區(qū)域蒸鍍銦柱陣列4，以便與上述芯片互聯(lián)。 8、把長好銦柱陣列的芯片與長好銦柱陣列的電路互聯(lián)。 9、互聯(lián)好后的器件灌上填充膠6，測試分析。 本發(fā)明有以下幾個優(yōu)點(diǎn) 1 、能達(dá)很高的占空比，以我們8 X 8面陣實(shí)施例來看，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。 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。


圖1為探測器芯片的剖面圖，圖中(l)電路板藍(lán)寶石基板，(2)電路板鉻層，(3)電路板金層，(4)電路板銦柱，(5)芯片銦柱，(6)填充膠，(7)藍(lán)寶石襯底，(8)電鍍金，(9)環(huán)氧樹脂膠，(10)ZnS抗反膜，(11,13)陽極氧化層，(12)碲鎘汞材料，(14)芯片鉻層，(15)芯片金層，(16)銦層，(17)芯片金層。
具體實(shí)施例方式
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 1、在厚度為0. 27mm的藍(lán)寶石襯底7上采用激光打孔機(jī)打上一些直徑約為60微米的微孔8X8面陣。 2、采用電鍍的方法把寶石微孔中填滿金8。 3、對已經(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的面同平。
4、對碲鎘汞材料12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 s—、電子濃度小于7E+14cm—3。在其表面生長 厚度為800A的陽極氧化鈍化膜11。再長一層厚度為9000A的ZnS抗反膜后采用配制好的 低溫環(huán)氧膠9將碲鎘汞材料12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7(TC)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 間，要保證粘貼強(qiáng)度。 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，芯片的晶格缺陷對面陣器件性能的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。 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(jī)將之貼平。
高溫固化完成后對碲鎘汞材料12的另一面減薄去損傷處理，然后再長800A的陽極氧化層 13，最終把碲鎘汞材料12的厚度要控制在10 ii m左右，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。 7、在碲鎘汞材料12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12。利用專用的環(huán)氧樹脂清洗劑去除孔內(nèi)的環(huán)氧樹脂，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。 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
生長長厚度為200A鉻14以及厚度為5000A金15。完成之后進(jìn)行浮膠處理。 9、進(jìn)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(jī)中生長再長井伸電極厚度為200A銦16及厚度 為3000A金17 ;長銦的目的是保證能與Hgl—xCdxTe材料12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(jìn)行浮膠。 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。 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上長要與電路板互連的銦柱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。 12、在整個芯片表面甩上光刻膠保護(hù)后，對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。 13、在藍(lán)寶石l采用厚度為200A鉻2及厚度為10000A的金3電極制作寶石電路，
然后光刻在需要的區(qū)域蒸鍍銦柱陣列4。 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。 15、對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。 16、將互連后芯片的信號電極進(jìn)行金絲球焊，然后進(jìn)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
一種高占空比碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)面陣探測器，經(jīng)陽極氧化處理的碲鎘汞材料(12)的帶有陽極氧化層(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，其特征在于所述的探測器的電極是從藍(lán)寶石襯底(7)的背面引出的，在所述的藍(lán)寶石襯底(7)上芯片列陣所處的相應(yīng)位置用激光打出微孔列陣，通過電鍍在微孔列陣中填滿電鍍金(8)，對處理好的碲鎘汞材料(12)光刻刻穿碲鎘汞，制備出對應(yīng)的面陣孔，通過井伸工藝將碲鎘汞與電鍍金(8)連在一起后，在藍(lán)寶石襯底(7)背面的微孔列陣上長芯片銦柱(5)，芯片銦柱(5)與電路板上的電路板銦柱(4)互連，將電信號從探測器襯底的背面引出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高占空比碲鎘汞長波紅外光電導(dǎo)面陣探測器，器件結(jié)構(gòu)包括襯底，此襯底是采用激光打孔機(jī)打的直徑約為60微米面陣的微孔中電鍍金的藍(lán)寶石。碲鎘汞材料，該晶片包含雙面精拋處理且長陽極氧化膜，的碲鎘汞晶片，其中與環(huán)氧樹脂膠接觸的一面增加了一層ZnS抗反膜。環(huán)氧樹脂膠，此膠的目的是把有ZnS的碲鎘汞材料面粘結(jié)在襯底上。電極，此電極制作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，通過井伸工藝連接碲鎘汞與電鍍金。藍(lán)寶石電路，此電路與芯片背面的電鍍金通過蒸鍍的銦柱互聯(lián)，使信號讀出。
文檔編號H01L31/0224GK101728450SQ20091022537
公開日2010年6月9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