CN102136484A - 一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法。该方法在需要制备铟柱的芯片上分别进行两次旋涂光刻胶，两次单独曝光，一次显影的方法进行铟柱孔的光刻，在高真空热蒸发沉积铟层时，保证芯片处于铟蒸发源的正上方，铟层生长后采用有机试剂湿法剥离的方式获得新型铟柱阵列。采用本发明的方法可以获得底部尺寸大，顶部尺寸小，高度一致性好的铟柱阵列，可以满足小中心距焦平面探测器的铟柱阵列制备。制备的铟柱在生长过程中不会与光刻胶接触，不会由于生长中的高温铟源与光刻胶接触生成氧化铟或者将光刻胶碳化，可以采用有机试剂湿法剥离的方法去除多余的铟层，避免了多余残留物附着在铟柱表面。

Description

一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种红外焦平面探测器倒焊互连工艺技术，具体指一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法。
背景技术
红外焦平面探测器是一种同时实现红外信息的获取和进行信息处理的成像传感器，其在军用民用等领域都有着广泛的应用。由于红外焦平面探测器在军事上的重要应用，高性能大规格红外焦平面阵列已正式应用于各国各种重大国家安全项目中。
随着红外焦平面探测器阵列的规模增大，分辨率要求越来越高，要求像元中心距不断缩小以满足要求，法国最新技术是制备中心距为15um的1280x1024的中波碲镉汞红外焦平面探测器(参考文献：50YEARS OF SUCCESSFUL MCT RESEARCH AND PRODUCTION IN FRANCE，Philippe BENSUS SAN，Philippe TRIBOLET，Proc.Of SPIE Vol.7298)。
碲镉汞红外焦平面探测器由带有铟柱阵列的探测器芯片与带有铟柱阵列的信号读出电路通过倒焊互连工艺连接在一起。像元中心距的缩小，要求铟柱尺寸必须减小，如果不减小铟柱的尺寸，在倒焊互连时，则像元之间很容易由于铟柱在压力下形变而短路。由于倒焊互连的需要，铟柱高度不能降低，需要在10微米左右，如果铟柱尺寸减小，铟柱制备时由于铟柱光刻孔的深宽比增大，由于阴影效应会导致蒸发铟难以填满铟柱孔，无法获得形貌尺寸满足要求的铟柱。采用现有的传统制备方法，获得的铟柱底部小，顶部大，顶部边缘有残留铟层，对于小中心距的阵列容易在倒焊互连时由于铟柱形变而短路。而且，采用传统的光刻和生长方法，光刻的铟柱孔底部小顶部大，铟层几乎是填满光刻获得的铟柱孔的，生长中的高温铟源与光刻胶接触生成氧化铟或者将光刻胶碳化，这些多余物会残留在铟柱外围，影响倒焊互连的连通一致性。因此，必须寻找新的技术和方法，以满足高密度小中心距光敏元的碲镉汞红外焦平面探测器的铟柱阵列制备要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法。
本发明采用的铟柱阵列如图1所示，它是一个底面和顶面为正方形的锥体，铟柱底面正方形边长x为10～12微米，顶面正方形边长y为5～7微米，铟柱高度z为8～12微米。
本发明中所述的铟柱的制备方法是指在需要制备铟柱的芯片上分别进行两次旋涂厚胶和薄胶，两次单独曝光，一次显影的方法进行铟柱孔的光刻，在高真空热蒸发沉积铟层时，保证芯片处于铟蒸发源的正上方，铟层生长后采用有机试剂湿法剥离的方式获得底部大顶部小高度一致性好的新型铟柱阵列。新型铟柱的制备方法的工艺步骤具体如下：
1.将需要制备铟柱的芯片清洗干净，放入60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟。
2.将匀胶机条件设置为转速为1500～2500转/分，时间为20～40秒，在芯片表面旋涂一层AZ4620光刻胶，然后放入温度为60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟。
3.采用光刻孔为10～14微米的光刻版对芯片进行曝光，曝光时间为20～30秒，曝光后的芯片不显影。
4.将匀胶机条件设置为转速为2000～4000转/分，时间为20～40秒，在曝光后的芯片表面再旋涂一层AZ1500光刻胶，然后放入60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟。
5.采用光刻孔为5～7微米的光刻版对芯片进行对准曝光，5～7微米的小孔必须位于10～14微米的大孔中央，曝光时间为5～10秒。
6.两次曝光后的芯片放入AZ400K显影液中显影60～80秒，经过纯水定影30～40秒后，放入60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟，获得顶部小底部大的铟柱光刻孔。
7.将制备好铟柱光刻孔的芯片用高真空热蒸发的方法沉积铟层，沉积速率为150～200nm/分钟，沉积时间为50～70分钟，保证芯片处于蒸发源的正上方。
8.将制备好铟层的芯片放入丙酮中浸泡60～90分钟，再用无水乙醇清洗，剥离芯片上多余的铟层，获得底部尺寸为10～12微米，顶部尺寸为5～6微米，高度为8～10微米的铟柱阵列。
本发明具有如下优点：
1.本发明特别适用小中心距大规模红外焦平面探测器的铟柱阵列制备，能获得底部尺寸大，顶部尺寸小，高度一致性好的铟柱阵列，避免在倒焊互连时像元由于铟柱形变而短路。
2.本发明制备铟柱阵列时，需要制备的铟柱在生长过程中不与光刻胶接触，不会由于生长中的高温铟源与光刻胶接触生成氧化铟或者将光刻胶碳化，避免了多余残留物附着在铟柱表面及边缘。
3.采用本发明制备的铟柱阵列，由于铟柱阵列与光刻胶和多余铟层是分离开的，可以采用有机试剂湿法剥离的方法去除多余的铟层，避免了传统铟柱制备方法中用压敏粘结剂干法剥离多余铟层造成的粘结剂残留。
附图说明
图1是铟柱的结构示意图，x为铟柱底部边长，y为铟柱顶部边长，z为铟柱高度。
图2(a)～(h)是新型铟柱制备流程的示意图；其中：(a)是第一次旋涂光刻胶的芯片，(b)是第一次曝光后的芯片，(c)是第二次旋涂光刻胶的芯片，(d)是第二次曝光后的芯片，(e)是显影后的芯片，(f)是生长铟层后的芯片，(g)是铟层剥离中的芯片，(h)是铟层剥离后获得的带有铟柱的芯片；
图中(1)是需要生长铟柱阵列的芯片，(2)是第一次旋涂的AZ4620光刻胶，(3)是第一次曝光产生的AZ4620光刻胶曝光的区域，(4)是第二次旋涂的AZ1500光刻胶，(5)是第二次曝光产生的AZ1500光刻胶曝光的区域，(6)是显影后得到的铟柱光刻孔，(7)是蒸发获得的铟层，(8)是蒸发获得的铟柱，(9)是需要剥离去除的铟层，(10)是有机试剂溶解光刻胶后产生的空间，(11)是剥离后获得的铟柱。
图3是新型铟柱生长前的光刻孔的显微镜照片。
图4是新型铟柱的扫描电镜照片。
图5是新型铟柱阵列的扫描电镜照片。
图6是采用传统方法制备铟柱和铟柱阵列的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图，以中心距为20微米、铟柱阵列为320x240的芯片为实例对本发明的实施方式做详细说明：
本发明的实施例采用已经生长金层的碲镉汞红外芯片生长铟柱阵列。本发明中所述的铟柱的制备方法是指在需要制备铟柱的碲镉汞红外芯片上分别进行两次旋涂光刻胶，两次单独曝光，一次显影的方法进行铟柱孔的光刻，在高真空热蒸发沉积铟层时，保证芯片处于铟蒸发源的正上方，铟层生长后采用有机试剂湿法剥离的方式获得底部大顶部小高度一致性好的新型铟柱阵列，新型铟柱的结构示意图如附图1所示。
采用本发明中所述的铟柱制备方法在碲镉汞红外芯片表面进行光刻和铟柱阵列制备，制备的工艺流程示意图如附图2所示。首先将已经生长金层的碲镉汞红外芯片1用有机试剂清洗干净，放在温度设定为65摄氏度的烘箱中烘烤30分钟。
下面进行第一次涂胶和第一次曝光。将KW-4匀胶机的转速设置为2000转/分，旋转时间设置为30秒，将烘烤后的芯片1放在匀胶机上，按设定条件旋涂一层AZ4620光刻胶2，然后将芯片放入65摄氏度的烘箱中烘烤30分钟。然后在MJB3光刻机上采用铟孔边长为11微米的光刻版对芯片进行曝光，曝光时间为25秒，获得边长为11微米的曝光区域3。
接下来进行第二次涂胶和曝光。将KW-4匀胶机的转速设置为3000转/分，旋转时间设置为30秒，将曝光后的芯片放在匀胶机上，按设定条件旋涂一层AZ1500光刻胶4，将芯片放入65摄氏度的烘箱中烘烤30分钟。然后在MJB3光刻机上采用铟孔边长为7微米的光刻版对芯片进行曝光，曝光时间为8秒，获得边长为7微米的曝光区域5。
芯片的两次涂胶和两次曝光工艺结束后，将芯片放入AZ400K显影液中显影，显影时间为70秒，然后放入纯水中定影30秒，然后将芯片放入65摄氏度的烘箱中烘烤30分钟，经过显影后，获得一个准备进行铟柱生长的顶部小底部大的铟柱光刻孔6。在显微镜下可以观察到光刻获得的铟孔俯视图如附图3所示，小孔处于大孔的中央，由于光的衍射，中央小孔光刻后呈直径约7微米的圆形。
将带有铟柱孔的碲镉汞红外芯片放入高真空热蒸发腔体中，将芯片置于铟蒸发源的正上方，当腔体真空度达到1x10-4帕斯卡时，开始进行蒸发，控制蒸发速率为150～160nm/分钟，沉积时间为60分钟。获得高度约为10微米的铟层7和铟柱8。由于独特的铟孔形状，需剥离的铟层与铟柱是分离开的，将带有铟层和铟柱的芯片放入丙酮中浸泡60分钟，丙酮溶解光刻胶形成铟层和芯片的隔离空间10，易于去除多余铟层9。用丙酮去除多余铟层后，将芯片放入无水乙醇中清洗，用氮气吹干，获得底部大顶部小的铟柱11，在扫描电镜下可以观察到生长的铟柱底部尺寸为11.2微米，顶部尺寸为5.3微米，铟柱高度约为9.8微米，如附图4所示。形成的铟柱阵列图如附图5所示。
图6是采用传统方法制备的25微米中心距的铟柱和铟柱阵列，从图中可以看到，铟柱底部小，顶部大，边缘有较多残留铟层，随着铟柱密度的增加，在保证铟柱高度不变的情况下，难以保证倒焊以后各个铟柱的独立性。
从附图4和图5可以看到，采用本发明中的方法生长的铟柱阵列底部尺寸大，顶部尺寸小，高度一致性好，现在制备的20微米中心距的铟柱阵列铟柱之间的隔离空间较大，本发明的方法还可以满足更小中心距焦平面探测器的铟柱阵列制备。

Claims (2)

1.一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱，其特征在于：它是一个底面和顶面为正方形的锥体，所述铟柱底面的正方形边长x为10～12微米，所述铟柱顶面的正方形边长y为5～7微米，所述铟柱的高度z为8～12微米。
2.一种如权利要求1所述的铟柱阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将需要制备铟柱的芯片清洗干净，放入烘箱中烘烤30～40分钟，烘烤温度为60～70摄氏度；
2)将匀胶机条件设置为转速为1500～2500转/分，时间为20～40秒，在芯片表面旋涂一层AZ4620光刻胶，然后放入温度为60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟；
3)采用光刻孔为10～14微米的光刻版对芯片进行曝光，曝光时间为20～30秒，曝光后的芯片不显影；
4)将匀胶机条件设置为转速为2000～4000转/分，时间为20～40秒，在曝光后的芯片表面再旋涂一层AZ1500光刻胶，然后放入60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟；
5)采用光刻孔为5～7微米的光刻版对芯片进行对准曝光，5～7微米的小孔必须位于10～14微米的大孔中央，曝光时间为5～10秒；
6)两次曝光后的芯片放入AZ400K显影液中显影60～80秒，经过纯水定影30～40秒后，放入60～70摄氏度的烘箱中烘烤30～40分钟，获得顶部小底部大的铟柱光刻孔；
7)将制备好铟柱光刻孔的芯片用高真空热蒸发的方法沉积铟层，沉积速率为150～200nm/分钟，沉积时间为50～70分钟，保证芯片处于蒸发源的正上方；
8)将制备好铟层的芯片放入丙酮中浸泡60～90分钟，再用无水乙醇清洗，剥离芯片上多余的铟层，获得底部尺寸为10～12微米，顶部尺寸为5～6微米，高度为8～10微米的铟柱阵列。
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