CN107845693B - 一种红外探测器芯片电极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的红外探测器芯片电极的制造方法，包括：在红外探测器芯片上涂光刻胶，以生成光刻胶层；对光刻胶层进行图形曝光；按照预设固胶显影方法，在曝光处理后的红外探测器芯片上生长三维胶形；在生长有三维胶形的红外探测器芯片上溅射合金；对溅射有合金的红外探测器芯片进行金属刻蚀处理，得到红外探测器芯片的三维合金电极。该方法制造的三维合金电极，可以降低对红外探测器芯片平坦度的要求，与外电路连接较为方便，并且对温度变化产生的应力的耐受度比较高，制造方法较为简便，能够提高小像元间距、大像元面阵的红外探测器芯片的可靠性，解决了现有技术的问题。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器领域，特别是涉及一种红外探测器芯片电极的制造方法。
背景技术
红外焦平面探测器具有光谱响应波段范围宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于预警探测、情报侦察、农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地质活动探测以及太空天文探测等领域。
碲镉汞红外探测器芯片是红外探测技术的代表产品之一。随着技术进步，碲镉汞红外探测器向着小像元间距、大像元面阵的方向不断发展。制备这种芯片的工序包括光刻、离子注入、钝化、电极制备及互联等多个步骤。其中，制备电极是形成碲镉汞芯片与红外探测器读出电路的连接通道的重要手段。但是，由于碲镉汞芯片上像元间距的小尺寸，从而限制了红外探测器芯片电极的尺寸。因此，为了保证电路互联质量，要求碲镉汞芯片本身应具有很高的平坦度，否则，会因芯片不平坦导致一部分电极未与读出电路连接。此外，由于读出电路材料与碲镉汞红外探测器芯片热膨胀系数的差异，在温度变化过程中会积累应力，电路连接后的红外探测器芯片电极对此种累积应力也非常敏感。这导致小像元间距、大像元面阵的碲镉汞红外探测器芯片难以生产，成品性能及可靠性不高。
发明内容
本发明提供一种红外探测器芯片电极的制造方法，用以解决现有技术的如下问题：现有的电极制造技术对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。
为解决上述技术问题，本发明提供一种红外探测器芯片电极的制造方法，包括：在红外探测器芯片上涂光刻胶，以生成光刻胶层；对所述光刻胶层进行图形曝光；按照预设固胶显影方法，在曝光处理后的所述红外探测器芯片上生长三维胶形；在生长有三维胶形的所述红外探测器芯片上溅射合金；对溅射有合金的所述红外探测器芯片进行金属刻蚀处理，得到所述红外探测器芯片的三维合金电极。
可选的，对所述合金电极原形以预定金属刻蚀工艺处理之后，还包括：对金属刻蚀处理后的所述红外探测器芯片进行去除所述光刻胶的处理。
可选的，所述对金属刻蚀处理后的所述红外探测器芯片进行去除所述光刻胶的处理，包括：将所述红外探测器芯片浸入去离子水中，向所述去离子水中发送预定频率的超声波；在所述红外探测器芯片全部浸润在所述去离子水中后，将所述红外探测器芯片放置于预定旋转装置中，采用预定浓度的丙酮溶液去除所述光刻胶。
可选的，所述对所述光刻胶层进行图形曝光，包括：采用接触式光刻设备，以紫外波段汞灯光源对所述光刻胶层进行图形曝光。
可选的，采用预定溅射方式在所述电极胶形上生成合金电极原形，包括：按照离子溅射方法，采用氩离子源生成所述合金电极原形。
可选的，所述合金为铬金合金。
可选的，所述对所述三维合金电极进行金属刻蚀处理，包括：采用ICP电感耦合等离子体刻蚀设备，对溅射有合金的所述红外探测器芯片进行金属刻蚀，得到所述红外探测器芯片的三维合金电极。
可选的，所述ICP电感耦合等离子体刻蚀设备采用的预定离子刻蚀功率取值范围是100瓦特至200瓦特，采用的预定射频功率的取值范围是40瓦特至80瓦特，采用的工艺气体为预定体积比的氩气氮气。
可选的，所述光刻胶为混合光刻胶。
本发明提供的红外探测器芯片电极的制造方法，在红外探测器芯片上形成光刻胶层，并对其进行图形曝光，再通过固胶显影方法形成三维胶形，进一步对三维胶形溅射合金并进行金属刻蚀，最终得到红外探测器芯片的三维合金电极。该方法制造的三维合金电极，可以降低对红外探测器芯片平坦度的要求，与外电路连接较为方便，并且对应力的耐受度比较高，制造方法较为简便，从而提高了小像元间距、大像元面阵的红外探测器芯片的性能，解决了现有技术的如下问题：现有的红外探测器芯片电极制造技术对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。
附图说明
图1是本发明第一实施例中红外探测器芯片电极的制造方法的流程图；
图2是本发明第二实施例中红外探测器芯片电极的制造方法的流程图；
图3是本发明第二实施例中采用三维合金电极芯片的电流—电压曲线。
具体实施方式
为了解决现有技术的如下问题：现有的红外探测器芯片电极制造方法对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。本实施例提供了一种红外探测器芯片电极的制造方法，该方法的流程图如图1所示，包括步骤S101至S105：
S101，在红外探测器芯片上涂光刻胶，以生成光刻胶层。
在本实施例中，形成的光刻胶层较厚，为生成具有一定高度的三维电极奠定基础。
S102，对光刻胶层进行图形曝光。
在形成光刻胶层之后，需要对光刻胶层进行曝光，以在光刻胶层上印制电路图形。
S103，按照预设固胶显影方法，在曝光处理后的红外探测器芯片上生长三维胶形。
在将光刻胶曝光之后，需要对光刻胶进行加热以固定生成的电路图形。此外，在光刻胶被曝光之后，会产生一部分可溶解的光刻胶，为使红外探测器芯片上的电路图形和三维胶形更加规范和精确，还要通过显影程序将这部分可溶解的光刻胶溶解掉。
S104，在生长有三维胶形的红外探测器芯片上溅射合金。
在生成了三维胶形之后，要在红外探测器芯片上生长金属，一方面是将三维胶形上生成金属膜，另一方面是要按曝光生成的电路图形生成电路的金属引线。在本实施例中，采用溅射方式在红外探测器芯片上生长合金。
S105，对溅射有合金的红外探测器芯片进行金属刻蚀处理，得到红外探测器芯片的三维合金电极。
在将红外探测器芯片上溅射合金之后，需要对其进行金属刻蚀处理，以生成红外探测器芯片的三维合金电极。
本实施例提供的红外探测器芯片电极的制造方法，在红外探测器芯片上形成光刻胶层，并对其进行图形曝光，再通过固胶显影方法生成三维胶形，进一步对红外探测器芯片溅射合金并进行金属刻蚀，最终得到红外探测器芯片的三维合金电极。该方法制造的三维合金电极，可以降低对红外探测器芯片平坦度的要求，与外电路连接较为方便，并且对温度变化产生的应力的耐受度比较高，制造方法较为简便，能够提高小像元间距、大像元面阵的红外探测器芯片的性能，解决了现有技术的如下问题：现有的红外探测器芯片电极制造技术对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。
此外，在对红外探测器芯片进行金属刻蚀后，由于被刻蚀的部分可能只有溅射上的金属，也有可能是溅射的金属与光刻胶混合在一起，因此，为了保证三维合金电极的可靠性，在进行金属刻蚀得到三维合金电极之后，还要去除掉残留的光刻胶。
为了避免红外探测器芯片和三维合金电极损坏，在本实施例中，需要对除胶的过程进行一定的限定，具体是：将红外探测器芯片浸入去离子水中，向去离子水中发送一定频率的超声波；在红外探测器芯片全部浸润在去离子水中后，将其放置于预定旋转装置中，采用一定浓度的丙酮溶液去除残留的光刻胶。
为了便于控制曝光过程，提高生产效率，在本实施例中采用接触式光刻设备，并以紫外波段汞灯光源对光刻胶层进行图形曝光。
为了得到更好的溅射效果，以保证三维合金电极的可靠性。在具体实现时，可以按照离子溅射方法，采用氩离子源生成合金电极原形。这种离子源的离子加速电压更高，因而离子动能更大，在撞击金属靶材时更容易产生金属离子。
由于在金属刻蚀过程中，需要刻蚀的部分可能只有金属，也可能是金属和光刻胶混合在一起，因此在本实施例中，需要对金属刻蚀得到三维合金电极的过程进行一定的限定，具体为：采用ICP设备，对溅射有合金的红外探测器芯片进行金属刻蚀，得到红外探测器芯片的三维合金电极。
在具体实现时，为了保证金属刻蚀得到的三维合金电极的可靠性，需要对上述ICP设备的工艺参数进行一定的限定，具体包括：ICP设备采用的离子刻蚀功率取值范围是100瓦特至200瓦特，采用的射频功率的取值范围是40瓦特至80瓦特，采用的工艺气体为氩气氮气，其体积比的取值范围是0.15至0.5。
此外，为使光刻胶层有较好的均匀性以便进行图形曝光，在本实施例中采用的光刻胶为混合光刻胶。
采用上述方法制造得到的三维合金电极，可以在红外探测器芯片的平坦度不高的情况下，与外电路实现可靠连接，并且对因芯片温度变化积累的应力具有较高的耐受程度，从而提高了红外探测器芯片的可靠性。
为了解决现有技术的问题：现有的红外探测器芯片电极制造方法对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。本发明第二实施例提供了一种红外探测器芯片三维电极的制造方法，本实施例较第一实施例披露更多的技术细节，需要指出的是，本实施例披露的大量技术细节用于解释本发明，并不用于唯一限定本发明。
具体的，本实施例所述方法的流程图如图2所示，包括步骤S201至S206：
S201，在红外探测器芯片上涂光刻胶，生成光刻胶层。
在本实施例中，红外探测器芯片可以是碲镉汞材料的芯片，碲镉汞材料通过LPE(液相外延)方法获得，碲镉汞材料厚度范围是5微米至8微米，制备出的碲镉汞芯片的像元间距为15微米。具体实现时，以特殊配比的混合光刻胶为原料，采用旋转式匀胶设备涂在上述碲镉汞芯片上，以生成光刻胶层。其中，混合光刻胶可以由Az6130和Az1500两种型号的光刻胶以一定比例混合而成，也可以根据制造的需要，采用其他型号的光刻胶进行混合。
S202，对光刻胶进行图形曝光。
考虑到需要制造的三维电极可能是特殊的立体形状，为了能够控制曝光过程，本实施例中使用接触式光刻设备，采用紫外波段的汞灯光源进行曝光。采用上述方式，可以根据实际需要灵活控制对光刻胶的曝光次数，便于操作，从而提高了生产效率。
S203，按预设的显影固胶程序，生成三维胶形。
在对光刻胶进行曝光后，要固定光刻胶曝光产生的电路图形，本实施例采用的方法是在一定温度的恒温热板上加热红外探测器芯片，这样可以避免光刻胶溶剂挥发过程中产生气泡，影响电路图形成型。在图形固定之后，还要将光刻胶被曝光的部分通过显影步骤去除，形成三维胶形。
S204，对生成三维胶形的红外探测器芯片溅射合金。
本实施例以离子溅射方式，采用氩离子源，在红外探测器芯片上生长合金，这种离子源的离子加速电压较高，使离子具有较大动能，在离子撞击合金靶材时更容易产生金属离子。此外，上述方式使金属在芯片表面的生长过程中不容易积累内能，适用于碲镉汞这种对温度比较敏感的材料。并且，本实施例中的合金是以铬金为主的合金，这种合金可以使三维电极对温度变化产生的应力具有较高的耐受度，从而保证电极的可靠性。
S205，对溅射合金后的红外探测器芯片进行金属刻蚀，得到红外探测器芯片的三维合金电极。
为了尽量减少刻蚀损伤，保证芯片的可靠性，在本实施例中，使用ICP设备，采用PTSA(平板三螺旋天线)型离子源对红外探测器芯片进行刻蚀，PTSA型离子源产生的等离子体具有更低的能量(小于10eV)，可以有效降低刻蚀过程中的损伤，并且在低射频功率下，能够产生较高密度的等离子体。此外，芯片需要刻蚀的部分，有些区域只有合金，有些区域是合金和光刻胶混合，为保证刻蚀效果，需要对ICP设备的参数进行一定的限定，具体包括：采用的ICP功率的取值范围是100瓦至200瓦，采用的射频功率的取值范围是40瓦至80瓦，采用的工艺气体是氩气氮气等工艺气体，其中氩气氮气的体积比取值范围是0.15至0.5。
S206，对刻蚀后的红外探测器芯片去除光刻胶。
为保证三维电极的可靠性，在进行金属刻蚀得到三维合金电极之后，还要去除掉残留的光刻胶。为了避免红外探测器芯片和三维合金电极损坏，在本实施例中，需要对除胶的过程进行一定的限定，具体是：将红外探测器芯片浸入去离子水中，向去离子水中发送一定频率的超声波，频率范围在20KHz至80KHz之间；在红外探测器芯片全部浸润在去离子水中后，将其迅速移至一个特殊的旋转装置中，采用浓度为99.9％的丙酮溶液去除残留的光刻胶，以保证芯片各处光刻胶均匀溶解。
制造得到合金三维电极之后，将其与外电路互联进行测试。本实施例给出一组对比测试数据，用以说明本发明制造的三维电极较现有技术的区别，如表1所示：
表1
其中，芯片A和B不具有三维合金电极，芯片C和D具有上述方法制造的三维合金电极，具有采用本发明制造方法得到的三维电极的芯片，其互联成功率较高，所需互联压力较小，具有较小的响应率非均匀性，说明对芯片本身的非均匀性承受度较好，因此具有较高的可靠性。
此外，如图3所示，采用三维合金电极的芯片，从其电流—电压曲线中可以看出，其反向平直区域较大，暗电流较小，因此具有较高的可靠性。
本实施例提供的红外探测器芯片电极的制造方法，在红外探测器芯片上形成光刻胶层，并对其进行图形曝光，再通过固胶显影方法生成三维胶形，进一步对红外探测器芯片溅射合金并进行金属刻蚀，再除去残留的光刻胶。该方法制造的三维合金电极，可以降低对红外探测器芯片平坦度的要求，与外电路连接较为方便，并且对温度变化产生的应力的耐受度比较高，制造方法较为简便，能够提高小像元间距、大像元面阵的红外探测器芯片的性能，解决了现有技术的如下问题：现有的红外探测器芯片电极制造技术对红外探测器芯片的平坦度要求很高，而且制造出的电极对累积应力比较敏感，导致红外探测器芯片的性能和可靠性不高。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
Claims (9)
1.一种红外探测器芯片电极的制造方法，其特征在于，包括：
在红外探测器芯片上涂光刻胶，以生成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形曝光；
按照预设固胶显影方法，在曝光处理后的所述红外探测器芯片上生长三维胶形；
在生长有三维胶形的所述红外探测器芯片上溅射合金；
对溅射有合金的所述红外探测器芯片进行金属刻蚀处理，得到所述红外探测器芯片的三维合金电极。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：对金属刻蚀处理后的所述红外探测器芯片进行去除所述光刻胶的处理。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述对金属刻蚀处理后的所述红外探测器芯片进行去除所述光刻胶的处理，包括：
将所述红外探测器芯片浸入去离子水中，向所述去离子水中发送预定频率的超声波；
在所述红外探测器芯片全部浸润在所述去离子水中后，将所述红外探测器芯片放置于预定旋转装置中，采用预定浓度的丙酮溶液去除所述光刻胶。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对所述光刻胶层进行图形曝光，包括：
采用接触式光刻设备，以紫外波段汞灯光源对所述光刻胶层进行图形曝光。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在生长有三维胶形的所述红外探测器芯片上溅射合金，包括：
按照离子溅射方法，采用氩离子源生成所述合金电极原形。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述合金为铬金合金。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对溅射有合金的所述红外探测器芯片进行金属刻蚀处理，得到所述红外探测器芯片的三维合金电极，包括：
采用ICP电感耦合等离子体刻蚀设备，对溅射有合金的所述红外探测器芯片进行金属刻蚀，得到所述红外探测器芯片的三维合金电极。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，包括：
所述ICP电感耦合等离子体刻蚀设备采用的预定离子刻蚀功率取值范围是100瓦特至200瓦特，采用的预定射频功率的取值范围是40瓦特至80瓦特，采用的工艺气体为预定体积比的氩气氮气。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述光刻胶为混合光刻胶。
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