CN109786495B - 超大规模凝视型红外探测器拼接基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板，包括：标准硅片、钝化膜层以及低阻金属层，其中，低阻金属层具体包括：对低阻金属层进行刻蚀形成的高精度拼接标记、导流结构以及一对低阻金属引线；钝化膜层设置于标准硅片上表面，一对低阻金属引线设置于钝化膜层上表面两侧处，高精度拼接标记设置于一对低阻金属引线之间的钝化膜层上表面，导流结构设置于一对低阻金属引线之间且没有高精度拼接标记的钝化膜层上表面；本发明通过制出高平整度的钝化膜层、高精度拼接标记、导流结构以及低阻值金属引线，提高凝视型红外探测器的拼接精度、有助于信号的低损输出，解决了现有技术中超大规模的红外探测器阵列难以制备的问题。

Description

超大规模凝视型红外探测器拼接基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外探测器领域，尤其涉及一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板及其制备方法。
背景技术
红外探测器组件尤其是碲镉汞红外焦平面探测器组件促进了红外技术应用的发展，使红外武器装备的性能大幅提高，成为先进光电武器系统的重要组成部分。而在空间导弹预警卫星、天基和地基预警系统、卫星遥感、太空天文探测等航天型号系统的应用方面，超大规模的红外探测器阵列的需求越来越迫切。超大规模凝视型红外探测器阵列规模的制备，需要通过多片单管芯模块的高精度拼接完成。不同于线列型器件，凝视型可拼接区域较小，对单模块的拼接缝隙要求更加严格。拼接精度达到微米级别，而受限于大尺寸碲镉汞材料的制备难度，单芯片阵列规模受到限制。鉴于此，针对上述问题分析研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明实施例提供一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板及其制备方法，用以解决现有技术中超大规模的红外探测器阵列难以制备的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板，包括：标准硅片、钝化膜层以及低阻金属层，其中，低阻金属层具体包括：对低阻金属层进行刻蚀形成的高精度拼接标记、导流结构以及一对低阻金属引线；
钝化膜层设置于标准硅片上表面，一对低阻金属引线设置于钝化膜层上表面两侧处，高精度拼接标记设置于一对低阻金属引线之间的钝化膜层上表面，导流结构设置于一对低阻金属引线之间且没有高精度拼接标记的钝化膜层上表面。
优选地，钝化膜层使用氧化硅或氮化硅作为材料。
优选地，导流结构包括多个小凸点。
优选地，高精度拼接标记为对低阻金属层进行刻蚀形成的预设图案。
第二方面，本发明实施例提供一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，用于制备超大规模凝视型红外探测器拼接基板，方法包括如下步骤：
通过台阶仪扫描与单模块红外探测器尺寸匹配的标准硅片，获得标准硅片的整体面型状态，计算得出需要沉积的钝化膜层厚度；
根据确定的钝化膜层厚度，通过PECVD腔室中在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层；
通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射形成低阻金属层；
通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶；
通过高精度光刻工艺及高均匀性干法刻蚀工艺对低阻金属层进行处理，形成一对低阻金属引线、高精度拼接标记以及导流结构；
通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀。
优选地，根据确定的钝化膜层厚度，通过PECVD腔室中在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层具体包括：
通过PECVD腔室在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层，设置功率30～70W，压强30～70Pa，流量10～80sccm。
优选地，通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射形成低阻金属层，具体包括：
通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射，溅射厚度0.5μm～1.5μm，生长温度50℃～70℃，生长角度与溅射靶面水平面呈10度～30度角，束流100mA～300mA，束压800V～1200V，在钝化膜层上表面形成低阻金属层。
优选地，通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶，具体包括：
通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶，以3000rpm/s～5000rpm/s的转速，涂敷AZ703光刻胶，胶厚
Figure BDA0001965906880000031
优选地，通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀，具体包括：
通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀，针对标准硅片以离子铣束压200V～400V，束流50mA～100mA，角度10～30度旋转刻蚀。
优选地，计算得出需要沉积的钝化膜层厚度，具体包括：
根据公式1计算获得需要沉积的钝化膜层厚度；
Figure BDA0001965906880000032
其中，σf为应力，Es为标准硅片的杨氏模量，Vs为泊松比，R为标准硅片形变的曲率半径，ts、tf分别为标准硅片厚度与所需钝化膜层的厚度。
采用本发明实施例，解决了现有技术中超大规模的红外探测器阵列难以制备的问题，本发明获得的高致密性钝化膜层可以将硅片表面平整度提高，使其公差在±2μm之间，并在金属与硅片之间形成良好的绝缘层；本发明形成的高精度拼接标记可有效提高拼接子模块之间的拼接精度；导流结构有助于提高粘接胶的流动性及平面度；低阻值的引线有助于信号的低损输出。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的超大规模凝视型红外探测器拼接基板结构示意图；
图2是本发明实施例提供的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备步骤示意图；
图3是本发明实施例提供的高精度拼接标记示意图；
图4是本发明实施例提供的导流结构结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板，如图1所示，包括：标准硅片10、钝化膜层12以及低阻金属层，其中，低阻金属层具体包括：对低阻金属层进行刻蚀形成的高精度拼接标记14、导流结构16以及一对低阻金属引线18；
钝化膜层12设置于标准硅片10上表面，一对低阻金属引线18设置于钝化膜层12上表面两侧处，高精度拼接标记14设置于一对低阻金属引线18之间的钝化膜层12上表面，导流结构16设置于一对低阻金属引线18之间且没有高精度拼接标记14的钝化膜层12上表面。
其中，钝化膜层12使用氧化硅或氮化硅作为材料。
其中，导流结构16包括多个小凸点。
其中，高精度拼接标记14为对低阻金属层进行刻蚀形成的预设图案。
本发明实施例提供一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，如图2所示，用于制备的超大规模凝视型红外探测器拼接基板，方法包括如下步骤：
步骤S201，通过台阶仪扫描与单模块红外探测器尺寸匹配的标准硅片10，获得标准硅片10的整体面型状态，根据公式1计算获得需要沉积的钝化膜层12厚度；
Figure BDA0001965906880000051
其中，σf为应力，Es为标准硅片10的杨氏模量，Vs为泊松比，R为标准硅片10形变的曲率半径，ts、tf分别为标准硅片10厚度与所需钝化膜层12的厚度；
步骤S202，根据确定的钝化膜层12厚度，通过PECVD腔室中在标准硅片10上生长相应厚度的钝化膜层12，设置功率30～70W，压强30～70Pa，流量10～80sccm。
步骤S203，通过离子铣腔室在标准硅片10的钝化膜层12表面上溅射，溅射厚度0.5μm～1.5μm，生长温度50℃～70℃，生长角度与溅射靶面水平面呈10度～30度角，束流100mA～300mA，束压800V～1200V，在钝化膜层12上表面形成低阻金属层；
制备的金属层与硅片附着力强，并与后续的金丝焊接工艺具有良好的匹配效果，不脱焊；
步骤S204，通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶，以3000rpm/s～5000rpm/s的转速，涂敷AZ703光刻胶，胶厚
Figure BDA0001965906880000052
步骤S205，通过高精度光刻工艺及高均匀性干法刻蚀工艺对低阻金属层进行处理，形成一对低阻金属引线18、高精度拼接标记14以及导流结构16，高精度拼接标记14如图3所示，导流结构16如图4所示；
步骤S206，通过离子铣对处理后的标准硅片10进行高均匀性刻蚀，针对标准硅片10以离子铣束压200V～400V，束流50mA～100mA，角度10～30度旋转刻蚀。
本发明实施例中，通过对标准硅片原始面型的精确测量，根据其面型计算生长钝化膜层，获得高平整度的1μm左右的钝化膜层；通过高精度光刻工艺及高均匀性干法刻蚀工艺制出高精度拼接标记，高精度拼接标记具有一定的复杂度，可协助后续拼接设备的计算机更精确判断图形精确位置，提高凝视型红外探测器的拼接精度；导流结构能够提高续胶水黏附工艺的胶水流动性及平整度；进一步提高凝视型红外探测器Z方向精度。低阻值的引线有助于信号的低损输出；解决了现有技术中超大规模的红外探测器阵列难以制备的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板，其特征在于，包括：标准硅片、钝化膜层以及低阻金属结构，其中，所述低阻金属结构具体包括：对低阻金属层进行刻蚀形成的高精度拼接标记、导流结构以及一对低阻金属引线；
所述钝化膜层设置于所述标准硅片上表面，所述一对低阻金属引线设置于所述钝化膜层上表面两侧处，所述高精度拼接标记设置于所述一对低阻金属引线之间的钝化膜层上表面，所述导流结构设置于所述一对低阻金属引线之间且没有所述高精度拼接标记的钝化膜层上表面；
所述高精度拼接标记用于协助拼接设备的计算机判断图形位置；所述导流结构用于提高续胶水黏附工艺的胶水流动性及平整度。
2.如权利要求1所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板，其特征在于，所述钝化膜层使用氧化硅或氮化硅作为材料。
3.如权利要求1所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板，其特征在于，所述导流结构包括多个小凸点。
4.如权利要求1所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板，其特征在于，所述高精度拼接标记为对所述低阻金属层进行刻蚀形成的预设图案。
5.一种超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至4中任一项所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板，所述方法包括如下步骤：
通过台阶仪扫描与单模块红外探测器尺寸匹配的标准硅片，获得标准硅片的整体面型状态，计算得出需要沉积的钝化膜层厚度；
根据确定的所述钝化膜层厚度，通过PECVD腔室中在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层；
通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射形成低阻金属层；
通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶；
通过高精度光刻工艺及高均匀性干法刻蚀工艺对所述低阻金属层进行处理，形成一对低阻金属引线、高精度拼接标记以及导流结构；
通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀。
6.如权利要求5所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，所述根据确定的所述钝化膜层厚度，通过PECVD腔室中在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层具体包括：
通过PECVD腔室在标准硅片上生长相应厚度的钝化膜层，设置功率30～70W，压强30～70Pa，流量10～80sccm。
7.如权利要求5所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，所述通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射形成低阻金属层，具体包括：
通过离子铣腔室在标准硅片的钝化膜层表面上溅射，溅射厚度0.5μm～1.5μm，生长温度50℃～70℃，生长角度与溅射靶面水平面呈10度～30度角，束流100mA～300mA，束压800V～1200V，在钝化膜层上表面形成低阻金属层。
8.如权利要求5所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，所述通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶，具体包括：
通过涂胶机对低阻金属层涂敷光刻胶，以3000rpm/s～5000rpm/s的转速，涂敷AZ703光刻胶，胶厚
Figure FDA0002719280180000021
9.如权利要求5所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，所述通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀，具体包括：
通过离子铣对处理后的标准硅片进行高均匀性刻蚀，针对标准硅片以离子铣束压200V～400V，束流50mA～100mA，角度10～30度旋转刻蚀。
10.如权利要求5所述的超大规模凝视型红外探测器拼接基板制备方法，其特征在于，所述计算得出需要沉积的钝化膜层厚度，具体包括：
根据公式1计算获得需要沉积的钝化膜层厚度；
Figure FDA0002719280180000022
其中，σf为应力，Es为标准硅片的杨氏模量，Vs为泊松比，R为标准硅片形变的曲率半径，ts、tf分别为标准硅片厚度与所需钝化膜层的厚度。
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