CN113270518B - 硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片 - Google Patents

硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片。硅基红外探测器芯片背面减薄方法，包括：沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，以遮挡所述焦平面阵列本体的四周与读出电路板所形成的缝隙；对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺；去除所述光刻胶。采用本发明，在常规红外探测器芯片减薄和硅材料减薄的基础上，在硅基红外探测器芯片背面减薄前，对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行光刻胶阻隔，防止内部被背面减薄工艺所污染或者腐蚀，在背面减薄后对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行清洁，防止造成焊接效果不佳以及焦平面阵列与电路的间隙光刻胶残留，解决了铟凸点缝隙间不填充胶水的芯片减薄工艺难题。

Description

硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片。
背景技术
在红外探测技术飞速发展的时代，红外探测器芯片的制备技术逐渐成熟，多数采用光伏二极管形式，经成结、钝化、光刻、刻蚀、金属沉积等技术获得焦平面阵列，通过铟凸点与Si读出电路进行倒装互连，再经过填充胶水、背面减薄和增透等技术完成整个红外探测器芯片的制备。随着科技发展，对倒装式红外探测器芯片的性能要求越来越高，同时向大面阵和高集成度发展。
倒装式CdZnTe基HgCdTe、GaSb基InAs/GaSb超晶格和体晶InSb红外探测器是目前红外探测器领域的核心产品。为了降低芯片内部应力并使二极管结区获得光信号，一般衬底材料厚度在互连后经减薄仅剩余0～30μm，并获得光洁无损伤的表面，便于后续获得均匀性较好的增透膜和光信号。这三类芯片通常工作在60～150K，从室温到工作温度的降温过程中，探测器材料、填充胶水、铟凸点和Si读出电路四者因热膨胀系数CTE存在较大差异，导致芯片内部承受较大的剪切应力，进而光电二极管的暗电流较大，使芯片盲元率提高，造成芯片成品率较低；如果上述芯片不填充胶水，易因内部应力而发生裂片，使开关机次数较少，不能满足芯片交付要求。
硅基红外探测器芯片因成熟的大面积衬底制备技术而得到迅速发展。因为Si材料禁带宽度大，不吸收红外光，且衬底与电路的材质相同，在温度变化过程中芯片整体的热膨胀系数差异较小，芯片内部承受的应力也较小。经检测，铟凸点缝隙间不填充胶水即可满足硅基红外探测器芯片开关机要求。由于硅基外延材料经过多步光伏二极管的制备工艺后，硅衬底背面会有明显沾污或者划痕，影响增透膜生长的均匀性和质量，因此仍需要对互连后的硅衬底进行减薄。由于硅材料不吸收红外光，不需要去除较大厚度，所以经减薄获得光洁一致的硅材料表面，满足增透膜生长要求即可。
但是铟凸点缝隙间不填充胶水，在进行硅材料背面减薄工艺时，磨抛料或者腐蚀液易进入缝隙，沾污或者腐蚀缝隙两侧的材料，导致芯片性能明显下降。因此，需要对硅基红外探测器芯片的背面减薄工艺进行优化。
发明内容
本发明实施例提供一种硅基红外探测器芯片背面减薄方法及硅基红外探测器芯片，用以解决现有技术中对硅基红外探测器芯片的背面减薄工艺导致芯片性能降低的问题。
根据本发明实施例的硅基红外探测器芯片背面减薄方法，包括：
沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，以遮挡所述焦平面阵列本体的四周与读出电路板所形成的缝隙；
对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺；
去除所述光刻胶。
根据本发明的一些实施例，所述沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，包括：
用胶管将光刻胶滴在干净的陶瓷板上，并在室温和氮气氛围下静置第一预设时间段；
采用无水乙醇棉球清洁铟凸点缝隙间不填充胶水且待背面减薄的硅基红外探测器芯片；
采用干净软毛笔蘸取所述光刻胶，沿同一方向涂抹所述焦平面阵列本体的四周，并保证在金相显微镜100倍放大倍数下观察所述光刻胶没有气泡，若存在气泡，则沿所述焦平面阵列本体的四周二次涂抹光刻胶，同时保证所述焦平面阵列与所述读出电路接触的四周均有光刻胶涂抹；
将涂抹光刻胶后的硅基红外探测器芯片放置在室温和氮气氛围下静置第二预设时间段。
根据本发明的一些实施例，所述光刻胶的粘稠度为45～60cps；
所述第一预设时间段为0.5～1h；
所述干净软毛笔的笔头直径低于4mm；
所述第二预设时间段大于12h。
根据本发明的一些实施例，所述对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺，包括：
按照常规硅材料减薄和常规红外探测器芯片衬底减薄工艺进行保护电路焊盘、粘接芯片、减薄处理、取片以及清洁粘接剂。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，包括：
将完成背面减薄相关工艺的硅基红外探测器芯片放置在盛有丙酮溶液的培养皿内浸泡第三预设时间段；
在50倍体式显微镜视野内，采用干净软毛笔在丙酮溶液中轻轻划动光刻胶；
继续浸泡第四预设时间段后取出硅基红外探测器芯片，并用氮气枪吹干。
根据本发明的一些实施例，所述第三预设时间段为15～20mins；
所述第四预设时间段为15～20mins。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，还包括：
依次用丙酮枪、无水乙醇枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片。
根据本发明的一些实施例，所述用丙酮枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片，包括：
用压力为3kg的丙酮枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角喷洗硅基红外探测器芯片5～10mins；
用压力为3kg的无水乙醇枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角对硅基红外探测器芯片进行喷洗，喷洗3～5mins。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，还包括：
在金相显微镜100倍放大倍数下观察硅基红外探测器芯片是否存留光刻胶。
根据本发明实施例的硅基红外探测器芯片，所述硅基红外探测器芯片采用如上所述的方法处理获得。
采用本发明实施例，在常规红外探测器芯片减薄和硅材料减薄的基础上，在硅基红外探测器芯片背面减薄前，对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行光刻胶阻隔，防止内部被背面减薄工艺所污染或者腐蚀，在背面减薄后对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行清洁，防止造成焊接效果不佳以及焦平面阵列与电路的间隙光刻胶残留。解决了铟凸点缝隙间不填充胶水的芯片减薄工艺难题，使倒装式硅基芯片制备技术完善。
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。在附图中：
图1是本发明实施例中硅基红外探测器芯片背面减薄方法流程图；
图2是本发明实施例中硅基红外探测器芯片结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明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发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图2，本发明第一方面实施例提出一种硅基红外探测器芯片背面减薄方法，如图1所示，包括：
S1，沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，以遮挡所述焦平面阵列本体的四周与读出电路板所形成的缝隙；
S2，对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺；
S3，去除所述光刻胶。
采用本发明实施例，在常规红外探测器芯片减薄和硅材料减薄的基础上，在硅基红外探测器芯片背面减薄前，对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行光刻胶阻隔，防止内部被背面减薄工艺所污染或者腐蚀，在背面减薄后对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行清洁，防止造成焊接效果不佳以及焦平面阵列与电路的间隙光刻胶残留。解决了铟凸点缝隙间不填充胶水的芯片减薄工艺难题，使倒装式硅基芯片制备技术完善。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例，所述沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，包括：
用胶管将光刻胶滴在干净的陶瓷板上，并在室温和氮气氛围下静置第一预设时间段；
采用无水乙醇棉球清洁铟凸点缝隙间不填充胶水且待背面减薄的硅基红外探测器芯片；
采用干净软毛笔蘸取所述光刻胶，沿同一方向涂抹所述焦平面阵列本体的四周，并保证在金相显微镜100倍放大倍数下观察所述光刻胶没有气泡，若存在气泡，则沿所述焦平面阵列本体的四周二次涂抹光刻胶，同时保证所述焦平面阵列与所述读出电路接触的四周均有光刻胶涂抹；
将涂抹光刻胶后的硅基红外探测器芯片放置在室温和氮气氛围下静置第二预设时间段。
进一步的，所述光刻胶的粘稠度为45～60cps；
所述第一预设时间段为0.5～1h；
所述干净软毛笔的笔头直径低于4mm；
所述第二预设时间段大于12h。
根据本发明的一些实施例，所述对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺，包括：
按照常规硅材料减薄和常规红外探测器芯片衬底减薄工艺进行保护电路焊盘、粘接芯片、减薄处理、取片以及清洁粘接剂。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，包括：
将完成背面减薄相关工艺的硅基红外探测器芯片放置在盛有丙酮溶液的培养皿内浸泡第三预设时间段；
在50倍体式显微镜视野内，采用干净软毛笔在丙酮溶液中轻轻划动光刻胶；
继续浸泡第四预设时间段后取出硅基红外探测器芯片，并用氮气枪吹干。
进一步的，所述第三预设时间段为15～20mins；
所述第四预设时间段为15～20mins。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，还包括：
依次用丙酮枪、无水乙醇枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片。
进一步的，所述用丙酮枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片，包括：
用压力为3kg的丙酮枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角喷洗硅基红外探测器芯片5～10mins；
用压力为3kg的无水乙醇枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角对硅基红外探测器芯片进行喷洗，喷洗3～5mins。
根据本发明的一些实施例，所述去除所述光刻胶，还包括：
在金相显微镜100倍放大倍数下观察硅基红外探测器芯片是否存留光刻胶。
下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的硅基红外探测器芯片背面减薄方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明实施例的硅基红外探测器芯片背面减薄方法适于应用在倒装式制冷型硅基红外探测器芯片的背面减薄处理上。
本发明实施例的硅基红外探测器芯片背面减薄方法，包括：
第一步：将粘稠度为45～60cps(例如50cps)的光刻胶，用胶管滴在干净的陶瓷板上，在室温和氮气氛围下放置0.5～1h(例如0.5h)。取铟凸点缝隙间不填充胶水且待背面减薄的硅基红外探测器芯片，采用无水乙醇棉球将其清洁干净，用笔头直径低于4mm(例如3mm)的干净软毛毛笔的笔尖部位，蘸取陶瓷板上的光刻胶，“一”字形沿焦平面阵列与电路接触的四周进行涂抹，要求在金相显微镜100倍放大倍数下观察经涂抹留在电路和缝隙上的光刻胶上没有气泡；存在气泡处，二次涂抹即可，同时保证焦平面阵列与电路接触的四周均有光刻胶涂抹。然后将硅基红外探测器芯片放置在室温和氮气氛围下超过12h(例如14h)，使光刻胶晾干。
由此，可以对焦平面阵列与电路接触的四周进行光刻胶保护，防止背面减薄过程对内部进行污染和腐蚀。同时仅对四周进行保护，最多两次涂胶，光刻胶用量较少，便于后续进行清洁。
第二步：按照常规硅材料减薄和常规红外探测器芯片衬底减薄工艺进行保护电路焊盘、粘接芯片、减薄处理、取片以及清洁粘接剂等。对减薄去除厚度没有要求，经减薄获得光洁一致的硅材料表面，满足增透膜生长要求即可。
因为多种红外探测器芯片减薄工艺的前后处理基本相同，第一步的保护铟凸点缝隙用的光刻胶在第三步至第六步会详细说明。并且是否填充胶水，对背面减薄效果来说，差异极小，因此参考常规的硅材料减薄工艺。且根据本应用的特点，不要去除较大的厚度，经减薄获得光洁一致的硅材料表面，满足增透膜生长要求即可。
第三步：将完成第二步的硅基红外探测器芯片，放置在盛有丙酮溶液的培养皿内，浸泡15～20mins(例如15mins)。在50倍体式显微镜视野内，用笔头直径低于4mm(例如3mm)的干净软毛毛笔的笔尖部位，在丙酮溶液中轻轻划动焦平面阵列与电路接触的四周一遍，再次浸泡15～20mins(例如15mins)。取出芯片，用氮气枪吹干。
第四步：在金相显微镜100倍放大倍数下观察焦平面阵列与电路接触的四周是否有光刻胶残留，标志为浅黄色/黄色残余物。如果存在，重复进行第三步，第三步不可超过6次；如果不存在或者第三步已重复6次，则进行下一步。
第五步：用压力为3kg的丙酮枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm(例如7cm)处，以40～60度(例如45度)角对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行喷洗，喷洗5～10mins(例如5mins)；再用压力为3kg的无水乙醇枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm(例如7cm)处，以40～60度(例如45度)角对硅基红外探测器芯片进行喷洗，喷洗3～5mins(例如3mins)。
第六步：在金相显微镜100倍放大倍数下观察芯片是否有光刻胶残留，标志为浅黄色/黄色残余物。如果存在，重复进行第五步，直至整个芯片表面在金相显微镜100倍放大倍数下没有黄色残余物；如果不存在，代表铟凸点不填充胶水的硅基红外探测器芯片的背面减薄工艺完成。完成了铟凸点缝隙间不填充胶水的硅基碲镉汞1.5K×1K(像元间距为24μm×32μm)红外探测器芯片的背面减薄工艺。
经增透后，低温测试，可满足硅基碲镉汞1.5K×1K短波红外探测器芯片的使用要求。
通过第三步至第六步，清洗去除第一步保护用的光刻胶。如果光刻胶残留在读出电路焊点上，将导致电路焊点焊接接触不佳，导致无法输出。同时，由于光刻胶没有导电性和腐蚀性，对铟凸点之间没有导电作用，对红外探测器芯片没有腐蚀作用，对性能影响极小。本专利通过四个步骤反复验证，将光刻胶残留降至极少，保证了焊接的可行性。
本专利的技术方案在常规红外探测器芯片减薄和硅材料减薄的基础上，在硅基红外探测器芯片背面减薄前，对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行光刻胶阻隔，防止内部被背面减薄工艺所污染或者腐蚀，在背面减薄后对焦平面阵列与电路接触的四周缝隙进行多次试剂清洁，防止造成焊接效果不佳以及焦平面阵列与电路的间隙光刻胶残留。解决了铟凸点缝隙间不填充胶水的芯片减薄工艺难题，使倒装式硅基芯片制备技术完善。
需要说明的是，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。
本发明第二方面实施例提出一种硅基红外探测器芯片，所述硅基红外探测器芯片采用如上第一方面实施例所述的方法处理获得。需要说明的是，在本说明书的描述中，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
另外，在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (8)

1.一种硅基红外探测器芯片背面减薄方法，其特征在于，包括：
沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，以遮挡所述焦平面阵列本体的四周与读出电路板所形成的缝隙；
对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺；
去除所述光刻胶；
所述去除所述光刻胶，包括：
将完成背面减薄相关工艺的硅基红外探测器芯片放置在盛有丙酮溶液的培养皿内浸泡第三预设时间段；
在50倍体式显微镜视野内，采用干净软毛笔在丙酮溶液中轻轻划动光刻胶；
继续浸泡第四预设时间段后取出硅基红外探测器芯片，并用氮气枪吹干；
所述沿焦平面阵列本体的四周涂抹光刻胶，包括：
用胶管将光刻胶滴在干净的陶瓷板上，并在室温和氮气氛围下静置第一预设时间段；
采用无水乙醇棉球清洁铟凸点缝隙间不填充胶水且待背面减薄的硅基红外探测器芯片；
采用干净软毛笔蘸取所述光刻胶，沿同一方向涂抹所述焦平面阵列本体的四周，并保证在金相显微镜100倍放大倍数下观察所述光刻胶没有气泡，若存在气泡，则沿所述焦平面阵列本体的四周二次涂抹光刻胶，同时保证所述焦平面阵列与所述读出电路接触的四周均有光刻胶涂抹；将涂抹光刻胶后的硅基红外探测器芯片放置在室温和氮气氛围下静置第二预设时间段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶的粘稠度为45～60cps；
所述第一预设时间段为0.5～1h；
所述干净软毛笔的笔头直径低于4mm；
所述第二预设时间段大于12h。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述焦平面阵列本体的衬底进行背面减薄相关工艺，包括：
按照常规硅材料减薄和常规红外探测器芯片衬底减薄工艺进行保护电路焊盘、粘接芯片、减薄处理、取片以及清洁粘接剂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三预设时间段为15～20mins；
所述第四预设时间段为15～20mins。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除所述光刻胶，还包括：
依次用丙酮枪、无水乙醇枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用丙酮枪喷洗用氮气枪吹干后的硅基红外探测器芯片，包括：
用压力为3kg的丙酮枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角喷洗硅基红外探测器芯片5～10mins；
用压力为3kg的无水乙醇枪距离硅基红外探测器芯片5～8cm处，以40～60度角对硅基红外探测器芯片进行喷洗，喷洗3～5mins。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述去除所述光刻胶，还包括：
在金相显微镜100倍放大倍数下观察硅基红外探测器芯片是否存留光刻胶。
8.一种硅基红外探测器芯片，其特征在于，所述硅基红外探测器芯片采用如权利要求1-7中任一项所述的方法处理获得。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106508076B (zh) * 2010-12-06 2014-02-19 中国空空导弹研究院 一种借助硅实现大片锑化铟阵列芯片的转移方法
CN103606517A (zh) * 2013-09-18 2014-02-26 中国东方电气集团有限公司 一种硅片减薄方法
CN108122794A (zh) * 2017-12-18 2018-06-05 中电科技集团重庆声光电有限公司 焦平面阵列探测器倒装焊对接方法

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