CN116013852A - 红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法及红外探测器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外探测器生产领域，特别是涉及一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法及红外探测器阵列，通过在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；在所述复合金属层表面设置金属铟层；在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶。本发明保证了最后刻蚀得到的各个互连铟柱的高度均非常近似，大大提升了成品的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器生产领域，特别是涉及一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法及红外探测器阵列。
背景技术
碲镉汞是一种制备红外探测器的重要材料，由于其禁带宽度可调，探测光谱范围由短波波段一直延伸到甚长波波段，其具有光电探测效率高等优势，广泛应用于预警探测、红外侦察、成像制导等军事和民事领域。
随着红外探测器技术的不断进步，碲镉汞红外探测器阵列规模不断提高，从1K×1K的百万像素扩展到4K×4K的千万像素；而像元中心距由15微米逐渐减小到5微米，这导致小像元大规格的红外探测器阵列的铟柱制备较为困难，制备的铟柱高度均匀性变差，导致读出电路与探测器芯片互连后连通率下降、盲元增加，进而影响红外探测器组件的探测性能，甚至于失效。
因此，如何提升红外探测器阵列的铟柱的高度的一致性，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法及红外探测器阵列，以解决现有技术中随着红外探测器阵列规模逐渐增加，像元中心距逐渐缩小的情况下，互连铟柱制备困难，一致性变差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，包括：
在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；
对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；
对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；
在所述复合金属层表面设置金属铟层；
在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域；
以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；
去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述第一光刻胶层为光敏型聚酰亚胺层；
相应地，所述对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化包括：
对所述光敏型聚酰亚胺层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并在剩余区域得到抗蚀固化的聚酰亚胺层。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层包括：
对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面离子束溅射沉积复合金属层。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述复合金属层的厚度范围为200纳米至300纳米，包括端点值。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述在所述复合金属层表面设置金属铟层包括：
在所述复合金属层表面蒸发沉积金属铟层。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层包括：
以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行离子束刻蚀，至所述第一光刻胶层。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述第一光刻胶层的厚度范围为0.8微米至1.2微米，包括端点值。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述第二光刻胶层的厚度范围为2微米至3微米，包括端点值。
可选地，在所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法中，所述去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶包括：
利用电感耦合等离子体去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶。
一种红外探测器阵列，所述红外探测器阵列中的互连铟柱为通过如上述任一种所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法得到的铟柱。
本发明所提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，通过在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；在所述复合金属层表面设置金属铟层；在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域；以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。
本发明相比于现有技术，采用所述复合金属层及所述第一光刻胶层作为刻蚀的牺牲层，配合先进行整面金属铟层的设置，再刻蚀得到金属铟柱，保证了最后刻蚀得到的各个互连铟柱的高度均非常近似，也即保证了铟柱的高度及形貌的一致性，在当今先进传感器的像元中心距缩小到10至5微米的情况下，也能保证红外探测器芯片与读出电路互连的连通率，大大提升了成品的良品率。本申请同时还提供了一种具有上述有益效果的的红外探测器阵列。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法的另一种具体实施方式的流程示意图；
图3为本发明提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法的还一种具体实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，包括：
S101：在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层。
所述第一光刻胶层的厚度范围为0.8微米至1.2微米，包括端点值，如0.80微米、1.00微米或1.20微米中的任一个。所述第一光刻胶层作为后续刻蚀步骤中的牺牲层，不宜过厚，上述参数范围为经过大量理论计算与实际检验得到的最佳范围，当然，也可根据实际情况作相应调整。
S102：对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化。
所述连接PAD的位置是固定的，在开好通孔后，将剩余的第一光刻胶层进行改性，使其具有一定的热稳定性和坚韧性，能承受后续特定种类的腐蚀工艺，发挥其作为牺牲层的作用。
S103：对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层。
作为一种优选实施方式，本步骤包括：
对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面离子束溅射沉积复合金属层。
采用离子束溅射的方式沉积所述复合金属层，能够精确地控制厚度，并沉积非常致密的高质量薄膜，如前文所述，所述工作位后续刻蚀的牺牲层，不宜过厚，采用能精确控厚度的离子束溅射沉积法，可获得更精确的薄膜后度控制，提升刻蚀效果。
更进一步地，所述复合金属层的厚度范围为200纳米至300纳米，包括端点值，如200.0纳米、235.8纳米或300.0纳米中的任一个，当然，也可根据实际情况作相应变动。
S104：在所述复合金属层表面设置金属铟层。
优选地，所述金属铟层的厚度范围为4微米至5微米，包括端点值，如4.0微米、4.7微米或5.0微米中的任一个，上述参数范围为经过大量理论计算与实际检验得到的最佳范围，当然，也可根据实际情况作相应调整。
另外，本步骤包括：
在所述复合金属层表面蒸发沉积金属铟层。
本发明的优势在于整面沉积连续的金属铟层，再通过刻蚀得到金属铟柱，连续沉积整面金属铟层能获得更加平整，也即各处高度一致性更强的金属层，而蒸发沉积更是多种整面沉积中表面平整度最好的，进一步提升后续得到的金属铟柱的高度一致性。
S105：在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域。
优选地，所述第二光刻胶层的厚度范围为2微米至3微米，包括端点值。所述第二光刻胶层将作为刻蚀过程中的遮挡层，因此相比所述第一光刻胶层应当更厚，，上述参数范围为经过大量理论计算与实际检验得到的最佳范围，当然，也可根据实际情况作相应调整。
S106：以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层。
优选地，本步骤包括：
以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行离子束刻蚀，至所述第一光刻胶层。
离子束刻蚀分辨率高，在如今传感器的像元中心距缩小到10至5微米(也意味着相邻的金属铟柱间距缩小到此规格)的情况下，能获得更精确的控制，提升刻蚀良品率。
S107：去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。
本步骤中，所述去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶包括：
利用电感耦合等离子体去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶。电感耦合等离子体清洗法去除效力强，残留低，可提升制得的红外探测器阵列的互连铟柱的质量。
本发明所提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，通过在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；在所述复合金属层表面设置金属铟层；在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域；以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。本发明相比于现有技术，采用所述复合金属层及所述第一光刻胶层作为刻蚀的牺牲层，配合先进行整面金属铟层的设置，再刻蚀得到金属铟柱，保证了最后刻蚀得到的各个互连铟柱的高度均非常近似，也即保证了铟柱的高度及形貌的一致性，在当今先进传感器的像元中心距缩小到10至5微米的情况下，也能保证红外探测器芯片与读出电路互连的连通率，大大提升了成品的良品率。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述光敏型聚酰亚胺层做改进，得到具体实施方式二，其流程示意图如图2所示，包括：
S201：在硅读出电路的正面设置光敏型聚酰亚胺层。
S202：对所述光敏型聚酰亚胺层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并在剩余区域得到抗蚀固化的聚酰亚胺层。
S203：对设置所述光敏型聚酰亚胺层的硅读出电路的正面设置复合金属层。
S204：在所述复合金属层表面设置金属铟层。
S205：在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域。
S206：以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述光敏型聚酰亚胺层。
S207：去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中给出了一种第一光刻胶层的优选材质，其余步骤均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式中，利用所述光敏型聚酰亚胺层作为所述第一光刻胶层，光敏型聚酰亚胺在接受光照后即可自动进行亚胺化，转化为具有高的热稳定性和坚韧性的抗腐蚀结构，也即将曝光和抗蚀固化压缩成一步，简化了流程，提升了生产效率。
下面提供一种本发明的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法在实际生产中的流程，其工艺流程图如图3所示，包括：
步骤1在硅读出电路上涂覆一层约1微米的光敏型聚酰亚胺(PSPI)，曝光显影后露出电路上用于互连的Pad孔，随后进行亚胺化。
步骤2：在硅读出电路上用IBD(离子束溅射)沉积200nm-300nm复合金属层(UBM)，随后蒸发沉积一层4至5微米的铟层。
步骤3：在读出电路上涂覆一层2至3微米的光刻胶，曝光显影后，在互连的Pad孔上方留下保护的光刻胶。
步骤4：IBE(离子束刻蚀)刻蚀读出电路上未被光刻胶保护的的铟层、UBM复合金属层及聚酰亚胺，确保铟层及UBM完全刻蚀完毕(其中UBM及聚酰亚胺作为过刻蚀牺牲层确保铟层刻蚀完毕无残留，而聚酰亚胺作为过刻蚀牺牲层确保UBM层刻蚀完毕)，刻蚀后残留的聚酰亚胺在图中用残留PI标出。
步骤5：用ICP(电感耦合等离子体)去除掉残留的光刻胶及聚酰亚胺，这样硅读出电路上就只保留Pad位置上的UBM和铟柱了。
本发明还提供了一种红外探测器阵列，所述红外探测器阵列中的互连铟柱为通过如上述任一种所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法得到的铟柱。本发明所提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，通过在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；在所述复合金属层表面设置金属铟层；在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域；以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。本发明相比于现有技术，采用所述复合金属层及所述第一光刻胶层作为刻蚀的牺牲层，配合先进行整面金属铟层的设置，再刻蚀得到金属铟柱，保证了最后刻蚀得到的各个互连铟柱的高度均非常近似，也即保证了铟柱的高度及形貌的一致性，在当今先进传感器的像元中心距缩小到10至5微米的情况下，也能保证红外探测器芯片与读出电路互连的连通率，大大提升了成品的良品率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法及红外探测器阵列进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，包括：
在硅读出电路的正面设置第一光刻胶层；
对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化；
对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层；
在所述复合金属层表面设置金属铟层；
在所述金属铟层表面上设置图形化的第二光刻胶层；所述第二光刻胶层仅覆盖所述连接PAD正上方的区域；
以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层；
去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶，得到成品红外探测器阵列互连铟柱。
2.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶层为光敏型聚酰亚胺层；
相应地，所述对所述第一光刻胶层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并对剩余区域的第一光刻胶层进行抗蚀固化包括：
对所述光敏型聚酰亚胺层进行图形化曝光显影，得到多个暴露出所述硅读出电路上预设的连接PAD的通孔，并在剩余区域得到抗蚀固化的聚酰亚胺层。
3.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面设置复合金属层包括：
对设置所述第一光刻胶层的硅读出电路的正面离子束溅射沉积复合金属层。
4.如权利要求3所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述复合金属层的厚度范围为200纳米至300纳米，包括端点值。
5.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述在所述复合金属层表面设置金属铟层包括：
在所述复合金属层表面蒸发沉积金属铟层。
6.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行刻蚀，至所述第一光刻胶层包括：
以所述第二光刻胶层作为保护层，对所述硅读出电路的正面进行离子束刻蚀，至所述第一光刻胶层。
7.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶层的厚度范围为0.8微米至1.2微米，包括端点值。
8.如权利要求1所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的厚度范围为2微米至3微米，包括端点值。
9.如权利要求1至8任一项所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法，其特征在于，所述去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶包括：
利用电感耦合等离子体去除刻蚀后的所述硅读出电路的正面的残余光刻胶。
10.一种红外探测器阵列，其特征在于，所述红外探测器阵列中的互连铟柱为通过如权利要求1至9任一项所述的红外探测器阵列的互连铟柱的制备方法得到的铟柱。
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