CN201812821U - 从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器 - Google Patents

从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器 Download PDF

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朱龙源
李向阳
兰添翼
赵水平
王妮丽
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Abstract

本专利公开了一种从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器，器件结构包括：采用激光打孔机打的直径为60微米面阵的微孔中含有电镀金(8)的蓝宝石衬底(7)；双面精抛处理且长阳极氧化膜的碲镉汞材料(12)晶片，其中与环氧树脂胶(9)接触的一面增加了一层ZnS抗反膜(10)；把有ZnS的碲镉汞材料面粘结在衬底上的环氧树脂胶(9)；在刻穿碲镉汞晶片后溶解掉环氧树脂胶，形成的与电镀金相对应的面阵及周围部分碲镉汞上的电极。电极通过井伸工艺连接碲镉汞与电镀金；电路板蓝宝石基板(1)与芯片背面的电镀金(8)通过蒸镀的铟柱互联，使信号读出。本专利的优点在于，器件的占空比高，电极从衬底面引出，避免了传统正照射工艺中电极对入射光的阻碍，也避免采用背照射工艺中衬底对入射光信号的影响。

Description

从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器 
技术领域
本专利涉及光电探测器技术，具体指一种从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器。 
背景技术
随着红外成像技术的发展，对红外器件的要求越来越高。红外探测器已经从单元到线列，再到今天逐渐向现在的面阵发展。长波面阵红外探测器要求材料面积大，组分均匀，一般都采用碲镉汞的薄膜材料来制造此类面阵探测器，符合这种要求的中短波薄膜材料较容易得到。但要想得到面积大，组分均匀的长波薄膜材料难度非常大，而目前就技术方面，工艺设备方面等的因素，体材料的长波段相对薄膜材料较容易得到。但体材料也有它致命的缺点，就是材料面积较小，因此对面阵探测器要求是占空比越大越好，此处所说的占空比定义为在给定的面阵探测器内，光敏面所占的比例。然而由于传统工艺制备的面阵探测器的每个光敏元的引线布置是在正照射面上，所以又希望光敏面之间的间隔尽量的大，使电极引线的安排更充裕，这就大大的降低了占空比，我们现有工艺制备的面阵探测器的占空比仅为25-30％。为了在有限的面积上制备尽可能高占空比的面阵探测器，可以采用背照射工艺，此结构的光敏元面朝衬底，光穿过衬底向光敏面入射，而金属电极引线做在芯片光敏元的另一面，采用铟柱与电路板倒焊连接，信号从读出电路上采集的。虽然这样可以提高了芯片的占空比，但是衬底以及粘结芯片的环氧树脂胶对入射光的影响，大大降低了器件的性能。 
发明内容
基于上述存在的目前制备的面阵光导红外探测器中采用电极引线在正面的传统正照射工艺存在占空比较小及采用背照射工艺衬底对光信号的影响等问题，本专利的目的在于提供一种能够避免上述问题的碲镉汞长波光导器件的正照射结构。即通过从打孔填充导电金属后蓝宝石衬底引出电极的方式制备碲镉汞长波光导型面阵探测器。 
本专利探测器的结构特征在于： 
一种从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器，经阳极氧化处理的碲镉汞材料(12)的带有阳极氧化层一(11)的一面镀ZnS抗反膜(10)后通过环氧树脂胶(9)与蓝宝石衬底(7)相连，其特征在于：所述的蓝宝石衬底(7)上面有直径为60微米的填满电镀金(8)的面列阵微孔；所述的碲镉汞材料(12)的下表面有一层阳极氧化层一(11)与ZnS抗反膜(10)，碲镉汞材料(12)晶片通过环氧树脂胶(9)与蓝宝石衬底(7)粘结在一起，碲镉汞材料(12)上表面有一层阳极氧化层二(13)；电路板通过井伸工艺与碲镉汞材料(12)和电镀金(8)连接，电路与芯片背面的电镀金(8)分别长有电路板铟柱(4)和芯片钢柱(5)，通过铟柱互连技术，使信号读出。 
所说的高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器制作工艺步骤如下： 
1、首先在用激光打孔机打的直径为60微米面阵微孔的蓝宝石衬底(7)上镀一层电镀金(8)后，处理电镀金(8)表面使双面如同蓝宝石原来那样平整。 
2、对碲镉汞(Hg1-xCdxTe)材料的第一面平整度去损伤处理，其中Hg1-xCdxTe中0.18≤x≤0.20，迁移率大于5E+4cm2·V-1·s-1，电子浓度小于7E+14cm-3。生长厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000021
阳极氧化层一(11)，再长一层厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000022
的ZnS 抗反膜(10)后采用配制好的厚度为1～3μm环氧树脂胶(9)将已经处理完的碲镉汞材料与蓝宝石衬底粘贴在一起。 
3、对碲镉汞材料(12)的另一面减薄至10μm厚度、去损伤处理，在其表面生长上厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000031
的阳极氧化层二(13)。 
4、对处理好的碲镉汞材料(12)光刻后用氩离子刻穿碲镉汞，制备出对应的面阵孔。后采用专用溶解剂溶解掉环氧树脂胶后露出电镀金(8)阵列，随后长厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000032
芯片铬层(14)以及厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000033
金层(15)。 
5、然后光刻，处理掉露出的阳极氧化层再长井伸电极厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000034
的铟层(16)及厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000035
的芯片金层(17)； 
6、光刻，露出衬底蓝宝石背面电镀金(8)，在其上蒸镀芯片铟柱(5)阵列。 
7、在电路板蓝宝石基板(1)采用厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000036
电路板铬层(2)及厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000037
的电路板金层(3)作电极，制作电路后在需要的区域蒸镀电路板铟柱(4)阵列，以便与上述芯片互连。 
8、把长好铟柱阵列的芯片与长好铟柱阵列的电路互联。 
9、互连好后的器件灌上填充胶(6)，测试分析。 
本专利有以下几个优点： 
1、能达很高的占空比，以我们8×8面阵实施例来看，其占空比达到67％，与传统工艺制备的器件相比提高了两倍多。这样能使信号能量最大获取，可解决整机图象摄取，转换等一系列难题，使成像质量得到更大的保证，提高了仪器使用价值与结果的准确性，满足了用户要求，达到了使用的最大优化。 
2、由于电极从衬底面引出，避免了传统正照射工艺中电极对入射光的阻碍，也可以避免采用背照射工艺中衬底对入射光信号的影响，使得光敏面能接 受到更多的光。 
附图说明：
图1为探测器芯片的剖面图，图中：电路板蓝宝石基板(1)，电路板铬层(2)，电路板金层(3)，电路板铟柱(4)，芯片铟柱(5)，填充胶(6)，蓝宝石衬底(7)，电镀金(8)，环氧树脂胶(9)，ZnS抗反膜(10)，阳极氧化层一(11)，碲镉汞材料(12)，阳极氧化层二(13)，芯片铬层(14)，金层(15)，铟层(16)，芯片金层(17)。 
具体实施方式
结合说明书附图，本专利一种高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器的制备方法，以8×8面阵为例，器件的制备具体工艺步骤为： 
1、在厚度为0.27mm的蓝宝石衬底(7)上采用激光打孔机打上一些直径为60微米的微孔8×8面阵。 
2、采用电镀的方法把宝石微孔中填满电镀金(8)。 
3、对已经电镀完的蓝宝石衬底进行处理，使电镀金(8)与蓝宝石衬底(7)的面一样平。 
4、对碲镉汞材料(12)的第一面平整度去损伤处理，其中Hg1-xCdxTe中0.18≤x≤0.20，迁移率大于5E+4cm2·V-1·s-1，电子浓度小于7E+14cm-3。在其表面生长厚度为 的阳极氧化层一(11)。再长一层厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000042
的ZnS抗反膜(10)后采用配制好的环氧树脂胶(9)将碲镉汞材料(12)已经处理完的面与蓝宝石衬底(7)粘贴在一起，在一定的高温(小于70℃)真空加压下充分固化，以保证胶层在一定的均匀厚度范围内，要达到固化时间，要保证粘贴强度。 
5、测位错：由于我们制备的是8×8面阵器件，光敏面面积为350×350 微米，所以整个芯片面积较大，材料的晶格缺陷对面阵器件性能均匀性的影响比较大，因此在处理第二面之前的中间过程中我们还需要测位错，以便在光刻的时候可以避开缺陷严重的区域，得到有效优质的芯片图形。 
6、先将位错处理完的芯片用蜡贴在磨片玻璃板上，再通过真空压片机将之贴平。高温固化完成后对碲镉汞材料(12)的另一面减薄去损伤处理，然后再长 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000051
的阳极氧化层二(13)，最终把碲镉汞材料(12)的厚度要控制在10μm，在整个材料表面范围内，要保证厚度的均匀性。然后测试寿命，挑选符合要求的晶片再做后面的工艺。 
7、在碲镉汞材料(12)表面进行第一次光刻面阵电极孔，采用Ar离子刻蚀的方法刻穿碲镉汞材料(12)。利用专用的环氧树脂清洗剂去除孔内的环氧树脂胶，把电镀金(8)露出。完成此两步工艺后清洗掉表面残留的光刻胶。 
8、进行第二次光刻，等离子去除没有完全曝光的光刻胶后在离子束溅射镀膜机中生长长厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000052
芯片铬层(14)以及厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000053
金层(15)。完成之后进行浮胶处理。 
9、进行第三次光刻，留出每个图形的电极区，等离子去除残留光刻胶后再用HF腐蚀掉表面残留的氧化层后在离子束镀膜机中生长再长井伸电极厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000054
铟层(16)及厚度为 芯片金层(17)；长铟的目的是保证能与Hg1-xCdxTe材料有很好的附着力与良好的欧姆接触，长金的目的是防止铟金属的自然氧化与使芯片有更好的导电能力。完成之后要对不要金属区域的芯片表面进行浮胶。 
10、第四次光刻8×8图形，进行氩离子刻蚀图形并保证刻透彻。刻蚀结束后浮去表面的光刻胶。 
11、在成型的芯片上涂胶保护后在宝石衬底(7)的另一面进行第五次光 刻，在面阵电镀金(8)上长要与电路板互连的芯片铟注(5)电极，完成后将不要铟层的区域用物理方法去除，并洗去两面的光刻胶。 
12、在整个芯片表面甩上光刻胶保护后，对已成型好的面阵芯片进行物理划片分割，清洗，表面镜检，挑选合格的芯片保存待用。 
13、在电路板宝石基板(1)采用厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000061
电路板铬层(2)及厚度为 
Figure DEST_PATH_GSB00000406859000062
的电路板金层(3)电极制作宝石电路，然后光刻在需要的区域蒸镀电路板铟柱(4)阵列。 
14、宝石电路与已成型好的面阵芯片利用成熟的互连工艺进行互连。 
15、对已互连组件的电路与面阵芯片间的区域进行灌环氧胶固封，以便达到互连的可靠性与提高热传导的能力。 
16、将互连后芯片的信号电极进行金丝球焊，然后进行一系列的测量，可测得器件的信号大小，噪声的量级，串音的范围等数据，从而筛选封装合格，性能符合要求的多元面阵器件。 

Claims (1)

1.一种从背面引电极的碲镉汞长波红外光电导探测器，经阳极氧化处理的碲镉汞材料(12)的带有阳极氧化层一(11)的一面镀ZnS抗反膜(10)后通过环氧树脂胶(9)与蓝宝石衬底(7)相连，其特征在于：所述的蓝宝石衬底(7)上面有直径为60微米的填满电镀金(8)的面列阵微孔；所述的碲镉汞材料(12)的下表面有一层阳极氧化层一(11)与ZnS抗反膜(10)，碲镉汞材料(12)晶片通过环氧树脂胶(9)与蓝宝石衬底(7)粘结在一起，碲镉汞材料(12)上表面有一层阳极氧化层二(13)；电路板通过井伸工艺与碲镉汞材料(12)和电镀金(8)连接，电路与芯片背面的电镀金(8)分别长有电路板铟柱(4)和芯片铟柱(5)，通过铟柱互连技术，使信号读出。 
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