一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构及制作方法技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体涉及一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构及制作方法，该结构包括探测器芯片基板和铟柱；铟柱设置在基板上；制作方法包括：用蒸发‑光刻的方式制作一层与铟高浸润的UBM金属打底层；在UBM打底层上旋转涂布一层高分子聚合物掩模并用退火的方式固化；将高分子掩模层盖住UBM打底层的区域刻蚀掉，形成铟柱模型孔；采用双层厚胶剥离的方式在回溶区域上制作一块底面铟层；去掉铟柱表面氧化层后，通过在有机溶剂中高温加热的方式进行回溶整形；最后用化学清洗剂将下面的高分子聚合物去掉，形成铟柱；本发明专利技术通过调节铟柱模型孔的大小和深度，获得形貌、大小、高度可控的铟柱。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构及制作方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构及制作方法。
技术介绍
随着探测器(红外、紫外)研究水平及其性能要求的提高，凝视焦平面阵列探测器作为新一代的探测器，以其分辨率高，灵敏度高，响应速度快等优势在军用和民用领域得到了广泛的重视和发展。凝视焦平面阵列探测器分为单片式和混成式两种，混成式器件中，光敏探测器和读出电路分别制作在不同材料的芯片上(读出电路一般用硅材料)，通过互连实现对光信号的读出。其优点是可以分别对光探测器芯片和读出电路芯片分别进行优化，提高器件的性能和成品率。由于在面阵芯片上集成了数十万乃至数百万个光敏元件，敏感元件和读出电路元件间无法通过导线互连。通常解决的途径是采用铟柱倒装焊接的方法。采用铟柱倒装焊接的方法，先要在性能良好的光敏元芯片和硅读出电路芯片上对应互连处分别制作铟柱，然后进行倒装焊接。通过对铟柱模型的分析可知，在一定范围内，铟柱做的越高，器件倒装焊越容易，其可靠性越好。目前制备铟柱的方法主要是通过用厚胶蒸镀剥离并在隔绝氧气的环境下回溶整形的方案。这种方法制备出的铟球其高宽比大约为0.8：1，在铟球宽度为15μm的情况下，其高度约为12μm，可以满足320×256及以下面积阵列的需求(320×256阵列的象元间距为30μm)。但是在阵列面积达到1K×1K或以上，象元间距缩小为20μm，为了在焊点之间留出足够的距离，铟球的宽度只能做到10μm以下，其高度最多只能达到8μm，就不再能满足倒焊要求，倒焊后器件会出现大量盲元而报废。针对这种情况，为了满足大面阵焦平面倒焊的需求，本专利技术提出了一种新的大面阵混成式焦平面用铟柱制作工艺技术。
技术实现思路
针对以上现有技术的问题，本专利技术提出了一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，包括：探测器芯片基板1和铟柱2；所述铟柱2设置在基板1上；整个器件的外表面覆盖一层抗氧化模；所述探测器芯片基板1包括UBM金属层11和底座12；底座12的中部设置有象元位置槽，象元位置槽的形状和大小与UBM金属层11相匹配；所述UBM金属层11设置在底座12的象元位置槽中；所述铟柱2包括烟柱体22和铟球21；所述烟柱体22固定连接在UBM金属层11的正上方；铟球21固定在烟柱体22的顶部平面。优选的，UBM金属层11采用的材料为铬和金，铬层的厚度为0.1μm～0.3μm，金层的厚度为1.0μm～1.5μm。优选的，铟球21为半球形结构，铟球21的半径与烟柱体22的半径相同。优选的，底座12为长方体结构。一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱制作方法，包括：步骤1：依次在探测器芯片基板1表面蒸发一层较薄的铬层和一层较厚的金层作为UBM金属层11，用光刻的方式将多余的铬金层去掉，只留下与探测器光敏区接触的部分和铟柱浸润部分；步骤2：在芯片表面涂覆一层厚度约4.5μm～5.5μm的高分子聚合物掩膜，高温退火，将其固化；步骤3：采用光刻的方法，将高分子掩模盖住UBM金属层(11)的区域刻蚀掉，形成一个直径为5.5μm～6.5μm，深度为4.5μm～5.5μm的铟柱模型孔31；步骤4：在探测器芯片基板1上分别进行两次旋涂光刻胶，然后用两次单独曝光，一次显影的方法进行铟柱剥离孔的光刻；步骤5:采用高真空热蒸发的方式沉积铟层，铟层生长后采用有机试剂湿法剥离的方式获得铟柱阵列；该铟柱的底面尺寸不超过15μm×15μm，高度为4-6μm；步骤6：在还原性溶液中去掉铟柱表面的氧化层，然后在有机溶剂中加热，对铟柱进行回溶缩球；步骤7：用化学清洗剂去除表面的高分子聚合物，形成高度10-15μm的铟柱。优选的，铟柱制作的方式为高温湿法缩球，即将铟柱去氧化层后，放进有机溶剂中加热进行缩球处理。优选的，步骤1所述的UBM金属层11为铬金层，与铟柱直接接触的金属材料为黄金。优选的，高分子聚合物掩膜为透明的聚酰亚胺3。优选的，步骤5所述的两次旋涂光刻胶，其胶型分别为AZ4620和AZ1500。优选的，步骤6所述的还原性溶液为有机酸，用于高温回溶的溶剂为多元醇。本专利技术通过利用金属铟熔点低的特性，将铟在一定的温度下熔化成液体，流动到专门为其制备的聚酰亚胺铟柱模型孔内，液体铟的底部会附着到与其浸润度比较高的金属层上，顶部则通过表面张力的作用形成一个半球形，从而形成一个下半部分是柱状，上半部分是球冠状的铟柱；可通过铟柱模型孔的大小和深度，获得形貌、大小、高度可控的铟柱。附图说明图1为本专利技术的定义UBM金属层的示意图；图2为本专利技术的UBM金属层上开铟柱模型孔的示意图；图3为本专利技术的铟柱湿法缩球后的三维图；图4为本专利技术的用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构示意图；其中，1、探测器芯片基板，11、UBM金属层，12、底座，2、铟柱，21、铟球，22、烟柱体，3、透明的聚酰亚胺，31、铟柱模型孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，如图4所示，包括：探测器芯片基板1和铟柱2；所述铟柱2设置在基板1上；整个器件的外表面覆盖一层抗氧化模。一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构的探测器芯片基板，所述探测器芯片基板1包括UBM金属层11和底座12；底座12的中部设置有象元位置槽，象元位置槽的形状和大小与UBM金属层11相匹配；所述UBM金属层11设置在底座12的象元位置槽中。所述底座12为柱体结构，在柱体结构的中心点设置象元位置槽。为使本专利技术的铟柱结构更容易集成与安装，将底座12的柱体结构设置为长方体结构。可选的，象元位置槽的内部设置有固定卡扣，该固定卡扣用于固定UBM金属层11。可选的，将UBM金属层11放置在象元位置槽中，采用焊锡将其固定。优选的，所述象元位置槽的边沿设置有固定圈，固定圈用于固定UBM金属层11，防止其脱落。可选的，UBM金属层11采用的材料为铬和金，铬层的厚度为0.1μm～0.3μm，金层的厚度为1.0μm～1.5μm。优选的，铬层的厚度为0.1μm，金层的厚度为1.0μm。一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构的铟柱，所述铟柱2包括烟柱体22和铟球21；所述烟柱体22固定连接在UBM金属层11的正上方；铟球21固定在烟柱体22的顶部平面。优选的，所述烟柱体22为圆柱体结构，该圆柱体的直径比UBM金属层11的宽度小。优选的，所述铟球21为半球形结构，铟球21的半径与烟柱体22的半径相同。一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱制作方法的实施例，包括：用蒸发-光刻的方式制作一层与铟高浸润的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，其特征在于，包括：探测器芯片基板(1)和铟柱(2)；所述铟柱(2)设置在基板(1)上；整个器件的外表面覆盖一层抗氧化模；/n所述探测器芯片基板(1)包括UBM金属层(11)和底座(12)；底座(12)的中部设置有象元位置槽，象元位置槽的形状和大小与UBM金属层(11)相匹配；所述UBM金属层(11)设置在底座(12)的象元位置槽中；/n所述铟柱(2)包括烟柱体(22)和铟球(21)；所述烟柱体(22)固定连接在UBM金属层(11)的正上方；铟球(21)固定在烟柱体(22)的顶部平面。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，其特征在于，包括：探测器芯片基板(1)和铟柱(2)；所述铟柱(2)设置在基板(1)上；整个器件的外表面覆盖一层抗氧化模；
所述探测器芯片基板(1)包括UBM金属层(11)和底座(12)；底座(12)的中部设置有象元位置槽，象元位置槽的形状和大小与UBM金属层(11)相匹配；所述UBM金属层(11)设置在底座(12)的象元位置槽中；
所述铟柱(2)包括烟柱体(22)和铟球(21)；所述烟柱体(22)固定连接在UBM金属层(11)的正上方；铟球(21)固定在烟柱体(22)的顶部平面。


2.根据权利要求1所述的一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，其特征在于，所述UBM金属层(11)采用的材料为铬和金，铬层的厚度为0.1μm～0.3μm，金层的厚度为1.0μm～1.5μm。


3.根据权利要求1所述的一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，其特征在于，所述铟球(21)为半球形结构，铟球(21)的半径与烟柱体(22)的半径相同。


4.根据权利要求1所述的一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱结构，其特征在于，所述底座(12)为长方体结构。


5.一种用于大面阵混成式焦平面的铟柱制作方法，其特征在于，包括：
步骤1：依次在探测器芯片基板(1)表面蒸发一层较薄的铬层和一层较厚的金层作为UBM金属层(11)，用光刻的方式将多余的铬金层去掉，只留下与探测器光敏区接触的部分和铟柱浸润部分；
步骤2：在芯片表面涂覆一层厚度为4.5μm～5.5μm的高分子聚合物掩膜，高温退火，将其固化；
步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立，董绪丰，黄晓峰，崔大健，高新江，莫才平，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50