制冷红外探测器及其铟柱的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制冷红外探测器及其铟柱的制备方法，应用于半导体技术领域。具体的，其在器件芯片形成形状呈凹型的铟柱或形状呈凸型的铟柱，以及在读出电路芯片上形成形状呈凸型的铟柱或形状呈凹型的铟柱，以保证器件芯片上和读出电路芯片上形成的铟柱形状一个呈凹型一个呈凸型，从而避免了在对器件芯片上和读出电路芯片进行倒焊互连工艺形成制冷红外探测器的过程中，由于铟柱顶端对顶端的接触，导致的侧滑和移位，从而使得器件芯片上和读出电路芯片上形成的铟柱在倒焊的时候压力可以缓慢释放，同时增加了其二者的接触面积，进而保证读出电路芯片与器件芯片的物理连接和电学连接能够满足工艺需要，并最终避免器件的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
制冷红外探测器及其铟柱的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种制冷红外探测器及其铟柱的制备方法。

技术介绍

[0002]随着红外应用的不断推广与发展，先进的红外探测技术要求探测器具有更高的空间分辨率和更好的目标识别能力。红外探测器是一种将红外辐射转换为电子信号的光电器件，其中光电反应只在光敏元件上进行，而后续的信号处理过程则只涉及到电子学技术，因此红外探测芯片是红外探测器的核心元件。
[0003]由于目前CMOS集成电路工艺主要基于Si工艺制作，因此红外探测芯片需要与Si读出电路通过铟柱倒装焊互连技术进行混合集成，形成光敏芯片加读出电路的集成探测器模块。在每一个像元结构上制备对应的金属铟柱状电极，通过将读出电路的像元与光敏芯片的像元一一对准并挤压，使得读出电路像元与光敏芯片像元间通过铟柱与铟柱范德瓦尔斯力或铟柱与铟柱/金属电极热熔融焊接的方式，形成可靠电学连接，实现混合集成。因此，铟柱的尺寸、形貌、及一致性直接决定了读出电路芯片与光敏芯片间互连的连通率。
[0004]目前，红外探测器正朝15um的中心间距，1024X1024的器件，芯片面积达到17mmX17mm的方向发展，因此随着红外探测器朝着更大像元规模、更小中心距发展过程中，其倒焊的点数需要达到百万以上，这使得倒焊难度急剧增加；并且，尽管通过读出电路与光敏芯片双边制备铟球，能在一定程度上补偿因中心距减小和铟柱尺寸减小而带来的连通率下降问题，但由于铟球的尺寸、形貌的特殊性和倒焊互连工艺的压力参数和时间参数之间的相互制约，会导致读出电路与光敏芯片倒焊之后产生铟球错位和侧滑，进而导致读出电路与光敏芯片的物理连接和电学连接不能满足工艺需要，最终造成器件失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种制冷红外探测器及其铟柱的制备方法，以解决现有技术中由于铟球的尺寸、形貌的特殊性和倒焊互连工艺的压力参数和时间参数之间的相互制约，导致发读出电路与器件芯片倒焊之后产生铟球错位和侧滑，进而导致读出电路与器件芯片的物理连接和电学连接不能满足工艺需要，并最终造成器件失效的问题。
[0006]第一方面，为解决上述技术问题，本专利技术提供一种制冷红外探测器铟柱的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1，提供一芯片，所述芯片为所述制冷红外探测器的器件芯片或所述制冷红外探测器的读出电路芯片；
[0008]S2，在所述芯片的部分表面上沉积介质材料层，以形成由所述介质材料层与暴露出的所述芯片的顶面围成的至少一个沟槽，所述沟槽的垂直于所述芯片顶面的截面形状呈凹型；
[0009]S3，在所述沟槽中沉积铟柱材料层，以在所述芯片的表面上形成形状呈凹型的铟
柱。
[0010]进一步的，所述介质材料层可以包括光刻胶或具有固化作用的SU
‑
8胶和Lift
‑
off光刻胶。
[0011]进一步的，所述介质材料层还可以包括二氧化硅层、氮化硅层或硅酸乙酯层。
[0012]进一步的，在步骤S1中提供的所述器件芯片上还可以形成有多个器件隔离结构和被器件隔离结构分隔开的PN结结构，以及位于所述PN结结构对应的所述器件芯片顶面上的用于电性引出所述PN结结构的电极。
[0013]进一步的，所述铟柱可以为形状呈中空的闭合环或其他不规则形状，且所述中空的闭合环包括圆环、椭圆环或者多边形环；
[0014]所述铟柱还可以为由分别位于所述沟槽的四个边角的定位柱组成的定位柱阵列，所述定位柱阵列的垂直于所述芯片顶面的截面形状呈凹型。
[0015]进一步的，在步骤S2中形成所述沟槽的步骤可以包括：
[0016]S2.1，在所述器件芯片上形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层中形成有第一开口，并使形成在所述器件芯片上的所述电极从所述第一开口暴露出；
[0017]S2.2，在所述第一开口中形成第一金属层，所述第一金属层的顶面低于所述第一光刻胶层的顶面；
[0018]S2.3，在所述第一金属层的部分表面上形成第二光刻胶层，以使所述第一光刻胶层、第二光刻胶层与暴露出的第一金属层形成两个第二开口；
[0019]S2.4，在所述第二开口中沉积第二金属层或非金属的介质材料层，并去除所述第二光刻胶层，以在所述第一开口中暴露出的所述电极表面的边缘位置上形成两个金属块，且所述金属块的顶面低于所述第一光刻胶层的顶面；
[0020]以及在步骤S3中形成所述铟柱的步骤可以包括：
[0021]S3.1，在所述第一开口中沉积铟柱材料层，以在所述第一开口中形成形状呈中空的闭合环的铟柱；
[0022]S3.2，去除所述第一光刻胶层。
[0023]进一步的，在步骤S2中形成所述沟槽的步骤可以包括：
[0024]S2.1，在所述器件芯片上形成SU
‑
8胶层，所述SU
‑
8胶层中形成有第三开口，并使形成在所述器件芯片上的所述电极从所述第三开口暴露出；
[0025]S2.2，在所述第三开口中形成第三金属层，所述第三金属层的顶面低于所述SU
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8胶层的顶面；
[0026]S2.3，在所述器件芯片上形成Lift
‑
off光刻胶层，所述Lift
‑
off光刻胶层中形成有第四开口，以使所述第三金属层的部分表面从所述第四开口暴露出；
[0027]以及在步骤S3中形成所述铟柱的步骤可以包括：
[0028]S3.1，在所述Lift
‑
off光刻胶层的顶面、所述第四开口的底部和侧壁上沉积铟柱材料层，以在所述器件芯片上形成形状呈中空的闭合环的铟柱。
[0029]进一步的，在步骤S2中形成所述沟槽的步骤可以包括：
[0030]S2.1，在所述器件芯片上形成第三光刻胶层，所述第三光刻胶层中形成有第五开口，并使形成在所述器件芯片上的所述电极从所述第五开口暴露出；
[0031]S2.2，在所述第五开口中形成第四金属层，所述第四金属层的顶面低于所述第三
光刻胶层的顶面；
[0032]S2.3，在所述第四金属层的部分表面上形成第四光刻胶层，以使所述第三光刻胶层、第四光刻胶层与暴露出的第四金属层形成两个第六开口；
[0033]以及在步骤S3中形成所述铟柱的步骤可以包括：
[0034]S3.1，在所述第三光刻胶层、第四光刻胶层的顶面上，以及所述第六开口的底部和侧壁上沉积铟柱材料层，以在所述器件芯片上形成由所述多个定位柱组成的定位柱阵列铟柱。
[0035]第二方面，基于如上所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，本专利技术提供了一种制冷红外探测器的制备方法，具体可以包括如下步骤：
[0036]S1，提供用于形成所述制冷红外探测器的器件芯片和用于形成所述制冷红外探测器的读出电路芯片，所述器件芯片上形成多个PN结结构；
[0037]S2，在所述器件芯片上形成形状呈凹型的铟柱或形状呈凸型的铟柱，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，提供一芯片，所述芯片为所述制冷红外探测器的器件芯片或所述制冷红外探测器的读出电路芯片；S2，在所述芯片的部分表面上沉积介质材料层，以形成由所述介质材料层与暴露出的所述芯片的顶面围成的至少一个沟槽，所述沟槽的垂直于所述芯片顶面的截面形状呈凹型；S3，在所述沟槽中沉积铟柱材料层，以在所述芯片的表面上形成形状呈凹型的铟柱。2.如权利要求1所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，所述介质材料层包括光刻胶或具有固化作用的SU
‑
8胶和Lift
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off光刻胶。3.如权利要求2所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，所述介质材料层还包括二氧化硅层、氮化硅层或硅酸乙酯层。4.如权利要求3所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，在步骤S1中提供的所述器件芯片上还形成有多个器件隔离结构和被器件隔离结构分隔开的PN结结构，以及位于所述PN结结构对应的所述器件芯片顶面上的用于电性引出所述PN结结构的电极。5.如权利要求4所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，所述铟柱为形状呈中空的闭合环或其他不规则形状，且所述中空的闭合环包括圆环、椭圆环或者多边形环；所述铟柱为由分别位于所述沟槽的四个边角的定位柱组成的定位柱阵列，所述定位柱阵列的垂直于所述芯片顶面的截面形状呈凹型。6.如权利要求5所述的制冷红外探测器铟柱的制备方法，其特征在于，在步骤S2中形成所述沟槽的步骤包括：S2.1，在所述器件芯片上形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层中形成有第一开口，并使形成在所述器件芯片上的所述电极从所述第一开口暴露出；S2.2，在所述第一开口中形成第一金属层，所述第一金属层的顶面低于所述第一光刻胶层的顶面；S2.3，在所述第一金属层的部分表面上形成第二光刻胶层，以使所述第一光刻胶层、第二光刻胶层与暴露出的第一金属层形成两个第二开口；S2.4，在所述第二开口中沉积第二金属层或非金属的介质材料层，并去除所述第二光刻胶层，以在所述第一开口中暴露出的所述电极表面的边缘位置上形成两个金属块，且所述金属块的顶面低于所述第一光刻胶层的顶面；以及在步骤S3中形成所述铟柱的步骤包括：S3.1，在所述第一开口中沉积铟柱材料层，以在所述第一开口中形成形状呈中空的闭合环的铟柱；S3.2，去除所述第一光刻胶层。7.如权利要求5所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天伦，毛剑宏，
申请(专利权)人：浙江珏芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：