背照式碲镉汞长波红外探测器制造技术

本专利公开了一种背照式碲镉汞长波光导型红外面阵探测器，其特征在于，包括：一硒化锌衬底；一通过环氧胶固定在衬底上的碲镉汞薄片；与衬底接触的碲镉汞薄片面带有阳极氧化层与ＺｎＳ增透层，通过光刻在碲镉汞薄片表面的双层钝化面上形成光敏元面阵，及分别位于光敏元二端的信号引出电极区和公共电极区。信号引出电极区与公共电极区，均从采光面的背面引出，在规定的区域生长铟柱，信号读出电路板生长铟柱，采用铟柱互连的方式。将芯片电极的铟柱和电极板的铟柱连在一起。信号和公用电极区上依次生长有铟层、金层，铟柱。构成背照式碲镉汞长波光导型红外面阵探测器。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术专利涉及光电探测器技术，具体是指一种背照式碲镉汞长波光导型红外面阵探测器。
技术介绍
随着红外器件应用领域的发展，对器件使用的分辨率要求越来越高，从单元发展 到线列，再到现在的面阵。对于使用而言面阵探测器要求占空比越大越好，也就是说在给定 的面阵器件面积内，光敏面占的比例越大越好，光敏面之间的间隔越小越好。由于面阵的每 个光敏元有引线布置，所以又希望光敏面之间的间隔尽量的大，目前我们碲镉汞长波光导 型红外面阵器件采用的是传统正照工艺，引线布置在器件正面，考虑到要有一定的占空比， 导致了光敏面间隔太小，引线布置困难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种能够适用于碲镉汞长波光导型红外面阵探测器的 背照式探测器结构，通过背照式结构的器件来解决目前要求列阵光敏面间间隙小，从而造 成信号引线无法布置的问题。本专利碲镉汞长波光导型红外面阵探测器结构如附图1所示，它包括芯片和电路 两部分，其结构特征在于1)长波碲镉汞面阵芯片结构在透过能达到70%的硒化锌衬底1上，通过低温 环氧胶2贴上厚度为10 μ m碲镉汞薄片5，碲镉汞薄片在40 60K的工作波段为12 12. 5 μ m, 77K温度下迁移率大于4E+5cm2 · T1 · S—1，电子浓度小于7E+14cnT3，与硒化锌衬底 1接触的碲镉汞薄片5的表面分别长有800 A厚度的阳极氧化层4与9000人厚度的ZnS增 透层3，通过光刻在碲镉汞薄片5表面的双层钝化面上形成光敏元面阵，碲镉汞薄片5的另 一面依次生长厚度为200人的铟层6与厚度为5000人的金层A7作为导电电极，其上再生长 一层厚度为5000人的Si02绝缘层A14，最后生长10 μ m高的铟柱A13。2)电路结构采用双面抛光的蓝宝石基板12，在上面依次长厚度为200人的铬层 11与厚度为10000 A的金层BlO作为电极，其上再生长一层厚度为5000 A的Si02绝缘层 B9与10口111高的铟柱815。3)芯片与电路互连利用铟柱互连技术，将芯片部分的铟柱A13与电路部分的铟 柱B15进行互连，利用低温环氧填充胶8对互连好的探测器结构空隙进行引导灌封。本专利技术有以下几个优点1.引线布置在背面可大大减小光敏面之间的间隔，能达最高的占空比，以我们 8X8面阵，光敏面中心距为350X350的器件为例，光敏面面积337Χ337μπι，间隔槽宽 13 μ m，通过计算得到得到的占空比约为93%，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.背面引线使得多列面阵光导器件信号电极布线更容易。在信号线间加盖Si02 绝缘膜，使多元间的串音能降低到最小；3.由于电极做到了背面，减少了信号电极对入射光的阻碍，使得光敏面能接受到 更多的光能；4.工艺中利用硒化锌衬底既解决了光导器件的衬底问题，同时又解决了此碲镉汞 长波面阵芯片需高透过的窗口问题；5.在每个光敏面中央增加了只起热传导作用的铟柱，既解决了背照芯片工作时热 量传导问题，又增加了芯片稳固性。附图说明图1芯片剖面图中标号说明如下⑴硒化锌衬底；⑵低温环氧胶；(3)ZnS增透 层；(4)阳极氧化层；(5)碲镉汞薄片；(6)铟层；(7)金层A ； (8)低温环氧填充胶；(9) Si02 绝缘层B; (10)金层B;(ll)铬层；(12)蓝宝石基板；(13)铟柱A;(14)Si02绝缘层A;(15) 铟柱B。具体实施方式结合说明书附图，以8X8背照式碲镉汞长波光导型红外面阵探测器为实施例，对 本专利作进一步的详细说明，其中采用的工艺为碲镉汞芯片成型的常规工艺1.第一面处理将优选好的碲镉汞材料进行第一面粗磨去除100 ym，抛光去除 40 u m,化学腐蚀去除3 u m等一系列处理，去除损伤后长一层800 A阳极氧化层4作为钝化 膜，整个表面再生长一层9000 A ZnS增透层3 ；2.贴片利用低温环氧胶2将处理完第一面的碲镉汞材料与硒化锌衬底1贴在 一起，并在全自动压片机里进行环氧胶固化，由于我们制备的是长波器件，所以在选择衬底 的时候要尽量选择对长波有高透过能力的材料，这里我们取用厚度为0. 5mm, 0 20mm的硒 化锌衬底1，它的透过能达到70%以上，另外碲镉汞与衬底两者之间的胶要尽量的薄，一般 1 3 ii m贴片后环氧胶的厚度我们可以用德国Mikropack的NanoCalc-2000-VIS膜厚仪来 测的；3.测位错由于我们制备的是8X8面阵器件，光敏面中心距350X350i!m，所以整 个芯片面积较大，芯片的晶格缺陷对面阵器件性能的均勻性的影响比较大，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；4.第二面处理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，要保证不平整度在3 u m以下，然后减薄，精抛至10 y m后与第一面一样清洗， 去损伤，测寿命，挑选符合要求的晶片再做后面的工艺；5.在薄片表面进行第一次光刻，HF腐蚀掉表面残留氧化层后在氩离子束镀膜机 中生长高纯的铟层6与金层A7导电介质，长铟的目的是保证能与碲镉汞有很好的附着力与 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。铟层 厚度为200入，金层厚度为5000 A,金属镀膜温度为50摄氏度，完成之后进行浮胶；6.第二次光刻刻出8X8图形进行氩离子刻蚀图形并保证刻透彻。完成之后再浮去表面的光刻胶；7.第三次光刻留出每个图形的电极引出区，其它区域均生长5000入的Si02绝缘 层A14，目的是在布置电极引线时与下面的碲镉汞薄片5绝缘；8.第四次光刻在芯片已成型的铟金电极区域生长要与电路板互连的铟柱A13， 铟柱高度为10 ym，完成后将芯片表面不要铟层的区域去除，并清洗残留光刻胶；9.在整个芯片表面甩上3 5i!m光刻胶保护，将芯片烘干等待与电极版互连；10.第五次光刻在宝石电路板长铬金层，要有足够的厚度，才能保证串音间减 小，电阻降低，信号能量不损失，铬层11厚度为200入，金层附0厚度为1000011.第六次光刻宝石电路板生长5000 A的Si02绝缘层B9，进行浮胶去除焊盘区 的Si02层；12.第七次光刻在已成型的宝石电路板上规定的区域内，光刻宝石电路铟柱图 形；13.长10 ym高度的铟柱B15，完成后同样要进行对表面不需要铟层的区域进行化 学去除残留光刻胶；14.对已成型好的面阵芯片在disco宝石划片机上进行划片分割，清洗，表面镜 检，挑选合格的芯片保存待用；15.将已成型的宝石电路与已成型好的面阵芯片利用铟柱互连工艺进行互连；16.对已互连组件的电路与面阵芯片间的区域进行低温环氧填充胶8灌胶固封， 以便达到互连的可靠性与提高热传导的能力17.将互连后芯片的信号电极进行金丝球焊；18.在真空杜瓦测试瓶中进行一系列的测量，可测得器件的信号大小，噪声的量 级，串音的范围等数据，从而筛选合格的多元面阵器件。这样我们就得到了 8X8背照式碲镉汞长波光导型红外面阵探测器。权利要求一种背照式碲镉汞长波红外探测器，它包括芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照式碲镉汞长波红外探测器，它包括芯片和电路两部分，其特征在于：　　所述探测器的芯片结构为在硒化锌衬底（１）上，通过低温环氧胶（２）贴上厚度为１０μｍ碲镉汞薄片（５），与硒化锌衬底（１）接触的碲镉汞薄片（５）的接触面先后长有８００＊厚度的阳极氧化层（４）与９０００＊厚度的ＺｎＳ增透层（３），碲镉汞薄片（５）的另一面依次生长厚度为２００＊的铟层（６）与厚度为５０００＊的金层Ａ（７）作为导电电极，其上再生长一层厚度为５０００＊的ＳｉＯ２绝缘层Ａ（１４），最后生长１０μｍ高的铟柱Ａ（１３）；　　所述的探测器的电路结构为：在双面抛光的蓝宝石基板（１２）上面依次生长厚度为２００＊的铬层（１１）与厚度为１００００＊的金层Ｂ（１０）作为电极，其上再生长一层厚度为５０００＊的ＳｉＯ２绝缘层Ｂ（９）与１０μｍ高的铟柱Ｂ（１５）；　　所述探测器的芯片部分和电路部分通过铟柱互连技术使芯片的铟柱Ａ（１３）与电路的铟柱Ｂ（１５）进行互连而结合在一起，利用低温环氧填充胶（８）对互连好的探测器结构空隙进行导引灌封。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵水平，朱龙源，李向阳，刘诗嘉，兰添翼，王妮丽，蔡子健，贾嘉，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]