一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法與流程

本發明提供了一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，屬于紅外焦平面探測器。

背景技術：

1、紅外焦平面探測器是一種用于探測紅外輻射的器件。它的工作原理基于紅外輻射效應，利用紅外輻射與探測器材料相互作用，產生電信號進行探測和測量。具有高靈敏度、快速響應、寬波段、低噪聲等特點，廣泛應用于紅外成像、熱成像、夜視儀器、導彈制導、氣象觀測等領域。紅外焦平面探測器通常由銦柱陣列將研制好的焦平面陣列芯片和讀出電路陣列互連混成。其中銦柱起著連通探測器焦平面陣列芯片和讀出電路使兩者良好導通的作用。

2、目前，高密度、小間距紅外探測器已成為紅外探測器技術發展的重要方向，同時也對工藝過程中銦柱陣列的生長高度與縱橫比提出了新的要求。但現有工藝中銦柱生長存在生長高度低、形貌差的結構效果，容易增加后續倒裝鍵合中鍵合強度低、短路的風險，無法滿足技術要求。此外，銦的氧化特性和大縱橫比的陣列結構增加了氧氣接觸的比表面積，易造成銦柱表層氧化生成氧化銦。氧化銦的增加會導致倒焊互聯效果變差從而降低傳感器的靈敏度；還會產生額外的電阻與發熱量使探測器在接收紅外輻射信號時損失一部分能量，增加探測器的噪聲并降低其探測效率。現用的金屬防氧化措施常用鍍層防護的辦法在金屬表面生成一層薄膜，隔離金屬與氧氣的直接接觸進而提高抗氧化性能。

3、電鍍工藝雖然能以待鍍金屬為陰極，經電解原理在待鍍金屬表面形成復合鍍層，起到防氧化的作用。然而電鍍工藝存在過度依賴鍍件形狀的缺點，對于銦柱陣列這種形狀復雜的鍍件，容易出現鍍件電流密度分布不均勻、導致鍍層厚薄不一的問題，且現用工藝中沒有適用于銦柱陣列上生長均勻鍍層的防護技術。

技術實現思路

1、本發明為了解決現有工藝中在銦柱陣列中電鍍復合鍍層出現的鍍件電流密度分布不均勻、導致鍍層厚薄不一問題，提出了一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法。

2、為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：在芯片上方蒸鍍銦層；

4、s2：在銦層上方勻膠后進行光刻、顯影、堅膜，使芯片上方不需要生長銦柱的地方得到光刻開孔，需要生長銦柱的地方進行光刻膠掩蔽；

5、s3：對芯片進行刻蝕，將銦層上不需要生長銦柱的位置刻蝕掉；

6、s4：對刻蝕后的芯片去膠；

7、s5：采用化學鍍的工藝，將芯片放在含惰性金屬離子的化學溶液中進行復合鍍層制備，在基層銦柱的上表面和側壁生長一層指定高度的薄鍍層，得到包覆復合鍍層的銦柱陣列。

8、步驟s1中采用電子束蒸鍍機在芯片表面均勻蒸鍍一層8-15μm高的銦層。

9、步驟s2中選用az6130正性光刻膠作為勻膠的光刻膠。

10、步驟s2進行光刻、顯影、豎膜的步驟如下：

11、光刻膠均勻滴于芯片中心，以500～800rpm勻膠運行3～5s，再以4000～6000rpm運行30s進行勻膠，以獲得厚度2～3μm的光刻膠；

12、然后將勻膠后的芯片置于加熱板上前烘，以100℃烘烤60～120s將光刻膠的溶劑蒸干；

13、使用紫外光刻機利用掩模版對芯片進行局部曝光以定義圖形；

14、將進行過曝光后的芯片置于用去離子水稀釋過的四甲基氫氧化銨溶液中，顯影30s～60s，取出后置于去離子水中定影30s～60s，然后取出用氮氣吹干，此時在芯片上形成光刻膠陣列，隨后將勻膠后的芯片置于加熱板上堅膜，以110℃烘烤300～800s將光刻膠陣列的結構進一步固定。

15、步驟s3中采用離子束刻蝕工藝對光刻后的芯片進行離子束刻蝕，刻蝕束壓為250-300v，束流為50-60ma，刻蝕時間為70-100分鐘。

16、采用溶液對離子束刻蝕結束的芯片進行濕法刻蝕，利用濕法溶液的化學反應將干法刻蝕在銦柱側壁形成的殘余金屬和氧化銦漂洗干凈。

17、步驟s4中采用丙酮溶液將刻蝕結束后的芯片上剩余的光刻膠清洗干凈。

18、步驟s5中采用含銀離子的化學溶液進行銀鍍層的制備。

19、所述銦柱陣列可替換成任意一種容易被氧化的金屬陣列。

20、本發明相對于現有技術具備的有益效果為：

21、本發明的工藝為蒸鍍銦層，光刻后，采用離子束刻蝕進行反刻蝕，將多余的銦層刻蝕后，形成所需的銦柱陣列，可避免常規光刻-蒸鍍-剝離的銦柱工藝固有的銦層在孔內橫向生長形成的缺陷，與傳統的銦柱光刻-蒸鍍-剝離工藝相比，本發明可有效改善銦柱的形貌，且高度可根據蒸鍍銦層的厚度精確調控，生長出頂部平整、生長高度可控的銦柱陣列；

22、本發明中經離子束刻蝕將銦層刻蝕為側壁垂直的銦柱陣列后，采用濕法刻蝕工藝將離子束刻蝕過程中高能離子轟擊造成的表面粗糙側壁和殘余金屬點經反應去除，增加側壁的潔凈度與光滑度，便于后續化學鍍銀的致密度和結合力；

23、本發明的化學鍍銀工藝采用銦柱作為化學鍍銀的基層，相對傳統磁控濺射、電子束蒸鍍、熱蒸發、電鍍工藝等鍍層生長不均勻的特點，可同時在銦柱頂部與側壁形成充分包覆、厚度均勻、附著力較好的銀層；且工藝簡潔，無需光刻、蒸鍍、通電等步驟，可產生以下效果：復合鍍層結構可有效防止銦柱被氧化，抑制氧化銦對探測器性能的影響，鍍層均勻，結合力良好，并且工藝簡單，成本低廉。

技術特征：

1.一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s1中采用電子束蒸鍍機在芯片表面均勻蒸鍍一層8-15μm高的銦層。

3.根據權利要求1所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s2中選用az6130正性光刻膠作為勻膠的光刻膠。

4.根據權利要求3所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s2進行光刻、顯影、豎膜的步驟如下：

5.根據權利要求4所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s3中采用離子束刻蝕工藝對光刻后的芯片進行離子束刻蝕，刻蝕束壓為250-300v，束流為50-60ma，刻蝕時間為70-100分鐘。

6.根據權利要求5所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：采用溶液對離子束刻蝕結束的芯片進行濕法刻蝕，利用濕法溶液的化學反應將干法刻蝕在銦柱側壁形成的殘余金屬和氧化銦漂洗干凈。

7.根據權利要求1所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s4中采用丙酮溶液將刻蝕結束后的芯片上剩余的光刻膠清洗干凈。

8.根據權利要求1所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：步驟s5中采用含銀離子的化學溶液進行銀鍍層的制備。

9.根據權利要求1-8任一項所述的一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，其特征在于：所述銦柱陣列可替換成任意一種容易被氧化的金屬陣列。

技術總結
本發明提供了一種復合鍍層銦柱陣列的制備方法，屬于紅外焦平面探測器技術領域；解決了現有工藝中在銦柱陣列中電鍍復合鍍層出現的鍍件電流密度分布不均勻、導致鍍層厚薄不一問題；包括以下步驟：在芯片上方蒸鍍銦層；在銦層上方勻膠后進行光刻、顯影、堅膜，使芯片上方不需要生長銦柱的地方得到光刻開孔，需要生長銦柱的地方進行光刻膠掩蔽；對芯片進行刻蝕，將銦層上不需要生長銦柱的位置刻蝕掉；對刻蝕后的芯片去膠；采用化學鍍的工藝，將芯片放在含惰性金屬離子的化學溶液中進行復合鍍層制備，在基層銦柱的上表面和側壁生長一層指定高度的薄鍍層，得到包覆復合鍍層的銦柱陣列；本發明應用于銦柱陣列的制備。

技術研發人員：史鵬程,任晉,馮偉,史均偉,韓潤宇,蘇瑩
受保護的技術使用者：太原國科半導體光電研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21