一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构及其制作方法与流程

本发明涉及半导体混合集成芯片制造技术，特别涉及一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构及其制作方法。

背景技术：

目前，红外成像系统已经大量应用于军事、工业、环境、医学等方面，并且随着科技的进步，人们对高密度(高分辨率)、大面阵探测器的需求正在不断增加。红外焦平面探测器是红外成像系统的核心部件，由分别制备的探测器阵列(planedetectorarray，pda)芯片和sicmos信号处理电路(readoutintegratedcircuit，roic)互连而成，互连工艺是大面阵、高密度红外焦平面探测器研制中的一项关键技术。

金属铟(in)在较低的温度(低至液氦温度)都具有良好的延展性和很好的柔软性，展现了良好的机械和电气互连特性，满足红外焦平面器件机械和电学连接以及缓冲探测器芯片和读出电路在低温下的热膨胀失配的工艺要求，是红外焦平面器件倒装互连的优选工艺材料。实际工艺中，通常采用在两种芯片表面制备出对应的铟电极，再光刻剥离in电极制备出in柱，通过到装互连设备把两面的铟柱面对面一一对准，压焊在一起。在此工艺制程中，高质量的in柱制备技术是互连成功的关键，它直接影响到焦平面器件的光电性能和成像质量。

目前，为保证in柱凸点阵列形貌的一致性，in柱制备通常采用“剥离法”和“回流成球”相结合的工艺方法来实现：首先采用光刻工艺在芯片表面制作in柱光刻胶的模型孔，然后采用热阻蒸发的方式制备所需厚度的in金属膜层，再通过剥离工艺去除凸点以外的多余的in，得到in凸点阵列，最后采用高温“回流成球”的工艺对in柱表面进行熔融处理，对表面整形，提高in柱阵列形貌的一致性。

然而，伴随着需求发展，红外焦平面探测器的像元阵列规模(像元数)不断增加，像元间距不断缩小，焦平面和读出电路的设计及互连的难度也在不断增大。传统的in凸点制备、互连技术暴露出明显的缺点：

1、像元间距缩小，导致in柱制备工艺中打底层和铟柱尺寸的缩小，成球后的in高度急剧下降，互连时微小的调平偏差就会使探测器一角或一边接触不到读出电路从而导致互连失败；像元间距缩小，倒装互连时施加的压力导致接触后的in柱挤压变形，相邻像元短路互连的风险增加；

2、红外系统通常是常温储存或待机，低温工作，每开关机一次都要经受温度冲击，过低的in柱高度会使器件耐受温度冲击的能力大大下降，多次冲击下焊点很快疲劳失效导致器件报废；

因此改进现有in柱阵列制备和互连技术，满足红外焦平面探测器发展的对倒装互连的需求是很有必要和意义的工作。

技术实现要素：

为了改进现有in柱阵列制备和互连技术，满足红外焦平面探测器发展的对倒装互连的需求，本发明提出一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构及其制作方法，所述结构包括roic芯片1和pda芯片9，所述pda芯片9上设置有in凸点阵列，所述roic芯片1上设置有微管结构6，in凸点阵列包括多个in凸点结构8，每个微管结构6插入对应的in凸点结构8中。

进一步的，所述roic芯片1的顶端的中部设置有一块像元pad金属2，所述像元pad金属2上方设置有打底金属4，微管结构6设置在打底金属4表面。

进一步的，所述pda芯片9的顶端的中部设置有一块像元pad金属2，所述像元pad金属2上方设置有打底金属4，in柱凸点结构8设置在打底金属4表面。

一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构的制作方法，pda芯片9上制作in凸点阵列，在roic芯片1上制备硬质金属微管，通过高精度倒装对位和低压工艺，将金属微管插入到对应的in凸点中，实现凸点互连。

进一步的，硬质金属微管的制作包括：

s11、确定微管打底焊盘位置及尺寸，采用光刻技术，在roic芯片1对应的像元焊盘位置，形成打底层的光刻胶金属剥离孔模型；

s12、采用电子束蒸发的方式，在roic芯片1的剥离孔模型上蒸发tiptau金属；

s13、通过剥离工艺，在roic芯片1上的像元焊盘位置形成打底金属4焊盘；

s14、确定微管位置及尺寸，采用厚膜胶光刻技术，在打底焊盘正上方制作微管模型孔；

s15、采用磁控溅射的方式，在微管模型孔表面溅射一层au/pt/au，构成微管架构；

s16、在微管架构表面，均匀涂覆厚型光刻胶7，并高温固化；

s17、表面平坦化，采用机械抛光的工艺方式，对微管顶层进行磨抛，抹去顶部，直到达到要求的微管高度；

s18、芯片去胶，利用正胶剥离液对整个芯片进行浸泡和加热清洗，去尽表面残留光刻胶；

s19、镜检测试，金属微管阵列制作完成。

进一步的，pda芯片9上制作in凸点阵列包括以下步骤：

s21、采用光刻技术，在pda芯片9对应的像元焊盘位置，形成打底层的光刻胶金属剥离孔模型，采用电子束蒸发的方式，在pda芯片9的剥离孔模型上蒸发tiptau金属，通过剥离工艺，在pda芯片9上的像元焊盘位置形成打底技术焊盘；

s22、采用厚膜胶光刻技术，在打底焊盘正上方制作in模型孔，然后采用热阻蒸发方式在in模型孔表面蒸发一定厚度的in金属膜，通过剥离工艺形成in金属凸点；

s23、在甲酸气氛保护下，对in柱表面进行高温回流整形处理；

s24、镜检测试，in凸点阵列制作完成。

本发明与传统in凸点互连技术相比，本发明具有如下优势：

(1)凸点接触面积减小，可实现低压力倒装互连；

(2)金属微管的插入连接方式，可避免in凸点在压力作用下横向形变，降低相邻像元in凸点互连的风险；

(3)微管插入可增加凸点接触面积，提升倒装互连的可靠性；

(4)插入的连接方式，可降低pda和roic芯片之间因热失配引起的凸点连接面断裂等可靠性风险。

附图说明

图1为本发明硬质金属微管的制作过程中像元微管剥离孔示意图；

图2为本发明硬质金属微管的制作过程中溅射工艺后微管结构示意图；

图3为本发明硬质金属微管的制作过程中厚膜胶与平坦化工艺后的微管结构示意图；

图4为本发明硬质金属微管的制作过程中磨抛工艺后微管结构示意图；

图5为本发明硬质金属微管的制作过程中成品微管结构示意图；

图6为本发明探测器阵列芯片像元in凸点结构示意图；

图7为本发明一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构示意图；

其中，1、roic芯片，2、像元pad金属，3、厚膜光刻胶，4、打底金属，5、顶层多晶硅，6、微管结构，7、厚型光刻胶，8、in柱凸点结构，9、pda芯片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了改进现有in柱阵列制备和互连技术，满足红外焦平面探测器发展的对倒装互连的需求，本发明提出一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构及其制作方法，所述结构包括roic芯片1和pda芯片9，所述pda芯片9上设置有in凸点阵列，in凸点阵列包括in柱凸点结构8，所述roic芯片1上设置有微管结构6，每个微管结构6插入对应的,in柱凸点结构8中。

进一步的，所述roic芯片1的顶端的中部设置有一块像元pad金属2，所述像元pad金属2上方设置有打底金属4，微管结构6设置在打底金属4表面。

进一步的，所述pda芯片9的顶端的中部设置有一块像元pad金属2，所述像元pad金属2上方设置有打底金属4，in柱凸点结构8设置在打底金属4表面。

一种混成式焦平面倒装集成用新型凸点结构的制作方法，如图7，pda芯片9上制作in凸点阵列，在roic芯片1上制备硬质金属微管，通过高精度倒装对位和低压工艺，将金属微管插入到对应的in凸点中，实现凸点互连。

进一步的，硬质金属微管的制作包括：

s11、确定微管打底焊盘位置及尺寸，采用光刻技术，在roic芯片1对应的像元焊盘位置，形成打底层的光刻胶金属剥离孔模型；

s12、采用电子束蒸发的方式，在roic芯片1的剥离孔模型上蒸发tiptau金属；

s13、如图1，通过剥离工艺，在roic芯片1上的像元焊盘位置形成打底金属4焊盘；

s14、确定微管位置及尺寸，采用厚膜胶光刻技术，在打底焊盘正上方制作微管模型孔；如图1，采用厚膜胶光刻技术在厚膜光刻胶3上刻蚀，形成一个凹槽，即微管模型孔；

s15、如图2，采用磁控溅射的方式，在微管模型孔表面溅上射一层au/pt/au复合膜，构成微管结构6；au/pt/au复合膜包括两层au和一层pt，即三层结构，其中pt层位于两层au之间。

s16、在微管结构6表面，均匀涂覆厚型光刻胶7，并高温固化；

s17、如图3，表面平坦化，采用机械抛光的工艺方式；如图4对微管结构6的顶部进行磨抛，抹去顶部，直到达到要求的微管结构6的高度；

s18、芯片去胶，利用正胶剥离液对整个芯片进行浸泡和加热清洗，去尽表面残留光刻胶；

s19、如图5，镜检测试，金属微管阵列制作完成。

进一步的，pda芯片9上制作in凸点阵列包括以下步骤：

s21、采用光刻技术，在pda芯片9对应的像元焊盘位置，形成打底层的光刻胶金属剥离孔模型，采用电子束蒸发的方式，在pda芯片9的剥离孔模型上蒸发tiptau金属，通过剥离工艺，在pda芯片9上的像元焊盘位置形成打底技术焊盘；

s22、采用厚膜胶光刻技术，在打底焊盘正上方制作in模型孔，然后采用热阻蒸发方式在in模型孔表面蒸发一定厚度的in金属膜，通过剥离工艺形成n柱凸点结构；

s23、在甲酸气氛保护下，对n柱凸点结构表面进行高温回流整形处理；

s24、如图6，镜检测试，in凸点阵列制作完成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。