混成式焦平面探測器倒裝互連研究.pdf

1、基于第三代半導體材料GaN制作的紫外波段探測器截止波長為365nm，通過調整GaN外延材料內摻鋁含量形成AlxGa（1-x）N使其截止波長在200-365nm范圍內連續(xù)可調，控制鋁組分x達到0.38時，即達到所謂的高鋁組分AlGaN材料，可使材料閾值波長降低至290nm,達到完全日盲的效果。日盲探測器對可見、紅外波段沒有相應，這一特性對在含有紅外和可見光環(huán)境下的紫外光信號探測有重要的意義。AlxGa（1-x）N日盲型紫外焦平面陣列（UV

2、-FPA）探測器除了具有對紫外波段以外的光線不敏感特點以外，其自身還有量子效率高、動態(tài)幅度大、放大能力強、噪聲低等特點。該探測器除了用于軍事探測以外，在高壓電力傳輸線路電暈檢測等民用方面也有廣泛的用途。
　　倒裝焊（Flip Chip）技術是GaN基紫外焦平面陣列探測器研制的關鍵技術之一，本論文對該探測器倒裝焊技術所涉及的銦柱制備、芯片互連、底部填充工藝開展了研究。通過調整電極金屬膜系結構，形成內部浸潤、外部不浸潤的銦柱縮球電極結

3、構。采用丙三醇作為溶劑，在180℃條件下進行濕法縮球，成功獲得中心間距30μm，陣列規(guī)模3203256，高度≥10μm、凸點生長率＞99.9％的均勻銦柱陣列。
　　介紹了焦平面器件倒焊質量評價的主要方法，分析了并驗證了焊接溫度、銦柱高度、器件表面翹曲三個對倒裝焊質量有顯著影響的要素。
　　針對以藍寶石（GaN基紫外探測器）與硅（讀出電路）互連工藝時的材料特性進行優(yōu)化。選用金屬銦作為互連材料具有應力釋放快、抗剪切力強、焊接溫度

4、低的特點，通過表面氧化層預處理、冷壓焊接工藝等措施解決了銦柱氧化的問題；利用FC150（倒焊設備）自帶的激光測距功能對探測器表面平整度進行監(jiān)測，通過篩選淘汰的方式，將探測器表面平整度控制到≤2μm的范圍；在銦柱高度≥10μm的情況下；采用冷壓（80℃、8Kg、180s）的方式實現(xiàn)了有效連通率≥99%的倒裝互連效果。
　　藍寶石與硅材料互連后出現(xiàn)熱失配現(xiàn)象。根據填充材料流體流動原理，針對紫外焦平面器件互連縫隙寬度≤10μm的情況開發(fā)