混成式焦平面探測(cè)器倒裝互連研究.pdf

1、基于第三代半導(dǎo)體材料GaN制作的紫外波段探測(cè)器截止波長(zhǎng)為365nm，通過(guò)調(diào)整GaN外延材料內(nèi)摻鋁含量形成AlxGa（1-x）N使其截止波長(zhǎng)在200-365nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，控制鋁組分x達(dá)到0.38時(shí)，即達(dá)到所謂的高鋁組分AlGaN材料，可使材料閾值波長(zhǎng)降低至290nm,達(dá)到完全日盲的效果。日盲探測(cè)器對(duì)可見(jiàn)、紅外波段沒(méi)有相應(yīng)，這一特性對(duì)在含有紅外和可見(jiàn)光環(huán)境下的紫外光信號(hào)探測(cè)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(cè)器除了具有對(duì)紫外波段以外的光線不敏感特點(diǎn)以外，其自身還有量子效率高、動(dòng)態(tài)幅度大、放大能力強(qiáng)、噪聲低等特點(diǎn)。該探測(cè)器除了用于軍事探測(cè)以外，在高壓電力傳輸線路電暈檢測(cè)等民用方面也有廣泛的用途。
　　倒裝焊（Flip Chip）技術(shù)是GaN基紫外焦平面陣列探測(cè)器研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，本論文對(duì)該探測(cè)器倒裝焊技術(shù)所涉及的銦柱制備、芯片互連、底部填充工藝開(kāi)展了研究。通過(guò)調(diào)整電極金屬膜系結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)部浸潤(rùn)、外部不浸潤(rùn)的銦柱縮球電極結(jié)

3、構(gòu)。采用丙三醇作為溶劑，在180℃條件下進(jìn)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(diǎn)生長(zhǎng)率＞99.9％的均勻銦柱陣列。
　　介紹了焦平面器件倒焊質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要方法，分析了并驗(yàn)證了焊接溫度、銦柱高度、器件表面翹曲三個(gè)對(duì)倒裝焊質(zhì)量有顯著影響的要素。
　　針對(duì)以藍(lán)寶石（GaN基紫外探測(cè)器）與硅（讀出電路）互連工藝時(shí)的材料特性進(jìn)行優(yōu)化。選用金屬銦作為互連材料具有應(yīng)力釋放快、抗剪切力強(qiáng)、焊接溫度

4、低的特點(diǎn)，通過(guò)表面氧化層預(yù)處理、冷壓焊接工藝等措施解決了銦柱氧化的問(wèn)題；利用FC150（倒焊設(shè)備）自帶的激光測(cè)距功能對(duì)探測(cè)器表面平整度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)篩選淘汰的方式，將探測(cè)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(shí)現(xiàn)了有效連通率≥99%的倒裝互連效果。
　　藍(lán)寶石與硅材料互連后出現(xiàn)熱失配現(xiàn)象。根據(jù)填充材料流體流動(dòng)原理，針對(duì)紫外焦平面器件互連縫隙寬度≤10μm的情況開(kāi)發(fā)