[发明专利]一种混成式焦平面倒装集成用凸点结构及其制作方法

说明书

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凸点结构及其制作方法，所述结构包括ROIC芯片和PDA芯片，所述PDA芯片上设置有In凸点阵列，所述ROIC芯片上设置有金属微管，所述每个微管结构插入对应的In凸点阵列中的In凸点中；本发明与传统In凸点互连技术相比，凸点接触面积减小，可实现低压力倒装互连；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；微管插入可增加凸点接触面积，提升倒装互连的可靠性；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。

技术领域

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(Plane Detector Array，PDA)芯片和Si CMOS信号处理电路(readout integrated circuit，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。

发明内容

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上方设置有打底焊盘4，微管结构6设置在打底焊盘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上方设置有打底焊盘4，In柱凸点结构8设置在打底焊盘4表面。