[发明专利]一种激光加工芯片的方法

说明书

本发明提供一种激光加工芯片的方法，包括：由激光器、整形元件、振镜、平场透镜搭建激光加工系统；获取制冷型红外探测芯片信息、以及在制冷型红外探测芯片上待加工沟槽的槽形信息；根据制冷型红外探测芯片信息、槽形信息确定激光加工系统中激光加工光束的激光光斑；通过调整整形元件将激光加工光束整形为对应激光光斑，并由激光光斑照射至制冷型红外探测芯片表面，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。本发明通过在激光加工系统中加入整形元件，并同时加上大功率激光加工从而实现较小夹角、较深沟槽的制冷型红外探测芯片表面开槽效果。

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，尤其涉及一种激光加工芯片的方法。

背景技术

红外探测器无论是在民用还是军用都得到了很好的应用，其中制冷型红外探测器的性能尤为卓越。制冷型红外探测器中红外探测芯片经常处在温度剧烈变化的环境中，为了保证其工作性能正常，在工作状态的时候需要对探测器中的红外探测芯片进行液氮制冷，此时的温度大约为-200℃，但是在非工作时段，红外探测芯片是暴露在大气温度下的，例如在沙漠中最高温度有时可以达到70℃左右，所以红外探测芯片所处的环境温度是在-200℃与70℃之间不断变化的。

红外探测芯片的结构分为三层，从上往下依次为感光层，环氧树脂层，芯片电路层，感光层材料包括碲镉汞、碲镉铟等。因此，碲镉汞层与环氧树脂层紧密相连，由于它们的热能胀系数差别较大，所以在长期的环境温度剧烈变化下，它们两层之间容易发生位置偏移。这种反复热应力造成的位置偏移，导致与碲镉汞层连接的铟柱断裂，铟柱的断裂使得碲镉汞层(感光层)与芯片底部的芯片电路层连接断裂，直接造成红外探测器无法使用。

目前应对以上问题的方法是在靠近芯片边缘的位置制备沟槽，沟槽可以有效地缓冲碲镉汞层与环氧树脂层之间的热应力作用，减小热应力对红外探测芯片结构的影响。制备沟槽的宽度越窄越好，且深度正好贯穿到底部芯片电路层。传统的沟槽制备方法主要分为两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀制备沟槽，把样品浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。这种方法的优点：操作简单、设备要求低、刻蚀选择性好；缺点：第一需要对每个芯片进行光刻工艺，费时费力，第二腐蚀锑镉汞以及环氧树脂需要不同的腐蚀液，腐蚀工艺复杂，精度低，易损伤底部读出电路。

干法刻蚀制备沟槽，样品在低真空特定气体环境下，气体以等离子体状态存在，通过电场的加速，轰击在样品需要加工的区域，等离子体会与样品材料化学反应以及将样品材料表面的原子击出，达到刻蚀去除的目的。干法刻蚀的优点：第一刻蚀选择性和各向异性好，第二刻蚀图形可以精确控制且分辨率高；缺点：第一需要对单个芯片光刻，费时费力，第二是损伤底部读出电路。

同时，由于使用的高斯型分布的激光光斑开槽会使得槽深度难以控制，且容易伤到位于底部的芯片电路层，导致制冷型红外探测芯片在激光开槽后出现损坏。

发明内容

本发明提供的激光加工芯片的方法，能够通过在激光加工系统中加入整形元件，并同时加上大功率激光加工从而实现较小夹角、较深沟槽的制冷型红外探测芯片表面开槽效果。

第一方面，本发明提供一种激光加工芯片的方法，包括：

由激光器、整形元件、振镜、平场透镜搭建激光加工系统；

获取制冷型红外探测芯片信息、以及在制冷型红外探测芯片上待加工沟槽的槽形信息；

根据制冷型红外探测芯片信息、槽形信息确定激光加工系统中激光加工光束的激光光斑；

通过调整整形元件将激光加工光束整形为对应激光光斑，并由激光光斑照射至制冷型红外探测芯片表面，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述激光光斑包括方形平顶光斑、圆形平顶光斑、椭圆平顶光斑、菱形平顶光斑中一种或者任意组合。