碲鎘汞焦平面器件背面減薄技術

李春領，劉海龍

(華北光電技術研究所，北京100015)

1 前言

隨著紅外焦平面器件在軍事上的應用逐漸受到重視［1］，焦平面器件得到了快速的發展［2］。在器件性能提高的同時，工程應用對器件的可靠性提出了更高的要求。中長波的光伏型紅外探測器必須在低溫條件下工作，而器件卻是在室溫下組裝的，當降至低溫時，組成器件的不同材料由于熱膨脹系數的不同而產生不同程度的收縮，從而在器件內部產生熱應力。當應力大小超過材料斷裂強度時，就會對器件產生破壞，導致器件失效。國外主要幾家從事碲鎘汞紅外焦平面器件的機構都在研究解決這一問題的辦法，有的將碲鎘汞薄膜生長在硅襯底上［3］，將問題轉化為碲鎘汞材料制備過程;有的采用襯底減薄的辦法［4］，對減薄工藝提出了很高的要求;還有的采用其他技術途徑解決這一問題［5－7］。本文采用對底部填充的碲鎘汞焦平面器件襯底減薄的方法，通過機械拋光和機械化學拋光進行碲鋅鎘襯底背面減薄，最后采用專用腐蝕液A腐蝕的方法將碲鋅鎘襯底全部腐蝕去除，碲鎘汞全部露出;減薄后的MW1280×1024器件經受高低溫循環沖擊的可靠性顯著提高，取得了良好的應用效果。

2 試驗

將互連后的碲鎘汞焦平面器件粘附在玻璃基板上，保護好焊盤，非接觸厚儀測定器件碲鋅鎘襯底厚度;利用拋光設備對器件襯底進行機械拋光和機械化學拋光，去除碲鋅鎘襯底。器件分別留有5 μm碲鋅鎘襯底、機械化學拋光完全將碲鋅鎘襯底去除和專用腐蝕液腐蝕A完全去除碲鋅鎘襯底，觀察器件表面，測試器件性能。

3 結果與討論

3.1 剩余一定厚度碲鋅鎘襯底的器件性能

圖1為碲鋅鎘襯底為5 μm的MW 1280×1024碲鎘汞焦平面器件表面和測試盲元圖。由圖可以看出，MW1280×1024器件在碲鋅鎘襯底厚度為5 μm時器件經過液氮沖擊測試后，器件表面發生裂片。前期碲鋅鎘襯底減薄試驗過程中，將碲鋅鎘襯底厚度分別留為 400 μm、200 μm 及 50 μm，器件進行測試時均發生碲鎘汞芯片裂片現象。這是由于碲鎘汞和碲鋅鎘材料與Si材料之間的熱膨脹系數差異較大，在高低溫沖擊過程受到熱失配產生的應力作用，碲鎘汞材料與硅材料相比，碲鎘汞材料的強度較低［8］，所以造成芯片開裂。所以為提高碲鎘汞焦平面器件經受高低溫循環沖擊的可靠性，需要將碲鋅鎘襯底全部去除。

圖1 MW1280×1024器件表面及盲元分布圖(碲鋅鎘厚度為5 μm)

3.2 機械化學拋光完全去除碲鋅鎘襯底

由于碲鋅鎘襯底的存在使器件在測試過程中受到高低溫沖擊時造成器件開裂，所以需要將襯底全部去除。通常去除襯底的方法為機械拋光和機械化學拋光以及化學腐蝕，機械化學拋光和化學腐蝕可以獲得無損傷的表面。圖2為機械化學拋光去除碲鋅鎘襯底時碲鎘汞器件表面。由圖2可以看出，機械化學拋光作為最后一個工藝步驟完全去除碲鋅鎘襯底時容易造成部分襯底已完全去除，碲鎘汞露出，可以看到光敏元陣列。如果繼續拋光將碲鋅鎘襯底全部去除，就會對已露出的碲鎘汞表面造成損害，在測試時就會表現為盲元。所以，機械化學拋光不能作為完全去除碲鋅鎘襯底減薄工藝中最后一步。

圖2 機械化學拋光去除碲鋅鎘襯底時碲鎘汞器件表面

3.3 化學腐蝕去除碲鋅鎘襯底

為防止碲鋅鎘襯底完全去除時碲鎘汞不能同時露出而造成器件盲元增加的現象，在襯底減薄過程中采用先機械化學去除碲鋅鎘襯底厚度，再利用機械化學拋光獲得無損傷的碲鋅鎘襯底表面，剩余10 μm左右的碲鋅鎘襯底，最后利用專用腐蝕液完全去除碲鋅鎘襯底。圖3是利用專用腐蝕A液完全去除碲鋅鎘襯底的器件表面。由圖3可以看出，利用專用腐蝕液可以完全將碲鋅鎘襯底完全去除，碲鎘汞全部露出，表面光潔，可以看到光敏元陣列。圖4為減薄后MW1280×1024碲鎘汞焦平面器件測試盲元圖。由圖4可以看出，減薄后的焦平面器件經過3350次高低溫沖擊，盲元數和分布沒有變化，說明器件經受高低溫循環沖擊的可靠性顯著提高。

圖3 專用腐蝕液去除碲鋅鎘襯底的器件表面

圖4 MW1280×1024減薄后盲元圖

4 結論

采用機械拋光和機械化學拋光進行碲鎘汞焦平面器件的碲鋅鎘襯底背面減薄，最后采用專用腐蝕液腐蝕的方法將碲鋅鎘襯底全部腐蝕去除，碲鎘汞全部露出;減薄后的MW1280×1024焦平面器件經受高低溫循環沖擊的可靠性顯著提高，取得了良好的應用效果。

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