一种基于化学机械抛光工艺的铟柱制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104037101 A(43)申请公布日 2014.09.10

(21)申请号 201410259001.8(22)申请日 2014.06.12

(71)申请人中国科学院上海技术物理研究所

地址200083 上海市虹口区玉田路500号(72)发明人刘丹 陈昱 冯婧文 周松敏

曹菊英 林春 何高胤 胡晓宁(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司

31213

代理人郭英(51)Int.Cl.

H01L 21/60(2006.01)C09G 1/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页权利要求书1页 说明书3页 附图2页

(54)发明名称

一种基于化学机械抛光工艺的铟柱制备方法(57)摘要

本发明公开了一种基于化学机械抛光工艺的铟柱制备方法，该方法是在焦平面器件上光刻铟孔并蒸发铟膜，利用具有弱腐蚀性的化学抛光液，通过化学机械抛光工艺制备铟柱。该种方法制备的铟柱具有高度一致性好、平整度高和致密等优点，能满足大面阵焦平面器件倒装互连的要求。本发明方法操作简单，便于在工艺上实现。

CN 104037101 ACN 104037101 A

权 利 要 求 书

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1.一种基于化学机械抛光工艺的铟柱制备方法，其工艺步骤为：采用常规的光刻曝光工艺制备铟孔；利用宽束源蒸铟设备在样品表面蒸发一层铟膜；将蒸发后的样品用蜡粘贴在特制的玻璃板上；化学机械抛光；将样品从玻璃板上取下，用三氯乙烯浸泡去除样品背面的石蜡，用丙酮溶液浸泡去除样品正面的光刻胶；其特征在于：

所述的化学机械抛光步骤中，抛光机设定的转速为20-40rpm，减薄抛光时间为40-60min；抛光过程中随时观测样品情况，直至光刻胶暴露出来，用去离子水反复冲洗5-10分钟；

所使用的抛光液为氧化铝粉/乙酸/去离子水的混合物，配比为80-120g：200-300ml：350-450ml，其中氧化铝粉的颗粒大小为1-3μm，乙酸为AR纯试剂，去离子水纯度为18M。

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CN 104037101 A

说 明 书

一种基于化学机械抛光工艺的铟柱制备方法

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技术领域：

[0001] 本发明专利涉及倒装焊工艺技术，具体涉及一种基于化学机械抛光的铟柱制备方法。

背景技术：

[0002] 在焦平面器件中需要将探测器芯片的各光敏元与读出电路的输入级一一对应形成电学连接，其电学连接数量从数百个至百万个不等，因此在研制中通常采用铟柱倒装互连焊接。其过程为将焦平面器件的光敏芯片和读出电路芯片分别制备，然后在两种芯片表面制备出对应的铟电极，再光刻剥离In电极制备出铟柱，互连时把光敏芯片上的铟柱与读出电路上的铟柱面对面一一对准,压焊在一起。高质量的铟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。

[0003] 铟柱的形貌和质量决定了互连的成功率。理想的铟柱必须具备优良的高度一致性、形状一致性和致密性。制备铟柱的的方法主要有湿法腐蚀、干法刻蚀和剥离法三种。湿法刻蚀的特点是工艺简单、易于掌握，缺点是易于出现侧蚀和钻蚀。铟的腐蚀需使用强腐蚀剂，对于光刻胶和晶片的腐蚀较严重，一般不宜采用。干法刻蚀的特点是各向异性，刻蚀沿着射频电场方向或粒子束轰击的方向进行，避免了侧蚀，图形边缘非常陡直，但易造成对下电极的腐蚀，控制起来较为困难。若采用反刻蚀法，即用光刻胶保护下电极，然后再进行刻蚀。此种方法虽然能得到较好的图形，对下电极不会造成损坏，但需要用耐刻蚀的掩膜胶作掩蔽，而且工艺繁琐，不易实现。剥离法的特点是工艺简单实用，不需腐蚀，对芯片无损害，适合于一切金属和介质，但是剥离法成形的铟柱高度的一致性、致密性和表面平整度不够理想，给后续的倒装焊工艺带来了一定的困难，同时剥离法对光刻工艺以及光刻胶的要求非常高。

[0004] 目前国内外也没有见到关于铟柱化学机械抛光成形工艺的相关报道。其它需采用多铟柱倒装焊的器件也可采用同样铟柱成形方法。

发明内容：

[0005] 本发明的目的是提供一种铟柱制备方法，主要解决焦平面器件的铟柱平整度和致密性的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明首先采用常规的光刻工艺制备铟孔；然后利用热蒸发在样品表面镀上一层铟膜，此时必须保证所镀铟膜的厚度大于光刻胶的厚度，这时再采用化学机械抛光的方法对整个铟膜进行减薄抛光，直至光刻胶上方的铟膜完全去除；最后进行光刻胶掩模剥离，得到成形的铟柱。

[0007] 上述技术方案的红外焦平面器件的铟柱成形方法如下：

1)光刻铟孔：采用常规的光刻曝光工艺制备铟孔，光刻胶的厚度在5-15μm；

[0009] 2)镀铟膜：利用宽束源蒸铟设备在样品表面蒸发一层铟膜，厚度在10-20μm；[0010] 3)将蒸发后的样品用蜡粘贴在特制的玻璃板上，确保样品水平；

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说 明 书

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4)化学机械抛光：抛光机设定的转速为20-40rpm，减薄抛光时间为40-60min；

抛光过程中随时观测样品情况，直至光刻胶暴露出来，用去离子水反复冲洗5-10分钟；所使用的抛光液为氧化铝粉/乙酸/去离子水的混合物，配比为80-120g：200-300ml：350-450ml，其中氧化铝粉的颗粒大小为1-3μm；[0012] 5)将样品从玻璃板上取下；

[0013] 6)用三氯乙烯浸泡去除样品背面的石蜡，用丙酮溶液浸泡去除样品正面的光刻胶，并使用丙酮、乙醇在室温下分别浸泡清洗各5分钟，确保模块表面没有异物残留，其中三氯乙烯、丙酮和乙醇均为MOS纯试剂。[0014] 本发明的优点是：巧妙地通过化学机械抛光法，制备红外焦平面器件的铟柱，能获得平整度高、高度一致并且致密的铟柱。这种铟柱成形方法，具有工艺简单、操作便捷特点。附图说明

[0015] 图1是：铟柱成形工艺技术路线图。[0016] 图2是：化学机械抛光前后样品的剖面示意图，图(a)是化学机械抛光前样品剖面示意图，图(b)是化学机械抛光后、去胶前样品剖面示意图，图(c)是化学机械抛光、去胶后样品剖面示意图。[0017] 图3是：常规剥离工艺制备的铟柱与化学机械抛光法制备的铟柱SEM形貌对比图，图(a)是剥离工艺制备的铟柱形貌，图(b)是化学机械抛光法制备的铟柱形貌。具体实施方式

[0018] 下面结合附图，以大面阵的红外焦平面探测器为例，对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明：[0019] 1)光刻铟孔：在样品表面涂覆一层厚光刻胶(如AZ4620)，并光刻铟孔，光刻胶厚度为10μm；

[0020] 2)利用宽束源蒸铟热蒸发设备在样品表面蒸发一层铟膜，其中蒸发温度为1500℃，蒸发时间为65分钟，铟膜厚度为15μm。图2(a)为铟膜蒸发完成后样品剖面示意图；

[0021] 3)将蒸发后的样品用蜡粘贴在特制的玻璃板上，确保样品的水平，该步骤在65℃热板上完成；

[0022] 4)配制化学抛光液，抛光液选用氧化铝粉/乙酸/去离子水，配制了三种浓度的抛光液，其中1号抛光液配比为80g：200ml：350ml，2号抛光液配比为100g：300ml：400ml，3号抛光液配比为120g：250ml：450ml，并分别充分搅拌使其混合均匀，然后分别将其倒入不同的抛光桶中，其中氧化铝粉的颗粒大小为2μm；[0023] 5)化学机械抛光：利用logitech公司的抛光机，转速为30rpm，在抛光过程中随时观测样品情况，直至样品表面有光刻胶部分的铟膜抛光干净，光刻胶暴露出来，其中1号抛光液对应的样品整个抛光过程耗时60min，2号抛光液对应的样品整个抛光过程耗时50min将样品取下(需要删除)，3号抛光液对应的样品整个抛光过程耗时40min，并分别用纯度为18M的去离子水反复冲洗8分钟。图2(b)为抛光后样品剖面示意图；[0024] 6)将样品放置于65℃热板上，待样品背面蜡融化后将其从玻璃板上取下；

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说 明 书

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7)利用三氯乙烯溶液去除样品背面残余的蜡，然后用丙酮去除步骤1中的光刻

胶，并分别用丙酮和酒精溶液对整个器件进行清洗，确保器件表面无光刻胶残留。图2(c)为化学机械抛光法制备的铟柱样品剖面示意图。

[0026] 图3为常规剥离工艺和化学机械抛光法制备的铟柱形貌对比。图3(a)为常规剥离工艺成形的铟柱SEM形貌，图3(b)为化学机械抛光工艺成形的铟柱SEM形貌。从图中可以看出，常规剥离工艺制备的铟柱表面粗糙，结构疏松，质量较差，而采用化学机械抛光法制备的铟柱平整度好，铟柱较为致密，能满足后续的倒装焊互连的要求。

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CN 104037101 A

说 明 书 附 图

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图1

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说 明 书 附 图

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图2

图3

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