CN101132034A - 一种制备铟柱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备铟柱的方法，它应用于半导体器件和电路制备工艺。本发明的方法包括工艺流程为芯片处理、前烘、涂胶、对位、曝光、显影、坚膜的正性胶光刻工艺以及工艺流程为芯片处理、装片、抽真空、蒸发、取片、剥离的电子束蒸发铟膜和微超声剥离技术，在进行涂胶工序时，在正性胶涂层中间制备一层金属膜或者其它介质膜，使涂层成为“正性胶厚层－介质或金属膜－正性胶薄层”的结构；然后将上层的薄胶光刻成图形，再用湿法腐蚀掉图形窗口内的介质或金属膜，最后将底层的厚胶通过显影方法去除干净并采用电子束蒸发铟膜、铟膜微超声波剥离技术对铟膜进行剥离。采用本发明的技术制备的铟柱的形貌的精确度明显高于用现有技术制备的铟柱的形貌。

Description

一种制备铟柱的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件和电路制备工艺，尤其是涉及一种量子阱红外焦平面探测器中的铟柱的探测方法。

背景技术

量子阱红外焦平面探测器是近几年发展起来的一种新型红外探测器，是目前红外传感技术的发展方向，它具有响应速度快，可变波长，热稳定性和均匀好等优点，在军事和民用方面占有重要地位，已成为国际上极为重视的高技术研究前沿课题。

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的核心部件，其制造过程是首先分别制备探测器和信号处理电路，然后再互连在一起。互连工艺通常采用的是铟柱倒装互连焊接，即在探测器芯片和信号处理电路芯片上均制备出相同图形的铟柱，然后将二者铟柱对准焊接。要使互连的成功率达到最高，制备高质量的铟柱尤为重要，它直接影响到焦平面器件的光电性能和成像质量。

目前普遍采用的铟柱制备工艺是正性胶光刻和热蒸发镀膜工艺。正性胶是光刻工艺最常用的抗蚀剂，耐酸性好，分辨率较高，一般胶膜厚度不超过2微米；若套刻精度要求不高时，最大胶膜厚度可采用分次涂覆达到5微米。但是当铟膜厚度增加时，由于铟这种金属很“粘”，常规的有机溶剂加热法剥离非常困难，容易导致光刻胶已溶解掉，而铟膜却仍粘在芯片上未去除掉。一般铟柱要求的高度是7微米，胶膜厚度又至少大于铟柱高度2微米，才能满足金属镀膜后的剥离工序，即胶膜厚至少应为9微米。如此厚度的胶膜就需要专门涂覆的厚胶涂胶台、曝光机等设备，因此需要投入过高的成本；尤其是由于厚胶时需要的显影时间较长，当窗口内部的胶通过显影去除干净时，往往窗口上部的几何尺寸也已大大超出了设计要求，且其剖面呈脸盆状，不能形成理想的“剪刀口”形状，这样就造成剥离时很困难，成品率低。正性胶光刻工艺的工艺流程如下：

芯片处理→前烘→涂胶→对位-→曝光→显影→坚膜。

热蒸发镀膜是目前国内外普遍采用的方法。设备较为简单，利用电阻丝将源加热，蒸发速率快；但是其缺点是不可控，每次蒸发所用的铟源需一次用完，所以铟膜厚度的控制完全依赖于铟源的装填量，不易精确控制膜厚，且无法对铟源表面进行预处理。热蒸发镀膜的工艺流程如下：

芯片处理→装片→抽真空→蒸发→取片→剥离。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种制备精确的铟柱图形的工艺方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明所用的设备为普通的涂胶台、曝光机，其方法包括三层叠加正性胶光刻工艺、电子束蒸发铟膜和微超声剥离技术。

正性胶光刻工艺的工艺流程为：芯片处理→前烘→涂胶→对位→曝光→显影→坚膜；蒸发镀膜的工艺流程为：芯片处理→装片→抽真空→蒸发镀膜→取片→剥离。

本发明所述的正性胶光刻工艺为三层叠加光刻技术，即是在进行涂胶工序时，在正性胶涂层中间制备一层金属膜或者其它化合物介质的涂层，使涂层成为“正性胶-介质或金属膜-正性胶”的三层结构；然后对上层薄胶进行光刻，使其成为精确的图形，再用湿法腐蚀掉上述图形窗口内的介质或金属膜，最后将底层厚胶通过显影方法去除干净。然后采用电子束蒸发铟膜，并采用铟膜微超声剥离技术对铟膜进行剥离。

上述技术方案的进一步改进在于，三层叠加光刻技术的涂胶的工艺要求为：第一层正性胶根据工艺要求涂覆厚胶，第二层为80～200纳米介质或金属膜，第三层为400～1000纳米正性胶。

上述技术方案的进一步改进在于：上述介质和金属为不与显影液反应、且具有一定延展性的介质或者金属；其中介质为氮化硅、二氧化硅的其中一种；金属膜为钛、铂、金的其中一种或几种的混合。

本发明的电子束蒸发厚铟膜和微超声剥离技术是采用电子束蒸发技术来制备铟柱。电子束蒸发可通过晶振控制仪对蒸发速率、膜厚实时精确控制；首先进行预蒸发，将铟源表面残留的氧化层和杂质挥发掉；在电子束蒸发台上的数个坩埚可蒸发数种金属，使接触电极和铟柱一次蒸发形成；电子束蒸发采用行星旋转夹具固定芯片，蒸发源到芯片的蒸发距离大于30厘米；采用高真空蒸发，在真空度达到9×10^-5Pa时启动蒸发程序，蒸发结束后继续将真空抽至10^-5Pa时关高真空阀。

上述工艺完成后将芯片取出，采用微超声剥离技术剥离铟膜。

上述微超声剥离技术剥离铟膜的具体方法是：将蒸发好的芯片放入已加热的丙酮溶液里，浸泡30～60秒，待光刻胶膨胀而未完全溶解时，将芯片小功率超声8～12秒，使铟膜产生裂纹，而后用水枪将多余的金属铟冲去。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

上层薄胶可以光刻出精确的图形，然后用湿法腐蚀掉窗口内的介质或金属膜，最后将底层厚胶显影干净。此项技术的关键是利用介质(如：氮化硅、二氧化硅)或金属膜(如：钛、铂、金)不与显影液反应、且有一定应力(即延展性)的特性，精确限制窗口的几何尺寸和形状，使其形成理想的“剪刀口”，以利于金属化后的剥离工序。该介质膜的应用，有效地解决了原有光刻工艺中由于厚胶膜的过度曝光和显影引起的图形窗口胶边缘塌陷，致使窗口上部几何尺寸大大超出设计要求，且其剖面呈脸盆状，无法形成“剪刀口”的弊病。

本发明采用了电子束蒸发技术来制备铟柱，电子束蒸发可以对蒸发速率、膜厚进行实时精确控制，且能进行预蒸发，将铟源表面残留的氧化层和杂质挥发掉，更有效地保证了铟膜的质量；且电子束蒸发台有数个坩埚，可以方便地一次蒸发数种金属，即接触电极和铟柱可一次蒸发形成，简化了工艺流程，缩短了工艺用时，提高了焊接精度。

电子束蒸发采用行星旋转夹具固定芯片，蒸发源到芯片的蒸发距离大于30厘米，保证了蒸发的垂直性和均匀性；采用高真空蒸发，保证了铟膜不被氧化。采用微超声剥离技术对厚的铟膜进行剥离，保证了铟柱剥离成品率在95％以上。

我们将采用本发明的技术制备的铟柱的形貌和采用现有技术制备的铟柱的形貌都拍摄了照片，经过两种技术制成的铟柱形貌的对比，可以看出，采用本发明的技术制备的铟柱的形貌的精确度明显高于用现有技术制备的铟柱的形貌。

附图说明

图1是本发明的涂层结构示意图；

图2是用现有技术制备的铟柱的照片；

图3是采用本发明的技术制备的铟柱照片；

图4是利用本发明技术制备的探测器光敏芯片的铟柱俯视图片；

图5是利用本发明的技术制备的读出电路芯片的铟柱俯视图片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

我们制备的铟柱具有下列要求：

1)铟柱高度7～8微米，光刻胶膜厚不少于10微米；

2)光刻成品率不低于95％，窗口几何尺寸为设计值±2微米；

3)铟膜厚度分布的均匀性为设计值±10％，金属表面光滑、不被氧化；

4)铟膜附着力强，剥离后铟柱成品率不低于95％。

制备上述铟柱的工艺流程为：

1.光刻工艺

1)芯片处理：丙酮-异丙醇依次浸泡数分钟；

2)前烘：100～180℃，3分钟；

3)涂第一层胶：10微米左右

4)坚膜：80～140℃，1～5分钟；

5)淀积金属膜或介质膜：80～200纳米

6)涂第二层胶：500～1000纳米

7)坚膜：80～140℃，1～5分钟；

8)对位

9)曝光

10)一次显影：将铟柱图形内的第二层胶去除干净

11)腐蚀：将铟柱图形内的介质膜去除干净

12)二次显影：将铟柱图形内的第一层胶去除干净

2.铟柱金属化

1)装片：将芯片固定在电子束蒸发台内的行星夹具上；

2)抽真空、热蒸发镀膜：真空度达到9×10^-5Pa时启动蒸发程序；

3)冷却：蒸发完成后，将真空抽至10^-5Pa，然后关高真空阀；

4)放气，取片：待冷却后，进行放气，并将芯片取出；

5)剥离：将蒸发好的芯片放入已加热的丙酮溶液里，浸泡30～60秒，待光刻胶膨胀而未完全溶解时，将芯片小功率超声10秒，使铟膜产生裂纹，而后用水枪将多余的金属铟冲去。

涂胶采用的是“正性胶-介质或金属膜-正性胶”结构的涂覆方式。涂胶后对上层薄胶进行光刻，使其成为精确的图形，再用湿法腐蚀掉上述图形窗口内的介质或金属膜，最后将底层厚胶通过显影方法去除干净。然后采用电子束蒸发铟膜，并采用铟膜微超声剥离技术对铟膜进行剥离。

电子束蒸发镀膜的具体方法是：电子束蒸发铟膜所用设备为晶振控制仪和电子束蒸发台，电子束蒸发采用行星旋转夹具固定芯片，蒸发源到芯片的蒸发距离大于30厘米，保证了蒸发的垂直性和均匀性；采用高真空蒸发，在真空度达到9×10^-5Pa时启动蒸发程序，蒸发结束后继续将真空抽至10^-5Pa时关高真空阀；并采用铟膜微超声剥离技术对铟膜进行剥离。

Claims (5)

1.一种制备铟柱的方法，包括工艺流程为芯片处理、前烘、涂胶、对位、曝光、显影、坚膜的正性胶光刻工艺以及工艺流程为芯片处理、装片、抽真空、蒸发、取片、剥离的电子束蒸发铟膜和微超声剥离技术，其特征在于：在进行正性胶光刻工艺涂胶工序时，在正性胶涂层中间制备一层金属膜或者其它介质膜，使涂层成为“正性胶厚层-介质或金属膜-正性胶薄层”的结构；然后将上层的薄胶光刻成图形，腐蚀掉图形窗口内的介质或金属膜，再将底层的厚胶通过显影方法去除干净；然后采用电子束蒸发铟膜，并采用铟膜微超声波剥离技术对铟膜进行剥离。

2.根据权利要求1所述的一种制备铟柱的方法，其特征在于所述涂胶的方法为第一层涂覆工艺要求厚度的正性胶，第二层涂覆厚度为80～200纳米介质或金属膜，第三层涂覆厚度为400～1000纳米的正性胶。

3.根据权利要求1或者2所述的一种制备铟柱的方法，其特征在于所述介质或者金属为不与显影液反应、且具有一定延展性的介质或者金属；其中介质为氮化硅、二氧化硅的其中一种；金属膜为钛、铂、金的其中一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种制备铟柱的方法，其特征在于所述电子束蒸发铟膜所用设备为晶振控制仪和电子束蒸发台，芯片固定在行星旋转夹具上，蒸发源到芯片的蒸发距离大于30厘米，保证了蒸发的垂直性和均匀性；采用高真空蒸发，在将铟柱图形内的第二层胶去除干净，蒸发结束后继续将真空抽至10-5Pa时关高真空阀；并采用铟膜微超声剥离技术对铟膜进行剥离。

5.根据权利要求4所述的一种制备铟柱的方法，其特征在于所述微超声剥离技术的具体方法是将蒸发好的芯片放入已加热的丙酮溶液里，浸泡30～60秒，待光刻胶膨胀而未完全溶解时，将芯片用小功率超声波振动8～12秒，使铟膜产生裂纹，而后用水将多余的金属铟冲去。

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