[發明專利]一種基于電鍍工藝制備銦焊球陣列方法

有效

• 申請號: 201010143745.5
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101847592A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 黃秋平;羅樂;徐高衛;袁媛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L31/18
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及到一種銦焊球陣列的制備方法，更確切地說涉及一種基于電鍍工藝制備銦焊球陣列方法。所述的銦的焊球陣列主要用于光電器件特別是制冷型焦平面器件與硅讀出電路之間的高密度互連，屬于微電子封裝領域。

背景技術

在制作制冷型焦平面器件的過程中，一個非常關鍵的技術是如何實現光電器件與硅的讀出電路之間的互連。這種互連有以下兩個特殊的要求：(1)在常溫下實現互連，互連之后器件在液氮或液氦的超低溫度工作；(2)互連密度高：密度越高，最終成像系統成像越清晰。要滿足上述要求，互連采取倒轉方式；而互連材料只能用銦，因為銦具有以下良好的特性：(1)在極寬的溫度范圍內均具良好的塑性：在液氮溫度下銦仍具有良好的塑性，這一特性能夠克服焦平面器件與讀出電路因溫度的巨大變化帶來的熱適配問題；(2)冷焊性能：在一定的壓力下在室溫下就可以實現焊接，這一特性可以避免某些焦平面器件如基于碲鎘汞探測紅外探測器件在高溫性能劣化的問題；(3)容易實現小焊球小間距大陣列的BGA芯片制作：研究結果表明，用銦可以制備出凸點直徑10μm，間距為30μm的焊球陣列，該特性為高密度的輸出輸入提供了可能。上述的種種特性是傳統的錫基焊料不具備的。

制備銦凸點陣列的一般方法是蒸鍍法。蒸鍍法研究得比較多，工藝步驟相對簡單，但是對設備要求比較高，且制作過程中銦浪費嚴重，因此它是一種高成本的方法；而本發明試圖用電鍍的方法來制備銦凸點陣列，在該方法中，借助光刻技術實現在需要銦的地方沉積銦。該方法對設備要求比較低，沉積銦時在銦鍍槽中完成。該方法是一種低成本的銦陣列制備方法。但該方法工藝過比較難，且迄今為止對此種方法的研究也很少。本發明提出了一種工藝流程可成功實現銦凸點陣列的制備，利用該工藝流程可以很好地克服諸如種子層很難去除的工藝難點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于電鍍工藝制備銦焊球陣列方法。用電鍍法制備銦凸點的過程中，種子層是必須的；而銦凸點下的金屬化層(underbumpmetallization)一般是Cr/Au，Ti/Ni/Au或Ti/Pt/Au，所以在工藝流程中也選擇它們作為種子層。用上述的三種種子層之一制備銦凸點的工藝過程基本相同，為方便起見，本發明以Ti/Pt/Au種子層為例進行闡述。銦凸點電鍍完成之后，必須將不作為UBM層部分的種子層去除，但在去除種子層Ti/Pt/Au時會出現很大困難：這是因為銦比Ti/Pt/Au的活潑很多，濕法腐蝕(wet?etching)所以不能用來去除種子層；而實驗同樣證明了離子束刻蝕(Ion?Beam?etching，IBE)去除Ti/Pt/Au時會對銦焊球帶來傷害，經離子束刻蝕的銦凸點將無法回流成球。針對以上的特點，本發明設計了一種制作方法，利用本發明提供的制作方法可以成功地去除該種子層：在制作種子層之前進行一次薄膠光刻，然后制作種子層之前先進行一次薄膠光刻，然后制作種子層，在需要沉積銦的地方，涂覆厚正光刻膠，光刻出“模子”，形成薄膠/種子層/厚膠的結構，以電鍍的方法在“模子”中沉積所需高度的銦柱，借助于超聲將種子層剝離，最后在溫度可控的退火爐中實現銦凸點回流，獲得銦焊球陣列。由此可見，薄膠/種子層/厚膠的結構設計是本發明中的關鍵點。

本發明的具體的工藝步驟如下：

A在硅片上腐蝕出鋁焊盤

(a)在硅片上氧化出的氧化層以作為絕緣層；

(b)在氧化后的硅片上濺射-1μm的鋁膜；

(c)涂覆并光刻正膠，用鋁腐蝕液腐蝕出鋁焊盤(Al?Pad)；所用的涂覆的正膠厚度為1-2μm，本發明所用的光刻薄膠型號為S1912；

B鈍化層開口

(a)用PECVD(plasma-enhanced?chemical?vapor?deposition，離子增強型氣相沉積法)沉積一層SiO₂作為鈍化層；鈍化層厚度為3000-

(b)光刻后用RIE(Reaction?Ion?Beam，反應離子刻蝕)或IBE(離子束刻蝕，Ion?Beam?Ethcing)等干法腐蝕方法，在需要開口的金屬鋁焊盤上腐蝕出孔；

C制作種子層

(a)在鈍化層開口的硅片上涂覆薄膠并光刻，光刻完畢后對圓片清邊；

(b)濺射Ti/Pt/Au種子層，其總厚度為

D厚膠光刻

在需要沉積銦的地方，涂覆厚度為10μm-40μm的正光刻膠(厚膠采用AZ9260)，先光刻出“模子”，光刻完成后清邊；

E電鍍銦凸點