銻化銦焦平面器件是通過倒裝互連工藝來使銻化銦芯片的每個(gè)像元與讀出電路的相應(yīng)單元之間實(shí)現(xiàn)電連通的。該器件采用背光照結(jié)構(gòu)，即目標(biāo)輻射從焦平面器件的背面入射，由芯片的每個(gè)像元轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過讀出電路的讀取、放大和輸出。圖1為紅外焦平面混成芯片的成像測試示意圖。為了提高光吸收量子效率，需要將銻化銦襯底的厚度減薄至少子空穴的擴(kuò)散長度以下，這樣才能實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測。

圖1 紅外焦平面混成芯片的成像測試示意圖

與其他半導(dǎo)體材料相比，銻化銦的表面硬度更軟（其硬度為223 Knoop，硅的硬度為1150 Knoop），所以在拋光時(shí)更容易產(chǎn)生表面劃傷，導(dǎo)致粗糙度增大，表面復(fù)合速率加快，造成電性能下降，從而影響器件的性能。因此需要選擇合適的腐蝕液對(duì)銻化銦背面進(jìn)行腐蝕以減少劃道，然后采用非接觸式清洗方法清洗表面，進(jìn)而得到潔凈表面。本文針對(duì)銻化銦背面減薄后的腐蝕和清洗方式進(jìn)行研究，并提出一種新的銻化銦背面減薄后的表面處理方法。

1試驗(yàn)

用蠟將倒裝互連后的銻化銦焦平面器件粘接在玻璃板上，用光刻膠保護(hù)好焊盤，并用非接觸式測厚儀測量器件襯底的厚度；用拋光機(jī)通過粗磨、拋光、精拋分步將銻化銦襯底去除至設(shè)計(jì)厚度。利用不同的酸處理器件表面，去除損傷層；采用非接觸式表面處理方法，以避免清洗時(shí)產(chǎn)生劃道。基于紅外成像測試系統(tǒng)進(jìn)行成像測試，觀察紅外成像結(jié)果中是否有劃道，并對(duì)表面處理的效果進(jìn)行評(píng)估。圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)背面減薄工藝流程與本文提出的新方法的對(duì)比情況。

圖2 現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)背面減薄工藝流程與本文提出的新方法的對(duì)比圖

2結(jié)果與討論

2.1用不同酸處理時(shí)的影響

2.1.1測試圖像

圖3為銻化銦器件的紅外測試圖像。其中，圖３（ａ）為未經(jīng)過酸腐蝕的器件樣品的紅外成像圖，圖3（ｂ）為該器件樣品的顯微照片（局部圖）。從中可以看出，器件表面上存在明顯的劃道痕跡。圖3（ｃ）為經(jīng)過初始腐蝕液處理的器件樣品的紅外成像圖。雖然沒有劃道，但由于表面腐蝕速率不均勻，測試時(shí)部分區(qū)域的電平較高，所以在測試圖像上出現(xiàn)了亮斑。圖3（ｄ）為用改進(jìn)過的腐蝕液處理后的器件樣品的紅外成像圖。可以看出，器件表面上沒有劃道，且圖像均勻。

圖3 （ａ）未經(jīng)酸處理的器件樣品的紅外成像圖；（ｂ）未經(jīng)酸處理的器件樣品的顯微照片（局部圖）；（ｃ）經(jīng)初始腐蝕液處理的器件樣品的紅外成像圖；（ｄ）用改進(jìn)過的腐蝕液處理后的器件樣品的紅外成像圖

2.1.2表面形貌

圖4所示為基于掃描電鏡拍攝的用改進(jìn)過的腐蝕液處理后的銻化銦器件的表面形貌。與未經(jīng)過腐蝕液處理的銻化銦器件表面相比，它沒有明顯的劃道痕跡，且表面光亮、整潔。

圖4 用改進(jìn)過的腐蝕液處理后的銻化銦器件表面的掃描電鏡圖

2.2表面清洗方法優(yōu)化

傳統(tǒng)的清洗方法為手工操作，其主要步驟如下：

（1）去蠟。用鑷子將器件夾住，同時(shí)用酒精棉球擦拭器件背面和四周。

（2）清洗焊盤。將酒精棉球制作成空心球狀，擦拭器件正面的電路焊盤。

（3）清洗器件表面。將器件放入裝有丙酮的培養(yǎng)皿中，然后將長絲棉制作成空心球狀，并用其擦拭器件表面。

（4）鏡檢。將器件吹干，無沾污、無水痕即為合格。

傳統(tǒng)清洗方法存在的問題是，在用長絲棉擦拭器件表面時(shí)，棉花容易在表面上帶入劃道；清洗工藝對(duì)操作人員的手工要求高，工藝重復(fù)性差。

我們對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化的思路是減少長絲棉與器件表面的接觸，即在器件精拋后，用光刻膠將表面覆蓋。調(diào)研可去除蠟但對(duì)光刻膠沒有影響的有機(jī)試劑。表1列出了蠟、光刻膠與去蠟液及石油醚的互溶試驗(yàn)結(jié)果。從中可以看出，去蠟液和石油醚對(duì)蠟均有較好的去除效果，而且都不會(huì)對(duì)光刻膠產(chǎn)生影響。

表1 蠟、光刻膠與有機(jī)試劑的互溶試驗(yàn)結(jié)果

由于經(jīng)過去蠟液或石油醚浸泡的芯片表面會(huì)有試劑殘留，需要進(jìn)一步對(duì)去除去蠟液或石油醚進(jìn)行試驗(yàn)。表2列出了去蠟液、石油醚與無水乙醇的互溶試驗(yàn)結(jié)果。從中可以看出，石油醚在10 min內(nèi)完全溶解于無水乙醇試劑中。

表2 去蠟液、石油醚與有機(jī)試劑的互溶試驗(yàn)結(jié)果

通過上述試驗(yàn)可以確定非接觸清洗工藝：在器件精拋后，用光刻膠覆蓋表面；待光刻膠干燥后，從玻璃板上取下器件，用石油醚浸泡20 min（去除蠟），然后用無水乙醇浸泡10 min（去除殘留的石油醚）。

3結(jié)束語

本文針對(duì)器件經(jīng)過背面減薄后的表面處理進(jìn)行了研究。通過腐蝕液腐蝕去除劃道，并采用基于石油醚和無水乙醇的非接觸式清洗方法，有效降低了器件表面上產(chǎn)生劃道的幾率，同時(shí)避免了由于表面腐蝕速率不均勻?qū)е聹y試時(shí)部分區(qū)域電平較高、在測試圖像上出現(xiàn)亮斑等情況；另外還提高了工藝的重復(fù)性，使銻化銦器件的紅外成像均勻且沒有劃道，從而提高了該器件的成品率。在后續(xù)研究中，由于仍有相關(guān)工藝與表面接觸，需要采取有效措施，以減少由人為失誤導(dǎo)致的劃道。