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像元與讀出電路的相應單元之間實現電連通的。該器件采用背光照結構，即目標輻射從焦平面器件的背面入射，由芯片的每個像元轉換為電信號，再經過讀出電路的讀取、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散長度以下，這樣才能實現高靈敏度探測。

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），所以在拋光時更容易產生表面劃傷，導致粗糙度增大，表面復合速率加快，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銻化銦背面進行腐蝕以減少劃道，然后采用非接觸式清洗方法清洗表面，進而得到潔凈表面。本文針對銻化銦背面減薄后的腐蝕和清洗方式進行研究，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

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；用拋光機通過粗磨、拋光、精拋分步將銻化銦襯底去除至設計厚度。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，以避免清洗時產生劃道。基于紅外成像測試系統進行成像測試，觀察紅外成像結果中是否有劃道，并對表面處理的效果進行評估。圖2所示為現有技術中的常規背面減薄工藝流程與本文提出的新方法的對比情況。

圖2 現有技術中的常規背面減薄工藝流程與本文提出的新方法的對比圖

2結果與討論

2.1用不同酸處理時的影響

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，測試時部分區域的電平較高，所以在測試圖像上出現了亮斑。圖3（ｄ）為用改進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）未經酸處理的器件樣品的紅外成像圖；（ｂ）未經酸處理的器件樣品的顯微照片（局部圖）；（ｃ）經初始腐蝕液處理的器件樣品的紅外成像圖；（ｄ）用改進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過的腐蝕液處理后的銻化銦器件的表面形貌。與未經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表面清洗方法優化

傳統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。

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

我們對其進行優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。調研可去除蠟但對光刻膠沒有影響的有機試劑。表1列出了蠟、光刻膠與去蠟液及石油醚的互溶試驗結果。從中可以看出，去蠟液和石油醚對蠟均有較好的去除效果，而且都不會對光刻膠產生影響。

表1 蠟、光刻膠與有機試劑的互溶試驗結果

由于經過去蠟液或石油醚浸泡的芯片表面會有試劑殘留，需要進一步對去除去蠟液或石油醚進行試驗。表2列出了去蠟液、石油醚與無水乙醇的互溶試驗結果。從中可以看出，石油醚在10 min內完全溶解于無水乙醇試劑中。

表2 去蠟液、石油醚與有機試劑的互溶試驗結果

通過上述試驗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結束語

本文針對器件經過背面減薄后的表面處理進行了研究。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生劃道的幾率，同時避免了由于表面腐蝕速率不均勻導致測試時部分區域電平較高、在測試圖像上出現亮斑等情況；另外還提高了工藝的重復性，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。在后續研究中，由于仍有相關工藝與表面接觸，需要采取有效措施，以減少由人為失誤導致的劃道。