铟柱及其制备方法

1.本申请涉及微纳加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种铟柱及其制备方法。


背景技术：

2.随着集成电路封装密度的提高，传统的引线键合技术已经很难满足要求，倒装焊技术的发展能够解决该问题，现已得到了广泛的应用。倒装焊技术(flip chip technology)是指集成电路芯片(ic芯片，integrated circuit chip)面朝下，与封装外壳或布线基板直接互连的一种技术，又称为倒扣焊技术。经倒装焊工艺得到的芯片称为倒装芯片(flip-chip)。
3.根据倒装焊互连工艺的不同，倒装焊技术主要分为以下四种：焊料焊接法、凸点压焊法、树脂粘接法和热超声。由于凸点芯片倒装焊的芯片焊盘可采用阵列排布，所以芯片安装密度高，因此凸点压焊法在高i/o数的大规模集成电路(large-scale integrated circuit，lsi)、以及超大规模集成电路(very large scale integration，vlsi)芯片以及高频、高速的电子产品中应用广泛。凸点压焊法需要在芯片上的焊盘位置做出焊接凸点。目前金属铟是常见的焊接凸点材料之一，因此制备出高质量形貌的铟柱至关重要。
4.传统中铟柱的制备使用到金属剥离工艺，常用的方法为使用单种的正胶或负胶，胶厚一般三倍于沉积铟柱的高度。尽管如此，该方法由于图形区域的胶侧壁直接和沉积的铟接触，侧壁上的铟和形成铟柱的铟相互粘连，不仅不易于剥离，还会导致做出的铟柱形貌较差，呈现出随机的突起和凹陷，如图1所示。
5.现有技术中也有采用多层光刻胶的工艺，为了避免第一光刻胶的侧壁与金属铟粘连，会将底切结构做的很大，导致第一光刻胶与衬底结合处的图形远远大于定义图形；而在蒸镀铟时，如果时间较长，则会导致衬底温度变高，蒸发出来的气态铟有横向动量的概率增高，即有侧向移动的倾向，而底切结构又做的很大，没有阻挡材料侧向移动的胶膜侧壁，就会导致铟柱的尺寸远大于定义图形的尺寸，如图2和图3所示，在众多精密器件的制备过程中，焊点处扩散出来的铟会损坏周围的电路结构，影响器件的品质。
6.因此，一种可以避免上述问题的剥离工艺亟待发现。


技术实现要素：

7.本申请针对现有方式的缺点，提供一种铟柱及其制备方法，本申请提供的方法可用于不同高度且形貌优良的铟柱制备，剥离效果好，使得制备出的铟柱的实际尺寸与定义图形尺寸保持一致。
8.第一个方面，本申请实施例提供了一种铟柱的制备方法，包括：
9.在衬底上涂覆第一光刻胶，并对涂覆有所述第一光刻胶的所述衬底进行第一烘烤；
10.对涂覆所述第一光刻胶后的所述衬底进行第一时长的泛曝光；
11.在所述第一光刻胶上涂覆第二光刻胶，然后对涂覆所述第二光刻胶后的所述衬底
进行第二烘烤使所述第一光刻胶中与所述衬底的连接处形成底胶；
12.对所述第二烘烤后的所述衬底进行局部曝光，以定义所述铟柱的位置和形状；
13.对局部曝光后的所述衬底进行短第二时长的第三烘烤，以使所述底胶固化，其中，所述第二时长小于所述第一时长；
14.对进行所述底胶固化后的所述衬底进行依次进行显影、定影，得到图形化的所述第一光刻胶和图形化的所述第二光刻胶，图形化的所述第一光刻胶包括所述底胶和位于所述底胶远离所述衬底一侧的第一通槽，图形化的所述第二光刻胶包括第二通槽，所述第二通槽在所述衬底上的正投影位于所述第一通槽在所述衬底上的正投影内；
15.对所述第二通槽对应的所述底胶和所述第二通槽的边缘进行刻蚀，暴露出边缘修饰后的所述第二通槽所正对的所述衬底；
16.在剩余的所述第二光刻胶上和暴露的所述衬底上沉积铟材料；
17.剥离剩余的所述第一光刻胶和剩余的所述第二光刻胶，得到所述铟柱。
18.可选地，所述第一光刻胶为az系列正性光刻胶，所述第二光刻胶为与所述第一光刻胶溶解于同一显影液的正性光刻胶。
19.可选地，在衬底上涂覆第一光刻胶，包括：以一次匀胶或多次匀胶的方式在清洁后的所述衬底上旋涂所述第一光刻胶。
20.可选地，对涂覆所述第一层刻胶后的所述衬底进行第一时长的泛曝光，包括：采用紫外光刻或激光直写的方式，对涂覆所述第一光刻胶后的所述衬底进行第一时长的泛曝光，所述第一时长大于或等于50s。
21.可选地，对涂覆所述第二光刻胶后的所述衬底进行局部曝光，包括：采用紫外光刻的掩模曝光方式，或激光直写的曝光方式，对涂覆所述第二光刻胶后的所述衬底进行局部曝光。
22.可选地，对局部曝光后的所述衬底进行第二时长的第三烘烤，包括：在所述第一光刻胶的坚膜温度下，对局部曝光后的所述衬底进行所述第二时长的第三烘烤，所述第二时长小于或等于30s。
23.可选地，对进行所述底胶固化后的所述衬底进行依次进行显影、定影，包括：使用单一显影液，对所述底胶固化后的所述衬底进行一次显影，再以去离子水作为定影液进行定影。
24.对所述第二通槽对应的所述底胶和所述第二通槽的边缘进行刻蚀，包括：采用物理刻蚀或反应刻蚀的方法，对所述第二通槽对应的所述底胶和所述第二通槽的边缘进行刻蚀。
25.可选地，在剩余的所述第二光刻胶上和暴露的所述衬底上沉积铟材料，包括：采用蒸发方法在剩余的所述第二光刻胶上和暴露的所述衬底上沉积铟材料。
26.可选地，剥离剩余的所述第一光刻胶和剩余的所述第二光刻胶，得到所述铟柱，包括：将沉积所述形成待沉积材料后的所述衬底置于去胶剥离液中，在20～80℃的温度下，去除剩余的所述第一光刻胶和剩余的所述第二光刻胶，得到所述铟柱，其中，所述去胶剥离液包含有机溶液和无机碱性溶液。
27.第二个方面，本申请实施例提供了一种铟柱，该铟柱由权利要求1-10中任一项的所述的铟柱的制备方法制得。
28.本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
29.1)本发明采用双层胶结构，牺牲层的底切结构避免了传统利用正胶做剥离工艺时铟柱与侧壁粘连而导致的剥离困难、剥离后铟柱形貌差等问题；
30.2)本发明通过特定的工艺流程，在牺牲层上制备出了薄层底胶，通过刻蚀的方法去除底胶并修饰定义图形的第二光刻胶侧壁角度，沉积的铟柱底部受到薄层底胶阻挡而不会发生侧向扩散，使铟柱的尺寸与定义图形一致；
31.3)本发明去胶剥离时使用单一去胶液，避免了传统负胶工艺需要使用多种去胶液和容易产生残胶的问题；
32.4)本发明中作为牺牲层的胶选择面广，且可以通过匀多层胶的方法来加厚，选取适当厚度的光刻胶可用于不同厚度铟柱的剥离。
33.本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
34.本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
35.图1为现有技术中传统工艺制备的焊接凸点的电子显微镜成像图；
36.图2为现有技术中采用多层光刻胶制备的焊接凸点的形貌示意图；
37.图3为现有技术中采用多层光刻胶制备的焊接凸点的电子显微镜成像图；
38.图4为本申请实施例提供的一种铟柱的制备方法的流程示意图；
39.图5为本申请实施例提供的一种铟柱的制备方法的工艺流程图示意图；
40.图6为本申请实施例提供的一种基于单种光刻胶的多层胶膜的光学显微镜成像图；
41.图7为本申请实施例提供的一种铟柱阵列的光学显微镜成像图；
42.图8为本申请实施例提供的一种铟柱的扫描电子显微镜成像的俯视图；
43.图9为本申请实施例提供的一种铟柱焊扫描电子显微镜成像的侧视图。
44.附图标记：
45.1-衬底；2-第一光刻胶；201-第一通槽；202-底胶；3-第二光刻胶；301-第二通槽；4-铟柱；5-铟柱的虚影。
具体实施方式
46.下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
47.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义
来解释。
48.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
49.首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：
50.铟柱：利用蒸发镀膜等方式在衬底样品特定位置沉积的柱状铟金属，常作为焊点使用。
51.曝光及显影：一种微纳加工技术，主要涉及紫外光刻，即在衬底样品表面涂敷光刻胶，然后将紫外光透过掩模版照射到衬底表面，利用光化学反应改变光刻胶被光照射部分的性质，然后将该与光反应的区域溶解到特定溶液中，达到在衬底表现做出特定图形的目的。
52.底切：英文“undercut”的中文译名，是一种光刻胶的结构，常指胶的底部比顶部宽，侧壁由顶部至底部逐渐向外扩展，光刻胶剖面呈正梯形，经过工艺改良，也会呈现“凸”形等。
53.底胶：因为衬底加热、显影过程中的化学反应、空气中氧化等多种因素导致在涂敷了光刻胶的衬底表面界面处的光刻胶发生变性，不再溶解于常见的显影液，属于“残胶”的一种。在微纳加工领域，通常会使用去胶机等化学或物理刻蚀的方法来去除底胶。
54.牺牲层：在剥离技术中，为了剥离非定义区域的沉积材料，会在非定义区域的衬底上涂敷光刻胶；剥离时，这层光刻胶溶解于特定的溶液，同时沉积于其上层的材料也一并剥离，该层光刻胶即称为牺牲层。
55.剥离：即剥离工艺(lift-off technology)是指衬底经过涂敷光刻胶、曝光、显影后，以具有一定图形的光刻胶为掩模，带胶通过蒸发等方法沉积所需的材料，如金属等，然后在去除光刻胶的同时，把光刻胶膜上的非需求材料一起剥离干净，最后在衬底上只留下原刻出图形的材料结构。
56.下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
57.本实施例提供了一种基于单种光刻胶的多层胶膜的图形化方法，如图4和图5所示，本实施例提供的图形化方法包括以下步骤：
58.s101：在清洁后的衬底1上涂覆第一光刻胶2，并对涂覆有第一光刻胶2的衬底1进行第一烘烤。
59.具体地，第一光刻胶2可以采用正性光刻胶，采用旋涂方式涂覆在清洁后的衬底上。在本步骤中，对涂覆有第一光刻胶的衬底进行第一烘烤，包括：在第一光刻胶2的软烘温度下对第一光刻胶2的衬底1进行第一烘烤。不同光刻胶的软烘温度有所区别，以az 4620正性光刻胶为例，其软烘温度为100℃。
60.s102：对涂覆第一光刻胶2后的衬底1进行第一时长的泛曝光。
61.具体地，采用紫外光刻或激光直写的方式，对涂覆第一光刻胶2后的衬底1进行第一时长的泛曝光，第一时长大于或等于50s。即对涂覆第一光刻胶2后的衬底1进行较长时间的全面曝光，使第一光刻胶2彻底转化为能够溶于显影液的牺牲层，便于实现后续的剥离操
作。
62.s103：在第一光刻胶2上涂覆第二光刻胶3，并进行第二烘烤以使第一光刻胶2中与衬底1连接处形成底胶202。
63.具体地，第二光刻胶和第一光刻胶为同一种光刻胶，进行第二烘烤使第一光刻胶中与衬底连接处形成底胶202，包括：在第一光刻胶2的软烘温度下对涂覆第二光刻胶3后的衬底1进行第二烘烤，使第一光刻胶2中与衬底1连接处形成底胶202。
64.s104：对涂覆第二光刻胶后的衬底进行局部曝光，对进行局部曝光后的衬底进行第二时长的第三烘烤，以使底胶固化，第二时长小于第一时长。
65.具体地，对涂覆第二光刻胶3后的衬底1进行局部曝光，包括：采用紫外光刻的掩模曝光方式，或激光直写的曝光方式，对涂覆第二光刻胶3后的衬底1进行局部曝光。
66.具体地，对局部曝光后的衬底1进行第二时长的第三烘烤，包括：在第一光刻胶2的坚膜温度下，对局部曝光后的衬底1进行第二时长的第三烘烤，第二时长小于或等于30s。
67.s105：对第二光刻胶3和底胶202固化后的第一光刻胶2一并依次进行显影、定影，得到图形化的第一光刻胶2和图形化的第二光刻胶3，图形化的第一光刻胶2包括底胶202和位于底胶202远离衬底1一侧的第一通槽201，图形化的第二光刻胶3包括第二通槽302，第二通槽301在衬底1上的正投影位于第一通槽201在衬底1上的正投影内。即图形化的第一光刻胶2和图形化的第二光刻胶3形成底切结构。
68.s106：对第二通槽301对应的底胶202和第二通槽301的边缘进行刻蚀，暴露出边缘修饰后的第二通槽301所正对的衬底1。
69.s107：在剩余的第二光刻胶3上和暴露的衬底1上沉积铟材料。
70.具体地，采用蒸发方法在剩余的第二光刻胶3上和暴露的衬底上沉积铟材料。
71.s208：剥离剩余的第一光刻胶2和剩余的第二光刻胶3，得到铟柱4。
72.具体地，将沉积铟材料后的衬底1置于去胶剥离液中，在20～80℃的温度下，去除剩余的第一光刻胶2和剩余的第二光刻胶3，得到铟柱4，其中，去胶剥离液包含有机溶液和无机碱性溶液。
73.本实施例公开的铟柱的制备方法，该方法为在清洗后的衬底1上匀第一光刻胶2，进行第一烘烤以蒸干第一光刻胶2的溶剂；然后进行泛曝光使该层光刻胶全部与光充分反映，易溶于显影液；然后在第一光刻胶2上匀第二光刻胶3并烘干，该正胶与第一层的正胶为同种或显影液去胶液相同的正胶；利用掩模在第二光刻胶3上曝光出图形；显影，第二光刻胶3只有与光反应的区域会溶解于显影液，第一光刻胶2的全部区域均和光充分反映，故会随着显影时间的延长逐渐横向溶解，形成底切结构，该底切结构的横向尺寸可以通过控制显影的时间来调整；使用去胶机等设备，通入刻蚀气体对第二通槽301正对的的底胶进行刻蚀，同时修饰第二光刻胶3的侧壁角度；使用电子束蒸发等镀膜方法在有该种底切结构的衬底上沉积金属铟，沉积的铟柱4侧壁不会与光刻胶的侧壁粘连；将沉积金属铟后的衬底至于去胶液中，释放两层光刻胶，光刻胶上的非定义图形区域的金属铟随着光刻胶的释放被一起剥离干净，衬底上留下定义图形区域的铟柱。
74.为了便于理解，下述提供一具体实施例，以制备铟柱为例对本申请提供的剥离方法进行说明。
75.本实施例使用az 4620正性光刻胶剥离制备约10μm高度的铟柱：
76.步骤1：选取硅衬底作为衬底，将清洗干净的硅衬底置于旋涂(spin-coating)式匀胶机上，选用az 4620正性光刻胶来形成第一光刻胶，将az 4620正性光刻胶均匀滴于硅衬底的中心，然后以300～800rpm时间1～5s，再以1000～rpm时间运行30～60s进行匀胶，以获得厚度8.5～12μm第一光刻胶。然后将匀胶后的硅衬底置于加热板上，以100℃烘烤120s将第一光刻胶的溶剂蒸干。
77.步骤2：使用紫外光刻机的泛曝光模式(flood-e)对旋涂有第一光刻胶的硅衬底进行曝光，例如，以功率为850～1000w，时间为60～120s对具有第一光刻胶的硅衬底进行泛曝光，使第一光刻胶与光充分反应；。
78.步骤3：将进行过步骤2后的硅衬底置于spin-coating式匀胶机上，选用az4620正性光刻胶旋涂以形成第二光刻胶，然后以300～800rpm先运行3s，再以3000～5000rpm运行30～60s，以获得厚度为5～7μm的第二光刻胶。然后将衬底置于加热板上以100℃烘烤60s～150s，对第二光刻胶进行第二烘烤，同时使第一光刻胶的底部形成底胶。针对不同沉积材料在沉积过程中的横向扩散趋势不同，需要的底胶的厚度略有不同，底胶的厚度可以通过第二烘烤的时长来控制
79.步骤4：使用紫外光刻机的接触模式(hard)，利用掩模版进行局部曝光以定义图形，并将局部曝光后的硅衬底置于加热板上以110℃、时间为10s～30s，进行第三烘烤，以固化底胶，其中，110℃为az 4620正性光刻胶的坚膜温度。
80.步骤5：将进行过步骤4后的硅衬底置于用去离子水稀释过的25％四甲基氢氧化铵(tmah)溶液中(25％tmah:h2o＝1:8)，显影100s～200s，取出后置于去离子水中定影30s～60s，然后取出用氮气吹干，此时在硅衬底上形成具有底胶和底切结构的双层光刻胶膜。具体地，根据实际需求来确定显示时间，以获得不同程度的底切结构。
81.步骤6：将步骤5之后的硅衬底样品置于离子束刻蚀机中，纯氩气离子环境下，能量350ev，加速电压200v，刻蚀底胶20min，同时修饰第二通槽的侧壁的角度。以得到呈阵列排布的铟柱为例，需要得到的光刻胶膜上的图形也为阵列排布的凹槽，如图6所示，在俯视视角，能够看到第二光刻胶3上呈阵列排布的第二通槽301。
82.步骤7：使用热蒸发镀膜设备，在真空度9
×
10-4
pa的条件下，蒸镀约10μm厚的铟金属膜(in)，由于有底切结构，铟金属的侧壁与双层胶膜之间没有粘连，在俯视视角下，铟柱顶部轮廓的形状与第二光刻胶曝光显影后定义出来的形状一致，并且铟柱具有良好的形貌。
83.步骤8：将进行过步骤7后的硅衬底置于丙酮中浸泡以释放az 4620双层正胶，室温剥离24h，然后先后用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗样品，得到定义图形区域的铟柱。得到的铟柱如图7-9所示，铟柱具有良好的形貌，且铟柱下部没有向外扩散，与定义的尺寸一致，其中，由于制得的是呈阵列排布的铟柱4，因此，图9中的铟柱4后有同一列铟柱的虚影5。
84.上述实施例展示了使用正性光刻胶az 4620实现制备铟柱的方法，尤其指出可以实现形貌优良且高度可控的铟柱，比较本实施例制备的如图8和图9所示的铟柱4，以及现有技术中如图1和图3所示的铟柱，本实施例提供的方法制备的铟柱的铟柱的侧壁平整，整体形貌规则匀称呈台状，侧剖面呈梯形。而不同高度的铟柱可以通过改变牺牲层即第一光刻胶的厚度来实现，如多次匀胶来增加第一光刻胶层的厚度；本实施例提供的方法制备的铟柱的底部没有侧向扩散，这使得铟柱的尺寸与定义图形一致，解决了传统方法中制备的铟
柱尺寸比定义图形大的问题。
85.本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
86.在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
87.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
88.在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
89.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
90.应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
91.以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。