СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИЕВЫХ СТОЛБИКОВ Российский патент 2009 года по МПК H01L21/441 

Изобретение относится к технологии получения индиевых столбиков для микросборок интегральных схем (ИС) или ИК-фотодиодных матриц методом перевернутого кристалла.

В настоящее время широко используется способ монтажа микроэлектронных устройств методом перевернутого кристалла. Наибольшее распространение этот метод получил при изготовлении гибридных инфракрасных (ИК) фотоприемников, охлаждаемых до температуры жидкого азота (Т=77 К), в которых гибридизация матрицы фотодиодов с БИС считывания производится с помощью индиевых микроконтактов. В ИК-фотоприемниках большого формата для достижения высокого коэффициента растяжения и соответственно повышения надежности при термоциклировании необходимо увеличивать высоту индиевых микроконтактов.

Известен способ изготовления индиевых микроконтактов (Jutao Jiang, Stanley Tsao, Thomas O′Sullivan, Manijeh Razeghi, Gail J.Brown. Производство индиевых столбиков для использования в гибридных инфракрасных матрицах. Infrared Physics & technology, 45 (2004), p.143-151) посредством переноса с временного кристалла на рабочий кристалл. Однако экспериментально, как пишут авторы, эта методика не опробована.

Известный способ предполагает, что на временную подложку гальваническим методом наносят металлический слой, обладающий низкой смачиваемостью индием; далее методом взрывной фотолитографии (или электролитическим способом) на временной подложке формируют индиевые микроконтакты. На рабочем кристалле фотодиодной матрицы (материал полупроводниковой подложки - InP, GaAs) на каждом пикселе создаются металлические контакты, имеющие очень хорошую смачиваемость к индию, например из Аu. Используя установку совмещения для «flip-chip» стыковки, проводится перенос индиевых микроконтактов с временной подложки к металлическим контактам рабочего кристалла фотодиодной матрицы. При этом обе подложки должны быть нагреты до температуры выше плавления In (>157°С) в среде азота. После совмещения двух подложек прикладывают небольшое давление для соединения. Далее производят отделение временной подложки от рабочего кристалла фотодиодной матрицы посредством поднятия столика, на котором закреплена временная подложка. При этом поддерживается высокая температура на обеих подложках. Из-за большого отличия энергии связи индия между металлом на временной подложке и металлическими площадками фотодиодных пикселей (например, Аu) на рабочем кристалле фотодиодной матрицы индиевые столбики переносятся на рабочий кристалл фотодиодной матрицы.

К недостаткам известного способа изготовления индиевых столбиков можно отнести необходимость температурного оплавления индиевых микроконтактов при Т>157°С, что для ИК-фотоприемных матриц на основе узкозонных полупроводников принципиально недопустимо, так как это приводит к деградации ИК-материала.

Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления индиевых столбиков и сохранение исходных электрофизических свойств ИК-материала.

Технический результат достигается тем, что:

- слой индия наносят на временную подложку на слой фоторезиста;

- совмещение и стыковку временного кристалла-донора с рабочим кристаллом осуществляют без их нагрева;

- рабочий кристалл может содержать или металлизированные контакты, например никель, или индиевые;

- необходимую высоту индиевых столбиков на рабочем кристалле можно обеспечить неоднократным повторением переноса индиевых столбиков с временного кристалла-донора.

Последовательность технологической цепочки предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-8, где

1- временная подложка, выполненная, например, из кремния;

2 - слой фоторезиста;

3 - слой индия (In);

4 - фоторезистивная маска;

5 - рабочий кристалл ИК-фотодиодной матрицы или кремниевых БИС считывания с металлическими контактами 6 (например, из никеля).

Рабочий кристалл ИК-фотодиодной матрицы выполнен из узкозонного полупроводника, например из кадмий-ртуть-теллур (КРТ) или индий-сурьма (InSb).

Предлагаемый способ позволяет формировать индиевые микроконтакты как на ИК фотодиодных матрицах, так и на кремниевых БИС считывания.

Способ изготовления матрицы индиевых столбиков осуществляют в следующей последовательности:

- на поверхность временной подложки наносят фоторезист (фиг.1);

- на временную подложку с фоторезистом вакуумным распылением наносят слой индия необходимой толщины (фиг.2);

- проводят фотолитографическую обработку по слою индия с последующей сушкой в термостате или на горячей подложке (фиг.3);

- режут временную подложку на кристаллы-доноры (фиг.4) и осуществляют травление слоя индия до фоторезиста, в результате на временном кристалле-доноре сформировались индиевые столбики (фиг.5);

- экспонируют кристаллы-доноры УФ-излучением и растворяют облученные слои фоторезистивной маски с индиевых столбиков и фоторезист между индиевыми столбиками в 0,7% растворе гидрооксида калия. При этом фоторезист под столбиками не растворяется (фиг.6);

- производят совмещение и стыковку индиевых столбиков рабочего кристалла с металлическими контактами временного кристалла-донора стандартным способом (фиг.7). Рабочие кристаллы могут содержать на металлических контактах индиевые микростолбики;

- состыкованные кристаллы обрабатываются в органическом растворителе фоторезиста, например в диметилформамиде, так, что временный кристалл-донор отделяется (фиг.8).

Если перенос индиевых столбиков осуществляется на рабочий кристалл кремниевой БИС считывания, то для выравнивания омических контактов к каждому пикселю, можно проводить оплавление при Т>157°С в инертной атмосфере.

Для получения более высоких индиевых микроконтактов можно перенос индиевых столбиков предлагаемым нами способом повторить несколько раз.

Изготовлены экспериментальные образцы кремниевых БИС считывания с формированием индиевых столбиков предложенным способом.

Изобретение относится к технологии получения индиевых столбиков для микросборок интегральных схем или ИК-фотодиодных матриц методом перевернутого кристалла. Сущность изобретения: для изготовления индиевых столбиков на временную кремниевую подложку наносят слой фоторезиста и слой индия. Проводят фотолитографическую обработку по слою индия с последующей сушкой в термостате или на горячей подложке. Режут временную подложку на кристаллы-доноры и осуществляют травление слоя индия до фоторезиста, в результате чего на кристалле-доноре сформировались индиевые столбики. Экспонируют кристаллы УФ-излучением и растворяют облученные слои фоторезистивной маски с индиевых столбиков и фоторезист между индиевыми столбиками. При этом фоторезист под столбиками не растворяется. Производят стыковку контактов рабочего кристалла и индиевых столбиков кристалла-донора, после чего состыкованные кристаллы обрабатываются в растворителе фоторезиста так, что кристалл-донор отделяется и индиевые столбики остаются на рабочем кристалле. Необходимую высоту индиевых столбиков на рабочем кристалле можно обеспечить неоднократным повторением переноса индиевых столбиков с кристалла-донора. Изобретение позволяет сохранить исходные электрофизические свойства ИК-материала. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ изготовления индиевых столбиков, заключающийся в формировании индиевых столбиков на временной подложке, и последующем переносе их на рабочий кристалл, отличающийся тем, что для формирования индиевых столбиков на временной подложке на нее наносят фоторезист, затем наносят слой индия и проводят фотолитографическую обработку по слою индия с последующей сушкой, затем разделяют временную подложку на кристаллы-доноры и осуществляют травление слоя индия на кристаллах-донорах до фоторезиста, после чего производят экспонирование кристаллов-доноров в УФ-излучении и растворение фоторезиста на столбиках и между ними, далее состыковывают кристалл-донор и рабочий кристалл и обрабатывают их в растворителе фоторезиста таким образом, что кристалл-донор отделяется, оставляя индиевые столбики на контактах рабочего кристалла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве временной подложки используют кремниевую временную подложку.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что необходимую высоту индиевых столбиков на рабочем кристалле можно обеспечить неоднократным повторением переноса индиевых столбиков с кристалла-донора.