СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИЕВЫХ СТОЛБИКОВ Российский патент 2011 года по МПК H01L21/441 

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

Предлагаемый способ позволяет формировать индиевые столбики как на кремниевой (Si) БИС считывания, так и на инфракрасной (ИК) фотодиодной матрице, кристалл которой выполнен из узкозонного полупроводника, например, из кадмий-ртуть-теллур (CdHgTe) или индий-сурьма (InSb).

В настоящее время широко используется способ монтажа микроэлектронных устройств методом перевернутого кристалла.

Наибольшее распространение этот метод получил при изготовлении гибридных инфракрасных фотоприемников, охлаждаемых до температуры жидкого азота (Т=77К), в которых гибридизация матрицы фотодиодов с БИС считывания производится с помощью индиевых микроконтактов высотой до 10 мкм.

Известен способ изготовления микроконтактов (Jutao Jiang, Stanley Tsao, Thomas Sullivan, Manijeh Razeghi, Gail J.Brown, Fabrication of indium bumps for hybrid infrared focal plane array applications, Infrared Physics & technology 45 (2004) 145-147) методом взрывной технологии.

Известный способ предполагает использование двух позитивных фоторезистов AZ4620 и AZ4330. Первый фоторезист AZ4620 толщиной 10 мкм наносят на пластину, сушат и экспонируют ультрафиолетовым (УФ) излучением. Второй тонкий фоторезист AZ4330 наносят на первый слой и сушат. По второму слою фоторезиста AZ4330 проводят фотолитографию под будущие In столбики. Доза экспонирования выбрана такой, чтобы только верхний фоторезистивный слой был полностью проэкспонирован.

Перед проявлением образец замачивают в хлорбензоле на 5 мин. Замачивание в хлорбензоле использовано для формирования непроявляемого верхнего слоя фоторезиста и не подверженного предварительному экспонированию. Затем образец проявляют в проявителе AZ400K, создавая в нижнем фоторезисте AZ4620 отрицательный угол проявления. Перед нанесением любого металла проводят чистку в плазме О₂ для удаления любых возможных остатков фоторезиста на дне открытых окон. Далее наносится тройной слой металлической пленки (Ti/Pt/Au). После этого наносится термическим испарением In на охлажденную подложку. Наконец, происходит взрывное удаление фоторезиста с (Ti/Pt/Au) и In с помощью проявителя AZ400T при 80°С.

К недостаткам известного способа необходимо отнести использование химически вредного вещества хлорбензола, использование двух разных позитивных фоторезистов (AZ4620 и AZ4330) с разными свойствами, что приводит к необходимости использования хлорбензола и двух типов проявителей (AZ400K, AZ400T).

Известен способ изготовления индиевых столбиков (патент US №5091288, опубл. 25.02.1992 г.), принятый в качестве наиболее близкого аналога. Известный способ предполагает использование двух слоев фоторезиста из одинакового материала AZ4620. В известном способе на пластину наносят первый толстый слой фоторезиста AZ4620 толщиной 12-20 мкм или более и осуществляют его сушку. Проводят нанесение второго тонкого слоя фоторезиста AZ4620 и сушат его. Проводят стандартную фотолитографию под In столбики. Затем проводят экспонирование ультрафиолетовым (UV) излучением второго слоя фоторезиста и проявление. На пластину напыляют пленку In и осуществляют взрыв первого и второго слоев фоторезиста с металлической индиевой пленкой в органическом растворителе.

Недостатком известного способа является критичность слоев фоторезиста к проявителю, так как может изменяться размер окон под In столбики и размер полости под вторым фоторезистом. Это приводит к необходимости точного контроля параметров процесса проявления.

Задачей изобретения является создание экологически безопасной простой технологии с использованием одного типа фоторезиста.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления индиевых столбиков на пластину с металлическими контактами последовательно наносят первый слой фоторезиста, первый металлический слой, второй слой фоторезиста из материала, аналогичного первому слою фоторезиста, и второй металлический слой, затем проводят фотолитографическую обработку под In столбики с травлением второго металлического слоя, проводят экспонирование ультрафиолетовым излучением второго слоя фоторезиста и проявление для получения отрицательного угла до первого металлического слоя, осуществляют травление первого металлического слоя и первого слоя фоторезиста до верхней поверхности металлических контактов, на пластину напыляют пленку In, осуществляют удаление второго слоя фоторезиста с металлической индиевой пленкой на нем, травят первый металлический слой и растворяют первый слой фоторезиста.

Последовательность технологической цепочки предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-12.

На фиг.1 показана поверхность пластины с кристаллами БИС считывания или ИК фотодиодных матриц с металлическими контактами.

На фиг.2 нанесение первого слоя фоторезиста.

На фиг.3 нанесение первого металлического слоя.

На фиг.4 нанесение второго слоя фоторезиста.

На фиг.5 нанесение второго металлического слоя.

На фиг.6 фотолитография с использованием фотошаблона под In столбики.

На фиг.7 травление второго металлического слоя.

На фиг.8 экспонирование ультрафиолетовым (УФ) излучением второго слоя фоторезиста и проявление до первого металлического слоя для получения отрицательного угла.

На фиг.9 травление первого металлического слоя и первого слоя фоторезиста.

На фиг.10 напыление индиевой (In) пленки.

На фиг.11 удаление второго слоя фоторезиста с металлической индиевой пленкой на нем.

На фиг.12 травление первого металлического слоя и растворение первого слоя фоторезиста.

На фигурах следующими позициями представлены следующие элементы:

1 - пластина с кристаллами ИК фотодиодной матрицы или кремниевых БИС считывания;

2 - металлические контакты (например, из ванадия или никеля);

3 - первый слой фоторезиста (ФП274Г-5);

4 - первый металлический слой (ванадия или молибдена);

5 - второй слой фоторезиста;

6 - второй металлический слой (ванадия, молибдена или алюминия);

7 - фоторезистивная маска;

8 - индиевые столбики.

Способ изготовления матрицы индиевых столбиков осуществляют в следующей последовательности:

- на Si пластину с мультиплексорами (фиг.1) или на CdHgTe подложку с металлическими контактами наносят первый слой позитивного фоторезиста ФП274Г-5 толщиной 8-9 мкм (фиг.2);

- первый слой фоторезиста сушат на плитке при температуре 110-120°С в течение 10 мин;

- на первый слой фоторезиста наносят тонкий первый металлический слой, например молибден (Мо), толщиной 0,02-0,03 мкм (фиг.3);

- проводят нанесение второго слоя позитивного фоторезиста ФП274Г-5 толщиной 8-9 мкм (фиг.4);

- второй слой фоторезиста сушат на плитке при температуре 80-90°С в течение 3 мин;

- на слой второго фоторезиста наносят второй металлический слой, например молибден (Мо), толщиной 0,1-0,15 мкм (фиг.5);

- проводят стандартную фотолитографию под In столбики (фиг.6) с сушкой фоторезиста при температуре 50-65°С в течение 3 мин на плитке;

- проводят травление второго металлического слоя Мо в кислотном травителе (фиг.7);

- проводят экспонирование ультрафиолетовым (UV) излучением второго слоя фоторезиста и проявление в стандартном проявителе 0,7% щелочи (KOH) для получения отрицательного угла до первого металлического слоя (фиг.8);

- осуществляют травление первого металлического слоя в плазме фреона и кислорода, а первого слоя фоторезиста в плазме кислорода до верхней поверхности металлических контактов, например из ванадия или никеля (фиг.9);

- на пластину напыляют пленку In толщиной 9-10 мкм (фиг.10);

- осуществляют взрывное удаление второго слоя фоторезиста с металлической индиевой пленкой в органическом растворителе, например в диметилформамиде (фиг.11);

- травят первый металлический слой в плазме фреона с кислородом, а первый слой фоторезиста растворяют в органических растворителях, например в диметилформамиде или в смеси диметилформамида с моноэтаноламином (фиг.12).

Далее следует резка пластины на кристаллы.

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

Изобретение относится к технологии получения индиевых столбиков взрывной технологией для микросборок интегральных схем и фотодиодных матриц. Сущность изобретения: в способе изготовления индиевых столбиков на пластину с металлическими контактами последовательно наносят первый слой фоторезиста, первый металлический слой, второй слой фоторезиста и второй металлический слой, затем проводят фотолитографическую обработку под In столбики с травлением второго металлического слоя, проводят экспонирование ультрафиолетовым излучением второго слоя фоторезиста и проявление для получения отрицательного угла до первого металлического слоя, осуществляют травление первого металлического слоя и первого слоя фоторезиста до верхней поверхности металлических контактов, на пластину напыляют пленку In, удаляют второй слой фоторезиста с металлической индиевой пленкой на нем, травят первый металлический слой и растворяют первый слой фоторезиста. Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасной простой технологии. 12 ил.

Способ изготовления индиевых столбиков, заключающийся в том, что на пластину с металлическими контактами последовательно наносят первый слой фоторезиста, первый металлический слой, второй слой фоторезиста и второй металлический слой, затем проводят фотолитографическую обработку под In столбики с травлением второго металлического слоя, проводят экспонирование ультрафиолетовым излучением второго слоя фоторезиста и проявление для получения отрицательного угла до первого металлического слоя, осуществляют травление первого металлического слоя и первого слоя фоторезиста до верхней поверхности металлических контактов, на пластину напыляют пленку In, осуществляют удаление второго слоя фоторезиста с металлической индиевой пленкой на нем, травят первый металлический слой и растворяют первый слой фоторезиста.