СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОКОНТАКТОВ МАТРИЧНЫХ ФОТОПРИЕМНИКОВ Российский патент 2014 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц.

Известно, формирование микроконтактов осуществляется следующими способами:

1. Напыление слоя индия толщиной 10-15 мкм и химическое травление через маску фоторезиста [К.О. Болтарь, И.Д. Бурлаков, М.В. Седнев «Способ сборки фотоприемного устройства», патент РФ №2308788 от 20.01.06];

2. Напыление слоя индия через свободную маску [Клименко А.Г. и др. «Особо пластичные индиевые микростолбы для матричных ФПУ на CdHgTe». Автометрия п.4. - 1998 - с.105];

3. Напыление слоя индия 10-15 мкм через маску фоторезиста толщиной большей, чем толщина индия, и отрицательным профилем с последующим «взрывом» [Jutao Jiang, Stanley Tsao et.al. "Fabrication of indium bumps for hybrid FPA applications" Infrared Physics and Technology. 45(2004) 143-151];

4. Электрохимическое осаждение индия в отверстия фоторезиста [Jutao Jiang, Stanley Tsao et.al. "Fabrication of indium bumps for hybrid FPA applications" Infrared Physics and Technology. 45(2004) 143-151];

5. Напыление слоя индия толщиной 5 мкм через маску фоторезиста толщиной более 15 мкм с последующим «взрывом» и оплавлением в полусферы [Young-Ho Kim, Jong-Hwa Choi, Kang-Sik Choi, Нее Chul Lee, and Choonh-Ki Kim "New Reflow Process for Indium Bump" Proc. of SPIE 1996 - Vol.3061. PP.60-67, Johann Ziegler, Markus Finck, RolfKruger Thomas Simon, Joachim Wendler "Long Linear HqCdTe arrays with superior temperature-cycling-reliabyti" Proc. of SPIE 2001 - Vol.4028; Tissot I.L. etc. "Collective flip - chip technology for CdHgTe I.R.F.R.A" Proc. SPIE 1996 - Vol.2894 - P.I 15].

Эти способы имеют определенные ограничения в применении к технологии формирования микроконтактов при промышленном выпуске фотоприемных матриц с шагом между элементами 15÷30 мкм.

В случае прямого травления напыленного слоя индия через маску фоторезиста процесс растворения индия идет изотропно. Поэтому минимальное расстояние между микроконтактами не может быть меньше толщины слоя индия. Таким образом, при необходимой высоте микроконтактов 10÷12 мкм и минимальной ширине, разделяющей контакты канавки 5 мкм, фоторезистивная маска будет подтравлена раньше, чем закончится травление слоя. Кроме этого, из-за неоднородного травления по площади трудно изготовить микроконтакты с одинаковыми размерами вершины на пластинах более 4÷5 см².

При формировании микроконтактов напылением через свободную маску при малом шаге элементов практически невозможно избежать гальванической связи между элементами матрицы подпыления индия под маску. Вторым недостатком метода является сложность получения микроконтактов высотой порядка 10 мкм из-за затенения стенками маски конечной толщины.

Напыление толстых слоев индия через маску фоторезиста сопровождается зарастанием краев маски и уменьшением проходного отверстия по тем же причинам, что и в случае металлической маски. Поэтому применение этого способа при шаге матрицы 15÷17 мкм и высоте микроконтактов 10÷12 мкм весьма проблематично.

Напыление слоя индия через толстую (10-15 мкм) маску фоторезиста с последующим «взрывом» и оплавлением в полусферы требует нагрева образцов до температур 170°С, что может приводить к возможной деградации р-n переходов.

Трудности в реализации формирования микроконтактов электрохимическим осаждением создает неоднородность толщины растущего слоя и необходимость удаления остатков растворов солей [Jutao Jiang, Stanley Tsao et.al. "Fabrication of indium bumps for hybrid FPA applications" Infrared Physics and Technology. 45(2004) 143-151].

Известен способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением [Болтарь К.О., Корнеева М.Д., Мезин Ю.С., Седнев М.В. «Формирование индиевых микроконтактов ионным травлением». Прикладная физика, №1, 2011 г.], принятый в качестве наиболее близкого аналога.

Метод травления ионами инертного газа позволяет воспроизводить с прецизионной точностью размеры маски, нанесенной на поверхность любого материала. При этом процесс травления идет анизотропно в направлении падения ионов рабочего газа.

Недостатком известного способа является образование в процессе травления островков индия (конусов) вокруг микроконтакта, которые могут приводить к электрическим закороткам между микроконтактами. Одной из причин этого является использование квадратной или прямоугольной формы при формировании металлического подслоя под индий, защитной маски при напылении индия и защитной маски при травлении слоя индия, так как наиболее интенсивное образование конусов наблюдается в этом случае на углах микроконтактов.

Задачей изобретения является совершенствование технологии формирования системы индиевых столбчатых микроконтактов высотой 4-12 мкм с шагом менее 30 мкм методом ионного травления как на матрице фотодиодов, так и на матрице кремниевой БИС, соединяемых методом перевернутого кристалла.

Техническим результатом изобретения является создание технологии формирования микроконтактов высотой 4÷12 мкм, в том числе на матрицах формата 640*512 и шагом 15 мкм.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами формируют металлический подслой (например, Cr+Ni) круглой формы, защищают кристалл пленкой фоторезиста с окнами круглой формы в местах контактов, напыляют слой индия толщиной, соответствующей высоте микроконтактов, формируют на слое индия маску фоторезиста круглой формы, затем формируют микроконтакты травлением ионами инертного газа до полного распыления индия в промежутках между контактами, удаляют остатки фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме. Использование круглой формы микроконтактов приводит к уменьшению вероятности образования электрических закороток, а также улучшению однородности травления из-за увеличения зазоров между микроконтактами при той же величине шага элементов матрицы.

Последовательность технологических операций предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-6.

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

На фиг.2 показано нанесение защитного слоя фоторезиста и вскрытие окон к металлическим контактам матриц круглой формы.

На фиг.3 показано напыление слоя индия.

На фиг.4 показано изготовление фоторезистивной маски круглой формы на поверхности индия для травления микроконтактов.

На фиг.5 показано ионное травление индия в промежутках между микроконтактами.

На фиг.6 показано удаление остатков фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме.

На фигурах представлены следующие элементы:

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

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

3 - защитный слой фоторезиста;

4 - слой индия;

5 - фоторезистивная маска;

6 - микроконтакт из индия.

Пример изготовления матрицы индиевых микроконтактов.

Изготовление осуществляют в следующей последовательности:

- на Si пластине с матрицами БИС считывания или матрицами фотодиодов формируют металлические контакты Cr+Ni круглой формы;

- на Si пластину с матрицами БИС считывания или матрицами фотодиодов с металлическими контактами (фиг.1) наносят защитный слой позитивного фоторезиста толщиной 1-2 мкм (фиг.2);

- защитный слой фоторезиста сушат на плитке при температуре 100-110°С в течение 5 мин и проводят стандартную фотолитографию для вскрытия «окон» к металлическим контактам круглой формы (фиг.2);

- на защитный слой фоторезиста напыляют слой индия, толщина которого соответствует высоте микроконтактов (фиг.3);

- наносят второй слой позитивного фоторезиста ФШ74Г-4 толщиной 3-4 мкм и проводят стандартную фотолитографию для изготовления маски круглой формы (фиг.4);

- травлением ионами аргона с энергией 500-1000 эВ до полного распыления индия в местах, свободных от фоторезиста, формируют микроконтакты (фиг.5);

- удаляют остатки фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме (фиг.6).

Далее следует резка пластины на матрицы БИС считывания или матрицы фотодиодов.

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. В способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников согласно изобретению формируют на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами металлический подслой (например, Cr+Ni) круглой формы, защищают кристалл пленкой фоторезиста с окнами круглой формы в местах контактов, напыляют слой индия толщиной, соответствующей высоте микроконтактов, формируют на слое индия маску фоторезиста круглой формы, затем формируют микроконтакты травлением ионами инертного газа до полного распыления индия в промежутках между контактами, удаляют остатки фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме. Изобретение обеспечивает возможность формирования микроконтактов высотой 4÷12 мкм, в том числе на матрицах формата 640*512 и шагом 15 мкм. 6 ил.

Способ изготовления микроконтактов матричных фотоприемников на полупроводниковых пластинах с матрицами БИС считывания или фотодиодными матрицами, включающий формирование металлического подслоя под индий, формирование защитной маски с окнами в местах микроконтактов, напыление слоя индия, формирование защитной маски на слое индия, ионное травление индия, удаление остатков фоторезиста в органических растворителях и/или в плазме кислорода, отличающийся тем, что подслой металла под индий, окна в фоторезистивной маске перед напылением индия и защитная маска на слое индия для формирования микроконтактов выполняются круглой формы.