СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИНДИЕВЫХ МИКРОКОНТАКТОВ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМИЧЕСКОГО ОТЖИГА Российский патент 2014 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к технологии изготовления индиевых микроконтактов в матричных фотоприемниках ИК-излучения и БИС считывания фотосигнала.

В настоящее время широко используется способ изготовления гибридных ИК многоэлементных фотоприемных устройств (МФПУ) методом перевернутого монтажа фоточувствительных элементов с БИС считывания при помощи индиевых микроконтактов.

Известными методами изготовления микроконтактов являются:

- метод обратной фотолитографии («метод взрыва», lift-off) [В.М. Акимов, Е.А. Климанов, В.П. Лисейкин, А.Р. Микертумянц, М.В. Седнев, В.В. Сергеев, И.А. Шелоболин «О "взрывном" способе изготовления систем металлизации и микроконтактов в БИС считывания фотосигнала» // Прикладная физика, 2010, №4; Jutao Jiang, Stanley Tsao et. al. Fabrication of indium bumps for hybrid FPA applications. Infrared Physics and Technology. 45 (2004) 143-151];

- метод ионного травления;

- метод химического травления.

Известен также способ формирования высоких и однородных индиевых микроконтактов методом переплавки в парах слабой кислоты при температуре несколько выше температуры плавления индия (~170-200°C) ранее созданных микроконтактов одним из перечисленных выше методов [J. Jiang, S. Tsao, Т. O'Sullivan, G.J. Brawn. Infrared Physics and Technology, 45 (2004), p.143-151].

Все указанные методы имеют следующий недостаток: при формировании индиевых микроконтактов выполняется несколько операций напыления металлических слоев: создание подслоя под индий (например, Cr-Ni, V-Al-V, Mo-Au, Ti-TiN и других) и напыление слоя индия с последующим удалением индия вокруг микроконтактов различными методами, указанными выше. При этом металлические слои, как правило, напыляются различными методами: для напыления подслоя используется ионное распыление соответствующих металлических мишеней, а слоя индия - метод термического испарения. Данное обстоятельство часто приводит к невозможности последовательного напыления всех слоев в одной вакуумной установке без разгерметизации. Разгерметизация, в свою очередь, может приводить к окислению металлов подслоя, приводящему к повышению сопротивления индиевых микроконтактов с 2-5 Ом до 1-2 кОм и более вследствие образования барьерного слоя и значительному разбросу их значений в многоэлементных структурах.

Известен способ изготовления микроконтактов с помощью создания металлической маски поверх слоя фоторезиста с последующим проявлением этого слоя [И.А. Шелоболин, В.П. Лисейкин, Е.А. Климанов, М.В. Седнев, А.Р. Микертумянц «Способ изготовления индиевых столбиков». Патент на изобретение №2419178], принятый в качестве ближайшего аналога.

Данный способ также не исключает возможности окисления металла подслоя перед напылением слоя индия, приводящего к повышению сопротивления микроконтактов.

Задачей изобретения является создание технологии изготовления индиевых микроконтактов с помощью известных методов, перечисленных выше, позволяющей обеспечить низкое сопротивление индиевых микроконтактов и высокую однородность их значений в пределах больших массивов.

При этом используется взаимная диффузия индия и металла подслоя при повышенной температуре (более 240°C), приводящая к разрушению окисного слоя между металлами и резкому снижению сопротивления микроконтакта.

Технический результат достигается тем, что на полупроводниковой пластине методом вакуумного напыления изготавливают металлические площадки (подслой) для формирования индиевых микроконтактов, наносят слой позитивного фоторезиста, на который после экспонирования через фотошаблон с рисунком окон под микроконтакты и проявлением напыляют слой индия, методом фотолитографии формируют маску для травления индия и производят травление индия одним из перечисленных методов; затем удаляют слои фоторезиста и проводят отжиг структур в восстановительной атмосфере (например, H₂) или вакууме при температуре, значительно превышающей температуру плавления индия (не менее 240°C), в течение не менее 30 минут.

В другом варианте на полупроводниковой пластине наносят слой позитивного фоторезиста, на который после экспонирования через фотошаблон с рисунком окон под микроконтакты и проявлением напыляют слои металла (подслой), а затем слой индия (в другой установке или через интервал времени), методом фотолитографии формируют маску для травления индия и производят травление индия одним из перечисленных методов; затем удаляют слои фоторезиста и в течение не менее 30 минут проводят отжиг структур в восстановительной атмосфере (например, H₂) или вакууме при температуре, значительно превышающей температуру плавления индия (не менее 240°C).

Последовательность технологической цепочки предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-5, где:

на фиг.1 показан процесс экспонирования фоторезиста через фотошаблон;

на фиг.2 показан процесс термической обработки фоторезиста;

на фиг.3 показан процесс напыления индия;

на фиг.4 показан процесс растворения фоторезиста;

на фиг.5 изображен процесс отжига микроконтактов.

На фигурах представлены следующие элементы:

1 - фотошаблон;

2 - слой фоторезиста;

3 - подложка;

4 - индий.

Способ изготовления микроконтактов осуществляется в следующей последовательности:

- на полупроводниковую пластину с металлическими площадками под индиевые микроконтакты наносится слой позитивного фоторезиста с последующей сушкой;

- проводится экспонирование фоторезиста с помощью фотошаблона с заданной конфигурацией контактных площадок (фиг.1);

- проводится проявление фоторезиста в стандартном проявителе для позитивного фоторезиста (1% раствор KOH) (фиг.2);

- проводится напыление слоя индия заданной толщины на маску фоторезиста (фиг.3).

Далее проводится формирование индиевых микроконтактов одним из способов (фиг.4):

- растворением нижнего слоя фоторезиста с одновременным удаление индия (метод взрыва);

- методом травления, для чего:

- проводится формирование маски фоторезиста для траления индия;

- проводится травление индия одним из известных способов (химическое, ионное) для формирования микроконтактов;

- проводится удаление фоторезиста в растворе диметилформамида, или смеси диметилформамида с моноэтаноламином, или плазмохимическим травлением в кислородной плазме.

Далее проводится отжиг структур в восстанавливающей атмосфере или вакууме при температуре не менее 240°C (фиг.5) в течение 30 минут.

Изобретение относится к технологии изготовления индиевых микроконтактов в матричных фотоприемниках ИК-излучения и БИС считывания фотосигнала. Изобретение обеспечивает изготовление индиевых микроконтактов с низким сопротивлением и высокой однородностью их значений в пределах больших массивов. Способ снижения омического сопротивления индиевых микроконтактов с помощью термического отжига на полупроводниковых пластинах с матрицами БИС считывания или фотодиодными матрицами включает формирование металлического подслоя под индий, формирование защитной фоторезистивной маски с окнами в местах микроконтактов, напыление слоя индия, изготовление индиевых контактов и отжиг структур в восстановительной атмосфере или вакууме при температуре не менее 240°C в течение 30 минут. 5 ил.

Способ снижения омического сопротивления индиевых микроконтактов с помощью термического отжига на полупроводниковых пластинах с матрицами БИС считывания или фотодиодными матрицами, включающий формирование металлического подслоя под индий, формирование защитной фоторезистивной маски с окнами в местах микроконтактов, напыление слоя индия, изготовление индиевых микроконтактов одним из способов:
- удалением защитной маски со слоем индия вокруг микроконтактов (метод взрыва),
- формированием маски для травления на слое индия с последующим травлением слоя одним из известных способов (химическое травление, ионное травление) с последующим удалением слоев фоторезиста,
отличающийся тем, что после формирования системы микроконтактов проводится отжиг структур в восстанавливающей атмосфере или вакууме при температуре не менее 240°C в течение 30 минут.