Способ изготовления микроконтактов Российский патент 2018 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, а именно к технологии сборки полупроводниковых приборов, и может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств (МФПУ) методом перевернутого монтажа.

В известном способе стыковки [патент США №4067104] индиевые микроконтакты выполнены в виде квадратных или круглых столбиков с плоскими вершинами и практически с одинаковыми геометрическими размерами для стыкуемых кристаллов БИС считывания и МФЧЭ. Главный недостаток указанного способа стыковки состоит в низкой прочности соединения кристаллов. Основная причина низкой прочности - наличие на поверхности индиевых микроконтактов оксидной пленки, обладающей низкими адгезионными и пластическими свойствами. Для повышения прочности стыковки необходимо очистить место соединения индиевых микроконтактов от оксидной пленки и создать тем самым условия для объединения чистого индия от двух стыкуемых микроконтактов.

Существует много способов очистки поверхности индиевых микроконтактов от оксидной пленки, однако полной очистки поверхности индиевых микроконтактов в известных способах не происходит. Кроме того, окисление индия на воздухе происходит очень быстро - за десятки секунд [патент RU 2411610]. От очистки поверхности микроконтактов до стыковки проходит время, в течение которого происходит рост новой пленки оксида индия.

Во время сдавливания микроконтактов при стыковке кристаллов происходит растрескивание оксидной пленки на поверхности индиевого микроконтакта, в зоне стыковки остаются частицы оксида от обоих микроконтактов и полной очистки от оксида индия в месте стыковки не происходит, что в конечном итоге снижает прочность стыковки.

Наиболее близким изобретением к предлагаемому является известное решение [RU 2613617], согласно которому для повышения прочности стыковки кристаллов используют индиевые микроконтакты, прямоугольной формы, ориентированные под углом 90° по отношению друг к другу. По этому способу стыкуемые микроконтакты как бы разрезают друг друга с последующим слипанием не только горизонтальными плоскостями, как в случае квадратных или круглых микроконтактов, но и боковыми стенками, что увеличивает суммарную площадь слипания микроконтактов.

Указанный способ стыковки имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью использования больших усилий для разрушения окисной пленки при стыковке кристаллов. Это приводит к недопустимо высоким давлениям на ячейку МФЧЭ, что может привести к выходу ее из строя.

Известно [Автометрия, №4, 1998. Особо пластичные индиевые микростолбы для матричных ФПУ на CdHgTe, Клименко А.Г. и др.], что индиевые микроконтакты при сварке нуждаются в значительных давлениях до 3,8÷4 кг/мм², тогда как давление порядка 1 кг/мм может быть слишком велико для КРТ, так как оно соответствуют его нижнему пределу прочности, при которой еще можно избежать возможной деградации электрических свойств из-за возникновения дополнительных электрически активных дислокаций.

Для шага элементов в матрице 30 мкм размер прямоугольного микроконтакта составляет примерно 10×25 мкм. Оставшиеся крайние части микроконтактов длиной по 8 мкм необходимы для надежной фиксации краев микроконтакта для предотвращения размытия вертикальности боковой стыковки.

Площадь поверхностной стыковки для одного микроконтакта в ячейке составляет S₁=l₁², где l₁ - длина стороны стыковки, равная 10 мкм. В этом случае площадь поверхностной стыковки составит S₁=10×10=100 мкм². Площадь боковой стыковки равна S₂=l₂×n×h, где l₂ - длина стороны боковой стыковки, n - число сторон, h - высота совместного продавливания индиевых микроконтактов (фиг. 1), равная в данном случае 5 мкм при высоте микроконтактов 8 мкм. Тогда площадь боковой стыковки составит: 10×4×5=200 мкм², т.е. площадь боковой стыковки больше площади поверхностной стыковки в 2 раза. В расчетах приняты допущения, что поверхностная стыковка прямоугольных микроконтактов имеет только горизонтальную составляющую, а боковая стыковка - только вертикальную составляющую, т.е. без наклонных составляющих.

После разрыва жесткой пленки окисла индия дальнейшая деформация пластичного индия осуществляется при меньших давлениях.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение давления на матрицу фоточувствительных элементов при соединении индиевых микроконтактов двух кристаллов.

Технический результат изобретения состоит в относительном увеличении доли площади боковой стыковки микроконтактов в суммарной площади стыковки микроконтактов.

Технический результат достигается тем, что с целью снижения давления на кристаллы при стыковке кристаллов, в каждой ячейке стыкуемых кристаллов располагают более одного индиевого микроконтакта.

Так, например, для шага элементов в матрице - 30 мкм в ячейке может быть расположено до двух прямоугольных микроконтактов (фиг. 2а), а для шага 40 мкм - до трех микроконтактов (фиг. 2б). При этом значительно увеличивается площадь боковой стыковки по сравнению с поверхностной.

Такая форма микроконтактов позволяет значительно снизить давление на кристаллы во время стыковки за счет увеличения относительной доли боковой площади стыковки по сравнению с площадью поверхностной стыковки (см. табл.).

Из данных, приведенных в таблице, видно, что для шага элементов в матрице 30 мкм площадь боковой стыковки увеличивается в два раза с 200 до 400 мкм² при использовании двух микроконтактов в ячейке. В случае шага элементов 40 мкм превышение площади боковой стыковки над поверхностной составляет два раза с 280 до 560 мкм² при использовании двух микроконтактов в ячейке и более чем в 3,2 раза с 280 до 900 мкм² в случае трех микроконтактов в ячейке.

Следует отметить, что увеличение площади боковой стыковки приводит и к соответствующему увеличению прочности холодной сварки индиевых микроконтактов.

Дальнейшее увеличение числа микроконтактов в матрице при принятых геометрических размерах не приводит к существенному увеличению суммарной площади стыковки индиевых микроконтактов. Это связано в том числе и с технологическими ограничениями при формировании прямоугольных микроконтактов малой ширины.

Изобретение относится к технологии сборки полупроводниковых приборов и может быть использовано для гибридизации кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) методом перевернутого монтажа. Способ изготовления микроконтактов согласно изобретению включает нанесение пленки индия и формирование из нее методом фотолитографии массива индиевых микроконтактов, выполненных в виде прямоугольников, при этом при стыковке кристаллов в каждой ячейке стыкуемых кристаллов располагают более одного прямоугольного индиевого микроконтакта. Изобретение обеспечивает повышение прочности стыковки кристаллов за счет относительного увеличения доли площади боковой стыковки микроконтактов в суммарной площади стыковки микроконтактов. 2 ил., 1 табл.

Способ изготовления микроконтактов, включающий нанесение пленки индия и формирование из нее методом фотолитографии массива индиевых микроконтактов, выполненных в виде прямоугольников, отличающийся тем, что с целью снижения давления на фоточувствительный элемент при стыковке кристаллов в каждой ячейке стыкуемых кристаллов располагают более одного прямоугольного индиевого микроконтакта.