Способ улучшения адгезии индиевых микроконтактов с помощью ультразвуковой обработки Российский патент 2018 года по МПК H01L31/18 

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 МФПУ методом перевернутого монтажа фоточувствительных элементов с БИС считывания при помощи индиевых микроконтактов.

Известно, что одними из методов 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°С) ранее созданных микроконтактов одним из перечисленных выше методов [J Jiang, S. Tsao, Т.О Sullivan, G.J. Brawn. Infrared Physics and Technology, 45 (2004), p. l43-151.

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 ухудшению адгезии индиевых микроконтактов к металлическому подслою и значительному разбросу ее значений в многоэлементных структурах.

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

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

При этом используется взаимная диффузия индия и металла подслоя при приложении ультразвуковых колебаний, приводящая к разрушению окисного слоя между металлами и улучшению адгезии между ними.

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 обработку пластины в ультазвуковой ванне в течение нескольких 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 проводят обработку пластины в ультазвуковой ванне в течение нескольких минут.

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 ультразвуковой обработки 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 КОН) (фиг. 4);

- проводится напыление слоя индия заданной толщины на маску фоторезиста (фиг. 5).

Далее проводится формирование индиевых микроконтактов одним из способов:

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

- методом травления,

для чего:

- проводится формирование маски фоторезиста для травления 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 обработка пластины в ультразвуковой ванне в течение нескольких минут.

Использование: для изготовления индиевых микроконтактов в матричных фотоприемниках. Сущность изобретения заключается в том, что способ улучшения адгезии индиевых микроконтактов с помощью ультразвуковой обработки 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 микроконтактов одним из способов: удаление защитной маски со слоем индия вокруг микроконтактов (метод взрыва), формирование маски для травления на слое индия с последующим травлением слоя одним из известных способов (химическое травление, ионное травление) с последующим удалением слоев фоторезиста, при этом после формирования системы микроконтактов проводится обработка пластин в ультразвуковой ванне в течение нескольких минут. Технический результат: обеспечение возможности высокой адгезии индиевых микроконтактов и высокой однородности ее значений в пределах больших массивов. 5 ил.

Способ улучшения адгезии индиевых микроконтактов с помощью ультразвуковой обработки 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 обработка пластин в ультразвуковой ванне в течение нескольких минут.