Способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением

Авторы патента:

Седнев Михаил Васильевич (RU)

Болтарь Константин Олегович (RU)

Климанов Евгений Алексеевич (RU)

Шаронов Юрий Павлович (RU)

Кардонов Никита Владимирович (RU)

Трошин Богдан Васильевич (RU)

H01L21/28 - изготовление электродов на полупроводниковых подложках с использованием способов и устройств, не предусмотренных в H01L 21/20-H01L 21/268

Владельцы патента RU 2492545:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. Сущность изобретения: в способе изготовления индиевых микроконтактов пластину с матрицами БИС или фотодиодными матрицами защищают перфорированной в местах контактов пленкой фоторезиста, напыляют слой индия толщиной, соответствующей высоте микроконтактов, методами фотолитографии наносят маску фоторезиста, 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. Техническим результатом изобретения является создание технологии формирования микроконтактов высотой 4÷12 мкм с разделяющим промежутком у основания 3÷5 мкм, в том числе на матрицах формата 640*512 и шагом 15 мкм. 6 ил.

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

Одной из проблем в технологии фотоприемных модулей является получение системы индиевых столбчатых микроконтактов как на матрице фотодиодов, так и на матрице кремниевой СБИС, соединяемых методом перевернутого кристалла.

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. - C.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 [3, 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 Kirn, 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, Rolf Kruger Thomas Simon, Joachim Wendler, "Long Linear HqCdTe arrays with superior temperature-cycling-reliabyti", Proceedings of SPIE Vci. 4028, 2001, Tissot I.L. etc. Collective flip - chip technology for CdHgTe I.R.F.R.A. // Proc. SPIE, 1996. - Vol.2894. - P.115].

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 практически невозможно избежать гальванической связи между элементами матрицы из-за коробления маски большой площади и связанного с этим подпылением.

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

Напыление слоя индия толщиной 5 мкм через толстую (15 мкм) маску фоторезиста с последующим 'взрывом' и оплавлением в полусферы не обеспечивает требуемой высоты микроконтактов 10÷12 мкм из-за недостаточного объема индия в напыленном слое при малом шаге в матрице. Кроме этого, переплавление осуществляется при температуре 170°С. Нагревание фотодиодной матрицы до такой температуры недопустимо из-за возможной деградации p-n переходов в некоторых случаях.

Для формирования микроконтактов методом электрохимического осаждения, широко и успешно используемого при изготовлении печатных плат, необходимо создание сплошного электропроводящего слоя и последующего его травления с целью гальванического разделения микроконтактов. Определенные трудности в реализации формирования микроконтактов электрохимическим осаждением создает неоднородность толщины растущего слоя и необходимость удаления остатков растворов солей [3, Jutao Jiang, Stanley Tsao et.al.. Fabrication of indium bumps for hybrid FPA applications. Infrared Physics and Technology. 45 (2004) 143-151].

Наиболее оптимальным методом для формирования микроконтактов на матрице ФЧЭ и кремниевых БИС с шагом 15÷30 мкм является реактивное ионное травление. Ионизированные в ВЧ газовом разряде химически активные ионы, ускоренные полем автополяризации, бомбардируя открытые участки индия превращает его в газообразные продукты, откачиваемые вакуумным насосом. К сожалению соединения индия обладают высокой температурой плавления и кипения. Наименьшая температура плавления 207°С у соединения InJ [Н.С. Ахметов, Общая и неорганическая химия. М. Высшая школа, 1981 г., 679 с.]. Поэтому получить значительного увеличения скорости травления индия методом реактивного плазмохимического травления при температуре, не превышающей 100°С, не удается.

Известен способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением [Болтарь К.О., Корнеева М.Д., Мезин Ю.С., Седнев М.В., 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. Скорость ионного травления индия втрое больше чем скорость травления фоторезиста и при толщине фоторезиста 3-4 мкм глубина травления индия составит 9÷12 мкм. Скорость травления молибдена значительно меньше и равна 0,2 мкм/час, поэтому для травления индия толщиной 10 мкм достаточна маска из Мо толщиной 0,6 мкм.

Недостатком известного способа является невозможность селективного распыления слоя индия. Это принципиальное ограничение метода, так как, все материалы распыляются, но с разными скоростями. Поэтому, как только слой индия протравлен, начинается распыление основания (элементов фоточувствительной матрицы или БИС считывания)

Задачей изобретения является создание технологии формирования системы индиевых столбчатых микроконтактов высотой 4-12 мкм с шагом менее 30 мкм и шириной разделяющей их области 3-5 мкм как на матрице фотодиодов, так и на матрице кремниевой БИС, соединяемых методом перевернутого кристалла. Техническим результатом изобретения является промышленная технология формирования микроконтактов с шагом до 15 мкм., высотой 4÷12 мкм с разделяющим промежутком у основания 3÷5 мкм на пластинах площадью от единиц до десятков см².

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления индиевых микроконтактов пластину с матрицами БИС или фотодиодными матрицами защищают перфорированной в местах контактов пленкой фоторезиста, напыляют на нее слой индия, толщина которого равна высоте микроконтактов, методами фотолитографии наносят маску фоторезиста и формируют микроконтакты травлением ионами инертного газа до полного распыления индия в промежутках между контактами и удалением остатков фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме.

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.

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

На фиг.3 показано напыление слоя индия.

На фиг.4 показано изготовление маски из фоторезиста 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: изготовление матрицы индиевых микроконтактов осуществляют в следующей последовательности:

- 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 (фиг.2);

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

- наносят второй слой позитивного фоторезиста ФП274Г-4 толщиной 3-4 мкм и проводят стандартную фотолитографию для изготовления маски (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.

Способ изготовления индиевых микроконтактов на полупроводниковых пластинах с матрицами БИС считывания или фотодиодными матрицами, включающий напыление слоя индия, защиту мест, где должны быть индиевые микроконтакты, маской фоторезиста толщиной 3-4 мкм, ионное травление слоя индия, удаление остатков фоторезиста в органических растворителях и/или в плазме кислорода, отличающийся тем, что перед напылением индия наносят защитную маску фоторезиста толщиной 1-2 мкм в местах, где не должно быть контакта.

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и наноэлектроники, а именно к технологии формирования упорядоченных наноструктур на поверхности твердого тела, и может быть использовано для создания проводников, длина которых на несколько порядков превышает его диаметр (нанопроволоки).

Способ формирования наноразмерных структур на поверхности полупроводников для использования в микроэлектронике // 2475884

Изобретение относится к полупроводниковой микро- и наноэлектронике и может быть использовано при создании твердотельных электронных приборов. .

Способ изготовления омического контакта к gaas // 2458430

Изобретение относится к технологии микроэлектроники. .

Способ получения тонкопленочного медно-германиевого соединения // 2458429

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения тонкопленочных металлических соединений. .

Технология получения металлических нанослоев химическим способом на серебряных электрических контактах кремниевых солнечных элементов // 2443037

Изобретение относится к нанесению металлических нанослоев химическим способом, в частности на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов. .

Способ изготовления cu-ge омического контакта к gaas // 2436184

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения дискретных приборов и интегральных схем на основе полупроводниковых соединений AIIIB V, в частности к созданию омических контактов для областей стока и истока полевых транзисторов с барьером Шоттки, а также гетероструктурных транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Способ металлизации элементов изделий электронной техники // 2436183

Изобретение относится к электронной технике. .

Способ изготовления наноструктурного омического контакта фотоэлектрического преобразователя // 2426194

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов. .

Способ нанесения платиновых слоев на подложку // 2426193

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в процессах формирования пленочных элементов микроэлектронных устройств. .

Способ изготовления омического контакта к gaas на основе тонких пленок ge и cu // 2422941

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии получения дискретных приборов и интегральных схем на основе полупроводниковых соединений AIIIBV . .

Способ создания токопроводящих дорожек // 2494492

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при формировании токопроводящих дорожек для коммутации электронных схем и полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: способ создания токопроводящих дорожек включает нанесение сплошных слоев металлизации на непроводящую подложку, формирование рисунка металлизации, нанесение на сформированные дорожки защитного барьерного слоя и слоя для пайки и/или сварки элементов деталей на токопроводящие дорожки. Нанесение сплошных слоев металлизации осуществляют последовательным нанесением на непроводящую подложку адгезионного подслоя, токопроводящего слоя и металлического слоя, выполняющего роль маски. Для формирования рисунка металлизации формируют маску методом лазерного испарения на участках металлического слоя, выполняющего роль маски, не занятых токопроводящими дорожками, затем удаляют селективным химическим травлением токопроводящий слой и адгезионный подслой во вскрытых участках, селективным химическим травлением удаляют маску, после чего наносят защитный барьерный слой и слой для пайки и/или сварки. Изобретение позволяет повысить качество рисунка металлизации, сократить количество операций и повысить производительность процесса. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 6 табл.

Трехмерно-структурированная полупроводниковая подложка для автоэмиссионного катода, способ ее получения и автоэмиссионный катод // 2524353

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно, к способу получения трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки для автоэмиссионного катода, и может быть использовано в различных электронных приборах: СВЧ, рентгеновских трубках, источниках света, компенсаторах заряда ионных пучков и т.п. Создание трехмерно-структурированной полупроводниковой подложки, на которую наносят эмитирующую пленку автоэмиссионных катодов в виде микроострийной квазирегулярной ячеисто-пичковой структуры с аспектным отношением не менее 2 (отношение высоты острий к их высоте), позволяет повысить эмиссионную характеристику катодов, что является техническим результатом заявленного изобретения. Полупроводниковую подложку для формирования на ней требуемой микроострийной структуры подвергают фотоэлектрохимическому травлению в водном или безводном электролите, меняя режимы травления и интенсивность подсветки. Предложена также структурированная полупроводниковая подложка для автоэмиссионного катода из кристаллического кремния р-типа с проводимостью от 1 до 8 Ом*см и сам автоэмиссионный катод с такой подложкой, обладающий повышенными эмиссионными характеристиками. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ формирования нанопроводов из коллоидного естественно-природного материала // 2533330

Изобретение относится к электронике. В способе формирования нанопроводов из коллоидного естественно-природного материала, основанном на самоорганизованном формировании линейно-упорядоченных наноразмерных токопроводящих структур со строго заданной ориентацией для соединения отдельных микро- и наноэлектронных элементов и/или формирования нанокомпонентов электронной элементной базы, формирование структур и/или элементов проводят в одном процессе в течение не более 3 минут под действием только электрического постоянного поля с напряженностью не более 5×103 В/м, конфигурация которого непосредственно задает как размеры и формы, так и ориентацию наноразмерных токопроводящих углеродных структур, которые стабильно сохраняются без нанесения каких-либо защитных слоев на подложке из любого материала, в том числе содержащей отдельные микро- и наноэлектронные элементы для их соединения и/или для формирования нанокомпонентов электронной элементной базы. Изобретение позволяет упростить процесс управления формой и расположением синтезируемых частиц. 9 ил.

Способ снижения омического сопротивления индиевых микроконтактов с помощью термического отжига // 2537085

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.

Композиция для нанесения металлического покрытия, содержащая подавляющий агент, для беспустотного заполнения субмикронных элементов поверхности // 2539895

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении полупроводников. Композиция содержит по меньшей мере один источник меди и по меньшей мере одну добавку, получаемую путем реакции многоатомного спирта, содержащего по меньшей мере 5 гидроксильных функциональных групп, с по меньшей мере первым алкиленоксидом и вторым алкиленоксидом из смеси первого алкиленоксида и второго алкиленоксида. Способ включает контакт композиции для нанесения металлического покрытия с подложкой, создание плотности тока в подложке в течение времени, достаточного для осаждения металлического слоя на подложку. Технический результат: обеспечение заполнения отверстий нанометрового и микрометрового размера без пустот и швов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил., 8 пр.

Способ изготовления контактно-барьерной металлизации // 2550586

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактно-барьерной металлизации прибора. Изобретение обеспечивает снижение значений плотности дефектов, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных. Контактно-барьерную металлизацию формируют последовательным нанесением пленки W (15% Ti) толщиной 0,17-0,19 мкм магнетронным распылением сплавной мишени со скоростью 2,5 Å/с и пленки Al (1,5% Si) толщиной 0,35-0,45 мкм с последующим термическим отжигом при температуре 450-480°C в течение 30 мин в азотной среде. 1 табл.

Способ электрической пассивации поверхности монокристаллического кремния // 2562991

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции. Техническим результатом изобретения является уменьшение плотности поверхностных электронных состояний и увеличение эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда на границах раздела «органический слой - диэлектрик» и «диэлектрик - полупроводник». 5 ил., 6 табл., 3 пр.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2567118

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов. В способе изготовления полупроводникового прибора формируют активные области полупроводникового прибора и пленку диоксида кремния, наносят слой молибденовой пленки толщиной 400 нм, затем структуру обрабатывают ионами аргона Ar+ энергией 130-160 кэВ дозой 5*1015 - 1*1016 см-2 с последующим термостабилизирующим отжигом при температуре 600-700°C в течение 40-60 сек. Изобретение обеспечивает повышение адгезии в полупроводниковых структурах, что повышает технологичность, надежность и процент выхода годных структур. 1 табл.

Способ формирования многослойного омического контакта к прибору на основе арсенида галлия // 2575977

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов. Способ формирования многослойного омического контакта включает предварительное формирование фотолитографией маски из фоторезиста на поверхности арсенида галлия электронной проводимости, очистку свободной от маски поверхности арсенида галлия, последовательное напыление слоя из эвтектического сплава золота с германием толщиной 10-100 нм, напыление с помощью магнетронного разряда постоянного тока слоя из сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. % толщиной 5-100 нм и нанесение проводящего слоя, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры. Способ более прост в осуществлении и обеспечивает точное воспроизведение заданных параметров контактных структур приборов на большой площади. 12 з.п. ф-лы.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2591237

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактов с пониженным сопротивлением. В способе изготовления полупроводникового прибора формируют контакты на основе силицида платины. Для этого наносят пленку платины толщиной 35-45 нм электронно-лучевым испарением на кремниевую подложку, нагретую предварительно до 350°C, со скоростью осаждения 5 нм/мин. Затем проводят термообработку в три этапа: 1 этап - при температуре 200°C в течение 15 мин, 2 этап - при температуре 300°C в течение 10 мин и 3 этап - при температуре 550°C в течение 15 мин в форминг-газе, при смеси газов N2:H2=9:1. Предлагаемый способ изготовления полупроводникового прибора обеспечивает снижение сопротивления контакта, повышение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.