(57)【要約】積み重ね電子装置の端面に沿って自己整合コンタクト・パッドを提供する方法は、金属コンタクト・リードから反射された光を用いて、金属コンタクト・リードの位置を形成する。感光性ポリマーの薄層を端面上に形成して、そこに入射光を指向させる。展開溶媒を適用して、反射光の通過箇所にてポリマーを溶解する。ニ通過方法では、反射光を用いてポリマー中に存在する抑制剤の有効性を消失させ、その箇所における層部分を展開液で溶解して、コンタクト・パッドの孔隙を形成する。波面相殺方法では、反射光は第一通過光と１８０°異なる位相を有し、これら光の組み合わせにより、ポリマー中の分子は架橋されない。この箇所における層部分を溶解して、コンタクト・パッドの孔隙を形成する。レーザ読取り方法では、吸収スペクトル外の第一入射光は金属コンタクト・リードを反射し、吸収スペクトル内の第二入射光は、反射光の検出位置へ指向される。次いで、この箇所におけるポリマー部分を展開液で溶解する。上述した方法は、コンタクト・パッドの孔隙を正確に形成する非機械的フォトリソグラフィー技術を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料上に重なる箇所において、抑制剤を含有する感光性ポリマーの除去輪郭を定める方法であって、
前記ポリマーに入射光を指向させる工程と、
前記入射光をポリマーの第一部分に通過させる工程と、
前記入射光を導電性材料に反射させる工程と、
前記反射光をポリマーの第二部分に通過させて戻す工程と、前記反射光は、入射光と同一の位相を有することと、
前記第一部分と第二部分との双方に共通する領域において、ポリマー中の抑制剤の効力を消失させる工程と、
前記ポリマーに展開溶剤を適用する工程と、
前記抑制剤の効力が消失されている共通領域において、ポリマーを溶解する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記導電性材料は、非導電性基板層間の金属コンタクト・リードを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性材料は、非導電性基板上に形成された金属化されたコンジットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記入射光は、ポリマーの第一部分を均一に照射するように分散される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記入射光は、ポリマーの第一部分の複数位置へ同時に指向される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記入射光は、ポリマーの第一部分の複数位置へ連続して指向される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記入射光はコリメートされている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光はコヒーレント光である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記入射光の波長は、０．３〜０．４５μｍである請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記感光性ポリマーの厚さは、０．３〜０．４５μｍである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
導電性材料上に重なる箇所において、架橋可能な分子を含有する感光性ポリマーの除去輪郭を定める方法であって、
前記ポリマーに入射光を指向させる工程と、
前記入射光をポリマーの第一部分に通過させる工程と、
前記入射光を導電性材料に反射させる工程と、
前記反射光をポリマーの第二部分に通過させて戻す工程と、前記反射光の波長は、入射光と１８０°異なる位相を有することと、
前記第一部分と第二部分との双方に共通する領域外のみにおいて、ポリマー中の分子を架橋する工程と、
前記ポリマーに展開溶剤を適用する工程と、
前記架橋反応が活性化されていない第一部分と第二部分との双方に共通する領域において、ポリマーを溶解する工程とを含む方法。
【請求項１２】
前記入射光は、ポリマーに対して直角に指向される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
導電性材料上に重なる感光性ポリマーの除去輪郭を定める方法であって、
前記ポリマーの第一部分に第一入射光を指向させる工程と、
前記第一入射光をポリマーに通過させる工程と、
前記第一入射光を導電性材料に反射させる工程と、
前記反射光を検出する工程と、
前記反射光が検出された層の第二部分に、第二入射光を指向させる工程と、
前記ポリマーに展開溶剤を適用する工程と、
前記ポリマーの第ニ部分のみを溶解する工程とを含む方法。
【請求項１４】
導電性材料上に重なる箇所において、抑制剤を含有する感光性ポリマーの除去輪郭を定める方法であって、
前記ポリマーに第一入射光を指向させる工程と、
前記第一入射光をポリマーに通過させる工程と、
前記第一入射光を導電性材料に反射させる工程と、
前記反射光を検出する工程と、
前記反射光が検出された層の第二部分に、第二入射光を指向させる工程と、
前記第ニ部分内のみにおいてポリマー中の抑制剤の効力を消失させる工程と、
前記ポリマーに展開溶剤を適用する工程と、
前記抑制剤の効力が消失されている第二部分内のみにおいて、ポリマーを溶解する工程とを含む方法。
【請求項１５】
前記第二入射光を指向させるに先立って、反射光の受容位置と予測位置とを比較する工程と、
前記反射光が予測位置と一致する場合、層の第二部分のみに第二入射光を指向させる工程とを更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
導電性材料上に重なる箇所において、架橋可能な分子を含有する感光性ポリマーの除去輪郭を定める方法であって、
前記ポリマーに第一入射光を指向させる工程と、
前記第一入射光をポリマーに通過させる工程と、
前記第一入射光を導電性材料に反射させる工程と、
前記反射光を検出する工程と、
前記反射光が検出されなかったポリマーの第二部分に、第二入射光を指向させる工程と、
前記第ニ部分内のみにおいてポリマー中の分子を架橋する工程と、
前記ポリマーに展開溶剤を適用する工程と、
前記抑制剤の効力が消失されていない第二部分内のみにおいて、ポリマーを溶解する工程とを含む方法。
【請求項１７】
前記入射光は、近赤外光を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記入射光は、０．３〜０．４５μｍの波長を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
積み重ね電子装置の導電性材料のための自己整合コンタクトを形成する方法であって、
積み重ね電子機器上にネガティブポリマーを形成して、導電性材料を覆う工程と、前記ポリマーは、該ポリマー上に入射光が放射されると展開液で溶解され得ることと、
前記ポリマーに対して入射光を放射する工程と、
前記入射光を導電性材料に反射させて、導電性材料上のポリマーに対する入射光の放射を相殺する工程と、
前記ポリマーに展開液を適用して、導電性材料上のポリマーを溶解する工程とを含む方法。
【請求項２０】
前記ネガティブポリマーは少量の活性剤を含有して、前記ポリマーに入射光が照射されると、小分子を架橋して巨大分子に変換させる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記入射光は、赤外光を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記入射光を反射させる工程は、入射光を反射させて、該入射光と１８０°位相が異なる反射光に変換する工程を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記展開液を適用する工程は、ポリマーに展開液を噴霧する工程を含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、積み重ね電子装置の端面に沿ってコンタクトを提供する方法に関し、より詳細には、材料の反射特性の違いを利用して、感光性ポリマーの絶縁層内にてコンタクト・パッドの輪郭を形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙観測システムは、コンピュータ化されたデータ処理装置と結合された赤外線検出器を使用して、加熱物体と、同物体の下方の大気圏内及び地上における動きとを監視する。赤外線スペクトルは、約０．７５マイクロメータから１ミリメータという幅広い波長をカバーしている。赤外線検出器の機能としては、赤外線領域内の特定部分の波長エネルギーに対して感応する。加熱物体は、赤外線スペクトル内に特徴的な波長を有する熱エネルギーを放散する。異なる熱源に対応する熱エネルギーの異なるレベルは、赤外線周波スペクトルの異なる部分のピークが強調される信号放射により特徴付けられる。設計者の関心に応じて、その範囲に感度を有する赤外線検出器が選択される。同様に、意図される検出機能を考慮して、赤外線検出器からの信号を受信し処理する電子回路も選択される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在の赤外線検出システムは、多数の極めて高感度の検出素子のアレイを備え、その出力は精巧な処理回路に接続されている。検出素子励起のパターンおよび連続を迅速に分析することにより、システムの回路は、赤外線放射源を識別し監視し得る。しかしながら、１億個以上の検出素子と、それに関連する回路とを、信頼性の高い実用的な形態にて結合させた構造を実際に構成することは困難である。接続モジュール上に導電体が配置され、かつ緊密な環境にて隣接する導電体間を絶縁しながら検出素子を整合させることは相当困難である。その結果、目下使用されている赤外線検出システムの実際的用途において、検出アレイと付随する回路との小型化、およびこれらの信頼性の向上と、安価な生産性において更なる進歩が必要とされる。
【０００４】
先行技術では、緊密に配置された検出器のアレイを処理回路に接続する多数の検出器アレイモジュールが開示されている。これらのモジュールは、一般に、モジュールに対する接続部品全体が第一の水平層上に配置されている。モジュール内の電子装置と接続回路は、バイアとして公知の、層全体を介して鉛直方向に延びる導電体により相互接続され、かつ積み重ねられた数個の水平層のうちの１個上に配置されている。この構成の主たる不都合は、１個の層が検出器全体と外部電子装置とに接続されるため過度に混雑し、また平行層に延びる多数のバイアを支持する必要があることである。従って、接続層の寸法と、導電体の最小幅、および離間空間とを要因として、接続可能な検出素子の数と、オン−フォーカル面処理装置を支持する外部電子装置への接続数とが制限される。
【０００５】
先行技術に開示されている別のモジュールは、検出アレイをモジュール層の面に対して直交するように配向させ、モジュールの片側端部に隣接して配置することによって、混雑と空間最適化の問題に対処している。この構成は、一般に「Ｚ−テクノロジー構造（Z-technology architectures)」と称されている。Ｚ−テクノロジー・モジュールは、通常、
複数の薄膜基板の層を積み重ね、各層の端部を、隣接する検出アレイの列にバンプ接着することによって形成される。基板表面に沿って延びる導電体は、個々の検出素子から延びるコンタクト・リードに対して注意深く整合されている端部を有する。この構成により、検出器全体を１個のモジュール層に接続する配線の混雑が有利に回避され、モジュール内の使用可能な空間を減少させる鉛直バイアの必要性が軽減される。検出アレイは、一般に
、１００μｍ未満の離間された画素を有し、フリップチップ・バンプ接着によりモジュールと一体化されている。
【０００６】
相互接続を各画素の背部においてＺ方向に保持するために、モジュール層は非常に薄く、かつ互いに緊密に維持される必要がある。積み重ね電子装置端面のコンタクト・リードは、約１μｍの厚さを有する導電体層上に配置されている。コンタクト・リードの基板への架橋を防止するフォトレジスト・パターンは、必要とされる耐性において生産性を有さない。従来の方法による端面コンタクト・リードの接続においては、基板をエッチバックしてコンタクト・リードを端部から突出させ、突出した端部上に絶縁層を堆積させる。その後、リード先端部を軽く研磨して金属コンタクトを露出させて、その周囲にパッド輪郭を形成する。現存する方法は概ね適切であることが証明されているが、関連する製造上の問題も有している。即ち、機械的研磨のパラメータの安定化と制御とが困難である。
【０００７】
現存する方法による不都合を鑑みて、積み重ね端面に沿ってコンタクト・パッドの輪郭を正確に定める非機械的方法を提供することが望ましい。一方法において、この問題は、深度感知レーザ（depth-sensitive laser）を使用して、突出リード上の被膜を焼灼する
ことにより解決され得る。しかし、この方法は、リード周囲の基板をエッチバックするステップが排除されていないため、完璧な解決法ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、特に先行技術に関連した上述の不都合を解決する。本発明は概して、導電性材料上に重なる感光性ポリマー層の除去輪郭を定める方法からなる。本方法では、導電性材料を反射した光を用いて導電性材料の位置を定める。展開溶剤を適用して、入射光と反射光との双方が通過した層のポリマーを溶解させる。
【０００９】
本発明の一局面のニ通過方法において、導電性材料および非導電性材料上に、ポジティブ感光ポリマー層を適用する。入射光をポリマーの第一部分に指向させる。入射光は導電性材料を反射して戻り、ポリマーの第二部分を通過する。ポリマーの第一部分と第二部分との双方に共通する（即ち、入射光と反射光とが通過した）領域内のみでポリマー中の抑制剤の効力が消失される。展開溶媒を適用して、抑制剤の効力が消失されている共通領域内のポリマーを溶解させる。
【００１０】
本発明の第二の局面の波面相殺方法において、ネガティブ感応ポリマー層を適用する。入射光をポリマーの第一部分に指向させる。入射光は導電性材料を反射して戻り、該反射光はポリマーの第二部分を通過する。フォトレジストは、入射光と１８０°異なる位相を有する波長の反射光を提供するに適した厚さを備えている。第ニ部分と共通しない第一部分の領域内のみで、ポリマー中の分子が架橋される。展開溶剤を適用して、架橋反応が活性化されていない箇所のポリマーを溶解させる。
【００１１】
本発明の代替的な実施形態では、反射光の検出領域に第二の入射光を指向させて、次いでこの検出領域を展開液で溶解する。レーザ読取り方法では、同様に、導電性材料および非導電性材料上に感光ポリマー層を適用する。吸収スペクトル外に存在する第一入射光をポリマー層の第一部分に指向させる。入射光は、導電性材料を反射して戻り、検出される。反射光が検出されたポリマー層の第二部分に、吸収スペクトル内に存在する第二入射光を指向させる。第二入射光はポリマー中の抑制剤の効力を消失させる。抑制剤の効力が消失されているポリマー層の第二部分内のみにて、展開溶剤がポリマーを溶解させる。
【００１２】
本発明は、自己整合コンタクト・パッドの輪郭を定める非機械的フォトリソグラフィー法を提供する。本発明は、金属コンタクトを反射して戻る光を使用して、絶縁層内のコンタクト・パッド領域を画成する。本発明のこれらの利点、及び他の利点は、以下の説明と
図面とからより明らかとなろう。図示され、かつ記述される特定の構造を、本発明の趣旨から逸脱せずに変更し得ることが理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付の図面と関連した以下の詳細な説明とは、本発明の好ましい実施形態を記述するものであり、本発明が構成され得る、又は使用され得る唯一の形態を説明することを意図するものではない。本説明では、実施形態との関連において、本発明を構成し作動させる機能と一連のステップとを開示する。しかしながら、異なる実施形態を用いて、同一、又は等価な機能とステップとを達成することが可能であり、このような実施形態もまた本発明の範囲および趣旨内に包含されるものとする。
【００１４】
図１〜４に、先行技術による構造と方法とを示す。本発明を、図５〜８と関連づけて説明する。図１を参照すると、赤外線検出システムに関連して使用される積み重ね電子装置１０の典型的な端部の拡大図が示されている。積み重ねシリコン電子装置１０の端面１３上の金属コンタクト・リード１２は、１μｍの厚さを有するＳｉＯ２層１４の頂面上に配置されている。図２を参照すると、所望のフォトレジスト・パターン１６が図示されている。積み重ね電子装置１０の、全厚約１．２７ｃｍ２（１／２平方インチ）迄の端面１３上に対して、フォトレジスト・パターン１６を機械的に整合すると、ランアウト耐性（runout tolerance）は２〜１２μｍになり、所望のパターン生産が不可能になる。形成される孔隙１７が良好に整合されない場合、内部に形成される従来のコンタクト・パッド（図示せず）により、コンタクト・リード１２がシリコン基板１９に架橋して、回路が作動しないものと想定される。
【００１５】
積み重ね電子装置１０の端部１３上に重なる絶縁層２０から突出しているコンタクト・リード１２を形成する従来の方法を、図３および図４に示す。基板端部１３をエッチバックして、突出したコンタクト・リード１２を残留させる。次いで、端部１３上に絶縁層２０を堆積させる。その後、コンタクト・リード１２上の絶縁層２０の先端部２２を軽く研磨することにより金属コンタクト・リード１２を露出した後、堆積層２０の輪郭を形成する。
【００１６】
図５〜８に、本発明の好ましい実施形態を示す。本発明では、端部１３に沿って、導電性材料と非導電性材料との光学的特性の違いを利用して、金属コンタクト・リード１２からの反射光を用いることにより、ポリマー２５の絶縁層内にコンタクト・パッドを形成する。第一実施形態は、ニ通過方法からなる。この方法では、展開液による攻撃を阻止する抑制剤を２５％迄含有した、従来のポジティブ・フォトレジスト層、即ちポリアミドポリマー層２５を使用する。本実施形態では、従来の感光性ポリマー２５を使用することが適切である。適切に洗浄した後、積み重ね端部１３に対して厚さ０．３〜０．４５μｍのポリマー２５を適用する。レジスト適用に先立って、接着促進剤、又は下塗り剤（primer）が使用されてもよい。ポリマー２５は、予め露出されてベーキングされ、残留溶剤を除去して接着を促進し、レジストを硬化させてもよい。
【００１７】
このニ通過方法では、ポリマー層２５と入射光２７とは、入射光２７を一回通過させるのみではポリマー２５中の抑制剤の有効性を消失させ得ず、光を二回通過させることによって、展開液で溶解し得るポリマー２５を形成するよう選択される。図５において、良好にコリメートされた入射光２７の幅広い光線が、ポリマー２５の第一部分３３（図６Ａ）に指向されている。図６において、入射光２７が金属コンタクト・リード１２を反射する際、反射光２９が分散して、ポリマー２５の第二部分（図６Ａ）を通過する様子を示す。反射光２９の分散光は、約１μｍである。反射光２９は入射光２７とほぼ同一の位相を有する必要がある。ポリマー２５は、入射光２７に露出される。入射光２７は、ポリマー２５に含まれる抑制剤のレジストの吸収スペクトル内の波長帯における適切な強度の光エネ
ルギーを提供する。入射光２７の波長は、０．３〜０．４５μｍであり、近赤外の範囲内に存在する。露出システムは入射光２７をポリマー２５上に対して均一に照射する必要がある。入射光２７は、ほぼコリメートされ（平行な光線）、かつほぼコヒーレント（一定の位相）でなければならない。入射光２７は層２５に対してほぼ垂直に指向されることが好ましく、それによって材料は金属コンタクト・リード１２に関して垂直方向に除去される。その後、展開液が、好ましくは浸漬ではなく噴霧により適用されて、第一部分３３と第ニ部分３５とに共通する領域（図７参照）内において、ポリマー２５内に孔隙３０の輪郭が形成される。孔隙の直径は、約１〜２μｍである。適用される展開液は、従来のアルカリ性の水溶性溶液である。孔隙３０内に、従来のコンタクト・パッド（図示せず）が形成され得る。
【００１８】
図５〜７に、第二実施形態による波相殺方法をも示す。本方法では、少量の感光分子（活性剤）を含有した、従来のネガティブ感光材料からなるポリマー２５の絶縁層を使用する。活性剤はポリマー２５内の入射放射を吸収して、小分子（モノマー）が架橋して不溶解性の巨大分子（高分子）に変換することを促進する。本実施形態では、従来の感光性ポリマー２５を使用する。適切な波長を有する入射光２７を、ポリマー２５に対してほぼ垂直に指向させる。入射光２７は、金属コンタクト・リード１２を反射して、反射光２９になる。反射光２９は、入射光２５と異なる位相を有する必要がある。異なる位相の光の振幅の合計はゼロになることから、反射光２９は、この領域を通過する入射光２７の第一入射を有効に相殺するよう働く。波面の相殺においては、ポリマー２５の厚さを調節することが重要である。
【００１９】
図８に、更なる第三実施形態によるレーザ読取り方法も示す。本方法では、従来のポジティブ感光材料からなるポリマー２５の絶縁層を適用する。レーザ光線の第一入射光２７がポリマー２５の複数位置に対して連続して指向される。図５に、この連続全体を示す。本実施形態では、レーザ光線の細い入射光２７のみが使用されるため、入射光２７は、ポリマー２５の層に対してほぼ垂直に指向されることが特に重要である。レーザ光線の第一入射光２７は、ポリマー２５の吸収スペクトル外に存在する。下部のＳｉＯ２層１４と基板層１８とに指向される入射光２７は吸収される（図６）。金属コンタクト・リード１２に指向される入射光２７は、反射して戻り２９（図６）、レーザユニット（図示せず）により検出される。レーザユニットは、レーザ光線の第二入射光３１（図８）を反射光２９の位置に指向させる。レーザ光線の第二入射光３１の波長は、ポリマー２５の吸収スペクトル内に存在している。その後、展開液を適用して、図２と同様のパターンにて孔隙１７の輪郭を形成する。任意にて、代替的に、従来のネガティブ感光ポリマー２５を絶縁層に使用して、反射光２９が検出されないポリマー２５の位置に対して、レーザ光線の第二入射光３１を連続して指向させてもよい。
【００２０】
また任意にて、レーザユニット（図示せず）は、該ユニットと結合されたコンピュータ制御プログラムを有し得る。プログラムは、メモリ内に金属コンタクト・リード１２の近似位置を記憶している。この近似位置は、通常、オペレータによる入力が容易な規則的なパターンを有している。コンピュータ制御プログラムによって、レーザユニットはコンタクト・リード１２の規則正しいパターンを有さない浮遊金属粒子に由来する間違った反射を拒絶し得る。
【００２１】
本願に説明し、図面に示した積み重ね電子装置の自己整合コンタクトを提供する典型的な方法は、本発明の好ましい実施形態のみを記述するものであることを理解されよう。事実、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、これら実施形態に様々な変更と付加とを為し得る。本発明の方法は、シリコン基板上に形成された従来の金属化されたコンジット上に載置される絶縁層内の材料除去の輪郭を定めるために使用されてもよい。これらと他の変更及び付加とは、様々な異なる用途において本発明にて明白であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】積み重ね電子装置アセンブリの拡大断面図。
【図２】所望の絶縁層パターンを示す断面図。
【図３】積み重ね端面に沿って、絶縁材料を介してコンタクト・リードを形成する従来の方法を示す断面図。
【図４】積み重ね端面に沿って、絶縁材料を介してコンタクト・リードを形成する従来の方法を示す断面図。
【図５】本発明の好ましい実施形態による自己整合方法を示す断面図。
【図６】本発明の好ましい実施形態による自己整合方法を示す断面図。
【図６Ａ】本発明の好ましい実施形態による自己整合方法を示す断面図。
【図７】本発明の好ましい実施形態による自己整合方法を示す断面図。
【図８】本発明の好ましい実施形態による自己整合方法を示す断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2006504135.tif 000010
2006504135.tif 000011