СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИЕВЫХ СТОЛБИКОВ
METHOD OF MAKING INDIUM COLUMNS

Изобретение относится к технологии получения индиевых столбиков взрывной технологией для микросборок интегральных схем (ИС) или ИК-фотодиодных матриц методом перевернутого кристалла. Наибольшее распространение метод перевернутого кристалла получил при изготовлении гибридных инфракрасных (ИК) фотоприемников, охлаждаемых до температуры жидкого азота (Т=77К), в которых гибридизация матрицы фотодиодов с БИС считывания производится с помощью индиевых микроконтактов высотой до 10 мкм. Предлагаемый способ позволяет формировать индиевые столбики как на кремниевой (Si) БИС считывания, так и на инфракрасной фотодиодной матрице, кристалл которой выполнен из узкозонного полупроводника, например из индий-сурьма (InSb).
Известен способ изготовления индиевых столбиков (US, патент №5091288, опубл. 25.02.1992 г), принятый в качестве наиболее близкого аналога. Известный способ предполагает использование двух слоев фоторезиста из одинакового материала AZ4620. В известном способе на пластину наносят первый толстый слой фоторезиста AZ4620 толщиной 12-20 мкм или более и осуществляют его сушку. Проводят нанесение второго тонкого слоя фоторезиста AZ4620 и сушат его. Проводят стандартную фотолитографию под In столбики. Затем проводят экспонирование ультрафиолетовым (UV) излучением второго слоя фоторезиста и проявление. На пластину напыляют пленку In и осуществляют взрыв первого и второго слоев фоторезиста с металлической индиевой пленкой в органическом растворителе.
Наиболее близким прототипом является патент США №5,091,288 от 25 февраля 1992 г., заключающийся в нанесении на полупроводниковую матрицу первого слоя позитивного фоторезиста AZ-4620, экспонирование его ультрафиолетовым излучением по всей поверхности, нанесение на этот слой тонкого слоя фоторезиста AZ-4620 и экспонирование его через фотошаблон с необходимым размером окон для контактных столбиков. Далее следует проявление с образованием под окнами проявленных полостей. Затем напыляется контактный индий и осуществляется взрыв его в органическом растворителе.
К недостаткам известного способа нужно отнести критичность к термообработкам двух слоев фоторезиста, из-за которых возникают вздутия фоторезиста при многократных нанесениях фоторезистов, а также критичность к времени проявления, так как может измениться размер полости под вторым слоем фоторезиста. Это приводит к необходимости сверхточного контроля параметров процесса проявления.
Задачей изобретения является упрощение технологии, повышение однородности размеров индиевых столбиков.
Технический результат достигается тем, что для изготовления индиевых столбиков на пластину с металлическими контактами последовательно наносят два слоя фоторезиста, толщина каждого из которых составляет не менее 5 мкм, и слой фоторезиста, толщина которого не менее 1 мкм, проводят фотолитографию для формирования меток совмещения, затем последовательно наносят металлический слой и слой фоторезиста, толщина которого не менее 1 мкм, проводят фотолитографию под индиевые столбики, осуществляют травление металлического слоя в кислотном травителе и проводят плазмохимическое травление слоев фоторезиста с толщинами не менее 5 мкм до металлических контактов, напыляют пленку индия для формирования на металлических контактах индиевых столбиков, осуществляют удаление ранее нанесенных на пластину слоев в органическом растворителе.
Последовательность технологической цепочки предлагаемого способа иллюстрируется на фиг.1-10.
На фиг.1 показана пластина БИС считывания или подложка ИК фотодиодной матрицы с металлическими контактами.
На фиг.2 - нанесение первого толстого слоя фоторезиста.
На фиг.3 - нанесение второго толстого слоя фоторезиста.
На фиг.4 - нанесение первого тонкого слоя фоторезиста.
На фиг.5 - нанесение металлического слоя.
На фиг.6 - нанесение второго тонкого слоя фоторезиста.
На фиг.7 - травление металлического слоя.
На фиг.8 - удаление толстых фоторезистивных слоев.
На фиг.9 - нанесение слоя индия.
На фиг.10 - удаление ранее нанесенных на пластину слоев.
На фигурах следующими позициями представлены следующие элементы:
1 - пластина БИС считывания или подложка ИК фотодиодной матрицы;
2 - металлические контакты (например, из ванадия или никеля);
3 - первый толстый слой фоторезиста (ФП274Г-5);
4 - второй толстый слой фоторезиста (ФП274Г-5);
5 - первый тонкий слой фоторезиста (SP 15);
6 - металлический слой (молибдена, ванадия или алюминия);
7 - второй тонкий слой фоторезиста (SP 15);
8 - индиевая пленка и индиевые (In) столбики.
Способ изготовления матрицы столбиков осуществляется в следующей последовательности:
- на поверхность кремниевой (Si) пластины 1 с кристаллами БИС считывания или на InSb подложку с металлическими контактами 2 (фиг.1) наносят первый толстый слой 3 позитивного фоторезиста ФП274Г-5 (фиг.2) толщиной 5-7 мкм;
- первый слой фоторезиста сушат на плитке при температуре 130-140°C в течение 10 минут;
- на первый толстый слой фоторезиста наносят второй толстый слой 4 фоторезиста ФП274Г-5 (фиг.3) толщиной 5-7 мкм;
- второй слой фоторезиста сушат на плитке при температуре 130-140°C в течение 10 минут;
- наносят первый тонкий слой 5 позитивного фоторезиста SP 15 толщиной 1-2 мкм (фиг.4);
- тонкий слой 5 позитивного фоторезиста SP 15 сушат на плитке при температуре 90°C в течение 5 минут;
- проводят фотолитографию, формирование рельефа меток совмещения (фиг.4);
- маску сушат на плитке при температуре 130÷140°C в течение 10 минут;
- наносят металлический слой 6 толщиной 500-1000 Å (фиг.5);
- наносят второй тонкий слой 7 фоторезиста SP 15 толщиной 1-2 мкм;
- проводят фотолитографию под In столбики по металлическому слою (фиг.6) с сушкой фоторезиста SP 15 при температуре 90°C в течение 5 минут;
- осуществляют травление металлического слоя 6 в кислотном травителе (фиг.7);
- проводится плазмохимическое травление тонкого слоя 7 фоторезиста и толстых слоев 4, 3 фоторезиста до поверхности металлических контактов в плазме кислорода (фиг.8);
- проводят напыление индиевой (In) пленки 8 толщиной 9-10 мкм (фиг.9);
- осуществляется удаление ранее нанесенных на пластину слоев, а именно взрыв толстых слоев фоторезиста в органическом растворителе (диметилформамиде или в смеси диметилформамида с моноэтаноламином) (фиг.10);
- далее следует резка пластины на кристаллы.
Изготовлены экспериментальные образцы кремниевых БИС считывания 256×256 и ИК фотодиодных матриц из материала InSb формата 320×256 с формированием индиевых столбиков высотой 9-10 мкм предложенным способом.