Способ изготовления индиевых микроконтактов

Авторы патента:

H01L31/18 - способы и устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей (не предназначенные специально для этих приборов H01L 21/00)

Владельцы патента RU 2571436:

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

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц, выполненных на основе полупроводниковых материалов. Способ изготовления индиевых микроконтактов согласно изобретению включает напыление слоя индия на полупроводниковые пластины с контактными площадками, формирование плоских индиевых площадок толщиной напыленного индия методами фотолитографии и/или ионного травления, при этом перед соединением матрицы и БИС производят оплавление индиевых плоских площадок в усеченные сферы высокочастотным катодным травлением ионами инертного газа при парциальном давлении (8-10)×10^-1 Па и плотности мощности в разряде от 1 Вт/см², без последующего нагревания. Изобретение предназначено для повышения надежности при одновременном снижении расхода индия при использовании стандартной конструкции испарителя, а также уменьшении времени процесса ионного травления напыленного слоя индия. 1 пр., 1 табл., 1 ил.

Известен способ сборки фотоприемных устройств, включающий формирование индиевых контактов с использованием подслоя из двух металлов с разной смачиваемостью к напыляемому на них слою индия, выдержку образцов с напыленным индием в высокочастотном газовом разряде смеси газов - аргона и фреона-14 при парциальном давлении 80 и 20 мТорр и плотности мощности в разряде 0.06-0.20 Вт/см² в течение 10-40 с для снятия оксидной пленки, и последующий нагрев до температур 160-170°C для отрыва индия от несмачиваемого им металла и увеличения высоты столбов [Патент RU 2131632 на изобретение, МПК H01L 31/18].

В известном способе используют метод плазмохимического травления в ВЧ разряде смеси газов CF₄+Ar. Активные ионы фтора и его радикалы вступают в химическое взаимодействие с удаляемым веществом, а именно окислами индия, образуют легколетучие продукты реакции, испаряющиеся при температуре процесса в объем камеры, которые далее удаляются из нее при вакуумной откачке. Основным недостатком плазмохимического метода является высокая радиационная активность. При удалении окислов индия с поверхности заготовок контактных столбов, расположенных на сформированных рабочих полупроводниковых структурах, плазмохимическое воздействие ухудшает их фотоэлектрические и электрофизические параметры.

Приведенная геометрическая формула высоты полученных столбов индия - h=S₁×h₁/S, где S₁ - исходная площадь основания столба, h₁ - исходная высота столба, S - площадь смачиваемого индием подслоя - не является точной. Согласно ей столбы должны иметь форму прямоугольных параллелепипедов. Однако в исследованиях [1. Chu K.M., Lee J.S., Cho H.S., Rho B.S., Park H.H. and Jeon D.Y. Characteristics of indium bump for flip-chip bonding used in polymeric-waveguide-integrated optical interconnection systems, JapJ. Appl. Phys., 2004, V. 43, №8B. 2. Kim, Young-Ho; Choi, Jong-Hwo; Choi, Kong Sick; Le He Cheel. New reflow process for indium bump, Proc. SPIE, v. 3061. 3. Патент RU 2392690 на изобретение, МПК H01L 23/48] говорится о получении после оплавления формы контактов, приближенной к сферической.

Также известен способ формирования контактного столба многоконтактного гибридного соединения, в котором одновременно проводят очистку атомарным кислородом и оплавление нагревом до 160°C помещенной в вакуумную камеру подложки с исходными индиевыми (In) столбами. Очистка и оплавление обеспечивают протекание реакции полного восстановления поверхностного окисла до чистого In и формирование сферических контактов большего размера [Патент RU 2392690 на изобретение, МПК H01L 23/48].

В известном способе показано формирование единичного контактного столба. Формирование многоконтактного соединения подразумевает распределение индиевых сфер в определенном порядке, что требует введения дополнительных этапов в процесс изготовления.

Последующий нагрев подложки с исходными In столбами в обоих способах до 160-170°C нежелателен для фоточувствительных элементов на основе узкозонных материалов из-за возможной деградации p-n-переходов.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления индиевых микроконтактов, в котором 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 [Патент RU 2492545 на изобретение, приоритет от 24.06.12].

Однако в известном способе высота микроконтактов равна толщине напыленного слоя индия, что определяет повышенный расход индия, особые требования к конструкции испарителя большой емкости для получения микроконтактов большой высоты и соответствующая толщине продолжительность процесса ионного травления слоя индия.

Технической задачей заявляемого изобретения является снижение расхода индия при использовании стандартной конструкции испарителя, а также уменьшение времени процесса ионного травления напыленного слоя In.

Технический результат достигается тем, после формирования плоских индиевых площадок толщиной напыленного индия на матрицах фотоприемников и БИС считывания методами фотолитографии и/или ионного травления удаление окисной пленки и оплавление индиевых площадок в усеченные сферы осуществляется высокочастотным катодным травлением ионами аргона при парциальном давлении (8-10)×10^-1 Па и плотности мощности в разряде от 1 Вт/см², без последующего нагревания.

Сущность описываемого способа состоит в том (см. чертеж, на нем обозначены: 1 - элементы матрицы, 2 - контактные металлические площадки, 3 - плоские индиевые площадки, 4 - усеченные индиевые сферы), что для увеличения высоты микроконтактов, получаемых на элементах матриц 1 из полупроводниковых материалов после напыления методами фотолитографии и/или ионного травления, плоские индиевые площадки 3 подвергают высокочастотному катодному травлению ионами аргона, одновременно удаляя слой поверхностного оксида и нагревая элементы матриц, что приводит к оплавлению их в усеченные сферы 4. В процессе изготовления индиевых площадок индий покрывается слоем оксида. Для его удаления использован метод высокочастотного катодного травления ионами аргона при парциальном давлении (8-10)×10^-1 Па в качестве источника плазмы, в котором поверхностный слой окислившегося индия бомбардируется ионами инертного газа с плотностью мощности в разряде 1 Вт/см² и, не взаимодействуя химически с ними, удаляется. Одновременно осуществляется нагревание индия в объеме плоских площадок энергией ионов и электронов, бомбардирующих поверхность, до температур плавления индия. Когда силы поверхностного натяжения жидкого индия становятся больше удерживающих форму сил, обусловленных остаточным оксидным слоем, индий отрывается от несмачиваемой поверхности и формирует приближенную к сферической форму на хорошо смачиваемых контактных металлических площадках 2 (например, Au/Ni). Поскольку плоские индиевые площадки расположены на изолирующем диэлектрическом слое и занимают 90% площади пластины, можно подобрать такую продолжительность процесса, когда энергия плазмы расходуется лишь на удаление окисной пленки и нагревание индия без существенного увеличения температуры пластины. Окончание оплавления можно наблюдать в смотровое окно вакуумной камеры.

При указанных условиях размер образовавшихся контактов в форме усеченной сферы является функцией объема исходной индиевой площадки. Его можно задать геометрической формулой:

где Η - высота усеченной сферы, R - радиус усеченной сферы, d - диаметр основания усеченной сферы (собирающего металлического контакта).

Известно, что объем сферы можно определить по формуле:

Объем исходной индиевой площадки будет:

где h - высоты напыленного слоя индия, а - сторона исходной In площадки.

По условиям задачи эти объемы равны (V_сф=V), поэтому радиус R усеченной сферы, учитывая выражение (1), можно получить как:

Таким образом,

Для данного процесса было выбрано значение плотности мощности газового разряда 1 Вт/см². Использование только одного газа (аргона) при парциальном давлении (8-10)×10^-1 Па в качестве источника плазмы имеет преимущество над вышеуказанными способами [Патент RU 2131632 на изобретение, МПК H01L 31/18; патент RU 2392690 на изобретение, МПК H01L 23/48] в том, что в плазме инертного газа при высоком значении плотности мощности не происходит химического взаимодействия с поверхностью образца (таких как, газофазной полимеризации радикалов и последующего их взаимодействия с образцом), что дает возможность проводить одновременно снятие оксидной пленки и нагревание индиевых площадок плазмой до температуры плавления индия.

Пример изготовления образца

Методами фотолитографии и/или ионного травления выполняют формирование плоских индиевых площадок толщиной напыленного индия на пластинах с матрицами БИС считывания и матрицами фоточувствительных элементов, с шагом 30 и 15 мкм, размером стороны контактных металлических площадок 10 и 6 мкм. Затем образцы помещаются в газовый разряд аргона с парциальным давлением 8×10^-1 Па и плотностью мощности 1 Вт/см² и выдерживают 3-5 минут без последующего нагрева. Было выявлено, что индий, находившийся на плохо смачиваемой, открытой поверхности образца, сошел с него на металлические контакты, высота контактов при этом увеличилась и стала равной и для матриц с шагом 30 и 15 мкм соответственно, где Δa - величина зазора между двумя ближайшими In площадками. В таблице приведены значения высот полученных усеченных сфер в зависимости от толщины напыленного слоя In.

Способ изготовления индиевых микроконтактов, включающий напыление слоя индия на полупроводниковые пластины с контактными площадками, формирование плоских индиевых площадок толщиной напыленного индия методами фотолитографии и/или ионного травления, отличающийся тем, что перед соединением матрицы и БИС производят оплавление индиевых плоских площадок в усеченные сферы высокочастотным катодным травлением ионами инертного газа при парциальном давлении (8-10)×10^-1 Па и плотности мощности в разряде от 1 Вт/см², без последующего нагревания.

Коллекторный электрод для солнечного элемента изготавливают трафаретной печатью проводящей пасты, при этом трафаретную печать повторяют многократно. Скорость прокатывания во время второй или последующей трафаретных печатей является больше, чем скорость прокатывания во время первой трафаретной печати.

Способ изготовления гетероструктуры для полупрозрачного фотокатода // 2569042

Изобретение относится к области технологии изготовления полупроводниковых приборов методом газофазной эпитаксии с использованием металлорганических соединений, в частности к технологии выращивания гетероструктуры для полупроводникового полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

Способ изготовления фоточувствительных халькопиритных пленок // 2567191

Изобретение относится к технологии создания фоточувствительных халькопиритных пленок, которые могут найти применение при создании солнечных батарей. Способ получения фоточувствительных халькопиритных пленок включает два этапа, на первом получают прекурсорную пленку, а на втором проводят ее отжиг.

Способ изготовления фотодиода // 2566650

Изобретение относится к технологии изготовления матричных фотоприемников ИК-излучения на основе антимонида индия, теллурида кадмия-ртути. Способ изготовления матричного фотоприемника согласно изобретению включает формирование на полупроводниковой пластине р+-n- или n+-р-перехода по всей поверхности, формирование защитной маски фоторезиста с рисунком ФЧЭ с последующим травлением мезаструктур на глубину, при которой р+-n- или n+-р-переход выходит на поверхность у основания мезаструктуры под углом меньше 60°.

Способ исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению // 2565331

Изобретение относится к области контроля фотоэлектрических устройств и касается способа исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению.

Печь для вжигания электрода солнечного элемента, способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент // 2562701

Согласно изобретению предложена печь для вжигания электрода солнечного элемента, которая снабжена транспортировочным элементом, транспортирующим подложку с нанесенной на нее проводящей пастой, секцией нагрева, которая нагревает подложку и вжигает проводящую пасту, и секцией охлаждения, которая охлаждает нагретую подложку.

Фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства // 2559991

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой.

Способ изготовления фотопреобразователя // 2559166

Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к способам получения трехкаскадных преобразователей.

Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника // 2554304

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к созданию тонкопленочных элементов матрицы неохлаждаемого типа в тепловых приемниках излучения (болометров) высокой чувствительности. Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника на основе оксида ванадия представляет собой нанесение металлической пленки ванадия и электродов методами магнетронного распыления и последующей лифт-офф литографии на диэлектрическую подложку.

Способ получения пленок твердых растворов замещения pbsnse методом ионного обмена // 2552588

Пленки твердых растворов замещения PbSnSe - востребованный материал полупроводниковой оптоэлектроники и лазерной техники среднего и дальнего инфракрасного диапазона.

Способ изготовления матричного фотоприемника // 2573714

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Изобретение обеспечивает утоньшение базовой области фоточувствительного элемента с получением требуемого качества и воспроизводимости границ и толщины. В способе изготовления матричного фотоприемника на лицевой стороне фоточувствительного элемента до гибридизации протравливают канавку определенной глубины. В процессе утоньшения, когда полировка доходит до дна канавки, вследствие заданной ширины углубления происходит резкое изменение габаритов базовой области, которое можно зафиксировать визуально. В этот момент утоньшение прекращают - полученный кристалл имеет ровные края и фиксированный размер, заданный фотошаблонами под углубление. При этом для изготовления углубления после травления индиевых микроконтактов, не снимая нижний защитный и верхний фоторезисты, напыляют тонкую пленку SiO. Далее делают фотолитографию по SiO с помощью прямоугольного фотошаблона, открывающего место под углубление. Затем следует плазмохимическое травление SiO в месте углубления и жидкостное химическое травление непосредственно углубления на требуемую величину. Удаляют фоторезист, плазмохимически стравливают оставшуюся пленку SiO и удаляют остатки фоторезиста. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ получения структурированного металлического покрытия // 2574344

Изобретение относится к способу получения структурированного электропроводящего покрытия на подложке. Технический результат - предоставление способа получения структурированного металлического покрытия на подложке, при реализации которого формируют структурированный металлический слой с четко определенными кантами и краями, что позволяет напечатать картину с высоким разрешением и структурами малых размеров, применимую в солнечных батареях. Достигается тем, что сначала на поверхность подложки наносят монослой или олигослой вещества, гидрофобизирующего поверхность, а затем на подложку наносят вещество, содержащее электропроводящие частицы, в соответствии с заранее заданным узором. Кроме того, изобретение касается применения этого способа для изготовления солнечных батарей или печатных плат, а также электронной детали, включающей в себя подложку, на которую нанесена структурированная электропроводящая поверхность, причем на подложку нанесен монослой или олигослой материала, гидрофобизирующего поверхность, а на монослой или олигослой нанесена структурированная электропроводящая поверхность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Способ травления меза-элементов на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/alxga1-xn // 2574376

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Изобретение может быть использовано в производстве матричных фоточувствительных элементов приборов гражданского и военного назначения. Сущность изобретения состоит в том, что травление гетероэпитаксиальных структур GaN/AlxGa1-xN после применения стандартных методов фотолитографии проводят с использованием заранее известных скоростей стравливания отдельных слоев AlxGa1-xN с разными значениями доли Al-x (0,00÷0,65). В качестве метода травления используют метод ионно-лучевого травления ионами Ar (аргона). Бомбардировка ионами инертного газа (Ar) при невысоких скоростях травления позволяет достичь необходимой анизотропности и однородности глубины травления. Скорость ионно-лучевого травления ионами аргона эпитаксиальных слоев AlxGa1-xN уменьшается с увеличением содержания мольной доли алюминия в эпитаксиальном слое в 3-4 раза при изменении молярной доли алюминия от 0 до 0.65. Изобретение обеспечивает возможность формирования меза-структуры с множеством отдельных p-i-n диодов с обеспечением необходимой однородности глубины травления структуры до слоя n+-AlxGa1-xN и без прерывания процесса травления. 2 ил., 1 пр.

Способ формирования активной p+- области солнечных элементов // 2575613

Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной p+-области солнечных элементов включает процесс диффузии бора с применением жидкого источника - треххлористого бора (BCl3). В качестве источника диффузанта используется жидкий источник - треххлористый бор (BCl3) при следующем расходе газов: кислород O2=12 л/ч, азот N2=380 л/ч, N2+H2=380 л/ч, BCl3=2 л/ч, 1000 ppm. Изобретение позволяет получить боросиликатный слой из жидкого источника треххлористого бора (BCl3) c обеспечением уменьшения разброса значений поверхностного сопротивления по кремниевой пластине, снижение температуры и длительности процесса. 3 пр.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе gasb // 2575972

При изготовлении фотопреобразователя согласно изобретению на тыльной стороне подложки GaSb n-типа проводимости выращивают методом эпитаксии высоколегированный контактный слой n+-GaSb, а на лицевой стороне подложки - буферный слой n-GaSb. Наносят на лицевую поверхность подложки диэлектрическую пленку. Создают химическим травлением окна в диэлектрической пленке. Легируют диффузией цинка из газовой фазы в квазизамкнутом контейнере поверхностный слой структуры GaSb фотопреобразователя. Удаляют на тыльной стороне подложки p-n-переход. Осаждают тыльный и лицевой контакты и отжигают их. Разделяют структуру травлением на отдельные фотоэлементы и наносят антиотражающее покрытие. Изобретение позволяет увеличить КПД фотопреобразователей на основе GaSb при высоких плотностях падающего излучения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента // 2575974

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента включает выращивание полупроводниковой гетероструктуры на германиевой подложке, создание омических контактов со стороны тыльной поверхности германиевой подложки и со стороны фронтальной поверхности гетероструктуры, нанесение просветляющего покрытия на фронтальную поверхность гетероструктуры, создание разделительной мезы через маску фоторезиста путем травления первой канавки в полупроводниковой гетероструктуре до германиевой подложки. После создания первой канавки осуществляют пассивацию поверхности первой канавки диэлектриком, после чего проводят травление через маску из фоторезиста второй канавки в германиевой подложке глубиной не менее 2 мкм и шириной на 5-10 мкм уже ширины первой канавки и покрывают вторую канавку диэлектриком. Способ согласно изобретению позволяет увеличить выход годных гетероструктурных солнечных элементов и повысить надежность их эксплуатации особенно в условиях космического пространства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 пр.

Способ вытравливания контактной площадки встроенного диода фотопреобразователя // 2577826

Изобретение относится к технологии изготовления трехкаскадных фотопреобразователей со встроенным диодом. Согласно изобретению на трехкаскадной полупроводниковой структуре GaInP/GaAs/Ge, выращенной на германиевой подложке с p-AlGaInP слоем потенциального барьера, p++-AlGaAs и n++-GaInP слоями туннельного перехода верхнего каскада, создают фоторезистивную маску с окнами лицевых контактов фотопреобразователя и диода, удаляют в диодном окне маски полупроводниковые слои, причем вытравливают p-AlGaInP слой потенциального барьера полностью или частично в смеси концентрированных соляной и фтористоводородной кислот в количественном соотношении объемных частей 5÷7 и 3÷5 соответственно, p++-AlGaAs слой туннельного перехода удаляют в смеси концентрированных соляной и лимонной (50%) кислот в количественном соотношении объемных частей 6÷10 и 8÷12 соответственно. Технический результат изобретения заключается в повышении однородности и воспроизводимости процесса травления, а также в улучшении параметров встроенного диода. 2 ил., 1 табл.

Способ сборки фоточувствительного модуля на растр // 2580184

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Сборка фоточувствительного модуля на растр заключается в том, что приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля осуществляют с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1, 2…) зондов (обычно из нержавеющей стали), которые находятся точно на контактных площадках БИС считывания, предназначенных для вывода сигналов посредством сварки (обычно золотых) выводов на растр. Поскольку давить на утоньшенный фоточувствительный элемент недопустимо, а осуществлять давление по всей периферийной области небезопасно, так как в этой области находится схема БИС считывания, которую можно повредить, то нагрузку необходимо осуществлять на наиболее защищенные от повреждения области, которыми являются контактные площадки, предназначенные для тестирования БИС считывания и сварки выводов на растр. При типичном количестве контактных площадок (~30 шт.) на БИС считывания приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр осуществляют с помощью штатного контактного устройства с фиксированным расположением зондов (типично из вольфрама), предназначенного для контроля кристаллов БИС считывания, которое позволяет осуществлять равномерную нагрузку на фоточувствительный модуль с величиной, необходимой для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении до рабочей температуры жидкого азота. Изобретение позволяет бездефектно и качественно проводить сборку фоточувствительного модуля на растр во время приклейки криостойким клеем. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления // 2586081

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия. Предложенные конструкция и способ ее изготовления позволяют реализовать принцип внутреннего усиления в многоканальных полупроводниковых детекторах. Полупроводниковый детектор включает формирование полуизолирующей i-области, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, при этом между металлическими контактами и i-областью формируют слой полупроводника, например арсенида индия, толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область, и понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии теплового равновесия кристалла, kT. Формирование осуществляют путем нанесения слоя индия поверх металлических контактов к i-области и последующего отжига контактов в условиях, достаточных для проплавления первичного металлического контакта. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Способ осаждения тонких пленок на поверхности подложек для изготовления солнечных элементов // 2586265

Изобретение относится к технологии изготовления солнечных элементов. Способ согласно изобретению заключается в том, что на поверхности подложки формируют тонкий слой пленки диоксида кремния за счет горения водорода и сухого кислорода в среде азота при расходе газов: N2=450 л/ч; H2=75 л/ч; O2=750±50 л/ч. Температура рабочей зоны 900±10°C. Разброс по толщине пленки диоксида кремния на подложке составил 3,0÷3,5%. Изобретение обеспечивает получение на поверхности подложки однородной и равномерной диэлектрической пленки диоксида кремния при низких температурах. 3 пр.