Спосіб виготовлення топологічних малюнків

Запропонований винахід відноситься до технології виготовлення деталей приладів мікроелектроніки та може бути використаний на підприємствах електронної промисловості для виготовлення сенсорних пристроїв [І], зокрема вузла 14 багатоелементного фотоприймального пристрою. Сучасні фотоприймальні пристрої, зокрема на основі епітаксіальних структур кадмій-ртуть-телур (КРТ), працюють при кріогенних температурах (77К) [2]. Вузол 14 багатоелементного фотоприймального пристрою представляє собою виготовлені фотодіоди безпосередньо на епітаксіальній КРТ структурі, яка з'єднана через індієві стовпчики [3] ("flip-chip" технологія) з кремнієвою схемою зчитування, яка в свою чергу приклеюється до охолоджуваної сапфірової або алундової (керамічної) підкладки. Для забезпечення електричних контактів, зняття та наступної обробки інформації, на підкладці необхідно зробити топографічний малюнок. Цей малюнок є плівковим провідником та слугує для приварки золотих провідників зі схеми зчитування та провідників наступної передачі електричних сигналів [4, 5, 6]. Серед аналогів відомий спосіб [7] формування топологічного малюнку на підкладці, який включає нанесення шару суміші дисперсних порошків тугоплавких металів та срібла методом шовкографії з наступним випаленням, як правило при цьому використовують температури 1000°С та більше, для забезпечення високої адгезії та електропровідності. Недоліком даного способу є те, що ми не можемо отримати високу роздільну здатність малюнку, тобто цей спосіб не може бути використаний для дрібних деталей, а також в цьому способі використовують лише пасти на основі срібла, які не забезпечують малі електричні втрати. Найбільш близькою до запропонованого способу є тонкоплівкова технологія з високою роздільною здатністю, яка дозволяє наносити тонкі шари шляхом напилення у вакуумі тонкопровідних шарів золота, а для забезпечення адгезії між золотом і підкладкою наносять шар адгезійно-активного металу хрому [8]. Необхідну топологію тонкопровідних покриттів на підкладці створюють за допомогою методів фотолітографії. Недоліком методу є протиріччя між умовами отримання шарів з високою адгезією (напилення на підкладку при її нагріві на 300¸500°С) та необхідністю хімічного витравлення отриманих адгезійних шарів для виготовлення малюнку (шари Аl2 О3+Сr2О 3 розчиняються лише в киплячій "царській горілці"), Наявність такого протиріччя приводить до браку при виготовленні тонких пластин - при недостатній адгезії напилених шарів, вони відстають при з'єднанні з золотими дротами або при експлуатації пристрою. При задовільній адгезії напилених при температурах 300¸500°С шарів виникають "паразитні" струми витоку між окремими провідниками через наявність залишкових поверхневих провідних шарів, не усунених травленням. Задачею запропонованого винаходу є підвищення виходу якісних деталей (зменшення відсотку бракованих деталей та підвищення надійності приладів). Поставлена задача досягається тим, що в способі, який включає очищення полірованої поверхні підкладки із сапфіру або алундової кераміки, нанесення на неї в вакуумі при нагріві шару адгезійно активного металу хрому, наступного шару золота, фотолітографію та сушк у, який відрізняється тим, що вакуумні покриття наносять при температурі 50¸100°С, а після операції фотолітографії проводять додаткове відпалення у вакуумі при температурі 250¸350°С протягом 60¸30 хвилин. Позитивний ефект полягає в тому, що нанесення вакуумних покриттів на відносно холодну (50¸100oС) підкладу перешкоджає утворенню занадто міцних адгезійних з'єднань з матеріалом підкладки, тому вони легко травляться при фотолітографії, а наступна операція відпалення забезпечує утворення адгезійного зв'язку поверхні підкладки з вакуумним покриттям. Для реалізації запропонованого винаходу на диски із сапфіру та алундової кераміки 22ХС діаметром 12мм. і товщиною 1мм у вакуумі 5×10-5мм.рт. ст. при температурі 50¸100°С напилювали послідовно шар хрому та золота. Кожний шар мав товщину 0,1¸0,3мкм. Після фотолітографії, промивки та сушки, у вакуумі 5×10-5мм.рт.ст. проводили відпал при температурі 250¸350oС протягом 60¸30 хвилин. Для порівняння були зроблені зразки при температурі 300 ¸ 500oС без відпалу. Випробування проводили шляхом підварки золотого дроту діаметром 0,1¸0,05мм. та термоударі у рідкому азоті. Візуально відстежували зразки, і ті, що мали відшарування від підкладки, вважали за брак. Запропонований спосіб дозволив зменшити брак у 2 рази. Відпал при температурі менше 250°С протягом 60 та більше хвилин не дозволив отримати надійне адгезійне з'єднання, а при температурі більше ніж 350°С протягом 30 хвилин подальшого покращення не досягалось. При зменшенні часу відпалу, менше ніж 30 хвилин при температурі 350°С, а 60 хвилин при температурі 250°С, погіршувало показник надійності з'єднання та збільшувало відсоток браку. Таким чином, запропонований спосіб та технологічні режими додаткового відпалу підвищують рівень виходу якісних деталей вдвічі. Використана література: 1. Г.М. Таланчук, С.П. Голубов, В.П. Маслов, П.С. Борсук, Р.А. Потырайло, Е.Ф. Новоселов, Е.Я. Пацко, Сенсоры в контрольно-измерительной технике, Киев, Техника, 1991г.; 2. Ю.С. Трошкин, А.Л. Чапкевич, Е.К. Горбунков, О.П. Посевин, А.В. Самвелов, Микрокриогенные структуры с газовой криогенной машиной по конструктивной схеме сплит-стринг для охлаждения фотоприемных устройств. Прикладная физика, 4-199, С.79-83; 3. А.Г. Клименко, В.Г. Воинов, А.Р. Новоселов, Т.Н. Недосекина, В.В. Васильев, Т.Н. Захарьяш, В.Н. Овсюк, Особо пластичные индиевые микростолбы для матричных ФПУ на CdHgTe, Российская Академия Наук, сибирское отделение, Автометрия, 1998г., №4, С.105-129; 4. В.М. Таран, Ю.Н. Зишевский, Оборудование и технология плазменной обработки деталей ИЭТ, Обзоры по электронной технике, Москва, ЦНИИ «Электроника», 1985г., Серия 7, выпуск 17 (1145); 5. В.Ю. Васильев, М.С. С ухов, Аппаратура и методика осаждения слоев при пониженном давлении, Обзоры по электронной технике, Москва, ЦНИИ «Электроника», 1985г., Серия 7, выпуск 4 (1088); 6. П.А. Богомолов, В.И. Сидоров, И.Ф Усольцев, Приемные устройства ИК-систем, Москва, Радио и связь, 1987, стр.66, рис.3.4; 7. Г.В. Белинская, Г.А. Выдрик, Технология электровакуумной и радиотехнической керамики, Москва, Энергия, 1977г., С.305-328; 8. Н.Р. Аигина, П.А. Богомолов, В.И. Сидоров, Приемники с внутренним интегрированием сигнала и тепловизионные системы на их основе, Зарубежная электроника техника, Москва, ЦНИИ «Электроника», №11, ноябрь, 1984, С.3-27.