[1]Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, а именно к технологии сборки полупроводниковых приборов, и может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств (МФПУ) методом перевернутого монтажа.
[2]В известном способе стыковки [патент США №4067104] индиевые микроконтакты выполнены в виде квадратных или круглых столбиков с плоскими вершинами и практически с одинаковыми геометрическими размерами для стыкуемых кристаллов БИС считывания и МФЧЭ. Главный недостаток указанного способа стыковки состоит в низкой прочности соединения кристаллов. Основная причина низкой прочности - наличие на поверхности индиевых микроконтактов оксидной пленки, обладающей низкими адгезионными и пластическими свойствами. Для повышения прочности стыковки необходимо очистить место соединения индиевых микроконтактов от оксидной пленки и создать тем самым условия для объединения чистого индия от двух стыкуемых микроконтактов.
[3]Существует много способов очистки поверхности индиевых микроконтактов от оксидной пленки, однако полной очистки поверхности индиевых микроконтактов в известных способах не происходит. Кроме того, окисление индия на воздухе происходит очень быстро - за десятки секунд [патент RU 2411610]. От очистки поверхности микроконтактов до стыковки проходит время, в течение которого происходит рост новой пленки оксида индия.
[4]Во время сдавливания микроконтактов при стыковке кристаллов происходит растрескивание оксидной пленки на поверхности индиевого микроконтакта, в зоне стыковки остаются частицы оксида от обоих микроконтактов и полной очистки от оксида индия в месте стыковки не происходит, что в конечном итоге снижает прочность стыковки.
[5]Наиболее близким изобретением к предлагаемому является известное решение [RU 2613617], согласно которому для повышения прочности стыковки кристаллов используют индиевые микроконтакты, прямоугольной формы, ориентированные под углом 90° по отношению друг к другу. По этому способу стыкуемые микроконтакты как бы разрезают друг друга с последующим слипанием не только горизонтальными плоскостями, как в случае квадратных или круглых микроконтактов, но и боковыми стенками, что увеличивает суммарную площадь слипания микроконтактов.
[6]Указанный способ стыковки имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью использования больших усилий для разрушения окисной пленки при стыковке кристаллов. Это приводит к недопустимо высоким давлениям на ячейку МФЧЭ, что может привести к выходу ее из строя.
[7]Известно [Автометрия, №4, 1998. Особо пластичные индиевые микростолбы для матричных ФПУ на CdHgTe, Клименко А.Г. и др.], что индиевые микроконтакты при сварке нуждаются в значительных давлениях до 3,8÷4 кг/мм2, тогда как давление порядка 1 кг/мм может быть слишком велико для КРТ, так как оно соответствуют его нижнему пределу прочности, при которой еще можно избежать возможной деградации электрических свойств из-за возникновения дополнительных электрически активных дислокаций.
[8]Для шага элементов в матрице 30 мкм размер прямоугольного микроконтакта составляет примерно 10×25 мкм. Оставшиеся крайние части микроконтактов длиной по 8 мкм необходимы для надежной фиксации краев микроконтакта для предотвращения размытия вертикальности боковой стыковки.
[9]Площадь поверхностной стыковки для одного микроконтакта в ячейке составляет S1=l12, где l1 - длина стороны стыковки, равная 10 мкм. В этом случае площадь поверхностной стыковки составит S1=10×10=100 мкм2. Площадь боковой стыковки равна S2=l2×n×h, где l2 - длина стороны боковой стыковки, n - число сторон, h - высота совместного продавливания индиевых микроконтактов (фиг. 1), равная в данном случае 5 мкм при высоте микроконтактов 8 мкм. Тогда площадь боковой стыковки составит: 10×4×5=200 мкм2, т.е. площадь боковой стыковки больше площади поверхностной стыковки в 2 раза. В расчетах приняты допущения, что поверхностная стыковка прямоугольных микроконтактов имеет только горизонтальную составляющую, а боковая стыковка - только вертикальную составляющую, т.е. без наклонных составляющих.
[10]После разрыва жесткой пленки окисла индия дальнейшая деформация пластичного индия осуществляется при меньших давлениях.
[11]Задачей предлагаемого изобретения является снижение давления на матрицу фоточувствительных элементов при соединении индиевых микроконтактов двух кристаллов.
[12]Технический результат изобретения состоит в относительном увеличении доли площади боковой стыковки микроконтактов в суммарной площади стыковки микроконтактов.
[13]Технический результат достигается тем, что с целью снижения давления на кристаллы при стыковке кристаллов, в каждой ячейке стыкуемых кристаллов располагают более одного индиевого микроконтакта.
[14]Так, например, для шага элементов в матрице - 30 мкм в ячейке может быть расположено до двух прямоугольных микроконтактов (фиг. 2а), а для шага 40 мкм - до трех микроконтактов (фиг. 2б). При этом значительно увеличивается площадь боковой стыковки по сравнению с поверхностной.
[15]Такая форма микроконтактов позволяет значительно снизить давление на кристаллы во время стыковки за счет увеличения относительной доли боковой площади стыковки по сравнению с площадью поверхностной стыковки (см. табл.).
[16]
[17]Из данных, приведенных в таблице, видно, что для шага элементов в матрице 30 мкм площадь боковой стыковки увеличивается в два раза с 200 до 400 мкм2 при использовании двух микроконтактов в ячейке. В случае шага элементов 40 мкм превышение площади боковой стыковки над поверхностной составляет два раза с 280 до 560 мкм2 при использовании двух микроконтактов в ячейке и более чем в 3,2 раза с 280 до 900 мкм2 в случае трех микроконтактов в ячейке.
[18]Следует отметить, что увеличение площади боковой стыковки приводит и к соответствующему увеличению прочности холодной сварки индиевых микроконтактов.
[19]Дальнейшее увеличение числа микроконтактов в матрице при принятых геометрических размерах не приводит к существенному увеличению суммарной площади стыковки индиевых микроконтактов. Это связано в том числе и с технологическими ограничениями при формировании прямоугольных микроконтактов малой ширины.
