СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
METHOD OF PHOTOTRANSFORMER PRODUCTION

Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к способам получения трехкаскадных преобразователей.
+
0,2
0,8
0,8
0,8
0,2
0,8
Известен способ селективного стравливания контактного слоя nGaAs гетероструктуры GaAs/AlGaAs в подзатворной области полевых транзисторов (см. Highly Selective GaAs/AlGaAs Gate Recess of Low-Voltage-Power Pseudomorphic High-Electron-Mobility Transistor, Jpn. J. Appl. Phys. v.39 (2000), р. 1, №8, стр. 4699-4703), в котором используется водный раствор лимонной кислоты, лимонно-кислого калия и перекиси водорода. С увеличением концентрации лимонно-кислого калия селективность травителя возрастает благодаря процессу гидролиза, при этом возникающие гидрооксиды способствуют образованию труднорастворимых окислов на слое AlGaAs.
+
Недостаток данного способа применительно к производству фотопреобразователей на трехкаскадных структурах Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge - высокая чувствительность травителя к поверхностным загрязнениям и окисным пленкам, возникающим при выполнении операций нанесения и снятия фоторезиста, отжига контактов. В результате при стравливании контактного слоя nGa(In)As по маске фронтальной металлизации остаются островки не удаляемых пленок, что снижает фотоактивную площадь прибора.
+
Признак, общий с предлагаемым способом, следующий: удаление nGa(In)As контактного слоя структуры.
Известен способ изготовления чипов многослойных фотопреобразователей (см. патент России №2368038, опубл. 20.09.2009 г.), принятый за прототип, в котором формируют контактную металлизацию на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке.
+
+
При этом на фронтальную поверхность структуры напыляют основу омического контакта толщиной 0,2÷0,4 мкм, состоящую из последовательно расположенных слоя сплава, содержащего золото 90 масс.% и германий 10 масс.%, слоев никеля и золота. Вжигают основу омических контактов при температуре 360÷370°С. Далее утолщают фронтальный и тыльный контакты электрохимическим осаждением последовательно слоев золота, никеля и золота общей толщиной 1,6÷3,5 мкм. Затем вытравливают мезу; удаляют nGa(In)As контактный слой структуры по маске фронтальной металлизации для открытия светочувствительной поверхности солнечного элемента. Травление проводят последовательно в две стадии: на первой стадии осуществляют удаление окислов с поверхности структуры в аммиачно-перекисном травителе, на второй стадии осуществляют полное стравливание контактного nGa(In)As слоя в растворе лимонной кислоты и перекиси водорода. Далее напыляют антиотражающее покрытие.
+
Недостаток вышеуказанного способа заключается в том, что при изготовлении фотопреобразователей с фронтальными контактами на основе серебра, например, Cr/Au-Ge/Ag/Au травление контактного слоя структуры в аммиачно-перекисном растворе сопровождается подтравливанием слоя серебра, увеличением электрического сопротивления узких полос токосъемной металлизации. Кроме того, пластины после операции нанесения и удаления фоторезиста, в том числе «взрыва» негативного фоторезиста, отжига контактов травятся в растворах, указанных в прототипе, неоднородно, что видимо связано с поверхностными загрязнениями технологического характера. По периферии пластины остаются нестравливаемые зоны. Неоднородность скорости травления по площади пластины негативно сказывается на параметрах фотопреобразователя из-за локального перетрава слоя широкозонного «оптического окна» AlInP. Неконтролируемый подтрав контактного nGa(In)As слоя структуры под маской металлизации приводит к нарушению адгезии.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым способом следующие: формирование контактной металлизации на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигание контактов, вытравливание мезы, удаление контактного слоя структуры, напыление антиотражающего покрытия.
Технический результат, достигаемый в предложенном способе изготовления фотопреобразователя заключается в улучшении однородности и воспроизводимости стравливания контактного слоя структуры, повышении фотоэлектрических параметров.
Достигается это тем, что формируют контактную металлизацию на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигают контакты, вытравливают мезу, удаляют контактный слой структуры химикодинамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении компонентов, соответственно в масс.%:
- гидроокись тетраметиламмония 0,7÷1,3
- перекись водорода 6,5÷17,7
- вода 92,8÷81.
Отличительные признаки предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя, обеспечивающие его соответствии критерию «новизна», следующие:
- удаление контактного слоя структуры химикодинамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при следующем соотношении компонентов, масс.%: гидроокись тетраметиламмония - 0,7÷1,3; перекись водорода - 6,5÷17,7; вода - 92,8÷81.
Для обоснования соответствия предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого способа, дающих вышеуказанный технический результат. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя соответствует критерию «изобретательский уровень».
+
Предложенный способ изготовления фотопреобразователя обеспечивает однородное полное стравливание контактного nGa(In)As слоя структуры даже при наличие технологических загрязнений на поверхности пластины. Предложенный травитель не воздействует на серебряную составляющую фронтальной металлизации, в результате чего сохраняется необходимая электропроводность токосъемных полос.
+
Химико-динамическое травление обеспечивает удаление газовых пузырьков и продуктов реакции с поверхности пластины. Однородное травление по площади пластины исключает неконтролируемый подтрав контактного nGa(In)As слоя под маской металлизации. К предложенному травителю химически устойчив последующий широкозонный слой «оптического окна» AlInP. В результате улучшаются фотоэлектрические параметры фотопреобразователя.
Для конкретного примера реализации способа используют трехкаскадные структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенные на германиевой подложке диаметром ⌀100 мм.
+
Создают фоторезистивную маску с рисунком окон лицевых контактов и встроенного диода на установке Lithofab, при этом используют негативный фоторезист Aznlof2070. Затем вытравливают диодные площадки методом капельного травления; формируют фронтальную металлизацию на основе серебра Cr/Au-Ge/Ag/Au с толщинами слоев 7 нм/70 нм/6 мкм/50 нм соответственно напылением на установке ВАК 761 и последующим «взрывом» фоторезиста в органическом растворителе. Создают фоторезистивную маску с рисунком окон по периметру активных областей фотопреобразователя и диода, при этом используют фоторезист ФП 9120-2. Далее вытравливают мезу для электрической изоляции активных областей; удаляют фоторезист; напыляют сплошной слой тыльной металлизации Cr/Au/Ag/Au с толщинами слоев 10 нм/30 нм/6 мкм/50 нм соответственно. Далее вжигают контакты для снижения переходного сопротивления на установке ATV SRO 706 в режиме Тотж.=335°С, t=10 сек в среде водорода, а затем удаляют контактный nGa(In)As слой, согласно предложенному способу, химико-динамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении компонентов, масс.%: гидроокись тетраметиламмония - 1, перекись водорода - 12,6, вода - 86,4.
+
+
2
2
3
Обрабатываемые пластины по одной укладывают фронтальной стороной вверх в ванночки диаметром ⌀120 мм. Объем раствора в ванночке ~80 мм достаточен для полного погружения пластины. Устанавливают ванночки на платформу, совершающую орбитальное вращение в горизонтальной плоскости. Радиус вращения r~5 мм, частота оборотов f~200 об/мин. При этом раствор в ванночках движется по поверхности пластин, удаляя газовые пузырьки, образующиеся при разложении перекиси водорода, а также смывая продукты реакции травления. В случае неподвижного положения ванночки пластина под действием газовых пузырьков всплывает на поверхность раствора, происходит накопление продуктов реакции и торможение процесса травления. Применение раствора травителя с содержанием гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода более 1,3 и 17,7 масс.% нецелесообразно из-за интенсивного разложения перекиси водорода на поверхности металлизации, сопровождающегося капельным выбрызгиванием. В случае содержания гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода соответственно менее 0,7 и 6,5 масс.% травление протекает медленно (более 5 мин на одну пластину) и неоднородно по площади пластины. Процесс стравливания контактного nCa(In)As слоя контролируется по смене интерференционных цветов и прекращается по достижении широкозонного слоя «оптического окна» AlInP однородного темно-фиолетового цвета. Время травления t=1÷1,5 мин. Вытравленные пластины поочередно извлекаются из ванночек, промываются деионизованной водой. В одной ванночке с раствором травителя объемом ~80 мл обрабатывают до 4 пластин, после чего в раствор добавляют свежую порцию перекиси водорода ~8 мл и травитель используют повторно. Используемый согласно предложенному способу травитель обладает высокой селективностью к широкозонному слою «оптического окна» AlInP. Передержка пластины в растворе в течение t=3 мин не ухудшает параметры фотопреобразователя. Движение травителя по поверхности пластины способствует однородному стравливанию nGa(In)As слоя за счет удаления газовых пузырьков и продуктов реакции. Расположение пластин фронтальной поверхностью вверх позволяет визуально контролировать и своевременно прекращать процесс травления, что необходимо для пластин, различающихся по свойствам поверхности вследствие причин технологического характера. Далее наносят просветляющее покрытие TiO/AlO с помощью магнитных масок на установке ВАК 761 Opt. Разделяют пластины на чипы дисковой резкой на установке DFD6240.
2
Изготовленные фотопреобразователи размером 40×80 мм, площадью 30,17 смимеют хорошую адгезию лицевых контактов, однородный цвет просветляющего покрытия, улучшенные фотоэлектрические параметры с эффективностью более 29% (см.таблицу 1).
Таблица №1
Номер фотоэлемента
Iкз, mА
Uxx, mV
Параметры в рабочей точке
FF, %
КПДmax, %
Ιp, mΑ
Up, mV
КПДр, %
1
521,76
2674,8
512,46
2350
29,2
86,89
29,4
2
521,46
2676,07
512,54
2350
29,2
86,91
29,41
3
522,51
2676,02
512,61
2350
29,21
86,7
29,39
4
521,14
2675,66
512,66
2350
29,41
86,98
29,21
5
521,09
2785,23
512,8
2350
29,22
86,85
29,46
6
523,45
2663,85
512,99
2350
29,23
86,81
29,35
7
521,49
2676,07
513
2350
29,23
87,02
29,45
8
520,98
2677,94
513,06
2350
29,23
86,98
29,42
9
522,52
2673,56
513,75
2350
29,27
86,97
29,46
10
522,52
2675,03
514,27
2350
29,3
87,01
29,49