СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНИКА
METHOD OF MAKING PHOTODETECTOR ARRAY

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.
Изготовление матричного фотоприемника (МФП) из объемного материала требует утоньшения базовой области (фоточувствительного слоя) матричного фоточувствительного элемента (МФЧЭ) (типично до толщины 8÷12 мкм). Известен способ изготовления МФП [патент на изобретение РФ №2460174], принятый за аналог, заключающийся в том, что утоньшение базовой области фоточувствительного элемента проводят после гибридизации отдельно вырезанных матричного фоточувствительного элемента и БИС считывания. Процесс утоньшения включает безабразивную химико-механическую полировку (БХМП) с использованием сферического полировального диска для получения заданной вогнутости поверхности до толщины базовой области фоточувствительного элемента (типично 80÷100 мкм) и химико-динамическую полировку (ХДП) до конечной толщины, при которой происходит компенсация вогнутости полученной на стадии БХМП с формированием неплоскостности поверхности при размере МФП порядка 10 мм не хуже ±2 мкм.
Однако, в известном способе изготовления МФП не описано, каким образом можно добиться качественных границ фоточувствительного элемента и хорошей воспроизводимости его размеров после утоньшения.
Прототипом предложенного изобретения принят метод утоньшения кристалла для получения улучшенного выхода годных приборов и повышения надежности [US Patent 6465344]. В этом изобретении представлены методы для формирования кристалла, которые приводят к минимальному краевому и поверхностному повреждению. Кристалл, сформированный этими методами, менее чувствителен к растрескиванию и разламыванию. Неровные края фоточувствительного элемента могут привести к образованию сколов, из которых в дальнейшем могут образовываться трещины. Это особенно критично в случае полупроводниковых материалов, работающих при температурах жидкого азота (InSb, KPT), которые постоянно подвергаются деформации вследствие термоциклов. Также немаловажно получение воспроизводимых размеров фоточувствительного слоя. Таким образом, существенно улучшается выход годных и характеристики устройств, изготовленных с помощью кристалла, сформированного этими методами. Для того чтобы создать кристалл, в подложке вокруг периферийного края кристалла формируются углубления процессами, которые вызывают только минимальное повреждение краев кристалла. Подложка разрезается через углубления в секциях, содержащих кристалл без соприкосновения с краем кристалла. Секции затем монтируются на держатель и утоньшаются для производства кристалла.
Далее изложение сопровождается ссылками на чертеж:
фиг. 1 - изображение матричного кристалла из антимонида индия с шагом 30 мкм и индиевыми микроконтактами, сформированными на Ni площадках с окнами в защитном диэлектрике после операции нанесения фоторезиста марки SP-16 толщиной 3 мкм на матричный кристалл с изготовленными индиевыми микроконтактами;
фиг. 2 - изображение матричного кристалла из антимонида индия с шагом 30 мкм и индиевыми микроконтактами, сформированными на Ni площадках с окнами в защитном диэлектрике после операции контактной фотолитографии для вскрытия области углубления и ее жидкостного химического травления;
фиг. 3 - изображение матричного кристалла из антимонида индия с шагом 30 мкм и индиевыми микроконтактами, сформированными на Ni площадках с окнами в защитном диэлектрике после отмывки от фоторезиста;
фиг. 4 - этап формирования канавки - изображение матричного кристалла из антимонида индия после травления индиевых микроконтактов, не снимая нижний защитный и верхний фоторезисты, нанесенные на защитные диэлектрики (для полупроводникового материала из InSb обычно используются SiO и анодный окисел);
фиг. 5 - этап формирования канавки - изображение матричного кристалла из антимонида индия после напыления тонкой пленки SiO (типично 1000Å);
фиг. 6 - этап формирования канавки - изображение матричного кристалла из антимонида индия после фотолитографии по SiO с помощью прямоугольного фотошаблона, открывающего место под углубление;
фиг. 7 - этап формирования канавки - изображение матричного кристалла из антимонида индия после плазмохимического травления SiO в месте углубления и жидкостного химического травления непосредственно углубления на требуемую величину (типично 8÷12 мкм);
фиг. 8 - этап формирования канавки - изображение изготовленного фоточувствительного элемента с канавкой после удаления фоторезиста, плазмохимического стравливания оставшейся пленки SiO и удаления остатков фоторезиста;
фиг. 9 - изображение матричного кристалла с шагом 20 мкм и изготовленными индиевыми микроконтактами после операции нанесения фоторезиста марки SP-16 толщиной 3 мкм и пленки SiO толщиной 1000Å;
фиг. 10 - изображение матричного кристалла с шагом 20 мкм и изготовленными индиевыми микроконтактами после операции фотолитографии для вскрытия области углубления, ее жидкостного химического травления и отмывки от фоторезиста;
фиг. 11 - фото матричного фотоприемника без использования канавки в качестве сравнения границ МФЧЭ без использования канавки;
фиг. 12 - фото окончательного результата изготовления матричного фотоприемника с использованием канавки.
На чертежах обозначены:
1 - изготовленные индиевые микроконтакты на кристалле.
2 - Ni площадки на кристалле.
3 - окна в защитном диэлектрике.
4 - результаты травления через поры в нанесенной пленке фоторезиста.
5 - нижний защитный и верхний фоторезисты.
6 - защитный диэлектрик (для полупроводникового материала из InSb обычно используется SiO).
7 - защитный диэлектрик (для полупроводникового материала из InSb обычно используется анодный окисел).
8 - тонкая пленка SiO (типично 1000Å).
9 - место углубления.
10 - непосредственно углубление.
11 - схематичное изображение изготовленного фоточувствительного элемента с канавкой.
Однако в способе изготовления МФП, взятом за прототип, не описано, каким образом формируются углубления наиболее бездефектным жидкостным химическим травлением с уже изготовленными индиевыми микроконтактами 1 на кристалле (фиг. 1). Дело в том, что стандартная форма защиты с помощью фоторезиста неэффективна из-за большой высоты индиевых микроконтактов (обычно более 5 мкм) по сравнению с толщиной применяемых фоторезистов (обычно 1-3 мкм). В результате, нанесенная пленка фоторезиста (например, с помощью центрифуги) содержит значительное количество пор 4 (фиг. 1-3), особенно на краевых выступах на вершинах индиевых микроконтактов, через которые проникает жидкостной химический травитель, используемый при формировании углублений в секциях, и стравливает индиевые микроконтакты. В качестве примера на фиг. 1-3 приведены изображения матричного кристалла из антимонида индия с шагом 30 мкм и индиевыми микроконтактами 1, сформированными на Ni площадках 2 с окнами 3 в защитном диэлектрике. Приведены изображения: после операции нанесения фоторезиста марки SP-16 толщиной 3 мкм на матричный кристалл с изготовленными индиевыми микроконтактами (фиг. 1); после операции контактной фотолитографии для вскрытия области углубления и ее жидкостного химического травления (фиг. 2), после отмывки от фоторезиста (фиг. 3). Хорошо видны стравленные части индиевых микроконтактов 4. Видно, что изотропное жидкостное химическое травление индия чаще всего начинается в углах на вершинах индиевых микроконтактов, приводя к сферическим травленным поверхностям. Особенно эта проблема усугубляется в случае формирования индиевых микроконтактов с малым шагом (20 мкм и менее).
Предложенное изобретение решает задачу утоньшения базовой области фоточувствительного элемента с получением требуемого качества и воспроизводимости границ и толщины.
Технический результат в изобретении достигается тем, что на лицевой стороне фоточувствительного элемента до гибридизации протравливают канавку определенной глубины. В процессе утоньшения, когда ХДП 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 1, не снимая нижний защитный и верхний фоторезисты 5 (фиг. 4) нанесенные на защитные диэлектрики 6 и 7 (для полупроводникового материала из InSb обычно используются SiO и анодный окисел), напыляют тонкую пленку 8 SiO (типично 1000Å) (фиг. 5). Далее делают фотолитографию по SiO с помощью прямоугольного фотошаблона, открывающего место под углубление (фиг.6). Затем следует плазмохимическое травление SiO в месте углубления 9 и жидкостное химическое травление непосредственно углубления 10 на требуемую величину (типично 8÷12 мкм) (фиг. 7). Удаляют фоторезист, плазмохимически стравливают оставшуюся пленку SiO и удаляют остатки фоторезиста. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 8 приведено схематичное изображение изготовленного фоточувствительного элемента с канавкой 11.
Предлагаемый способ был опробован на предприятии-заявителе при создании экспериментальных и опытных образцов матричных фотоприемников на основе антимонида индия (InSb). Однако предлагаемый способ применим и к другим полупроводниковым материалам. Результаты приведены на изображениях после операции нанесения фоторезиста марки SP-16 толщиной 3 мкм и пленки SiO толщиной 1000Å на матричный кристалл с шагом 20 мкм и изготовленными индиевыми микроконтактами (фиг. 9); после операции фотолитографии для вскрытия области углубления, ее жидкостного химического травления, после отмывки от фоторезиста (фиг. 10). Окончательный результат изготовления матричного фотоприемника с использованием канавки приведен на фото (фиг. 12) и в качестве сравнения границ МФЧЭ без использования канавки - на фото (фиг. 11).