Способ изготовления фотопреобразователя
PHOTOCONVERTER MANUFACTURING METHOD

Изобретение относится к электрическому оборудованию, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к фотопреобразователям.
Известен способ напыления омического контакта на лицевую поверхность (см. заявка RU 2354009 МПК H01L 31/18, опубликована 27.04.2009) структуры фотопреобразователя толщиной 0,2-0,4 мкм методом термического испарения в вакууме и вжиганием, затем дополнительным утолщением путем электрохимического осаждения до общей толщины 1,6-3,5 мкм слоев золота, никеля и золота.
Недостаток способа заключается в том, что двукратное проведение операции нанесения металлических покрытий усложняет технологию изготовления, увеличивая трудоемкость и приводит к разрастанию в стороны электрохимического осадка, увеличивая при этом коэффициент затенения.
2
5
Известен способ изготовления фотопреобразователя (см. RU 2219621, МПК H01L 31/18, опубликовано 20.12.2003), включающий последовательное напыление слоев контактной металлизации титана толщиной 80 нм, палладия 40 нм и серебра 40 нм, затем гальваническое осаждение, которые формируют контакт толщиной 6 мкм и защитный слой никеля 100-150 нм (Ti / Pd / Ag / Ni); напыление антиотражающего покрытия из ТаО толщиной 60 нм, оксинитрида кремния (SiON) толщиной 70 нм и аморфного кремния толщиной 50 нм.
Недостаток способа заключается в том, что используемый палладий относится к редким драгоценным металлам и его стоимость больше стоимости, аналогичных по свойствам материалов. Поэтому предпочтительнее в металлическом покрытии использовать после напыления слоя титана - слой золота. Так как никель является ферромагнетиком и может намагничивать лицевую и тыльную поверхность фотопреобразователя, что может неоднозначно сказаться на его электрических характеристиках. Изготовление фотопреобразователей с использованием тройного антиотражающего покрытия существенно увеличивает время изготовления и усложняет процесс изготовления при незначительном приросте характеристик.
Наиболее близкий способ изготовления фотопреобразователя, принятый за прототип (см. RU 2645438, МПК H01L 31/18, опубл. 21.02.2018) заключается в том, что создается на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры GaInP / Ga(In)As / Ge, фоторезистивной маски с рисунком лицевых контактов фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, формирование напылением и взрывом лицевых контактов Cr / Ag / Au-Ge / Ag / Au, создание фоторезистивной маски с окнами под мезоизоляцию фотопреобразователя и встроенного диода, вытравливание мезы, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльной металлизации Cr / Au / Ag / Au, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, напыление просветляющего покрытия, выполнение дисковой резки эпитаксиальной структуры на чипы, выравнивание чипов посредством охлаждения в парах азота.
Недостатком способа является то, что создание фоторезистивной маски с окнами под мезоизоляцию фотопреобразователя и вытравливание мезы, увеличивает время изготовления фотопреобразователей и увеличивает риск уменьшения выхода годных фотопреобразователей, из-за дополнительных операций.
Наличие встроенного диода в структуре фотопреобразователя может приводить к снижению процента выхода годных фотопреобразователей из-за неработающего диода, вследствие перетрава из-за применения капельного метода травления, что в свою очередь является ручной операцией. Как итог происходит отбраковка годных фотопреобразователей. Увеличивается количество требуемых расходных материалов и количество контролируемых параметров, что усложняет в целом процесс создания контактов и как следствие, потенциально может привести к уменьшению выхода годных фотопреобразователей.
Использование контактов различного состава на лицевой и тыльной стороне фотопреобразователя не технологично и увеличивает время изготовления фотопреобразователей.
Использование материалов титана и сплава золото с германием увеличивают стоимость изготовления фотопреобразователей.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления фотопреобразователя для повышения процента выхода годных фотопреобразователей, снижения количества требуемых расходных материалов, количества контролируемых параметров и стоимости изготовления фотопреобразователей, сокращения времени изготовления фотопреобразователей и упрощения в целом процесса создания контактов.
2
2
2
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления фотопреобразователя, включающем создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры GaInP / GaInAs / Ge фоторезистивной маски с рисунком лицевых контактов, напыление лицевых контактов, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, напыление просветляющего покрытия, резка структуры в размер, предварительно проводят травление германиевой подложки, затем напыление лицевых и тыльных контактов слоями титана толщиной 5÷10 нм, золота толщиной 100÷120 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота 200 нм (Ti / Au / Ag / Au), причем напыление просветляющего покрытия с последующей стабилизацией проводят оксидными слоями TaO толщиной 55÷65 нм и SiO толщиной 40÷50 нм, при этом резку фотопреобразователей в размер проводят перед нанесением антиотражающего просветляющего покрытия.
2
5
2
Поскольку предварительно проводят травление германиевой подложки, затем напыление лицевых и тыльных контактов слоями титана толщиной 5÷10 нм, золота толщиной 100÷120 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота 200 нм (Ti / Au / Ag / Au), причем напыление просветляющего покрытия с последующей стабилизацией проводят оксидными слоями TaO толщиной 55÷65 нм и SiO толщиной 40÷50 нм, при этом резку фотопреобразователей в размер проводят перед нанесением антиотражающего просветляющего покрытия, обеспечивается повышение процента выхода годных фотопреобразователей, снижение количества требуемых расходных материалов, количества контролируемых параметров и стоимости изготовления фотопреобразователей, сокращение времени изготовления фотопреобразователей и упрощение в целом процесса создания контактов.
На графическом материале представлены: фиг. 1 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенным фоторезистом, фиг. 2 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с фоторезистивной маской с рисунком лицевых контактов; фиг. 3 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенным фоторезистом после проявления; фиг. 4 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенной лицевой металлизацией; фиг. 5 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенной лицевой металлизацией после удаления фоторезиста; фиг. 6 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенной лицевой и тыльной металлизацией; фиг. 7 - трехкаскадная эпитаксиальная структура с нанесенной лицевой, тыльной металлизацией и антиотражающим покрытием; фиг. 8 - вольт-амперная характеристика фотопреобразователя.
Способ изготовления фотопреобразователей реализуется следующим образом.
Для изготовления фотопреобразователей используют трехкаскадные эпитаксиальные структуры 2 InGaP / InGaAs / Ge диаметром 100 мм.
4
2
2
2
2
2
2
2
2
5
2
Подготавливают эпитаксиальную структуру 2 путем защиты лицевой поверхности клейкой пленкой на основе поливинилхлорида, которая после завершения процесса травления удаляется. Затем проводят травление германиевой подложки в растворах состава СНОН+НО+НО=1:20:50 и HF+HO+HO=1:1:4 или в растворах, предложенных в прототипе по патенту RU 2645438. Далее промывают в каскадной ванне с деионизованной водой, сушат сухим азотом. Наносят на пластину фоторезист 1 методом центрифугирования, сушат в течение 10 минут при 100°С, засвечивают через фотошаблон, создавая фоторезистивную маску с рисунком лицевых контактов 3 и выдерживают в проявителе. Далее промывают в каскадной ванне с деионизованной водой, сушат сухим азотом. Напыляют слои лицевой металлизации 4 Ti / Au / Ag / Au методом термического испарения в вакууме. Титан считается лучшим адгезивным материалом. Он взаимодействует с кислородом, который присутствует во всех полупроводниковых материалах и восстанавливает полупроводник, образуя соединения (TiO), химические связи которого увеличивают силу сцепления. Для обеспечения адгезии достаточно наносить тонкую пленку титана толщиной 5÷10 нм. Меньшая толщина титана не обеспечивает достаточной адгезии, а большая толщина увеличивает переходное сопротивление контакта. Так как титан и серебро образуют между собой гальваническую пару, что может спровоцировать электрохимическую реакцию с последующей электрокоррозией, поэтому их разделяют промежуточным слоем золота толщиной 100÷120 нм. Затем напыляют серебро как основной проводящий слой толщиной 5÷6 мкм. Далее напыляют слой золота толщиной не менее 200 нм, предназначенный для защиты от воздействия активных ионов окружающей среды и предотвращающий коррозию материалов многослойной контактной структуры. Удаление фоторезиста 1 проводят в кипящем растворе ацетона, затем в растворе изопропилового спирта с последующей и промывкой в каскаде ванн с деионизованной водой, сушат сухим азотом. Напыляют слои тыльной металлизации 5 Ti / Au / Ag / Au методом термического испарения в вакууме с последующей термической обработкой в инертной печи при температуре 360°С в течении 5 мин. Проводят резку структуры 100 мм в размер. Наносят слои антиотражающего покрытия 6 методом термического испарения в вакууме ТаОтолщиной 55÷65 нм и SiO толщиной 40÷50 нм при температуре подогрева фотопреобразователя 160°С с последующей термической стабилизацией при температуре не более 420°С. Резка структуры в размер перед нанесением слоев антиотражающего покрытия 6 позволяет защитить торцы фотопреобразователя антиотражающим покрытием.
Изготовленный фотопреобразователь имеет среднюю величину коэффициента полезного действия ~ 28,5-29,5%, массу ~ 1,6-1,8 г и общую толщину ~ 95-105 мкм и вольт-амперную характеристику, показанную на фиг. 8.
Предложенный способ изготовления фотопреобразователя обеспечивает повышение процента выхода годных фотопреобразователей, снижение количества требуемых расходных материалов, количества контролируемых параметров и стоимости изготовления фотопреобразователей, сокращение времени изготовления фотопреобразователей и упрощение в целом процесса создания контактов.