СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА Российский патент 1999 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения, в том числе чувствительных в нескольких диапазонах спектра.

Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе тройного соединения Cd_xHg_1-xTe, включающий приклейку полупроводниковой пластины Cd_xHg_1-xTe на несущую подложку стационарным полимерным клеем, химико-механическое утоньшение пластины до рабочей толщины (≈10 мкм), разделение полупроводникового материала с помощью фотолитографии на отдельные блоки, на каждом из которых формируют топологию фоточувствительного элемента, после чего, разрезая общую подложку по границам выделенных из полупроводникового материала блоков, получают самостоятельные фоточувствительные элементы. Каждый из полученных фоточувствительных элементов наклеивают на пластину с нанесенным на нее контактным растром, а электрическое соединение фоточувствительного элемента с контактным растром осуществляют путем ручной пайки и сварки золотой проволоки (см. документацию предприятия-заявителя на изделие ОС4.681.112, элемент чувствительный ОС6.036.119 МК, элемент чувствительный 0С6.036.121, 1981 г.).

Способ позволяет также методом набора получить многоэлементные фотоприемники, чувствительные в нескольких диапазонах длин волн (многодиапазонные фотоприемники). Способ применим к большинству известных полупроводниковых материалов.

Основной недостаток данного способа состоит в том, что создание контактов путем пайки в многоэлементном фотоприемнике чрезвычайно трудоемко, требует высококвалифицированного персонала, в процессе пайки велика вероятность повреждения тонкого полупроводникового материала в месте присоединения к нему электрического контакта. Это приводит к низкому проценту выхода годных и невысокой надежности получаемых этим способом приборов.

Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе тройного соединения Cd_xHg_1-xTe, включающий приклейку полупроводниковой пластины на несущую подложку стационарным полимерным клеем, химико-механическое утоньшение полупроводниковой пластины до необходимой толщины, выделение на утоньшенной пластине Cd_xHg_1-xTe с помощью фотолитографии блоков из полупроводникового материала, напыление металлических пленок Ti-Au одновременно на блоки-заготовки и подложку, формирование с помощью фотолитографии контактной системы и топологии фоточувствительного элемента, разделение общей подложки на отдельные блоки. Каждый полученный блок наклеивают на контактный растр, а электрическое соединение фоточувствительного элемента с растром осуществляют полуавтоматической контактной сваркой золотой проволоки и металлической пленки на несущей подложке и контактном растре (см., например, технологическую документацию на изделие предприятия-заявителя 0С4.681.184. БУТИ. 1010000000.00261). Этот способ в принципе применим для различных полупроводниковых материалов и, как наиболее близкий к предлагаемому, принят за прототип.

Способ-прототип обеспечивает создание плавного и надежного электрического контакта между чувствительными площадками фотоприемника и подложкой, получаемого в процессе единой операции нанесения общей металлической пленки. Кроме того, так как сварка осуществляется между растром и пленкой, напыленной на подложку, повреждение полупроводникового материала не происходит. В результате значительно возрастает процент выхода годных приборов и увеличивается их надежность.

Основным недостатком данного способа является большой расход дорогостоящего полупроводникового материала. Потери материала связаны с тем, что изначально полупроводниковая пластина не является плоскопараллельной (имеет "чечевицеобразную" форму). При приклейке такой пластины на несущую подложку стационарным полимерным клеем между подложкой и полупроводниковой пластиной оказывается слой клея разной толщины (см. фиг. 1): от самого тонкого в центре (блок 4в) до относительно толстого на периферии пластины (блоки 4a, 4д). Это приводит впоследствии к неодинаковому тепловому обмену (сопротивлению) между подложкой и полупроводниковой пластиной, а также к получению блоков с разной толщиной полупроводникового материала. В результате фоточувствительные элементы, сформированные на периферийных блоках, зачастую подлежат отбраковке из-за невозможности обеспечить на них заданные параметры.

При использовании данного способа многодиапазонный фотоприемник может быть получен путем наклейки на несущую подложку набора готовых фоточувствительных элементов, обладающих чувствительностью в заданных областях спектра. При этом точность совмещения фоточувствительных элементов не превышает 50 мкм, тогда как для современных оптических систем, использующих такие фотоприемники, требуется точность совмещения не хуже 5 мкм. Таким образом, данный способ практически не пригоден для изготовления многодиапазонных многоэлементных фотоприемников.

Настоящее изобретение решает задачу экономии полупроводникового материала при изготовлении многоэлементного фотоприемника и распространения области применения способа на технологию многодиапазонных многоэлементных фотоприемников.

Для решения этой задачи в известном способе изготовления многоэлементного фотоприемника, включающем приклейку полупроводниковой пластины на подложку, химико-механическое утоньшение полупроводниковой пластины до необходимой толщины, выделение блока и формирование на нем системы пленочных контактов и топологии фоточувствительного элемента, полупроводниковую пластину вначале приклеивают на промежуточную подложку промежуточным клеем-расплавом и после химико-механического утоньшения выделяют блок из полупроводникового материала, склеенного с промежуточной подложкой, приклеивают полученный блок со стороны полупроводникового материала и несущей подложки стационарным полимерным клеем, после чего удаляют промежуточную подложку вместе с промежуточным клеем-расплавом с поверхности полупроводниковой пластины, полируют пластину полупроводника до рабочей толщины и формируют на ней систему пленочных контактов и топологию фоточувствительного элемента.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен эскиз, поясняющий процесс получения блоков многоэлементного фотоприемника по способу-прототипу; на фиг. 2 (а, б, в) - эскиз, поясняющий получение блоков для многоэлементного фотоприемника по предлагаемому способу.

Как видно из фиг. 1, на несущую подложку 1 стационарным полимерным клеем 2 приклеена полупроводниковая пластина 3. Из-за неплоскопараллельности пластины 3 слой клея 2 увеличивается от центра к периферии, а толщина полупроводника 3 уменьшается. При изготовлении многоэлементного фотоприемника необходимые параметры могут быть реализованы только на блоках 4б, 4в, 4г; периферийные блоки 4a и 4д уйдут в отходы.

При использовании предлагаемого способа полупроводниковая пластина 3 приклеивается на промежуточную подложку 5 клеем-расплавом 6 (см. фиг. 2а) с последующим химико-механическим утоньшением и выделением блоков 4а-4д. Затем блоки 4а-4д приклеивают на несущую подложку 1 стационарным полимерным клеем 2 (см. фиг. 2б). После удаления промежуточной подложки и клея-расплава полируют поверхность полупроводниковой пластины 3 до рабочей толщины и формируют на ней фоточувствительные элементы (см. фиг. 2в). Очевидно, что в этом случае могут быть использованы не только блоки 4б, 4в, 4г, но и периферийные блоки 4а и 4д, так как толщина слоя стационарного клея 2 будет одинакова при индивидуальной приклейке каждого блока, а разнотолщинность полупроводника 3 ликвидируется после переклейки пластин на несущую подложку при полировке до рабочей толщины.

В результате достигается значительная экономия полупроводникового материла.

Использование промежуточной подложки и промежуточного клея-расплава позволяет осуществить операцию переноса утоньшенной полупроводниковой пластины на несущую подложку до формирования на ней топологии фоточувствительного элемента и системы пленочных контактов. В результате обеспечивается возможность создания на несущей подложке набора из полупроводниковых блоков, чувствительных в различных заданных областях спектра, и формированиие на них топологии и контактов в едином процессе фотолитографии, что в известных способах было невозможно. Это позволяет, в свою очередь, реализовать топологию многодиапазонного многоэлементного фотоприемника с совмещением блоков, чувствительных в разных диапазонах спектра, с высокой точностью (не хуже 5 мкм).

Примеры реализации способа
Предлагаемый способ был опробован на предприятии-заявителе при создании экспериментальных образцов многоэлементных фотоприемников на основе тройного соединения Cd_xHg_1-xTe. Однако предлагаемый способ применим и к другим полупроводниковым материалам.

Пример 1. Получение многоэлементного фотоприемника.

На промежуточную подложку из поликристаллического Al₂O₃ (поликор) или кремния диаметром 25 мм производилась приклейка предварительно отполированной в бромистом травителе пластины Cd_xHg_1-xTe (состава X ≈ 0,2) толщиной 0,5 мм размером 20х20 мм. Приклейка осуществлялась клеем-расплавом на основе теломеризованного трифторпропилена, нагретым до 90^oC. Далее химико-механической полировкой с использованием бромистого травителя производилось утоньшение исходной пластины Cd_xHg_1-xTe до толщины 20 мкм. Затем после стандартной операции нанесения на пластину анодного окисла с помощью фотолитографии производилось выделение блоков по Cd_xHg_1-xTe с последующим механическим разделением фрезой промежуточной подложки и получением блоков-заготовок размером 12,0х5,0 мм. При этом из одной пластины Cd_xHg_1-xTe было получено не менее 4 блоков.

Пример 2. Получение двухдиапазонного многоэлементного фотоприемника.

На промежуточную подложку из поликристаллического или кремния приклеивали клеем-расплавом на основе теломеризованного трифторпропилена пластину Cd_xH_1-xTe (состава X ≈ 0,2) толщиной ≈ 0,5 мм. На другую такую же промежуточную подложку тем же клеем-расплавом приклеивали пластину Cd_xHg_1-xTe (состава X ≈ 0,3) толщиной ≈ 0,5 мм.

С каждой из пластин в отдельности производились те же операции, что и в примере 1, вплоть до разделения на блоки-заготовки.

Затем на общую несущую подложку приклеивали стационарным полимерным клеем сначала блок-заготовку с Cd_xHg_1-xTe состава X ≈ 0,2 и вплотную к нему другой блок с Cd_xHg_1-xTe состава X ≈ 0,3.

После полимеризации стационарного клея и удаления с поверхностей полупроводниковых пластин обоих блоков-заготовок промежуточных подложек путем нагрева до 90^oC, дополнительно утоньшения до 10 мкм пластин Cd_xHg_1-xTe на общей подложке, нанесения на каждую анодного окисла напыления металлических пленок Ti-Au одновременно на обе пластины Cd_xHg_1-xTe и общую подложку; а затем с использованием фотолитографии и ионного травления одновременно на обеих пластинах формировали контактную систему и топологию двухдиапазонного многоэлементного фотоприемника.

В результате был получен двухдиапазонный фотоприемник, чувствительный в областях спектра 3-5 мкм (состав X ≈ 0,3) и 8-12 мкм (состав X ≈ 0,2).

Точность совмещения фоточувствительных площадок составила не хуже 5 мкм.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения, в том числе чувствительных в нескольких диапазонах спектра. Технический результат изобретения заключается в экономии полупроводникового материала и распространении области применения способа на технологию многодиапазонных многоэлементных фотоприемников. Сущность: используют промежуточную подложку, на которую приклеивают исходную полупроводниковую пластину промежуточным клеем-расплавом. Далее, после проведения обычной операции химико-механического утоньшения полупроводниковой пластины, производят выделение блоков из полупроводникового материала, склеенного с промежуточной подложкой, приклеивают полученный блок со стороны полупроводникового материала к несущей подложке стационарным полимерным клеем, после чего удаляют промежуточную подложку вместе с промежуточным клеем-расплавом с поверхности полупроводниковой пластины, полируют пластину полупроводника до рабочей толщины, а затем формируют на этой поверхности систему пленочных контактов и топологию фоточувствительного элемента. 2 ил.

Способ изготовления многоэлементного фотоприемника, включающий приклейку полупроводниковой пластины на подложку, химико-механическое утоньшение полупроводниковой пластины до необходимой толщины, выделение блока и формирование на нем системы пленочных контактов и топологии фоточувствительного элемента, отличающийся тем, что полупроводниковую пластину вначале приклеивают на промежуточную подложку промежуточным клеем-расплавом и после химико-механического утоньшения выделяют блок из полупроводникового материала, склеенного с промежуточной подложкой, приклеивают полученный блок со стороны полупроводникового материала к несущей подложке стационарным полимерным клеем, после чего удаляют промежуточную подложку вместе с промежуточным клеем-расплавом с поверхности полупроводниковой пластины, полируют пластину полупроводника до рабочей толщины, а затем формируют на этой поверхности систему пленочных контактов и топологию фоточувствительного элемента.