Способ изготовления матричного фотоприемника Российский патент 2021 года по МПК H01L31/18 C23C14/04 

Изобретение относится к технологии многоэлементных матричных фотоприемников (МФП) на основе полупроводниковых материалов, чувствительных в широком спектральном диапазоне, в том числе МФП с фоточувствительной базовой областью на основе различных полупроводниковых материалов.

Составной частью конструкции МФП является фотоприемный модуль (ФПМ) на основе полупроводниковых материалов таких, как Cd_xHg_1-xTe, InSb, InGaAs, QWIP и других. ФПМ представляет собой гибридную сборку матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ), соединенной индиевыми микроконтактами с кремниевой большой интегральной схемой (БИС) считывания.

На тыльной (принимающей излучение) стороне матрицы фоточувствительных элементов формируют антиотражающее покрытие (АОП), обеспечивающее минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов на основе используемого полупроводникового материала и, соответственно, минимальные потери падающего на МФЧЭ светового потока.

Регистрируемое излучение падает на освещаемую сторону МФЧЭ, покрытую антиотражающим покрытием, и поглощается в базе полупроводниковых материалов. При поглощении излучения происходит генерация электронно-дырочных пар. Неосновные носители тока (для базы n-типа проводимости это дырки, а для базы р-типа проводимости это электроны) движутся к р-n переходам, генерируя в них фототоки, которые преобразуются в видеоизображение. Схематичное изображение гибридной сборки фотоприемного модуля представлено на фиг. 1.

ФПМ монтируется в герметичный корпус МФП с входным окном, предназначенным для ввода оптического изображения на поверхность ФЧЭ, и электродами, соединенными с контактами БИС считывания, обеспечивающими ее питание и вывод информации о фотоэлектрическом преобразовании картинки. Эти МФП имеют двойное применение и широко используются в различных отраслях народного хозяйства и военной техники.

Предлагаемый способ изготовления МФП позволяет унифицировать процесс загрузки в вакуумную камеру ФПМ различных размеров (3×3÷20×20 мм и др.) и форматов(64×64, 640×512, 6×1024 и др.), повысить выход годных МФП и эффективность использования вакуумного напылительного оборудования в серийном производстве за счет применения прецизионного устройства для напыления антиотражающего покрытия, обеспечивающего минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов на основе используемого полупроводникового материала.

Сущность изобретения состоит в использовании прецизионного устройства загрузки определенного числа гибридных сборок ФПМ одинакового размера и формата на подложкодержатель для проведения процесса напыления антиотражающего покрытия на МФЧЭ, являющихся частью фотоприемных модулей, включающих матрицу фоточувствительных элементов из одного из полупроводниковых материалов Cd_xHg_1-xTe, InSb, InGaAs, QWIP, соединенную со схемой считывания индиевыми микроконтактами, с пассивирующим слоем, формируемым обработкой поверхности МФЧЭ низкоэнергетическими ионами аргона перед напылением антиотражающего покрытия, и антиотражающим покрытием, обеспечивающим минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов, отличающегося тем, что антиотражающее покрытие (АОП) создают вакуумным напылением через маску, не касающуюся фоточувствительной поверхности. Конструкция устройства должна обеспечивать открытой поверхность ФЧЭ для напыления АОП без контакта с маской, закрытой поверхность БИС считывания с контактными площадками для сварки внешних проволочных выводов.

Известно устройство для напыления в вакууме тонких слоев многослойных изделий [патент RU 2432417], в котором маску из ферромагнитного сплава прижимают с помощью магнита к поверхности пластины для формирования топологического рисунка, при этом пластину фиксируют в гнезде, верхняя плоскость которого совпадает с плоскостями рабочей стороны пластины и нижней маски. Известное устройство обеспечивает удовлетворительную точность совмещения маски с топологией ФПМ за счет вертикальных направляющих, установленных с соответствующими решаемой задачи допусками.

Однако известное устройство обладает определенными недостатками: 1. Позиционирование и фиксирование пластины в гнезде осуществляется механическим усилием в направлении параллельном поверхности (боковой грани пластины), выполнение которого крайне проблематично и недопустимо (возможно образование сколов) при толщине кремниевой БИС считывания 0,4-0,7 мкм. 2. Магнитное поле, создаваемое магнитом, исключает использование ионно-плазменных процессов обработки поверхности перед напылением и напыления АОП. 3. Наличие магнита в конструкции устройства приводит к возрастанию теплового сопротивления между БИС считывания и охлаждаемым подложкодержателем, что увеличивает вероятность перегревания фоточувствительного элемента ФПМ.

Задачей изобретения является создание прецизионного устройства загрузки определенного числа гибридных сборок ФПМ одинакового размера и формата на подложкодержатель для проведения процесса напыления антиотражающего покрытия на МФЧЭ, являющихся частью фотоприемных модулей, включающих матрицу фоточувствительных элементов из одного из полупроводниковых материалов Cd_xHg_1-xTe, InSb, InGaAs, QWIP, соединенную со схемой считывания индиевыми микроконтактами, с пассивирующим слоем, формируемым обработкой поверхности МФЧЭ низкоэнергетическими ионами аргона перед напылением антиотражающего покрытия и антиотражающим покрытием, обеспечивающим минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов, отличающийся тем, что антиотражающее покрытие создают вакуумным напылением через маску не касающуюся фоточувствительной поверхности. Конструкция устройства должна обеспечивать открытой поверхность МФЧЭ для напыления АОП без контакта с маской и закрывать поверхность БИС считывания с контактными площадками для сварки внешних проволочных выводов.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления многоэлементных матриц фотоприемников используется прецизионное устройство для загрузки определенного числа гибридных сборок ФПМ одинакового размера и формата на подложкодержатель для проведения процесса напыления антиотражающего покрытия на МФЧЭ, особенности которого поясняет фиг. 2.

Базовым элементом конструкции является адаптер 1, обеспечивающий универсальность использования в разных конфигурациях вакуумных напылительных установок за счет соответствующего изменения его габаритов. На адаптере винтами меньшего диаметра фиксируют сепаратор 2 с направляющими штифтами 7. Толщина сепаратора немного меньше толщины БИС считывания. В паукообразные, с шестью концевыми выступами, отверстия сепаратора, обеспечивающими точное положение БИС считывания прямоугольной формы определенного размера, последовательно укладывают фотоприемные модули. Для защиты поверхности БИС считывания 5 с контактными площадками, обеспечения открытой поверхность ФЧЭ 6 для напыления АОП и усиления теплового контакта фотоприемного модуля с адаптером используется маскирующая пластина 3 с прямоугольными отверстиями с несколько большими сторонами чем у МФЧЭ, которая устанавливается по направляющим штифтам на ребра БИС считывания. Окончательная сборка всей конструкции осуществляется установкой прижимающей пластины 4 по направляющим штифтам и фиксирования положения всех элементов конструкции устройства винтами большего диаметра, смотри фиг. 2. В предлагаемой конструкции точность совмещения маски и МФЧЭ определяется допусками на габариты деталей оснастки (сепаратора с направляющими штифтами и маски) и фотоприемного модуля.

Изобретение относится к технологии многоэлементных матричных фотоприемников (МФП) на основе полупроводниковых материалов, чувствительных в широком спектральном диапазоне, в том числе МФП с фоточувствительной базовой областью на основе различных полупроводниковых материалов. Способ изготовления многоэлементного фотоприемника включает изготовление матрицы фоточувствительного элемента из одного из полупроводниковых материалов, выбранных из CdxHg1-xTe, InSb, InGaAs, QWIP, соединение матрицы со схемой считывания индиевыми микроконтактами, формирование на тыльной стороне матрицы пассивирующего слоя обработкой поверхности матрицы фоточувствительного элемента низкоэнергетическими ионами аргона и нанесение антиотражающего покрытия, обеспечивающего минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов, при этом антиотражающее покрытие наносят вакуумным напылением с использованием для защиты схемы считывания маски, являющейся частью прецизионной конструкции устройства загрузки матрицы фоточувствительного элемента в вакуумную камеру, при этом маску совмещают с матрицей фоточувствительного элемента таким образом, что в процессе напыления маска не касается фоточувствительной поверхности. Изобретение направлено на повышение выхода годных матричных фотоприемников за счет снижения перегревания фоточувствительного элемента. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

1. Способ изготовления многоэлементного фотоприемника, включающий изготовление матрицы фоточувствительного элемента из одного из полупроводниковых материалов, выбранных из CdxHg1-xTe, InSb, InGaAs, QWIP, соединение матрицы со схемой считывания индиевыми микроконтактами, формирование на тыльной стороне матрицы пассивирующего слоя обработкой поверхности матрицы фоточувствительного элемента низкоэнергетическими ионами аргона и нанесение антиотражающего покрытия, обеспечивающего минимальное отражение в спектральном диапазоне чувствительности фотодиодов, при этом антиотражающее покрытие наносят вакуумным напылением с использованием для защиты схемы считывания маски, являющейся частью прецизионной конструкции устройства загрузки матрицы фоточувствительного элемента в вакуумную камеру, при этом маску совмещают с матрицей фоточувствительного элемента таким образом, что в процессе напыления маска не касается фоточувствительной поверхности.

2. Способ изготовления многоэлементного фотоприемника по п. 1, отличающийся тем, что точность совмещения маски и матрицы фоточувствительного элемента определяется допусками на габариты деталей оснастки, таких как сепаратор с направляющими штифтами и маска, и матрицы фоточувствительного элемента.

3. Способ изготовления многоэлементного фотоприемника по п. 2, отличающийся тем, что детали оснастки - сепаратор, направляющие штифты и маски, изготавливают лазерной резкой из листовой нержавеющей стали.