Спосіб виготовлення багатоелементних іч-фоторезисторів на основі cd hg te

Изобретение относится к области инфракрасной техники, а именно к технологии изготовления многоэлементных детекторов ИК-излучения на основе полупроводникового твердого раствора CdxHg1x Te(KPT). В настоящее время существует несколько способов изготовления ИК-фоторезисторов. Наиболее простой и известный включает следующие основные операции [1]: 1, Подготовка поверхности образца (пластины) КРТ с целью получения поверхности с высокой плоскостностью и минимально дефектной. 2. Защита обработанной поверхности. Обычно используется собственный окисел, 3. Подготовка подложки. В качестве подложки обычно используются пластины из кремния, германия или сапфира. 4. Приклейка образца на подложку обработанной стороной. 5. Утоньшение образца КРТ до толщины ~10-50 мкм. 6. Проведение фотолитографических операций и травление для разделения образца на отдельные фоточувствительные элементы и нанесение металла на их контактные площадки (металлизация контактных площадок). 7. Разрезка подложки на отдельные элементы или линейки многоэлементных фотоприемников. 8. Приклейка вырезанных элементов или линеек на подложку с предварительно нанесенными контактными площадками -растр. 9. Соединение контактных площадок элементов с контактными площадками на растре методом ручной распайки. Обычно производится с использованием индиевого припоя и золотой проволоки диаметром 20-50 мкм. (Надо отметить, что стандартные методы микроэлектроники - ультразвуковая, термокомпрессионная и т.д. сварки не применимы к материалу КРТ в связи с его исключительно низкой микротвердостью и высокой пластичностью). 10. Нанесение защитных и просветляющих покрытии. 11. Проверка параметров фотоприемников. Основным недостатком описанной технологии является необходимость ручной распайки выводов каждого элемента к металлическим контактам на растре. Эта операция нетехнологична, приводит к повышенному проценту брака, причем выход годных фоторезистивных приемников зависит от квалификации оператора. Кроме того, для ручной распайки, ширина контактов каждого элементов должна быть не менее 150-200 мкм с зазором между контактными площадками не менее 50—100 мкм. Это, в свою очередь, усложняет конфигурацию многоэлементных фотоприемников и приводит к повышенному расходу материала КРТ, имеющего высокую стоимость. Особые сложности возникают при создании детекторов с количеством элементов n>32 и размером их чувствительных площадок менее 70x70 мкм. Также известен способ изготовления фоторезисторов, выбранный в качестве прототипа, устраняющий указанный недостаток. Он включает следующие основные операции [2, 3, 4]: 1. Образец КРТ толщиной ~ 0,5мм приклеивается воском на подложку, свободная поверхность его обрабатывается и защищается анодным окислом. 2. Образец снимается с первой подлож-•ч и воском же, защищенной окислом, приклеивается на вторую подложку, на которой утоньшается до толщины ~ 25 мкм. 3. Проводится первый процесс фотолитографии и травления с помощью которых образец разделяется на длинные полоски шириной ~ 200 мкм с зазором между ними 50 мкм. 4. Полоски утоньшаются до толщины ~ 12 мкм, а ребра их скругляются при полировке образца мелким абразивом с исполь-зованием специального устройства, имеющего мягкий полировальник. 5. Образец КРТ травится в свободном травителе для удаления нарушенного слоя. При этом полоски утоньшаются до толщины ~8 мкм, G. Проводится второй процесс фотолитографии и травления, с помощью которых каждая полоска, выделенная из образца КРТ, разделяется на прямоугольники размером ~ 200x150 мкм. 7. Пластинки КРТ (размером ~ 200x150x8 мкм) снимаются с подложки и переклеиваются тонким слоем клея на новую подложку (например из сапфира) той же поверхностью, которой были прикреплены первоначально. 8. Проводится третий процесс фотолитографии, при котором от фоторезиста освобождаются контактные области и утоньшаются еще на 0,5-3 мкм. 9. Для одновременного формирования контактов на контактных областях КРТ и подложке, на них наносится двойной слой металла, например методом напыления. 10. Проводится четвертый процесс фотолитографии и травления для разделения пластинки КРТ на отдельные фоторезисторы с размером чувствительных элементов ~50х50 мкм. 11. Производится проверка параметров фоторезисторов. В результате описанной технологии можно получить n-элементные фоторезисторы (в данном случае n10-20) фоторезисто-роп, хотя бы из-за значительной сложности переклейки тонких (d ~ 10 мкм) пластинок КРТ большой площади с одной подложки на другую. Решение задачи по соединению выводов каждого элемента с выводами подложки (растра) без использования ручной распайки заключается в том, что электрический контакт осуществляется посредством индиевых столбиков. При этом технология образования контактов включает следующие основные операции: 1. На подложке из кремния, сапфира и т.д. Формируются контактные металлические площадки, т.е. формируется растр. 2. На указанных площадках, в местах контакта с выводами фоторезисторов, выращиваются индиевые столбики. 3. На исходном образце КРТ металлизируются контактные площадки формируемых фоторезисторов. 4. Контактные площадки образца совмещаются с контактами на растре и образец прижимается к индиевым столбикам. 5. Образец приклеивается к растру. 6. Образец КРТ утоньшается и разделяется на отдельные фоторезисторы путем проведения операций фотолитографии и травления. Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого способа является принципиально новая технология, исключающая ручную распайку элементов и, кроме того, очень тонких образцов с одной подложки на другую, а также уменьшающая число процессов фотолитографии и напыления металла на материал КРТ (который, как известно, очень чувствителен к различного рода механическим и термическим воздействиям). На чертеже представлена схема технологического процесса изготовления многоэлементных фоторезисторов, где 1 -подложка: 2 - металлические контактные площадки на подложке; 3 - индиевые столбики; 4 - образец КРТ: 5 - контактные площадки на образце КРТ; 6 - слой клея: 7 -отдельные фоторезисторы многоэлементного фотоприемника: 8 - проволочные выводы. Процесс изготовления фоторезисторов включает следующие основные операции: 1. Подготовка подложки 1, т.е. выбор материала (кремний, сапфир и т.д.), размеров, толщины и качества поверхности. 2. Формирование растра на подложке 1, т.е. нанесение на поверхность подложки металлических контактных площадок необходимой конфигурации 2, например, вакуумным напылением. 3. Выращивание индиевых столбиков 3 в местах будущих соединений с контактными площадками на образце. 4. Подготовка поверхности образца КРТ 4, которая заключается в снятии с одной стороны образца нарушенного слоя, оставшегося от предыдущих обработок и защита поверхности собственным окислом или другим покрытием. 5. Операции фотолитографии и нанесение металла 5 на контактные площадки будущих фоторезисторов гальваническим или другим методом. 6. Совмещение контактных площадок образца с контактными площадками на растре и дозированное прижатие образца к растру для обеспечения электрического контакта через индиевые столбики. 7. Приклейка образца к растру слоем клея 6. 8. Утоньшение образца КРТ. 9. Операции фотолитографии и травление образца для разделения его на отдельные фоторезисторы 7. Дальнейший технологический процесс может включать следующие операции: 10. Нанесение покрытий на фотоприемники, которые могут быть металлическими (на контактных площадках) или диэлектрическими для обеспечения защиты и просветления поверхности КРТ. 11. Присоединение проволочных выводов 8 к контактным площадкам 2 обычными методами микроэлектроники и проверка параметров фотоприемников. По описанной технологии были изготовлены 4 шестнадцатиэлементных фотоприемника, параметры которых проверялись на установке К54-410 и были на уровне приборов, изготовленных по технологии аналога и прототипа. Надежность соединения контактов фоторезисторов с контактными площадками на растре проверялась путем проведения термоциклирования от азотной температуры ( ~ 77 К) до комнатной (~ 300 К). Было проведено по 40 циклов на каждом образце. В процессе термоциклирования у всех испытываемых контактов не наблюдалось изменений их параметров.