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技術 高温安定性HgCdTe光センサーおよび製造方法

出願人 サンタ・バーバラ・リサーチ・センター
発明者 チャールズ・エー・コックラムフランシス・アイ・ゲスウエインエリック・エフ・シュルテ
出願日 1993年8月2日 (28年6ヶ月経過) 出願番号 1993-191492
公開日 1995年3月10日 (26年11ヶ月経過) 公開番号 1995-066443
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 受光素子3(フォトダイオード・Tr)
主要キーワード IRセンサー 金属コンタクトパッド コンタクトシステム ベークアウト グラス層 電気的分離領域 湿式化学的エッチング 表面パシベーション
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この項目の情報は公開日時点(1995年3月10日)のものです。
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図面 (4)

目的

周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなるキャップ領域を含む光応答性装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

構成

Moコンタクトパッドがキャップ領域の上に形成され、Mo接地コンタクトパッドベース領域の上に形成される。広い禁止帯幅を有する半導体パッシベーション層がキャップ領域の上に、またMoコンタクトパッドの一部の上に形成される。誘電体層が上記パッシベーション層の上に形成され、InバンプがMoコンタクトパッドの上に形成される。InバンプはMoコンタクトパッドから誘電体層を介して上方に延び、誘電体層はInバンプの側面と密着しコンタクトパッドはこの誘電体層の上面から物理的に接触し得ない。

概要

背景

起電PV)水銀−カドミウムテルル化物(HgCdTe)IRセンサーに用いられる従来のコンタクト用金属は、各p型コンタクトについてはニッケル(Ni)オーバーコートを備えた金(Au)を含み、各n型接地(共通)コンタクトについてはニッケルオーバーコートを備えたパラジウム(Pd)が含まれている。しかし、高温貯蔵の間に金およびパラジウムともHgCdTe内に拡散し、パラジウムの場合は多量の転位を、金の場合はp−n結合の短絡をそれぞれ生じさせるという問題があった。これらの好ましくない拡散は装置の性能低下をもたらし、高温焼成)安定性を著しく損なう。さらに、p−型材料についてのAu/Niコンタクトの使用、n−型材料についてのPn/Niコンタクトの使用は2つの別々の写真蝕刻および堆積プロセスを必要としていた。さらにAu/NiおよびPn/Ni金属システム熱膨脹係数(CTE)がHgCdTeの熱膨脹係数と可なり異なる。その結果、熱サイクルの間、HgCdTeに対しストレスが加わることになる。

上記コンタクト金属に、カドミウム−テルル化物(CdTe)のような広い禁止帯幅アニーリングされた半導体パシベーション層を使用することが知られている。堆積されたCdTeフィルムには残留結晶格子歪みが含まれるが、熱アニールによりその歪みが当初の約10%に減少される。CdTeパシベーションのアニーリングは従来、コンタクトメタライゼーションの堆積の前に行われ、アニーリングの前に開口、または窓がパシベーションフィルムを通ってエッチング、形成されなければならない。しかし、パシベーションフィルム中にエッチングにより開口させると、開口部のエッジ部分に好ましくない応力の集中が生じ、これにより下層のHgCdTe材料が劣化される。

その結果、表面パシベーション不安定性またはコンタクト金属の好ましくない拡散のため、Dewar焼成温度は一般に100℃以下に制限されていた。

さらに、HgはCdTeパシベーション層内に拡散することが知られており、長い高温貯蔵の間に第IIB族−第VIA族材料の好ましい化学量論量比光センサー内に維持することができなくなる。

さらに、従来のIR検出アレイのプロセスにおける問題は、2つの好ましくない化学反応である。これらは他の回路とのハイブリッド化においてインジウム(In)バンプから酸化物を除去するエッチング法において生じる。例えば米国特許No.4,865,245にそのエッチング法が開示されている。

さらに詳述すると、エッチングの間に電気化学セルがInバンプとInバンプが堆積されているコンタクト金属との間に形成され。エッチャント、例えばHClは電解質として作用する。その結果、Inのエッチング速度はコンタクト金属の露出面積(a)およびコンタクト金属とInとの間の電気陰性度の違い(b)に比例して増大する。その結果、エッチングの間に除去されるInの量はアレイの表面に亘って異なることになる。一般に接地コンタクト金属の可なりの部分が露出しているアレイの周辺に最大のIn除去量が発生することが見出だされている。Inバンプの劣化はアレイの周辺のInバンプについて特に問題となる。なぜならば、これらのInバンプはハイブリッドアセンブリーの長時間の熱サイクル後の故障を最も受けやすいからである。

第2の好ましくない化学反応はCdTeパシベーション層の表面での導電性のIn−Teウィスカーの形成である。

以下の特許は周期律表第IIB族−第VIA族光検出装置の製造に関連する文献である。

米国特許No.4,439,912にはモリブデン(Mo)層の使用が開示されていて、その層の上にAu/Ge層オーバーコート層が施されていて、これによりCdTe基板の上に形成されたHgCdTeエピタキシャルデテクターアレイへの配線リードが形成されている。このリードはHgCdTeおよびCdTeのCTEに極めてマッチしていると述べられている。また、このレードの一部はZnSパッシベーション層を堆積する前にマスクされる。JP60−3165(A)のアブストラクトには熱処理後の(CdZnTe)(InTe)光導電層へのMo電極の堆積について開示されている。米国特許No.4,766,084にはCrおよびAuの堆積およびエッチングにより導電性パッドを形成することが開示されている。その図2にはSiO2 およびSi3 N4 、SiO2 およびZnS、CdTeおよびZnSなどの絶縁層を有するHgCdTeが示されている。米国特許No.4,206,003にはアノード酸化物パッシベーション層上に形成されたZnSカプセル化層を有するHgCdTeダイオードが開示されている。米国特許No.4,132,999にはHgCdTe基板、CdTe遷移層およびZnS、SiO2 、SiOおよびSi3 N4 からなるマスキング層を有するPVデテクターが開示されている。熱処理後、窓が開口されHgCdTe基板中に不純物ドーピングされるのを可能としている。ついでCdTeからなる保護層がこのマスキング層および窓上に堆積され、Hgがこの窓を介して拡散される。孔部がこの保護層を通って開口されCrまたはAuコンタクトが形成される。米国特許No.3,988,774にはHgCdTe中間層を有する、またはCdTeが上に堆積されたHgCdTe体が開示されている。熱処理の後、窓が開口され、ドーパントがHgCdTe体中に拡散され、CrまたはAuコンタクトが形成される。米国特許No.3,845,494には両面にAu電極を有するHgCd−CdTe PVデテクターが開示されている。電極が形成されたのち、ZnSのHg不透過性層が施される。GB−2100927AにはCdTeパッシベーション層を有するHgCdTeホトダイオードが開示されている。熱処理の後、CdTe内の孔を介してAu電極が形成される。

概要

周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなるキャップ領域を含む光応答性装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

Moコンタクトパッドがキャップ領域の上に形成され、Mo接地コンタクトパッドベース領域の上に形成される。広い禁止帯幅を有する半導体パッシベーション層がキャップ領域の上に、またMoコンタクトパッドの一部の上に形成される。誘電体層が上記パッシベーション層の上に形成され、InバンプがMoコンタクトパッドの上に形成される。InバンプはMoコンタクトパッドから誘電体層を介して上方に延び、誘電体層はInバンプの側面と密着しコンタクトパッドはこの誘電体層の上面から物理的に接触し得ない。

目的

効果

実績

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請求項1

周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなり、第1の導電型を有するベース層と、第2の導電型を有する周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなるキャップ領域との間にp−n結合を形成する工程と、該キャップ領域の上に金属接触電極を形成する工程と、ベース層、キャップ領域および金属接触電極をコーティング被覆構造体を形成する工程であって、これがベース層またはキャップ領域の半導体材料禁止帯幅より広い禁止帯幅を有する半導体材料からなる第1のコーティング層堆積する工程を含み、上記被覆構造体を熱的にアニーリングする工程と、上記第1のコーティング層を介して第1の窓を形成し、この第1の窓内に上記金属接触電極の表面を露出させる工程と、外部回路との接触のため該金属接触電極への導電性配線を形成する工程と、を具備してなる光起電ダイオードの製造方法。

請求項2

導電性配線を形成する工程が以下の工程;第1の被覆層、第1の窓部および金属接触電極の露出表面誘電体からなる第2の被覆層でコーティングする工程と、第1の窓部と整合させて第2の被覆層を貫通して第2の窓部を開口し、この第2の窓部内に金属接触電極の表面を露出させる工程と、該第2の窓部内の金属接触電極の露出表面上に導電性配線を形成し、導電性配線の一部のみが露出し、下層の金属接触電極が全く露出しないようにする工程と、を含む請求項1記載の光起電ダイオードの製造方法。

請求項3

p−n結合を形成する工程が以下の工程;周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなり、第1の導電型を有するベース層であって、第2の導電型を有する周期律表第IIB族−第VIA族半導体からなる上重ねキャップ層を有するものを形成する工程と、該キャップ層を複数の電気的に分離した領域に分化して、複数のメサ構造を形成する工程と、からなり、該メサ構造のそれぞれが該ベース層と上記電気的分離領域の1つとの間にp−n結合を形成する界面を含むことを特徴とする請求項1記載の光起電ダイオードの製造方法。

請求項4

キャップ領域上に金属接触電極を形成する工程が、該キャップ領域と同様の熱膨脹係数を有するとともにキャップ領域への拡散が低い金属で形成するものであることを特徴とする請求項1記載の光起電ダイオードの製造方法。

請求項5

基板と、該基板を覆い、周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる元素からなり、第1の導電型を有する半導体ベース領域と、該ベース領域の上に形成された半導体キャップ領域であって、該キャップ領域が周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる元素からなの導電型を有し、該ベース領域とともにp−n結合を形成するものと、該キャップ領域の上面に形成された導電性金属コンタクトパッドと、該ベース領域、キャップ領域の上および該金属コンタクトパッドの一部の上に形成された半導体層であって、周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる元素からなり、該ベース領域およびキャップ領域の禁止帯幅より広い禁止帯幅を有する半導体層と、該半導体層の上に形成された誘電体層と、該金属コンタクトパッドの上に形成され、該誘電体層を貫通して該金属コンタクトパッドから上方に延出した導電性配線と、を具備してなる光ダイオード

請求項6

該誘電体層が該配線の側面と密着し、該金属コンタクトパッドのいかなる部分も該誘電体層の上面から物理的に接触していないことを特徴とする請求項5記載の光ダイオード。

請求項7

該ベース領域の上面に形成された第2の導電性金属コンタクトパッドと、該第2の金属コンタクトパッドの上に形成され、該誘電体層を貫通して該第2の金属コンタクトパッドから上方に延出した第2の導電性配線と、をさらに具備してなり、該誘電体層が該第2の配線の側面と密着し、該第2の金属コンタクトパッドのいかなる部分も該誘電体層の上面から接近し得ないようになっていることを特徴とする請求項5記載の光ダイオード。

請求項8

該半導体層がCdTe、CdSeTeおよびCdZnTeから選ばれる材料からなる請求項5記載の光ダイオード。

請求項9

該誘電体層がSiO2 、SiOおよびSi3 N4 から選ばれるものからなる請求項5記載の光ダイオード。

技術分野

0001

本発明は光センサーに係わり、特に周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる半導体からなる赤外線(IR)センサーの製造方法に関する。

背景技術

0002

起電PV)水銀−カドミウムテルル化物(HgCdTe)IRセンサーに用いられる従来のコンタクト用金属は、各p型コンタクトについてはニッケル(Ni)オーバーコートを備えた金(Au)を含み、各n型接地(共通)コンタクトについてはニッケルオーバーコートを備えたパラジウム(Pd)が含まれている。しかし、高温貯蔵の間に金およびパラジウムともHgCdTe内に拡散し、パラジウムの場合は多量の転位を、金の場合はp−n結合の短絡をそれぞれ生じさせるという問題があった。これらの好ましくない拡散は装置の性能低下をもたらし、高温焼成)安定性を著しく損なう。さらに、p−型材料についてのAu/Niコンタクトの使用、n−型材料についてのPn/Niコンタクトの使用は2つの別々の写真蝕刻および堆積プロセスを必要としていた。さらにAu/NiおよびPn/Ni金属システム熱膨脹係数(CTE)がHgCdTeの熱膨脹係数と可なり異なる。その結果、熱サイクルの間、HgCdTeに対しストレスが加わることになる。

0003

上記コンタクト金属に、カドミウム−テルル化物(CdTe)のような広い禁止帯幅アニーリングされた半導体パシベーション層を使用することが知られている。堆積されたCdTeフィルムには残留結晶格子歪みが含まれるが、熱アニールによりその歪みが当初の約10%に減少される。CdTeパシベーションのアニーリングは従来、コンタクトメタライゼーションの堆積の前に行われ、アニーリングの前に開口、または窓がパシベーションフィルムを通ってエッチング、形成されなければならない。しかし、パシベーションフィルム中にエッチングにより開口させると、開口部のエッジ部分に好ましくない応力の集中が生じ、これにより下層のHgCdTe材料が劣化される。

0004

その結果、表面パシベーション不安定性またはコンタクト金属の好ましくない拡散のため、Dewar焼成温度は一般に100℃以下に制限されていた。

0005

さらに、HgはCdTeパシベーション層内に拡散することが知られており、長い高温貯蔵の間に第IIB族−第VIA族材料の好ましい化学量論量比を光センサー内に維持することができなくなる。

0006

さらに、従来のIR検出アレイのプロセスにおける問題は、2つの好ましくない化学反応である。これらは他の回路とのハイブリッド化においてインジウム(In)バンプから酸化物を除去するエッチング法において生じる。例えば米国特許No.4,865,245にそのエッチング法が開示されている。

0007

さらに詳述すると、エッチングの間に電気化学セルがInバンプとInバンプが堆積されているコンタクト金属との間に形成され。エッチャント、例えばHClは電解質として作用する。その結果、Inのエッチング速度はコンタクト金属の露出面積(a)およびコンタクト金属とInとの間の電気陰性度の違い(b)に比例して増大する。その結果、エッチングの間に除去されるInの量はアレイの表面に亘って異なることになる。一般に接地コンタクト金属の可なりの部分が露出しているアレイの周辺に最大のIn除去量が発生することが見出だされている。Inバンプの劣化はアレイの周辺のInバンプについて特に問題となる。なぜならば、これらのInバンプはハイブリッドアセンブリーの長時間の熱サイクル後の故障を最も受けやすいからである。

0008

第2の好ましくない化学反応はCdTeパシベーション層の表面での導電性のIn−Teウィスカーの形成である。

0009

以下の特許は周期律表第IIB族−第VIA族光検出装置の製造に関連する文献である。

0010

米国特許No.4,439,912にはモリブデン(Mo)層の使用が開示されていて、その層の上にAu/Ge層オーバーコート層が施されていて、これによりCdTe基板の上に形成されたHgCdTeエピタキシャルデテクターアレイへの配線リードが形成されている。このリードはHgCdTeおよびCdTeのCTEに極めてマッチしていると述べられている。また、このレードの一部はZnSパッシベーション層を堆積する前にマスクされる。JP60−3165(A)のアブストラクトには熱処理後の(CdZnTe)(InTe)光導電層へのMo電極の堆積について開示されている。米国特許No.4,766,084にはCrおよびAuの堆積およびエッチングにより導電性パッドを形成することが開示されている。その図2にはSiO2 およびSi3 N4 、SiO2 およびZnS、CdTeおよびZnSなどの絶縁層を有するHgCdTeが示されている。米国特許No.4,206,003にはアノード酸化物パッシベーション層上に形成されたZnSカプセル化層を有するHgCdTeダイオードが開示されている。米国特許No.4,132,999にはHgCdTe基板、CdTe遷移層およびZnS、SiO2 、SiOおよびSi3 N4 からなるマスキング層を有するPVデテクターが開示されている。熱処理後、窓が開口されHgCdTe基板中に不純物ドーピングされるのを可能としている。ついでCdTeからなる保護層がこのマスキング層および窓上に堆積され、Hgがこの窓を介して拡散される。孔部がこの保護層を通って開口されCrまたはAuコンタクトが形成される。米国特許No.3,988,774にはHgCdTe中間層を有する、またはCdTeが上に堆積されたHgCdTe体が開示されている。熱処理の後、窓が開口され、ドーパントがHgCdTe体中に拡散され、CrまたはAuコンタクトが形成される。米国特許No.3,845,494には両面にAu電極を有するHgCd−CdTe PVデテクターが開示されている。電極が形成されたのち、ZnSのHg不透過性層が施される。GB−2100927AにはCdTeパッシベーション層を有するHgCdTeホトダイオードが開示されている。熱処理の後、CdTe内の孔を介してAu電極が形成される。

0011

これらの米国特許などに開示されていないことは、したがって本発明の目的となるものは、広い禁止帯幅の半導体パッシベーション層またはフィルムの堆積の前に金属コンタクトを堆積し、この金属コンタクトへの窓が熱アニーリング工程の後に開口され、これにより窓のエッジ部での局部的応力を最小限に抑制することを内容とする光センサーおよびその製造方法を提供することである。

0012

本発明の他の目的は、HgCdTeのCTEと同程度のCTEを有する金属コンタクトを使用し、これを半導体パッシベーション層の堆積および後の熱アニールの前に適用することである。

0013

さらに本発明の他の目的は、ハイブリッド化プロセスの間におけるInバンプ配線の劣化をもたらす好ましくない化学反応の発生を可及的に回避することである。これにより光検出装置ハイブリッドアセンブリーの信頼性の向上を図るものである。

課題を解決するための手段

0014

すなわち、本発明は、ホトダイオード結合のp側およびn側の双方に対するパッシベーションおよびコンタクト金属化を一緒にし、コンタクト金属はパッシベーションフィルムの前、および高温アニールの前に適用することを特徴とするHgCdTe IR検出装置の製造方法を提供するものである。

0015

さらに、本発明は、誘電体オーバーグラス層を形成し、ハイブリッド化プロセスの間における好ましくない化学反応の発生を可及的に回避し、Hgが高温貯蔵の間にパッシベーションを介して拡散するのを防止し得る方法を提供するものである。

0016

高温でのアニーリングの前に非反応性非拡散性コンタクト金属を適用することは、幾つかの点で有利となる。第1に、金属と半導体との間の界面が、後の処理、使用の間に変化しないことを確実にし、これにより信頼性の高いコンタクトシステム保証される。例えばDewarベークアウト(bake−out)サイクルの間での装置内へのコンタクト金属の拡散に伴う劣化がなくなる。第2に堆積時の金属フィルムの歪みがアニールサイクルにより軽減され、接着性および装置全体の信頼性の向上が図れる。第3に高温アニールに適合する耐火金属システムの使用は他の装置組立てプロセスを単純化させる。例えば最初にコンタクト金属を適用することにより、PVHgCd−CdTeアレイ全体が広い禁止帯幅の半導体材料でオーバーコートすることができ、ついでアニールすることができる。

0017

150℃以上の温度に対し安定に焼成し得る装置を得ることができるとともに、本発明の方法は広い禁止帯幅の半導体フィルムにおける歪みの作用を最小限に抑制させる。これは、アニールサイクルの後までパッシベーションフィルムに開口部または窓を形成しないことによって達成され、これにより下層のHgCdTe材料内の局部的ストレスを軽減することができる。このコンタクト金属は広い禁止帯幅の半導体材料を介して下層のコンタクトに至る開口部または窓を形成するための化学的エッチングにおいてエッチング停止体としても有効に作用する。

0018

本発明の方法によれば、ハイブリッド化の前にInバンプから酸化物を除去するために行われる湿式化学的エッチングの間において、下層のコンタクト金属でなくInバンプのみが露出する。Inバンプを囲む誘電体層(オーバーグラス)の使用はエッチング処理における化学的または電気化学的反応を回避させる。

0019

さらに詳述すると、本発明は光応答性装置(光起電または光導電性)およびこの装置のアレイおよびその製造方法を提供するものである。

0020

この装置は、周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる元素からなる半導体材料、例えばキャップ領域を含む。非反応性、非拡散性金属コンタクトパッドがこのキャップ領域の上に形成される。このコンタクトパッドの好ましい材料はモリブデンである。広い禁止帯幅の半導体パッシベーション層がこのキャップ領域の表面およびコンタクトパッドの一部に被覆される。誘電体層がこのパッシベーション層の上に形成され、インジウムバンプがこのコンタクトパッドの上に形成される。このインジウムバンプはコンタクトパッドから誘電体層を通って上方に延びる。この誘電体層はインジウムバンプの側面に密着し、コンタクトパッドのいかなる部分もこの誘電体層の上面から物理的に接触することができないようになっている。

0021

この方法によれば、ハイブリッド化プロセスの間においてInと下層のコンタクトパッド金属との間の好ましくない化学反応の発生を抑制することができる。この方法は、さらに半導体パッシベーション材料の堆積の前および高温アニーリングの前にコンタクトパッド金属を堆積させ、コンタクトパッドに対する窓はアニーリングの後に開口され、これにより窓のエッジ部の局部的ストレスを軽減させる。

0022

以下にメサ構造を有するPV検出装置の製造例について説明するが、本発明はこれに限らず、PV検出装置のプレーナーアレイおよび周期律表第IIB族−第VIA族から選ばれる光導電性(PC)IR検出装置などの製造にも当然適用し得る。

0023

まず、図1ブロック図について図2aないし図2gを参照しながら説明する。なお、図2aないし図2gはアレイの一部、すなわち2つのメサ構造を示している。したがって、これには線状または2次元的なアレイに並べられた多数のメサ構造が含まれることを理解されたい。

0024

図1−ブロックA)まず、n−型の光吸収性HgCdTeベース層12が絶縁性透明基板10の上に成長される。この基板10は所望の波長、特にベース層12内に吸収されることを欲する波長で透明であるものが選ばれる。基板10の上にベース層12を成長させる好ましい方法は液相エピタキシャル法LPE)であるが、分子ビームエピタキシャル法(MBE)、金属有機化学蒸着法(MOCVD)も成長法として適用することができる。基板10として適当な材料はCdZnTeである。ベース層12のHgCdTe半導体材料の禁止帯幅は適用される波長の吸収光についてそれぞれ選択され、公知のように式、Hg(1-x) Cd(x) Te(ここでxはゼロより大きく1より小さい数)に基づきHg原子とCd原子の数の相対濃度を変えることにより設定される。

0025

ついで、ベース層12の上にp−型HgCdTeキャップ層14がエピタキシャル成長される。このキャップ層14はLPE法MBE法MOCVD法などで成長させることができる。ベース層12のための適当なドーパント種は濃度約1015原子/cm3 のインジウムである。キャップ層14のための適当なドーパント種は濃度約1018原子/cm3 のヒ素である。各ホトダイオードが写真蝕刻用マスクとの関連で臭素エチレングリコールまたは臭素/メタノールを用いたメサエッチングプロセスにより区画される。このメサエッチングによりp−型キャップ層14が複数の電気的に分離した領域14aに分割される。この領域14aのそれぞれは1つのメサ内に含まれ、下層のベース層12との関連でp−n結合を形成する。

0026

図1−ブロックB、図2b)次の工程において、それぞれのキャップ層14aに対し金属コンタクトパッド16が施される。共通コンタクトパッド18もn−型HgCdTeベース層12に対し施される。本発明の1つ態様として、金属コンタクトパッドは高温において低い拡散係数を有する耐熱性金属からなり、これによりコンタクト金属が下層のHgCdTeキャップ層14に拡散するのを防止する。この好ましい金属のれいはモリブデンである。このモリブデンの別の利点は、従来多く用いられているCrまたはAuなどのコンタクト金属のCTEより、HgCdTeのCTEにより近いCTEを有することである。その結果、装置が加熱されたとき、Moコンタクトが下層の半導体物質に対し好ましくない応力を与える虞れがないことである。このMoコンタクトはスパッタリング法およびリフトオフ法などで堆積させることができる。このコンタクトパッド16、18の好ましい厚みは約1500オングストロームである。

0027

図1−ブロックC、図2c)次に、この形成された構造体に広い禁止帯幅を有する周期律表第IIB族−第VIA族半導体材料の層20をオーバーコートする。この広い禁止帯幅を有する半導体材料は、例えばCdTe、CdZnTeまたはCdSeTeである。好ましい方法としては、熱蒸着法によりCdTeを厚み約4000オングストロームでブランケット蒸着させることである。他の好ましい堆積法としてMBE法、MOCVD法、スパッタリングなどを用いることができる。図2cに示すように、この工程の作用はn−型HgCdTeベース層12の露出表面、p−型HgCdTeキャップ層14の露出表面およびMoコンタクトパッド16、18を広い禁止帯幅を有する半導体材料の層またはフィルムで被覆することである。

0028

図1−ブロックD、図2d)次の工程はこのようにして形成された構造体をHg蒸気内で第1の温度で第1の時間に亘りアニーリングし、ついで第2のより低い温度で第2の時間に亘りアニーリングすることである。一般に、上記第1および第2の温度の双方は、Dewarベークアウトプロセスで用いられる温度より高い。つまり、上記第1および第2の温度の双方は、約150℃より高い。このアニーリングにより層12、14aと、層20との間の界面に沿うカチオンサイトにおいてHgとCdの交換がなされる。この界面領域図2dにハッチングで示されている。

0029

図1−ブロックE、図2e)このアニーリングののち、層20を通して窓20aが開口されMoコンタクト16および18が露出する。この窓20aを形成する方法としては、ホトレジストパターンを用いた湿式化学エッチングを採用することができる。この場合のエッチャントとしては臭素/エチレングリコールまたは臭素/メタノールを用いることができる。またイオンビームミリングまたは反応性イオンエッチング法により窓20aを形成することもできる。この場合、Moコンタクト16および18はエッチングストッパーとして機能する。窓20aを形成したのち、ホトレジストマスクは除去される。

0030

図1−ブロックF、図2f)この構造体はついで、例えばSiO2 、SiOおよびSi3 N4 からなる誘電体層22でオーバーコートされる。この誘電体層22の堆積方法としては、プラズマ法が用いられ、約1000オングストロームの厚みに堆積される。ついでホトレジストパターニング工程により,開口されたマスクが形成され、誘電体層22を通って窓22aが開口され、Moコンタクト16および18が露出する。この窓22aを形成する方法としては、ホトレジストパターンを用いた湿式化学エッチングを採用することができる。CF4 はこの場合の適当なエッチャントの1つである。窓22aを形成したのち、ホトレジストマスクは除去される。

0031

図1−ブロックG、図2g)この構造体は写真腐刻法によりパターニングが施されインジウムバンプマスクが形成される。インジウムバンプ24は窓22aを介してホトダイオードMoコンタクトパッド16のそれぞれに接触するように、また共通Moコンタクトパッド18に接触するように適用される。適当な方法として、熱蒸着法を介してインジウムバンプ24を厚み約12μmで形成させることができる。図2gに示すように、この工程によりインジウムバンプ24のみが露出され下層のMoコンタクトは誘電体層22の下に埋められたままの状態となっている。この誘電体層22またはオーバーグラスはHgの通過に対し実質的に非透過性であってベース層12および領域14aからのHgのアウトデフュージョン(拡散)を防止するのに役立っている。

0032

図1−ブロックH)このようにして作成されたPVダイオードのアレイは、適当な時間において、インジウムバンプ24を介して読み出し回路組合わせハイブリッド化される。このアレイを読み出し回路に組合わせる前に、インジウムバンプ24は化学的に湿式エッチングされ接触抵抗に悪影響を与える虞のある表面酸化物が除去される。この湿式エッチング法としては、米国特許No.4,865,245に記載されている方法を採用することができる。

発明の効果

0033

本発明によれば、Inバンプ24のみがエッチャントに対して露出し、下層のコンタクト金属は誘電体層22の下に埋められたままの状態となっている。その結果、2つの非類似金属の接近からもたらされる上記問題を回避することができる。また、Inバンプ24はアレイ全面に亘って均一にエッチングされ、In−Teウィスカーは生成されない。本発明によりハイブリッド化プロセスの間においてInバンプ24の品質が向上することによりIR検出装置アレイ収率を向上させることができ、さらにInバンプ24の寸法、形を設計通りのものとなるため信頼性の向上が図れる。

0034

本発明の他の特徴としては図2dに示すようにアニールがアレイの表面全体に亘って実質的に連続的なCdTe層20を用いて行われることである。これによりエッチングされたCdTeフィルムを用いてアニーリングされることからもたらされる上記問題を回避することができる。すなわち、CdTeフィルムにおける開口に関連して下層のHgCdTe材料に局部的ストレスが発生することがない。

0035

本発明により作られたPVダイオードのアレイは145℃で74時間、真空焼成(Dewarベーク・アウト)したのちも安定した性能を示した。なお、従来は表面パシベーションの不安定性またはコンタクト金属のHgCdTe材料への拡散などの問題のため、この焼成温度は100℃以下に限定されていた。また、パシベーション層20およびMoコンタクト金属の双方が実質的により高い温度で予めアニーリングされるので、このアニーリング温度より低い貯蔵または処理温度で特性が変化する虞もない。

0036

以上、本発明を特定の材料、寸法、処理パラメータ、例えばエッチャント、蒸着方法について説明したが、これらは適宜変更することも可能であり、変更しても同様の効果を期待することができる。また、本発明は光起電装置のほか、n−on−p装置、光導電装置にも適用することができる。また、プレーナー構造の光応答性装置にも適用することができる。この場合、p−n結合はアクセプタまたはドーナ種の拡散、注入を介してHgCdTe本体内に形成される。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の方法を工程順に記載したブロック図。
図2図2a−2dは本発明の方法によりホトダイオードアレイの製造方法を工程順に示す断面図。
図3図2e−2gは本発明の方法によりホトダイオードアレイの製造方法を工程順に示す断面図。

--

0038

10…絶縁性透明基板10、12…ベース層、14…p−型キャップ層、16、18…Moコンタクトパッド、20…CdTe層、22…誘電体層、24…Inバンプ。

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