початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2292610

СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ фотоперетворювачах

Ім'я винахідника: Самсоненко Борис Миколайович (RU); Пелипенко Борис Федорович (RU); Разувайло Сергій Миколайович (RU)
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Сатурн"
Адреса для листування: 350072, г.Краснодар, вул. Сонячна, 6, ВАТ "Сатурн"
Дата початку дії патенту: 2005.09.22

Використання: для виготовлення пристроїв, що перетворюють світло в електричну енергію. Технічний результат винаходу полягає в поліпшенні якості лицьових контактів фотоперетворювача за рахунок підвищення адгезії і зниження перехідного опору. Сутність: спосіб виготовлення фотоперетворювача на напівпровідниковій пластині зі структурою n-Ge підкладка, n-GaAs буферний шар, n-GaAs базовий шар, p-GaAs емітерний шар, p ⁺ -GaAlAs ширококутного шар, p ⁺ -GaAs контактний шар, здійснюють напилення шару контактної металізації на тил пластини, формування захисного шару фоторезиста, нарощування тильного контакту електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, напилення послідовно верств контактної металізації хрому товщиною 200 ÷ 400 Å, паладію товщиною 200 ÷ 500 Å, срібла товщиною 500 ÷ 1500 Å, створення фоторезистивной маски з малюнком контактів, нарощування контактів електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, підбурювання напилених шарів контактної металізації іонно-променевим травленням, проведення термообробки пластини, створення фоторезистивной маски з малюнком вікон по периметру фотоперетворювача, витравлювання шарів арсеніду галію до германієвої підкладки, видалення фоторезиста, підбурювання p ⁺ -GaAs шару за межами контактних областей та нанесення просветляющего покриття. Після напилення шару контактної металізації на тил проводять термообробку пластини і напилюють послідовно шари контактної металізації хрому при температурі 300 ÷ 350 Å, паладію і срібла при температурі 200 ÷ 250 Å. Після видалення фоторезистивной маски з малюнком контактів стравлюють шари срібла і паладію іонно-променевим травленням до шару хрому, далі видаляють шар хрому у водному розчині соляної кислоти, а після витравлення шарів арсеніду галію до германієвої підкладки і видалення фоторезиста, стравлюють p ⁺ -GaAs шар за межами контактних областей у водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню при температурі 40 ÷ 50 ° С.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електричного обладнання, зокрема до напівпровідникових приладів, а саме до фотоперетворювачах.

Відомий спосіб виготовлення металевих межсоединений (патент Японії №3346794, опубл. 18.11.02), який полягає в тому, що на напівпровідникову пластину з плівкою міжшарової ізоляції наносять магнетронним розпиленням шари титану, молібдену і міді. Далі формують захисну маску і проводять реактивне іонне травлення нанесених шарів.

Недоліком вищевказаного способу є те, що при виготовленні омических контактів фотоперетворювача необхідно нанесення металів на поверхню напівпровідника, при цьому виникає проблема прецизійної зупинки травлення на кордоні метал - напівпровідник.

Ознаки вищевказаного аналога, спільні з пропонованим способом наступні: напилення тришарової металізації, створення захисної маски, підбурювання іонами нанесених шарів металізації за межами контактних областей.

Відомий спосіб селективного витравлювання подзатворного областей n ⁺ -GaAs до шару Al _0,2 Ga _0,8 As при виготовленні псевдоморфное транзисторів (Jap.J. Appl. Phys. V.39 (2000), p.1, №8, с. 4699-4703 «Highly selective GaAs / Al _0,2 Ga _0,8 As Wet Etch Process for the Gate Recess of Low - Voltage - Power Pseudomorphic High - Voltage - Power Mobility Transistor).

У цьому способі витравлювання подконтактного n ⁺ -GaAs шару завтовшки 1400 Å до низьколегованого шару n - Al _0,2 Ga _0,8 As здійснюють при температурі 23 ÷ 25 ° С у водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію, перекису водню: ( 0,5 М) З ₆ Н ₈ O ₇ · Н ₂ O ÷ (0,5 М) До ₃ З ₆ Н ₅ O ₇ · Н ₂ O = 5 ÷ 5 ÷ 1,5.

Далі створюють затвор на поверхні Al _0,2 Ga _0,8 As.

Недоліком вищевказаного способу є те, що при виготовленні фотоперетворювачів на напівпровідникових структурах p ⁺ -GaAs / p ⁺ -GaAlAs / n-GaAs / n-Ge травлення р ⁺ -GaAs шару по масці контактів хром - паладій - срібло (Cr / Pd / Ag ) при кімнатній температурі практично відсутня. Тривале знаходження в розчині призводить до окислення і помутніння срібних контактів і деградації параметрів фотоперетворювачів.

Ознакою вищевказаного аналога, загальним з пропонованим способом, є селективне підбурювання подконтактного напівпровідникового шару p ⁺ -GaAs до широкозонного шару GaAlAs в розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і води.

Відомий спосіб виготовлення фотоперетворювача (патент РФ №2244986, опубл. 20.05.05), прийнятий за прототип і який полягає в тому, що на напівпровідникову пластину зі структурою: n-Ge підкладка, n-GaAs буферний шар, n-GaAs базовий шар, р -GaAs емітерний шар, р ⁺ -GaAlAs ширококутного шар, p ⁺ -GaAs контактний шар, наносять шар двоокису кремнію, напилюють шар контактної металізації на тил пластини, далі формують захисний шар фоторезиста на шарі двоокису кремнію, потім нарощують тильний контакт електрохімічним осадженням срібла, після видалення фоторезиста створюють Фоторезістівний маску з вікнами над контактними областями фотоперетворювача, потім стравлюють шар двоокису кремнію у вікнах, після видалення фоторезиста напилюють послідовно шари контактної металізації хрому товщиною 200 ÷ 400 Å, паладію товщиною 200 ÷ 500 Å, срібла товщиною 500 ÷ 1500 Å, після створення фоторезистивной маски з малюнком контактів нарощують контакти електрохімічним осадженням срібла і захисного шару нікелю, після видалення фоторезиста стравлюють напилені шари контактної металізації іонно-променевим травленням, проводять термообробку пластини, потім створюють Фоторезістівний маску з малюнком вікон по периметру фотоперетворювача, далі видаляють шар двоокису кремнію в вікнах, потім витравлюють шари арсеніду галію до германієвої підкладки, після зняття фоторезиста видаляють шар двоокису кремнію, а після стравлювання p + -GaAs шару за межами контактних областей наносять покриття, що просвітлює.

Недолік способу-прототипу полягає в тому, що термообробка при 450 ° С гальванически потовщених особових контактів призводить до термічних напруг на межі метал-напівпровідник і до збільшення перехідного опору.

Ознаки прототипу, спільні з ознаками пропонованого способу, такі: напилення шару контактної металізації на тил пластини; формування захисного шару фоторезиста; нарощування тильного контакту електрохімічним осадженням срібла; видалення фоторезиста; напилення послідовно верств контактної металізації хрому товщиною 200 ÷ 400 Å, паладію товщиною 200 ÷ 500 Å, срібла товщиною 500 ÷ 1500 Å; створення фоторезистивной маски з малюнком контактів; нарощування контактів електрохімічним осадженням срібла; видалення фоторезиста; підбурювання напилених шарів контактної металізації іонно-променевим травленням; проведення термообробки пластини; створення фоторезистивной маски з малюнком вікон по периметру фотоперетворювача; витравлювання шарів арсеніду галію до германієвої підкладки; видалення фоторезиста; підбурювання р ⁺ -GaAs шару за межами контактних областей; нанесення просветляющего покриття.

Технічний результат, який досягається в пропонованому способі, полягає в поліпшенні якості лицьових контактів фотоперетворювача за рахунок підвищення адгезії і зниження перехідного опору за допомогою напилення на непокриту пластину контактних шарів хрому при температурі 300 ÷ 350 ° С, паладію, срібла - при температурі 200 ÷ 250 ° С .

Досягається вищевказаний технічний результат тим, що в пропонованому способі виготовлення фотоперетворювача на напівпровідниковій пластині зі структурою n-Ge підкладка, n-GaAs буферний шар, n-GaAs базовий шар, р-GaAs емітерний шар, p ⁺ -GaAlAs ширококутного шар, p ⁺ - GaAs контактний шар, що включає напилення шару контактної металізації на тил пластини, формування захисного шару фоторезиста, нарощування тильного контакту електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, напилення послідовно верств контактної металізації хрому товщиною 200 ÷ 400 Å, паладію товщиною 200 ÷ 500 Å, срібла товщиною 500 ÷ 1500 Å, створення фоторезистивной маски з малюнком контактів, нарощування контактів електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, підбурювання напилених шарів контактної металізації іонно-променевим травленням, проведення термообробки пластини, створення фоторезистивной маски з малюнком вікон по периметру фотоперетворювача, витравлювання шарів арсеніду галію до германієвої підкладки, видалення фоторезиста, підбурювання p ⁺ -GaAs шару за межами контактних областей, нанесення просветляющего покриття, після напилення шару контактної металізації на тил проводять термообробку пластини і напилюють послідовно шари контактної металізації хрому при температурі 300 ÷ 350 ° С, паладію, срібла при температурі 200 ÷ 250 ° с, після видалення фоторезистивной маски з малюнком контактів стравлюють шари срібла і паладію іонно-променевим травленням до шару хрому, далі видаляють шар хрому у водному розчині соляної кислоти, а після витравлення шарів арсеніду галію до германієвої підкладки і видалення фоторезиста, стравлюють p ⁺ -GaAs шар за межами контактних областей у водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню при температурі 40 ÷ 50 ° С.

При нагріванні пластини менше 300 ° С погіршується адгезія контактів до поверхні напівпровідника, знижується міцність зварного з'єднання з зовнішніми висновками.

Нагрівання пластини понад 350 ° С недоцільний, так як термічні напруги призводять до генерації дефектів на поверхні епітаксійного шару, зниження ККД фотоперетворювача.

У пропонованому способі напилення контактів шару хрому при температурі відпалу на пластині 300 ÷ 350 ° С забезпечує надійну адгезію і низьке перехідний опір контактів. Тонкий шар хрому, володіючи близьким до GaAs коефіцієнтом термічного розширення, в даному температурному інтервалі не викликає істотних термічних напруг і деградації параметрів фотоперетворювача. Адгезія наступних шарів паладію і срібла до хрому і між собою досягається при значно менших температурах 200 ÷ 250 ° С, при цьому залишається низьким загальний рівень термічних напружень.

Контактні шари хрому, паладію і срібла напилюють на відкриту поверхню пластини без захисного шару діелектрика. Для захисту напівпровідника від впливу іонів використовують шар хрому. Швидкість іонного травлення паладію і срібла значно (~ в 5 разів) більше, ніж хрому, що дозволяє надійно зупиняти травлення в нижележащем шарі навіть при великій нерівномірності потоку іонів. В подальшому хром труїться хімічно, при цьому немає необхідності в нанесенні захисного шару нікелю на срібні контакти.

У пропонованому способі потовщені (7 ÷ 8 мкм) контакти формують самосовмещенно з використанням однієї операції фотолітографії, без додаткових захисних шарів діелектрика і нікелю, що значно спрощує технологічний маршрут.

Видалення контактного р ⁺ -GaAs шару в водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню при підвищеній температурі 40 ÷ 50 ° С забезпечує швидке травлення напівпровідника (~2 хв), без впливу на срібні контакти.

При температурі розчину менше 40 ° С значно збільшується час стравлювання р ⁺ -GaAs шару до 30 хв, що небажано, так як погіршуються параметри фотоперетворювача. При температурі розчину більше 50 ° С знижується селективність видалення p ⁺ -GaAs шару, підбурювання нижчого широкозонного шару GaAlAs призводить до деградації параметрів фотоперетворювача (струму короткого замикання, напруги холостого ходу).

Відмінні ознаки, що обумовлюють відповідність запропонованого способу критерієм «новизна», такі: після напилення шару контактної металізації на тил проводять термообробку пластини; напилюють послідовно шари контактної металізації хрому при температурі 300 ÷ 350 ° С, паладію і срібла при температурі 200 ÷ 250 ° С; стравлюють шари срібла і паладію іонно-променевим травленням до шару хрому; видаляють шар хрому у водному розчині соляної кислоти; стравлюють р ⁺ -GaAs шар за межами контактних областей у водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню при температурі 40 ÷ 50 ° С.

Для доказу пропонованого способу відповідності критерію «винахідницький рівень» була проаналізована вся сукупність ознак і окремо відмінних. Встановлено, що застосування вищевказаних відмінних ознак, що дають в сукупності з відомими ознаками вищевказаний технічний результат, що полягає в поліпшенні якості лицьових контактів фотоперетворювача за рахунок підвищення адгезії і зниження перехідного опору, в літературних джерелах не виявлено. Тому, на думку авторів, пропонований спосіб виготовлення фотоперетворювача, відповідає критерію «винахідницький рівень».

Пропонований спосіб виготовлення фотоперетворювача ілюстрований на фіг.1 ÷ 4.

1 - напівпровідникова пластина;

2 - шари контактної металізації паладій-срібло, напилення на тил пластини;

3 - гальванічно вирощений шар срібла на тильній стороні пластини;

4 - шари контактної металізації хром - паладій - срібло;

5, 6 - гальванічно вирощений шар срібла лицьових контактів фотоперетворювача і шунтирующего діода;

7 - Меза-канавки по периметру активної області фотоперетворювача з шунтувальним діодом;

8 - покриття, що просвітлює.

Як приклад реалізації способу використовують напівпровідникову пластину зі структурою n-Ge підкладка, n-GaAs буферний шар, n-GaAs базовий шар, p-GaAs емітерний шар, p ⁺ -GaAlAs ширококутного шар, p ⁺ -GaAs контактний шар.

Напилюють контактний шар металізації паладій-срібло на тил пластини. Товщина шару паладію ~400 Å, срібла ~1000 Å. Альтернативно може бути завдано сплав золото-германій товщиною ~0,15 мкм. Чи не витягуючи платину з камери напилітельной установки, проводять термообробку при температурі ~450 ° С, t = 30 сек, в вакуумі, що необхідно для зниження перехідного опору тильного контакту.

Далі напилюють на лицьову сторону пластини шари контактної металізації хрому при температурі 350 ° С, паладію і срібла при температурі 250 ° С. Напилення здійснюють безпосередньо на всю поверхню напівпровідника.

Товщини напилюваних шарів хрому ~300 Å, паладію ~400 Å, срібла ~1000 Å.

Напилення шару хрому товщиною менше 200 Å недоцільно через наскрізний дифузії паладію. Шар хрому товщиною понад 400 Å небажаний через збільшення послідовного опору контактів. Шар паладію необхідний для адгезійної зв'язки шарів хрому і срібла. При товщині шару паладію менше 200 Å зв'язка не забезпечується через взаімодіффузіі срібла і паладію, при товщині понад 500 Å витрата дорогоцінного металу непродуктивна. При товщині шару срібла менше 500 Å погіршується адгезія подальшого гальванічного осаду, при товщині шару срібла більше 1500 Å витрата металу непродуктивна.

Адгезія контактного шару хрому до поверхні напівпровідника збільшується зі зростанням температури пластини. Оптимальний температурний режим 300 ÷ 350 ° С. При цьому одночасно виконується отжиг лицьової контактної металізації, необхідний для зниження перехідного опору метал - напівпровідник. При температурах менше 300 ° С погіршується адгезія контактної металізації. Температури понад 350 ° С, після нанесення суцільного шару металізації, небажані, так як тонкі епітаксіальні шари GaAs більш чутливі до термічних напруг у порівнянні з підкладкою германію. Виникаючі при цьому поверхневі дефекти погіршують параметри фотоперетворювача.

Напилення шарів паладію і срібла виконується при охолодженні пластини до 250 ° С, що доцільно для зниження термічних напружень в металізації, так як коефіцієнти термічного розширення паладію і срібла (10,6 · 10 ^-6 К ^-1 і 19,2 · 10 ^-6 K ^-1) істотно вище, ніж хрому і арсеніду галію (відповідно 6,6 · 10 ^-6 К ^-1 і 5,82 · 10 ^-6 К ^-1).

Далі створюють захисний шар фоторезиста. Використовують фоторезист ФП-4-04-Т. Нарощують тильний контакт електрохімічним осадженням срібла. Товщина обложеного шару 7 мкм. Нарощуванням тильного контакту на початковому етапі виготовлення фотоперетворювача надають необхідну міцність тендітної пластині. Видаляють фоторезист в диметилформаміді (див. Фіг.1).

Створюють Фоторезістівний маску з малюнком лицьових контактів фотоперетворювача і шунтирующего діода. Використовують фоторезист ФП-4-04-Т. Режим термообробки: сушка 100 ° С, t = 2 години. Прояв в 1% розчині гідроксиду калію (КОН) з наступним промиванням у 0,5% КОН і деионизованной воді. Альтернативно, для створення маски може бути використаний захисний шар фоторезиста на лицьовій стороні пластини після виконання гальванічного нарощування тильного контакту, що дозволяє скоротити витрату фоторезиста, але висуває підвищені вимоги до бездефектності і хімічної стійкості захисного шару. Далі нарощують лицьові контакти електрохімічним осадженням срібла. Для цього пластину укладають тильною стороною на жорсткий носій, притиск до якого здійснюється силами поверхневого натягу розчину. Осадження на тил при цьому не відбувається. Гальванічний осад товщиною 7 мкм має щільну мелкокристаллическую структуру. Фоторезист видаляють (див. Фіг.2).

Далі стравлюють напилені шари срібла і паладію іонно-променевим травленням по масці гальванически потовщення контактів. При цьому шар хрому, швидкість розпилення якого значно (~в 5 разів) менше, ніж сумарного шару паладію, срібла, залишається на пластині і захищає поверхню напівпровідника від впливу іонів аргону. Використовують джерело іонів ІІ-4-0,15 «Радикал», режим, що поєднує прискорене і повільне травлення,

U = 1000 В, t = 20 хв, U = 600 В, t = 5 хв, р~8 · 10 ^-2 мм рт.ст.

Видалення шарів срібла і паладію хімічним рідинним травленням неприпустимо, так як в першу чергу стравливается електрохімічних обложений шар срібла, внаслідок істотно більш високій швидкості його травлення щодо термічно напиляного шару.

Видаляють шар хрому у водному розчині соляної кислоти HCl ÷ H ₂ O = 1 ÷ 1. Травлення ініціюють, торкаючись алюмінієвої дротиком до контактів фотоперетворювача. Впливу на срібло, паладій і напівпровідниковий шар р ⁺ -GaAs при цьому не відбувається.

Створюють Фоторезістівний маску з малюнком вікон по периметру активної області фотоперетворювача і контакту шунтуючого діода. Витравлюють шари арсеніду галію до германієвої підкладки. При цьому електрично ізолюються особові контакти фотоперетворювача і шунтирующего діода. Використовують водний розчин ортофосфорної кислоти і перекису водню складу: Н ₃ PO ₄ (85%) ÷ H ₂ O ₂ (30%) ÷ Н ₂ О = 4 ÷ 1 ÷ 2. Час травлення t = 15 хв. Фоторезист видаляють в диметилформаміді (див. Фіг.3).

Стравлюють p ⁺ -GaAs шар за межами контактних областей фотоперетворювача у водному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню складу: (1М) З ₆ Н ₈ O ₇ · Н ₂ O ÷ (1М) До ₃ З ₆ Н ₅ O ₇ · Н ₂ O ÷ Н ₂ O ₂ (30%) = 2 ÷ 2 ÷ 1.

Травлення здійснюють при температурі розчину 45 ° С, чим забезпечують видалення p ⁺ -GaAs шару завтовшки ~0,2 мкм за t = 2 хв. При кімнатній температурі (~25 ° С) травлення протікає значно повільніше в ~10 раз, що призводить до потемніння срібних контактів і деградації параметрів фотоперетворювача. При більш високій температурі, понад 50 ° С істотно знижується селективність травлення, що унеможливлює своєчасну зупинку травлення на шарі GaALAs.

Далі наносять покриття, що просвітлює, маскуючи при цьому майданчики контактів фотоперетворювача і діода, для приварки зовнішніх висновків.

Лазерну різку і поділ пластини на чіпи виконують по металізованому тилу, що запобігає виникненню сколів і механічних пошкоджень поділюваних частин (див. Фіг.4).

Пропонований спосіб виготовлення фотоперетворювача забезпечує отримання контактів з гарну адгезію і низьким перехідним опором, так як напилення контактного шару хрому здійснюється при високій температурі на пластині 300 ÷ 350 ° С. При цьому одночасно відбувається отжиг особових контактів.

Потовщені контакти Cr / Pd / Ag формують самосовмещенно з використанням однієї операції фотолітографії.

Токоподвод приелектрохімічному нарощуванні контактів виконують по суцільному металевому шару, що дає високу рівномірність осадження на пластинах великого діаметра.

Іонно-променеве підбурювання шарів срібла і паладію до шару хрому усуває необхідність в нанесенні захисного шару нікелю.

Формуються контакти мають чітку геометрію краю.

Гальванічне нарощування контактів тільки там, де це необхідно, скорочує витрату дорогоцінного металу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Спосіб виготовлення фотоперетворювача на напівпровідниковій пластині зі структурою n-Ge підкладка, n-GaAs буферний шар, n-GaAs базовий шар, р-GaAs емітерний шар, p ⁺ -GaAlAs ширококутного шар, p ⁺ -GaAs контактний шар, що включає напилення шару контактної металізації на тил пластини, формування захисного шару фоторезиста, нарощування тильного контакту електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, напилення послідовно верств контактної металізації хрому товщиною 200 ÷ 400 Å, паладію товщиною 200 ÷ 500 Å, срібла товщиною 500 ÷ 1500 Å, створення фоторезистивной маски з малюнком контактів, нарощування контактів електрохімічним осадженням срібла, видалення фоторезиста, підбурювання напилених шарів контактної металізації іонно-променевим травленням, проведення термообробки пластини, створення фоторезистивной маски з малюнком вікон по периметру фотоперетворювача, витравлювання шарів арсеніду галію до германієвої підкладки, видалення фоторезиста, підбурювання p ⁺ - GaAs шару за межами контактних областей, нанесення просветляющего покриття, що відрізняється тим, що після напилення шару контактної металізації на тил проводять термообробку пластини, напилюють послідовно шари контактної металізації хрому при температурі 300 ÷ 350 ° С, паладію і срібла при температурі 200 ÷ 250 ° С , підбурювання напилених шарів контактної металізації іонно-променевим травленням здійснюють до шару хрому, видаляють шар хрому у водному розчині соляної кислоти, а підбурювання p ⁺ -GaAs шару за межами контактних областей роблять у водяному розчині лимонної кислоти, лимонно-кислого калію і перекису водню при температурі 40 ÷ 50 ° С.

Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів