製造電磁輻射探測器的方法及通過該方法獲得的探測器的製作方法

2023-10-04 14:37:54 2

專利名稱：製造電磁輻射探測器的方法及通過該方法獲得的探測器的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及電磁輻射探測器，並且更具體地涉及用於製造這種探測器的方法。本公開內容更具體地涉及紅外光譜範圍並且特別地涉及近紅外範圍以及可見光範圍。
背景技術：
電磁輻射探測器通常由用於探測待探測的電磁波的電子電路形成，因此對對應的波長範圍是靈敏的，並且以已知的方式，連續地將電磁輻射轉變成電信號。這樣的探測電路與意圖轉換由探測電路生成的電信號的電子讀取電路相關聯，尤其是通過放大電信號以使得其能夠經受後續處理來關聯。·更具體地，本發明的一個目的是提供一種探測器，該探測器通過公知的倒裝晶片技術，利用混接凸點(hybridization bump)或微凸點(microbump),由與通常由娃製成的讀取電路相混接的探測電路形成，並且從背側探測目標輻射。所考慮的探測器包括基於通式為HgCdTe的合金來形成其探測電路的那些探測器，所述合金材料對紅外電磁輻射的吸收是公知的。該材料通常通過液相外延或氣相外延獲得，或者通過分子束外延獲得，所述分子束外延是基於由固體CdZnTe合金形成的襯底，或者，作為一個變化方案，基於Si、Ge或AsGa型的半導體襯底，其中在所述基於Si、Ge或AsGa型的半導體襯底上已經預先沉積基於CdTe或CdZnSeTe的網格參數適配層(meshparameter adaptation layer)。在下面的描述中，除非另有說明，如果該襯底由固體CdZnTe或塗有CdTe或CdZnSeTe層的半導體製成，則將用通式Cd(Zn)Te表示。這樣的Cd(Zn)Te襯底的厚度可能通常在200微米與800微米之間變化。其幾乎不吸收待探測的輻射，尤其是紅外線。但是，當期望探測器對近紅外範圍靈敏或對可見光範圍靈敏時，產生了問題。實際上，Cd(Zn)Te襯底吸收在近紅外波長範圍或可見光波長範圍內的入射輻射，由此，探測到的信號減少並且並沒有實現Cd(Zn)Te襯底的用途。由於相同的原因，在天文學方面產生相同的問題，因為這樣的Cd (Zn) Te襯底也吸收宇宙輻射，該宇宙輻射之後以HgCdTe吸收材料變得靈敏的波長被再次發射，這導致產生不期望的幻像。為了解決這些難題，因此期望在讀取電路上混接探測電路之後能夠移除Cd(Zn)Te生長襯底。出於該目的，一種已知的方法包括在讀取電路上混接探測電路的步驟之後對Cd(Zn)Te襯底進行機械拋光或化學-機械拋光，以將其從幾百微米的標稱厚度降至幾十微米的厚度，通常為5微米至80微米。 這樣的拋光步驟可以繼之以在HgCdTe上使用溶液選擇性地蝕刻CdZnTe的化學蝕刻步驟或用其代替。在HgCdTe上通過化學溶液蝕刻CdZnTe的選擇性是由於兩種材料在其界面處的汞和鎘組成的差異而引起的。當材料的組成變得更接近CdZnTe襯底的組成時，選擇性降低。經驗顯示，其中在HgCdTe材料上的CdZnTe材料的化學蝕刻選擇性保持可利用的組成極限在X = O. 5的鎘原子組成時達到,其中所述HgCdTe材料用式Hg(1_x)CdxTe描述。在CdZnTe襯底與Hg(1_x)CdxTe材料之間具有逐漸的組成轉換。實際上，在由Hg(1_x)CdxTe合金製成的探測層在Cd(Zn)Te襯底上的外延生長期間，在活性Hg(1_x)CdxTe層與襯底之間產生了鎘組成梯度，這起因於■在液相外延情況下的CdZnTe襯底和Hg(1_ x)CdxTe外延之間的相互擴散；■或者，分子束外延或氣相外延中生長參數的連續調節。襯底與吸收材料之間的轉換是逐漸的這一事實與化學蝕刻缺乏選擇性相關聯，因此，其意味著在外延期間產生的組成梯度的一部分在CdZnTe襯底的化學蝕刻期間消失。通過化學拋光或化學-機械拋光以及隨後的化學蝕刻來移除CdZnTe的常規方法提供了高度起作用的探測器，所述高度起作用的探測器具有對光敏Hg(1_x)CdxTe材料的富汞組成即Xed O. 4)的情況下，殘餘的組成梯度和相關聯的電位梯度變得不足以將光電子從背面驅除，使得所述光載流子在位於表面處的複合中心上複合。此時，當光載流子在靠近表面處生成並且因此光載流子對應具有最高吸收因數的短波長的光子時，光載流子複合更加影響光載流子。因此，可以觀測到根據探測器區域變化的低波長中的靈敏性的損失。換言之，由Cd(Zn)Te襯底與HgCdTe探測材料之間的外延所產生的組成梯度產生了將載流子斥向背側的帶隙梯度，使得位於汞原子組成大於O. 6的HgCdTe材料的表面處的可能複合中心不影響探測功能。相反地，移除CdZnTe生長襯底的方法在CdZnTe與HgCdTe之間選擇性不足，其導致在外延期間產生的鎘組成梯度(以及，補充地，汞組成梯度)的部分或全部消失，使得位於HgCdTe材料的表面處的複合中心引起靠近背側的光生載流子的複合，因此引起探測器在低波長中的靈敏性的損失。本發明的目的是克服這些問題。

發明內容
因此，本發明的第一個目的是一種能夠處理混接在讀取電路上的探測電路的由HgCdTe製成的探測層的背側的具體方法，所述方法在常規的機械處理或化學機械過程和/或作為替代的化學蝕刻過程之後進行，趨向於移除CdZnTe生長襯底，以抑制複合中心在所述表面上存在，並由此避免光載流子與所述複合載流子複合。因此，本發明的目的特別用於移除通過液相外延或氣相外延或通過分子束外延由Hg(1_x)CdxTe製成的電磁輻射探測電路的CdZnTe生長襯底並且隨後處理生長襯底與移除所述生長襯底之後獲得的探測材料之間的界面的方法，其中所述電磁輻射特別為在紅外或可見光範圍內的電磁輻射，並且所述探測電路混接在讀取電路上。
該方法包括使生長襯底經受機械拋光或化學-機械拋光或化學蝕刻以移除所述襯底，並且隨後使由此獲得的組合件經受碘處理。換言之，本發明包括執行傳統的生長襯底移除方法，特別是通過機械拋光或化學-機械拋光和/或通過化學蝕刻移除生長襯底，並且之後，在執行這些常規步驟之後，使組合件經受化學碘處理，尤其是通過浸沒在具有適當成分的浴中，通常浸沒在酸性KI/I2/HBr或ΗΙ/Ι2水溶液中。因此，通過例如KI/I2/HBr的水溶液對執行常規的機械拋光或化學-機械拋光和/或常規的化學蝕刻之後所獲得的組件進行處理，導致形成非常薄的表面單質碘膜，其直接交聯在表面上並且隨時間和溫度穩定。該表面膜使得能夠抑制或至少中和在HgCdTe吸收材料的表面處存在的複合中心換言之，碘膜誘導所述表面鈍化。所述浴也可以由溶解在醇中的分子碘形成，並且特別是I2_MeOH。可以設想在化學酸性碘處理以前，但是在拋光之後，使所述生長襯底經受化學蝕刻以移除殘餘的CdZnTe厚度。在任何情況下，本發明的方法的目的是鈍化HgCdTe材料的背面且同時儘可能少地蝕刻它。在下面的結合附圖的對具體實施方式
的非限制性的描述中，將討論本發明的在前的和其他的特徵和優點。


圖IA至IC是根據本發明的電磁輻射探測器的簡化橫截面圖，其示出用於從HgCdTe探測材料移除CdZnTe生長襯底的方法的不同步驟。
具體實施例方式本發明的探測電路由通過對紅外輻射透明的支撐4上的金相生長而獲得的HgCdTe合金的層3形成。在描述的示例中，生長襯底或支撐4由CdZnTe合金製成。作為一個變化方案，其可以用單晶半導體襯底(Si、Ge或AsGa)代替，在生長相之前在所述單晶生長襯底上已經沉積了具有幾微米厚度的基於CdTe的網格適配層。例如，形成該層的材料可以是CdSeZnTe型的四元合金。通過液相外延、氣相外延或甚至分子束外延來執行生長。該生長方法導致在實際的吸收層3與CdZnTe襯底4之間產生在某種程度上位於區域3與襯底4之間的界面處的鎘組成變化區域5。換言之，區域5位於生長襯底與吸收區域3之間的界面處。在通過液體外延獲得生長的情況下，組成變化區域是沒有被清楚地界定的相互擴散區域。吸收層3的另一表面，即，與組成變化區域5相對的表面具有形成於其上的二極體6。藉助於凸點或微凸點，特別是由銦2製成的微凸點，通過公知的混接技術獲得由組合件3、4、5形成的探測電路與通常由矽技術製成的讀取電路I之間的連接，並且例如如文件FR2646558中描述的那樣。 該微凸點2確保了探測組合件與讀取電路I的正機械連接以及使得由電磁輻射與探測電路的相互反應所產生的電信號能夠傳遞到讀取電路的電傳導性。如作為發明背景所指出的，本發明的探測器提供了背側探測，即，從探測區域3的電路的背側執行探測。因此，出於該目的，應移除所述探測層3的Cd(Zn)Te生長襯底4。因此，在矽讀取電路1(圖Ia)上混接探測電路3、4、5之後，實施化學-機械拋光Cd(Zn)Te襯底4的第一步驟。該拋光步驟也可以使用機械研磨步驟來代替。該步驟使得能夠抑制Cd(Zn)Te支撐的大部分厚度並且可以進一步地與通過在HgCdTe與Cd(Zn)Te之間具有選擇性的蝕刻溶液而進行的第一化學作用一起。例如，該溶液由氫氟酸、硝酸和乙酸浴形成。假設生長襯底由其上已經沉積有CdTe材料的層的單晶半導體形成，則可以通過在所考慮的半導體與CdTe基層之間具有選擇性的簡單化學作用引發對所述襯底的抑制。這導致圖Ib的簡化圖，其中只有殘餘的組成變化區域5'與吸收材料區域或由Hg(1_x)CdxTe製成的探測層3保持接觸。由於組成變化區域5'在在前一步驟期間經受了部分的機械或化學蝕刻，所以該區域被稱作殘餘的組成變化區域5'。如在發明背景部分中討論的，區域5'的自由表面7存在對近紅外探測或可見光探測產生問題的大量活性複合中心。隨後，可以使由混接在讀取電路上的探測電路形成的組合件首先經受通過浸沒到IM的鹽酸中進行的所述區域5'的表面脫氧處理。在去離子水中衝洗組合件後，隨後通過浸沒使相同的組合件在碘化蝕刻溶液中經受從幾秒到幾分鐘或到幾十分鐘變化的時間段的處理。該溶液通常具有以下成分■分子碘KT1M 至 KT5M ；■氫溴酸HBr，O. 09M 至 9M ；■去離子水。還可以使用同樣為O. 09M至9M的氫碘酸HI來代替氫溴酸,或者通過具有相同的摩爾濃度的鹽酸HCl來代替氫溴酸。還可以設想在溶液中引入SM至OM的具有加速碘(I2)的溶解和使溶液穩定的功能的碘化鉀(KI)。在該溶液的情況下，可以觀察到通常為I至6000納米/每分鐘的殘餘組成變化區域Y的上層的蝕刻速度。隨後，在去離子水和氮吹掃中衝洗大約5分鐘之後，可觀察由碘形成的非常薄的表面膜8的形成，其中所述碘通過共價鍵直接化學鍵合到殘餘的組成變化區域5'的與讀取電路上的混接表面相對的表面。薄膜8用作鈍化層並且實際上禁止傳統上存在於殘餘組成變化區域5'的表面處的活性複合中心，所述殘餘組成變化區域5 ^源自使CdZnTe生長襯底變薄或移除CdZnTe生長襯底的常規方法。該非常薄的碘膜8 (通常是一個原子單層)在殘餘組成變化區域5'處的形成尤其可通過XPS (X-射線光電光譜學)光譜的變化來觀察，XPS光譜示出了鎘3d和汞4f的能量峰值偏移，該能量峰值偏移表徵碘分別與形成殘餘組成變化區域5'的材料的鎘和汞之間的共價鍵的產生。應指出，還可以通過橢圓對稱探測到通過酸處理的對所述層的表面改性，S卩，通過基於光極化變化的特徵化和表面分析的光技術，通過在樣品的平面上反射光；該橢圓對稱分析導致了 Hg(1_x)CdxTe的實的光學指數和虛的光學指數的變化。使由此獲得的組件暴露於高溫，通常在145°C處暴露10分鐘，其不更改處理過的 表面並且因此示出碘化的表面網絡8的時間和溫度穩定性。由於能夠在移除Cd(Zn)Te襯底之後執行熱處理，而不失去通過碘的表面鈍化的益處，因此，該結果完全有利。因此，這使得能夠將碘處理併入紅外組件、特別是冷卻的紅外組件的製造中涉及的技術處理的序列中。就探測特性而言，該鈍化的獲得使得能夠將探測器的脆弱性降低至在選擇性化學蝕刻步驟中使Cd(Zn)Te襯底與由Hg(1_x)CdxTe製成的活性探測層之間的組成梯度部分或全部消失。由此，源自靠近表面處吸收的、通常具有400納米至800納米的最短波長的光子的光載流子不再在探測電路的背側上複合，並且之後可以通過讀取電路收集。在前述實施例中，已經使用了在酸性介質中的碘化溶液的具體組成。可以使用碘酸鉀(KIO3)來代替碘化鉀。本發明也針對其中分子碘形成和/或被穩定化的任意方法，例如，在前述實施例中，使用醇來代替水作為溶劑的系統。重要的是在溶液中具有可得到的分子碘。當然，本發明可能具有本領域技術人員所容易想到的各種替換、更改和改進方案。這些替換、更改和改進方案也是該公開內容的一部分，並且也在本發明的精神和範圍內。因此，前面的描述僅是作為示例並且不是意在限制。僅按照下面的權利要求和權利要求的等同物來限制本發明。
權利要求
1.一種用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，所述電磁輻射特別是在紅外範圍或可見光範圍內的電磁福射，所述探測電路包括由通過液相外延或氣相外延或通過分子束外延獲得的Hg(1_x)CdxTe製成的探測所述輻射的層(3)，所述探測電路混接在讀取電路(I)上，所述方法包括 使所述生長襯底(4)經受機械拋光或化學-機械拋光步驟或化學蝕刻步驟以減小其厚度，直至所述探測電路的材料與所述生長襯底之間的界面區域； 以及使由此獲得的所述界面經受碘處理。
2.根據權利要求I所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底⑷的方法，其中碘以分子形式存在於溶液中並且其中其溶劑是水。
3.根據權利要求I和2中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中所述碘處理在酸性介質中進行。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中所述碘處理通過將由所述機械拋光和/或化學-機械拋光步驟和/或由所述化學蝕刻獲得的所述探測器大體上浸沒到具有以下成分的浴中來進行 ■分子碘=KT1M至KT5M ； ■O. 09M至9M的氫溴酸HBr或氫碘酸HI ； ■去離子水。
5.根據權利要求4所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中在機械拋光和/或化學-機械拋光步驟或通過使組合件經受鹽酸浴的化學蝕刻步驟之後獲得的殘餘組成變化區域(5')的表面(7)的脫氧動作之後，進行在酸性介質中的所述碘處理。
6.根據權利要求I至3中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中所述碘處理通過將由所述機械拋光和/或化學-機械拋光步驟和/或由所述化學蝕刻獲得的所述探測器大體上浸沒到具有以下成分的浴中來進行 ■分子碘=KT1M至KT5M ； ■O. 09M至9M的鹽酸HCl ； ■去離子水。
7.根據權利要求I所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中碘以分子形式存在於溶液中並且其中其溶劑是醇，並且特別是I2_MeOH。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中所述生長襯底由固體Cd(Zn)Te材料形成。
9.根據權利要求I至7中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中所述生長襯底由單晶半導體形成，在所述單晶半導體上已經預先沉積有具有幾微米厚度的基於CdTe的網格參數適配層。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的用於移除電磁輻射探測電路(3、4、5)的生長襯底(4)的方法，其中在使所述組合件經受所述碘處理之前，但是在所述機械拋光或化學-機械拋光步驟或所述化學蝕刻步驟之後，使所述組合件經受化學蝕刻以移除所述生長襯底的殘餘厚度。
全文摘要
一種用於移除電磁輻射探測電路的生長襯底的方法，所述電磁輻射特別是在紅外範圍或可見光範圍內的電磁輻射，所述探測電路包括由通過液相外延或氣相外延或通過分子束外延而獲得的Hg(1-x)CdxTe製成的探測所述輻射的層，所述探測電路混接在讀取電路上。該方法包括使生長襯底經受機械拋光或化學-機械拋光步驟或化學蝕刻步驟以減小其厚度，直至探測電路的材料與生長襯底之間的界面區域；以及使由此獲得的界面經受碘處理。
文檔編號H01L31/18GK102856429SQ201210219570
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優先權日2011年6月30日
發明者克裡斯託夫·波泰, 阿諾·埃切伯裡, 亞歷山大·考西耶, 伊莎貝爾·熱拉爾 申請人:法國紅外探測器公司, 國家科學研究中心