Способ изготовления матричного фотоприемника (варианты)
Владельцы патента RU 2460174:
Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "Орион" (RU)
Изобретения относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и могут использоваться для создания матричных фотоприемников различного назначения. Способ изготовления матричного фотоприемника заключается в том, что фоточувствительный элемент гибридизируют с БИС мультиплексора индиевыми столбиками, образуя тем самым заготовку фотоприемника, и утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, при этом после гибридизации фоточувствительного элемента с БИС мультиплексора полученную заготовку приклеивают на крепежное устройство, состоящее из подложки и калибровочного диска, при этом сначала заготовку приклеивают на подложку, а затем заливают термоклеем пространство между калибровочным диском и заготовкой, в том числе и пространство между индиевыми столбиками, зачищают боковые поверхности базовой области фоточувствительного элемента от клея до поверхности калибровочного диска, утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, отклеивают заготовку фотоприемника и промывают ее от термоклея, в том числе и пространство между индиевыми столбиками. Изобретение обеспечивает простые и надежные способы закрепления заготовки фотоприемника, состоящей из фоточувствительного элемента и БИС мультиплексора, для осуществления последующей операции утоньшения базовой области фоточувствительного элемента до конечной величины. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 15 ил.
Изобретения относятся к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и могут использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.
Изготовление матричного фотоприемника (МФП) из объемного материала требует утоньшения базовой области матричного фоточувствительного элемента (МФЧЭ) до толщины 10÷20 мкм.
Известен способ изготовления матричного фотоприемника (патент на изобретении РФ №2343590), заключающийся в том, что утоньшение базовой области матричного фоточувствительного элемента осуществляют с использованием промежуточной подложки. Для этого фоточувствительный элемент приклеивают промежуточным клеем-расплавом на промежуточную несущую подложку из лейкосапфира. Затем другую сторону фоточувствительного элемента, свободную от приклейки, утоньшают химико-механической обработкой до нужной толщины (10÷20 мкм) и проводят анодное оксидирование. После чего приклеивают к обработанной стороне стационарным оптическим клеем несущую подложку из высокоомного полированного кремния и удаляют промежуточную несущую подложку вместе с промежуточным клеем-расплавом. Гибридизация фоточувствительного элемента с кремниевой БИС мультиплексора осуществляют после процесса утоньшения базовой области.
Недостатком этой технологии являются потери полезного сигнала при прохождении ИК-илучения в несущей подложке из кремниевого материала и оптическом клее. В некоторых случаях наблюдается искажение сигнала за счет интерференции в клеевом слое. Кроме того, возникают трудности при переклейки «тонкой» структуры.
Известен способ изготовления матричного фотоприемника из объемного материала, принятый в качестве прототипа (Тезисы докладов XIX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения 23-26 мая 2006 г., Киселева Л.В. и др. «Исследование характеристик матричного фотоприемника с тонкой базовой областью на основе InSb», 2006 г., стр.118), заключающийся в том, что утоньшение базовой области фоточувствительного элемента проводят после гибридизации матричного фоточувствительного элемента и БИС мультиплексора. Процесс утоньшения включает химико-механическую полировку до толщины базовой области фоточувствительного элемента 80÷100 мкм и химико-динамическую полировку до конечной толщины.
Однако в известном устройстве не описано, каким образом осуществляется утоньшение базовой области фоточувствительного элемента.
Предложенные изобретения решают задачу создание простых и надежных способов закрепления заготовки фотоприемника, состоящей из фоточувствительного элемента и БИС мультиплексора, для осуществления последующей операции утоньшения базовой области фоточувствительного элемента до конечной величины.
Технический результат в первом изобретении достигается тем, что способ изготовления матричного фотоприемника заключается в том, что фоточувствительный элемент гибридизируют с БИС мультиплексора, затем приклеивают торцевую поверхность БИС мультиплексора на крепежное устройство и утоньшают базовую область фоточувствительного элемента.
Технический результат во втором изобретении достигается тем, что способ изготовления матричного фотоприемника заключается в том, что фоточувствительный элемент гибридизируют с БИС мультиплексора индиевыми столбиками, образуя тем самым заготовку фотоприемника, затем полученную заготовку фотоприемника приклеивают на крепежное устройство, состоящее из подложки и калибровочного диска, при этом сначала заготовку приклеивают на подложку, а затем заливают термоклеем пространство между калибровочным диском и заготовкой, в том числе и пространство между индиевыми столбиками, зачищают боковые поверхности базовой области фоточувствительного элемента от клея до поверхности калибровочного диска, утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, отклеивают заготовку фотоприемника и промывают ее от термоклея, в том числе и пространство между индиевыми столбиками.
При этом в процессе утоньшения базовой области фотоприемника проводят химико-механическую полировку до толщины базовой области 80÷100 мкм и химико-динамическую полировку до толщины базовой области 10÷20 мкм.
При этом процесс нанесения защитного и просветляющего покрытия могут проводить как до процесса отклеивания и промывки заготовки от крепежного устройства, так и после процесса отклеивания и промывки заготовки от крепежного устройства.
Изобретения поясняются чертежами, поясняющими процессы получения матричного фотоприемника по предлагаемым способам, где:
фиг.1 - БИС кремниевого мультиплексора с индиевыми столбиками;
фиг.2 - матричный фоточувствительный элемент с толстой базовой областью;
фиг.3 - заготовка фотоприемника, состоящая из БИС мультиплексора, гибридизированной индиевыми столбиками с матричным фоточувствительным элементом;
фиг.4 - закрепление заготовки фотоприемника в крепежном устройстве;
фиг.5 - утоньшение базовой области фоточувствительного элемента;
фиг.6 - нанесение защитного и просветляющего покрытия;
фиг.7 - закрепление заготовки фотоприемника в крепежном устройстве, содержащем лейкосапфировую подложку и калибровочный диск;
фиг.8 - закрепление и защита заготовки фотоприемника (ФП) с помощью термоклея;
фиг.9 - образец кристалла InSb с габаритами 10,5×8,6 мм, гибридизированный с БИС мультиплексора до утоньшения (толщина 400 мкм);
фиг.10 - образец кристалла InSb с габаритами 10,5×8,6 мм, гибридизированный с БИС мультиплексора после утоньшения (толщина 10÷12 мкм);
фиг.11-14 - профилограммы в различных областях утоньшенного фоточувствительного элемента;
фиг.15 - спектр отражения при комнатной температуре непросветленной поверхности фоточувствительного элемента и поверхности с двухслойным просветлением.
На фиг.1-8 элементы фотоприемника и крепежного элемента обозначены следующими позициями:
1 - БИС кремниевого (Si) мультиплексора (мультиплексор);
2 - базовая область матричного фоточувствительного элемента (МФЧЭ);
3 - индиевые столбики (In);
4 - защитное и просветляющее покрытие (например, анодный окисел и SiO);
5 - термоклей;
6 - прецизионная лейкосапфировая подложка крепежного устройства;
7 - калибровочный диск.
Для осуществления изобретения по первому варианту осуществляют следующую последовательность действий:
- Осуществляют гибридизацию БИС мультиплексора 1 с «толстой» базовой областью (толщиной 0,4÷1 мм) фоточувствительного элемента 2 посредством индиевых столбиков 3 (фиг.3).
- Приклеивают торцевую поверхность БИС мультиплексора 1 на крепежное устройство 6 с помощью термоклея 5. В частном случае крепежное устройство выполнено в виде лейкосапфировой подложки (фиг.4).
- Утоньшают «толстую» базовую область МФЧЭ прецизионными бездефектными методами химико-механической полировкой (до толщины 100÷80 мкм) и химико-динамической полировкой до конечной толщины 10÷20 мкм («тонкая» базовая область МФЧЭ) (фиг.5).
- Наносят защитное и просветляющее покрытие 4 на поверхность «тонкой» базовой области МФЧЭ, отклеивают мультиплексор от крепежного устройства и промывают его от термоклея (фиг.6).
При этом процесс нанесения защитного и просветляющего покрытия 4 могут проводить как до процесса отклеивания мультиплексора от крепежного устройства, так и после процесса отклеивания мультиплексора от крепежного устройства.
Для осуществления изобретения по второму варианту осуществляют следующую последовательность действий:
- Осуществляют гибридизацию БИС мультиплексора 1 с «толстой» базовой областью (толщиной 0,4÷1 мм) фоточувствительного элемента 2 посредством индиевых столбиков 3, в дальнейшем именуемая заготовкой фотоприемника (фиг.3).
- Закрепляют заготовку ФП на крепежном устройстве. В частном случае крепежное устройство может состоять из лейкосапфировой подложки 6 и калибровочного диска 7. Калибровочный диск выполняет двойную функцию. Он служит для расчета необходимого утоньшения базовой области МФЧЭ и дополнительного закрепления и защиты заготовки при выполнении дальнейших технологических операций. Заготовку ФП вначале приклеивают с помощью термоклея 5 на лейкосапфировую подложку 6 (фиг.7), а затем заливают термоклеем пространство между калибровочным диском и заготовкой, в том числе и пространство между индиевыми столбиками (фиг.8). В процессе выполнения операции по закреплению заготовки ФП определяют расстояние по вертикали от поверхности мультиплексора до поверхности калибровочного диска. Делают это для того, чтобы контролировать необходимое утоньшение базовой области.
- Зачищают боковые поверхности «толстой» базовой области от клея до поверхности калибровочного диска.
- Утоньшают «толстую» базовую область МФЧЭ прецизионными бездефектными методами химико-механической полировкой (до толщины 100÷80 мкм) и химико-динамической полировкой до конечной толщины 10÷20 мкм («тонкая» базовая область МФЧЭ).
- Наносят защитное и просветляющее покрытие на поверхность утоньшенной базовой области МФЧЭ, а именно нанесение анодного окисла толщиной 0,1 мкм и моноокиси кремния SiO - 0,5 мкм.
- Отклеивают заготовку ФП и промывают ее от термоклея, в том числе пространство между индиевыми столбиками.
Нанесение защитного и просветляющего покрытия возможно и после операции отклеивания заготовки ФП. Разработаны экологически чистые травители, совместимые с операциями нанесения анодного окисла с положительным встроенным зарядом на обработанную поверхность. Неплоскостность поверхности при размере ФП порядка 10 мм оказалась не хуже ±2 мкм.
Предлагаемый способ был опробован на предприятии-заявителе при создании экспериментальных и опытных образцов матричных фотоприемников на основе антимонида индия (InSb). Однако предлагаемый способ применим и к другим полупроводниковым материалам.
На фиг.9 и фиг.10 показан результат утоньшения по описанному способу матричного фоточувствительного элемента InSb с габаритами 10,505×8,605 мм, гибридизированного с БИС мультиплексора, от толщины 400 мкм до толщины 10-12 мкм. При этом габариты утоньшаемого фоточувствительного элемента InSb уменьшились не более чем на 200 мкм с каждой из четырех сторон.
На фиг.11-14 приведены четыре профилограммы в различных областях утоньшенной плоскости. Учитывая, что суммарная величина индиевых микростолбиков после гибридизации составляет величину ~15 мкм, то толщина фоточувствительного слоя антимонида индия составляет величину ~10 мкм в центральной области и ~12 мкм в краевых областях, что обеспечивает возможность создания МФПУ с 15 мкм шагом и небольшой величиной взаимосвязи.
Для просветления использовалось двухслойное покрытие с максимумом на длине волны ~4 мкм. На фиг.15 показаны спектры отражения при комнатной температуре непросветленной поверхности (отражение составляет 35÷40%) и поверхности с двухслойным просветлением (отражение в минимуме составляет ~3%). Структура просветляющих слоев состоит из пленок анодного окисла толщиной 1000 Å и SiO толщиной 5000 Å.
1. Способ изготовления матричного фотоприемника, заключающийся в том, что фоточувствительный элемент гибридизируют с БИС мультиплексора и утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, отличающийся тем, что утоньшают базовую область фоточувствительного элемента после приклеивания БИС мультиплексора на крепежном устройстве.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что БИС мультиплексора приклеивают на крепежное устройство, содержащее лейкосапфировую подложку, с помощью термоклея.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе утоньшения базовой области фотоприемника проводят химико-механическую полировку до толщины базовой области 80÷100 мкм и химико-динамическую полировку до толщины базовой области 10÷20 мкм.
4. Способ изготовления матричного фотоприемника, заключающийся в том, что фоточувствительный элемент гибридизируют с БИС мультиплексора индиевыми столбиками, образуя тем самым заготовку фотоприемника, и утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, отличающийся тем, что после гибридизации фоточувствительного элемента с БИС мультиплексора полученную заготовку приклеивают на крепежное устройство, состоящее из подложки и калибровочного диска, при этом сначала заготовку приклеивают на подложку, а затем заливают термоклеем пространство между калибровочным диском и заготовкой, в том числе и пространство между индиевыми столбиками, зачищают боковые поверхности базовой области фоточувствительного элемента от клея до поверхности калибровочного диска, утоньшают базовую область фоточувствительного элемента, отклеивают заготовку фотоприемника и промывают ее от термоклея, в том числе и пространство между индиевыми столбами.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в процессе утоньшения базовой области фотоприемника проводят химико-механическую полировку заготовки до толщины базовой области 80÷100 мкм и химико-динамическую полировку до толщины 10÷20 мкм.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что после процесса утоньшения наносят защитное и просветляющее покрытие на поверхность базовой области фоточувствительного элемента.
7. Способ по п.4, отличающийся тем, что после процесса отклеивания и промывки заготовки фотоприемника наносят защитное и просветляющее покрытие на поверхность базовой области фоточувствительного элемента.
