DE2739309A1 - Infrared detector cell - pref. based on cadmium mercury telluride or lead tin telluride semiconductors with getter layers - Google Patents

Infrared detector cell - pref. based on cadmium mercury telluride or lead tin telluride semiconductors with getter layers

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DE2739309A1 DE19772739309 DE2739309A DE2739309A1 DE 2739309 A1 DE2739309 A1 DE 2739309A1 DE 19772739309 DE19772739309 DE 19772739309 DE 2739309 A DE2739309 A DE 2739309A DE 2739309 A1 DE2739309 A1 DE 2739309A1
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Abstract

The surface (al) of the semiconductor (a), and/or the metal contacts (b) covering surface (al) are at least partly covered with a getter layer (c). Layer (c) is pref. a silicon oxide, a silicon nitride, polycrystalline Si, or a mixt. of these substances, and layer (c) pref. includes getter doping elements from gps. III or V of the periodice system, esp. P, As or B. Layer (c) pref. covers the side of semiconductor (a) opposite the light entry window, or both side and in the window, where layer (c) has an appropriate refractive index. Layer (c) is pref. formed in an evacuated plasma reactor fed with a mixt. of SiH4, N2, residual O2, and a gas contg. the dopant, layer (c) being formed at 20-300 degrees C. A passivating layer (d) of ZnS may be used on the cell. Used esp. for photoconductors with no barrier layer junciton; or photodiodes with a barrier layer. The semiconductors (a) must be driven at very low temp. (77 degrees K.), and the invention provides a getter layer (c) increasing the sensitivity and working life of the cell.

Description

Infrarot-Detektorzelle Infrared detector cell

Die Anmeldung betrifft eine Infrarot-Detektorzelle auf der Basis von Cadmium-Quecksilber-Tellurid- oder Blei-Zinn-Tellurid-Halbleitern. Bei der Herstellung von Infrarot-Detektorzellen auf der Basis der genannten Halbleiter, die bei sehr niederen Temperaturen (77 0Kelvin) betrieben werden müssen, werden hohe Lebensdauer und hohe Detektivität angestrebt. Zur Verbesserung dieser Eigenschaften wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Oberfläche des Halbleiterkörpers und/oder die die Halbleiteroberfläche bedeckenden Metallanschlußkontakte zumindest teilweise mit einer Getterschicht zu bedecken. Diese Getterschicht kann vorzugsweise aus einem Siijziumoxyd, einem Siliziumnitrid, aus Polysilizium oder aus einer Mischung von wenigstens zwei der genannten Haterialiesvbestehen. Die Getterschicht enthält Verunreinigungen mit Gettereigenschaften aus Elementen der dritten oder fünften Gruppe des periodischen Systems. Beispielsweise sind diese vernnrernlqungen Phosphor, Arsen oder Bor.The application relates to an infrared detector cell based on Cadmium-mercury-telluride or lead-tin-telluride semiconductors. In the preparation of of infrared detector cells on the basis of the said semiconductors, which at very low temperatures (77 0Kelvin) have to be operated, will have a long service life and aimed at high detectivity. To improve these properties is therefore proposed according to the invention, the surface of the semiconductor body and / or the the semiconductor surface covering metal connection contacts at least partially to cover with a getter layer. This getter layer can preferably consist of a Siijziumoxyd, a silicon nitride, from polysilicon or from a mixture of at least two of the aforementioned materials exist. The getter layer contains impurities with getter properties from elements of the third or fifth group of the periodic Systems. These negligible solutions are, for example, phosphorus, arsenic or boron.

Die Getterschi#ht tann beisçielsweise nur die dem Lichteintrittsfenster gegenüberliegende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers vollständig bedecken. Sie kann aber auch zusätzlich auf der das Lichteintrittsfenster enthaltenden Oberflächenseite der Halbleiterschicht angeordnet werden oder nur im Lichteintrittsfenster die Halbleiteroberfläche bedecken.The Getterschi # ht tann for example only that of the light entry window completely cover the opposite surface side of the semiconductor body. she but can also be used in addition on the one containing the light entry window Surface side of the semiconductor layer are arranged or only in the light entry window cover the semiconductor surface.

Ferner besteht die Möglichkeit, daß die Getterschicht zusätzlich die Metallanschlußkontakte ganz oder teilweise bedeckt.Furthermore, there is the possibility that the getter layer additionally the Metal connection contacts completely or partially covered.

Es besteht die Möglichkeit, durch das Herstellungsverfahren der Getterschicht dieser Schicht einen speziellen Brechungsindex zu verleihen, der dem Brechungsindex des Halbleitermaterials angepaßt ist, so daß die- Detektivität des Bauelementes verbessert wird. Ferner kann die Halbleiteranordnung bzw. die Getterschicht noch mit einer zusätzlichen Passivierungsschicht bedeckt werden. Ein geeignetes Material für diese Passivierungsschicht ist beispieLswe$se Zink-Sulfid.There is a possibility through the manufacturing process of the getter layer to give this layer a special refractive index, which is the refractive index of the semiconductor material is adapted, so that the detectivity of the component is improved. Furthermore, the semiconductor arrangement or the getter layer can also be covered with an additional passivation layer. A suitable material zinc sulfide is an example of this passivation layer.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden.noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren 1 - 3 zeigen Schnittdarstellungen von Infrarot-Detektorzellen auf der Basis von Cadmium-Quecksilber-Tellurid bzw.. Blei-Zinn-Tellurid. Es handelt sich dabei i der Regel um cohmoln Halbieiterstreifen, die in einer größeren Anzahl nebeneinander angeordnet sind, um so durch zahlreiche Bildpunkte eine Bildzeile zu realisieren. Die Figuren zeigen somit einen Längsschnitt durch eine einzelne schmale Detektorzelle, wobei es sich bei der Zelle um einen Photoleiter oder um eine Diode handeln kann.The invention and its further advantageous embodiment are intended in The following will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments. The figures 1-3 show sectional views of infrared detector cells based on FIG Cadmium-mercury-telluride or lead-tin-telluride. It is i the Usually around cohmoln semi-conductor strips, which are in a larger number next to each other are arranged in order to realize an image line by numerous pixels. The figures show thus a longitudinal section through a single one narrow detector cell, where the cell is a photoconductor or a diode can act.

Gemäß der Figur 1 wird auf eine Unterlage 1, die beispielsweise aus einem Saphir oder aus Aluminiumoxyd (A1203) besteht, eine dünne Halbleiterschicht 2 aus CdHgTe oder PbSnTe aufgeklebt.According to the figure 1 is on a base 1, for example from a sapphire or aluminum oxide (A1203), a thin semiconductor layer 2 made of CdHgTe or PbSnTe glued on.

Dies geschieht dadurch, daß zunächst eine relativ dicke (ca.This is done by first using a relatively thick (approx.

100 um) Halbleiterscheibe aufgeklebt und mit den erforderlichen Strukturen versehen wird. Diese Halbleiterscheibe wird dann mit Hilfe üblicher Abtragungsverfahren bis auf die erforderliche Dicke von ca. 15 /um abgearb#itet. Bevor jedoch die dicke Halbleiterschicht auf die Unterlage 1 aufgeklebt wird, wird gemäß der Figur 1 auf die aufzukleSende Rückseite der Halbleiterschicht eine Getterschicht 3 aufgebracht. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß das Halbleiterplättchen in einen Plasmareaktor eingebracht wird Dieser Plasmareaktor wird evakuiert. In das Vakuum wird dann das erftrderliche Abscheidungsgas eingebracht. Dies besteht beispielsweise aus Silan (SiH4), Stickstoff (N2) und je nach dem einzubanenda. Verunreinigungsmaterial aus Phosphin (PH3) Arsin (AsH3) oder Diboran <B2H6). Bei der Erzeugung der Getterschicht spielen die unvermeidbar vorhandenen Sauerstoffreste in dem eingebrachten Reaktionsgas eine wesentliche Rolle. Je nach der Zusammensetzung der erwähnten Gasbestandteile kann nun eine Getterschicht erzeugt werden, die überwiegend aus einem Siliziumoxyd, einem Siliziumnitrid oder aus polykristallinem Silizium bzw. aus Mischungen der genannten Stoffe besteht. Mit der möglichen Materialveränderung ändert sich auch der Brechungsindex der herzustellenden Schicht. Bei nahezu reinen Oxydschichten liegt der Brechungsindex bei 1,4, während polykristallines Silizium einen weit höheren Brechungsindex in der Größenordnung von ca. 4,0 aufweist Die eingebauten Getterstoffe Phosphor bzw.100 µm) semiconductor wafer glued on and with the required structures is provided. This semiconductor wafer is then made with the aid of conventional removal processes machined down to the required thickness of approx. 15 μm. But before the thick Semiconductor layer is glued to the substrate 1, is shown in FIG a getter layer 3 is applied to the back of the semiconductor layer to be glued. This is done, for example, by placing the semiconductor wafer in a plasma reactor This plasma reactor is evacuated. In the vacuum then that becomes Necessary deposition gas introduced. This consists of silane, for example (SiH4), nitrogen (N2) and depending on the one to be incorporated. Contaminant material from Phosphine (PH3) arsine (AsH3) or diborane <B2H6). When creating the getter layer play the inevitable oxygen residues in the brought in Reaction gas plays an essential role. Depending on the composition of the gas components mentioned a getter layer can now be created, which is predominantly made of a silicon oxide, a silicon nitride or polycrystalline silicon or mixtures of the mentioned substances. With the possible change in material also changes the refractive index of the layer to be produced. With almost pure oxide layers the refractive index is 1.4, while polycrystalline silicon is much higher The built-in getter substances Phosphorus or

Arsen oder Bor binden störende Verunreinigungen im Halbleitermaterial und verhindern, daß von auBem.weitere Verunreinigungen in das Halbleite=ateriai be Laufe der Lebensdauer eindringen.Arsenic or boron bind harmful impurities in the semiconductor material and prevent further contamination from outside into the semiconductor penetrate during the service life.

Das beschriebene Herstellungsverfahren für die Getterschicht hat außerdem den wesentlichen Vorteil, daß diese bei sehr niedrigen Temperaturen hergestellt werden können. Eine Herstellung ist bereits bei Raumtemperatur möglich, während die maximale Erzeugungstemperatur bei ca. 300 0C liegt.The production method described for the getter layer also has the significant advantage that these are produced at very low temperatures can be. Production is possible even at room temperature while the maximum generation temperature is approx. 300 ° C.

Nachdem die Haihleiterschicht 2 auf die Unterlage 1 aufgeklebt wurde und - wie bereits erwähnt - auf ihre erforderliche Dicke reduziert wurde, kann in einem zweiten Arbeitsschritt auch die freie Oberflächenseite der Halbleiterschicht mit einer Getterschicht 4 bedeckt werden, die durch das bereits geschilderte Verfahren erzeugt wird. SchliRßLich werden auf diese Getterschicht noch die Metallkontakte 5 und 6 aufgebracht, die ein schmales Fenster 7 freilassen, durch das das einfallende Infrarot-Licht in den HalhLeiterRorper 2 eindringen kann. Bei diesem Halbleiter handelt es sich um ein photoleitendes Material ohne Sperrschichtübergänge, Durch das einfallende Infrarotlicht werden die Widerstandseigenschaften des Halbleitermaterials in meßbarer und verwertbarer Weise verändert.After the shark conductor layer 2 has been glued to the base 1 and - as already mentioned - has been reduced to its required thickness, in a second step also the free surface side of the Semiconductor layer can be covered with a getter layer 4, which by the already described method is generated. Eventually be on this getter layer still applied the metal contacts 5 and 6, which leave a narrow window 7 open, through which the incident infrared light can penetrate the HalhLeiterRorper 2. This semiconductor is a photoconductive material with no barrier junctions, The resistance properties of the semiconductor material are determined by the incident infrared light changed in a measurable and usable way.

Ein leicht modifiziertes Ausführungsbeispiel ist in der Figur 2 dargestellt. Dort ist die Getterschicht auf der dem Infrarotlicht zugewandten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers nicht unter den Metallkontakten angeordnet, sondern bedeckt diese und erstreckt sich on diesen in das Lichteintrittsfenster 7.A slightly modified embodiment is shown in FIG. There the getter layer is on the surface side facing the infrared light of the semiconductor body is not arranged under the metal contacts, but covered this and extends from this into the light entry window 7.

Ein drittes. Beisprel ist in der Figur 3 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein Diodenbauelement, da die Halbleiteranordnung 2 eine Sperrschicht 8 enthält. Diese Sperrschicht 8 wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß auf dem Grundkörper eine extrem dünne Epitaxieschicht abgeschieden wird, die aufgrund der Wachstumsbedingungen anders dotiert ist als der Grundkörper. Der pn-Übergang kann auch eindiffundiert werden. Beide Oberflächenseiten der Halbleiteranordnung aus den Schichten 2 und 10 sind mit Getterschichten 3 bzw. 4 bedeckt, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ferner sind aut der Oberfläche der Halbleiteranordnung die Metallkontakte 5 und 6 angeordnet, die wiederum ein Lichteintrittsfenster 7 freilassen. Die gesamte freie Oberflächenseite der Halbleiteranordnung wird dann noch zusätzlich mit einer Passivierungsschicht 9 bedeckt, die sich sowohl über die Metallkontakte 5 und 6 als auch über das Lichteintrittsfenster 7 erstreckt. Diese zusätzliche Passivierungsschicht besteht beispielsweise aus Zinksulfid (ZnS). Auch bei. den Anführungsbeispielen nach den Fig. t und z kann eine zusätzliche ZnS-Schicht aufgebracht werden. Die ZnS-Schicht wird vorzugsweise nach der Kontaktierung der Metallkontake 5 und 6 mit Anschlußdrähten aufgebracht.A third. Example is shown in FIG. This acts it is a diode component, since the semiconductor device 2 has a barrier layer 8 contains. This barrier layer 8 is produced, for example, that on an extremely thin epitaxial layer is deposited on the base body will, which is doped differently than the base body due to the growth conditions. Of the pn junction can also be diffused in. Both surface sides of the semiconductor device from layers 2 and 10 are covered with getter layers 3 and 4, respectively, which after described method are produced. Furthermore, are on the surface of the semiconductor device the metal contacts 5 and 6 are arranged, which in turn have a light entry window 7 set free. The entire free surface side of the semiconductor device is then still additionally covered with a passivation layer 9, which extends both over the Metal contacts 5 and 6 as well as over the light entry window 7 extends. These additional passivation layer consists, for example, of zinc sulfide (ZnS). Even at. The exemplary embodiments according to FIGS. t and z can have an additional ZnS layer be applied. The ZnS layer is preferably after contacting the Metal contacts 5 and 6 applied with connecting wires.

Durch die geschilderten Getter- und Passivierungsschichten ließen sich die Eigenschaften von Infrarot-Detektorzellen auf der Basis von CdHgTe- und PbSnTe-Halbleitermaterialien erheblich verbessern. Insbesondere wurde die Lebensdauer und die Detektivität dieser hochempfindlichen Bauelemente gesteigert.Let through the described getter and passivation layers the properties of infrared detector cells based on CdHgTe and PbSnTe semiconductor materials considerably to enhance. In particular became the lifespan and detectivity of these highly sensitive components increased.

Die dabei auftretenden physikalischen Effekte und chemischen Reaktionen sind bisher nicht vollständig geklärt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die erwähnten Getterschichten ganz allgemein erhebliche Verbesserungen bringen und daß ferner durch eine Materialauswahl im Rahmen der genannten Stoffe durch gezielte Versuche Optimierungen erzielt werden können. Erwähnt sei noch, daß die Getterschichten durchschnittlich eine Dicke von ca. 1 um aufweisen und bevorzugt bei Raumtemperatur abgeschieden werden, da dann eine Störung der Struktur des Grundmaterials am wenigsten zu befürchten ist.The resulting physical effects and chemical reactions have not yet been fully clarified. However, it has been shown that the mentioned Gettering layers in general bring considerable improvements and that also through a selection of materials within the scope of the substances mentioned through targeted experiments Optimizations can be achieved. It should also be mentioned that the getter strata are average have a thickness of about 1 µm and are preferably deposited at room temperature because then a disruption of the structure of the base material is the least to be feared is.

Claims (12)

Patentansprüche Infrarot-Detektorzelle auf der Basis von CdHgTe- oder PbSnTe-Halbleitern, dadurch geknnzicnrt, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers und/oder die die Halbleiteroberfläche bedeckenden Metall-Anschlußkontakte zumindest teilweise mit einer Getterschicht bedeckt sind. Patent claims infrared detector cell based on CdHgTe- or PbSnTe semiconductors, characterized in that the surface of the semiconductor body and / or at least the metal connection contacts covering the semiconductor surface are partially covered with a getter layer. 2) Infrarot-Detektorzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterschicht aus einem Siliziumoxyd, einem Siliziumnitrid, aus Polysilizium od?r aus einer Mischung der genannten Materialien besteht.2) infrared detector cell according to claim 1, characterized in that that the getter layer is made of a silicon oxide, a silicon nitride, of polysilicon or consists of a mixture of the materials mentioned. 3) Infrarot-Detektorzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die..Getterschicht Verunreinigungen mit Gettereigenschaften aus Elementen der III. oder V. Gruppe des periodischen Systems enthält.3) infrared detector cell according to claim 2, characterized in, that the..Getter layer impurities with getter properties from elements of the III. or V. group of the periodic table contains. 4) Infrarot-Detektorzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen Phosphor, Arsen oder Bor sind.4) infrared detector cell according to claim 3, characterized in that that the impurities are phosphorus, arsenic or boron. 5) Infrarot-Detektorzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterschicht die dem Lichteintrittsfenster gegenüberliegende Seite des Halbkörpers vollständig bedeckt.5) infrared detector cell according to one of the preceding claims, characterized in that the getter layer is opposite to the light entry window Side of the half body completely covered. 6) Infrarot-Detektorzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die G#tt?rict beide Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers bedeckt.6) Infrared detector cell according to claim 5, characterized in that that the G # dt? rict covers both surface sides of the semiconductor body. 7) Infrarot-Detektorzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterschicht auch im Lichteintrittsfenster angeordnet ist und einen angepaßten Brechungsindex aufweist.7) infrared detector cell according to claim 6, characterized in that that the getter layer is also arranged in the light entry window and an adapted one Has refractive index. 8) Verfahren zum Herstellen einer Infraro.-Detektorzelle.nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterschicht in einem Plasmareaktor erzeugt wird.8) Method of making an infrared detector cell after a of the preceding claims, characterized in that the getter layer in one Plasma reactor is generated. 9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den ewakuierten Plasmareaktor ein Gasgemisch aus Silan, Stickstoff, Sauerstoffresten und einem das Verunreinigungsmaterial enthaltenden Gas in einem den Brechungsindex und die Zusammensetzung der Getterschicht bestimmenden Verhältnis eingebracht wird, und daß in diesem Reaktor die Getterschicht bei Temperaturen zwischen der Raumtemperatur und ca. 300 0C hergestellt wird.9) Method according to claim 8, characterized in that in the evacuated Plasma reactor a gas mixture of silane, nitrogen, oxygen residues and a das Gas containing impurity material in a refractive index and composition the getter layer determining ratio is introduced, and that in this reactor the getter layer is produced at temperatures between room temperature and approx. 300 ° C will. 1O) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei Photoleitern ohne Sperrschicht-Übergang und bei Photodioden mit einer Sperrschicht.1O) method according to any one of the preceding claims, characterized through its use in photoconductors without a barrier layer transition and in photodiodes with a barrier layer. 11) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige Halbleiteranordnung noch zusätzlich mit einer Passivierungsschicht abgedeckt wird.11) Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the finished semiconductor device is additionally provided with a passivation layer is covered. 12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Passivierungsschicht Zinksulfid verwendet wird.12) Method according to claim 11, characterized in that as a passivation layer Zinc sulfide is used.
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