DE68911772T2 - Fotodiode und Fotodiodenmatrix aus II-VI-Halbleitermaterial und Herstellungsverfahren dafür. - Google Patents

Fotodiode und Fotodiodenmatrix aus II-VI-Halbleitermaterial und Herstellungsverfahren dafür.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Photodiode und eine Photodiodenmatrix des photovoltaischen Typs aus II-VI-Halbleitermaterial Hg1-xCdxTe init 0≤x≤1, hauptsächlich für die Detektion von Infrarot-Strahlung.
  • Man interssiert sich meistens für die Spektralbereiche, die den atmosphärischen Transmissionsfenstern angepaßt sind, z.B. den Fenstern der Wellenlänge von 3 bis 5 Mikrometern (X=0,3) und von 8 bis 12 Mikrometern (x=0,2). Diese Transmissionsfenster eignen sich gut für die thermische Bildherstellung.
  • Die Verbindung HgCdTe wird universell verwendet für die Herstellung der Detektoren, die gegewärtig die Infrarotsysteine hoher Leistung bestücken. Dieses Material erinöglicht es, Mosaike herzustellen und insbesondere Photovoltaische Detektormatrixen von hoher Qualität mit integrierter elektronischer Ablesung bez. Abtastung, dabei eine optixnale Kopplung mit der Abtastschaltung gewährleistend, mit einer sehr geringen Dissipation.
  • Die wichtigsten Paraineter, denen eine photovoltaische Photodiode entsprechen muß und die in der beigefügten Figur 1 erscheinen, die die Kennkurve I = f (V) einer solchen Photodiode darstellt, sind:
  • -ein Kurzschlußstrom oder Photostrom Icc, Funktion des einfallenden Photonenflusses, des Quantenertrags und der sensiblen Fläche der Diode,
  • - ein dynamischer Widerstand Ro mit Nullvorspannung,
  • - eine hohe Lawinendurchbruchspannung.
  • Bei vielen Anwendungen arbeiten die Photodioden mit Nullvorspannung. Sie müssen folglich große dynamische Widerstände Ro aufweisen sowie einen hohen Quantenertrag, um eine große Detektionsfähigkeit zu gewährleisten. Nun, der Wert des Widerstands Ro, sowie der des Quantenertrags, hängt sehr stark von der Struktur der Photodiode ab. In der beigefügten Figur 2 wurde auch eine Photodiode aus HgCdTe der bekannten Art mit flacher Struktur dargestellt.
  • Diese Photodiode umfaßt generell, auf einem monokristallinen, isolierenden Substrat 1 aus CdTe, eine monokristalline Halbleiterschicht 3 aus Hg1-xCdxTe des Typs P mit 0≤x≤1. Die monokristalline Schicht 3 enthält ein Gebiet 5 des Typs N (oder N+), das die Aktivezone der Photodiode bildet. Es wird überdeckt von einem isolierenden Material 7, im allgemeinen aus ZnS, ein Fenster 9 enthaltend, das eine elektrische Kontaktaufnahme mit dem Gebiet 5 des Typs N ermöglicht. Diese Kontaktnahme wird gewährleistet durch einen Kontaktklotz 11, im allgemeinen aus einer Chrom- und Goldlegierung. Eine solche Photodiode wird vor allem beschrieben in "Semiconductors and semimetals", Band 18 Mercury cadmium Telluride, Kapitel 6, Academic Press.
  • Im Rahmen der Rückseitenbeleuchtung der Photodiode, d.h. der Beleuchtung durch das Substrat 1, wie in Figur 2 dargestellt, stammt der Strom, der den PN-übergang (Schicht 3 des Typs P und Zone 5 des Typ N) durchquert, von Elektronen, die von der Strahlung im P-Bereich erzeugt wurden, sodann von der Auf fangausbeute dieser Elektronen in diesem Bereich durch die Diffusionslänge Ln dieser Elektronen. Nun, es ist wohlbekannt, daß diese Diffusionslänge Ln abhängt vom Dotierungsniveau bzw. -grad des P-Bereichs; genauer, diese Diffusionslänge Ln erhöht sich, wenn das Dotierungsniveau des P-Bereichs abnimmt. Insbesondere kann sie größer sein als die Dicke der Halbleiterschicht 3.
  • Wenn die Photodioden hergestellt werden auf HgcdTe, abgeschieden auf einem isolierenden Substrat aus CdTe, ist es möglich, Ro-Leistungen zu erzielen, die größer sind als die auf einem massiven Material erzielten. Dazu muß die Dicke Xp des P- Bereichs in allen Richtungen deutlich kleiner sein als die Diffussionslänge Ln in eben diesem Bereich. Diese Betrachtungen bleiben zutreffend, solange die Rekombinationsgeschwindigkeit an den Grenzflächen Substrat-Halbleiterschicht und Halbleiterschicht- Isolator 7 gering bleibt, was Grenzflächen von guter Qualität entspricht, und ihr Beitrag zum Widerstand Ro aus Diffusionsabläufen stammt. Ro verändert sich nämlich mit der Betriebsteinperatur der Photodioden.
  • Dies verringert jedoch nicht den Beitrag der Seitenfläche A&sub1; des Übergangs zum Widerstand Ro. Ro enthält nämlich zwei parallele Komponenten Rof und Rol, die der Gleichung 1/Ro = 1/Rof + 1/Rol genügen, mit Rof als der Unterseite des Übergangs zugeordnetem Anteil und Rol als der Seitenfläche A&sub1; des PN-Übergangs zugeordnetem Anteil.
  • Diese Komponenten sind einerseits umgekehrt proportional zur Fläche, die sie ins Spiel bringen, und andererseits direkt proportional zum Wert des Verhältnisses Ln/Xp, wo Xp die Dicke des P-Bereichs in der betrachteten Richtung ist.
  • So zeigen diese Ausdrücke gut den Beitrag der Seitenkomponente zum Wert von Ro. Zum Beispiel beträgt, für eine Photodiode von 20 x 20 um² und einer Tiefe des N-Bereichs von 2,5 um, die Gesamtfläche der Photodiode 400 um², während ihre Seitenfläche 200 um² beträgt. In diesem Fall, mit Ln > 2xp, erzielt durch eine Reduzierung der Dicke der Schicht 3 (wobei Xp in der senkrechten Richtung der Photodiode betrachtet wird), überschreitet die Zunahme von Ro, experimentell ermittelt durch die Erfinder, nicht 20 bis 30% des Werts von Ro, den man erhalter hätte für Ln≤Xp, während man eine Zunahme um einen Faktor 2 erwarten könnte. Folglich kann man sich keine bedeutende Erhöhung der Detektionsfähigkeit der Photodiode dadurch erhoffen, daß man nur die Dicke Xp (in vertikaler Richtung) der Halbleiterschich 3 erhöht.
  • Außerdem, um eine große Homogenität des Photostroms Icc sowie den besseren Quantenertrag zu gewährleisten, muß das Paar Xp-LN angepaßt werden. Die Dicke der Halbleiterschicht 3 kann nämlich um ± 2 um variieren, was den normalen Streuungen für eine. Epitaxie auf CdTe entspricht. Eine Art, sich freizumachen von diesen Dickenschwankungen besteht darin, die Diffiusionslänge Ln zu erhöhen oder, was zum gleichen Ergebnis führt, die Dotierung des P-Bereichs zu reduzieren.
  • Außerdem hat man ein besonderes Interesse daran, Photodioden herzustellen, die eine Diffusionslänge Ln der in dem P-Bereich erzeugten Elektronen aufweisen, die größer ist als die Dicke Xp dieses Bereichs, in allen Rauinrichtungen, ebenso hinsichtlich Ro wie des Quantenertrags und der Dispersionen des Photostroms.
  • Die Erfindung hat auch eine Photodiode zum Gegenstand, die verbesserte Leistungen aufweist, bezogen auf die bekannten Photodioden der vorhergehenden Technik.
  • Außerdem, im Rahmen der Herstellung von Photodiodenmosaiken mit integrierter elektronischer Abtastung, die die zukünftigen Infrarot-Detektionssysteme ausstatten sollen, ist es wünschenswert, diese Mosaike herzustellen in Form von Matrixen, die eine hohe Integrationsdichte aufweisen.
  • Die Erfindung hat folglich eine Photodiode aus II-VI- Halbleitermaterial Hg1-xCdxTe zum Gegenstand, die verbesserte Ro-Leistungen ausweist, sowie eine hohe Integrationddichte.
  • Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auf eine Photodiode, gebildet in einer Hg1-xCdxTe-Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit 0≤x≤1 abgeschieden direkt auf einem isolierenden Substrat, umfassend eine dotierte Zone eines zweiten, zum ersten gegensätzlichen Leitfähigkeitstyps, sich auf der Oberfläche der genannten Halbleiterschicht erstreckend, einen ersten elektrischen Kontakt auf der Halbleiterschicht, einen zweiten elektrischen Kontakt auf der dotierten Zone, einen den ersten und den zweiten elektrischen Kontakt trennenden lsolator, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Isolationsgraben enthält, ausgebildet in der isolierenden Halbleiterschicht und die genannte dotierte Zone umgebend, der eine Tiefe aufweist, die größer ist als die Dicke der genannten dotierten Zone, aber kleiner als die Dicke der Halbleiterschicht, wobei der erste elektrische Kontakte ausgebildet ist auf dem Boden des Grabens und sich über die gesamte Länge des Grabens erstreckt.
  • Diese Photdiode kann entweder mit Beleuchtung der Rückseite (Substratseite) oder der Vorderseite (dem Substrat gegenüberliegende Seite) verwendet werden.
  • Die Verwendung eines Isoliergrabens, der eine Tiefe aufweist, die größer ist als die Dicke der dotierten Zone, ermöglicht es, Rol zu erhöhen, und folglich Ro, durch seitliche Verkleinerung der Dicke Xp.
  • Die Erfindung hat auch eine Photodiodenmatrix zum Gegenstand, die Photodioden wie oben beschrieben umfaßt, wobei die Gräben die Isolation zwischen den benachbarten Photodioden gewährleisten und die ersten elektrischen Kontakte dieser Photodioden alle elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Aus dem Artikel von J.F.Kim u.a. "Crosstalk measurements on a liniar area of deep U-grooves isolated silicon photodiodes", Optical Ingeneering, vom September-Oktober 1983, Band 22, N 5, Seiten 656-659, ist bekannt, auf massivem Silicium hergestellte Photodioden elektrisch durch Isolationsgräben voneinander zu isolieren, um die Detektion von Parasitenstrahlen zu minimisieren. Diese Gräben werden nur in einer einzigen Richtung der Detektionsfläche hergestellt. In diesem Artikel bestehen die Photodioden aus einem isolierten P-Bereich, einem in der Mitte gelegenen gemeinsamen N-Bereich und einem gemeinsamen Substrat des P-Typs. Die Kontaktnahme an den N-Bereichen, elektrisch miteinander verbunden, erfolgt auf einer der Seitenflächen des Photodiodenaufbaus.
  • Auch ist bekannt, aus den Dokumenten WO-A-87/07083 und US-A-4 646 120, Isolationsgräben um die Aktivzonen der Photodioden einer Photodiodenmatrix herum herzustellen. In diesen Dokumenten verwendet man drei übereinanderliegende Schichten Halbleitermaterial, um einen peripheren elektrischen Kontakt herzustellen, gemeinsam für alle P-Zonen der Photodioden.
  • Man weiß, daß der P-Typ-Kontakt der Photodioden in einem stark dotierten Bereich hergestellt werden muß, während die Herstellung eines leistungsfähigen Detektors die Verwendung eines wenig dotierten P-Bereichs erforderlich macht. Daher, in diesen Dokumenten, die Verwendung einer stark dotierten P-Typ-Schicht, die eine weniger dotierte P-Typ-Schicht trägt, sodann eine N-Typ- Schicht, um den PN-Übergang zu erzeugen.
  • Erfindungsgemäß erlaubt die Herstellung des elektrischen Kontakts der Halbleiterschicht im tiefsten Teil des Grabens, zusätzlich zu den oben angegebenen Vorteilen, eine Erhöhung der Integrationsdichte der Photodioden im Falle eines Photodiodenmosaiks.
  • Eine Kontaktstelle auf der Halbleiterschicht und auf der Aktivzone, gleichzeitig hergestellt an der Oberfläche jeder Photodiode (oder an der Vorderseite), wie beschrieben in dem Dokument FR-A-2 604 298, angemeldet im Namen des Anmelders, macht es nämlich erforderlich, einen ausreichenden Abstand zwischen den Kontaktstellen zu wahren, um einen Kurzschluß zu vermeiden. Außerdem führt diese Lösung zu einer Reduzierung der sensiblen Fläche der Photodioden zugunsten der elektrischen Kontakte und folglich einer Verkleinerung des Kurzschlußstroms und der Detektionsfähigkeit der Photodioden.
  • Der erste Leitfähigkeitstyp kann der P-Typ sein oder der N-Typ und umgekehrt der zweite Leitfähigkeitstyp der N- oder der P-Typ. Die verwendbaren Materialien für die Herstellung des ersten und zweiten elektrischen Kontakts hängen hauptsächlich vom Dotierungstyp der Halbleiterschicht ab. Für eine P-Dotierung werden die elektrischen Kontakte aus Gold, Kupfer oder einem zweischichtigen bzw. zusammengesetzten Chrom-Gold-Material hergestellt, und für eine- N-Dotierung sind diese Kontakte im allgemeinen aus Aluminium.
  • Erf indungsgemäß ist die Verbesserung der Ro-Leistungen um so größer, je tiefer die Gräben sind, besonders dann, wenn sie 2- bis 3mal tiefer sind als die dotierte Zone dick ist, hingegen nimmt der Zugangswiderstand zur Photodiode zu. Die Herstellung des ersten elektrischen Kontakts im tiefsten Teil des Grabens ermöglicht erfindungsgemäß, diesen Zugangswiderstand zu verringern.
  • Die Erfindung hat auch ein Herstellungsverfahren einer Photodiode zum Gegenstand, bestehen im:
  • a) Herstellen eines Grabens in einer Halbleiterschicht aus Hg1-xCdxTe-Material eines ersten Leitfähigkeitstyps, direkt abgeschieden auf einem isolierenden Substrat, somit eine Halbleiterzone isolierend, wobei der Graben eine Tiefe hat, kleiner als die Dicke der Halbleiterschicht, und die genannte Halbleiterzone umgibt,
  • b) Abscheiden eines isolierenden Materials auf der gesamten Struktur,
  • c) Herstellen einer ersten Öffnung in der isolierenden Schicht im tiefsten Teil des Grabens,
  • d) Füllen des Grabens mit einem Schutzmaterial,
  • e) Implantieren von Ionen eines zweiten Leitfähigkeittyps in der Halbleiterzone, wobei die Dicke der so dotierten Schicht kleiner ist als die Tiefe des Grabens,
  • f) Herstellen einer zweiten Offnung in dem isolierenden Material, gegenüber der dotierten Zone,
  • g) Entfernen des Schutzmaterials,
  • h) Herstellen eines ersten elektrischen Kontakts im tiefsten Teil des Grabens, der sich über die gesamte Länge des Grabens erstreckt, und gleichzeitig eines zweiten elektrischen Kontakts gegenüber der dotierten Zone.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, sehr viel einfacher zu sein als diejenigen der vorhergehenden Technik, dabei verbesserte Ro-Leistungen gewährleistend und eine höhere Integrationsdichte als diejenigen der vorhergehenden Technik.
  • Um tiefe Gräben zu erhalten, deren Flanken so vertikal wie möglich sind, verwendet man entweder ein Planar-Ätzverfahren, anisotrop, nach dem Herstellen einer Maske, hauptsächlich aus photosensiblem Harz, auf der Oberfläche des Halbleitermaterials, die die Lage, die Breite und die Länge der Gräben definiert, oder man verwendet eine Ionenbearbeitung.
  • Vorzugsweise verwendet man die Ionenbearbeitung; die verwendeten Ionen sind hauptsächlich Edelgasionen, wie etwa die Ionen des Argon, des Krypton oder des Xenon.
  • Vorteilhafterweise sind die Gräben mehr tief als breit, was vermeiden hilft, bei der Herstellung der Kontakte auf dem Substrat, Metall abzuscheiden auf den Wänden der Gräben.
  • Insbesondere haben die Gräben eine Tiefe, die 2- bis 3mal größer ist als ihre Breite.
  • Um das Dotierungsniveau der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps festzulegen und folglich die Diffusionslänge der Ladungsträger in dieser Schicht (Elektronen für ein Material des P-Typs und Löcher für ein Material des N- Typs), und gleichzeitig die durch die Ionenbearbeitung in diese Schicht gelangten Fehler zu beheben, führt man ein Tempern zwischen 200 und 300ºC durch. Eine solche thermische Behandlung wird insbesondere beschrieben in dem Dokument FR-A-2 604 298. Im Falle eines Materials des P-Typs ermöglicht diese Behandlung, die durch Ionenbeschuß induzierten N-Typ-Bereiche zurückzubringen zu einer Leitfähigkeit des Typs p.
  • Um erfindungsgemäß die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps unter den Isolationsgräben hoch zu dotieren, scheidet man im tiefsten Teil der Gräben eine metallische Schicht ab, die dotierende Ionen desselben Leitfähigkeitstyps enthält wie die Halbleiterschicht, wobei diese Abscheidung unmittelbar vor dem Auffüllen der Gräben mit dem Schutzmaterial durchgeführt wird. Diese Hochdotierung erlaubt, den Zugangswiderstand des Kontakts zu reduzieren und ihm vor allem einen ohmschen Charakter zu geben.
  • Die die dotierenden Ionen enthaltende metallische Schicht erlaubt außerdem, die Exodiffusion der Bestandteile der Halbleiterschicht, wie etwa des Quecksilbers, bei der thermischen Behandlung zu vermeiden.
  • Anstatt eine metallische Schicht zu verwenden im tiefsten Teil der Gräben ist es möglich, die Exodiffusion des Quecksilbers bei der thermischen Behandlung zu vermeiden, indem diese Behandlung auf bekannte Weise in Quecksilberatmosphäre in einem dicht verschlossen Rezipienten durchgeführt wird.
  • Der Isolator, der verwendet wird, um die beiden elektrischen Kontakte von jeder Photodiode elektrisch zu isolieren, kann hergestellt werden in Form von einer einfachen Isolationsschicht, z.B. aus SiO, SiO&sub2;, ZnS, CdTe, Si&sub3;N&sub4;, oder auch einer isolierenden Doppelschicht, um die bestmögliche Übergangsfläche zu gewährleisten zwischen dem Halbleitermaterial und den elektrischen Kontakten, sowie die besten Isolationseigenschaften des Materials. Das Isolationsmaterial weist eine Dicke zwischen 100 und 1 000 nm auf.
  • Vorzugsweise wird das Isolationsmaterial aufgebracht mittels Hochfrequenz-Sputtern, da diese Technik das Erzeugen eines Isolators von guter Qualität ermöglicht. Nun, nach dieser Technik ist eine Überdeckung des Bodens und der Flanken der Gräben nicht evident, da die letzteren eine Tiefe aufweisen, die größer ist als ihre Breite (vorzugsweise 2- bis 3mal größer).
  • Um den Überdeckungsgrad des Isolators zu erhöhen, ist. es möglich, beim Sputtern den leitenden Träger zu polarisieren, der die Photodioden trägt, wobei dieser Träger an einen Hochfreguenz oder Gleichspannungsgenerator angeschlossen wird. Diese dem Fachmann wohlbekannte Polarisation ist bekannt unter der Abkürzung BIAS.
  • Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung hervor.
  • Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • - die Figur 1, schon beschrieben, eine Kurve ist, die die Veränderungen des Stroms 1 angibt in Abhängigkeit von der Spannung V, die an die Anschlüsse einer photovoltaischen HgCdTe- Photodiode der vorhergehenden Technik gelegt wird,
  • - die Figur 2, schon beschrieben, schematisch eine photovoltaische HgCdTe-Photodiode darstellt, mit planer Struktur, den Stand der Technik darstellend.
  • - die Figuren 3 bis 11 schematisch die verschiedenen Schritte des Herstellungsverfahrens eines erfindungskonformen Photodiodenmosaiks darstellen; die Figuren 3 und 10 sind perspektivische Ansichten, und die Figuren 4 bis 9 und 11 Schnittansichten entsprechend der Ebene A-A der Figur 3.
  • Der erste Schritt des Verfahrens besteht, wie dargestellt in Figur 3, im Abscheiden einer monkristallinen Halbleiterschicht 13, transparent für Infrarotstrahlen, direkt auf einem monokristallinen isolierenden Substrat 11. Das Substrat 11 ist entweder Saphir oder CdTe. Die Halbleiterschicht 13 aus Hg1-xCdxTe, wobei x von 0 bis 1 geht und insbesondere von 0,2 bis 0,3, kann mittels Epitaxie, mittels Sputtern in Quecksilberatmosphäre oder durch Flüssigphasen-Epitaxie (EPL) aufgebracht werden. Diese Schicht 13 des P-Typs weist eine Dicke zwischen 6 und 10 um auf.
  • Erfindungsgemäß führt man eine Ionenbearbeitung der Halbleiterschicht 13 durch, um Gräben 15 zu bilden in den beiden Richtungen x und y, enthalten in der Ebene der Schicht 13. Diese Gräben 15 werden so ausgeführt, daß unter den Gräben Halbleitermaterial der Schicht 13 übrigbleibt. Anders ausgedrückt ist die Tiefe h dieser Gräben kleiner als die Dicke der Schicht 13. Diese Gräben 15 weisen eine Tiefe h von 3 bis 8 um und eine Breite 1 von 2 bis 5 um auf. Die Länge L dieser Gräben ist enthalten zwischen 5 und 50 um.
  • Diese Gräben definieren voneinander isolierte Halbleiterzonen 17 der Länge L und der Breite l. Die Ionenbearbeitung kann ausgeführt werden mit einem Ionenstrom von 500 nA/cm² und einer Energie von 500 eV, was eine Ätzgeschwindigkeit des HgCdTe von ungefähr 200 nm/mn zur Folge hat. Diese Leistungen werden erzielt mit der Vorrichtung, die unter der Bezeichnung "Microetch" im Handel ist, hergestellt von der Firma Veeco Instruments. Bei dieser Vorgehensweise ist die Neigung der Ätzung sehr stark, größer als 80º. Anders ausgedrückt sind die Flanken 19 der Gräben praktisch senkrecht.
  • Nach diesem ersten Ätzschritt führt man eventuell eine erste thermische Behandlung zwischen 200 und 300ºC durch, um das P-Typ-Dotierungsniveau in der Schicht 13 zu fixieren und folglich die Diffusionslänge Ln der Elektronen in dieser Schicht. Darüber hinaus gewährleistet die thermische Behandlung die Regeneration der Zonen der Schicht 13, die sich in der Nähe der Gräben oder in Kontakt mit diesen befinden.
  • Man bringt anschließend, wie in Figur 4 dargestellt, durch Hochfrequenz-Sputtern ein isolierendes Material 21 auf, vQrzugsweise gebildet durch eine erste Schicht 23 aus CdTe, überdeckt durch eine zweite Schicht 25 aus ZnS. Die Verwendung einer Schicht 23 aus CdTe verbessert die Qualtität der Grenzfläche des Isolators aufgrund ihrer chemischen und kristallographischen Kombatibilitäten mit dem Halbleitermaterial der Schicht 13. Das Material 21 hat eine Dicke in der Größenordung von 500 nm. Der Niederschlag 21 erfolgt vorteilhafterweise, indem der leitende Träger (nicht dargestellt), der das Substrat 11 trägt mit einem Hochfreguenz- oder Gleichspannungsgenerator polarisiert wird.
  • Der anschließende Schritt des Verfahrens, wie in Figur 5 dargestellt, besteht im Freilegen, insbesondere mit dem Ionenätzgerät mit AR&spplus;-Ionen, des Bodens 27 der Gräben 15 mittels Se1bstausrichtung (unter dem angelsächsischen Namen "self- alignment" bekannte Technik). Aufgrund der Tiefe der Gräben (wenigstens 2mal größer als ihre Breite) ist die Dicke des isolierenden Materials 21 am Boden der Gräben wenigstens 2mal schwächer als an der Oberfläche der Halbleiterschicht 13; die Ionenbearbeitung legt folglich nur den Boden 27 der Gräben frei.
  • Anschließend führt man, wie in Figur 6 dargestellt, das Abscheiden einer metallischen Schicht 29 durch, auf dem Boden 27 jedes Grabens, die Dotierungsionen des P-Typs enthält. Diese metallische Abscheidung 29 hat eine Dicke von 10 bis 100 nm und ist speziell aus Gold oder aus Kupfer. Diese Abscheidung erfolgt mittels Hochfrequenzsputtern.
  • Man führt anschließend eine zweite thermische Behandlung zwischen 200 und 300ºC durch, die zudem die lokale Diffusion von Gold oder Kupfer in die Halbleiterschicht 13 zur Folge hat und folglich die Bildung eines überdotierten Bereichs des P&spplus;-Typs 31, unmittelbar unter jedem Isolationsgraben 15. Diese Technik erlaubt insbesondere, dotierte Zonen 31 zu erzeugen mit 10¹&sup8; bis 10²&sup0; Ionen/cm² anstatt 10¹&sup6; Ion en/cm² für die Schicht 13. Diese Zonen 31 können sich erstrecken bis zum Substrat 11.
  • Im Eventualfall einer einzigen thermischen Behandlung erlaubt diese zweite Behandlung die Fixierung des P-Dotierungsniveaus und die Regeneration der bei der Bearbeitung der Gräben gestörten Zonen.
  • Anschließend bringt man, wie in Figur 6 dargestellt, ein Harz 33 auf, ausreichend zähflüssiges und dick, wie das üblicherweise in der Photolithographie verwendete (Phenol-Formaldehyd-Harz), dessen Dicke größer ist als die Tiefe der Gräben, um diese letzteren aufzufüllen und eine ebene Oberfläche 33b zu erhalten. Die Ausbreitung dieses Harzes kann verbessert werden, indem man eine thermische Behandlung bei 150ºC während 15 min. durchführt. Man führt anschließend entweder eine Oberflächenbestrahlung des gesamten Harzes 33 durch, dann eine Entwicklung, oder eine Direktätzung dieses Harzes mittel O&sub2;-Plasma, um Harz nur innerhalb der Gräben 15 übrigzulassen, wie in Figur 7 dargestellt. Dieses Harz gewährleistet einen Schutz des Bodens der Gräben während des folgenden Schrittes.
  • Man führt sodann eine Ionenimplantation 35 durch, um in der Halbleiterschicht 13 imlantierte Zonen des N-Typs oder N&spplus;-Typs zu erhalten, wobei der Rest des Harzes 33 als Maske für diese Implantation dient. Diese Implantation wird durchgeführt mit Borionen mit einer Dosis von 10¹² bis 10¹&sup5; Ionen/cm² und einer Energie von 50 bis 200 keV. Man erzeugt so implantierte Zonen 37 von 1 bis 5 um Dicke e, also 2- bis 3mal kleiner als die Tiefe h der Gräben 15.
  • Der anschließende Schritt des Verfahrens besteht darin, wie dargestellt in Figur 8, eine Lithographiemaske 39 herzustellen auf der Oberfläche der Struktur, wobei man den Rest des Harzes 33 in den Gräben 15 beläßt. Diese Maske 39 definiert die Lage der auf den dotierten Zonen herzustellenden elektrischen Kontakte, sowie die Abmessungen dieser Kontakte (Länge und Breite). Diese Maske 39 wird hergestellt durch Aufbringen einer Schicht eines Harzes wie üblicherweise verwendet in der Mikroelektronik (Harz AZ 1350), das man bestrahlt, dann entwickelt, um eine Öffnung 41 zu erhalten. Eine thermische Behandlung der erhaltenen Struktur erlaubt, das Harz 39 fließend zu machen und eine Öffnung 41 zu erhalten, deren Flanken geneigt sind, um 30 bis 40º, bezüglich der Oberflächen-Normalen der Struktur. Man führt sodann eine Ionenabrasion der Bereiche des ausgesetzten Materials 21 durch, um in diesem Material Öffnungen 43 mit geneigten Flanken zu erhalten. Die Ionenabrasion wird durchgeführt mit einem Argonionenstrom von 500 nA/cm² und einer Energie von 500 eV.
  • Der anschließende Schritt des Verfahrens besteht darin, die Harzmaske 39 sowie das restliche Harz 33 mit einem Sauerstoffplasma zu entfernen.
  • Man führt dann, wie in Figur 9 dargestellt, durch Joulsche Verdampfung die Abscheidung der elektrischen Kontakte 45 und 47 jeweils auf den implantierten Bereichen 37 und auf dem Boden 27 der Isolationsgräben durch. Diese elektrischen Kontakte sind insbesondere ein aus Chrom und Gold zusammengesetztes Material von 1000 nm Dicke. Diese Verdampfungstechnik ermöglicht es, elektrische Kontakte ohne Überschreitung der Stufen zu erhalten, da diese reichlich hoch und sehr eng sind. Außerdem ermöglicht diese Technik, Kontakte 47 zu erhalten, die alle miteinander verbunden sind.
  • Die Figur 10 zeigt die so hergestellte Photodiodenmatrix 48.
  • Das Abtasten und die Adressierung der so erzeugten Photodioden 48, getrennt durch die Gräben 15, werden gewährleistet durch integrierte Abtast- und Adressierungsschaltungen, in Figur 11 mit 49 schematisiert. Zu diesem Zweck ist jeder Kontakt 45 über ein Indium-Kontaktelement 51 verbunden mit der Schaltung 49. Außerdem sind die Kontakte 47 über wenigstens ein Indium-Kontaktelement 53 mit der Schaltung 49 verbunden, durch einen metallischen Kontakt 55, an der Peripherie der Matrix befindlich und gleichzeitig mit den Kontakten 47 hergestellt. Der periphere Kontakt 55 wird hergestellt auf einem großen Bereich der geätzten Halbleiterschicht 13 und ist davon getrennt, bei der beschriebenen, besonderen Ausführungart, durch das isolierende Material 21.
  • Die obige Beschreibung betrifft die Herstellung von Photodioden in einer Halbleiterschicht des P-Typs. Selbstverständlich ist es möglich, Photodioden in einer Halbleiterschicht des N-Typs zu entwickeln; in diesem Fall werden die hochdotierten Bereiche 31 erzeugt mittels Flüssigphasen- Epitaxie, dotiert mit In, die dotierten Zonen 37 durch Phosphor- Implantation und die elektrischen Kontakte 45 und 47 sind aus Aluminium.

Claims (19)

1. Photodiode (48), gebildet in einer Halbleiterschicht (13) aus Hg1-xCdxTe eines ersten Konduktivitätstyps (P), mit O≤x≤1 direkt auf ein isolierendes Substrat (11) aufgebracht, umfassend eine dotierte Zone (37) eines zweiten, dem ersten entgegengesetzten Konduktivitätstyps (N), einen ersten elektrischen Kontakt (47) auf der Halbleiterschicht, einen zweiten elektrischen Kontakt (45) auf der genannten dotierten Zone (37), einen Isolator (21), der den ersten (47) und den zweiten (45) elektrischen Kontakt trennt, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Isolierrinne (15) umfaßt, ausgebildet in der Halbleiter-Isolierschicht (13) und die gesamte dotierte Zone (37) umgebend, dabei eine Tiefe (h) aufweisend, die größer ist als die Dicke der genannten dotierten Zone (37), aber kleiner als die Dicke der Halbleiterschicht (13), wobei der erste elektrische Kontakt (47) gebildet wird im Boden (27) der Rinne (15) , und sich uber die gesamte Länge der Rinne (15) erstreckt.
2. Photodiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem, unter der Isolierrinne (15), eine Zone (31) dem ersten Konduktivitätstyps (p&spplus;) enthält.
3. Photodiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie am Boden (27) der Rinne (15) eine Metallschicht (29) aufweist, die dotierende Ionen des ersten Konduktivitätstyps (p&spplus;) enthalt.
4. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (h) der Rinne (15) zwei- bis dreimal größer ist als die Dicke (e) der genannten dotierten Zone (37).
5. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nonduktivitatstyp vom P-Typ ist, und der zweite vom N-Typ ist.
6. Photodiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Kontakt (47) aus Gold, Kupfer oder aus einem zweischichtigen Material Chrom-Gold ist.
7. Photodiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (29) aus Gold ist.
8. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Substrat (11) CdTe ist.
9. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne 15 eine Tiefe aufweist, größer als ihre Breite.
10. Photodioden-Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (48) einem der Ansprüche 1 bis 9 entsprechen, die Rinnen (15) die Isolierung gewährleisten zwischen den benachbarten Dioden, und dadurch, daß die ersten elektrischen Kontakte (47) alle untereinander verbunden sind.
11. Matrix nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Rinnen praktisch vertikal sind.
12. Herstellungsverfahren einer Photodiode (48) nach Anspruch 1, bestehend aus folgenden Schritten:
a) Herstellen einer Rinne (15) in einer Halbleiterschicht (13) aus Hg1-xCdxTe eines ersten Konduktivitätstyps (P), mit O≤x≤1 aufgebracht direkt auf ein isolierendes Substrat (11), somit eine Halbleiterzone 17 isolierend, wobei die Rinne eine Tiefe (h) kleiner als die Dicke der Halbleiterschicht hat und die genannte Halbleiterzone (17) umgibt,
b) Aufbringen eines isolierenden Materials 21 auf die Gesamtheit der Struktur,
c) Herstellen einer ersten Öffnung der Isolierschicht (21) im Boden (27) der Rinne (15),
d) Füllen dem Rinne (15) mit einem Schutzmaterial,
e) Implantieren (35) von Ionen eines zweiten Konduktivitätstyps (N) in die Halbleiterzone (17), wobei die Dicke
(e) der so dotierten Zone (37) kleiner ist als die Tiefe (h) der Rinne (15)
f) Herstellen einer zweiten Öffnung (43) des Isoliermaterials (21), der dotierten Zone (37) gegenüber,
g) Beseitigen des Schutzmaterials (33),
h) Herstellen eines ersten (47) elektrischen Kontakts im Boden (27) der Rinne (15), der sich über die gesamte Länge der Rinne (15) erstreckt, und gleichzeitig eines zweiten (45) elektrischen Kontakts, der dotierten Zone (37) gegenüber.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Konduktivitätstyp der P-Typ ist, und der zweite der N-Typ ist.
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) darin besteht, die Halbleiterschicht (13) ionisch zu bearbeiten.
15. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein thermisches Glühen der Struktur durchführt, um die Dotierung der Halbleiterschicht (13) zu fixieren.
16. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den Schritten c) und d) auf den Boden der Rinne (27) eine Metallschicht (29) aufbringt, die dotierende Ionen des ersten Konduktivitätstyps P enthält.
17. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung (43) geneigte Flanken aufweist.
18. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrischen Kontakte (47, 45) durch Joulesche Verdampfung gebildet werden.
19. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Isoliermaterial (21) in Form von wenigstens einer Schicht (23, 25) durch kathodische Pulverisierung aufbringt.
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