DE69332060T2 - Glühenbeständiger HgCdTe-Photodetektor und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Strahlungssensoren und im Einzelnen Verfahren zur Herstellung von Infrarot-Strahlungssensoren (IR), welche Halbleitermaterialien enthalten, welche aus der Gruppe IIB-VIA des periodischen Systems gewählt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG.
• Bekannte Arten von Kontaktmetallen, welche für photovoltaische (PV) Quecksilber-Kadmiumtellurid (HgCdTe)-Infrarotsensoren verwendet werden, enthalten Gold (Au) mit einer Nickelüberschichtung (Ni) für einzelne Kontakte der p-Leitungsart, und Palladium (Pd) mit einer Nickelüberschichtung (Ni) für gemeinsame Kontakte der n-Leitungsart. Während der Lagerung bei hoher Temperatur diffundieren jedoch sowohl Gold als auch Palladium bekanntermaßen in das Quecksilber-Kadmiumtellurid und verursachen eine hohe Dichte von Störstellen im Falle von Palladium und bewirken Kurzschlüsse im p-n-Übergang im Falle von Gold. Diese beiden unerwünschten Diffusionen haben eine verschlechterte Arbeitsweise des Gerätes und eine schlechte Stabilität bei hohen Temperaturen (Stabilität bei der Wärmebehandlung) zur Folge. Weiter erfordern die Au/Ni-Kontakte für das p-leitende Material und die Pd/Ni- Kontakte für das n-leitende Material zwei gesonderte photolithographische Prozesse und Ablagerungsprozesse. Auch haben die Au/Ni- und Pd/Ni-Metallsysteme jeweils einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE), der wesentlich von demjenigen des Quecksilber-Kadmiumtellurids abweicht. Dies hat zur Folge, daß auf das Quecksilber- Kadmiumtellurid während thermischer Schwankungen Spannungen einwirken.
• Es ist auch bekannt, eine wärmebehandelte Halbleiter-Passivierungsschicht großer Bandlücke, welche beispielsweise Kadmiumtellurid (CdTe) enthält, mit den vorerwähnten Kontaktmetallen zu verwenden. Ein Kadmiumtelluridfilm, wie unmittelbar abgelagert, enthält nämlich Kristallgitterrestspannungen, wobei eine Wärmebehandlung die Spannung in dem Kadmiumtellurid auf annähernd zehn Prozent ihres Wertes unmittelbar wie abgelagert reduziert. Eine Wärmebehandlung der Kadmiumtellurid-Passivierungsschicht wird herkömmlicherweise vor der Ablagerung der Kontaktmetallisierung durchgeführt und erfordert Öffnungen oder Fenster, welche durch den Passivierungsfilm vor der Wärmebehandlung geätzt werden. Das Ätzen der Öffnungen in dem Passivierungsfilm bewirkt jedoch unerwünschte Spannungskonzentrationen an den Rändern der Öffnungen, wodurch das darunter liegende Quecksilber-Kadmiumtelluridmaterial verschlechtert wird.
• Dies hat zur Folge, dass Dewar-Ausbacktemperaturen typischerweise auf 100ºC oder darunter wegen der Instabilitäten in der Oberflächenpassivierung und/oder der unerwünschten Diffusion von Kontaktmetall begrenzt werden.
• Da weiterhin Quecksilber bekanntermaßen während Lagerung bei erhöhter Temperatur durch eine Kadmiumtellurid-Passivierungsschicht hindurch diffundiert, kann ein gewünschtes stöchiometrisches Verhältnis des Material der Gruppe IIB-VIA innerhalb des Strahlungssensorgerätes über eine ausgedehnte Dauer der Lagerung bei hoher Temperatur nicht aufrechterhalten werden.
• Ein weiteres Problem, das während der Bearbeitung herkömmlicher Infrarot- Detektoranordnungen auftritt, bezieht sich auf zwei unerwünschte chemische Reaktionen, die während eines Ätzprozesses stattfinden, der vorgenommen wird, um Oxid von Indium-Anschlußhöckern für die Vorbereitung des Zusammenbaus der Gruppe oder Anordnung mit anderen Schaltungsteilen zu entfernen. Beispielsweise ist ein geeigneter Ätzprozeß in der auf denselben Zessionar übertragenen, US-Patentschrift 4 865 245 beschrieben, wobei das Patent an E. F. Schulte u. a. erteilt wurde.
• Genauer betrachtet wurde gefunden, dass während des Ätzens sich eine elektrochemische Zelle zwischen dem Indium-Leitungshöcker und dem Kontaktmetall ausbildet, aus welchem der Leitungshöcker abgelagert ist. Das Ätzmittel, beispielsweise HCl wirkt als der Elektrolyt. Das Ergebnis ist, daß die Ätzrate des Indium sich in Proportion zu a) der Oberflächengröße des freiliegenden Kontaktmetalls, und b) der Differenz der Elektronegativität zwischen dem Kontaktmetall und Indium erhöht. Demzufolge kann sich die Menge von Indium, das während des Ätzens entfernt wird, über die Oberfläche einer Gruppenanordnung ändern. Die stärkste Indiumabtragung zeigt sich rund um den Rand der Gruppenanordnung, wo große Mengen von Erdungskontaktmetall typischerweise freiliegen. Die Verschlechterung der Indium- Anschlußhöcker ist insbesondere für die Anschlußhöcker rund um den Außenrand der Gruppenanordnung problematisch, da diese Höcker am anfälligsten für einen Ausfall nach lang andauernden thermischen Schwankungen der Hybridanordnung sind.
• Die zweite unterwünschte chemische Reaktion resultiert in der Bildung von elektrisch leitfähigen Indium-Tellurid-Auswachsungen auf der Oberfläche der Kadmiumtellurid-Passivierungsschicht. Die im folgenden genannten Patente beziehen sich auf Herstellungstechniken von Photodetektoren mit Materialien der Gruppe IIB- VIA.
• Das US-Patent 4 439 912 (Pollard u. a.) lehrt die Verbindung einer Molybdänschicht (Mo) die mit einer Au-Ge-Schicht überzogen ist, um Verbindungsleitungen zu einer epitaktischen Quecksilber-Kadmiumtellurid- Detektorgruppe zu bilden, welche auf einem Kadmiumtellurid-Substrat hergestellt ist. Fs wird ausgeführt, dass die Leitungen eine ausgezeichnete Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu denjenigen von Quecksilber-Kadmiumtellurid und Kadmiumtellurid haben. Teile der Leitungen werden vor der Ablagerung einer ZnS- Passivierungsschicht maskiert. Die JP 60-3165 (A) (Takeda) offenbart in der Zusammenfassung die Ablagerung einer Mo-Elektrode nach einer Wärmebehandlung auf einer (CdZnTe) (InTe) Photoleiterschicht. Das US-Patent 4 766 084 (Bory u. a.) lehrt die Ablagerung und das Ätzen von Cr und Au zur Bildung von leitfähigen Anschlußflecken. Fig. 2 zeigt eine Quecksilber-Kadmiumtelluriddiode mit einer isolierenden Schicht, die von SiO&sub2; und Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2; und ZnS oder CdTe und ZnS gebildet sein kann. In dem US-Patent 4 206 003 beschreibt T. Koehler eine Quecksilber- Kadmiumtellurid-Diode mit einer ZnS-Kapselungsschicht, die über einer anodischen Oxid-Passivierungsschicht gelegen ist. Das US-Patent 4 132 999 (Maille u. a.) beschreibt einen photovoltaischen Detektor mit einem Quecksilber-Kadmiumtellurid- Substrat, einer Kadmuimtellurid-Übergangsschicht und einer Maskierungsschicht, die aus ZuS, SiO&sub2;, SiO oder Si&sub3;N&sub4; besteht. Nach einer Wärmebehandlung wird ein Fenster geöffnet, um eine Dotierungsverunreinigung in das Quecksilber-Kadmiumtellurid hinein diffundieren zu lassen. Eine Schutzschicht aus Kadmiumtellurid wird dann über der Maskierungsschicht und dem Fenster abgelagert, Quecksilber läßt man durch das Fenster hineindiffundieren und eine Öffnung wird durch die Schutzschicht hindurch geöffnet und Chromkontakte oder Goldkontakte werden hergestellt. Das US-Patent 3 988 774 (Cohen-Solal u. a.) beschreibt einen Körper aus Quecksilber-Kadmiumtellurid mit einer Quecksilber-Kadmiumtellurid-Zwischenschicht oder mit darauf abgelagertem Kadmiumtellurid. Auf eine Wärmebehandlung folgend werden Fenster geöffnet und Dotierungsmittel werden in dem Quecksilber-Kadmiumtellurid-Körper hineindiffundiert und es werden Chromkontakte und Goldkontakte hergestellt. In dem US-Patent 3 845 494 beschreiben J. Ameurlaine u. a. einen Quecksilber-Kadmium-Tellur- Photovoltaikdetektor mit Goldelektroden, welche an gegenüberliegenden Seiten gebildet sind. Nach Herstellung der Elektroden wird eine quecksilberundurchlässige Schicht aus ZnS aufgebracht. In der GB-2 100 927 beschreiben A. Dean u. a. eine Kadmium-Quecksilber-Tellur-Photodiode mit einer Kadmiumtellurid- Passivierungsschicht. Nach einer Wärmebehandlung wird eine Goldelektrode durch Öffnungen in dem Kadmiumtellurid hindurch erzeugt.
• Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors ist aus der EP- A-0518243 bekannt.
• Was durch diese verschiedenen US-Patente und ausländischen Patente nicht gelehrt wird und was somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ist die Schaffung eines Strahlungssensor-Herstellungsverfahrens und eines hierdurch erzeugten Strahlungssensors, wobei ein Kontaktmetall abgelagert wird, bevor die Ablagerung einer Halbleiter-Passivierungsschicht oder eines Halbleiter-Passivierungsfilms mit großer Bandlücke geschieht, wobei dann Fenster zu dem Kontaktmetall hin in dem Film geöffnet werden, nachdem ein Wärmebehandlungsschritt durchgeführt wird, so dass örtliche Spannungen an den Rändern der Fenster wesentlich vermindert werden.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Herstellungsverfahrens, das mit einem Kontaktmetall arbeitet, das so gewählt ist, daß es einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der genauer an denjenigen von HgCdTe angeglichen ist und wobei das gewählte Kontaktmetall vor der Ablagerung einer Halbleiter-Passivierungsschicht und einer nachfolgenden thermischen Behandlung aufgebracht wird.
• Wiederum ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Herslellungsverfahrens, durch das wesentlich die Möglichkeit unerwünschter chemischer Reaktionen vermindert oder beseitigt wird, welche Indium-Höcker während eines Zusammenbauprozesses verschlechtern, wodurch die Zuverlässigkeit einer resultierenden Strahlungsdetektor-Hybridanordnung erhöht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Unter Berücksichtigung des vorstehenden wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Diode wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, und einer Photodiode geschaffen, wie sie nachfolgend in Anspruch 8 beansprucht ist.
• Das Aufbringen eines nicht reaktiven, nicht diffundierenden Kontaktmetalls vor einer Wärmebehandlung und bei hohen Temperaturen bietet verschiedene Vorteile. Zuerst stellt es sicher, dass die Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Halbleiter sich während der nachfolgenden Bearbeitung und während des Gebrauchs nicht ändert, wodurch ein zuverlässiges Kontaktsystem garantiert wird. Beispielsweise wird eine Verschlechterung ausgeschlossen, die durch die Diffusion von Kontaktmetall in das Gerät hinein während Dewar-Ausbackzyklen verursacht wird. Zum zweiten wird durch den Vergütungszyklus oder Wärmebehandlungszyklus eine Spannung in dem Metallfilm im Zustand nach der Ablagerung verringert, wodurch die Anhaftung und die Gesamtzuverlässigkeit des Gerätes verbessert werden. Zum dritten vereinfacht die Verwendung eines hitzebeständigen Metallsystems, dass mit hohen Wärmebehandlungstemperaturen verträglich ist, andere Herstellungsvorgänge des Gerätes. Beispielsweise wird dadurch, dass zuerst das Kontaktmetall aufgebracht wird, die gesamte photovoltaische Quecksilber-Kadmiumtellurid-Anordnung mit einem Halbleitermaterial großer Bandlücke überschichtet und wird dann wärmebehandelt.
• Zusätzlich zu der Schaffung eines Gerätes, dass wärmebehandlungsstabil gegenüber Temperaturen über 150ºC ist, minimiert das Verfahren nach der Erfindung auch den Einfluß von Spannungen in dem Halbleiterfilm großer Bandlücke. Dies wird erreicht, indem Öffnungen oder Fenster in dem Passivierungsfilm erst nach einem Wärmebehandlungsprozeß gebildet werden, wodurch örtliche Spannungen im dem darunter liegenden Quecksilber-Kadmiumtellurid-Material vermindert werden. Das Kontaktmetall dient auch in vorteilhafter Weise als Ätzstopp für einen chemischen Ätzprozeß, der für die Bildung der Öffnungen oder Fenster durch das Halbleitermaterial großer Bandlücke hindurch zu dem darunter liegenden Kontakt eingesetzt wird.
• Das Verfahren nach der Erfindung sorgt auch dafür, dass nur die In- Kontakthöcker und nicht das darunterliegende Kontaktmetall während eines nassen chemischen Ätzens freiliegen, das durchgeführt wird, bevor die Hybridisation erfolgt, um Oxide von den Indium-Kontakten zu entfernen. Die Verwendung einer dielektrischen Schicht (Glasierungsüberzug), welche die Indium-Kontakthöcker umgibt, vermeidet die chemische und elektrochemische Reaktion, die während des Ätzprozesses auftreten kann.
• Genauer gesagt offenbart die Erfindung ein photoempfindliches Gerät und eine Gruppenanordnung von photoempfindlichen Geräten, welche entweder photovoltaisch oder photoleitend sein können, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben: Das Gerät enthält Halbleitermaterial, beispielsweise einen Deckbereich, der aus Elementen besteht, die aus der Gruppe IIB-VIA ausgewählt sind: Ein nicht diffundierender, nichtreagierender Metallkontaktflecken wird auf einer Oberfläche des Deckbereiches gebildet. Ein gegenwärtig bevorzugtes Material für den Kontaktflecken ist Molybdän. Eine Halbleiter-Passivierungsschicht großer Bandlücke überlagert die Oberfläche des Deckbereiches und liegt auch teilweise über dem Kontaktflecken. Eine dielektrische Schicht überlagert die Passivierungsschicht und ein Indium-Anschlußhöcker wird auf dem Kontaktflecken gebildet. Der Indium-Anschlußhöcker erstreckt sich nach aufwärts von dem Kontaktflecken und durch die dielektrische Schicht hindurch. Die dielektrische Schicht befindet sich in innigem Kontakt mit den Seitenflächen des Indium- Kontakthöckers, so dass kein Teil des Anschlußfleckens physikalisch von der Oberfläche oder Oberseite der dielektrischen Schicht aus erreicht werden kann.
• Das Verfahren beseitigt so eine Möglichkeit unerwünschter chemischer Reaktionen, die zwischen dem Indium und dem darunter liegenden Kontaktfleckenmetall während eines Hybridisationsprozesses auftreten können. Das Verfahren sieht auch die Ablagerung des Kontaktfleckenmetalls vor der Ablagerung des Halbleiter-Passivierungsmaterials und vor einer Hochtemperatur Vergütung vor, wobei Fenster zu dem Kontaktflecken nach der Wärmebehandlung oder Vergütung gebildet werden, so dass örtliche Spannungen an den Rändern der Fenster vermindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die oben dargelegten und weiteren Merkmale der Erfindung werden noch besser offenbar durch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. In diesen stellen dar:
• Fig. 1 ein Flußdiagramm des Verfahrens zur Darstellung der Schritte des Verfahrens nach der Erfindung; und
• Fig. 2a bis 2g jeweils Querschnittsansichten, welche jedoch nicht maßstabsgerecht sind, welche die Herstellung einer Photodioden- Anordnung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erläutern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Zwar ist die Lehre nach der Erfindung nachfolgend im Zusammenhang mit einem Herstellungsverfahren für photovoltaische Detektoren mit Mesastruktur beschrieben, doch ist zur Erkenntnis zu nehmen, dass die erfindungsgemäße Lehre auch auf planare Gruppenanordnungen von photovoltaischen Detektoren und auch auf die Herstellung von photoleitenden (PC) Infrarotdetektoren anwendbar ist, welche aus Halbleitermaterial der Gruppe IIB-VIA bestehen.
• Es sei nun auf das Verfahrens-Flußdiagramm von Fig. 1 in Verbindung mit den verschiedenen Querschnittsansichten der Fig. 2a bis 2g Bezug genommen. In den Fig. 2a bis 2g ist ein Teil einer Gruppenanordnung, genauer gesagt im Umfang von zwei Mesastrukturen, gezeigt. Es sei bemerkt, dass eine typische Gruppenanordnung von Strahlungsdetektoren eine wesentlich größere Anzahl von Mesastrukturen enthält, die in einer linearen oder in einer zweidimensionalen Anordnung gruppiert sind.
• (Fig. 1, Block A) Die Verfahrensmaßnahmen beginnen mit der Bereitstellung einer n-leitenden, strahlungsabsorbierenden Quecksilber-Kadmiumtellurid-Basisschicht 12, welche man auf einem elektrisch isolierenden und transparenten Substrat 10 aufwachsen läßt. Das Substrat 10 wird so gewählt, dass es bei Wellenlängen von Interesse transparent ist, insbesondere denjenigen Wellenlängen, von denen gewünscht wird, dass sie innerhalb der Basisschicht 12 absorbiert werden. Ein bevorzugtes Verfahren des Aufwachsenlassens der Basisschicht 12 auf dem Substrat 10 ist die Epitaxie aus der flüssigen Phase (LPE), doch sind auch die Molekularstrahlepitaxie (MBE) und die metallorganische chemische Dampfablagerung (MOCVD) geeignete Aufwachstechniken. Ein geeignetes Material für das Substrat 10 ist CdZnTe. Die Bandlücke des Quecksilber-Kadmiumtellurid-Halbleitermaterials der Basisschicht 12 ist so gewählt, dass Strahlung mit dem Wellenlängen von Interesse absorbiert wird und wird in bekannter Weise durch Variieren der relativen Konzentrationen der Quecksilber- und Kadmium-Atome entsprechend der Formel eingestellt:
• Hg(1 - x)Cd(x)Te,
• worin (x) eine von Null verschiedene Zahl ist, die kleiner als eins ist.
• Auf der Basisschicht 12 wird dann epitaktisch eine p-leitende Quecksilber- Kadmiumtellurid-Deckschicht 14 abgelagert. Die Deckschicht 14 kann beispielsweise durch LPE, MBE oder MOCVD zum Aufwachsen gebracht werden. Eine geeignete Dotierungsart für die Basisschicht 12 ist Indium mit einer Konzentration von annähernd 10¹&sup5; Atome/cm³. Eine geeignete Dotierungsart für die Deckschicht 14 ist Arsen mit einer Konzentration von annähernd 10¹&sup8; Atome/cm³. Einzelne Photodioden werden durch einen Mesa-Ätzprozeß abgegrenzt, wobei in Verbindung mit einer phololitliographisch aufgebrachten Maske Brom/Äthylenglykol oder Brom/Methanol verwendet werden. Das Ergebnis der Mesa-Ätzung ist die Unterteilung der p-leitenden Deckschicht in eine Mehrzahl von elektrisch isolierten Bereichen 14a, von denen jeder innerhalb einer Mesastruktur enthalten ist und einen p-n-Übergang mit der darunterliegenden n-leitenden Basisschicht 12 ausbildet.
• (Fig. 1 Block B, Fig. 2b) Ein nächster Schritt des Verfahrens bewirkt die Aufbringung eines Metallkontaktfleckens 16 auf jede der Deckschichten 14a. Ein gemeinsamer Kontaktanschlußflecken 18 wird auch auf der n-leitenden Quecksilber- Kadmiumtellurid-Basisschicht 12 aufgebracht. Gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht der jeweilige Metallkontaktflecken aus einem hitzebeständigen Metall, das so gewählt ist, dass es eine niedrige Diffusionseigenschaft bei erhöhten Temperaturen hat, so dass eine Diffusion des Kontaktmetalls in die darunterliegende Quecksilber- Kadmiumtellurid-Deckschicht 14a verhindert wird. Ein gegenwärtig bevorzugtes Metall ist Molybdän. Ein weiterer Vorteil von Molybdän besteht darin, das es einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der näher an denjenigen von Quecksilber-Kadmiumtellurid angenähert ist als es der thermische Ausdehnungskoeffizient vieler allgemein verwendeter Kontaktmetalle ist, beispielsweise Chrom und Gold. Als Ergebnis erreicht man, dass dann, wenn die Struktur erwärmt wird, die Molybdänkontakte nicht dazu neigen, unerwünschte Spannungen auf das darunterliegende Halbleitermaterial auszuüben. Gemäß einem gegenwärtig bevorzugtem Verfahren lagert man die Molybdän-Kontaktmetallisierung durch Sputterablagerung und einen Abhebeprozeß ab. Eine geeignete Dicke der Kontaktanschlußflecken 16 und 18 beträgt annähernd 1,5 · 10Ym (15001).
• (Fig. 1-Block C, Fig. 2c) In einem nächsten Schritt wird die bis jetzt gebildete Struktur mit einer Schicht 20 aus Halbleitermaterial mit großer Bandlücke aus der Gruppe 11B-VIA überschichtet. Dieses Halbleitermaterial mit großer Bandlücke kann heispielsweise CdTe, CdZnTe oder CdSeTe sein. Eine gegenwärtig bevorzugte Technik ist eine Deckablagerung von Kadmiumtellurid auf eine Tiefe von annähernd 4 · 10&supmin;&sup7; m (4000 Å) durch thermischen Aufdampfungsprozeß. Andere geeignete Ablagerungstechniken umfassen MBE, MOCVD und Sputtern oder Kathodenzerstäuben. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht die Wirkung dieses Schrittes in einer Überdeckung der freiliegenden Oberfläche der n-leitenden Basisschicht 12, der freiliegenden Oberflächen der p-leitenden Deckschichten 14a und auch der Molybdänkontakte 16 und 18 mit einer Schicht oder einem Film des Halbleitermaterials breiter Bandlücke.
• (Fig. 1 - Block D, Fig. 2d) Ein nächster Schritt bewirkt eine Wärmebehändlung der bis jetzt gebildeten Struktur im Quecksilberdampf bei einer ersten Temperatur für eine erste Zeitdauer und dann bei einer zweiten niedrigen Temperatur für eine zweite Zeitdauer. Im Allgemeinen sind sowohl die erste als auch die zweite Temperatur größer als eine Temperatur, die während eines nachfolgenden Dewar-Backprozesses verwendet wird. Das bedeutet, sowohl die erste als auch die zweite Temperatur sind höher als annähernd 150ºC. Ein Ergebnis der Wärmebehandlung ist es, Quecksilber und Kadmium an Kationenstellen längs einer Trennfläche zwischen den Schichten 12 und 14a und der Schicht 20 auszutauschen. Dieser Trennschichtbereich ist in Fig. 2d durch eine Querschraffur angedeutet.
• (Fig. 1 - Block E,. Fig. 2e) Nach der Wärmebehandlung der Struktur werden durch die Schicht 20 hindurch Fenster 20a geöffnet, um die Molybdänkontakte 16 und 18 freizulegen. Eine geeignete Technik zur Öffnung der Fenster 20a ist die Verwendung einer Photoroisistmaskierung in Verbindung mit einem nassen chemischen Ätzprozeß. Zwei geeignete nasse Ätzmittel sind Brom/Äthylenglykol und Brom/Methanol. Die Fenster 20a können auch durch Ionenstrahlabarbeitung oder durch einen reaktiven Ionenätzprozeß geöffnet werden. Die Molybdänkontakte 16 und 18 wirken in vorteilhafter Weise als Ätzstopp für den Ätzprozeß. Die Photoresistmaske wird nach Öffnen der Fenster 20a abgestriffen oder entfernt.
• (Fig. 1 - Block F, Fig. 2f) Die Struktur wird als nächstes mit einer dielektrischen Schicht 22 überschichtet, die beispielsweise aus Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2; oder SiO besteht. Eine geeignete Maßnahme zur Ablagerung der dielektrischen Schicht 22 ist ein Plasmaverfahren, das die Schicht bis zu einer Dicke von annähernd 1 · 107 Meter (1000 Å) absetzt. Darauf bildet ein Photoresist-Bemusterungsschritt eine mit Öffnungen versehene Maske, und Fenster 22a werden durch die dielektrische Schicht 22 hindurch geöffnet, um die Molybdänkontakte 16 und 18 freizulegen. Eine geeignete Technik zur Öffnung der Fenster 22a ist der Einsatz einer Photoresistmaskierung in Verbindung mit einem nassen chemischen Ätzprozeß. CF4 ist ein geeignetes nasses Ätzmittel. Die Photoresistmaske wird nach Öffnen der Fenster 22a abgestriffen oder entfernt.
• (Fig. 1. - Block G, Fig. 2g) Die Struktur wird photolithographisch mit Muster versehen, um eine Maske für Indium-Kontakthöcker zu bilden, und Indium- Kontakthöcker 24 werden aufgebracht, um die Verbindung zu einzelnen der Photodioden-Molybdänkontaktflecken 16 und zu dem gemeinsamen Molybdän- Kontaktflecken 18 durch die Fenster 22a herzustellen. Eine geeignete Methode bildet die Indium-Kontakthöcker 24 bis zu einer Dicke von annähernd 12 um durch die Verwendung eines thermischen Aufdampfungsprozesses. Wie man aus Fig. 2g ersieht bleiben als Ergebnis dieses Schrittes nur die Indium-Kontakthöcker 24 freiliegend, während die darunterliegende Molybdän-Kontaktmetallisierung unterhalb der dielektrischen Schicht 22 begraben bleibt. Die dielektrische Schicht 22 oder die Überglasierung ist also im wesentlichen für den Durchgang von Quecksilber undurchlässig und verhindert so in vorteilhafter Weise das Ausdiffundieren von Quecksilber aus der Basisschicht 12 und den Bereichen 14a.
• (Fig. 11 - Block H) Zu irgendeiner darauffolgender Zeit wird die Gruppe von photovoltaischen Dioden, die in dieser Weise gebildet wurden, mit einer Leseschaltung vereinigt oder hybridisiert, was über die Indium-Anschlußhöcker 24 geschieht. Vor der Verbindung der Gruppenanordnung mit der Leseschaltung werden die Indium- Anschlußhöcker 24 chemisch feucht geätzt, um irgendwelche oberflächlichen Oxide zu entfernen, die den Kontaktwiderstand nachträglich beeinflussen könnten. Ein Ätzvorgang, beispielsweise ein solcher, wie er in dem vorerwähnten, ebenfalls auf den Zessionar übertragenen US-Patent 4,865,245 beschrieben ist, welches an E. F. Schulte u.a. erteilt wurde, kann hier eingesetzt werden.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind nur die Indium-Anschlußhöcker 24 dem Ätzmittel ausgesetzt, während die darunterliegenden Kontaktmetallisierungsbereiche unterhalb der dielektrischen Schicht 22 begraben sind. Dies hat zur Folge, daß die vorerwähnten Probleme, welche aus der Nähe der beiden unterschiedlichen Metalle resultieren, überwunden werden und die Indium-Kontakthöcker 24 übe die Oberfläche der Gruppenanordnung hin gleichförmig geätzt werden, wobei Indium-Tellur- Ausfaserungen nicht erzeugt werden. Die Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung verbessert so die Ausbeute an Infrarotdetektorgruppen durch Verbesserung der Qualität der Indium-Anschlußhöcker 24 während des Hybridisationsprozesses oder des Zusammenbaus, und verbessert auch die Zuverlässigkeit durch Sicherstellen, daß die Größe und Gestalt der Indium-Anschlußhöcker 24 bei ihren konstruktionmäßigen Abmessungen bleiben.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Wärmebehandlungsprozeß von Fig. 2d mit einer Kadmiumtelluridschicht 20 durchgeführt, die im wesentlichen kontinuierlich über die gesamte Oberfläche der Anordnung gebreitet ist. Dies beseitigt die oben diskutierten Probleme, welche aus der Wärmebehandlung bei einem geätzten Kadmiumtelluridfilm entstehen. D. h. örtliche Spannungen in dem darunterliegenden Quecksilber-Kadmiumtelluridmaterial im Zusammenhang mit den Öffnungen in dem Kadmiumtelluridfilm werden nicht erzeugt.
• Es wurde gefunden, daß Gruppenanordnungen von photovoltaischen Dioden, welche in der erfindungsgemäßen Weise hergestellt wurden, eine stabile Arbeitsqualität nach einem Ausbacken in Vakuum über 74 Stunden hinweg (Dewar -Ausbacken) bei 145ºC zeigen. Bisher wurden die Ausbacktemperaturen auf 100ºC oder darunter beschränkt, da die oben erwähnten Instabilitäten in der Oberfächenpassivierung uncl/ocler die Diffusion des Kontaktmetalls in das Quecksilber-Kadmiumtellurid auftraten. Nachdem außerdem sowohl die Passivierungsschicht 20 als auch das Molybdän-Kontaktmetall zuvor bei einer wesentlich höheren Temperatur varmebehandelt wurden, ist von beiden nicht zu erwarten, daß sie bei Lagerungstemperaturen oder Verarbeitungstemperaturen, welche geringer als die Wärmebehandlungstemperaturen sind, sich wesentlich ändern.
• Es sei bemerkt, daß zwar die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Materialien, spezifischen Abmessungen und spezifischen Verarbeitungsparametern, beispielsweise Ätzmitteln und Ablagerungstechniken, beschrieben wurde, daß jedoch eine Anzahl von Modifikationen bezüglich dieser verschiedenen Materialien, Abmessungen und Verarbeitungsparametern gemacht werden können, wobei man immer noch dasselbe Ergebnis erhält. Weiter ist die. Lehre nach der vorliegenden Erfindung auch auf Geräte mit n-p-Übergang und auch auf photoleitende anstelle von photovoltaischen Geräten anwendbar. Die Lehre nach der Erfindung ist auch auf photoempfindliche Geräte anzuwenden, welche eine planare Konfiguration haben, wobei ein p-n-Übergang innerhalb eines Körpers aus Quecksilber-Kadmiumtellurid durch eine Diffusion oder Implantation einer Akzeptorart oder Donatorart in den Körper hinein gebildet wird.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Diode, welches die folgende Reihenfolge von Verfahrensschritten enthält:

Erzeugen eines p-n-Übergangs zwischen einer Basisschicht (12), welche auf einem Substrat (10) aufgewachsen ist und Halbleitermaterial der Gruppe IIB-VIA enthält, das eine erste Art der elektrischen Leitfähigkeit aufweist, sowie eines Abdeckbereiches (14a), der ein Halbleitermaterial der Gruppe IIB-VIA enthält, das eine zweite Art der elektrischen Leitfähigkeit aufweist;

Bilden einer Metallkontaktelektrode (16) auf dem Abdeckbereich (14a);

Beschichten der Basisschicht (12), des Abdeckbereiches (14a) und der Metallkontaktelektrode (16) zur Bildung einer beschichteten Struktur, wobei der Schritt der Beschichtung den Schritt der Ablagerung einer ersten Ablagerungsschicht (20) enthält, die ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke enthält, die breiter gewählt ist als die Bandlücke des Halbleitermaterials entweder der Basisschicht (12) oder des Abdeckbereiches (14a);

thermisches Behandeln der beschichteten Struktur;

Öffnen eines ersten Fensters (20a) durch die erste Ablagerungsschicht (20) hindurch zum Freilegen einer Oberfläche der Metallkontaktelektrode (16) innerhalb des ersten Fensters; und

Bilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung (24) zu der Metallkontaktelektrode (16) zum Anschluß einer äußeren Schaltung, mit den folgenden Schritten:

Beschichten der freiliegenden Oberflächen der ersten Ablagerungsschicht (20), des ersten Fensters (20a) und der Metallkontaktelektrode (16) mit einer zweiten Ablagerungsschicht (22), die aus deelektrischem Material besteht;

Öffnen eines zweiten Fensters (22a) durch die zweite Ablagerungsschicht (22) hindurch in Ausrichtung auf das erste Fenster (20a) zum Freilegen der Oberfläche der Metallkontaktelektrode (16) innerhalb des zweiten Fensters; und

Bilden der elektrisch leitfähigen Verbindung (24) innerhalb des zweiten Fensters (22a) und auch der freiliegenden Oberfläche der Metallkontaktelektrode (16) derart, daß nur ein Teil der elektrisch leitfähigen Verbindung (24) freiliegt, und kein Teil der darunter liegenden Metallkontaktelektrode (16) freigelegt Ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Bildung eines p-n-Übergangs folgende Schritte enthält:

Bereitstellen der Basisschicht (12) aus Halbleitermaterial der Gruppe IIB-VIA mit der ersten Art der elektrischen Leitfähigkeit, wobei die Basisschicht (12) eine darüberliegende Abdeckschicht aus Halbleitermaterial der Gruppe IIB-VIA mit der elektrischen Leitfähigkeit der zweiten Art aufweist; und

Aufteilen der Abdeckschicht in eine Mehrzahl elektrisch isolierter Bereiche zur Bildung einer Mehrzahl von Mesastrukturen, wobei jede der Mesastrukturen eine Grenzfläche zwischen der Basisschicht (12) und einem der elektrisch isolierten Bereiche aufweist, um den p-n-Übergang auszubilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Basisschicht (12) aus n-leitendem HgCdTe besteht und bei welchem die Abdeckschicht aus p-leitendem HgCdTe besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Schritt der Bildung einer Metallkontaktelektrode (16) auf dem Abdeckbereich (14a) eine Metallkontaktelektrode (16) aus einem Metall erzeugt, das so gewählt ist, daß es einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der ähnlich demjenigen des Abdeckbereiches (14a) ist, wobei das Metall außerdem so gewählt ist, daß es eine niedrige Diffusion in den Abdeckbereich (14a) hinein aufweist.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Schritt der Beschichtung der Basisschicht (12), des Abdeckbereiches (14a) und der Metallkontaktelektrode (16) einen Schritt der Ablagerung einer Schicht eines Halbleitermateriales enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die von CdTe, CdSeTe, CdZnTe gebildet ist.

6. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Schritt der Beschichtung freiliegender Oberflächen der ersten Ablagerungsschicht (20), des ersten Fensters (20a) und der Metallkontaktelektrode (16) mit einer zweiten Ablagerungsschicht (22) aus einem deelektrischen Material das Ablagern einer Schicht aus einem Material enthält, das aus Gruppe gewählt ist, die aus SiO&sub2;, SiO und Si&sub3;N&sub4; besteht.

7. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Schritt der thermischen Behandlung der beschichteten Struktur in einer Quecksilberdampfathmosphäre vorgenommen wird und folgende Schritte umfaßt:

Erzeugen einer ersten Temperatur für eine erste Zeitdauer; und

Erzeugen einer zweiten, niedrigeren Temperatur für eine zweite Zeitdauer.

8. Photodiode, welche folgendes enthält:

ein Substrat (10);

einen Halbleiter-Basisbereich (12), der über dem Substrat (10) angeordnet ist und Bestandteile enthält, die aus der Gruppe IIB-VIA gewählt sind, wobei der Basisbereich (12) eine erste Art der elektrischen Leitfähigkeit aufweist;

einen Halbleiter-Abdeckbereich (14a), der auf dem Basisbereich (12) angeordnet ist und Bestandteile enthält, die aus der Gruppe IIB-VIA gewählt sind, wobei der Abdeckbereich (14a) eine zweite Art der elektrischen Leitfähigkeit aufweist und einen p-n-Übergang mit dem Basisbereich (12) bildet;

eine elektrisch leitfähige Metallkontaktelektrode (16), die auf einer oberen Fläche des Abdeckbereiches (14a) gebildet ist;

eine Halbleiterschicht (20), die über dem Basisbereich (12), dem Abdeckbereich (14a) und auch teilweise über der Metallkontaktelektrode (16) liegt, wobei die Halbleiterschicht (20) Bestandteile enthält, die aus der Gruppe IIB-VIA gewählt sind und eine breitere Bandlücke aufweist, als eine Bandlücke des Basisbereiches (12) und des Abdeckbereiches (14a);

eine deelektrische Schicht (22), die über der Halbleiterschicht (20) gelegen ist; und

eine elektrisch leitfähige Zwischenverbindung (24), die auf der Metallkontaktelektrode (16) gebildet ist und sich nach aufwärts von der Metallkontaktelektrode (16) und durch die deelektrische Schicht (22) erstreckt;

wobei die genannte deelektrische Schicht (22) in innigem Kontakt mit den Seitenflächen der genannten Zwischenverbindung (24) steht, so daß kein Teil der Metallkontaktelektrode (16) von der oberen Fläche der deelektrischen Schicht (22) her körperlich kontaktiert werden kann.

9. Photodiode nach Anspruch 8, bei welcher das Substrat (10) aus Bestandteilen besteht, die aus der Gruppe IIB-VIA gewählt sind.

10. Photodiode nach Anspruch 8, welche weiter folgendes enthält:

einen zweiten elektrisch leitfähigen Metallkontaktflecken (18), der auf einer oberen Fläche des Basisbereiches (12) gebildet ist; und

eine zweite elektrisch leitfähige Zwischenverbindung (24), welche auf dem zweiten Metallkontaktflecken (18) gebildet ist, wobei die zweite elektrische Zwischenverbindung (24) sich von dem zweiten Metallkontaktflecken (18) nach aufwärts und durch die deelektrischen Schicht (22) hindurch erstreckt und die deelektrische Schicht (22) in innigem Kontakt mit den Seitenflächen der zweiten Zwischenverbindung (24) steht, so daß kein Teil der des zweiten Metallkontaktfleckens (18) von der oberen Fläche der deelektrischen Schicht (22) her zugänglich ist.

11, Photodiode nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher der Basisbereich (12) aus n-leitendem HgCdTe besteht und bei welcher der Abdeckbereich (14a) aus p- leitendem HgCdTe besteht.

12. Photodiode nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher die Halbleiterschicht (20) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus CdTe, CdSeTe und CdZnTe besteht.

13. Photodiode nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welcher die deelektrische Schicht (22) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist, welche aus SiO&sub2;, SiO und Si&sub3;N&sub4; besteht.