JP2705589B2 - 光伝導型赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光伝導型赤外線検出素子
の製造方法に関し、特に赤外線に感度を有しかつ接着剤
で支持基板に接着された半導体結晶をイオンミリングで
加工してなる光伝導型赤外線検出素子の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光伝導型赤外線検出素子は半導体結晶に
設けた受光領域に入射した赤外線を光電変換してキャリ
アを発生させ、このキャリアによる電気伝導度の変化を
半導体結晶両端に設けた電極によって検出することを特
徴としている。

【０００３】この種の光伝導型赤外線検出素子の感度を
向上させるためには、光電変換で生成したキャリアが電
極に到達する前に再結合するのを抑制する必要がある。
キャリアの再結合の速度は、半導体結晶の内部では主に
半導体結晶の特性によって決まる。しかしながら、半導
体結晶の表面では研磨や加工の際に生ずる歪によってキ
ャリアの再結合が促進されてしまう。

【０００４】したがって、光伝導型赤外線検出素子の感
度は半導体結晶周辺、つまり半導体結晶の表面や裏面、
及び側壁でのキャリアの再結合の速度、すなわちキャリ
ア寿命に依存する。

【０００５】そこで、半導体結晶周辺でのキャリアの再
結合を抑制するため、通常、半導体結晶の表面及び裏面
には陽極酸化膜という正の固定電荷を持つ膜が形成さ
れ、この陽極酸化膜によって電子とホールとを分離する
ことでキャリア寿命の改善が図られている。

【０００６】このような光伝導型赤外線検出素子は一般
に、 （１）半導体結晶の片面を研磨及びエッチングした後、
エッチング面に陽極酸化膜を形成する。 （２）陽極酸化膜を形成した面（裏面）を例えばサファ
イヤ等の支持基板にエポキシ系の接着剤で接着する。 （３）半導体結晶の露出した面（表面）を研磨及びエッ
チングし、陽極酸化膜を形成する。 （４）半導体結晶両端に例えばＡｕ／Ｃｒ等の電極を形
成する。 （５）半導体結晶及び電極をイオンミリングによりデバ
イス形状に加工する。という手順で製造される。

【０００７】上記の方法で製造した光伝導型赤外線検出
素子には受光領域の表面と裏面とに夫々陽極酸化膜が形
成されているが、受光領域側壁は（５）の工程で加工さ
れた状態のままで加工面が露出している。そのため、受
光領域側壁には陽極酸化膜が形成されておらず、受光領
域側壁でキャリアの再結合が促進される。この受光領域
側壁でのキャリアの再結合の影響は、光伝導型赤外線検
出素子の形状（特に、幅）が小さくなるほど顕著に現れ
る。

【０００８】上記の問題を解決するために、受光領域側
壁にも陽極酸化膜を形成する方法が用いられている。す
なわち、図２に示すように、この方法ではまず、半導体
結晶１の裏面を研磨及びエッチングし、エッチング面に
陽極酸化膜２を形成してからその陽極酸化膜２を形成し
た面（裏面）をエポキシ系の接着剤４でサファイヤ等の
支持基板５に接着する［図２（ａ）参照］。

【０００９】次に、上記の方法では受光領域側壁を露出
させるため、半導体結晶１の露出した面（表面）にレジ
ストを塗布してレジストパターン６を形成し、イオンミ
リングを用いてデバイス形状に加工する［図２（ｂ）参
照］。このとき、受光領域側壁には接着剤の再付着膜１
０が形成される。

【００１０】また、上記の方法ではレジストパターン６
を除去してから半導体結晶１の表面を研磨及びエッチン
グし、半導体結晶１の表面及び受光領域側壁に陽極酸化
膜８，１１を形成している［図２（ｃ）参照］。

【００１１】尚、特開平４−２８０６８６号公報には、
支持基板を透過した赤外線が半導体結晶の裏面に入射す
るのを防止するための方法が開示されている。この方法
では支持基板を透過した赤外線を反射するためのクロム
膜を硫化亜鉛膜を介して半導体結晶の裏面に蒸着するこ
とで、支持基板を透過した赤外線の半導体結晶の裏面へ
の入射を防止している。この場合、硫化亜鉛膜は半導体
結晶とクロム膜との間を絶縁し、かつ半導体結晶とクロ
ム膜との間の結合性をよくするために用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光伝導
型赤外線検出素子の製造方法では、半導体結晶の表面に
陽極酸化膜を形成する工程の前にイオンミリングを用い
てデバイス形状に加工する工程を追加することで受光領
域側壁を露出させ、受光領域側壁に陽極酸化膜を形成し
ている。

【００１３】イオンミリングによる加工とは電場で加速
したＡｒイオン等を試料に衝突させてエッチングする方
法であるが、この方法では試料によるエッチングの選択
性がない。したがって、この方法で赤外線検出素子の加
工を行う場合、半導体結晶が完全にエッチングされる
と、その下の接着剤が露出し、試料に衝突していたイオ
ンが接着剤を叩き出してしまうので、スパッタされた接
着剤が受光領域側壁に再付着することとなる。

【００１４】この過程で受光領域側壁に形成された接着
剤の再付着膜は、その後に行う半導体結晶の表面及び受
光領域側壁の陽極酸化の際に受光領域側壁と陽極酸化溶
液中のイオンとの反応の妨げになるので、受光領域側壁
に均一な陽極酸化膜を形成することができない。

【００１５】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、受光領域全面に均一な陽極酸化膜を形成すること
ができ、感度の向上を図ることができる光伝導型赤外線
検出素子の製造方法を提供することにある。

【００１６】

【００１７】本発明による光伝導型赤外線検出素子の製
造方法は、赤外線に感度を有する半導体結晶の裏面に形
成された陽極酸化膜上に硫化亜鉛の薄膜を形成する工程
と、前記硫化亜鉛の薄膜側を接着剤で支持基板に接着す
る工程と、前記支持基板上の前記半導体結晶をイオンミ
リングで加工して前記半導体結晶の受光領域側壁に前記
硫化亜鉛の再付着膜を形成する工程と、前記受光領域の
表面と前記再付着膜の内側とに夫々陽極酸化膜を形成す
る工程とからなっている。

【００１８】

【００１９】本発明による他の光伝導型赤外線検出素子
の製造方法は、赤外線に感度を有する半導体結晶の裏面
に形成された陽極酸化膜上にカドミウムテルルの薄膜を
形成する工程と、前記カドミウムテルルの薄膜側を接着
剤で支持基板に接着する工程と、前記支持基板上の前記
半導体結晶をイオンミリングで加工して前記半導体結晶
の受光領域側壁に前記カドミウムテルルの再付着膜を形
成する工程と、前記受光領域の表面と前記再付着膜の内
側とに夫々陽極酸化膜を形成する工程とからなってい
る。

【００２０】

【作用】光伝導型赤外線検出素子製造において、半導体
結晶の裏面側（支持基板との接着面）に陽極酸化膜を形
成後、その上に硫化亜鉛（ＺｎＳ）の薄膜を形成し、こ
の薄膜形成面を接着面として半導体結晶と支持基板とを
接着する。イオンミリングを用いて半導体結晶に対する
加工を行う際、このイオンミリングによるエッチングを
硫化亜鉛の薄膜の領域で止め、受光領域側壁に硫化亜鉛
の再付着膜を形成する。

【００２１】つまり、イオンミリングで半導体結晶の加
工を行う場合、半導体結晶が完全にエッチングされる
と、その下に形成された硫化亜鉛の薄膜が露出し、この
硫化亜鉛の薄膜がスパッタされて受光領域側壁に再付着
する。イオンミリングのエッチングを硫化亜鉛の領域で
止めると、受光領域側壁には硫化亜鉛の再付着膜のみが
形成され、硫化亜鉛の薄膜の下の接着剤が再付着するこ
とはない。

【００２２】硫化亜鉛の再付着膜は多孔質状であるの
で、半導体結晶を陽極酸化すると、陽極酸化溶液中のイ
オンが硫化亜鉛の再付着膜を透過して受光領域側壁に到
達するため、受光領域側壁における陽極酸化反応は硫化
亜鉛の再付着膜があっても良好に進行することとなる。

【００２３】したがって、受光領域の表面及び側壁に均
一な陽極酸化膜を形成することが可能となり、受光領域
の表面や裏面、及び側壁でのキャリアの再結合が抑制さ
れ、赤外線検出素子の感度の向上が図れる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００２５】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例に
よる光伝導型赤外線検出素子の製造工程を示す各工程の
断面図である。この図１を用いて本発明の一実施例によ
る光伝導型赤外線検出素子の製造方法について説明す
る。

【００２６】まず、半導体結晶１［例えば、水銀カドミ
ウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）等］の裏面には研磨及びエ
ッチングされた後に陽極酸化膜２が形成され、その上に
硫化亜鉛（ＺｎＳ）の薄膜３が形成される。硫化亜鉛の
薄膜３の形成後、その形成面とサファイア等の支持基板
５とがエポキシ系の接着剤４で接着される［図１（ａ）
参照］。

【００２７】このとき、半導体結晶１の裏面の陽極酸化
はＫＯＨ（９０％エチレングリコール溶液）を用いて行
われ、陽極酸化膜２が約７００Åの厚さに形成される。
また、硫化亜鉛の薄膜３はスパッタ装置または蒸着装置
によって０．５〜１．０μｍの厚さになるように形成さ
れる。

【００２８】次に、半導体結晶１は約１０μｍの厚さに
なるまで研磨及びエッチングされ、半導体結晶１に受光
領域側壁を露出するためにレジストパターン６が形成さ
れた後、イオンミリング装置を用いて硫化亜鉛の薄膜３
が露出するまでエッチングされる。

【００２９】その際、硫化亜鉛の薄膜３はイオンミリン
グによってスパッタされ、硫化亜鉛の薄膜３からはじき
出された硫化亜鉛の一部が受光領域側壁に再付着し、受
光領域側壁に硫化亜鉛の再付着膜７が形成される［図１
（ｂ）参照］。

【００３０】イオンミリングによるエッチングは接着剤
４の受光領域側壁への再付着を防止するために硫化亜鉛
の薄膜３の領域で止める必要がある。ここで、硫化亜鉛
のエッチングレートは半導体結晶１を構成する水銀カド
ミウムテルルの約１／３であるので、硫化亜鉛の薄膜３
の厚さが０．５〜１．０μｍ程度あれば、イオンミリン
グによるエッチングを十分に制御することが可能であ
る。硫化亜鉛の再付着膜７の厚さは素子形状やミリング
条件によって変わるが、受光部間の間隔が１０μｍのと
き、硫化亜鉛の再付着膜７の厚さは５００Å程度であ
る。

【００３１】半導体結晶１からレジストパターン６が除
去された後、半導体結晶１に対しては陽極酸化溶液中で
電流が供給され、受光領域の表面及び側壁に陽極酸化膜
８，９が形成される。このとき、硫化亜鉛の再付着膜７
は薄くかつ多孔質状であるため、陽極酸化溶液中のイオ
ンが硫化亜鉛の再付着膜７を透過して受光領域側壁に到
達するので、受光領域側壁にも均一な陽極酸化膜９が形
成されることとなる［図１（ｃ）参照］。

【００３２】この後に、素子の両端には電極となる金
属、例えばＡｕ（７０００Å）／Ｃｒ（５００Å）が蒸
着法によって形成され、素子を最終形状にイオンミリン
グで加工して保護膜を形成することで赤外線検出素子が
完成する。

【００３３】尚、上記の製造工程では半導体結晶１の裏
面の陽極酸化膜２上に硫化亜鉛の薄膜３を形成している
が、硫化亜鉛の薄膜３の代りにカドミウムテルル（Ｃｄ
Ｔｅ）の薄膜を形成しても、上記と同様の効果を得るこ
とができる。この場合、半導体結晶１の受光領域側壁に
はカドミウムテルルの再付着膜が形成され、そのカドミ
ウムテルルの再付着膜を介して陽極酸化膜が形成され
る。

【００３４】このように、半導体結晶１の裏面に形成さ
れた陽極酸化膜２上に硫化亜鉛の薄膜３またはカドミウ
ムテルルの薄膜を形成し、この硫化亜鉛の薄膜３または
カドミウムテルルの薄膜側を接着剤４で支持基板５に接
着してからイオンミリングで半導体結晶１を加工して受
光領域側壁に硫化亜鉛の再付着膜７またはカドミウムテ
ルルの再付着膜を形成した後に受光領域の表面と硫化亜
鉛の再付着膜７またはカドミウムテルルの再付着膜の内
側とに夫々陽極酸化膜８，９を形成することによって、
受光領域全面に均一な陽極酸化膜を形成することができ
る。よって、受光領域側壁においてはキャリアが再結合
して感度が低下するのを防ぐことができ、感度の向上を
図ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光伝導型赤
外線検出素子の製造方法によれば、半導体結晶の裏面に
形成された陽極酸化膜上に硫化亜鉛の薄膜を形成し、こ
の硫化亜鉛の薄膜側を接着剤で支持基板に接着してから
イオンミリングで半導体結晶を加工して受光領域側壁に
硫化亜鉛の再付着膜を形成した後に受光領域の表面と裏
面と再付着膜の内側とに夫々陽極酸化膜を形成すること
によって、受光領域全面に均一な陽極酸化膜を形成する
ことができ、感度の向上を図ることができるという効果
がある。

【００３６】また、本発明の他の光伝導型赤外線検出素
子の製造方法によれば、半導体結晶の裏面に形成された
陽極酸化膜上にカドミウムテルルの薄膜を形成し、この
カドミウムテルルの薄膜側を接着剤で支持基板に接着し
てからイオンミリングで半導体結晶を加工して受光領域
側壁にカドミウムテルルの再付着膜を形成した後に受光
領域の表面と裏面と再付着膜の内側とに夫々陽極酸化膜
を形成することによって、受光領域全面に均一な陽極酸
化膜を形成することができ、感度の向上を図ることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例による光伝
導型赤外線検出素子の製造工程を示す各工程の断面図で
ある。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は従来例による光伝導型赤外線
検出素子の製造工程を示す各工程の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体結晶 ２，８，９ 陽極酸化膜 ３ 硫化亜鉛の薄膜 ４ 接着剤 ５ 支持基板 ７ 硫化亜鉛の再付着膜

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線に感度を有する半導体結晶の裏面
   に形成された陽極酸化膜上に硫化亜鉛の薄膜を形成する
   工程と、 前記硫化亜鉛の薄膜側を接着剤で支持基板に接着する工
   程と、 前記支持基板上の前記半導体結晶をイオンミリングで加
   工して前記半導体結晶の受光領域側壁に前記硫化亜鉛の
   再付着膜を形成する工程と、 前記受光領域の表面と前記再付着膜の内側とに夫々陽極
   酸化膜を形成する工程とからなることを特徴とする光伝
   導型赤外線検出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 赤外線に感度を有する半導体結晶の裏面
   に形成された陽極酸化膜上にカドミウムテルルの薄膜を
   形成する工程と、 前記カドミウムテルルの薄膜側を接着剤で支持基板に接
   着する工程と、 前記支持基板上の前記半導体結晶をイオンミリングで加
   工して前記半導体結晶の受光領域側壁に前記カドミウム
   テルルの再付着膜を形成する工程と、 前記受光領域の表面と前記再付着膜の内側とに夫々陽極
   酸化膜を形成する工程とからなることを特徴とする光伝
   導型赤外線検出素子の製造方法。