JPS62179773A - 光伝導型赤外線検出器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体を用いた光伝導型赤外線検出器及びそ
の製造方法に関するものである６１、従来の技術〕 一般に、赤外線検出器においては半導体の内部光電効果
を用いたものが、高感度である事が知られており、この
為、特に現在では光伝導型赤外線検出器が広く用いられ
ている。

光伝導型赤外線検出器は、狭禁制帯幅の半導体（例えば
Ｊ＋−ｘＣｄｘＴ、）からなる感光膜上に２個の電極を
取付けて電流を流し、赤外光を感光膜に入射した際に発
生ずる過剰電子正孔対によって電気抵抗が変化するのを
検出するものである。この際に、電極が半導体感光膜と
オーム接触している場合には過剰電子正孔対は電極で再
結合して消滅する。一般に、光伝導型赤外線検出器は印
加したバイアス電圧が小さい時にはバイアス電圧の増大
に伴って出力も増大するが、バイアス電圧がある程度以
上大きくなると過剰少数キャリヤが電極に達して再結合
して消滅する割合が増大するので、結果として出力はバ
イアス電圧の増大に対しである飽和値を持つ（スイープ
アウト効果）。

そこで、赤外光によって生成された過剰少数キャリヤが
電極で再結合しにくくて、大きな出力を得られる様にし
た赤外線検出器が提案されたがそのセンサ・チップの断
面図を第３図に示す。第３図において、１は絶縁性基板
（サファイア等）、２は狭禁制帯幅の半導体（例えばＨ
ｇ＋−ｘｃｄｘＴｅ）からなる感光膜、３は赤外光に対
して透明な絶縁膜（例えばＺｎ５）、４は金属電極であ
る。中央部の幅ｌの領域が受光部であり、感光膜２と金
属電極４が直接接触している部分とは距離ａを隔ててい
る。

従って、赤外光によって生成された過剰少数キャリヤが
電極で再結合する割合は小さくなり、スイープアウト効
果は起こりにくくなり、大きな出力が得られる（インフ
ラレッド・フィジクス（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ）、第１７巻、１９７７年、第１３７ページ）。半
導体として、１０μｍ帯の赤外線検出器材料としてよく
用いられるｎ型Ｈｇ、）、ｇＣｄｏ、２Ｔｅを用いた場
合には、！は５０μｍから２００μｍ程度とされる場合
が多い。これに対してａはその少数キャリヤ拡散長程度
にすればよく、２０μｍ程度であり、薄膜の厚さｄは１
０μｍ程度とされる。　次に、この従来例の製造方法に
ついて説明する。第４図（ａ）〜（ｅ）は第３図に示し
た従来例の製造方法を説明するための製造工程順に配列
したセンサ・チップの断面図である。

まず、第４図（ａ＞に示すように、絶縁性基板１に厚さ
１０μｍの半導体感光膜２を適当な接着剤（図示しない
）を用いて接着する。（あるいは、絶縁性基板１に半導
体ウェーハを貼付けた後に薄膜化して感光膜としてもよ
い。） 次に、第４図（ｂ）に示すように、感光膜２上に絶縁膜
３を形成する。

次に、第４図（ｃ）に示すように、感光膜２の受光領域
となるべき部分等にホトレジストパターン５を形成する
。

次に、第４図（ｄ）に示すように金属膜６を蒸着等によ
り全面に形成する。

最後に、第４図に（ｅ）に示すように、ホトレジストパ
ターン５を除去する。この時、その上部に形成された金
属膜６も同様に除去され、金属電極４が形成される。

以上の工程のうち金属電極を形成する為、第４図（ｃ）
〜（ｅ）に示した工程はリフトオフ法と呼ばれる。

上述した従来の赤外線検出器では受光面積に比較して使
用する半導体からなる感光膜の面積が非常に大きくなる
。

例えば、第３図の場合だと、受光面は中央部の幅ｌの領
域であるのに対して、感光膜の幅はｌ十２　（ａ十ｂ）
だけ必要になる。光伝導型赤外線検出器は時として一次
元的又は二次元的に配列して使用され、特に二次元的に
配列した場合、受光面以外の余分の領域が存在するのは
配列を構成する上で障害となる。余分の領域を減らすた
めにａを小さくすると電極での過剰電子正孔対の再結合
の割合が大きくなり、大きな出力が得られなくなり、ｂ
も良好な接合を得る為にはあまり小さくできない。従っ
て、第３図の素子を使って二次元の配列を作ると各単位
受光面間に不感領域が多く存在する事になる。

また、上記の素子において、パターン状の電極は先に述
べた様にリフトオフ法で形成する。電極を形成する為の
方法としては、リフトオフ法の他に、全面に電極材料の
膜を形成した後に受光領域等の上部の電極材料をエツチ
ングによって除去してパターン状の電極を形成するとい
う方法がある。

第４図（ａ）〜（ｅ）の製造工程において、後者を採用
しなかった理由は、電極材料の膜形成時、あるいはその
エツチング時にその直下の絶縁膜３あるいは半導体感光
膜２に悪影響が出るのを避ける為である。リフトオフ法
においては、第４図（ｄ）において、ホトレジストパタ
ーン５の端部で金属膜６が分断されていなければならな
い。そうでない時には次のプロセス（ｅ＞においてホト
レジストパターン５を除去してその上の金属Ｉ！６を同
時に除去するという作業が不可能になる。ホトレジスト
パターンの厚さは一般には数μｍ以下であり、絶縁膜３
の厚さはそれ以下であるが、感光膜２の厚さｄは１０μ
ｍ程度である。そこで、ホトレジストパターン５の端部
で金属膜６が分断されているとすると感光膜端部でも分
断される事になり、これは検出器の配線の断線を意味す
る。実際には感光膜端部はエツチング処理等によって、
やや丸みを帯びているので必ずしも断線する訳ではない
が、これによって赤外線検出器製造の収率が低下するの
は否定できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の赤外線検出器は、電極とオーム接触をと
る部分以外にも不感領域が存在するので面積が大きくな
る欠点があり、更に、金属電極の断線が生じ易く製造収
率が低いという欠点もある。

本発明の目的は、高出力で不感領域が小さく収率の良い
光伝導型赤外線検出器とその製造方法を提供することに
ある。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の光伝導型赤外線検出器は、金属電極と直接接触
する部分の厚さを受光部より大きくした半導体感光膜を
有するものである。

更に、本発明の光伝導型赤外線検出器の製造方法は、絶
縁性基板に接着され、所定の厚さを有する半導体ウェー
ハを設ける工程と、前記半導体ウェーハにオーム接触す
る金属膜を形成する工程と、前記金属膜を選択的に除去
するとともに前記半導体ウェーハの金属膜の除去された
部分をエツチングにより薄くして半導体感光膜を形成す
る工程とを含むものである。

〔作用〕

本発明光伝導型赤外線検出器によれば、半導体感光膜の
電極と直接接触する部分の厚さを受光部の厚さより大き
くする事により、受光部と電極が直接接触する事が無く
、過剰電子正孔対が電極で再結合する事を防ぐ事ができ
る。この為、スィーブアウト効果を減少させて大きな出
力を得る事が従来の検出器同様に可能であり且つ不感領
域が従来よりも小さくする事が可能である。

また、本発明の光伝導型赤外線検出器の製造方法によれ
ば、電極を形成する際に、最初に全面にメッキ等の方法
で金属膜を形成した後に、受光部上面の金属膜と共に半
導体ウェーハも一部エッチ〉・グにより除去して薄くす
る。従って、半導体感光膜端部の電極の断線が防止でき
、且つ金属膜形成時及びそのエツチングによる半導体ウ
ェーハへの悪影響も防止できる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明光伝導型赤外線検出器の一実施例を示す
センサ・チップの断面図である。

この実施例は金属電極４と直接接触する部分の厚さを受
光部より大きくした半導体感光膜２を有するものである
。

半導体感光膜２はｎ型Ｆ１ｇＯ，ｇＣｄ、）、２Ｔｅか
らなり、赤外光の受光部は第３図の従来の検出器同様に
中央部の長さｌの領域であり、この部分の半導体感光膜
２の厚さはやはり１０μｍ程度である。一方、受光部の
外側の長さａの領域はこれに対して厚くなっており、中
央部よりａだけ厚くなっている。

更に、金属電極４と半導体感光膜２が接触している部分
の長さもａに等しくしである。このａの値−９−で・。

は第３図の構造同様に少数キャリヤである正孔の拡散長
にほぼ等しい２０μｍ程度である。受光部と金属電極４
とは図から明らかな様に、距離ａだけ離れている。すな
わち、第３図の検出器同様にスィーブアウト効果は起こ
りにくくなり、大きな出力が得られる。

一方、不感領域となっているのは本実施例では長さａの
領域だけであり、第３図のものと比べると、明らかに小
さくなっており、半導体感光膜２の必要な長さは第３図
はｆｆ＋２Ｘ　（ａ＋ｂ）であったのに対して、ｆ＋２
Ｘａと短くなっている。

第２図（ａ）〜（ｈ）は本発明光伝導型赤外線検出器の
製造方法の一実施例を説明するための製造工程順に配列
したセンサ・チップの断面図である。

この実施例は、第２図（ａ＞に示すように、サファイア
からなる絶縁性基板１に適当な接着剤（図示せず）を用
いて接着され、３０μｍの厚さを有するｎ型Ｈｇｏ、ｇ
ＣＩＩｏ、ｚＴｅからなる半導体ウェーハ７を設ける工
程と（３０μｍの厚さの半導体ウニ−ハ７を接着しても
よいし、もっと厚いものを接着後に研磨して３０μｍの
厚さにしてもよい。）、第２図（ｂ）に示すように、ク
ロムを蒸着して厚さ０．０５μｍのクロム膜８を形成し
た後、第２図（Ｃ）に示すように、更に要すればクロム
を０．０５μｍの厚さにめっきを施したのち、０．５μ
ｍの厚さに金をめっきして半導体ウェーハ７にオーム接
触する＾ｕ−Ｃｒからなる金属膜６を形成する工程と、
第２図（ｄ）に示すように、ホトレジストを選択的に塗
布してホトレジストパターン５を形成し、第２図（ｅ）
に示すように、ホトレジストパターンをマスクとして、
金属膜を選択的に除去するとともに、第２図（ｆ）に示
すように、半導体ウェーハ７の金属膜６の除去された部
分をエツチングにより１０μｍの厚さに薄くして、第２
図（ｇ＞に示すように、ホトレジストパターン５を除去
し、第２図（ｈ）に示すように、ＺｎＳからなる絶縁膜
３を形成する。

この実施例においては、まず、第２図（ａ）の工程で使
用する半導体ウェーハ７の厚さが第４図（ａ）の場合と
比べて大きいので、その扱いが容易であり、この工程が
際めて容易となる。次に、第２図（ｂ）の工程において
は、一般に半導体薄膜端部における段切れのない金属膜
を付着させる７のは困難であるのと事情は同じで半導体
ウェーハの側面にクロム膜８は付着しない。しかし、第
２図（ｃ）の工程において、例えば電気めっき法を用い
れば半導体上には充分に金属膜を形成することができる
ので、端部にも金属膜が形成され、結局全面に金属膜６
が付着する事になる。従って、電極配線の断線は生じな
い。次に、第２図（ｄ）。

（ｅ）の工程において、受光部の金属膜６をエツチング
等により除去するのが、この際にその下部の半導体表面
にはこの工程による悪影響（表面の非鏡面化等）の生ず
るおそれがある。また、半導体のこの部分は金属膜６の
付着工程において結晶欠陥を生じている事も充分考えら
れる。しかし、第２図（ｆ）の工程においてこの部分を
厚さ方向に２０μｍエツチングにより除去する事により
、これらの悪影響は完全に回避できる。従って、特性に
悪影響を与える事無しに収率良く光伝導型赤外線検出器
を得る事ができる。

以ｈ、ｎ型ＨｇＣ＋ＩＴｒの場合について説明したが、
導電型は特に限定されるものではないし、材料も光伝導
効果を有する狭い禁制帯幅の半導体ならば何でもよい。

例えば、Ｐｂ５ｎＴｅのような他の三成分金属間カルコ
ゲナイド、ＰＩＩＳやＩｎ５ｌ＋などを使用してもよい
。なお、半導体感光膜の受光部と、金属電極と接触部分
の厚さの差は少数キャリヤの拡散長より大きくしてもよ
い。

〔発明の効果−１ 以上説明したように本発明光伝導型赤外線検出器は、半
導体感光膜の金属電極と接触する部分の厚さを受光部よ
り大きくすることにより、出力低下を招くことなく不感
領域を小さくできるから、小面積化できるという効果が
ある。従って高密度で配列できるわけである。

又、本発明光伝導型赤外線検出器の製造方法は、金属膜
形成後に金属膜と半導体ウェーハを選択的にエツチング
することにより、特性を損うことなく収率良く製造でき
るという効果が、ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光伝導型赤外線検出器の一実施例を示す
センサ・チップの断面図、第２図（ａ）〜（ｈ）は本発
明光伝導型赤外線検出器の製造方法の一実施例を説明す
るための製造工程順に配列したセンサ・チップの断面図
、第３図は従来例のセンサ・チップの断面図、第４図は
従来例の製造方法を説明するための製造工程順に配列し
たセンサ・チップの断面図である。 １・・・絶縁性基板、２・・・半導体感光膜、３・・・
絶縁膜、４・・・金属電極、５・・・ホトレジストパタ
ーン、６・・・金属膜、７・・・半導体ウェーハ、８・
・・クロム膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属電極と直接接続する部分の厚さを受光部より
   大きくした半導体感光膜を有することを特徴とする光伝
   導型赤外線検出器。
2. （２）絶縁性基板に接着され、所定の厚さを有する半導
   体ウェーハを設ける工程と、前記半導体ウェーハにオー
   ム接触する金属膜を形成する工程と、前記金属膜を選択
   的に除去するとともに前記半導体ウェーハの金属膜の除
   去された部分をエッチングにより薄くして半導体感光膜
   を形成する工程とを含むことを特徴とする光伝導型赤外
   線検出器の製造方法。