KR840001796B1 - 쇼트기 장벽 광기전 고체 복사선 탐지기 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도-제9도는 본 발명의 1체예에 의한 자외선 탐지기의 각종 구성단계를 예시한 수직 단면도.
제10a도 및 제10b도는 제1도-제9도에 예시한 바에 따라 구성이 완료된 자외선 탐지기의 수직 단면 및 상부 평면도.
제11도는 본 발명의 2차예에 따라 구성된 자외선과 적외선 탐지기 샌드위치의 수직단면도.
제12도-제19도는 본 발명의 3차예에 따라 제1도와 제2도와 더불어 자외선 탐지기의 각 구성단계를 예시한 일련의 수직단면도.
본 발명의 고체 방사선 탐지에 관한 것으로서 특히 백금-황카드뮴 쇼트기 장벽 광전기 탐지기에 관한 것이다.
복사선 추적 미사일용 광학 유도 시스템과 같은 고도의 광학 시스템에서 양자효율(guantum efficincy)이 크고, 응답시간이 짧은 복사선 탐지기를 필요로 한다. 이들 시스템에 있어서 이러한 탐지기는 자외선에 가까운 복사선에 대해서 민감해야 하지만 가시스펙트럼의 복사선에 대해서는 근본적으로 둔감해야 한다. 이러한데 사용하기 위해서 실리콘 광전 다이오우드가 제안되어 있지만 이러한 광전 다이오우드는 약 8000Å까지의 가시스펙트럼에 대해 민감하므로 가시복사선을 제거하기 위한 광학 필터와 더불어 사용해야 한다. 더욱이 이들 탐지기-필터구성을 하면 30%이하의 비교적 낮은 양자효율을 가지게 된다.
황화카드뮴을 사용한 고체 복사선 탐지기가 있지만 황화카드뮴 탐지기에 관한 공지의 특성에 의하면 이들을 가시 영역에서 주로 사용할 수 있고 자외복사선에 대해 비교적 둔감하다는 것이다. 자외선과 파장이 짧은 가시복사선에 대해 민감하고 적외 복사선에 대해 투과성을 가진 고체 복사선 탐지기를 제조할 필요가 있는 것이다. 이러한 탐지기를 만들어 양자효율이 크고 비교적 광학 활성 면적이 작게 하므로서 고해상도 광학(highresolution optics)에 사용할 수 있다면 특히 좋은 것이다. 적외선 투과 특성이 좋기 때문에 탐지기를 적외선 센서(sensor)와 더불어 사용하여 필터되지 않는 고해상도 광학 시스템과 함께 사용하기에 적합한 동축 전송기를 만들 수 있는 것이다. 근래에 황화카드뮴으로 된 쇼트기 장벽 다이오우드를 복사선 탐지기로 제안하고 있다. 간단히 말하자면 일반적인 PN다이오우드는 반송자 형(type)이 다른 두반도체 물질 사이에서 접합(junction)이 형성되는 반면에 쇼트키 장벽 다이오우드는 반도체와 금속 접점(metal covtact) 사이에서 접합이 이루어진다. 황화카드뮴 기판의 각각의 반대편에 오옴 접촉과 장벽 접촉이 형성된 백금-황화카드뮴 쇼트기 장벽 광기전 탐지기가 발표되었다. 이러한 종래의 탐지기는 자외선 스펙트럼에서의 양자효율이 크고 적외선 투과 특성이 양호하다.
본 발명에 의해 개량된 탐지기는 종래의 탐지기보다 조립 생산이 용이하고 다량조립이 가능한 것이다. 오옴 및 장벽 접촉을 반대면에 각각 형성시키는 것이 아니라 신규의 탐지기에 있어서는 앞면에 두개의 접촉을 구성시키는 것이다. 감광성 내식막(photoresist)으로 만들어진 유기 절연층을 대신하여 경질의 무기 절연층을 사용한다. 더욱이 구리와 인듐의 금속을 금, 티타늄, 니크롬 및 기타 금속과 교체하고 있다, 이러한 개선점으로 인하여 본 소자의 전기접촉 형성에 소요되는 시간과 노력을 감소시키고 훨씬 신뢰성이 있는 고속도의 본딩(bonding) 기술로 도선 접착이 가능하다. 더욱이 이 소자의 전반적인 신뢰성이 커지고 있다. 본 제조 방법에 따라 황화카드뮴 기판의 표면에 보상층을 만들어두어 과잉의 전압이 가해질때 소자를 보호할 수 있게 되어 있다.
본 발명에 의한 쇼트기 장벽 광기전 탐지기는 자외선과 적외선을 탐지하는데 적합한 것인데 이것은 윗면과 아래면이 있는 황화카드뮴 기판과, 적외선 복사선에 대해 거의 불투명한 재질층이 있으며 이 기판의 윗면을 덮는 적외선 차폐구조에 있어서 1차 중앙창을 형성하기 위해 윤곽이 형성되어 있는 차폐구조를 만들고 적외선 차폐구조를 피복하며 여기에 2차중앙창과 옆창이 있는 절연층에 있어서 2차 중앙창을 1차 중앙창보다 다소 작게하여 1차 중앙창에 일치하도록 하며, 2차 중앙창내부에 위치하며 이속에 있는 기판 부분을 완전히 피복하는 쇼트키 장벽금속에 있어서 쇼트키 장벽 금속의 두께를 충분히 얇게하므로서 자외선과 적외선 복사선에 대해 거의 투과성을 가지도록 하고, 2차 중앙창을 통과하는 장벽 접점을 형성하며 쇼트키 장벽 금속막의 주요부를 노출시키게끔 되어 있는 장치를 기판의 윗면상에 위치하게 하고, 옆창을 통과하는 오옴 접촉을 형성하도록 한 장치를 기판의 윗면상에 위치하게 하여 구성시킨 것이다.
본 발명에 의한 쇼트키 장벽 광기전 탐지기 구성방법은 황화카드뮴의 육방정(六方晶)의 C축에 수직이며 상면과 하면이 거의 평행한 웨이퍼(wafer)를 황화카드뮴 단결정 잉고트(ingot)로 부터 절편(切부)하여 만들고 이 웨이퍼의 윗면을 레핑연마 및 부식하여 윗면과 아래면이 평활한 기판을 만들어 적외선 복사선에 대해 거의 불투명한 재질층을 포함하며 1차 중앙창이 있는 적외선 차폐구조를 기판의 윗면에 증착시켜 윤곽을 그리고, 옆창과 2차 중앙창이 있는 절연층을 적외선 차폐구조 위에 증착시켜 윤곽을 그릴때 1차 중앙창보다 다소 작은 2차 중앙창을 1차 중앙창과 일치하도록 하며, 2차 중앙창내부에 쇼트키 장벽 금속막을 증착시켜 윤곽을 그려서 이속에 있는 기판의 일부를 완전 피복하게 하고, 쇼트키 장벽 금속막의 두께를 충분히 얇게하므로서 자외선과 적외선복 사선에 대해 거의 투명하도록 하며, 2차 중앙창과 옆창을 통해 기판의 윗면상에서 연장되는 장벽접촉과 오옴접촉을 증착시켜 윤곽을 그려 쇼트키 장벽 금속막의 주요부분이 노출되게 장벽 접촉을 구성시키는 단계로 되어 있다.
본 발명의 한가지 예에 의하면 표면이 연마된 홈이 없는 황화카드뮴기판의 맨위쪽 표면상에 먼저 적외선 차폐구조를 형성시킨다. 이때 이 구조를 적외선 복사선에 대해 불투명한 한겹(약 1500Å두께)의 금막을 두개의 얇은 티타늄층(약 300Å) 사이에 삽입하는 구조로 만드는 것이 좋다. 티타늄층은 결합제로서 작용한다. 광학적으로 활성인 부분을 형성하는 기판의 조그만 중심부분이 노출되게 보통 네모꼴로 적외선 차폐구조의 윤곽을 만든다. 비교적 두꺼운 이산화 규소막(약 5000Å두께)을 이용하여 적외선 차폐구조를 피복하므로서 그 위에 증착되는 층과 접촉되지 않도록 한다. 이산화규소 절연막속에서 두개의 창을 부식시키는데 하나는 기판의 광학활성인 중심부분과 일치하고, 다른 하나는 나중에 오옴 접촉을 수용하는 부분에 해당하는 것이다.
쇼트키 장벽 금속층은 기판상에 직접 증착된 극히 얇은 백금막인데 이것은 이산화규소막중의 중앙창을 완전히 메운다. 텅스텐 니크롬 또는 금 같은 금속으로 된 경계막을 백금막 주변에 형성하여 장벽접촉 금속막이 쇼트키 장벽의 특성에 영향을 주지 않도록 한다.
장벽 접촉 금속막을 티타늄 접착막과 금막으로 구성하는 것이 좋다. 금막의 두께를 전기도금하여 약 30,000Å 전도되게 두껍게하여 준다. 장벽접촉과 같이 동시에 오옴접촉을 형성한다. 중앙창과 같이 동시에 이산화규소막중에서 부식시킨 2차창은 오옴접촉 금속막이 적외선 차폐구조와 접하도록 한다. 적외선 차폐구조는 아래쪽에 티타늄 접착막에 의하여 오옴접촉이 황화카드뮴 기판의 접합되게 한다. 열간압축 또는 열음파접합에 의해 금도선을 오옴 및 장벽 접촉의 금 부분의 상면에다 접착시킨다.
본 발명을 첨부된 도면을 따라 시술하기도 한다.
제1도-제9도, 제10a도 및 제10b도는 본 발명에 의한 1차예를 여러가지 제조단계로 예시한 것이다. 탐지기의 전반적인 배치는 제10b를 보면 가장 잘 알 수 있다. 여기에는 직접 증착된 조그만 네모꼴의 가상선으로 표시된 적외선 차폐 구조(32)를 갖는 네모꼴의 황화카드뮴 판(30)이 포함되어 있다. 이산화규소로 된 절연층(34)은 자외선 차폐구조를 피복한다. 절연된 적외선 차폐구조로 포위된 광학 활성 부분인 황학카드뮴 판위에다 직접 두께가 얇은 쇼트키 장벽 금속막(36)을 중착시킨다. 오옴 접촉(38) 및 장벽 접촉(40)은 각각 이산화규소 절연층에 있는 별도의 창 내부의 막(36)의 주변을 덮고 있는 경계막 고리(42a, 제10a도) 및 적외선 차폐 구조와 접한다. 제10a도 및 제10b에 예시한 바와 같이 장벽 접촉(40)은 거의 원통형을 하고 있다. 이것은 절연층의 중앙창 내부를 통하며 쇼트키막(36)의 주요부분을 노출시킨다. 한쌍의 랜드(land)(44)가 고리를 사이에 두고 양쪽에 형성된다. 금 도선(46, 48)을 오옴 접촉(38)과 장벽 접촉(40)에 각각 부착시키고 장벽접촉의 랜드(44)중 한 랜드에다 도선(48)을 부착시킨다. 여기서 알아두어야 할 것은 제10a도와 제10b도에 예시된 탐지기는 마이크로전자 장치이다. 예를 들자면 절연층(34)은 한쪽이 0.038인치이고 쇼트키 장벽 금속막(36)의 피복되지 않는 부분의 직경은 0.004인치이다. 도면을 통하여 각종 막의 상대적인 크기는 예시된 예에 따른 구조를 쉽게 알 수 있게 하기 위해 변형되어 있다. 또한 제2도-제9도 및 제12도-제19도에 있어서도 각종막의 높이는 명확히 알 수 있게 하기 위해 중앙창에 예시하지 않았다.
제1도-제9도 및 제10도에 있어서 제조방법과 1차예의 일체식 구조(monolithic architecture)에 대해 상술 하겠다. 다수의 탐지기를 5×5 메트릭스 같은 적당한 배열로 단일 반도체 웨이퍼에서 동시에 제조할 수 있다. 두께가 1mm 정도의 웨이퍼를 황화카드뮴 단결정질 잉고트에서 절편한다. 이것은 저항이 1-20ohm-cm이고 캐리어 농도가 1015-1016cm-3이며 캐리어 이동도가 최소한 200cm2-v-1sec-1인 N형이다. 웨이퍼를 절편하는데 있어서 적합한 방향은 제1도에 예시한 바와 같이 육방정의 C축이 웨이퍼 표면에 대해 수직이 되게하는 것이다. 웨이퍼는 탐지기의 황화카드뮴 판(30)을 형성한다" 이후부터는 기판의 참고번호 30을 웨이퍼와 기판을 번갈아가면서 나타내는데 사용하기로 한다. 염산용액중에서 웨이퍼를 부식하여 웨이퍼의(+) 방향과 (-)방향, 즉 황이 많은 쪽과 카드뮴이 많은 쪽을 각각 나타내게 한다(제1도).
웨이퍼(30)를 작업 고정구위에 올려놓고 두께가 약 0.020-0.030인치 정도되게 적당한 두께로 래핑한다. 황화카드뮴 기판(30)의 두께, 즉 웨이퍼의 두께를 탐지기의 광기전 특성에 영향을 주지 않도록 하여 이범위 이상으로 변화시킬 수 있다. 래핑을 하자면 웨이퍼를 래핑호울더(lapping holder) 위에 고정하여 종래의 회전식 강철 래핑판 위에 둔다. 마이크로 오일(MICRO OLL) No.1 중에서 5u정도의 알루미늄 분말과 같은 래핑슬러리(lapping slurry)를 30초마다 가한다. 웨이퍼의 양면을 래핑하여 평행한 면이 되게 하며 소정의 두께가 될때까지 래핑을 계속한다. 래핑 작업이 끝나면 펠트식 연마포를 이용하여 회전 바퀴위에서 웨이퍼를 연마한다. 초기 연마를 1u 다이아몬드 연마물로 한 후
연마물을 사용하여 최종 연마를 한다. 이때 연마를 하는데 사용되는 고정구마를 연작업사이마다 청소를 하므로서 이전에 사용된 연마재에 의해 오염이 되지 않게하는 것이 좋다.
탐지기의 각종막을 윗면에만 증착시킨다, 따라서 아래면의 래핑작업과 연마작업은 할 필요가 없다.
최종 웨이퍼 제조작업에는 웨이퍼의 윗면으로부터 비단결정 황화카드뮴을 제거하여 표면을 평활하고도 거울같이 가공하므로서 흠이 전혀없도록 하는 부식-연마공정이 포함된다. 측벽이 있는 바퀴를 사용하여 활성 성분이 질산 또는 염산인 부식-연마 용액을 수용한다" 부식-연마작업이 끝나면 웨이퍼를 세척하고 건조한다.
웨이퍼(30)가 제조되면 운반기위에 설치하여 취급이 용이하도록 하는데 운반기는 1×1×0.032인치의 크기로서 유리 슬라이드(glass slide)인 것이 일반적이다. 웨이퍼를 이동시키는 유리슬라이드를 종래의 진공증착 장치에 설치한다.
이후 부터는 황화카드뮴 웨이퍼의 상부에 한개의 탐지기를 제조하는 공정에 대해서만 설명하겠지만 실지는 여러개의 탐지기를 한개의 웨이퍼 상부에 동시에 일정 간격으로 제조한다는 것을 알아야 한다.
진공증착 장치에 있어서 황화카드뮴 판(30)의 상부에 여러가지의 재질로된 막을 증착시켜 적외선 차폐구조(32)를 형성시킨다(제2도).
증착온도는 증착되는 금속 종류에 따라 약 20
-275
C정도의 범위이다. 웨이퍼중의 카드뮴이 많은 쪽이 되게끔 선택한 황화카드뮴판의 윗면에 적외선 차폐 구조를 형성한다. 이때 적외선 차폐구조를 금으로된 막(50)으로 구성하여 적외선 복사선에 대해 불투과성으로 하는데 구성위치는 두개의 얇은 접착금속막(52)사이에 삽입된다. 금막의 두께를 약 500-10,000Å으로 한다. 이때 막(50)을 금으로 만들 경우에는 두께를 약 1,500Å 정도로 하는 것이 좋다. 접착금속은 티타늄이 좋으나 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 하프늄 또는 이들을 여러가지 비율로 혼합해서 된 합금도 사용된다. 또한 각 두께가 약 50-5000Å 정도되는 비교적 얇은 두개의 티타늄막 사이에 금막을 삽입하는 것이 좋은데 각 티타늄막의 두께를 300Å 정도되게 하는 것이 좋다.
종래의 사진 평판 기술을 이용하여 적외선 차폐구조를 구성하는 세개의 금속막이 동일한 네모꼴이 되게하고 적외선 복사선이 통과하는 광학 활성 부분인 중앙의 원호창(54)(제2도)을 형성한다.
적외선 차폐구조의 윤곽을 형성한 후 웨이퍼를 스퍼터링 장치(sputtering apparatus)에 넣고 이산화규소막을 증착시키므로서 절연층(34)을 구성한다(제3도). 한가지 적당한 스퍼터링 장치로는 벨러사(Balzer's High Vacuum Company)에서 제작한 것이다. 이산화규소 절연층은 적외선 차폐구조를 피복하며 그 두께를 약 500-20,000Å정도가 되게 하는데 약 5000Å 정도이면 좋다.
종래의 사진 평판 기술을 이용하여 소정의 절연층 모양을 만든다. 절연층(34)(제10b도)은 일반적으로 네모꼴로 만들며 이 속에 1차 및 2차 창을 구성한다. 2차창(56)(제3도)은 적외선 차폐구조(32)속에 형성된 1차창(54)(제2도)과 위치나 전반적인 모양이 상응한데 창(56)의 크기가 다소 작다는 점만 다르다. 다시 말하자면 2차 중앙창(56)은 1차 중앙창(54)보다 다소 작지만 위치는 일치한다. 이 두 가지는 모두 원형이다. 제2도와 제3도에서 절연층(34)은 창(54)을 이루는 적외선 차폐구조의 내부 가장자리를 중첩하여 황화카드뮴기판(30)과 접한다. 절연층(34)에 형성된 2차창(58)(제3도)은 1차창과 거리가 떨어져 있으며 뒤에 상술되는 오옴 접촉(38)(제10b도)을 수용한다. 절연층(34)을 부식시켜 창(58)을 만들면 층(52)중의 상부층의 조그만 부분이 제거된다.
스퍼터링을 하면 황화카드뮴 기판의 표면을 손상시켜 탐지기의 성능에 나쁜 영향을 준다. 이러한 손상을 적당한 온도(약 275
C정도)에서 일정한 시간(예 : 15분)동안 웨이퍼를 아닐링(annealing)하면 제거된다. 아닐링한 후 얇은 감광성 내식막을 리프트오프메스크(lift-offmask)(60)(제4도)로 사용하여 쇼트키 장벽 금속막을 만든다. 이 리프트 오프 매스크는 절연층(34)의 내부 쇼울드(shoulder)(62)와 중앙창(56)을 제외한 웨이퍼 전체를 피복한다. 리프트 오프 매스크를 만들자면 감광성 내식만을 웨이퍼의 전체 표면위에 증착시킨후, 중앙창 부분은 자외선에 노출시키고 나머지 부분은 자외선을 차단하도록 매스크를 덮는다. 노출된 감광성 내식막은 현상하여 화학적으로 용해제거하면 중앙창(62)과 쇼울더(60)가 노출된다.
리프트 오프 매스크를 형성시킨 후 종래의 진공장치 속에 웨이퍼를 넣고 전자비임 증발에 의해 웨이퍼의 전체 표면위에 두가지 금속막을 증착시킨다. 웨이퍼 표면에 아세톤을 분사하여 리프트 오프 매스크(30)을 용해시킨다.
이렇게 하므로서 제5도에 예시된 리프트 오프 매스크에 중앙창의 부분을 제외하고 두가지 금속막이 제거되기도 한다. 이 그림에 있어서 일부가 기판(36)의 상부에 직적 접하는 두가지 금속막은 쇼트키 장벽 금속막(36)이다. 이들 두 개와 막중의 상부의 막은 경계막(42)이다. 창(56)(제4도)에 있어서 기판의 전체 노출 부분은 막(36)으로 피복된다는 점이 중요하다. 따라서 리프트오프 매스크의 윤곽을 그려서 창(56)과 쇼울드(62)가 피복되지 않도록 한다. 이렇게 하므로서 쇼울드(62)의 상부에 한쌍의 고리모양 막(36',42')(제5도)이 형성된다. 경계막(42)의 중앙부분은 부식시켜 제거하고, 그 나머지 주변 부분을 남겨서 장벽 접촉 금속이 금속층(36)과 황화카드뮴 기판(30) 사이의 접합면에서 형성된 쇼트키 장벽의 성질에 영향을 주지 않도록 한다.
쇼트키 장벽 금속막(36)을 백금, 금, 이리듐 또는 이들을 각종 비율로 혼합하여 만든 합금으로 만드는데 이때 막(36)을 백금으로 만드는 것이 좋다. 막의 두께(36)를 충분히 얇게하여 자외선과 적외선의 복사선에 대해 투과성이 있게 해야 한다.
예를들자면 막(36)을 백금으로 만들경우 두께를 약 Å5-50 정도 되게하는데 이때 약 15Å정도로 하는 것이 좋다. 탤리스탭 프로필로미터(Talystep I profilometer)로 측정하여 Å+5이내에 들어가도록 백금의 깊이를 조절한다.
경계막(42), 금, 텅스텐, 니크롬, 이리듐, 레늄, 파라듐, 로듐 또는 이들의 합금으로 만든다. 이 막(42)을 금으로 만들 경우 두께를 약 100-300Å 정도되게 한다. 막(36,42)을 모두 어떤 경우에 있어서도 동일한 금속으로 만들면 안된다.
웨이퍼(30)을 진공장치중에 넣고 사용하는 오옴 및 장벽 접촉 금속막의 종류에 따라 약 20-235
C 사이에서 적당한 온도로 가열하는데 이때 웨이퍼를 약 175
C 정도로 가열하는 것이 좋다.
이어서 웨이퍼의 전체 표면에 대하여 약 50-5000Å정도, 가능하면 약 300 정도의 접촉 접착막(66) (제6도를 증착시킨다. 그런데 이 접촉접착막을 니크롬, 크롬, 또는 텅스텐을 사용하여 만들수도 있으나 티타늄으로 만드는 것이 좋다. 진공장치중에서 방금 증착된 접촉 접착막위에 접촉 금속막(68)(제6도)을 증착시킨다. 이 접촉 금속막을 금 또는 알루미늄으로 만들 수도 있다. 접촉 금속막(68)을 금으로 만들 경우 두께를 약 100-200Å 정도로 하는 것이좋다.
진공장치에서 웨이퍼를 끄집어 내어 전체 표면을 감광성 내식막으로 코우팅한다. 이 감광성 내식막중에 적당한 반전상을 만들어 웨이퍼 위에 한쌍의 접촉 패드(70,72)(제7도)를 전기도금 하므로서 오옴접촉(38)과 장벽 접촉(40)을 각각 완료한다.
이 패드(70)는 옆창(58)을 완전히 메우며 그 표면은 접촉 금속막(68)에 있는 한쌍의 단계식 막부분(68a, 68b)에 접착된다. 패드(72)에는 막(68)중에 있는 한쌍의 단계식 막부분(68c,68d)에 접착된 중앙창(36)의 표면속에 위치한 아래쪽 원통형 부분이 있다.
패드(70,72)를 접촉 금속막(68)과 같은 종류의 금속으로 만드는데 금으로 만들경우 전기도금하므로서 패드(70)와 막(68a) 및 패드(72)와 막(68c)의 결합 두께가 약 50,000Å 되게하는 것이 좋다.
이와 같은 전기도금이 끝나면 감광성 내식막을 제거하고 전기도금된 패드(70,72) 바로 밑에 있지 않는 접점 금속말(66)의 부분을 제8도에서와 같이 부식한다. 이어서 패드(70,72) 밑에 있지 않는 접점 접착막(66)을 제9도에서와 같이 부식한다. 이렇게 하므로서 오옴 및 장벽 접촉(38,40)은 서로 떨어져 있게 된다. 따라서 제8도와 제9도를 보면 완성된 오옴 접촉(38)이 막부분(66a,66b,68a,68b)과 패드(70)로 되어 있음을 알 수 있다. 마찬가지로 완성된 장벽 접촉(40)은 막부분(66c,66d,68c,68d) 및 패드(72)로 구성되어 있다. 결국 패드(72) 아래에 있지 않은 경계막(42)(제8도)의 부분은 부식되어 제9도에 예시된 바와 같은 쇼트키 장벽금속막(36)을 노출시키게 된다. 경계막중의 나머지 경계막고리(42a)(제9도)는 쇼트키 막(36)의 주변위에 있게 된다. 이렇게 되므로서 티타늄 같은 것으로 된 접촉 접착막부분(66c)이 막(36)과 황화카드뮴 기판(30) 사이에서 형성된 쇼트키 장벽의 특성에 영향을 주지 않게 된다. 막(66c)과 쇼트키 장벽 금속막(36) 사이에 오옴식 접점을 형성하지 않는 금속으로 접촉접착막(66)을 만들 경우 경계막 고리(42a)는 반드시 필요한 것은 아니고 없어도 된다.
이어서 웨이퍼의 면을 고정 작업구면위에 고정하고 웨이퍼의 미가공된 하부 표면이 위족을 향하게 하여 래핑작업을 한다. 웨이퍼의 윗면에 증착된 재질로된 여러가지 막에 손상이 가지 않도록 해야한다. 따라서 다량의 왁스를 고정 작업구에 가하여 탐지기가 래핑 고정구의 금속부분과 접촉하지 않게한다. 웨이퍼의 아래쪽을 0.006인치 정도로 적당한 두께로 래핑하여 앞서나온 바와같이 윗면에 대한 래핑 및 연마의 경우처럼 아래면을 연마한다. 아래면 황화카드뮴 기판의 아래면에 오옴접점을 형성할 경우나 탐지기를 샌드위치식 탐지기로 사용코자 할 경우 동일한 곳에 막을 증착해야 할 경우에만 래핑 및 연마 작업을 할 필요가 있다. 더욱이 기판의 최종 두께는 중요한 것이 아니다. 가공된 탐지기를 비교적 평평한 칩(chip)의 형태로 배치할 필요가 있다는 점에 있어서만 궁극적인 두께에 제한을 받는다 웨이퍼의 아래면을 래핑 및 연마한 후에 웨이퍼를 고정작업구에서 분리하여 세척 및 건조시킨다. 적당한 세척 및 건조 단계에 대해서는 미국특허 제4,000,502호에 상술되어 있다. 이 탐지기를 적외선 차폐구조(32)중에 핀홀이 있는지의 여부에 대해 점검한다. 이러한 핀홀이 있게되면 중앙창(56) 이외의 위치에서 황화카드뮴기판을 통해 외부로부터 의복사선이 들어오기 때문에 핀홀이 없어야한다. 또한 이 핀홀이 있으면 탐지기를 자외선과 적외선의 샌드위치식 구조에서 사용할 경우 황화카드뮴 기판 아래에 있는 적외선 감지기가 적절히 작동하는데 있어서 방해를 하게된다. 웨이퍼를 받침대위에 설치하고 적당한 톱과 연마제 슬러리를 사용하여 작은입방체 크기로 잘라서 각각의 탐지기를 만든다.
한가지 적당한 톱으로는 사우드 베이사(South Bay Technology)에서 만든 것이었다. 이것은 직경이 약 0.005인치되는 톱날을 가지고 있다. 연마제 슬러리는 입자 크기가 5μ인 알루미나분말을 글리세롤과 물에 가하여 만든 것이다.
최종적으로 금 도선(46,48)(제 10a도)을 열압축 또는 열음파 접착법에 의해 오옴 접촉(36)과 장벽접촉(40)에 각각 부착시킨다. 고속도로 도선을 이 방법으로 부착시킬 수 있는 장치가 시판되고 있으며 오옴 접촉과 장벽접촉을 기판의 동일한 쪽에 고속도로 접착시킬 수 있다. 전도성 에폭시를 사용하여 각각의 해당접촉에 도선을 부착시킬 필요는 없다. 열압축 접착법을 사용하면 도선의 끝에 송이버섯 같은 둥근 돌출부가 형성되어 도선을 금 접점 패드(72,72)에 견고히 접착시키므로 금이 접점막으로 사용하기 좋다 제10a도에 있어서 중앙창(56)을 둘러싸고 있는 막(42a,66c,68c)의 높이를 알 수 있다.
여러가지 막으로 된 탐지기를 구성하는 방법을 이용하므로서 기판(30)의 윗면과 인접하여 보상막(제10a도)을 형성시킬 수 있다. 이것의 하부 평면 경계는 제10a도에서 가상선으로 나타내었다. 이 보상막은 애벌란쉬(avanlanch) 영역을 형성하므로서 과도한 전압이 걸릴 경우 탐지기를 보호하게 된다. 탐침, 헤더(header) 같은 부착된 접촉을 통해 사람으로부터 장치로 정전기가 방전될 때 이러한 현상이 일어난다. 보호되지 않은 탐지기는 절연층(34)에서 수백볼트의 전위차를 발생한다. 이러한 전위차가 있으면 절연층에서 유전체가 파괴되므로 탐지기에 영구손상을 주게된다. 보상막(76)으로 인하여 황화카드뮴 기판내부에 전장을 형성하게 되는데 이것은 절연층에 대해서보다 훨씬 신속히 형성된다.
황화카드뮴 기판내에서 전장이 어떤 한계치를 넘게되면 애벌란식 효과에 의하여 반도체 기판내부에 도체 통로가 형성된다. 전압이 방출되면 전류이동은 중단되고 탐지기에 하등의 영구 손상을 주지 않는다.
제11도는 본 발명의 2차 예에 의한 자외선과 적외선 탐지기의 샌드위치형식의 것이다. 이 탐지기의 윗 부분은 제10a도와 제10b도에 나온 자외선 탐지기의 1차 예에 속하는 것이다. 이 자외선/적외선 탐지기의 아래 부분은 적당한 P-N접합광기전 다이오우드 형태의 적외선 감지기(78)이다. 한가지 적당한 다이오우드는 안 티몬화 인듐반도체 물질을 사용한 것이다. 적외선감지기(78)은 자외선 탐지기의 아래면에 근접하여 위치한다. 다시 말하자면 P와 N반도체 물질은 적외선 감지기를 형성하는 것으로서 자외선 탐지기의 황화 카드뮴기판의 아래면에 직접 결합되는 것은 아니다. 자외선 탐지기의 적외선 차폐구조(32)를 적외선 감지기(78)의 모서리너머로 연장시키므로서 이 감지기가 자외선 탐지기의 중앙칭(56)을 통하여서만 적외선 복사선을 받는다.
이산화 규소는 몇가지 황화카드뮴 표면과 결부하여 빈약한 결합특성을 나타낸다고 알려져 있다. 제12도-제20도에 예시된 본 발명에 인한 3차예에서는 이러한 문제점을 해결하므로서 절연층의 신뢰성을 보장하고 있다. 제1도-제21도를 통해서 별도로 명시한 경우외에는 동일한 부분은 동일한 참고 번호로 표시되어 있다.
3차 예를 구성하는 방법의 초기 단계는 제1도와 제2도에서 상술한 것들과 같다. 적외선 차폐구조(32)를 형성하고 나면 스퍼터링 장치중에 웨이퍼를 넣고 예열하여 두께가 약 1000Å정도인 이산화규소의 비교적 얇은 1차막(80) (제12도)을 증착시키므로서 웨이퍼의 전 표면을 피복시킨다. 이 막을 평판사진 기술을 이용하여 1차창(58)을 형성시키는데, 이것은 1차예에서 상술한 바와 같이 실시한다. 웨이퍼를 약 275
C 정도에서 약 15분간 아닐링하므로서 스퍼트링 과정에서 생긴 황화카드뮴 기판에 대한 손상을 제거한다.
아닐링후에 쇼트키 장벽금속막(36)과 경계금속막(42)을 증착시키고 제13도와 제14도에 예시한 바와같이 윤곽을 형성하는데 이 과정은 제4도와 제5도에서 상술한 것과 유사하다. 웨이퍼를 다시 스퍼터링 장치속에 넣고 이산화규소의 1차막(80)의 상부에 두께가 약 4000Å 정도인 이산화규소의 비교적 두꺼운 2차막(82)을 증착시킨다. 사진평판 기술을 다시 활용하여 2차 절연층(82)의 윤곽을 형성하므로서 1차 및 2차창(56,58)을 만든다. 그러나 이때에 이산화규소의 2차막으로 윤곽을 그려 이산화규소의 1차막(80)에서 부식시킨 것보다, 다소 작은 활성면적을 가진 창(56')을 만든다. 단일부식단계를 사용하면 절연층(80,82)과 막(52)중의 윗쪽막의 두 가지에 있는 부분이 제거되어 창(58)이 형성된다. 1차예에 의한 제6도에서 상술한 바와 같이하여 웨이퍼의 상부 접촉 접착막(66)과 접촉 금속막(68)을 증착시킨다. 제16도, 접점(70,72)' 패드(70,72)는 제17도에 예시한 바와 같이 전기 도금을 하여 구성한다. 1차예의 방식과 유사한 방식으로 접점 패드(70,72)의 아래에 있지 않은 막(66,68) 부분을 제18도와 제19도에서 처럼 성공적으로 부식시킬 수 있다. 이렇게 하므로서 오옴접촉(38)과 장벽접촉(40) 이상호간에 분리된다. 제19도에 예시한 바와같이 경계막(42)의 노출된 부분을 중앙창(56)에서 부식하여 버리면 경계막 고리(42a)가 남게된다.
제20도에 예시한 바와 같이 금도선(46,48)을 1차예에서와 같이 열압축 또는 열음파 접착법에 의해 각각 오옴 접촉(38)과 장벽 접촉(40)에 부착시킨다. 웨이퍼의 아래면을 가공하고 톱질하여 개개의 탐지기 단위로 잘라 최종적으로 각 탐지기를 시험하는 것에 대한 예는 1차예에서 요약한바 있다.
Claims (1)
- 윗면과 아랫면을 갖는 황화카드뮴 기판(30)과, 근본적으로 적외선 복사선에 대해 불투명한 재질층으로된 적외선 차폐층(32) 및 절연층(34)과 쇼트키 금속층(36)을 포함하는 적외선 및 자외선 감지용 쇼트키장벽 광기전 탐지기에 있어서, 기판의 윗면을 덮고 제1차 중앙창(54)이 형성되어 있는 적외선 차폐층과, 적외선 차폐층을 덮고, 제2중앙창(56)과 옆창(58)이 형성되어 있으며 제2차 중앙창은 제1차 중앙창 보다 크기는 다소 작으나 위치는 같은 절연층 및 제2차 중앙창 내부에 위치하며, 내부에서 노출된 기판의 표면을 완전히 덮고 적외선과 자외선 복사선에 대해 근본적으로 투과성을 갖도록 충분히 얇은 쇼트키 장벽 금속층과, 기판의 윗면위에 위치하고 쇼트키 금속층의 주요부가 노출되도록 제2차 중앙창 둘레에 뻗어있는 장벽 접촉(40)와, 기판의 윗면 표면위에 위치하고 옆창을 통해 뻗어있는 오옴 접촉(38)와, 오옴 접촉과 장벽 접촉이 함께 기판의 윗면위에 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 및 자외선 감지용 쇼트키 장벽과 광기전 탐지기.
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