RU2522681C2

RU2522681C2 - Method of making photodetector array

Info

Publication number: RU2522681C2
Application number: RU2012138224/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Филачев; Алексей Алексеевич Лопухин; Лариса Васильевна Киселева; Анна Алексеевна Рябова; Елена Анатольевна Кожаринова; Елена Васильевна Умникова
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2012138224A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of producing semiconductor photodetectors and can be used to design multielement photodetectors for various purposes. Producing a photodetector array from bulk material requires thinning the base region of an array photosensitive element to thickness of 10-15 mcm. The thinning process includes chemical-mechanical polishing to thickness of the base region of the photosensitive element of 80-100 mcm and chemical-dynamic polishing to final thickness. A photosensitive element with a thick base region is made with a peripheral region which is not coated with a dielectric coating on the front side of a chip with thickness of 200-300 mcm. Thinning completely eliminates a peripheral non-etched part of the dielectric coating on the front side of the array photosensitive element.

EFFECT: high quality of the photodetector by preventing remains of a non-etched part of the dielectric coating on the side where an antireflection coating is deposited.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.The invention relates to a manufacturing technology of semiconductor photodetectors and can be used to create multi-element photodetectors for various purposes.

Изготовление матричного фотоприемника (МФП) из объемного материала требует утоньшения базовой области матричного фоточувствительного элемента (МФЧЭ) до толщины 10÷15 мкм.The fabrication of a matrix photodetector (MFP) from a bulk material requires thinning the base region of the matrix photosensitive element (MFCE) to a thickness of 10–15 μm.

Известен способ изготовления матричного фотоприемника [патент на изобретение РФ №2343590], заключающийся в том, что утоньшение базовой области матричного фоточувствительного элемента осуществляют с использованием промежуточной подложки. Для этого фоточувствительный элемент приклеивают промежуточным клеем-расплавом на промежуточную несущую подложку из лейкосапфира. Затем другую сторону фоточувствительного элемента, свободную от приклейки, утоньшают химико-механической обработкой до нужной толщины (10÷20 мкм) и проводят анодное оксидирование. После чего приклеивают к обработанной стороне стационарным оптическим клеем несущую подложку из высокоомного полированного кремния и удаляют промежуточную несущую подложку вместе с промежуточным клеем-расплавом. Гибридизацию фоточувствительного элемента с кремниевой БИС мультиплексора осуществляют после процесса утоньшения базовой области.A known method of manufacturing a matrix photodetector [patent for the invention of the Russian Federation No. 2343590], which consists in the fact that the thinning of the base region of the matrix photosensitive element is carried out using an intermediate substrate. For this, the photosensitive element is glued with an intermediate hot melt adhesive to the intermediate bearing substrate of leucosapphire. Then the other side of the photosensitive element, free of gluing, is thinned by chemical-mechanical treatment to the desired thickness (10 ÷ 20 μm) and anodic oxidation is carried out. After that, a carrier substrate of high resistance polished silicon is glued to the treated side with stationary optical glue and the intermediate carrier substrate is removed together with the intermediate hot melt adhesive. Hybridization of the photosensitive element with a silicon LSI multiplexer is carried out after the process of thinning the base area.

Недостатком этой технологии являются потери полезного сигнала при прохождении ИК-излучения в несущей подложке из кремниевого материала и оптическом клее. В некоторых случаях наблюдается искажение сигнала за счет интерференции в клеевом слое. Кроме того, возникают трудности при переклейке «тонкой» структуры.The disadvantage of this technology is the loss of the useful signal during the passage of infrared radiation in a carrier substrate of silicon material and optical glue. In some cases, signal distortion due to interference in the adhesive layer is observed. In addition, difficulties arise when re-sticking a “thin” structure.

Известен способ изготовления матричного фотоприемника из объемного материала, принятый в качестве прототипа [Тезисы докладов XIX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения 23-26 мая 2006 г., Киселева Л.В. и др. «Исследование характеристик матричного фотоприемника с тонкой базовой областью на основе InSb», 2006 г., стр.118], заключающийся в том, что утоньшение базовой области фоточувствительного элемента проводят после гибридизации матричного фоточувствительного элемента и БИС мультиплексора. Процесс утоньшения включает химико-механическую полировку до толщины базовой области фоточувствительного элемента 80÷100 мкм и химико-динамическую полировку до конечной толщины.A known method of manufacturing a matrix photodetector from bulk material, adopted as a prototype [Abstracts of the XIX International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics and Night Vision Devices on May 23-26, 2006, LV Kiseleva et al. “The study of the characteristics of a matrix photodetector with a thin base region based on InSb”, 2006, p.118], namely, that the thinning of the base region of the photosensitive element is carried out after hybridization of the matrix photosensitive element and the LSI multiplexer. The process of thinning includes chemical-mechanical polishing to a thickness of the base region of the photosensitive element 80 ÷ 100 μm and chemical-dynamic polishing to a final thickness.

Однако в известном устройстве после химико-динамической полировки за счет уменьшения габаритов элемента остается периферийная нестравленная часть диэлектрического покрытия на лицевой стороне МФЧЭ (например, покрытие SiO толщиной 4000 А и шириной 200 мкм), которая затрудняет вымывание защитного состава из пространства индиевых микроконтактов, хаотически разрушается в результате отмывки и загрязняет поверхность со стороны утоньшения перед операцией нанесения просветляющего покрытия.However, in the known device, after chemical-dynamic polishing, due to a decrease in the size of the element, the peripheral non-etched part of the dielectric coating on the front side of the MFCE remains (for example, a SiO coating 4000 A thick and 200 μm wide), which makes it difficult to wash out the protective composition from the space of indium microcontacts, it is randomly destroyed as a result of washing and contaminates the surface from the thinning side before the operation of applying an antireflection coating.

Предложенное изобретение решает задачу создания простого и надежного способа исключения появления остатков нестравленной части диэлектрического покрытия со стороны нанесения просветляющего покрытия.The proposed invention solves the problem of creating a simple and reliable method for eliminating the appearance of residues of an unedited part of the dielectric coating from the side of applying an antireflection coating.

Технический результат в изобретении достигается тем, что фоточувствительный элемент с толстой базовой областью изготавливают с не закрытой диэлектрическим покрытием периферийной областью на лицевой стороне кристалла шириной 200-300 мкм. Таким образом, в результате утоньшения кристалла до нужной толщины (10÷15 мкм) полностью отсутствует периферийная нестравленная часть диэлектрического покрытия на лицевой стороне МФЧЭ.The technical result in the invention is achieved by the fact that a photosensitive element with a thick base region is made with an uncovered dielectric coating with a peripheral region on the front side of the crystal with a width of 200-300 μm. Thus, as a result of thinning the crystal to the desired thickness (10–15 μm), the peripheral non-etched part of the dielectric coating on the front side of the MFCE is completely absent.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

На фиг.1 показан матричный фоточувствительный элемент с толстой базовой областью и с незакрытой диэлектрическим покрытием периферийной областью на лицевой стороне кристалла шириной 200-300 мкм.Figure 1 shows a matrix photosensitive element with a thick base region and with an uncovered dielectric coating, a peripheral region on the front side of the crystal with a width of 200-300 μm.

На фиг.2 и фиг.3 показан результат утоньшения по описанному способу матричного фоточувствительного элемента InSb с габаритами 10,505×8,605 мм, гибридизированного с БИС мультиплексора, от толщины 400 мкм до толщины 10÷12 мкм. При этом габариты утоньшаемого фоточувствительного элемента InSb уменьшились не более чем на 200 мкм с каждой из четырех сторон.Figure 2 and figure 3 shows the result of thinning according to the described method of the matrix photosensitive element InSb with dimensions of 10.505 × 8.605 mm, hybridized with LSI multiplexer, from a thickness of 400 microns to a thickness of 10 ÷ 12 microns. At the same time, the dimensions of the thinned InSb photosensitive element decreased by no more than 200 μm from each of the four sides.

Для осуществления изобретения осуществляют следующую последовательность действий:To implement the invention carry out the following sequence of actions:

- Изготавливают фоточувствительный элемент с толстой базовой областью с не закрытой диэлектрическим покрытием периферийной областью на лицевой стороне кристалла шириной 200-300 мкм (фиг.1).- A photosensitive element is made with a thick base region with a dielectric coating not covered by a peripheral region on the front side of the crystal with a width of 200-300 μm (Fig. 1).

- Осуществляют гибридизацию БИС мультиплексора с толстой базовой областью (толщиной 0,4÷1 мм) фоточувствительного элемента посредством индиевых столбиков.- Hybridize the LSI multiplexer with a thick base region (0.4 ÷ 1 mm thick) of the photosensitive element by means of indium columns.

- Утоньшают толстую базовую область МФЧЭ прецизионными бездефектными методами химико-механической полировкой (до толщины 100÷80 мкм) и химико-динамической полировкой до конечной толщины 10÷15 мкм (тонкая базовая область МФЧЭ).- Thinning the thick base region of MFCE with precision, defect-free methods by chemical-mechanical polishing (to a thickness of 100 ÷ 80 μm) and chemical-dynamic polishing to a final thickness of 10 ÷ 15 μm (thin base region of MFCE).

- Наносят защитное и просветляющее покрытие на отмытую поверхность тонкой базовой области МФЧЭ после процесса отклеивания мультиплексора от крепежного устройства.- Apply a protective and antireflection coating to the washed surface of the thin base area of the MFCE after the process of peeling off the multiplexer from the mounting device.

Предлагаемый способ был опробован в ФГУП «НПО «Орион» при создании экспериментальных и опытных образцов матричных фотоприемников на основе антимонида индия (InSb). Однако предлагаемый способ применим и к другим полупроводниковым материалам.The proposed method was tested in the FSUE "NPO" Orion "when creating experimental and prototypes of matrix photodetectors based on indium antimonide (InSb). However, the proposed method is applicable to other semiconductor materials.

Claims

A method of manufacturing a matrix photodetector, in which the photosensitive element is hybridized with an LSI multiplexer and the base region of the photosensitive element is thinned, characterized in that the photosensitive element is made with a peripheral region on the front side of the crystal that is not covered by a dielectric coating.