RU2703840C1 - Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703840C1 RU2703840C1 RU2019100668A RU2019100668A RU2703840C1 RU 2703840 C1 RU2703840 C1 RU 2703840C1 RU 2019100668 A RU2019100668 A RU 2019100668A RU 2019100668 A RU2019100668 A RU 2019100668A RU 2703840 C1 RU2703840 C1 RU 2703840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- photoconverter
- substrate
- mesa
- diode
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 9
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 18
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001243 acetic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L31/1808—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only Ge
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия. Также предложено устройство для осуществления описанного выше способа. Изобретения обеспечивают увеличение выхода годных фотопреобразователей с утоненной до толщины ~20 мкм германиевой подложкой. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к способам изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенных на германиевой подложке, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую.
Известен способ утонения обратной стороны полупроводниковых пластин, принятый за аналог, включающий этапы грубой шлифовки с высокой скоростью для удаления основной части полупроводникового материала, шлифовки с низкой скоростью для удаления большей части нарушенного полупроводникового слоя и заключительной обработки для удаления остаточного нарушенного слоя и снятия механических напряжений (см. статья Д. Боднарь «Ультратонкие пластины как тенденция развития полупроводниковых технологий». Журнал «Компоненты и технологии», вып. 11, стр. 180-186, 2012 г.)
Для выполнения заключительного этапа утонения обратной стороны пластины применяются: механическая полировка, плазменное травление, химическое травление.
Недостаток способа заключается в многостадийности процесса утонения, удлиняющей технологический маршрут, конструктивной сложности применяемого оборудования.
Известен способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом (патент РФ №2415420, опубл. 10.05.2014 г.), принятый за прототип, в котором создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивную маску с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя со встроенным диодом; вытравливают диодную площадку; напыляют слои лицевой металлизации; удаляют фоторезист; создают фоторезистивную маску с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода; вытравливают мезу с одновременным удалением эпитаксиальных наростов на тыльной стороне германиевой подложки; наносят защитное покрытие на лицевую сторону пластины: слой фоторезиста ФП 9120-2 и слой хлорвинилового клея методом центрифугирования; стравливают германиевую подложку химико-динамически в растворе азотной, плавиковой и уксусной кислот за два цикла травления; удаляют защитное покрытие; напыляют слои тыльной металлизации; отжигают контакты; вскрывают оптическое окно травлением; напыляют просветляющее покрытие; разделяют пластину на чипы фотопреобразователей с помощью дискового реза; выпрямляют фотопреобразователь со встроенным диодом посредством охлаждения в жидком азоте.
Недостатки способа-прототипа заключаются в том, что стравливание германиевой подложки до толщин ~100 мкм выполняется за два цикла травления; используемый для защитного покрытия слой хлорвинилового клея удаляется путем отслаивания, в результате увеличивается трудоемкость операции. Кроме того, данным способом невозможно изготовить фотопреобразователь с толщиной подложки менее 50 мкм в связи с интенсивным трещинообразованием.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым способом утонения германиевой подложки, следующие: 1) создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода; 2) вытравливание диодной площадки; 3) напыление слоев лицевой металлизации; 4) удаление фоторезиста; 5) создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода; 6) вытравливание мезы; 7) нанесение защитного покрытия; 8) стравливание подложки; 9) удаление защитного покрытия; 10) напыление слоев тыльной металлизации; 11) отжиг контактов; 12) вскрытие оптического окна травлением; 13) нанесение просветляющего покрытия; 14) разделение пластины; 15) выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте.
Отличительные признаки, предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, обеспечивающие ему соответствие критерию «новизна», следующие: после вытравливания мезы формируют дисковым резом углубление в меза-канавке; наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления; наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя; стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы; после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя; выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.
Технический результат, достигаемый в способе изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, заключается в увеличении выхода годных фотопреобразователей и снижении трудоемкости операции утонения за счет: стравливания германиевой подложки до толщины ~20 мкм за один цикл травления; разделении пластины на чипы в процессе утонения подложки; напылении тыльной металлизации на чипы, закрепленные на носителе; применении защитного покрытия, легко удаляемого в растворителях.
Для обоснования соответствия предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных технических решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого способа, дающих вышеуказанный технический результат. Поэтому, по мнению автора, предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке соответствует критерию «изобретательский уровень».
Достигается это тем, что в способе изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, включающем создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, после вытравливания мезы формируют дисковым резом углубление в меза-канавке; наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.
Предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке иллюстрирован на фиг. 1÷8.
На фиг. 1 представлен общий вид полупроводниковой пластины с выполненным углублением от дискового реза и защитным покрытием.
На фиг. 2 представлен вид полупроводниковой пластины, наклеенной защитным покрытием на выступы носителя.
На фиг. 3 представлен вид полупроводниковой пластины после утонения и разделения на чипы фотопреобразователей.
На фиг. 4 представлен вид чипов фотопреобразователя на носителе после напыления тыльной металлизации.
На фиг. 5 представлен вид чипов фотопреобразователей после снятия с диска носителя.
На фиг. 6 представлен вид чипов фотопреобразователей: после отжига контактов и выпрямления.
На фиг. 7а, б представлен вид чипов фотопреобразователей: а) - после напыления просветляющего покрытия; б) - после выпрямления.
На фиг. 8а, б представлены: а) - фотография поперечного сечения и б) - вольт-амперная характеристика изготовленных фотопреобразователей.
Известно устройство химико-динамического травления германиевых подложек, принятое за аналог (см. патент РФ №2520955, опубл. 27.06.2014 г.), включающий платформу с реакционными сосудами, выполненную с возможностью совершения орбитального движения в горизонтальной плоскости, при этом платформа выполнена в виде короба и снабжена цилиндрическими ванночками, причем на дно ванночек установлены диски вкладышей, на которых горизонтально расположены пластины подложкой вверх, кроме того, крышки-втулки ванночек выполнены с возможностью ограничения толщины слоя травителя на поверхности пластины, а дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой.
Устройство применимо в технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадной структуре, выращенной на германиевой подложке. Формируют защитное покрытие лицевой стороны пластины с использованием фоторезиста ФП2550. Стравливают германиевую подложку до толщины 70÷80 мкм за два цикла травления в растворе состава: HF:H2O2:H2O=1÷1÷4, объемом ~25 мл.
Недостаток устройства-аналога заключается в многостадийности процесса утонения подложки, увеличивающей трудоемкость операции, кроме того, соударение пластин с выступающим краем боковой стенки вкладыша может приводить к выщерблению кромки, трещинообразованию и снижению выхода годных приборов.
Известно устройство химико-динамического травления, принятое за прототип (см. патент РФ №2589517, опубл. 10.07.2016 г.), в котором платформа, выполненная с возможностью совершения орбитального движения в горизонтальной плоскости, имеет форму короба и снабжена цилиндрическими ванночками, в которых располагаются пластины подложкой верх, при этом дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой, а сами ванночки снабжены перемешивающим плоским диском круглой формы из полипропилена с определенной конфигурацией технологических отверстий и возможностью скольжения по поверхности подложки в слое травителя за счет орбитального движения платформы, кроме того, перемешивающий диск снабжен фторопластовыми вставками и держателем.
Недостатки устройства-прототипа заключаются в том, что утоненные пластины извлекаются из ванночки с помощью изогнутого полимерного шпателя, при этом, в случае стравливания подложки до толщин менее 80 мкм, это может привести к механическому повреждению края и трещинообразованию пластины. Защитный слой фоторезиста ФП 2550 при соприкосновении с воздухом растрескивается, что нежелательно, так как при промывке происходит воздействие удаляемого травителя на пластину по щелям в маске. Кроме того, многостадийность процесса утонения увеличивает трудоемкость операции.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым устройством для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, следующие: платформа, выполненная с возможностью совершения орбитального движения в горизонтальной плоскости, имеющая форму короба и снабженная цилиндрическими ванночками, в которых располагаются пластины подложкой вверх, при этом дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой, а сами ванночки снабжены перемешивающим диском из полипропилена с определенной конфигурацией технологических отверстий и возможностью скольжения по поверхности подложки в слое травителя за счет орбитального движения платформы, кроме того, перемешивающий диск снабжен фторопластовыми вставками и держателем.
Отличительные признаки предлагаемого устройства для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, обеспечивающие ему соответствие критерию «новизна» следующие: ванночки дополнительно снабжены вкладышем, боковая стенка которого встроена в стенку ванночки, кроме того, вкладыш имеет горизонтально расположенное опорное кольцо, на котором размещается диск-носитель с выступами для приклеивания пластин.
Технический результат применения предлагаемого устройства для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке заключается в увеличении выхода годных фотопреобразователей, изготовленных с утонением подложки до толщины ~20 мкм за счет устранения факторов механического травмирования края и трещинообразования пластины; снижении трудоемкости операции утонения за счет стравливания подложки за один цикл.
Для обоснования соответствия предлагаемого устройства для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных технических решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков вышеупомянутого предлагаемого устройства, дающих вышеуказанный технический результат.
Поэтому, по мнению автора, предлагаемое устройство для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке соответствует критерию «изобретательский уровень».
Достигается это тем, что в устройстве для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, включающем платформу, выполненную с возможностью совершения орбитального движения в горизонтальной плоскости, имеющую форму короба и снабженную цилиндрическими ванночками, в которых располагаются пластины подложкой вверх, при этом дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой, а сами ванночки снабжены перемешивающим диском из полипропилена с определенной конфигурацией технологических отверстий и возможностью скольжения по поверхности подложки в слое травителя за счет орбитального движения платформы, кроме того, диск снабжен фторопластовыми вставками и держателем, ванночки дополнительно снабжены вкладышем, боковая стенка которого встроена в стенку ванночки, а также имеющим горизонтально расположенное опорное кольцо, на котором размещается диск - носитель с выступами для приклеивания пластины.
Предлагаемое устройство для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке представлено на фиг. 9 и содержит: 1 - ванночку для травления; 2 - раствор травителя; 3 - вкладыш; 4 - опорное кольцо вкладыша; 5 - полупроводниковую пластину с германиевой подложкой; 6 - диск-носитель с выступами для приклеивания пластин 7; 8 - перемешивающий диск из полипропилена с технологическими отверстиями 9; 10 - фторопластовые вставки в перемешивающем диске; 11 - держатель перемешивающего диска; 12 - платформу; 13 - проточную воду.
Диск-носитель 6 изготовлен на основе кремниевой полупроводниковой пластины диаметром ∅100 мм, толщиной ~500 мкм, на которой вертикально закреплены элементы прямоугольной формы, вырезанные из кремниевой полупроводниковой пластины и образующие выступы 7 высотой 5 мм (в качестве варианта исполнения).
На фиг. 10 представлен вид ванночки 1 для травления в сборе с вкладышем 3 и перемешивающим диском 8.
В качестве конкретного примера предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его реализации использованы в технологии изготовления трехкаскадных фотопреобразователей с эпитаксиальной структурой GaInP/GaAs/Ge, выращенной на германиевой подложке диаметром ∅~100 мм, толщиной 145÷155 мкм.
Предварительно создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивную маску с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и встроенного диода; вытравливают диодную площадку; напыляют слои лицевой металлизации; удаляют фоторезист; создают фоторезистивную маску с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода; вытравливают мезу. Далее формируют дисковым резом углубление в меза-канавке. Величина углубления от дискового реза составляет ~30 мкм. Наносят защитное покрытие на лицевую сторону пластины формированием последовательно слоев позитивного ФП 9120-2, негативного Aznlof 2070 фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали Universal методом распыления (см. фиг. 1). Общая толщина защитного покрытия составляет ~12 мкм. Тонкий слой позитивного фоторезиста ~2 мкм необходим для обеспечения хорошей адгезии защитного покрытия к поверхности полупроводниковой пластины 5. Толстый слой ~10 мкм негативного фоторезиста необходим в последующем для защиты лицевой поверхности полупроводниковой пластины 5 от проникновения травителя 2, от подпыла при напылении тыльной металлизации, а также для снятия чипов фотопреобразователей, приклеенных к выступам 7 диска-носителя 6, путем растворения защитного покрытия.
Позитивный и негативный фоторезисты имеют различные растворители и перемешиваются незначительно. Слой быстросохнущей эмали проникает в негативный фоторезист и служит связкой, предотвращающей защитное покрытие от растрескивания в процессе травления и при последующем соприкосновении с воздухом. Далее полупроводниковую пластину 5 приклеивают защитным покрытием к выступам 7 диска-носителя 6, используя эпоксидный клей «Контакт» (см. фиг. 2,). Укладывают диск-носитель 6 с полупроводниковой пластиной 5 на опорное кольцо 4 вкладыша 3. Помещают вкладыш 3 в ванночку 1, расположенную на платформе 12 в виде короба с проточной водой 13. Заполняют ванночку 1 травителем 2. В качестве травителя 2 используют водный раствор плавиковой кислоты и перекиси водорода состава HF:H2O2:H2O=1:1:4. Объем раствора составляет 130 мл. Помещают перемешивающий диск 8 в ванночку 1, при этом, благодаря утяжеляющим фторопластовым вставкам 10, перемешивающий диск 8 полностью погружен в травитель 2 и расположен на поверхности германиевой подложки 5 (см. фиг. 9, 10). В качестве утяжеляющего элемента может быть использовано фторопластовое кольцо, располагаемое по краю перемешивающего диска 8. Далее выполняют химико-динамическое травление германиевой подложки 5 до углубления в меза-канавке, при этом происходит разделение пластины на чипы фотопреобразователей. Толщина утоненной германиевой подложки составляет ~20 мкм. Средняя скорость травления ~2,5 мкм/мин. Травитель 2 сливают, придерживая перемешивающий диск за держатель 11, промывают ванночку 1 деионизованной водой. Извлекают вкладыш 3 с полупроводниковой пластиной 5 на диске-носителе 6 (см. фиг. 3). Затем напыляют слои тыльной металлизации на чипы, закрепленные на диске-носителе 6 (см. фиг. 4). Удаляют защитное покрытие в деметилформамиде с одновременным откреплением чипов от диска-носителя 6 (см. фиг. 5). Отжигают контакты. Выпрямляют металлизированные чипы охлаждением в парах азота (см. фиг. 6).
Вскрывают оптическое окно травлением. Наносят просветляющее покрытие TiO2/Al2O3. Выпрямляют фотопреобразователь со встроенным диодом посредством охлаждения (см. фиг. 7а, б).
Изготовленный трехкаскадный фотопреобразователь со встроенным диодом габаритными размерами 40×80 мм на утоненной германиевой подложке (см. фиг. 8 а, б) имеет вес ~0,6 г, коэффициент полезного действия КПД более 29%.
Разделение полупроводниковой пластины на чипы фотопреобразователей осуществляется в процессе стравливания германиевой подложки; напыляют тыльную металлизацию на чипы фотопреобразователей, закрепленные на диске-носителе 6, при этом устраняются факторы, вызывающие механическое повреждение края и трещинообразование, связанные с соприкосновением поверхностей. Предложенное защитное покрытие не растрескивается в процессе травления и последующего напыления, обеспечивает защиту лицевой поверхности полупроводниковой структуры от подпыла, легко удаляется в растворителях. Диск-носитель 6 с выступами 7, на которые приклеивается защитное покрытие, имеет близкий коэффициент термического расширения с германиевой подложкой, что необходимо во избежание коробления чипов в процессе нагрева при напылении тыльной металлизации. Узкие выступы 7 диска - носителя 6 обеспечивают доступ растворителя к наклеенному участку защитного покрытия, его быстрое вымывание и открепление чипов фотопреобразователей. Применение вкладыша 3 необходимо для безопасного извлечения из ванночки 1 и снятия с опорного кольца 4 диска-носителя 6 с утоненной полупроводниковой пластиной 5. В процессе травления полипропиленовый перемешивающий диск 8 полностью погружен в раствор под действием утяжеляющих фторопластовых вставок 10, при этом объем травителя 2 выбирается достаточным для стравливания германиевой подложки до толщины 20÷30 мкм за один цикл.
Claims (2)
1. Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, включающий создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, отличающийся тем, что после вытравливания мезы формируют дисковым резом углубление в меза-канавке, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.
2. Устройство для осуществления способа изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке, содержащее платформу, выполненную с возможностью совершения орбитального движения в горизонтальной плоскости, имеющую форму короба и снабженную цилиндрическими ванночками, в которых располагаются пластины подложкой вверх, при этом дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой, а сами ванночки снабжены перемешивающим диском из полипропилена с определенной конфигурацией технологических отверстий и возможностью скольжения по поверхности подложки в слое травителя за счет орбитального движения платформы, кроме того, перемешивающий диск снабжен фторопластовыми вставками и держателем, отличающееся тем, что ванночки дополнительно снабжены вкладышем, боковая стенка которого встроена в стенку ванночки, и имеющим горизонтально расположенное опорное кольцо, на котором размещается диск-носитель с выступами для приклеивания пластин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100668A RU2703840C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100668A RU2703840C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703840C1 true RU2703840C1 (ru) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019100668A RU2703840C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703840C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741743C1 (ru) * | 2020-03-10 | 2021-01-28 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов |
| RU2787955C1 (ru) * | 2021-09-15 | 2023-01-13 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке |
| CN115805177A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-17 | 宣城海螺建筑光伏科技有限公司 | 一种减少bipv芯片涂黑的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003012880A2 (en) * | 2001-07-27 | 2003-02-13 | Emcore Corporation | Solar cell having a bypass diode for reverse bias protection and method of fabrication |
| RU2515420C2 (ru) * | 2012-08-16 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом |
| RU2577826C1 (ru) * | 2014-12-01 | 2016-03-20 | Публичное акционерное общество "Сатурн" | Способ вытравливания контактной площадки встроенного диода фотопреобразователя |
| RU2589517C1 (ru) * | 2015-04-23 | 2016-07-10 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Устройство химико-динамического травления германиевых подложек |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019100668A patent/RU2703840C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003012880A2 (en) * | 2001-07-27 | 2003-02-13 | Emcore Corporation | Solar cell having a bypass diode for reverse bias protection and method of fabrication |
| RU2515420C2 (ru) * | 2012-08-16 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом |
| RU2577826C1 (ru) * | 2014-12-01 | 2016-03-20 | Публичное акционерное общество "Сатурн" | Способ вытравливания контактной площадки встроенного диода фотопреобразователя |
| RU2589517C1 (ru) * | 2015-04-23 | 2016-07-10 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Устройство химико-динамического травления германиевых подложек |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741743C1 (ru) * | 2020-03-10 | 2021-01-28 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя для космических аппаратов |
| RU2787955C1 (ru) * | 2021-09-15 | 2023-01-13 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке |
| CN115805177A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-17 | 宣城海螺建筑光伏科技有限公司 | 一种减少bipv芯片涂黑的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2733734B1 (en) | Multiple bonding layers for thin-wafer handling | |
| US4904610A (en) | Wafer level process for fabricating passivated semiconductor devices | |
| RU2703840C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке и устройство для его осуществления | |
| KR101463152B1 (ko) | 레이저 스크라이빙 및 플라즈마 에칭에 의한 디바이스 싱귤레이션을 위한 인-시튜 증착된 마스크 층 | |
| EP2398041B1 (en) | Method of forming a temporary wafer-carrier substrate composite | |
| US11097306B2 (en) | Support for bonding a workpiece and method thereof | |
| KR101808938B1 (ko) | 캐리어-워크피스 결합형 스택을 분리시키는 방법 | |
| US8940104B2 (en) | Cleaning composition for temporary wafer bonding materials | |
| JPH06224095A (ja) | 半導体ウェハを薄くする方法 | |
| US20050233589A1 (en) | Processes for removing residue from a workpiece | |
| CN101337227B (zh) | 使用清洁溶液清洁半导体晶片的方法 | |
| CN111009496B (zh) | 一种具有高热导率的半导体衬底及其制备方法 | |
| JP2019212764A (ja) | 素子チップの製造方法 | |
| US7625821B2 (en) | Process and apparatus for thinning a semiconductor workpiece | |
| US11823891B2 (en) | Backside metallized compound semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN111446159A (zh) | 一种正面切割背面减薄的生产方法 | |
| US9321636B2 (en) | Method for producing a substrate holder | |
| RU2703820C1 (ru) | Способ изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке с выводом тыльного контакта на лицевой стороне полупроводниковой структуры | |
| JP2004056046A (ja) | Ｓｏｉ基板の加工方法 | |
| CN111816567B (zh) | 一种双面厚膜电镀铜散热结构制作方法 | |
| RU2781508C1 (ru) | Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на утоняемой германиевой подложке | |
| CN111799219A (zh) | 湿法化学管芯切单系统及相关方法 | |
| RU2520955C1 (ru) | Устройство химико-динамического травления германиевых подложек | |
| EP3093876B1 (en) | A method of separating a carrier-workpiece bonded stack | |
| JP2003229588A (ja) | 薄膜半導体の製造方法及び太陽電池の製造方法 |