RU2515420C2 - Method of making photoconverter with integrated diode - Google Patents
Method of making photoconverter with integrated diode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515420C2 RU2515420C2 RU2012135311/28A RU2012135311A RU2515420C2 RU 2515420 C2 RU2515420 C2 RU 2515420C2 RU 2012135311/28 A RU2012135311/28 A RU 2012135311/28A RU 2012135311 A RU2012135311 A RU 2012135311A RU 2515420 C2 RU2515420 C2 RU 2515420C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photoconverter
- diode
- layers
- photoresist
- thickness
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическому оборудованию, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к фотопреобразователям.The invention relates to electrical equipment, in particular to semiconductor devices, and in particular to photoconverters.
Известен способ изготовления мелкозалегающих омических контактов к полупроводниковому слою n+-GaAs. На поверхности пластины создают фоторезистивную маску с окнами под контакты. Напыляют последовательно слои металлов палладия, золото-германия, серебра, золота с толщинами 5 нм / 0,1 мкм / 0,1 мкм / 0,1 мкм соответственно. Фоторезист с напыленной пленкой металлов удаляют, отжигают контактные слои при температуре 450°С в течение 30 сек (см. J. Appl. Phys. 71 (7), 1 April 1992, p.3566÷3571. Shallow ohmic contact Formation by sequential deposition of Pd/Au-Ge/Ag/Au on GaAs and rapid thermal annealing).A known method of manufacturing a shallow ohmic contact to the semiconductor layer of n + -GaAs. On the surface of the plate create a photoresist mask with windows for the contacts. The metal layers of palladium, gold-germanium, silver, gold are sequentially sprayed with thicknesses of 5 nm / 0.1 μm / 0.1 μm / 0.1 μm, respectively. A photoresist with a sprayed metal film is removed, contact layers are annealed at a temperature of 450 ° С for 30 sec (see J. Appl. Phys. 71 (7), April 1, 1992, p. 3566–3571. Shallow ohmic contact Formation by sequential deposition of Pd / Au-Ge / Ag / Au on GaAs and rapid thermal annealing).
Недостаток способа применительно к изготовлению фотопреобразователей заключается в том, что поверх контактной металлизации Pd/Au-Ge/Ag/Au необходимо наносить слои Ag/Au толщиной 5-6 мкм для увеличения электропроводности контактов, при этом напряжение растягивания в напыленной металлической пленке вызывает отслаивание и скручивание контактов. Слой палладия способен поглощать большое количество водорода, что может приводить к растрескиванию покрытия и увеличению электросопротивления.The disadvantage of the method with respect to the manufacture of photoconverters is that on contact metallization Pd / Au-Ge / Ag / Au it is necessary to apply 5-6 μm thick Ag / Au layers to increase the electrical conductivity of the contacts, while the tensile stress in the sprayed metal film causes peeling and twisting the contacts. The palladium layer is capable of absorbing a large amount of hydrogen, which can lead to cracking of the coating and an increase in electrical resistance.
Признаки, общие с предлагаемым способом, следующие: создание фоторезистивной маски с окнами под контакты, напыление слоев металлов Au-Ge/Ag/Au, удаление фоторезиста, отжиг контактов.The features common to the proposed method are as follows: creation of a photoresist mask with windows for contacts, deposition of Au-Ge / Ag / Au metal layers, removal of photoresist, annealing of contacts.
Известен способ изготовления лицевых контактов трехкаскадного фотопреобразователя (см. патент США №6300558, опубл. 09.10.2001 г.), в котором на поверхности эпитаксиального слоя n+GaInAs создают фоторезистивную маску с окнами под контакты, напыляют последовательно слои металлов золото-германия, никеля, золота с толщиной 0,1 мкм / 20 нм / 20 нм соответственно, удаляют фоторезист, отжигают контакты, создают фоторезистивную маску, электрохимически наращивают слой золота, удаляют фоторезист.A known method of manufacturing the front contacts of a three-stage photoconverter (see US patent No. 6300558, publ. 09.10.2001), in which on the surface of the epitaxial layer n + GaInAs create a photoresistive mask with windows under the contacts, sequentially deposited layers of metal gold-germanium, nickel gold with a thickness of 0.1 μm / 20 nm / 20 nm, respectively, remove the photoresist, anneal the contacts, create a photoresist mask, electrochemically build up a gold layer, remove the photoresist.
Недостаток способа заключается в том, что двукратное выполнение операций фотолитографии и снятия фоторезиста удлиняет технологический маршрут; разрастание в стороны электрохимического осадка увеличивает площадь затенения фотопреобразователя; для обеспечения работоспособности фотоэлемента при возникновении трещин необходима устойчивая на разрыв пленка тыльного контакта.The disadvantage of this method is that twice the operations of photolithography and removal of photoresist lengthens the technological route; growth in the direction of the electrochemical precipitate increases the area of shading of the photoconverter; to ensure the operability of the photocell when cracks occur, a tear-resistant back contact film is required.
Признаки, общие с предлагаемым способом, следующие: создание фоторезистивной маски с окнами под контакты, напыление слоя золото-германия, удаление фоторезиста, отжиг контактов.Signs common with the proposed method are as follows: creating a photoresist mask with windows for contacts, spraying a gold-germanium layer, removing the photoresist, annealing the contacts.
Наиболее близкий способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом, принятый за прототип, представлен в статье «Overview of EMCORE.s Multi-junction Solar Cell Technology and High Yolume Manufacturing Capabilities», CS ManTech Conference, May 14-17, 2007, Austin, Texas, USA и заключается в том, что на подложке германия с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры создают фоторезистивную маску с окном под диодную площадку, вытравливают диодную площадку, удаляют фоторезист, создают фоторезистивную маску с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливают мезу, удаляют фоторезист, создают фоторезистивную маску с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, напыляют слои лицевой металлизации, удаляют фоторезист, создают фоторезистивную маску под вскрытие оптического окна, вскрывают оптическое окно травлением, удаляют фоторезист, наносят просветляющее покрытие, напыляют слои тыльного контакта, отжигают контакты, вырезают из пластины фотопреобразователь со встроенным диодом.The closest method for manufacturing a photoconverter with an integrated diode, adopted as a prototype, is presented in the article "Overview of EMCORE.s Multi-junction Solar Cell Technology and High Yolume Manufacturing Capabilities", CS ManTech Conference, May 14-17, 2007, Austin, Texas, USA lies in the fact that on a germanium substrate with grown epitaxial layers of a three-stage structure, a photoresist mask is created with a window under the diode pad, the diode pad is etched, the photoresist is created, a photoresist mask with windows under the mesa isolation of the photoconverter and diode is created, the mesa is etched they create a photoresist, create a photoresist mask with windows for the front contacts of the photoconverter and a diode, spray the layers of front metallization, remove the photoresist, create a photoresist mask to open the optical window, open the optical window by etching, remove the photoresist, apply an antireflection coating, spray the back contact layers, anneal the contacts , cut out from the plate a photoconverter with a built-in diode.
Недостаток способа заключается в том, что при вытравливании диодной площадки и мезы возможно образование ямок травления на активной области фотореобразователя из-за дефектов фоторезистивной маски (проколы, царапины). В последующем попадание лицевых контактов на поверхность ямок приводит к закорачиванию р/п переходов и деградации параметров прибора.The disadvantage of this method is that when etching the diode pad and the mesa, etching pits may form on the active region of the photoconverter due to defects in the photoresist mask (punctures, scratches). Subsequently, the contact of the face contacts the fossa leads to shorting of the p / n junctions and degradation of the parameters of the device.
При наращивании эпитаксиальных слоев на лицевой стороне германиевой подложки соответствующее подосаждение происходит и на тыльной стороне германиевой подложки, что не желательно, так как формируются встречно включенные р/п переходы, кроме того, напыленный на тыльную сторону германиевой подложки контактный слой золота не имеет адгезии к подосажденному слою n+ - GaAs. В связи с этим тыльную сторону германиевой подложки необходимо очищать от эпитаксиальных наростов.When epitaxial layers are built up on the front side of the germanium substrate, corresponding deposition also occurs on the back side of the germanium substrate, which is not desirable since counter-active p / n junctions are formed, in addition, the gold contact layer deposited on the back side of the germanium substrate does not adhere to the deposited n + - GaAs layer. In this regard, the back side of the germanium substrate must be cleaned of epitaxial growths.
В случае напыления в качестве первого слоя лицевых контактов золото-германия(палладия) при толщине металлизации 5÷6 мкм происходит ее отслаивание в процессе «взрыва» фоторезистивной маски вследствие недостаточной адгезии контактного слоя и растягивающего напряжения в металлической пленке. При отжиге контактов механическое напряжение в утолщенной сплошной металлизации тыла изгибает пластину.In the case of sputtering as the first layer of gold-germanium (palladium) face contacts at a metallization thickness of 5–6 μm, it peels off during the “explosion” of the photoresist mask due to insufficient adhesion of the contact layer and tensile stress in the metal film. When annealing the contacts, mechanical stress in the thickened continuous metallization of the rear bends the plate.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым способом изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом, следующие: создание на подложке германия с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слое лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляции фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльного контакта, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просвеляющего покрытия, вырезка из пластины фотопреобразователя со встроенным диодом.The features of the prototype, common with the proposed method of manufacturing a photoconverter with a built-in diode, are as follows: creating a germanium substrate with grown epitaxial layers of a three-cascade structure of a photoresistive mask with windows under the front contacts of the photoconverter and diode, etching the diode pad, spraying the front metallization layer, removing the photoresist, creating a photoresist, creating masks with windows for mesa-isolation of the photoconverter and diode, etching of the mesa, removal of the photoresist, sputtering of the back layers ntakta annealing contacts, opening of the optical window etching, deposition prosvelyayuschego coating photoconverter cutting from plate with integrated diode.
Технический результат, достигаемый в предложенном способе, заключается в улучшении качества контактов и увеличении выхода годных приборов.The technical result achieved in the proposed method is to improve the quality of contacts and increase the yield of suitable devices.
Достигается это тем, что в предложенном способе изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом, включающем создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и встроенного диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода, вытравливание мезы, удаление фоторезиста, напыление слоев тыльного контакта, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, вырезку из пластины фотопреобразователя со встроенным диодом, вытравливание диодной площадки проводят капельным смачиванием, а для напыления слоев лицевой металлизации используются слои хрома толщиной 5÷15 нм, серебра толщиной 5÷15 нм, золото-германия толщиной 50÷80 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота толщиной 30÷80 нм, кроме того, после создания фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода проводят вытравливание мезы с одновременным удалением эпитаксиальных наростов на тыльной стороне германиевой подложки, а затем наносят защитное покрытие, после чего стравливают германиевую подложку в растворе азотной, плавиковой и уксусной кислот, а после удаления защитного покрытия и фоторезиста, напыляют слои тыльной металлизации используя слои хрома толщиной 5÷15 нм, золота толщиной 20÷50 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота толщиной 20÷50 нм, кроме того, вырезанный из пластины фотопреобразователь со встроенным диодом выпрямляют путем охлаждения его в жидком азоте.This is achieved by the fact that in the proposed method for manufacturing a photoconverter with a built-in diode, including creating on a germanium substrate with grown epitaxial layers a three-cascade structure of a photoresistive mask with windows for the front contacts of the photoconverter and a built-in diode, etching the diode pad, spraying the layers of front metallization, creating, removing a photoresist mask with windows for the mesa isolation of the photoconverter and the built-in diode, etching the mesa, removing the photoresist, spraying the back contact layers, annealing the contacts, opening the optical window by etching, applying an antireflective coating, cutting out a plate of a photoconverter with a built-in diode, etching the diode pad is carried out by drop wetting, and chromium layers 5–15 nm thick, 5 silver thick are used to spray the front metallization layers ÷ 15 nm, gold-germanium with a thickness of 50 ÷ 80 nm, silver with a thickness of 5 ÷ 6 μm, gold with a thickness of 30 ÷ 80 nm, in addition, after creating a photoresist mask with windows for mesa-isolation of the photoconverter and the sun of the triple diode, the mesa is etched while epitaxial growths are removed on the back of the germanium substrate, and then a protective coating is applied, after which the germanium substrate is etched in a solution of nitric, hydrofluoric, and acetic acids, and after removing the protective coating and photoresist, layers of back metallization are sprayed using layers of back metallization using layers chromium with a thickness of 5–15 nm, gold with a thickness of 20–50 nm, silver with a thickness of 5–6 μm, gold with a thickness of 20–50 nm, in addition, a photoconverter cut out from a plate with an integrated diode yamlyayut by cooling it in liquid nitrogen.
Отличительные признаки предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом, обеспечивающие его соответствие критерию «новизна», следующие: вытравливание диодной площадки происходит капельным смачиванием; для напыления слоев лицевой металлизации используются слои: хрома толщиной 5÷15 нм, серебра толщиной 5÷15 нм, золото-германия толщиной 50÷80 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота толщиной 30÷80 нм; вытравливание мезы происходит с одновременным удалением эпитаксиальных наростов на тыльной стороне германиевой подложки; нанесение защитного покрытия, после чего стравливание германиевой подложки в растворе азотной, плавиковой и уксусной кислот; после удаления защитного слоя и фоторезиста напыляют слои тыльной металлизации, используя слои: хрома толщиной 5÷15 нм, золота толщиной 20÷50 нм, серебра толщиной 5÷6 мкм, золота толщиной 30÷80 нм, а после вырезки фотопреобразователя со встроенным диодом из пластины его выпрямляют путем охлаждения в жидком азоте.Distinctive features of the proposed method of manufacturing a photoconverter with a built-in diode, ensuring its compliance with the criterion of "novelty", are as follows: etching of the diode pad occurs by drop wetting; For spraying the layers of front metallization, the following layers are used: chromium 5–15 nm thick, silver 5–15 nm thick, germanium gold 50–80 nm thick, silver 5–6 microns thick, 30–80 nm thick gold; Mesa etching occurs with the simultaneous removal of epitaxial growths on the back of the germanium substrate; applying a protective coating, after which the etching of the germanium substrate in a solution of nitric, hydrofluoric and acetic acids; after removal of the protective layer and the photoresist, back metallization layers are sprayed using layers of: chromium 5 ÷ 15 nm thick, gold 20 ÷ 50 nm thick, silver 5 ÷ 6 μm thick, gold 30 ÷ 80 nm thick, and after cutting the photoconverter with an integrated diode from the plates are straightened by cooling in liquid nitrogen.
Для обоснования соответствия предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных 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 авторов, предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя со встроенным диодом соответствует критерию «изобретательский уровень».To justify the conformity of the proposed method of manufacturing a photoconverter with a built-in diode to the criterion of "inventive step", an analysis of known solutions by literature was carried out, as a result of which no technical solutions were found containing a combination of known and distinctive features of the proposed method, giving the above technical result. Therefore, according to the authors, the proposed method of manufacturing a photoconverter with a built-in diode meets the criterion of "inventive step".
Капельное вытравливание диодной площадки снижает ток утечки фотопреоборазователя, связанный с дефектами маскирования, в силу локальности смачивания травителем поверхности пластины.Drip etching of the diode pad reduces the leakage current of the photoconverter associated with masking defects, due to the locality of wetting the etching surface of the plate.
Лицевая металлизация, состоящая из слоев хрома (5÷нм), серебра (5÷15 нм), золото-германия (50÷80 нм), серебра (5÷6 мкм), золота (30÷80 нм), обеспечивает адгезию при «взрыве» фоторезистивной маски и низкое переходное сопротивление контакта после отжига.Facial metallization, consisting of layers of chromium (5 ÷ nm), silver (5 ÷ 15 nm), gold-germanium (50 ÷ 80 nm), silver (5 ÷ 6 μm), gold (30 ÷ 80 nm), provides adhesion at "Explosion" of the photoresist mask and low contact transition resistance after annealing.
Меза-травление при наличии утолщенной лицевой металлизации снижает вероятность шунтирования р-n переходов из-за дефектов маски, кроме того, одновременная очистка тыльной стороны германиевой подложки от эпитаксиальных наростов обеспечивает адгезию тыльного контакта, сокращает технологический маршрут.Mesa-etching in the presence of thickened facial metallization reduces the likelihood of shunting of pn junctions due to mask defects, in addition, simultaneous cleaning of the back of the germanium substrate from epitaxial growths ensures adhesion of the back contact, shortens the technological route.
Стравливание германиевой подложки со 145 до 100 мкм снижает вес фотопреобразователя на ~0,7 г, что дает уменьшение массы батареи фотоэлементов площадью 10 м2 на ~2,2 кг.Etching the germanium substrate from 145 to 100 μm reduces the weight of the photoconverter by ~ 0.7 g, which gives a decrease in the mass of the battery of photocells with an area of 10 m 2 by ~ 2.2 kg.
Тыльная металлизация, состоящая из слоев хрома (5÷15 нм), золота (20÷50 нм), серебра (5÷6 мкм), золота (30÷80 нм), обеспечивает адгезию тыльного контакта к германиевой подложке и механическую прочность фотопреобразователя со встроенным диодом.The back metallization, consisting of layers of chromium (5 ÷ 15 nm), gold (20 ÷ 50 nm), silver (5 ÷ 6 μm), gold (30 ÷ 80 nm), ensures adhesion of the back contact to the germanium substrate and the mechanical strength of the photoconverter with built-in diode.
Для конкретного примера реализации способа используют трехкаскадные эпитаксиальные структуры, выращенные на p-Ge подложке диаметром 100 мм.For a specific example of the implementation of the method, three-stage epitaxial structures grown on a p-Ge substrate with a diameter of 100 mm are used.
Создают фоторезистивную маску с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода. Используют негативный фоторезист Aznlof2070, толщина маски ~9 мкм. Травление диодной площадки выполняют капельным смачиванием в два этапа до вскрытия стопорных эпитаксиальных слоев.Create a photoresist mask with windows for the front contacts of the photoconverter and diode. Use negative photoresist Aznlof2070, the thickness of the mask ~ 9 microns. Etching of the diode pad is performed by drop wetting in two stages until the locking epitaxial layers are opened.
На первом этапе в окна фоторезистивной маски под диодные площадки горизонтально расположенной пластины наносят каплю травителя состава H3PO4÷H2O2=1÷1. Травитель не парит и не воздействует на открытые участки рабочей области фотопреобразователя. Время травления до вскрытия стопорного эпитаксиального слоя tтр ~10 сек. При этом удаляются верхний контактный слой n-Ge(In)As и широкозонный слой n-AlInP. Пластину промывают в деионизованной воде, сушат. На втором этапе в диодные окна наносят каплю концентрированной соляной кислоты. Время травления до вскрытия стопорного эпитаксиального слоя 3G30W структур составляет tтр ~40 сек. При этом удаляются эмиттерный и базовый слои GaInP верхнего р/n перехода. Далее пластину промывают в деионизованной воде, сушат. Нанесение капли на окно маски исключает воздействие травителя на остальную поверхность (~99% площади пластины) даже при наличии дефектов маски (проколы, царапины).At the first stage, a drop of etchant of the composition H 3 PO 4 ÷ H 2 O 2 = 1 ÷ 1 is applied to the windows of the photoresist mask under the diode plates of a horizontally located plate. The etchant does not soar and does not affect open areas of the working area of the photoconverter. The etching time before opening the stopper epitaxial layer t tr ~ 10 sec. In this case, the upper n-Ge (In) As contact layer and the wide-gap n-AlInP layer are removed. The plate is washed in deionized water, dried. At the second stage, a drop of concentrated hydrochloric acid is applied to the diode windows. The etching time before opening the lock epitaxial layer of 3G30W structures is t tr ~ 40 sec. In this case, the emitter and base GaInP layers of the upper p / n junction are removed. Next, the plate is washed in deionized water, dried. Applying a drop on the mask window eliminates the effect of the etchant on the remaining surface (~ 99% of the plate area) even in the presence of mask defects (punctures, scratches).
Напыляют слои лицевой металлизации хрома толщиной 10 нм, серебра толщиной 7 нм, золото-германия толщиной 70 нм, серебра толщиной 5,5 мкм, золота толщиной 50 нм на установке ВАК 761. Слои хрома и последующий слой серебра необходимы в качестве адгезионных слоев, удерживающих напыленную пленку от скручивания и срыва с поверхности пластины при удалении фоторезистивной маски.Layers of front metallization of chromium with a thickness of 10 nm, silver with a thickness of 7 nm, gold-germanium with a thickness of 70 nm, silver with a thickness of 5.5 microns, gold with a thickness of 50 nm are sprayed on a VAK 761 installation. Chromium layers and a subsequent silver layer are required as adhesive layers holding sprayed film from twisting and tearing off the surface of the plate when removing the photoresist mask.
Слой золото-германия используется для снижения переходного сопротивления омического контакта. При отжиге происходит сквозная диффузия атомов золота и германия через адгезионные слои в полупроводник. Слой серебра толщиной 5÷6 мкм обеспечивает электропроводность лицевых контактов. Слой золота выполняет защитную функцию, предотвращая потемнение поверхности серебра.The gold-germanium layer is used to reduce the transient resistance of the ohmic contact. During annealing, through diffusion of gold and germanium atoms through the adhesive layers to the semiconductor occurs. A silver layer 5–6 μm thick provides electrical conductivity of the face contacts. The gold layer has a protective function, preventing the darkening of the silver surface.
При толщинах адгезионных слоев хрома, серебра менее 5 нм имеет место отслаивание лицевой металлизации при «взрыве» маски, что связано с выходом слоя золото-германия, имеющего недостаточную адгезию, к поверхности арсенида галлия. При толщинах слоев хрома, серебра более 15 нм возрастает переходное сопротивление контакта, так как атомы золота и германия не достигают поверхности полупроводника при отжиге.When the thickness of the adhesive layers of chromium and silver is less than 5 nm, peeling of the front metallization occurs when the mask explodes, which is associated with the release of a gold-germanium layer with insufficient adhesion to the surface of gallium arsenide. When the thicknesses of the chromium and silver layers are more than 15 nm, the transition resistance of the contact increases, since the gold and germanium atoms do not reach the surface of the semiconductor during annealing.
Напыление слоев золото-германия толщиной более 80 нм нецелесообразно из-за расхода драгметалла. В случае, если толщина слоя серебра, ответственного за электропроводность лицевых контактов, менее 5 мкм, возрастает сопротивление металлизации, что снижает фактор заполнения фотопребразователя. Напыление слоев серебра и защитного слоя золота с толщинами, превышающими соответственно 6 мкм и 80 нм, неэкономично. Слои золота толщиной менее 30 нм растворяются в серебре при отжиге контактов. Фоторезист с нанесенной пленкой металлов удаляют в диметилформамиде.The deposition of gold-germanium layers with a thickness of more than 80 nm is impractical due to the consumption of precious metals. If the thickness of the silver layer responsible for the electrical conductivity of the face contacts is less than 5 μm, the metallization resistance increases, which reduces the fill factor of the photodetector. The deposition of silver layers and a protective layer of gold with thicknesses exceeding 6 μm and 80 nm, respectively, is uneconomical. Gold layers less than 30 nm thick dissolve in silver upon annealing of contacts. A photoresist coated with a metal film is removed in dimethylformamide.
Создают фоторезистивную маску с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и встроенного диода. Травление осуществляют поэтапно.Create a photoresist mask with windows for mesa-isolation of the photoconverter and the built-in diode. Etching is carried out in stages.
Эпитаксиальные слои GaInP, устойчивые к травителю H3PO4+H2O2+H2O (образуют нависающие выступы на боковой поверхности мезы), удаляются во избежание обламывания и шунтирования р/п переходов. Расстояние от края маски до омического контакта встроенного диода выбирается большим на 10-20 мкм величины подтрава под маску для предотвращения агрессивного воздействия на контакт.Epitaxial GaInP layers that are resistant to the H 3 PO 4 + H 2 O 2 + H 2 O etchant (form overhanging protrusions on the lateral surface of the mesa) are removed to avoid breaking and shunting of the r / n junctions. The distance from the edge of the mask to the ohmic contact of the built-in diode is selected to be 10-20 μm larger than the under-mask under the mask to prevent aggressive contact.
Согласно предлагаемому способу меза-травление выполняется после «взрыва» лицевых контактов, что снижает вероятность закорачивания р/п переходов в результате запыления ямок травления или загрязнения металлическими частицами меза-граней. Очистка тыльной стороны германиевой подложки от эпитаксиальных наростов, осуществляемая одновременно с меза-травлением, является необходимым условием получения тыльного контакта с низким переходным сопротивлением и хорошей адгезией.According to the proposed method, mesa-etching is performed after the “explosion” of the face contacts, which reduces the likelihood of shorting the r / n junctions as a result of dusting the etching pits or contamination with metal particles of the mesa faces. The cleaning of the back side of the germanium substrate from epitaxial growths, carried out simultaneously with mesa etching, is a prerequisite for obtaining a back contact with a low transition resistance and good adhesion.
Наносят центрифугированием защитное покрытие на лицевую сторону пластины: слой фоторезиста (используют ФП 9120-2) и слой хлорвинилового клея (марки ХВК-2а).A protective coating is applied by centrifugation on the front side of the plate: a layer of photoresist (use ФП 9120-2) and a layer of vinyl chloride adhesive (grade ХВК-2а).
Стравливают германиевую подложку в растворе азотной, плавиковой и уксусной кислот состава HNO3÷HF÷СН3СООН=1÷1, 5÷3. При этом пластина укладывается в ванночку горизонтально, германиевой подложкой кверху. Объем травителя ~25 мл. В процессе травления ванночка с пластиной совершают круговые движения радиусом R ~5 с частотой вращения ~70 об/мин в установке химико-динамического травления. Малый объем травителя и дополнительный теплоотвод предотвращают процесс неконтролируемого тепловыделения. Через 7 мин использованный травитель выливается. В ванночку наливают свежую порцию травителя и процесс повторяется.The germanium substrate is etched in a solution of nitric, hydrofluoric and acetic acids of the composition HNO 3 ÷ HF ÷ CH 3 COOH = 1 ÷ 1, 5 ÷ 3. In this case, the plate is placed horizontally in the bath, with the germanium substrate facing up. The volume of the etchant is ~ 25 ml. During etching, the bath with the plate makes circular motions of radius R ~ 5 with a rotation frequency of ~ 70 rpm in a chemical-dynamic etching unit. The small volume of the etchant and additional heat dissipation prevent the process of uncontrolled heat generation. After 7 minutes, the used etchant is poured. A fresh portion of the etchant is poured into the bath and the process is repeated.
Затем ванночка с пластиной промываются деионизованной водой и пластина извлекается с помощью шпателя. Толщина стравленного слоя подложки составляет ~50 мкм.Then the tray with the plate is washed with deionized water and the plate is removed using a spatula. The thickness of the etched layer of the substrate is ~ 50 μm.
Далее удаляют защитное покрытие. Для этого пластины погружают в диметилформамид на время ~2 мин, а затем в деионизованную воду на время ~2 мин. Снимают защитную пленку хлорвинилового клея. Удаляют фоторезист в диметилформамиде. Далее освежают поверхность пластины в водном растворе плавиковой кислоты: HF+H2O=0,5÷100 в течение t ~30 сек. Напыляют слои тыльной металлизации хрома толщиной 10 нм, золота толщиной 30 нм, серебра толщиной 6 мкм, золота толщиной 50 нм на установке ВАК-761.Next, remove the protective coating. For this, the plates are immersed in dimethylformamide for a time of ~ 2 min, and then in deionized water for a time of ~ 2 min. Remove the vinyl chloride adhesive film. The photoresist in dimethylformamide is removed. Next, refresh the surface of the plate in an aqueous solution of hydrofluoric acid: HF + H 2 O = 0.5 ÷ 100 for t ~ 30 sec. The back metallization layers of chromium are deposited with a thickness of 10 nm, gold with a thickness of 30 nm, silver with a thickness of 6 μm, and gold with a thickness of 50 nm using a VAK-761 apparatus.
Слои хрома толщиной менее 5 нм не обеспечивают адгезии тыльного контакта к германиевой подложке. Слои с толщиной более 15 нм увеличивают переходное сопротивление контакта. При отжиге золото растворяется в германии, в связи с этим толщины менее 20 нм нецелесообразны из-за роста переходного сопротивления контакта. Слои серебра толщиной 5÷6 мкм обеспечивают механическую прочность фотопреобразователя со встроенным диодом. Защитные слои золота толщиной менее 30 нм растворяются в серебре, слои толщиной более 80 нм неэкономичны.Layers of chromium with a thickness of less than 5 nm do not provide adhesion of the back contact to the germanium substrate. Layers with a thickness of more than 15 nm increase the contact transition resistance. During annealing, gold dissolves in germanium; in this regard, thicknesses of less than 20 nm are impractical due to an increase in the transition resistance of the contact. Layers of silver with a thickness of 5 ÷ 6 μm provide mechanical strength of the photoconverter with a built-in diode. The protective layers of gold with a thickness of less than 30 nm dissolve in silver, layers with a thickness of more than 80 nm are uneconomical.
Отжигают контакты на установке ATV SR0706 в атмосфере водорода при температуре ~335°С, в течение t=7 сек. Вскрывают оптическое окно фотопреобразователя, стравливая контактный слой п+-Ga(In)As в водном растворе лимонной кислоты и перекиси водорода по маске лицевой металлизации.The contacts are annealed on an ATV SR0706 installation in a hydrogen atmosphere at a temperature of ~ 335 ° C for t = 7 sec. The optical window of the photoconverter is opened, etching the contact layer of p + -Ga (In) As in an aqueous solution of citric acid and hydrogen peroxide through a facial metallization mask.
Наносят просветляющее покрытие TiO2/Al2O3 на установке ВАК 761 opt.Apply a coating of TiO 2 / Al 2 O 3 on the installation of VAK 761 opt.
Вырезают фотопреобразователь со встроенным диодом на установке DFD 6240.A photoconverter with a built-in diode is cut out on a DFD 6240 installation.
Выравнивают фотопреобразователь со встроенным диодом посредством охлаждения в жидком азоте. Для этого его укладывают между кремниевыми подложками ⌀ ~100 мм. Сжимают кремниевые подложки по периметру скобами из полимерного материала. Погружают подложки с фотопреобразователем в жидкий азот на время t ~10÷15 сек и затем помещают в вытяжной шкаф. После высыхания конденсата кремниевые подложки освобождают от скоб и извлекают плоский фотопреобразователь со встроенным диодом.The photoconverter with the built-in diode is aligned by cooling in liquid nitrogen. To do this, it is placed between silicon substrates ⌀ ~ 100 mm. Silicon substrates are compressed around the perimeter with brackets made of a polymer material. Immerse the substrate with the photoconverter in liquid nitrogen for a time t ~ 10 ÷ 15 sec and then place it in a fume hood. After the condensate has dried, the silicon substrates are released from the brackets and a flat photoconverter with a built-in diode is removed.
Изготовленный фотопреобразователь имеет толщину германиевой подложки ~100 мкм, общий вес ~1,8 г, величину неплоскостности не более 0,15 мм. Слой тыльной металлизации обеспечивает работоспособность фотопреобразователя в случае возникновения трещин.The fabricated photoconverter has a germanium substrate thickness of ~ 100 μm, a total weight of ~ 1.8 g, and a non-flatness of not more than 0.15 mm. The back metallization layer ensures the operability of the photoconverter in case of cracks.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135311/28A RU2515420C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method of making photoconverter with integrated diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012135311/28A RU2515420C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method of making photoconverter with integrated diode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012135311A RU2012135311A (en) | 2014-02-27 |
| RU2515420C2 true RU2515420C2 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50151486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012135311/28A RU2515420C2 (en) | 2012-08-16 | 2012-08-16 | Method of making photoconverter with integrated diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2515420C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577826C1 (en) * | 2014-12-01 | 2016-03-20 | Публичное акционерное общество "Сатурн" | Method of etching of contact platform of built photoconverter diode |
| RU2589464C1 (en) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making multijunction solar cell |
| RU2645438C1 (en) * | 2016-10-18 | 2018-02-21 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of making photoconverter with built-in diode |
| RU2685015C2 (en) * | 2017-01-30 | 2019-04-16 | Публичное акционерное общество "Сатурн", (ПАО "Сатурн") | Method of manufacturing a photoconverter with a integrated diode on a thin substrate |
| RU2703820C1 (en) * | 2019-03-04 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of making a photoconverter on a germanium substrate with a rear contact output on the front side of the semiconductor structure |
| RU2703840C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method for manufacturing a photoconverter on a germanium soldered substrate and a device for its implementation |
| RU2787955C1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-01-13 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Method for manufacturing a photoconverter on a thinned germanium substrate |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300558B1 (en) * | 1999-04-27 | 2001-10-09 | Japan Energy Corporation | Lattice matched solar cell and method for manufacturing the same |
| US6600100B2 (en) * | 1998-05-28 | 2003-07-29 | Emcore Corporation | Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode |
| US6680432B2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-01-20 | Emcore Corporation | Apparatus and method for optimizing the efficiency of a bypass diode in multijunction solar cells |
| RU2357326C1 (en) * | 2007-12-03 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method of making photoconverter contacts |
| RU2358356C2 (en) * | 2004-05-12 | 2009-06-10 | Азур Спэйс Солар Пауэр Гмбх | Solar cell with built-in protective diode |
-
2012
- 2012-08-16 RU RU2012135311/28A patent/RU2515420C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6600100B2 (en) * | 1998-05-28 | 2003-07-29 | Emcore Corporation | Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode |
| US6300558B1 (en) * | 1999-04-27 | 2001-10-09 | Japan Energy Corporation | Lattice matched solar cell and method for manufacturing the same |
| US6680432B2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-01-20 | Emcore Corporation | Apparatus and method for optimizing the efficiency of a bypass diode in multijunction solar cells |
| RU2358356C2 (en) * | 2004-05-12 | 2009-06-10 | Азур Спэйс Солар Пауэр Гмбх | Solar cell with built-in protective diode |
| RU2357326C1 (en) * | 2007-12-03 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method of making photoconverter contacts |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Overview of EMCORE.s Multi-junction Solar Cell Technology and High Yolume Manufacturing Capabilities", CS ManTech Conference, May 14-17, 2007, Austin, Texas, USA. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577826C1 (en) * | 2014-12-01 | 2016-03-20 | Публичное акционерное общество "Сатурн" | Method of etching of contact platform of built photoconverter diode |
| RU2589464C1 (en) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making multijunction solar cell |
| RU2645438C1 (en) * | 2016-10-18 | 2018-02-21 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of making photoconverter with built-in diode |
| RU2685015C2 (en) * | 2017-01-30 | 2019-04-16 | Публичное акционерное общество "Сатурн", (ПАО "Сатурн") | Method of manufacturing a photoconverter with a integrated diode on a thin substrate |
| RU2703840C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method for manufacturing a photoconverter on a germanium soldered substrate and a device for its implementation |
| RU2703820C1 (en) * | 2019-03-04 | 2019-10-22 | Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") | Method of making a photoconverter on a germanium substrate with a rear contact output on the front side of the semiconductor structure |
| RU2787955C1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-01-13 | Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") | Method for manufacturing a photoconverter on a thinned germanium substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012135311A (en) | 2014-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2515420C2 (en) | Method of making photoconverter with integrated diode | |
| US8598016B2 (en) | In-situ deposited mask layer for device singulation by laser scribing and plasma etch | |
| US6818104B2 (en) | Anodizing apparatus | |
| TWI389334B (en) | Method for fabricating and separating semicondcutor devices | |
| CN102110594B (en) | Method for performing low-temperature metal bonding on GaAs and Si | |
| JP3647191B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| US20140057414A1 (en) | Mask residue removal for substrate dicing by laser and plasma etch | |
| WO2018086380A1 (en) | Method for preparing large-sized iii-v heterogeneous substrate | |
| EP2466650A2 (en) | Method for fabricating silicon wafer solar cell | |
| KR20150001827A (en) | Water soluble mask for substrate dicing by laser and plasma etch | |
| RU2672760C1 (en) | Method of manufacturing photoconverter with built-in diode on germanic substrate | |
| CN109449214A (en) | A kind of gallium oxide semiconductor Schottky diode and preparation method thereof | |
| CN110120438B (en) | Preparation method of solar cell based on metal flexible substrate | |
| CN107528214B (en) | Preparation method of terahertz quantum cascade laser with bimetal waveguide structure and laser | |
| RU2559166C1 (en) | Method of phototransformer production | |
| KR101810242B1 (en) | Textured single crystal | |
| CN105967139A (en) | Method for etching holes on silicon substrate, silicon substrate with holes and semiconductor device | |
| RU2292610C1 (en) | Method for making a photo-transformer | |
| CN107910402B (en) | Preparation method of indium gallium arsenic infrared detector material | |
| CN110777436A (en) | Silicon-based group IV alloy material and epitaxial method thereof | |
| RU2645438C1 (en) | Method of making photoconverter with built-in diode | |
| RU2483387C1 (en) | Method for pre-epitaxial treatment of surface of germanium substrate | |
| CN106158614B (en) | The preparation method of semiconductor devices | |
| JP2014072292A (en) | Method for manufacturing solar cell and solar cell | |
| RU2730050C1 (en) | Photoconverter manufacturing method |