专利名称：制造电磁辐射探测器的方法及通过该方法获得的探测器的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及电磁辐射探测器，并且更具体地涉及用于制造这种探测器的方法。本公开内容更具体地涉及红外光谱范围并且特别地涉及近红外范围以及可见光范围。
背景技术：
电磁辐射探测器通常由用于探测待探测的电磁波的电子电路形成，因此对对应的波长范围是灵敏的，并且以已知的方式，连续地将电磁辐射转变成电信号。这样的探测电路与意图转换由探测电路生成的电信号的电子读取电路相关联，尤其是通过放大电信号以使得其能够经受后续处理来关联。·更具体地，本发明的一个目的是提供一种探测器，该探测器通过公知的倒装芯片技术，利用混接凸点(hybridization bump)或微凸点(microbump),由与通常由娃制成的读取电路相混接的探测电路形成，并且从背侧探测目标辐射。所考虑的探测器包括基于通式为HgCdTe的合金来形成其探测电路的那些探测器，所述合金材料对红外电磁辐射的吸收是公知的。该材料通常通过液相外延或气相外延获得，或者通过分子束外延获得，所述分子束外延是基于由固体CdZnTe合金形成的衬底，或者，作为一个变化方案，基于Si、Ge或AsGa型的半导体衬底，其中在所述基于Si、Ge或AsGa型的半导体衬底上已经预先沉积基于CdTe或CdZnSeTe的网格参数适配层(meshparameter adaptation layer)。在下面的描述中，除非另有说明，如果该衬底由固体CdZnTe或涂有CdTe或CdZnSeTe层的半导体制成，则将用通式Cd(Zn)Te表示。这样的Cd(Zn)Te衬底的厚度可能通常在200微米与800微米之间变化。其几乎不吸收待探测的辐射，尤其是红外线。但是，当期望探测器对近红外范围灵敏或对可见光范围灵敏时，产生了问题。实际上，Cd(Zn)Te衬底吸收在近红外波长范围或可见光波长范围内的入射辐射，由此，探测到的信号减少并且并没有实现Cd(Zn)Te衬底的用途。由于相同的原因，在天文学方面产生相同的问题，因为这样的Cd (Zn) Te衬底也吸收宇宙辐射，该宇宙辐射之后以HgCdTe吸收材料变得灵敏的波长被再次发射，这导致产生不期望的幻像。为了解决这些难题，因此期望在读取电路上混接探测电路之后能够移除Cd(Zn)Te生长衬底。出于该目的，一种已知的方法包括在读取电路上混接探测电路的步骤之后对Cd(Zn)Te衬底进行机械抛光或化学-机械抛光，以将其从几百微米的标称厚度降至几十微米的厚度，通常为5微米至80微米。 这样的抛光步骤可以继之以在HgCdTe上使用溶液选择性地蚀刻CdZnTe的化学蚀刻步骤或用其代替。在HgCdTe上通过化学溶液蚀刻CdZnTe的选择性是由于两种材料在其界面处的汞和镉组成的差异而引起的。当材料的组成变得更接近CdZnTe衬底的组成时，选择性降低。经验显示，其中在HgCdTe材料上的CdZnTe材料的化学蚀刻选择性保持可利用的组成极限在X = O. 5的镉原子组成时达到,其中所述HgCdTe材料用式Hg(1_x)CdxTe描述。在CdZnTe衬底与Hg(1_x)CdxTe材料之间具有逐渐的组成转换。实际上，在由Hg(1_x)CdxTe合金制成的探测层在Cd(Zn)Te衬底上的外延生长期间，在活性Hg(1_x)CdxTe层与衬底之间产生了镉组成梯度，这起因于■在液相外延情况下的CdZnTe衬底和Hg(1_ x)CdxTe外延之间的相互扩散；■或者，分子束外延或气相外延中生长参数的连续调节。衬底与吸收材料之间的转换是逐渐的这一事实与化学蚀刻缺乏选择性相关联，因此，其意味着在外延期间产生的组成梯度的一部分在CdZnTe衬底的化学蚀刻期间消失。通过化学抛光或化学-机械抛光以及随后的化学蚀刻来移除CdZnTe的常规方法提供了高度起作用的探测器，所述高度起作用的探测器具有对光敏Hg(1_x)CdxTe材料的富汞组成即Xed <0.4的受控制造效率。在可见光波长内，Hg(1_x)CdxTe材料的吸收系数大约在IO4CnT1与IO5CnT1之间的范围内换言之，目标辐射的大部分被非常迅速地吸收(几百纳米)。对靠近Hg(1_x)CdxTe探测材料的层的背面的光子的吸收产生了电子-空穴对(光载流子)。在富汞Hg(1_x)CdxTe的情况下，残余的镉组成梯度以及相关联的传导性和价电子带的电位梯度足以将光载流子从背面驱除而不使光载流子在位于表面处的复合中心上复合(不满意的自由键、缺陷...)。之后，光载流子可以扩散到正面，在该处光载流子被读取电路收集。在较低的Hg(1_x)CdxTe汞组成( > O. 4)的情况下，残余的组成梯度和相关联的电位梯度变得不足以将光电子从背面驱除，使得所述光载流子在位于表面处的复合中心上复合。此时，当光载流子在靠近表面处生成并且因此光载流子对应具有最高吸收因数的短波长的光子时，光载流子复合更加影响光载流子。因此，可以观测到根据探测器区域变化的低波长中的灵敏性的损失。换言之，由Cd(Zn)Te衬底与HgCdTe探测材料之间的外延所产生的组成梯度产生了将载流子斥向背侧的带隙梯度，使得位于汞原子组成大于O. 6的HgCdTe材料的表面处的可能复合中心不影响探测功能。相反地，移除CdZnTe生长衬底的方法在CdZnTe与HgCdTe之间选择性不足，其导致在外延期间产生的镉组成梯度(以及，补充地，汞组成梯度)的部分或全部消失，使得位于HgCdTe材料的表面处的复合中心引起靠近背侧的光生载流子的复合，因此引起探测器在低波长中的灵敏性的损失。本发明的目的是克服这些问题。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是一种能够处理混接在读取电路上的探测电路的由HgCdTe制成的探测层的背侧的具体方法，所述方法在常规的机械处理或化学机械过程和/或作为替代的化学蚀刻过程之后进行，趋向于移除CdZnTe生长衬底，以抑制复合中心在所述表面上存在，并由此避免光载流子与所述复合载流子复合。因此，本发明的目的特别用于移除通过液相外延或气相外延或通过分子束外延由Hg(1_x)CdxTe制成的电磁辐射探测电路的CdZnTe生长衬底并且随后处理生长衬底与移除所述生长衬底之后获得的探测材料之间的界面的方法，其中所述电磁辐射特别为在红外或可见光范围内的电磁辐射，并且所述探测电路混接在读取电路上。
该方法包括使生长衬底经受机械抛光或化学-机械抛光或化学蚀刻以移除所述衬底，并且随后使由此获得的组合件经受碘处理。换言之，本发明包括执行传统的生长衬底移除方法，特别是通过机械抛光或化学-机械抛光和/或通过化学蚀刻移除生长衬底，并且之后，在执行这些常规步骤之后，使组合件经受化学碘处理，尤其是通过浸没在具有适当成分的浴中，通常浸没在酸性KI/I2/HBr或ΗΙ/Ι2水溶液中。因此，通过例如KI/I2/HBr的水溶液对执行常规的机械抛光或化学-机械抛光和/或常规的化学蚀刻之后所获得的组件进行处理，导致形成非常薄的表面单质碘膜，其直接交联在表面上并且随时间和温度稳定。该表面膜使得能够抑制或至少中和在HgCdTe吸收材料的表面处存在的复合中心换言之，碘膜诱导所述表面钝化。所述浴也可以由溶解在醇中的分子碘形成，并且特别是I2_MeOH。可以设想在化学酸性碘处理以前，但是在抛光之后，使所述生长衬底经受化学蚀刻以移除残余的CdZnTe厚度。在任何情况下，本发明的方法的目的是钝化HgCdTe材料的背面且同时尽可能少地蚀刻它。在下面的结合附图的对具体实施方式
的非限制性的描述中，将讨论本发明的在前的和其他的特征和优点。
图IA至IC是根据本发明的电磁辐射探测器的简化横截面图，其示出用于从HgCdTe探测材料移除CdZnTe生长衬底的方法的不同步骤。
具体实施例方式本发明的探测电路由通过对红外辐射透明的支撑4上的金相生长而获得的HgCdTe合金的层3形成。在描述的示例中，生长衬底或支撑4由CdZnTe合金制成。作为一个变化方案，其可以用单晶半导体衬底(Si、Ge或AsGa)代替，在生长相之前在所述单晶生长衬底上已经沉积了具有几微米厚度的基于CdTe的网格适配层。例如，形成该层的材料可以是CdSeZnTe型的四元合金。通过液相外延、气相外延或甚至分子束外延来执行生长。该生长方法导致在实际的吸收层3与CdZnTe衬底4之间产生在某种程度上位于区域3与衬底4之间的界面处的镉组成变化区域5。换言之，区域5位于生长衬底与吸收区域3之间的界面处。在通过液体外延获得生长的情况下，组成变化区域是没有被清楚地界定的相互扩散区域。吸收层3的另一表面，即，与组成变化区域5相对的表面具有形成于其上的二极管6。借助于凸点或微凸点，特别是由铟2制成的微凸点，通过公知的混接技术获得由组合件3、4、5形成的探测电路与通常由硅技术制成的读取电路I之间的连接，并且例如如文件FR2646558中描述的那样。 该微凸点2确保了探测组合件与读取电路I的正机械连接以及使得由电磁辐射与探测电路的相互反应所产生的电信号能够传递到读取电路的电传导性。如作为发明背景所指出的，本发明的探测器提供了背侧探测，即，从探测区域3的电路的背侧执行探测。因此，出于该目的，应移除所述探测层3的Cd(Zn)Te生长衬底4。因此，在硅读取电路1(图Ia)上混接探测电路3、4、5之后，实施化学-机械抛光Cd(Zn)Te衬底4的第一步骤。该抛光步骤也可以使用机械研磨步骤来代替。该步骤使得能够抑制Cd(Zn)Te支撑的大部分厚度并且可以进一步地与通过在HgCdTe与Cd(Zn)Te之间具有选择性的蚀刻溶液而进行的第一化学作用一起。例如，该溶液由氢氟酸、硝酸和乙酸浴形成。假设生长衬底由其上已经沉积有CdTe材料的层的单晶半导体形成，则可以通过在所考虑的半导体与CdTe基层之间具有选择性的简单化学作用引发对所述衬底的抑制。这导致图Ib的简化图，其中只有残余的组成变化区域5'与吸收材料区域或由Hg(1_x)CdxTe制成的探测层3保持接触。由于组成变化区域5'在在前一步骤期间经受了部分的机械或化学蚀刻，所以该区域被称作残余的组成变化区域5'。如在发明背景部分中讨论的，区域5'的自由表面7存在对近红外探测或可见光探测产生问题的大量活性复合中心。随后，可以使由混接在读取电路上的探测电路形成的组合件首先经受通过浸没到IM的盐酸中进行的所述区域5'的表面脱氧处理。在去离子水中冲洗组合件后，随后通过浸没使相同的组合件在碘化蚀刻溶液中经受从几秒到几分钟或到几十分钟变化的时间段的处理。该溶液通常具有以下成分■分子碘KT1M 至 KT5M ；■氢溴酸HBr，O. 09M 至 9M ；■去离子水。还可以使用同样为O. 09M至9M的氢碘酸HI来代替氢溴酸,或者通过具有相同的摩尔浓度的盐酸HCl来代替氢溴酸。还可以设想在溶液中引入SM至OM的具有加速碘(I2)的溶解和使溶液稳定的功能的碘化钾(KI)。在该溶液的情况下，可以观察到通常为I至6000纳米/每分钟的残余组成变化区域Y的上层的蚀刻速度。随后，在去离子水和氮吹扫中冲洗大约5分钟之后，可观察由碘形成的非常薄的表面膜8的形成，其中所述碘通过共价键直接化学键合到残余的组成变化区域5'的与读取电路上的混接表面相对的表面。薄膜8用作钝化层并且实际上禁止传统上存在于残余组成变化区域5'的表面处的活性复合中心，所述残余组成变化区域5 ^源自使CdZnTe生长衬底变薄或移除CdZnTe生长衬底的常规方法。该非常薄的碘膜8 (通常是一个原子单层)在残余组成变化区域5'处的形成尤其可通过XPS (X-射线光电光谱学)光谱的变化来观察，XPS光谱示出了镉3d和汞4f的能量峰值偏移，该能量峰值偏移表征碘分别与形成残余组成变化区域5'的材料的镉和汞之间的共价键的产生。应指出，还可以通过椭圆对称探测到通过酸处理的对所述层的表面改性，S卩，通过基于光极化变化的特征化和表面分析的光技术，通过在样品的平面上反射光；该椭圆对称分析导致了 Hg(1_x)CdxTe的实的光学指数和虚的光学指数的变化。使由此获得的组件暴露于高温，通常在145°C处暴露10分钟，其不更改处理过的 表面并且因此示出碘化的表面网络8的时间和温度稳定性。由于能够在移除Cd(Zn)Te衬底之后执行热处理，而不失去通过碘的表面钝化的益处，因此，该结果完全有利。因此，这使得能够将碘处理并入红外组件、特别是冷却的红外组件的制造中涉及的技术处理的序列中。就探测特性而言，该钝化的获得使得能够将探测器的脆弱性降低至在选择性化学蚀刻步骤中使Cd(Zn)Te衬底与由Hg(1_x)CdxTe制成的活性探测层之间的组成梯度部分或全部消失。由此，源自靠近表面处吸收的、通常具有400纳米至800纳米的最短波长的光子的光载流子不再在探测电路的背侧上复合，并且之后可以通过读取电路收集。在前述实施例中，已经使用了在酸性介质中的碘化溶液的具体组成。可以使用碘酸钾(KIO3)来代替碘化钾。本发明也针对其中分子碘形成和/或被稳定化的任意方法，例如，在前述实施例中，使用醇来代替水作为溶剂的系统。重要的是在溶液中具有可得到的分子碘。当然，本发明可能具有本领域技术人员所容易想到的各种替换、更改和改进方案。这些替换、更改和改进方案也是该公开内容的一部分，并且也在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是作为示例并且不是意在限制。仅按照下面的权利要求和权利要求的等同物来限制本发明。
权利要求
1.一种用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，所述电磁辐射特别是在红外范围或可见光范围内的电磁福射，所述探测电路包括由通过液相外延或气相外延或通过分子束外延获得的Hg(1_x)CdxTe制成的探测所述辐射的层(3)，所述探测电路混接在读取电路(I)上，所述方法包括 使所述生长衬底(4)经受机械抛光或化学-机械抛光步骤或化学蚀刻步骤以减小其厚度，直至所述探测电路的材料与所述生长衬底之间的界面区域； 以及使由此获得的所述界面经受碘处理。
2.根据权利要求I所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底⑷的方法，其中碘以分子形式存在于溶液中并且其中其溶剂是水。
3.根据权利要求I和2中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中所述碘处理在酸性介质中进行。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中所述碘处理通过将由所述机械抛光和/或化学-机械抛光步骤和/或由所述化学蚀刻获得的所述探测器大体上浸没到具有以下成分的浴中来进行 ■分子碘=KT1M至KT5M ； ■O. 09M至9M的氢溴酸HBr或氢碘酸HI ； ■去离子水。
5.根据权利要求4所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中在机械抛光和/或化学-机械抛光步骤或通过使组合件经受盐酸浴的化学蚀刻步骤之后获得的残余组成变化区域(5')的表面(7)的脱氧动作之后，进行在酸性介质中的所述碘处理。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中所述碘处理通过将由所述机械抛光和/或化学-机械抛光步骤和/或由所述化学蚀刻获得的所述探测器大体上浸没到具有以下成分的浴中来进行 ■分子碘=KT1M至KT5M ； ■O. 09M至9M的盐酸HCl ； ■去离子水。
7.根据权利要求I所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中碘以分子形式存在于溶液中并且其中其溶剂是醇，并且特别是I2_MeOH。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中所述生长衬底由固体Cd(Zn)Te材料形成。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中所述生长衬底由单晶半导体形成，在所述单晶半导体上已经预先沉积有具有几微米厚度的基于CdTe的网格参数适配层。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的用于移除电磁辐射探测电路(3、4、5)的生长衬底(4)的方法，其中在使所述组合件经受所述碘处理之前，但是在所述机械抛光或化学-机械抛光步骤或所述化学蚀刻步骤之后，使所述组合件经受化学蚀刻以移除所述生长衬底的残余厚度。
全文摘要
一种用于移除电磁辐射探测电路的生长衬底的方法，所述电磁辐射特别是在红外范围或可见光范围内的电磁辐射，所述探测电路包括由通过液相外延或气相外延或通过分子束外延而获得的Hg(1-x)CdxTe制成的探测所述辐射的层，所述探测电路混接在读取电路上。该方法包括使生长衬底经受机械抛光或化学-机械抛光步骤或化学蚀刻步骤以减小其厚度，直至探测电路的材料与生长衬底之间的界面区域；以及使由此获得的界面经受碘处理。
文档编号H01L31/18GK102856429SQ201210219570
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月27日 优先权日2011年6月30日
发明者克里斯托夫·波泰, 阿诺·埃切伯里, 亚历山大·考西耶, 伊莎贝尔·热拉尔 申请人:法国红外探测器公司, 国家科学研究中心