DE2739530A1 - Verfahren zur bildung einzelner photodetektorelemente auf einem substrat sowie nach diesem verfahren hergestellte photodetektoranordnung - Google Patents

Verfahren zur bildung einzelner photodetektorelemente auf einem substrat sowie nach diesem verfahren hergestellte photodetektoranordnung

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DE2739530A1 DE19772739530 DE2739530A DE2739530A1 DE 2739530 A1 DE2739530 A1 DE 2739530A1 DE 19772739530 DE19772739530 DE 19772739530 DE 2739530 A DE2739530 A DE 2739530A DE 2739530 A1 DE2739530 A1 DE 2739530A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einzelner Photodetektorelemente auf einem Substrat sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Photodetektoranordnung.
Die herkömmliche Drahtverbindung von metallisiertem Halbleitermaterial einer Photodetektoranordnung hat sich als eine hauptsächliche Quelle für Fehler und Instabilitäten der entsprechenden Einrichtungen herausgestellt. Auf Grund des Technologiefortschrittes werden heutzutage Anordnungen erzeugt, die eine große Vielzahl von Einzelelementen aufweisen. Diese große Anzahl von Detektorelementen führt zu einer großen Anzahl von Datenpunkten, die entsprechend verarbeitet werden. Da die einzelnen Detektorelemente dichter in Bezug aufeinander angeord net sind und da immer mehr dieser Einzelelemente in einer einzigen Anordnung verwendet werden, ist die Wahrscheinlichkeit gestiegen, daß eines oder mehrere Detektorelemente ausfallen. Die Verwendbarkeit dieser Anordnungen hängt von einer sehr niedrigen Fehlerrate der Einzelelemente ab. Es ist daher äußerst wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung vieler nahezu identischer Fotodetektorelemente zu finden, bei dem auf die herkömmliche direkte Drahtverbindung mit dem metallisierten Halbleitermaterial verzichtet werden kann und bei dem der elektrische Kontakt mit den Photodetektorelementen durch eine zuverlässigere Verbindung hergestellt wird.
Es ist bekannt, Einzelelemente aus einem Photodetektorkörper durch Benutzung einer Maske zu bilden, wobei die unerwünschten Teile entfernt werden und die gewünschten Elemente bei diesem Entfernungsprozeß durch die Maske geschützt werden. Keines der bisher vorgeschlagenen Maskierungsverfahren hat sich jedoch
für die genaue Erzeugung von Einzelelementen hoher Gleichmäßigkeit in dem Sinne als geeignet erwiesen, daß die schnelle und zuverlässige Befestigung von elektrischen Leitungen zwischen den einzelnen Photodetektorelementen und gedruckten Schaltkreisen auf dem Substrat ohne die Verwendung der herkömmlichen Drahtverbindungstechnik ermöglicht wird.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem die hergestellten Einzelelemente einer Photodetektoranordnung in zuverlässiger Weise, beispielsweise durch eine Dünnfilmtechnik, angeschlossen werden können. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie einer nach dem Verfahren hergestellten Photodetektoranordnung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Gemäß der Erfindung wird eine neue Maske benutzt, um das Photodetektormaterial und die Klebeschicht einer Photodetektoranordnung auf einem Substrat aufzuzeichnen, wobei die Maskenöffnungen einen Winkel mit der Ebene des Substrates definieren. Eine Abtragung durch einen Luftstrom unter diesem Winkel entfernt die unerwünschten Teile des Photodetektormaterials und der Klebeschicht und hinterläßt eine Kontur, die für die nachfolgende metallische Verbindung sehr geeignet ist.
Gemäß der Erfindung wurde insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von einzelnen Photodetektorelementen auf einem Substrat für die Verwendung in einer Photodetektoranordnung gefunden, bei dem ein Klebemittel auf ein Substrat aufgebracht wird, ein Körper aus Photodetektormaterial auf diese Klebeschicht aufgebracht wird, einzelne Elemente aufgezeichnet werden, eine nachfolgend noch zu definierende Maske auf den Körper aus Photodetektormaterial aufgelegt wird und eine Abtragung der Maske durch einen Luftstrom in einer bestimmten Richtung erfolgt, um unerwünschte Teile des Photodetektormaterials und der Klebeschicht von dem Substrat zu entfernen und wobei nachfolgend die Maske von den einzelnen hierbei gebildeten Photodetektorelementen hinweggenommen wird. Es wurde entdeckt, daß die Verwendung dieser speziellen Maske die Bildung einer schrägen Kante an den Halbleiterelementen und dem Kleber gestattet, welche in hohem Maße für die Anbringung metallischer Dünnfilmleitungen geeignet ist, die den elektrischen Kontakt »it den einzelnen Elementen herstellen.
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Insbesondere weist eine für das vorliegende Verfahren verwendete Maske erste und zweite erosionsbeständige äußere Schichten und eine relativ weiche Schicht zwischen den Außenschichten auf. Die beiden äußeren Schichten definieren öffnungen zum Zugriff auf Teile des Substrates und des Photodetektormaterials, welches keinen Teil der herzustellenden einzelnen Photodetektorelemente bildet. Die erste Außenschicht liegt näher an dem Photodetektormaterial und besitzt eine kleinere öffnung als die zweite Außenschicht, wobei eine Linie zwischen der öffnung der zweiten Außenschicht und der öffnung der ersten Außenschicht das Substrat in einem Winkel von 30° bis 60° schneidet, wodurch in Bezug auf die Substratebene ein Kegelwinkel definiert wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bewegt sich dieser Winkel zwischen 40° und 50°. Ein besonders vorteilhafter Winkel liegt bei ungefähr 45° +2°.
Als eine weitere Ausführungsform und als eine Wahlmöglichkeit für denjenigen, der die Erfindung ausübt, kann ein zusätzlicher Schritt ausgeführt werden, der die nachfolgende Entfernung eines Teiles des Photodetektorelementes ohne wesentliche Entfernung des Klebers umfaßt, so daß der verbleibende Teil des Photodetektorelementes einen äquivalenten Winkel mit der Substratebene bildet, ohne daß sich hierbei der zuvor definierte Kegelwinkel des Klebers verändert. Hierbei können herkömmliche chemische Ätzverfahren verwendet werden, wobei das Ätzmittel das Substrat und die Kleberschicht nicht angreift, sondern nur auf das Photodetektorelement einwirkt.
Die Auswahl der Maske und der öffnungen,um den genauen Kegelwinkel vorzugeben, ist Erfahrungssache und wird weitgehendst durch die gewünschte Größe der einzelnen Elemente vorgegeben. Bei einem Element mit einer Dicke von ungefähr 0,01 mm, das auf einem Substrat mit einer Klebeschicht von 0,01 mm aufgebracht ist, ergibt sich beispielsweise eine Gesamtdicke der Maske von
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ungefähr 0,18 nun. Jede der beiden erosionsbeständigen Außenschichten weist eine Dicke von ungefähr O#O25 nun auf und die relativ weiche Zwischenschicht weist eine Dicke von ungefähr 0,13 nun auf. Dies führt zu einer Gesamtdicke der Maske von ungefähr 0,18 mm. Die öffnung der unteren, dem Photodetektor näher benachbarten Schicht wird kleiner als die öffnung in der oberen Außenschicht gewählt. Eine Linie von der öffnung der oberen zweiten Außenschicht zu der öffnung der ersten unteren Außenschicht verläuft durch das Photodetektormaterial und den Kleber und schneidet die Substratebene unter einem Winkel. Dieser Winkel ist ein spitzer Winkel und kann sich zwischen 30° und 60° bewegen. Insbesondere hat sich ein Winkel von 40° bis 50° als ein wirksamer Winkel herausgestellt. Besonders bevorzugt wird ein Winkel von ungefähr 45° *2°.
Die Außenschichten der Maske werden aus erosionsbeständigem Material hergestellt, welches in der Lage ist, dem Luftstrom standzuhalten und welches photolithographisch bearbeitet und geätzt werden kann, um genaue öffnungen zu bilden. Typische Materialien sind harte Metalle, wie beispielsweise Nickel, Stahl, Chrom und Legierungen dieser Metalle. Die innere Zwischenschicht der Maske besteht aus weicherem Metall, so daß dieses Material; obgleich es von dem Luftstrom abgetragen werden kann, nicht die Entfernung des unerwünschten Photodetektormaterials und Klebers stört und nicht zwischen der öffnung und dem Substrat abgelagert wird. Typische Materialien für die Innenschicht bestehen aus Kupfer, Blei, Zinn und Legierungen dieser Metalle.
Nenn die Abtragung durch den Luftstrom beendigt ist, wird die Maske entfernt, so daß die einzelnen Photodetektorelemente, die aus dem Photodetektormaterial erzeugt wurden, übrig bleiben. Die einzelnen Elemente besitzen je nach Anzahl der Seiten, die durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden, wenig" stens eine Seite, die in Bezug auf die Substratebene unter einen spitzen Winkel von 30° bis 60° geneigt ist. Wie bereits erwähnt,
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beträgt dieser Winkel in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 45° ί2°. Die einzelnen Elemente können nunmehr durch Dünnfilmleitungen miteinander verbunden werden, die gemäß einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden können. Die schräge Stufe zwischen der Photodetektoroberfläche und den metallischen Schichten auf dem Substrat bildet eine günstige Topographie, auf der metallische Dünnfilmverbindungen, beispielsweise durch Vakuum-Ablagerungstechniken (Verdampfung, Zerstäubung) abgelagert werden können. Um bleibende beständige metallische Dünnfilmverbindungen über Stufen dieser Höhe (typischerweise 0,02 mm) durch herkömmliche Mittel ablagern zu können, sind zufällige Stufenkonturen nicht akzeptabel, und es müssen schräge Konturen gebildet werden, wie sie hier beschrieben sind. Beispielsweise kann eine metallische Dünnfilmverbindung durch Verdampfung mittels einer Maske abgelagert werden, um eine Verbindung von dem Element zu dem metallischen Substrat zu erzeugen. Die Herstellung von Photodetektoranordnungen unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung und unter Benutzung von Dünnfilmverbindungen zwischen den einzelnen Elementen hat zu sehr befriedigenden Anordnungen geführt. Da die Öffnungsmuster der metallischen Maske für die Luftstromabtragung durch photolithographische Verfahren und Ätztechniken genau definierbar sind, können sie über einen großen Maskenbereich reproduziert werden, was die Anschrägung vieler Photodetektoranordnungen in gleicher Weise gestattet. Das Verfahren ist daher für die Massenfertigung bestens geeignet.
Anhand eines in den Figuren 1 bis 8 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles sei im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben. Hierbei sind Schnittansichten eines Substrates mit darauf in verschiedenen Schritten angeordneten Schichten dargestellt, die die Herstellung eines einzelnen Photodetektorelementes auf dem Substrat veranschaulichen.
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Gemäß Fig. 1 wird ein Substrat 12 in herkömmlicher Weise für die Verwendung als Teil einer Photodetektoranordnung vorbereitet. Metallstreifen 14 sind auf dem Substrat 12 in einer herkömmlichen Weise aufgebracht, um Signale zu führen, die von den Photodetektoren erzeugt werden, wenn Leitungsverbindungen die Photodetektoren mit den Metallstreifen verbinden.
Gemäß Fig. 2 wird eine gewisse Menge eines Klebers 18 auf das Substrat 12 aufgebracht, um den Photodetektorkörper 20 damit zu verbinden. Als Schritt, der wahlweise ausgeführt werden kann, kann eine Schutzschicht 16 für die Leiterstreifen 14 verwendet werden, um eine Verschmutzung der Leiterstreifen durch den Kleber zu verhindern. Solche Schutzschichten 16 können aus einem Photoresist oder anderen Materialien hergestellt werden, die in herkömmlicher Weise leicht entfernt werden können.
Gemäß den Fig. 3 und 4 ist die Aufzeichnung einzelner Photodetektorelemente oder Anordnungen auf dem Körper 20 des Photodetektormaterials dargestellt. Gemäß Fig. 3 wird eine Photoresistmaske 21 auf den Photodetektorkörper 20 gelegt. In Fig. sind die unerwünschten Teile des Photodetektorkorpers 20 in herkömmlicher Technologie durch einen Ätzprozeß entfernt worden, wobei eine gewisse Menge des Klebers 18 zurückbleibt, die die Schutzschicht 16 über den Leitungsschichten 14 abdeckt.
Fig. 5 zeigt die Anordnung einer Maske auf dem Photodetektorkörper 20 in einer noch nachstehend zu beschreibenden Weise. Die Maske besteht aus äußeren Schichten 22 und 24, die aus erosionsbeständigen Materialien bestehen. Zwischen den Außenschichten 22 und 24 ist eine Innenschicht 26 aus relativ weichem Material angeordnet, die auf die Wirkung der Außenschichten ohne Einfluß ist. Die Maske ist so angeordnet, daß die äußeren Schichten 22 und 24 eine öffnung definieren, die den Zugriff auf die unerwünschten Teile des Photodetektorkorpers
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und des Klebers gestatten. Die Außenschicht 24, die dem Photodetektor benachbart ist, besitzt eine kleinere öffnung als die Außenschicht 22 und sie deckt damit einen größeren Bereich des Photodetektors 20 ab. Eine Linie 28, die durch die Öffnung gezogen wird, die durch die Außenschichten 22 und 24 gebildet wird, schneidet die Ebene des Substrates 12 unter einem Winkel 29, der durch diese Linie und die Substratebene definiert ist. Eine Abtragung in einem Luftstrom, in der durch den Pfeil 30 dargestellten Richtung, die parallel zu der Linie 28 erfolgt, führt zur Entfernung der unerwünschten Teile des Halbleiterkörpers 20 und des Klebers 18.
Gemäß Fig. 6 ist nach Entfernung der Maske der Halbleiterkörper 20 über den Kleber 18 mit dem Substrat verbunden, und es sind die unerwünschten Teile des Klebers 18 und des Halbleiterkörpers 20 entfernt worden, wodurch sich die gewünschte Anschrägung ergibt. Wenn der Aufbau der Photodetektoranordnung so getroffen ist, daß zusätzliche angeschrägte Bereiche für eine Leitungsverbindung gefordert werden, so wird die Maske in einfacher Weise erneut verwendet und das Verfahren wird wiederholt, bis alle Bereiche bearbeitet sind. Nachfolgend wird die Epoxyd-Klebeschicht 18, die die leitenden Schichten 14 abdeckt, durch mechanische und/oder chemische Verfahren, die dem Fachmann im Stand der Technik zur Verfügung stehen, entfernt. Die Verbindung des Halbleiterkörpers 20 mit dem Leiterstreifenbereich 14 kann nun hergestellt werden.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Figur zeigt eine vollständige Entfernung aller unerwünschten Teile des Klebers 18 und des Halbleitermaterials 20, so daß das Detektorelement 20 in seinem gewünschten Zustand vorliegt. Die linke Seite des Halbleiters 20 und des Klebers 18 ist unter dem zuvor beschriebenen schrägen Winkel geneigt. Auf der rechten Seite des Halbleiters 20 wurde in einem nachfolgenden Schritt ein Teil des Photodetektors 20 an der Seite 19 durch ein herkömmliches Verfahren, wie beispielsweise ein chemisches
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Ätzverfahren, weggenommen. Der Kleber 18 ist im wesentlichen bei der Entfernung dieses Teiles des Photodetektorelementes unbeeinflußt geblieben. Der verbleibende Teil des Photodetektorelementes beschreibt einen Winkel mit der Basis des Substrates 12, der annähernd gleich dem zuvor beschriebenen schrägen Winkel des Klebers 18 ist. Die Anbringung von Dünnfilmleitungen durch das eine oder andere bekannte Verfahren ist in Fig. 8 dargestellt, wodurch eine günstige und fehlerfreie Verbindung zwischen dem Leitungsbereich 14 und dem Halbleiterelement 20 geschaffen wird. Die Leitung 32 ist eine aufgedampfte Dünnfilmverbindung zwischen dem Photodetektor 20 und dem Streifenbereich 14. Der Vorteil der Benutzung des zusätzlichen Herstellungsschrittes, durch den die bearbeitete Seite 19 des Halbleiterkörpers erzeugt wird, besteht in einem verbesserten Oberflächenzustand des Photodetektormaterials, der vor der Kontaktmetallisierung erhalten werden kann.
Die Herstellung von Detektoranordnungen unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens hat zu Einrichtungen geführt, die wirksam mit einem hohen Grad an Betriebssicherheit der einzelnen Detektorelemente arbeiten. Die Fehlerrate auf Grund einer mangelhaften Verbindung zwischen den Leitungsstreifen und den Photodetektorelementen wurde gesenkt, und es hat sich herausgestellt, daß die mit diesem Verfahren erzielten Ergebnisse diejenigen der zuvor verwendeten Verfahren übertreffen.
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Leerseit

Claims (7)

  1. 2 7 3g 5 3,O1977
    HONEYWELL INC.
    Honeywell Plaza 1006147 Ge
    Minneapolis, Minn., USA
    Verfahren zur Bildung einzelner Photodetektorelemente auf einem Substrat sowie nach diesem Verfahren hergestellte Photodetektoranordnung.
    Patentansprüche:
    /Verfahren zur Bildung einzelner Photodetektorelemente auf einem Substrat für die Verwendung in einer Photodetektoranordnung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Auftragung eines Klebers (18) auf das Substrat (12); Montage eines Photodetektorkörpers (20) auf dem Kleber (18); Anordnung einer Maske auf dem Photodetektorkörper (20), wobei diese Maske erste und zweite erosionsbeständige Außenschichten (24,22) und eine relativ weiche Schicht (26) zwischen den Außenschichten (24,22) aufweist und die Außenschichten (24,22) Öffnungen zum Zugriff auf Teile des Substrates (12) und des Photodetektorkörpers (20), die keinen Teil der gewünschten Photodetektorelemente bilden, definieren und wobei die erste Außenschicht (24) dichter am Photodetektorkörper liegt und eine kleinere Öffnung gegenüber der öffnung in der zweiten Außenschicht (22) definiert, so daß eine Linie (28) zwischen
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    ORIGINAL INSPECTEO
    den beiden öffnungen das Substrat (12) unter einem Winkel (29) von 30° bis 60° im Hinblick auf die Substratebene schneidet und somit einen Kegelwinkcl (29) bildet; Abtragung dieser Maske durch einen Luftstrom in einer im wesentlichen zu diesem Kegelwinkel (29) parallelen Richtung, um unerwünschtes Photodetektormaterial und Klebermaterial von dem Substrat (12) zu entfernen;
    wobei die verbleibenden Photodetektorelemente (20) und der Kleber (18) wenigstens eine schräge Kante aufweisen; und Entfernung der Maske von den verbleibenden auf diese Weise gebildeten einzelnen Photoelementen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Maske eine Dicke von 0,15 bis 0,25 mm aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erosionsbeständigen Außenschichten (22,24) der Maske aus einem Metall innerhalb der Gruppe Nickel, Stahl, Chrom bzw. einer Legierung aus diesen gebildet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die weiche Innenschicht (26) der Maske aus einem Metall innerhalb der Gruppe Kupfer, Blei, Zinn bzw. aus einer Legierung derselben gebildet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kegelwinkel (29) bezogen auf die Ebene des Substrates (12) einen Wert von 40° bis 50° aufweist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt:
    Entfernung eines weiteren Teiles des Photodetektorelementes (20) ohne nennenswerte Entfernung des Klebers (18) durch ein Ätzverfahren, wobei der Kleber (18) den definierten Kegelwinkel (29) beibehält und das Photodetektorelement (20) einen nahezu gleichen Kegelwinkel (29) im Hinblick auf die Substratebene bildet.
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  7. 7. Photodetektoranordnung mit mehreren Photodetektorelementen auf einem Substrat, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere mit dem Substrat (12) verklebte Photodetektorelemente (20), wobei wenigstens eine Seite der Elemente (20) und des Klebers (18) unter einem Kegelwinkel (29) von 30° bis 60° gegen die Substratebene geneigt ist.
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DE19772739530 1976-09-07 1977-09-02 Verfahren zur bildung einzelner photodetektorelemente auf einem substrat sowie nach diesem verfahren hergestellte photodetektoranordnung Granted DE2739530A1 (de)

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