JPH03501312A - 薄いシリコン装置の両側からの製造のための処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 薄いシリコン装置の両側からの製造のための処理方法［発明の背景］ １、技術分野 この発明は、半導体検出装置の製造方法に関する。特にこの発明は、検出装置を 定めるために選択的に薄くする技術を利用し、両側からウニを処理する方法に関 する。

２、背景 薄くされた半導体検出装置は現在各種の応用において広く受入れられており、特 に放射ハードネス特性を最良にするために検出器の容積を減少させることが要求 される場合に使用されている。これけらの装置の特性は一般的に次のようなもの を含む多数のファクターに依存している。すなわち、検出器表面にわたる均一な オーム接触、よく定められたフォトサイト穴、および検出器の光シールド側に接 続された検出器バイアスワイヤの信頼性のあるオーム接触等である。検出装置に おけるこのような高い特性を得るためには、製造方法では炉によるアニールのよ うな高温度処理、フォトリソグラフ処理、および金属蒸気付着が薄くされた装置 の両側に容易に適用されることができるように薄くされた半導体基体を容易に処 理する能力を必要とする。不幸にもこれらの検出装置を製造するために薄くされ た半導体基体の両側で処理を行うことは非常に困難である。

近年においては、薄い検出装置に対する通常の方法は、基体を支持体に取付け、 装置の反対側を機械的に薄くするように装置の一方の側を処理し、薄くされた側 の装置の処理を完了しなければならない。この方法は典型的には第１のイオン注 入、注入された層の焼鈍、およびシリコン基体材料上の検出器部分を形成するた めのパターン化されたアルミニウムおよびインジュウム突起層の付着によって行 われる。基体の処理された表面は次の処理中それを保護するために密封される。

それから基体は基体の処理された側を覆うためにシリコン背面ウェハに取付けら れる。背面ウェハは次の薄くする処理中の基体の取扱いの手段として使用される 。薄くするのは所望の均一な厚さに基体をラッピングし、化学的に研磨すること によって行われる。背面ウェハが取付けられたままで、基体の薄くされた表面は さらに処理されて検出装置を完成する。

不幸にも、この技術はいくつかの欠点を存している。特に大抵の処理段階を通じ て、背面ウェハの存在は基体が薄くされた後の処理を制限する。特に、背面ウェ ハの存在は一般的に装置の高温処理を許さない。よく知られているように注入焼 鈍および金属焼結のような多くの決められた処理が高温で行われる。結論として この技術下で、注入はレーザ表面アニールを必要とし、それは貧弱な注入アニー ル特性を生じる傾向がある。そのような特性は、検出器の特性に有害な非均−な 接触抵抗を含む。更に背面ウェハの存在は、通常これらの赤外線検出装置中で使 用される光シールドの製造を容易に許さない。最後に背面ウェハの取外しにおい て生成された脆弱な薄い装置はハイブリッド化処理中の処理のリスクを生じる。

以上の結果として装置の性能特性は低いものである。

化学的エツチング技術の使用は半導体基体を薄くするための別の手段として文献 に示されている。例えばパーカー氏（Ｖａｒｋｅｒ）等の論文参照（Ｓｏｌｌｄ 　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　１９８３年、４月、１４３頁）。しか しながら、この文献は上記の１以上の問題をどのように克服するかについての技 術は何も与えていない。

［発明の概要］ この発明によれば、大きな厚さの半導体基体から薄くされた領域を有する半導体 検出装置を製作する方法が提供される。

この方法は薄い領域を得るためにもとの基体中に空洞を形成するステップを有し ている。検出装置はこの薄くされた領域で処理され、一方薄くされた領域は依然 として厚い基体と連続している。薄くされた領域はそれから処理ステップが終了 すると厚い基体から分離される。薄（され゛た領域の基体からの分離後、それは 読取り装置上に取付けられる。

この発明の効果の中で特に著しいものは、通常のシリコンウェハ処理技術が薄く されたシリコン検出器の両側で容易に利用されることができ、しかも高温度で処 理することができることである。これは非常に重要な商業的利益を与える。それ は両側での装置の製造は生産効率を増加し、検出装置の特性を改善するからであ る。

［図面の簡単な説明］ この発明の種々の利点は以下の明細書の説明および添附図面を参照することによ って当業者には明白であろう。

第１図乃至第８図は製造工程の各段階の検出装置の断面図である。

第９図はこの発明の技術により製造された完成したハイブリッド検出装置の断面 図である。

［好ましい実施例の説明］ 説明の容易さのために、この発明の方法を以下１ブロツク化された不純物トラン ススデューサ赤外線検出装置の処理だけに関連して説明する。しかしながら、半 導体技術においてよく知られているように製造においてウェハの一部として同時 に多数の検出装置が製造できることを認識すべきである。

第１図の基体１０はそのようなウェハの一部分を示している。

後述するように基体１０は検出装置のために形成される薄くされた領域のための 支持体として作用する。好ましくは基体１０は約２０ミルの厚さを有するバルク 浮遊ゾーン精製エキストリンシッ′クシリコン検出器材料である。基体１０は２ 乃至５×１０１７原子／ｃｍ’の好ましいドープ濃度を有するＰ型半導体を形成 するためにガリウムでドープされている。所望ならば、ひ素、リン、アンチモン 、ビスマス、はう素、アルミニウム、およびインジュウムのような他のドーパン トが・使用されてもよい。

第２図に示すように、エキストリックシリコンのエピタキシャル層１２が化学蒸 気付着により基体ｌＯの表面１４に成長される。エピタキシャル層１２は阻止さ れた不純物トランスデユーサ検出器の動作のための″阻止層″を与えることを要 求される。エピタキシャル層１２はＰマイナス型層を形成するように５Ｘ１０１ ５以下の正味アクセプタ濃度を生じるようにガリウムでドープされる。ひ素、リ ン、アンチモン、ビスマス、はう素、アルミニウム、インジュウムのようなその 他のドープ不純物材料もエピタキシャル層中で使用できる。それから酸化物層１ ｆｌｉ、　１８は、次の窒化シリコン層の付着によって誘・起される応力から基 体１０を保護するために、基体１０の表面１４および反対側の表面２０に約１０ ００オングストロームの厚さに成長される。酸化物は基体を約９２０℃に加熱さ れた水を通って泡立てた約１気圧の酸素にさらすことによって熱的に成長される ことが好ましい。

窒化シリコンのエツチングに耐えるマスク層２２が次のシリコンエツチング中基 体中の領域を保護するために酸化物層１８上に被覆される。窒化シリコンマスク 層２２は約２０００オングストロームの厚さを有していなければならない。窒化 シリコンマスク層２２は約７９０℃、約４５０ミリトルで低圧力の化学蒸気付着 によって形成される。マスクを透過してエツチングされ、その結果シリコン基体 の不所望な位置にエッチビットが生じることを阻止するために、マスク材料とし ては窒化シリコンを使用することが好ましい。窒化シリコン層は高い品質であり 表面含有物がないことが好ましい。しかしながらシリコンプラズマエツチングの ためのアルミニウムのような他のマスク材料が窒化シリコンに代わって使用され ることもできる。

標準的なフォトリングラフ技術を使用して、窒化シリコン層および酸化物層が選 択的に除去されて窓２４がそこに開口される。

第３図を参照すると、窓が開口された後、水酸化カリウムエツチング剤が窓から 供給されて基体のシリコンを選択的に除去し、基体中に空洞２６を形成する。エ ツチング処理は典型的には、約９０℃に加熱されている水酸化カリウム溶液中に シリコン基体を水平にして浸漬することによって行われる。基体は２乃至４時間 水酸化カリウム溶液中に浸漬されたままにし、その間溶液は撹拌される。エツチ ング速度は表面１４に平行に、それから所定の距離隔てて表面２８が形成される ように予め定められる。その結果形成された表面１４．２８間の薄くされた領域 ３０は検出器として使用される。薄くされた領域３ｏは０．００１乃至０．００ ２インチの厚さを有することが好ましい。好ましいエツチング溶液は水酸化カリ ウムである。それはシリコン基体を容易にエツチングすることができるが、中間 の２酸化シリコンや窒化シリコンを浸蝕しないからである。しがしながら、弗酸 プラス硝酸、弗酸プラス硝酸プラス酢酸、および弗酸プラス硝酸プラス酢酸プラ スヨウ素のような他のエツチング剤も使用できることが認められる。エツチング 処理が終了すると、窒化シリコンマスク２２および２酸化シリコン層１６．１８ が除去される。除去の好ましい方法は約１５５℃で約１時間リン酸にマスクおよ び酸化物層をさらし、それに続いて酸化物層が完全に除去されるまで緩衝弗酸エ ツチングされるものである。除去の別の方法では、窒化シリコンマスク２２が約 ２５０ミリトル、約２００ワツトで、約１時間４弗化炭素ガス中でプラズマエツ チングされ、続いて酸化物層が完全に除去されるまで弗酸エツチングが行われる 。

第４図を参照すると、イオンが表面に注入されて表面１４゜２０および２８に所 定のＰ十不純物濃度の注入層３２．３４．および３Ｂが形成される。これらの注 入層は完成した装置の電極の一部として作用する。これらの層の形成にはほう素 イオンの注入が好ましいけれど、その他のイオンもまた効果的な注入層を与える ことを認識すべきである。

注入層はそれから通常の炉アニールまたは急速熱アニールを使用して高温度でア ニールされる。アニール中背面つエノ１がないのでレーザアニールは必要なく、 それによって改良されたアニール特性が可能になる。薄い金属ＦＪ＋３８．４０ ．および４２はそれから注入層３２．３４．および３４上にスパッタリングされ る。形成するために好ましい金属はアルミニウムであり、それは約２００℃の基 体温度でスパッタリングされる。生成された金属層は約１ミクロンの厚さでなけ ればならない。白金、パラジュウム、およびタングステンのような他の金属が金 属コンタクトの形成に使用できることを認識すべきである。

第５図を参照すると、電極（全体を４４で示す）は層３２および３８から表面１ ４上に形成される。電極４４のためのコンタクト４Ｂを形成するために、標準の フォトリソグラフ法が使用され、複数のコンタクトが所望される区域のみにフォ トレジスト材料を残すように層３８上の選択された区域を除いてフォトレジスト 材料を適用する。マスクとしてのフォトレジスト材料により、層３８はエツチン グされ、表面３８と反対の表面３２上の複数の金属コンタクト４６を形成するア ルミニウムのみを残す。

リン酸ベースの市販のアルミニウムエツチング剤が使用されることが好ましいが 、金属表面のみを浸蝕する他の適当なエツチング剤が、４弗化炭素中のプラズマ エツチングを含めて使用されることができる。コンタクト４８が定められると、 残りのフォトレジスト材料は除去される。残っているアルミニウムがそのとき表 面３２のエツチングのためのマスクとして作用し、複数の電極４４の形成が完了 する。表面３２はそれから表面１４中に１．０乃至２．０ミクロンの深さまでエ ツチングされ、それによって検出器コンタクトを互いに分離する。表面３２は約 １００ワツトで、約１０分、約１５ミリトルの圧力の３弗化窒素がす中で反応性 イオンエツチングされる。コンタクトは外側金属層と注入層とから成ることが好 ましいが、他の電極形態も使用できる。

第６図を参照すると、赤外線、検出装置は、コンタクト間の区域に光シールド４ ８を形成するために電極４６と反対側の区域の層４２からアルミニウムを選択的 に除去することによって完成される。光シールド４８は入射した放射線を表面２ ８へ反射する作用をする。光シールド４８は最初にアルミニウム層４２にフォト レジスト材料を施すことによって形成される。フォトレジストはそれからリング ラフ技術の投影にさらされ、それにおいて整列装置の投影光学系の焦点平面の特 別な調整は投影されたパターン中のフォトレジストの良好な分解能を可能にする 。フォトレジスト材料は除去されて光シールドのパターンが定められ、それは表 面２８上の光シールドを表面１４上のコンタクト４６の間の間隙と対向するよう に位置させる。フォトレジスト材料が除去された後、層４２中のアルミニウムは リン酸ベースの市販のアルミニウムエツチング剤を使用して４５℃でエツチング され、その結果光シールド４８が形成される。この発明以前には上記のような形 式の光シールドを迅速に形成することはできなかった。

残りの処理ステップでは処理のためにシリコン背面ウェハを使用することが好ま しい。第７図はそのような背面ウェハ５０を示しており、それはシリコン材料で 構成されることが好ましい。背面ウェハの取付けに先立って接着剤／充填剤５２ が層４０上および空洞２θ中に与えられる。接着剤／充填剤は商品名“クリスタ ルボンド２のサーモポリマーが好ましいが、商品名“ウエボ（Ｗｅｖｏ）　”の ワックス、ポリイミド、および各種のエポキシのような他のポリマー接着充填剤 がこの目的に適していることを認識すべきである。背面ウェハ５０は接着剤によ って基体１０に取付けられる。

第８図のように、インジュウム突起５４が電極４４のコンタクト４６上に形成さ れてハイブリッド化された読出し装置の入力回路への電気接続を形成する。これ らの突起はフォトレジストを適用することによって形成され、インジュウムが残 される位置を除いて表面１４およびコンタクト４４および４６の全ての領域上に フォトレジストを残す。それからインジュウムがフォトレジストおよびコンタク ト上に蒸着される。インジュウムとフォトレジストの結合層はそれからアセトン を使用してリフトオフにより表面１４から除去される。インジュウムはコンタク ト４６上のみに残される。

インジュウム突起５４の形成において、個々のチップ５６は通常の分離技術を使 用して厚い基体から分離される。分離は個々のチップを鋸切断法で分離すること が好ましい。得られたチップ５６はコンタクトおよび光シールドを除けば薄くさ れた領域３０の０．００２インチ以下の均一な厚さを有する。鋸切断が終了する と、背面ウェハ５０および接着剤／充填剤５２がアセトンに浸すことによって検 出装置から除去される。第９図に示す完成した装置は通常の読取り装置５８とハ イブリッド化される。各種の構成の読取り装置が入射した赤外線放射６０からチ ップ５Ｂ中に生成された電気特性を転送するために使用されることが認識される 。

この発明は１つの好ましい実施例と関連して説明されたが、この明細書、図面お よび以下の請求の範囲を検討すればその他の変形が当業者には明白であることを 理解すべきである。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．第１および第２の主表面によつて限定された厚い半導体基体から薄い領域を 有する検出装置を形成する方法において、ａ）第１の表面とほぼ平行な第３の表 面を有する薄くされた領域を与えるために基体中に空洞を形成し、ｂ）第１、第 ２および第３の表面上に所定の不純物濃度の注入層を形成するためにイオンを注 入し、ｃ）基体および注入層をアニールし、 ｄ）第１、第２および第３の表面の注入層上に金属を付着させ、 ｅ）第１の表面上に複数のコンタクトを形成するために金属および注入層の一部 を選択的に除去し、ｆ）コンタクト間の区域に光シールドを形成するためにコン タクトと反対側の区域に光シールドを形成するためにコンタクトと反対側の区域 において第３の表面から金属を選択的に除去し、 ｇ）薄くされた領域を基体から分離し、それによつて薄くされた領域の処理が読 取り装置に取付けるのに先立つて両側で容易に行なうことが可能である検出装置 の形成方法。
2. ２．空洞が基体のエッチングによつて基体中に形成される請求の範囲１記載の方 法。
3. ３．基体がシリコンであり、水酸化カリウム溶液中でエッチングされる請求の範 囲１記載の方法。
4. ４．基体と注入層がアニールされる請求の範囲１記載の方法。
5. ５．第１、第２および第３の表面の注入層に付着される金属がアルミニウムであ る請求の範囲１記載の方法。
6. ６．シリコン基体上の赤外線検出装置の両側からの製造方法において、 ａ）基体の第１の表面上に基体と異なる不純物濃度を有するエピタキシャル層を 成長させ、 ｂ）基体の第１の表面上およびそれと反対側の第２の表面上に酸化物層を形成す るために基体を熱酸化し、ｃ）酸化物層を窒化シリコンのマスク層で被覆し、ｄ ）第２の表面上のマスク中に窓をフォトリソグラフ法で開口し、 ｅ）窓の開口を通して基体をエッチングして第１の表面と平行で所定の距離それ と間隔を隔てている第３の表面を形成してそれにより検出器として使用するため の薄くされた領域を形成し、 ｆ）マスクを除去し、 ｇ）第１、第２および第３の表面上に所定の不純物濃度の注入層を形成するため にイオンを注入し、ｈ）基体および注入層をアニールし、 ｉ）第１、第２および第３の表面の注入層上にアルミニウムを付着させ、 ｊ）第３の表面と反対側の第１の表面上に複数のコンタクトを形成するために注 入層の一部およびアルミニウムを選択的に除去し、 ｋ）コンタクト間の区域に光シールドを形成するためにコンタクトと反対側の区 域の第３の表面からアルミニウムを選択的に除去し、 １）第２および第３の表面間の区域によつて定められた空洞中および第２の表面 上に接着剤を与え、ｍ）第２の表面に背面ウエハを取付け、ｎ）コンタクト上に インジュウム突起を形成し、ｏ）薄くされた領域をその隣接する厚い基体から分 離してコンタクトと光シールドを含む薄くされた領域の個々のチップを形成し、 ｐ）接着剤および背面ウエハを除去し、ｑ）チップを読取り装置に取付け、それ によつて読取り装置に取付けるのに先立つて薄くされた装置の処理が両側で容易 に行なうことが可能である赤外線検出装置の両側からの製造方法。
7. ７．基体および注入層が急速熱アニールを使用してアニールされる請求の範囲１ 記載の方法。
8. ８．投影フォトリソグラフ技術を使用してコンタクト間の区域に光シールドを形 成するためにコンタクトと反対側区域の第３の表面から金属が除去される請求の 範囲１記載の方法。
9. ９．第１、第２、および第３の表面上に注入層を形成するためにほう素イオンが 注入される請求の範囲１記載の方法。
10. １０．エピタキシャル層が化学蒸気付着法によつて成長される請求の範囲６記載 の方法。
11. １１．基体が水酸化カリウム溶液中でエッチングされる請求の範囲６記載の方法 。
12. １２．注入層を形成するために注入されるイオンがほう素である請求の範囲６記 載の方法。
13. １３．基体および注入層が通常の炉アニールを使用してアニールされる請求の範 囲６記載の方法。
14. １４．基体および注入層が急速熱アニールを使用してアニールされる請求の範囲 ６記載の方法。
15. １５．投影フォトリソグラフ技術を使用してコンタクト間の区域に光シールドを 形成するためにコンタクトと反対側区域の第３の表面からアルミニウムが除去さ れる請求の範囲６記載の方法。