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DE3617229A1 - Strahlungsdetektor - Google Patents

Strahlungsdetektor

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Publication number
DE3617229A1
DE3617229A1 DE19863617229 DE3617229A DE3617229A1 DE 3617229 A1 DE3617229 A1 DE 3617229A1 DE 19863617229 DE19863617229 DE 19863617229 DE 3617229 A DE3617229 A DE 3617229A DE 3617229 A1 DE3617229 A1 DE 3617229A1
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DE
Germany
Prior art keywords
radiation
detector according
radiation detector
metallic mask
detected
Prior art date
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Application number
DE19863617229
Other languages
English (en)
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DE3617229C2 (de
Inventor
Wolfgang Heckenberger
Walter Dipl Ing Lobenstein
Karl Dieter Dipl Phys Werkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AIM Infrarot Module GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority to DE3617229A priority Critical patent/DE3617229C2/de
Publication of DE3617229A1 publication Critical patent/DE3617229A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3617229C2 publication Critical patent/DE3617229C2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/221—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction
    • H10F30/2215—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction the devices comprising active layers made of only Group III-V materials
    • H—ELECTRICITY
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungsde­ tektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind bereits Mehr-Element-Infrarot-Detektoren be­ kannt, die eine Vielzahl, z. B. 64, in einer oder zwei Zeilen nebeneinanderliegenden Detektorelementen auf einem Halbleitersubstrat aufweisen. Das Halbleiter­ material besteht z. B. aus n-dotiertem InSb. Auf diesem Halbleitersubstrat wird ein pn-Übergang über die ganze Fläche des Substrats hergestellt und dann eine Separa­ tion der einzelnen Detektorelemente durch Ätzen vorge­ nommen.
Der Abstand zwischen den einzelnen Detektorelementen ist sehr gering. Er ist im allgemeinen kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger in dem Substrat. Hierdurch entstehen Schwierigkeiten nach Art eines optischen Übersprechens, wenn Minoritätsträger durch einfallende Infrarot-Strahlung in den Spalten zwischen den einzelnen Elementen erzeugt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optische Übersprecherscheinungen bei Mehr-Element-De­ tektoren durch Anwendung einfacher Techniken zu vermei­ den.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch Aufbringen der beschriebenen metallischen Abdeck­ schicht, die für die zu detektierende Strahlung, d. h. für die IR-Strahlung undurchlässig ist, wird eine Abdeckmaske erzeugt, die für jedes einzelne Detektor­ element ein optisches Fenster aufweist. Die Form der Öffnung bestimmt dabei die Form des optischen Fensters. Die anderen Bereiche des Substrats, insbesondere die Spalten zwischen den einzelnen Elementen, werden gegen die IR-Strahlung abgedeckt, d. h. es wird verhindert, daß in den Bereichen des Substrats die nicht als Detek­ torelemente wirken sollen, Minoritätsträger entstehen, die das unerwünschte optische Übersprechen verursachen.
Anhand des in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläu­ tert.
Die Figur zeigt schematisch den Querschnitt durch ein Detektorelement eines IR-Detektors. Das Substrat 2 besteht aus n-dotiertem InSb und der der Strahlung 10 zugewandte Oberflächenbereich 1 ist p-dotiert. Durch bekannte Ätzprozesse werden dann die einzelnen Detek­ torelemente separiert. Die gesamte Oberfläche des Sub­ strats, also sowohl die n-dotierten als auch die p-do­ tierten Oberflächenbereiche werden mit einer Isolier­ schicht 3 überzogen, die bevorzugt aus einer aufge­ dampften Siliziumoxydschicht besteht. Lediglich im Bereich der elektrischen Kontaktierung 5 besitzt diese Isolierschicht eine Öffnung, durch welche hindurch das Kontaktmaterial 8 direkt mit der p-Zone 1 des Detektor­ elementes verbunden ist. Die Kontaktschicht 8 besteht bevorzugt aus einem metallischen Material, das für die zu detektierende IR-Strahlung 10 undurchlässig ist, so daß an dieser Stelle bei Auftreffen von IR-Strahlung keine Minoritätsträger auftreten können.
Um nun zu verhindern, daß IR-Strahlung auf andere Oberflächenbereiche des Substrats mit Ausnahme des gewünschten Detektorbereiches 4 auftrifft, wird gemäß der Erfindung eine für IR-Strahlung undurchlässige Metallschicht 7 auf die Isolierschicht 3 aufgebracht.
Die Metallschicht 7 bildet eine metallische Abdeckmas­ ke, deren Öffnungen im Detektorbereich 4 ein optisches Fenster für die zu detektierende Strahlung 10 bildet. Die metallische Abdeckmaske 7 besteht bevorzugt aus aufgedampftem Material und ist insbesondere drei­ schichtig aufgebaut. Es wird zweckmäßig zunächst eine Chromschicht 71 aufgedampft. Auf diese Chromschicht 71 wird dann eine Goldschicht 72 aufgedampft, die im wesentlichen als die strahlungsundurchlässige Metall­ schicht wirkt. Auf diese Goldschicht 72 wird dann wiederum eine dünne Chromschicht 73 aufgedampft. Es hat sich gezeigt, daß eine solche aus drei Schichten be­ stehende Abdeckmaske zum einen sehr gut an den verwen­ deten Isolierschichten haftet und zum anderen eine sehr gute optische Abschirmung gegen die IR-Strahlung be­ wirkt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, auf diese metallische Abdeckmaske 7 eine weitere Isolierschicht 6 aufzubringen. Diese dient unter anderem dazu, das Aufbringen der Kontaktierungs­ schicht 8 für die p-Zone zu ermöglichen. Auf dieser Isolierschicht 6 kann die Kontaktierungsschicht 8 dann beliebig geformt geführt werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die metallische Abdeckschicht 7 elektrisch leitend mit dem n-dotierten Substrat 2 verbunden. Dies erfolgt zweckmäßig an einer außerhalb der Detektorelementen­ zeile liegenden Stelle.
Die Dicke der im Bereich der optischen Fenster 4 befind­ lichen Teile der Isolierschichten 3 und 6 wird zweck­ mäßig so gewählt, daß sie als reflexmindernde Vergü­ tungsschicht wirkt.

Claims (13)

1. Strahlungsdetektor mit einem pn-Übergänge aufwei­ senden Halbleitersubstrat, dessen der zu detektierenden Strahlung zugewandte Oberfläche mehrere Detektorelemen­ te sowie eine für die zu detektierende Strahlung durch­ lässige Isolierschicht aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Isolierschicht (3) eine für die zu detektierende Strahlung (10) undurchlässige metallische Abdeckmaske (7) angeordnet ist, die mit den einzelnen Detektorelementen zugeordneten Öffnungen (4) versehen ist, derart, daß ein Auftreffen der zu detektierenden Strahlung (10) auf andere Oberflächenbereiche des Substrats als auf die Detektorelemente im wesentlichen unterbunden wird.
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnungen (4) der metallischen Ab­ deckmaske (7) die optischen Fenster für die einzelnen Detektorelemente bilden.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Abdeckmaske (7) mehrschichtig ist.
4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichent, daß die metallische Abdeckmaske (7) aus Schichten wenigstens zweier Metalle besteht.
5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die metallische Abdeckmaske (7) aus drei übereinanderliegenden Schichten (71, 72, 73) besteht, von denen die mittlere eine Goldschicht (72) ist.
6. Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Goldschicht (72) zwischen zwei Chrom­ schichten (71, 73) angeordnet ist.
7. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Abdeck­ maske (7) durch Aufsputtern hergestellt ist.
8. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (3) auf dem Substrat eine Siliziumoxydschicht ist.
9. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Isolier­ schicht (6) auf der der zu detektierenden Strahlung (10) zugewandten Seite der metallischen Abdeckmaske (7) angeordnet ist.
10. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktierungsschichten (8) zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Detek­ torelemente auf der weiteren Isolierschicht (6) vorge­ sehen sind, und daß die metallische Abdeckmaske (7) mit zusätzlichen Öffnungen (5) zur isolierten Durchführung der Kontaktierungsschichten (8) zur Kontaktierung der Detektorelemente versehen ist.
11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktierungsschichten (8) aus für die zu detektierende Strahlung (10) undurchlässigem Material, insbesondere Metall, bestehen.
12. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Abdeck­ maske (7) elektrisch leitend mit dem Substratbereich (2) verbunden ist, der die gegensätzliche Dotierung aufweist wie der, der zu detektierenden Strahlung (10) zugewandten Oberflächenbereich (1) der Detektorelemen­ te.
13. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (3) und/oder der Isolierschicht (6) derart gewählt ist, daß sie im Bereich der optischen Fenster (4) als reflexionsmindernde Vergütungsschicht wirkt.
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