TWI276221B - Manufacture of cadmium mercury telluride on patterned silicon - Google Patents

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1276221 w 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ~ 本發明係關於圖案化矽上之鎘汞碲化物的製法，特指直 接製造鎘汞碲化物層於積體電路上之製法及以此方式成長 的鎘汞碲化物結構。 【先前技術】

鎘汞碲化物（HghCdxTe)爲用於諸如檢測器之紅外線 裝置、光源、LED、負冷光裝置等之熟知的材料。稱爲CmT

的鎘汞碲化物（或者有時稱爲汞鎘碲化物，M C T )爲半導 體合金，而藉由改變合金組成物（亦即鎘含量χ )便可改 變其能隙。可調整能隙，以使CMT可用於涵蓋短波（SW )、 中波（MW )、長波（LW )與極長波（VLW )的紅外線裝 置。CMT爲用於諸多紅外線聚焦面陣列應用的材料。低漏 電與高載體移動率將使檢測器具有極佳敏感度。CMT爲涵 蓋廣泛波長範圍之單或多能帶系統的最佳方案，因其得以 藉由選擇適當組成物而調整波長，並得以設計並成長組成 物經調整的結構，以使單一裝置內有二個或多個作業波長。 製造紅外線裝置的一般作業原則已經建立。CMT磊晶成 長於結晶基板上。其次，藉由平台飩刻、離子植入或離子 束硏磨而形成裝置。接著形成金屬接點並將裝置接合於矽 讀取電路。應注意地是CMT亦成長成塊材晶體且裝置係藉 由離子植入或離子束硏磨而由該塊材晶體製成’惟磊晶成 長可有益於塊材晶體成長。 各種用於製造CMT的磊晶成長法已被提出。金屬有機 蒸氣相磊晶（MOVPE )已成功地作爲有再現性且均勻成長 1276221 v 於大面積上的技術。美國專利第4,650,539號說明使用 MOVPE製造CMT。美國專利第4,566,9 1 8號爲CdTe與HgTe 交互擴散形成均勻CMT結構而成長CdTe與HgTe薄層之該 技術的修改。美國專利第4,950,62 1號說明使用金屬有機化 合物之光觸媒分解而成長CMT的MOVPE技術。 其他成長CMT的方法包含分子束磊晶（MBE)。紅外線 裝置係藉由MBE製程成長CMT於鎘鋅碲化物（Cch.yZnyTe， 亦稱爲CZT)基板上而形成。見實例：M Zandian，JD Garnett， • RE De wame s, M Carmody，JG Pasko，M Farris, C A Cabelli, DE Cooper，G Hildebrandt，J Chow，JM Arias，K Vural 與 DNB Hall, J. Electronic Materials 32(7) 803 (2003) “ Mid-wavelength infrared p-on-n Hg i -xCdxTe heterostructure detectors ： 30-120 Kelvin state of the art performance” ，或 JD Phillips，DD Edwall 與 DL Lee, J. Electronic Materials 31(7) 664 (2002) “Control of very long wavelength infrared HgCdTe detector cut-off • wavelength” ° 紅外線成像應用日漸需要大面積的二維檢測器陣列，以 用於長程檢測與辨識。由於這些陣列的實體尺寸已增加， 所以對CMT用之習用基板材料與成長技術的限制已變得明 顯。鎘鋅碲化物已廣泛作爲CMT成長的基板，但其僅有小 尺寸而限制其使用於製造大陣列。業已同樣作爲基板的鎘 碲化物亦僅有小尺寸。此外，CdTe與CZT皆極易碎，且晶 體品質非特佳。 砷化鎵（Ga As )基板可具有相當大的尺寸。然而，如前 1276221 檢測器通常 不同溫度工 ，矽讀取電 置剝離自電 雜性可降低 鎘碲化物及 匹配於讀取 CMT成長前 Jensen, MD Venzor， J. 上的MBE成 任一基板上 需要具再現 二，已證實 波長紅外線 ，但是其對 矽上的Μ B E 長紅外線裝 置向來亦難 w 揭，裝置通常接合於矽讀取電路。在作業中， 冷卻至諸如約80K的低溫（惟不同裝置最好在 ~ 作），以降低熱雜訊。在檢測器的作業溫度下 路與 GaAs基板間的熱失配可造成紅外線裝 路。薄化基板可降低該效應，但薄化製程的複 產能並增加生產成本。熱失配的問題亦發生於 CZT基板。 矽向來係作用爲基板，因爲矽基板本質上熱 φ 電路。 MBE技術已應用於成長CMT在矽上，並於 成長緩衝層於砂上，諸如 TJ de Lyon, JE Gorwitz, C A Cockrum, SM Johnson 與 GM Electronic Materials 28，705( 1 999)。CMT 在矽 長已證實爲具挑戰性的工作。首先，對CMT在 的MBE成長而言，成長溫度必須精確控制，其 性的晶圓安裝技術及良好的基板溫度控制。第 難以消除材料缺陷。雖然這些缺陷並非對於中 裝置特性必然具有嚴重的效果（取決於裝置） 於長波長裝置確實有負面影響。因此，CMT在 成長爲困難的製程，且僅能製造可接受的中波 置與陣列。 CMT在矽上進行M0VPE成長以製造工作裝 以處理。見 J. Electronic Materials 25 (8)( 1 996)，第 1 347 頁， K Shigenaka，K Matsushita，L Sugiura，F Nakata 與 K Η i r a h a r a, M Uchikoshi, M Nagashima 及 H Wada, 1276221 “Orientation dependence of HgCdTe epitaxial layers grown by MOCVD on silicon substrates”，第 1353 頁，K Maruyama， H Nishino, T Okamoto, S Murakami, T Saito, Y Nishijima, M Uchikoshi, M Nagahima 與 H Wada “Growth of (111) HgCdTe on (100) Si by MOVPE using metal organic tellurium absorption and annealing55 ，或第 1 3 5 8 頁，H Ebe, T Qkamoto，H Nishino，T Saito 與 Y Nishijima, M Uchikoshi， Μ Nagahima 及 Η Wada “Direct growth of CdTe on (100)，

(211)， and (111) Si by metal organic chemical vapour deposition”。 近來，有文獻指出藉由MBE成長緩衝層於基板上，再 藉由MOVPE成長CMT便可在矽基板上形成CMT ; “Long wavelength infrared focal plane arrays fabricated from HgCdTe grown on silicon substrates”，D J Hall, L Buckle, NT Gordon, J Giess, JE Hails, JW Cairns, RM Lawrence, A Graham, RS Hall，C Maltby 與 T Ashley，發表於 Defense and

Security Symposium 2004 (先前爲 Aero Sense) 2004 年 4 月 12-16 日 Gaylord Palms Resort and Convention Center

Orlando (Kissimmee)，Florida USA，會議公報，以及 “High Performance long-wavelength HgCdTe infrared detectors grown on silicon substrates’’，DJ Hall, L Buckle, NT Gordon, J Giess, JE Hails, JW Cairns, RM Lawrence, A Graham, RS Hall，C Maltby 與 T Ashley, Applied Physics Letters，第 85 卷，第1 1期，第21 13-21 15頁。 該技術得將CMT成長於矽上，其可再進行裝置形成處 4 1276221 , 理並接合於讀取電路。 檢測器陣列與 件，以用於混 合的產能相當 CMT層直接成 本專利申請案 長窗內先成長 層。然而，該 ί相當困難度。 外線裝置的方 於其上的矽基 少一結晶緩衝 幾蒸氣枏磊晶 ^該緩衝層上。 [裝置的方法， 體電路的基板 Ρ層上的需要。 與接合的低產 〇 窗中係先使用 使用金屬有機 然而，該技術仍要求在凸塊接合混成前將 讀取積體電路（ROIC )的晶圓切割成個別元 成製程。此爲昂貴的技術，且鋸開晶圓與接 低。 國際專利申請案第WO02/084741A2說明 長於矽讀取電路上的單石紅外線感測裝置。 的方法包含形成成長窗於矽基板上，其中成 φ 一個鎘碲化物緩衝層，再以MBE成長CMT 方法再次仰賴MBE成長CMT於矽上，而具辛 【發明內容】 因此，根據本發明，所提供爲一種製造紅 法，包含的步驟有：提供具有積體電路形成 板，藉由分子束磊晶（MBE)選擇性成長至 層於至少一成長窗中，以及藉由金屬有彳 (MOVPE)選擇性成長至少一結晶CMT層灰 ^ 因此，本發明的方法提供一種製造紅外賴 其中CMT直接成長於具有諸如讀取電路之積 上。此可免除將基板層上的CMT混成於電龄 因此，該方法可避免混成步驟中之諸如切割 能技術，並允許以晶圓尺度加工紅外線裝置 結晶CMT層成長於基板上之至少一成長 分子束磊晶（MBE )成長一緩衝層。其次， 蒸氣相磊晶成長CMT層。 因此，本發明結合MB Ε與MOV ΡΕ，以製造用於大範圍 1276221 波長且具良好性質之裝置中的CMT。然而本發明的 須二個個別的處理步驟（會增加本方法的複雜性） 二種技術可提供用於製造極佳裝置之可靠且可控的 本專利說明書中所使用的術語鎘汞碲化： HghCcUTe，其中組成物X控制在1與0間（含1劈 當X爲1時，該物質實際上爲鎘碲化物，而當X爲 該物質實際上爲汞碲化物，但是就本專利說明書的 言，二者皆應包含於術語鎘汞碲化物或CMT中。 % 基板取向對於在矽上獲得CMT單晶成長而言 的，且基板取向最好爲朝<11〇〉或<111>錯位一些角 即在2°至10°之間）的（001 )。因此，提供具有積 形成於其上之基板的步驟包含提供具有朝<11 〇>或< 位一些角度（最好爲2°至10°之間或4°至8°之間）之 取向的基板。 應注意地是本發明的成長方法將使材料成長（藉 後再藉由MOVPE)順著基板取向。因此，MBE緩衝 φ層會順著矽基板的（00 1 )取向，且該基板錯位可確 成長。MOVPE層亦順著（001)取向，且CMT層亦爲（ 因此，本方法包含藉由 MBE成長至少一緩衝層 MOVPE成長至少一 CMT層，各該緩衝層與CMT層 著基板取向的結晶取向。 亦應注意地是W0 02/084741所揭示的技術（皆 製程，而非如本發明之同時使用MBE與MOVPE ) | °的矽基板錯位。本發明人已發現該錯位角度不可能 發明。更重要地是，W0 02/08474 1所述的方法並未 方法無 ，混合 製程。 吻意指 10) 〇 0時， 目的而 爲重要 度（亦 體電路 :1 1 1 > 錯 :(001) 由MBE 層或諸 保單晶 :001 ) 〇 及藉由 具有順 爲MBE 义導僅1 滿足本 明白教 -10-

I 1276221 c 導矽應在何方向上取向錯誤，而本發明人已發現此爲重要 參數。顯然該方法教導CdTe的（111)成長（第14頁）且 CMT亦可能具有（1 1 1 )取向，而非如同本發明般地使得緩 衝層與CMT順著基板取向。 因此，本方法可包含製造積體電路於由（〇〇 1 )朝< 1 1 1 > 錯位2°至10°的矽基板上。應注意地是用於形成積體電路的 一般基板取向爲無錯位的（0 0 1 )。在本發明之前，並不清 楚積體電路是否可形成於具有該錯位角度的砂上。然而， φ本發明人已發現使用該形式的矽錯位可獲得相當高的產 能。積體電路的製造係使用熟諳本技藝者所熟知之製造特 定電路的標準技術。熟諳本技藝者所熟知的術語積體電路 包含形成於基板上的訊號電路及單石晶圓上的多重電路 (無論電路是否互連）。例如，就本專利說明書的目的而 言’各圖素相關電路未連接至其他圖素電路之多重圖素檢 測器的讀取電路應視爲積體電路。 積體電路具有經定義的成長窗區域，用於所製造之紅外 φ線裝置的各元件，例如檢測器或光源中的各圖素可具有成 長窗與相關電子元件。因此，該基板可包含多個成長窗。 成長窗可單純爲無矽區域，或可由不同水平的基板區域所 形成。熟諳本技藝者所熟知地是在形成積體電路後，表面 开:^貌將因電路形體而有所變化。因此，成長窗可由電路形 體中的坑洞所形成，亦即低於周圍電路形體的區域。坑洞 深度可僅由坑洞周邊的電路形體高度所定義。然而，成長 窗內有否矽蝕刻可改變電路形體之孔洞的相對深度。坑洞 深度可實質地爲c Μ T層的高度，且最終裝置中的緩衝層或 -11- 1276221 . 諸層具有平面配置。 如後所述，MBE緩衝層或諸層的成長及藉由MOVPE之 CMT的成長可導致成長窗中的結晶成長及成長窗外（亦即 電路上）的複晶成長。其次可藉由蝕刻移除複晶材料。在 成長期間’複晶材料可能侵佔成長窗，以使CMT的結晶區 小於成長窗。當所形成的成長窗相較於電路形體而言爲一 坑洞時’便可能發生該侵佔，因爲電路系統高於成長區且 將於MBE期間在成長窗造成屏蔽。此外，在MOVPE期間， φ電路系統將進一步伸入氣流中，而可增加電路上的成長， 且複晶材料可具有較結晶爲高的成長速率。爲隔離最終裝 置’由受保護電路系統頂端及積體電路與結晶島塊之側邊 移除複晶材料爲必要的。因此，當複晶材料移除時，結晶 CMT的面積小於成長窗。因此，二極體/檢測區小於其可達 成的面積，亦即倘若電路上可用的面積爲檢測器材料所覆 蓋時，塡充因子便小於其所應得者。倘若電路上的可用成 長面積（亦即所有成長窗）包含良好的檢測器材料，則可 φ製作更小的二極體而完成更小的坑洞陣列。對部分應用而 言，較小的坑洞爲有益的且有利於陣列性能，因爲有更多 的二極體可容納於一個陣列上。 因此，在另一個實施例中，成長窗可配置於與電路形體 相同水平。此係有助於成長製程，因爲就分子束與氣流而 言，其基本上代表成長於平面基板上，並降低造成前揭MB E 束屏蔽的電路系統風險。因此，確保成長窗與電路形體爲 相同水平可降低複晶材料侵佔成長窗的機會。因此，較少 複晶材料被移除，且結晶塊的形狀/尺寸更匹配於成長窗。 -12- 1276221 Λ 因而可改善裝置的塡充因子。 在又另一個實施例中，成長窗可由延伸至電路形體上方 '' 的基板柱所形成。在該配置中，成長區將矗立於周圍電路 系統，不會有ΜΒΕ屏蔽，且將伸入MOVPE氣流中。依據 所使用的成長條件而定，成長於柱緣之材料的取向/結晶度 可改變。成長於柱緣的材料可能須以蝕刻移除，因爲縱使 其有結晶，惟其取向、厚度、組成物及摻雜仍將異於以正 確取向成長於柱頂的希冀結構，而產生不同的裝置性能。 φ 然而，整個柱頂區域將爲良好品質的結晶材料，以確保有 效使用所有形成的成長窗。因此，矽柱上的成長可具有裝 置尺寸與塡充因子的優點。 定義爲成長窗的基板區域因而可在異於基板其他區域 的不同水平進行加工。亦得以加工希冀成爲成長窗的基板 區域，以使其具有異於基板其他區域的取向。此舉得使積 體電路製造於其上的基板具有標準（0 0 1 )取向，而相應於 成長窗的基板區域可加工（諸如蝕刻）成具有CMT單晶成 0長所需的錯位。 成長窗外的基板最好覆以遮罩材料。換而言之，成長窗 係爲遮罩材料的空洞所定義。本方法因而包含在緩衝層成 長前施加遮罩材料於成長窗外之基板的步驟。在製備及成 長緩衝層與CMT層期間，遮罩材料可協助保護積體電路及 基板其他區域。此外，遮罩材料可協助定義成長窗並輔助 緩衝層與CMT層的選擇性結晶成長。遮罩材料可輕易地施 加在具有積體電路形成於其上的整個基板，再由某個區域 選擇性移除而暴露出成長窗。熟諳本技藝者將明瞭施加遮

-13- 1276221 衊 罩材料再移除其經選擇部位的方法，諸如光微影法。 ， 遮罩材料可爲化學與機械性質頑強的任一材料，以於製 備與成長C Μ T期間保護基板與積體電路，惟當c Μ τ加工 兀1成而暴路出下方的電路系統時，可將其移除。一便利的 遮罩材料爲鎢化鈦T i w，惟仍可使用其他材料，諸如二氧 化矽（Si〇2)、氮化矽（ShN〇 、鋁（A1)、絡（Cr)、 鉑（Pt )、鈀（Pd )或其他耐火金屬。 成長窗中所暴露的矽在緩衝層的Μ B E成長前最好爲潔 φ淨的，以利於材料成長。該清洗可移除任何不希冀的污染 物。該製備可包含一道或多道溶劑清洗、筒式灰化和/或離 子束硏磨。基板亦使用氫氟酸（HF )基触刻劑進行触刻。 應注意地是在以標準成長法成長材料於普通基板上之 •前（亦即藉由諸如ΜΒΕ成長緩衝層之前）通常先進行矽基 板的熱清洗。然而，涉及高達800°c溫度的熱清洗將損傷積 體電路。因此，具有積體電路的基板無法進行習用的熱清 洗。試驗顯示積體電路可於高達約5 0 0 °C的溫度存活，惟在 φ遠高於該溫度則可熔解電路的金屬線路而損傷電路。 在Μ BE緩衝成長前，在高於室溫但不會損傷積體電路 的足夠低溫下，將基板暴露於砷流體。砷流體將氫污染的 矽基板表面備妥，以用於後續Μ B E成長。 因此’本發明係利用可提供良好清洗但不會損傷積體電 路之約450 °C的低溫清洗製程。後續成長步驟在低於習用熱 清洗的溫度下進行，因而不會有積體電路存活的問題。 可藉由MBE成長一個或多個緩衝層。緩衝層可設定正 確的M0VPE成長取向（MBE緩衝層的成長順著基板取 -14- 1276221 .向），並避免基板中的物質化學污染CMT。緩衝層亦 避免後續成長之CMT層中的汞進入基板中的電路系統 當的緩衝層包含鎘碲化物及鋅碲化物。可具有諸如鋅 物單層的單一緩衝層，或可爲諸如鋅碲化物層成長於 鎘碲化物層成長於其上之基板上方的諸層組合。鎘鋅 物亦可作爲緩衝層。其他緩衝層可包含砷化鎵與鍺。 爲成長鋅碲化物，可使用鋅碲化物，或元素鋅與碲 元素與化合物材料的組合作爲Μ B E源材料。相似地， φ 用元素鎘與碲或鎘碲化物或其組合成長鎘碲化物。緩 係使用熟諳本技藝者所熟知的標準Μ Β Ε成長製程進 長。 整個基板暴露於ΜΒΕ成長，惟因有準備適當的成 (諸如使用適當的遮罩材料），所以結晶成長僅發生 長窗中，因爲僅有成長窗中的結晶基板暴露出而作爲 成長基材。沈積於成長窗外之基板上的材料係爲複 料。依據製程條件而定，其得以確保成長僅發生於成 φ中，亦即成長窗外無成長而成長窗內有結晶成長。此 界熟知的“擇區成長”，且將具有較佳塡充因子，因爲 成長面積將等於（或更接近）成長窗面積。然而，迄 證實在成長窗外部進行成長並於後續蝕刻階段中移除 冀的材料則更爲方便。 在緩衝層的ΜΒΕ成長後，可藉由MOVPE成長CMT 衝層上。然而，最好在MOVPE成長前先清洗緩衝層表 依據所使用的設備而定，可能必須將設有緩衝層的基 ΜΒΕ成長設備轉置於MOVPE反應器和/或加工步驟間 用於 。適 碲化 具有 碲化 ，或 可使 衝層 行成 長窗 於成 嘉晶 晶材 長窗 爲業 CMT 今已 不希 於緩 :面。 板由 可能 1276221 • 有遲滯。倘若設有緩衝層的基板未保存於經控制的環境 中，則可能會有累積於上緩衝層表面上的雜質。清洗將移 除至少部分的該雜質，但是類似於基板製備，任何清洗步 驟皆不應損傷積體電路。可藉由熟諳MOVPE技藝者所熟知 之蝕刻設有緩衝層基板的方式或藉由任何適當的清洗製 程，在前揭溫度下進行清洗。倘若MBE/MOVPE系統間設 有真空腔，則無須清洗。 在成長該至少一個 CMT層之前，該方法更可包含以 φ MOVPE再成長至少一個緩衝層的步驟。該MOVPE緩衝層 可同於或異於MBE所成長的緩衝層。如前揭，MBE提供以 正確MOVPE成長取向成長適當緩衝層於矽上的良好可控 方式。然而，爲進一步改善CMT的MOV PE成長條件，藉 由MOVPE鋪上緩衝層可能爲有用的。例如，當MBE緩衝 層包含成長於基板上之基層鋅碲化物上方的鎘碲化物頂層 時，該方法包含藉由MOVPE成長另一鎘碲化物層於MBE CdTe層上的步驟。 φ 藉由MOVPE成長另一緩衝層可增加緩衝層厚度（此於 部分實施例中爲有益的），且MOVPE爲較MBE快的成長 法。MOVPE緩衝層亦有助於將CMT隔離自已暴露於大氣的 表面，亦即鋪上MOVPE緩衝層可覆蓋因MBE緩衝層之氧 化等作用所形成的任何表面雜質及清洗製程（若有進行） 的任何殘留物。 藉由標準MOVPE技術成長CMT層，以使進入反應器的 預製體濃度爲其蒸氣壓與氣流量（氫氣爲便）所控制，其 中含有預製體的氣泡得以爲其他的潔淨氣體（氫氣）流量 -16- 1276221 # 所進一步稀釋。以此方式便可使HghXCdxTe的成長具有可 控的X値’而賦予希冀的裝置特性。MOVPE製程便於使用 US4,5 66,9 1 8所揭之CMT成長的交互擴散複層製程，亦即 成長CMT的步驟包含依序成長cdTe與HgTe薄層，該CdTe 與HgTe薄層在成長期間交互擴散而形成CMT單層，且其 相對厚度決定鎘含量X。 所彳吏用的有機金屬預製體爲任何適用的揮發性碲與鎘 的化合物，諸如鎘與鎘的烷化物。在一實施例中，碲預製 φ體爲二異丙烷碲化物，而鎘預製體爲二甲基鎘。 當任一 MOVPE緩衝層與CMT成長於MBE緩衝層上時， 將具有MBE緩衝層的晶體取向。結晶成長僅發生於成長窗 內，而複晶成長則發生於其他位置。 CM T層可摻入n型或p型的適當摻質。適當摻質包含 碘、砷、銦及銻，惟亦可使用其他摻質。適當預製體包含 異丁基碘化物及三（二甲基胺）砷。 該方法通常包含根據希冀裝置的需求而成長一層以上 $的CMT。不同層可具有不同厚度、組成物（HguCcLTe中 的X )和/或不同摻質與摻質濃度。 在MOVPE成長CMT層後，最好在富有汞的環境中將材 料退火，以塡充汞空孔並確保希冀的電性。退火可於MOV PE 反應器中進行，並可於CMT層成長後直接進行，或可於後 續使用任何適用設備進行。 arrays 緩衝層的MBE成長與CMT的MOVPE成長基本上係使用 下列文獻所揭方法·· “Long wavelength infrared focal plane fabricated from HgCdTe grown on silicon substrates’’， -17- 1276221 DJ Hall, L Buckle, NT Gordon, J Giess, JE Hails, JW Cairns, RM Lawrence, A Graham, RS Hall, C Maltby 與 T Ashley,發 表於 Defense and Security Symposium 2004 (先前爲

AeroSense) 2004 年 4 月 12-16 日 Gaylord Palms Resort and

Convention Center Orlando (Kissimmee), Florida USA,會議 公報，“High Performance long-wavelength HgCdTe infrared detectors grown on silicon substrates”，DJ Hall，L Buckle, NT Gordon, J Giess, JE Hails, JW Cairns, RM Lawrence, A Graham，RS Hall, C Maltby 與 丁 Ashley，Applied Physics Letters,第85卷，第11期，第2113-2115頁，以及英國專 利申請案第GB 0407 804.4號，所有內容係以引用的方式納 入本案以爲參考資料。 在結晶材料成長於成長窗內且複晶材料成長於成長窗 外之處，移除不希冀的材料爲必要的。因此，該方法可包 含移除任何不希冀CMT和/或緩衝層材料的步驟。可以蝕 刻完成複晶材料的移除。蝕刻步驟最好包含乾式蝕刻步 驟’之後再進行化學濕式餘刻。光微影可用於形成触刻區。 可於不同階段移除不希冀的材料。例如，MBE與MOVPE 成長階段可於移除複晶緩衝與C Μ T材料前完成。或者，可 於MOVPE成長階段前完成緩衝層的ΜΒΕ成長，並移除任 何不希冀的複晶緩衝層。其次，可僅於結晶緩衝層上進行 Μ〇V Ρ Ε複晶成長。Μ〇V Ρ Ε成長階段可獲得選擇性的區域成 長，以使成長區外完全無成長；或者，其可在成長窗中的 結晶材料上進行晶體成長並於其他位置進行複晶成長，在 該狀況下無須於MOVPE成長後進行蝕刻步驟。 1276221 該方法亦可包含形成CMT層形狀的裝置加工步驟。該 步驟亦可包含提供電氣連接的配置處。該裝置加工便於在 移除任何不希冀CMT/緩衝材料時進行。 裝置加工步驟可包含平面化處理技術，並可包含諸如離 子植入、離子束硏磨及圓錐或透鏡的形成。離子植入得以 在CMT成長後植入p/n型摻質，以形成二極體或其他結構； 因此CMT材料的成長可先形成未摻雜或部分摻雜薄層，再 藉由離子植入而進行摻雜。 φ 該方法亦可包含以至少一個保護層塗佈C Μ T的步驟。 熟諳本技藝者所熟知地是CMT結構的側壁最好塗佈以一個 或多個保護層，以確保裝置的電氣穩定性並避免汞流失自 該材料。保護層可爲鎘碲化物層。保護層爲MOVPE所成長 的嘉晶層。 該方法亦可包含由成長窗外的基板移除任何遮罩材料 的步驟。此舉可藉由本技藝所熟知之諸如化學濕式蝕刻的 蝕刻製程而完成。 ^ 該方法亦可包含在CMT與積體電路間完成電連接的步 驟。電連接可藉由熟諳本技藝者所熟知之沈積犧牲材料、 沈積導電材料於犧牲材料上及移除犧牲材料的方式而形成 爲氣橋（air bridge)。或者，在保護層施加於CMT材料處， 電連接可經由保護材料中的導孔而完成。CMT材料與積體 電路間的關係顯然將決定電接點的方式。緩衝層/CMT成長 於裝置電路形體部位之孔洞處可直接接觸於積體電路。在 最終裝置與電路同平面處，無須氣橋便可完成電連接。所 需的連接類型及保護程度將隨裝置設計而改變，且將爲熟 -19- 1276221 w 諳本技藝者所明瞭。 應注意地是，如英國專利申請案第GB0407 804.4號所 揭，該成長CMT的方法得以在已完成裝置加工的^ΜΤ層 上再度進彳了 CMT嘉晶成長。因此，本發明的方法可包含成 長部分CMT結構，再進行裝置加工，以及再以M〇vpE成 長至少一個附加的CMT層。該至少一個附加的CMT層將 嘉晶於結晶CMT區域上。裝置加工可包含任一種成形步驟 (諸如鈾刻）’或可包含製造電接點。具體地說，該方法 φ得以成長一個或多個CMT層，以形成電接點於部分該結 構，再進一步成長至少一個附加的CMT層。 因此，本發明提供一種用於形成單石紅外線裝置的方 法，其中電路系統與紅外線主動材料位於相同基板上。爲 本發明所完成的裝置包含短波檢測器與光源、中波檢測器 與光源、長波檢測器與光源及極長波檢測.器與光源。在所 有的該狀況中’完整的2 D陣列可由整合有各圖素電路系統 的CMT材料所製成。雙波帶、多波帶、超光譜及崩潰裝置 馨可以本發明所成長的CMT製成。負冷光裝置可以同LED與 單光子源的方式進行製造，且該裝置可使用於由聚焦平面 陣列紅外線檢測器至氣體感測器的科技範圍。亦可使用本 發明的方法製造電晶體。 成長於至少一個成長窗中的CMT亦可進行加工而製造 積體電路於其上。製造於CMT中的積體電路與製造於矽基 板上者有不同性質，諸如其可更快且更低功率。因此，局 部高速電路可製造於主體矽積體電路內之CMT島塊中。 因此，根據本發明的另一個觀點，所提供爲一種單石紅 -20- 1276221 . 外線裝置，其包含具有積體電路製造於其上的矽基板及形 成在位於該基板上之至少一個緩衝層上方的至少一個鎘汞 碲化物層，其中該基板具有朝<11〇>或<111>(最好爲<m>) 錯位2°至10°的（001 )取向。 根據本發明的裝置可以本發明第一個觀點的方法進行 製造，而具有所有其優點。該裝置最好包含各具有其相關 電路系統的複數個CMT結構。該裝置爲具有複數個檢測器 圖素的紅外線檢測器。該裝置可爲線性陣列或2D檢測器陣 φ 列。 雖然本發明的方法係有關成長CMT於具有積體電路的 矽基板上，但是其已發現成長於成長窗內的CMT具有極佳 表面形貌。對於以習用方法所成長的CMT而言，最大陣列 尺寸與作業能力可爲諸如凸丘（hillock)之大型缺陷所限。 在普通矽上所成長之高品質材料的一般缺陷密度約爲 10-20 cnT2。成長於成長窗內之材料中的缺陷密度遠小於 此。因此，成長窗內之CMT的成長提供一種成長大面積且 φ高品質之檢測器陣列或其他紅外線裝置的方法。 因此，在本發明的另一個觀點中，所提供爲一種製造 CMT結構之單石陣列的方法，其包含的步驟有提供具複數 個成長窗的單石基板材料，並選擇性地成長至少一個結晶 鎘汞碲化物層於該成長窗內。 因此’相較於其他成長技術，本發明可應用於成長更大 面積且更高品質的CMT裝置陣列。成長基板可爲任何適當 的結晶材料，並可爲具機械強度且可獲大面積者。該基板 可爲具有積體電路或其他表面特徵的基板，或者可爲具有 -21- 1276221 • 成長窗的普通基板。適當的基板材料包含鎘碲化物、鋅碲 化物、鎘鋅碲化物、鎘鋅硒化物與鎘鋅硒碲化物（惟這些 材料通常非爲大尺寸）、砷化鎵、矽、鍺、銻化銦、銦鋁 銻化物、銦鎵銻化物、磷化銦、藍寶石、氧化鋁或尖晶石 (Mg Al2〇4 ) 〇 本發明的觀點因而可用於生產高品質混成裝置。在該狀 況中，矽爲較佳的基板，因爲其本質上熱匹配於讀取電路。 用於混成成長的選擇區域亦提供材料內之應變降低的優 φ 點’而使基板/CMT具有較少翹曲。當成長僅發生於成長窗 內時，該效果最大。 成長窗最好由具有遮罩材料施加於成長窗外部的基板 所形成。因此，該方法可包含在CMT成長前便施加遮罩材 料於成長窗外之基板的步驟。整個基板覆以遮罩材料，再 移除經選擇的遮罩材料區而暴露出成長窗。標準光微影技 術可用於形成使用遮罩材料的成長窗。 熟諳本技藝者將明瞭可作爲遮罩材料的各種材料。在基 板爲無積體電路形成於其上之普通基板處，遮罩材料僅用 於避免成長窗外的CMT結晶成長。適當的遮罩材料包含 Ti-W，二氧化矽（Si〇2 )、氮化矽（Si3N4 ) 、Al，Cr，Pt，Pd 及其他耐火金屬。 成長至少一個CMT層的步驟最好包含藉由MBE成長至 少一個結晶緩衝層於各成長窗內，再藉由MOVPE成長至少 一個結晶CMT層於緩衝層上的步驟。如前揭，該成長CMT 的方法可製造具可控性質的高品質CMT裝置。與MBE成 長緩衝層及MOVPE成長CMT層（及任何其他緩衝層）有 -22- 1276221 . 關之所有前揭的實施例及優點同樣可應用於本發明的該觀 點。 如前揭之有關本發明第一個觀點的部分，基板取向對於 確保正確材料成長爲重要的。取向得使Μ B E緩衝層正確成 長，並確保緩衝層具有MOVPE成長CMT所需的正確取向。 因此，基板最好在<111>或<110>的方向上而由{ 1〇〇}發生 錯位。錯位程度最好在2 °至1 0 °之間。以該方式使基板取向 錯位可避免缺陷累積於ΜΒΕ緩衝層中。當基板爲矽時，基 着板取向最好爲朝[111 ]方向錯位的（〇〇 1 )，且錯位角度最好 在2°至10°的範圍，4°至8°則更佳。矽通常爲較難於其上進 行成長的基板，且正確取向爲重要的。 該方法最好包含在材料成長前清洗成長窗內之基板的 步驟。此舉可爲前揭溶劑清洗、蝕刻、筒式灰化、離子束 硏磨及氫氟酸基蝕刻的組合，惟在基板不具有積體電路處 亦可使用標準熱清洗技術。 在成長CMT材料後，該方法可包含藉由蝕刻移除不希 I冀之CMT材料的步驟。在使用遮罩材料處，此舉得使結晶 成長僅發生於成長窗內，而複晶成長發生在他處；因此， S胃移除複晶材料。該步驟可包含用於形成所需裝置外型 的裝置加工步驟。 _力法亦可包含裝置形成後之移除任何遮罩材料的步 驟。如前揭，此舉可由標準蝕刻/光微影技術進行。 Μ ί易方法可用於製造一系列的CMT島塊於基板上的緩 衝層上方°該方法另可包含進一步成長材料於整個基板 上’亦即CMT島塊與空白基板上。此可形成鑲埋於另一材 -23- 1276221 .· 料中的CMT島塊陣列。例如，CMT可鑲埋於 於長波長作業的CMT材料島塊可鑲埋在用於 業的CMT材料內，或者cdTe(或HgTe)可鑲 【實施方式】 鎘汞碲化物係用於特指紅外線檢測器的紅 聚焦平面陣列變得越來越大，所以習用的製 限。具有連接至讀取積體電路（ROIC )之檢 混成爲昂貴且低良率的製程。本發明係有關 鲁器材料於ROIC上，因而免除混成的需要，並 尺度的製程製造具有極大面積與高圖素的聚j 製造直接位於ROIC上之檢測器陣列的第 造ROIC。其已發現對於成長單晶CMT於普 基板取向爲重要的。就矽而言，該取向爲朝< 角度的（001 )。因此，ROIC係製造於該錯 測試電路已形成於錯位矽上，並獲得經檢視 率，其代表得以製造ROIC於離軸矽上。業界月 0的標準方法係位於無錯位的取向（1 〇〇 )上。 應注意地是矽基板可包含磊晶矽。熟諳本 積體電路的形成可始於磊晶成長矽於塊材矽 成電路前）。對本專利說明書的目的而言， 晶砂。 第1圖爲用於證實本發明原理的ROIC η 包含一些測試電路、二維輸出電路及64x64 I 電路具有暴露出矽的成長窗，以用於成長檢 央區域包含150微米間距的全功能64x64圖 -CdTe下，用 中或短波長作 埋於CMT中。 外線裝置。於 造方法已達極 測器的基板的 直接成長檢測 得以使用晶圓 素平面陣列。 一個階段爲製 通矽上而言， 1 1 1 >錯位一*些 位砂基板上。 且可接受的良 5於製造R〇IC 技藝者將明瞭 晶圓上（在形 砂基板包含磊 ί局。該ROIC 圏素ROIC。該 測器材料。中 素陣列。該圖 -24- 1276221 ^ 素爲標準設計，並包含有直接射出閘、凝閘（stare gate )、 聚集電容器、重設電路及100微米區域（暴露出矽基板， 以用於成長緩衝層與CMT )。第2圖爲基板上之檢測器成 長窗的SEM。 應注意地是前揭裝置爲完全2D陣列。各該64x64圖素 皆具有各自成長窗與相關電路系統。該方法對比於 W 0 02/084741所述之形成單成長窗的方法。在W002/084741 中，CMT成長於成長窗內，再形成爲線性陣列或二個並排 0的線性陣列。本發明允許成長發生於複數個個別的成長窗 內。 在成長緩衝層與檢測器材料於R 〇 I c上之前，R 0 I C已塗 有保護性Ti-W遮罩。Ti-w爲較佳，因爲其較諸如鋁、鉻、 二氧化矽之其他經硏究的保護層更具機械強度，惟必要時 仍可使用這些材料。Ti-W遮罩可於形成紅外線裝置物理結 構的檢測器材料成長、退火、鈍化、裝置加工及乾式蝕刻 製程期間保護ROIC不受化學污染/化學損傷/結構損傷。 Φ 在沈積保護電路的Ti-w保護遮罩後，使用光微影移除 Ti-W而暴露出成長窗區域。此舉暴露出底層矽基板，以備 用於檢測器材料成長與製備製程。 在預加工後，紅外線檢測器材料層（亦即檢測器材料） 及任何緩衝層係直接成長於上。重要地是單晶檢測器 材料係成長於成長窗內的r 〇〗C上。這些成長窗係經仔細地 製備’以移除可能形成複晶材料於成長窗內的任何不希冀 污染。成長窗的製備包含溶劑清洗、筒式灰化、離子束硏 磨及氫氟酸（HF)基蝕刻（亦即氫氟酸/乙醇混合）。所有 -25- 1276221 - 這些方法皆爲相當低溫的清洗步驟（約爲室溫），但皆能 充分清洗基板，以使材料不爲背景雜質所影響。成長材料 於矽基板上的業界標準製程包含在8 2 0 °C的溫度清洗矽。然 而，暴露ROIC於5 00°C以上的溫度會使鋁互連熔解，並造 成ROIC的永久損傷。其已爲新的更低溫基板清洗製程所克 月艮。 清洗/製備製程的一部分包含在低溫下暴露基板於砷流 體。此舉係於基板裝載於MBE反應器時進行。砷流體將製 備矽的氫端面，且對於後續Μ B E成長爲重要的。 然而，可使用諸如P，As，Sb，S, Se，Te，Cd, Ζη之氫清洗 和/或加熱的其他清洗/製備法。 當成長窗已備妥用於成長時，先以分子束磊晶（MB E) 成長緩衝層，再以金屬有機蒸氣相磊晶（MOVPE)成長紅 外線檢測器材料。緩衝層包含一個鋅碲化物層及一個約1 微米厚的鎘碲化物層，惟可僅成長一個鋅碲化物或鎘鋅碲 化物單層。緩衝層寬度可爲由諸如一個ZnTe (及CdTe，若 φ有使用）單層至總厚度約1 〇微米。 紅外線檢測器爲複層C Μ T二極體結構。該二極體結構 爲理論模型，並於5微米的中波帶有最佳化性能，惟仍可 製造其他IR裝置。有關ΜΒΕ與MOVPE成長階段的進一步 細節係說明如下。 選擇性成長緩衝材料與後續CMT層成爲成長窗內的結 晶材料及成長窗外的複晶材料。在成長材料測試期間，績 效指標“晶體產能”定義爲已成長晶體之成長窗對陣列內之 總圖素的比例。本發明的方法已全然成功於製造高品質的 -26- 1276221 • 單晶材料，其具有100%的晶體產能。成長於ROIC上之成 :¾ ®內的檢 '測器材料背景表面形貌可相較於成長在習用基 板上的檢測器材料。微分干涉（Nomarski )與掃瞄式電子 顯微照片分別示於第3與4圖中。成長窗內的材料爲結晶， 而其他位置的材料爲複晶。 就更大的缺陷而言，成長窗內的成長形貌品質極佳。就 習用的成長而言，最大陣列尺寸與作業能力可能爲熟知之 凸丘的大錐體缺陷所限制。對於普通矽上的高品質層而 鲁言，典型的凸丘密度約爲至2〇 cm·2。成長於成長窗內 之材料的缺陷密度顯然遠小於該値。因此，本發明亦有關 成長CMT於成長窗內，以作爲製造大面積之無凸丘材料於 習用檢測器陣列的有用技術。 在檢測器材料成長製程後，使用蝕刻法移除複晶材料。 其次，結晶檢測器材料已備用於後續加工階段。其已證實 最佳蝕刻法包含乾式及後續的濕式化學蝕刻。 在乾式蝕刻步驟中，一些以甲烷爲主的電漿化學品已用 φ於乾式蝕刻CMT。甲烷電漿內的自由基會與CMT中的鎘、 汞、碲反應而形成Me2M，其中Μ爲Cd，Te，Hg且Me爲CHs。 Me2Hg亦由Me2Cd對Hg與CMT的交互作用而形成，且Me2Te 係由Me2Cd對Te與CMT的交互作用而形成。部分的录亦 可由表面蒸發。甲院電漿亦沈積聚合物於艙內，且通常會 添入額外的氣體以控制此情形。本步驟所用的電漿包含位 於電漿耦合電漿系統內的甲烷與氫氣。 其次，使用光微影技術形成蝕刻區（在本案爲複晶材 料）。第3與4圖所不的複晶材料係爲乾式触刻所移除。 -27- 1276221 . 其次，以濕式蝕刻移除Ti-W保護遮罩，以暴露底層電 路系統。 最後的加工步驟係利用金屬化而將檢測器連接至R0IC 接點墊。可以二種方式之一完成連接。可沈積一保護層， 以避免與檢測器及金屬接點發生短路。必須於保護層中開 啓孔洞，以接觸於檢測器接點區。或者，可形成氣橋接點， 以免除設置保護層及短路的風險。 氣橋接點目前係用於接觸平面式裝置。氣橋必須使用具 馨有鉻/金金屬線路沈積於其上的臨時保護層支撐結構。移除 保護層將使金屬互連線路懸置於空中。該技術具有無須電 絕緣層的優點。 使用受保護的CMT紅外線檢測器結構便可獲得更高性 能的電阻面積製品，且設置保護層對長波帶裝置爲較佳。 然而，在中波帶操作之未沈積保護層（諸如CdTe )的CMT 紅外線二極體具有夠高的背景限制性能。 對其他裝置而言，電接點可於裝置成長的不同階段製 $作。本發明的成長方法得以成長可進行諸如蝕刻或形成電 接點之裝置加工步驟的一些材料層。例如，一'個或多個CMT 層可以MOVPE成長於緩衝層上，再於電接點製作於CMT 層之前使用鈾刻移除（若有必要移除）複晶材料。進一步 以MOVPE成長CMT將導致一個或多個CMT層的磊晶成 長。其次，將整個裝置退火、設置保護層及製作電連接。 聚焦平面檢測器的製造係經說明，惟熟諳本技藝者將明 瞭其他紅外線裝置可使用本發明的方法進行製造。

如則揭’其係以Μ B E成長緩衝層，並以Μ 0 V P E成長C Μ T -28- 1276221 層。 MBE爲在超高真空進行的製程。參考第5圖，液 屏板輔助維持真空。材料源容納於設備中之瀉流 內的增堝。瀉流單元204係經定位，以使坩堝的 向經加熱的基板2 0 6。當坩堝端部的遮板2 〇 8移開 係由坩堝轉置於經加熱基板。轉置於基板的材料 於坩堝溫度，溫度越高則材料蒸氣壓便越高，而 材料。加熱線圈2 1 0控制坩堝的加熱。因爲系統 肇下’所以縱使在低蒸氣壓下，材料仍會於充分加 並可轉置於基板。再者，因爲系統處於真空下， 束係於不受周圍氣體干擾下而由瀉流單元轉置於 流單元通常維持在保持溫熱但不足以蒸發材料! 度。在成長前，將該單元加熱至成長溫度，以使 料由；t甘堝蒸發而成長希冀薄層。 經遮蔽與蝕刻的矽基板206係穿經裝載艙而_ 套件。基板固定於經加熱且轉動的載具2 1 2上。 0高成長層的均勻度。成長期間的基板溫度低於沈 蒸發的溫度，惟其仍足夠熱以允許原子在表面上 開結晶材料。 其次，在加熱（亦即高於室溫）及砷流體下清 然而該溫度係夠低而避免對ROIC造成任何損傷^ 依據所需使用的成長源而定，由鋅碲化物、鋅 前方移除遮板而開始成長鋅碲化物。當已成長所 化物厚度時，將遮板歸回原位。相似地，由鎘碲 與碲單元前方移除遮板而開始成長鎘碲化物。再幸 :態氮2 0 2 單元204 開口端指 時’材料 量係取決 轉置更多 處於真空 熱下蒸發 所以材料 試樣。瀉 的閒置溫 足夠的材 K 入 MBE 轉動可提 積材料再 移動並離 洗基板， 與碲單元 需的鋅碲 化物、鎘 卜在CdTe -29- 1276221 癰 , 成長終止時，將遮板歸回原位。當完成成長時，將單元冷 卻至閒置溫度，並將基板冷卻及卸載自設備。 以MBE將一個薄ZnTe緩衝層成長於ROIC內的成長窗 上，而將基板取向設定爲（〇〇1 )並提高後續成長之CdTe 緩衝層的黏著性。以MBE直接成長於矽上的CdTe更易於 剝落自基板。緩衝層具有約1微米的總厚度，惟一些裝置 可爲更厚並可僅爲鋅碲化物或CZT。 部分成長製程可使用遷移輔助磊晶（MEE)進行，且就 φ本專利說明書的目的而言，MBE的參考資料包含MEE的參 考資料。 其次，將已依所需進行任何蝕刻/清洗步驟的基板轉置於 M0VPE反應器。爲製造多層裝置，各CMT層係成長於各成 長窗內，且各層係以美國專利第4,566，918號所述的交互 擴散複層製程進行成長。雖然MBE設備與MOVPE設備通 常爲各自獨立的設備，但是其可結合於單一單元中並具有 真空艙或輸送機構位於其間。一特別的套件可佩置於Μ B E 馨及MOVPE艙，並具有真空艙或輸送機構位於其間。 第6圖圖示M0VPE的成長原理及適用於m〇VPE成長的 設備（惟可改變實際使用的設備）。如U S 4，5 6 6，9 1 8之詳述， 氫氣係經由質量流量控制器3，4，2 3而由歧管1供應至起 泡器6，7，25。關閉閥門8並開啓閥門1〇，1 1便可使氣體流 經起泡器6，而關閉閥門1 〇，π並開啓閥門8便可將來自 質量流量控制器3的氫氣導引穿經旁通管丨4而到達洗滌器 或過濾器3 1。相似地，起泡器7可以閥門9，1 2，1 3控制， 而起泡器25可以閥門26，27，28控制。爲簡化起見而僅有 -30- 1276221 蘑 , 三個起泡器示於第3圖中，惟實際上可能需要更多個 器。因此，穿經各起泡器的流體可受控制。來自起泡器 25的流體可於混合器1 5中混合，且在流體進入反應器 1 6前，其可以來自控制器5 (爲閥門3 2，3 3所控制） 流進行稀釋；惟在其他裝置中，較佳方式可爲將預製 別供應至反應器容器並於反應器中混合其。 具有位於成長窗內之結晶緩衝層的基板20係置於 2 1上的反應器容器1 6內。元素汞1 9儲槽係藉由加熱 φ 17並穿經反應器壁面24或藉由任何適當的加熱構件（ 置於汞儲槽下方的內部加熱器）而進行加熱，並保有 氣的分壓。基板係藉由感應加熱器1 8或任何其他適當 件進行加熱，以使來自起泡器6，7，25之氣流中的金 機預製體在基板周圍分解。 起泡器6含有諸如二甲基鎘之鎘預製體，且起泡器 有諸如二異丙基碲化物之碲預製體。由起泡器6，7至 器艙的氣流係藉由依序適當地控制閥門而進行控制， φ各成長窗內成長汞碲化物與鎘碲化物的薄層；該薄層 係經控制，以於成長製程期間控制藉由成長窗內之薄 互擴散所形成之最終CMT層的總鎘含量。 爲於各成長窗內製造第一 CMT層（可爲諸如p 層），其應輸入p型摻質。一種適當的p型摻質爲砷 可考量諸如磷與銻之其他摻質。因此，摻質起泡器25 諸如三（二甲基胺）砷之適當預製體（可使用其他揮 砷成分），且起泡器溫度及穿經起泡器的氣流係經控 獲得適當的摻雜。在成長第一 CMT層後，依序成長另 起泡 6, 7, 容器 的氣 體個 基座 元件 諸如 汞蒸 的構 屬有 7含 反應 以在 厚度 層交 hCMT ，惟 含有 發性 制以 一個 -31- 1276221 廩 f CMT層。一種用於任何η型層的適當η型摻質爲碘化物， 諸如使用異丁基碘化物作爲預製體，惟可使用其他預製體 並可使用諸如銦之其他摻質。如前揭，在使用不同摻質處， M OVPE設備將具有複數個可個別控制的摻質起泡器，而非 第6圖所示的單一個摻質起泡器。相似地，倘若將成長任 何MOVPE緩衝層，則該設備可含有容納用於緩衝層組成物 之預製體的起泡器。 在以MOVΡΕ成長CMT層後，最好在富汞環境中將材料 φ退火’此舉將塡充汞空孔並確保希冀的電性。退火可於 MOVPE反應器中進行，並可在CMT層成長後直接進行，或 者可在後續使用任何適當的設備進行。 【圖式簡單說明】 本發明將參考下列圖式而以實例進行說明，其中： 第1圖爲用於驗證本發明之試驗ROIC的示意圖。 第2圖爲基板上之成長窗的SEm。 第3圖爲CMT成長後之基板的微分干涉（Nomarski)顯 0微照片。 第4圖爲CMT成長後之基板的SEM。 第5圖爲適用於緩衝層成長之MBE設備的示意圖。 第6圖爲適用於CMT層成長之MOVPE設備的示意圖。 【主要元件符號說明】 1 ···歧管 3，4,5,23···控制器 6,7,25···起泡器 8,9，10，1 1，12，1 3,26,27,28,3 2,3 3···閥門 -32- 1276221 1 4…旁通管 15…混合器 16…反應器容器 17…元件 18…感應加熱器 19…元素汞 20,206·.·基板 21…基座 2 4…反應器壁面 31…過濾器 202…液態氮 204…瀉流單元 208…遮板 2 10···加熱線圈 2 1 2…載具

Claims (1)

1276221 日修(更)正替換頁 ^ 第94 1 26052號「圖案化矽上之鎘汞碲化物之製造」專利案 (2006年9月修正） 十、申請專利範圍： 1 · 一種製造紅外線裝置之方法，包含的步驟有：提供具有 積體電路形成於其上的砂基板，藉由分子束嘉晶選擇性 成長至少一結晶緩衝層於至少一成長窗中，以及藉由金 屬有機蒸氣相磊晶選擇性成長至少一結晶鎘汞碲化物層 (CMT layer)於該緩衝層上。 ^ 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該矽基板具有朝 <110>或<111>錯位2°至10°之間的（001)取向。 3.如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法包含形成積 體電路於矽基板上的步驟。 ' 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該基 、 板具有複數個成長窗。 5 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中各成長窗內的該基 板或各成長窗的水平異於積體電路形體。 ^ 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中各成長窗內的該基 板或各成長窗係低於該積體電路形體。 7 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中各成長窗內的該基 板或各成長窗係延伸高出該積體電路形體。 8 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中各成長窗內的該基 板或各成長窗係與該積體電路形體在相同水平。 9.如申請專利範圍第丨項之方法，其中各成長窗係爲施加 於各成長窗外部的遮罩材料所定義。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法包含施加遮 1276221 / 罩材料於各成長窗外部之基板的步驟。 π ·如申請專利範圍第9或1 〇項之方法，其中該遮罩材料 爲鎢化鈦。 1 2·如申請專利範圍第1項之方法，更包含有在成長該緩衝 層之前清洗各成長窗內之基板的步驟。 如申請專利範圍第12項之方法，其中該清洗步驟包含 一道或多道溶劑清洗、筒式灰化、離子束硏磨及使用氫 氟酸基蝕刻劑進行蝕刻。 ® 1 4 ·如申請專利範圍第1 2或1 3項之方法，其中該基板製備 步驟包含在砷流體下使用實質不超過500°C的最大溫度 進行熱清洗。 1 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中至少一個緩衝層係 ~ 選自鎘碲化物、鋅碲化物及鎘鋅碲化物之一。 ' 1 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中成長至少一個緩衝 層的步驟包含成長第一鋅碲化物緩衝層於該基板上及 成長第二鎘碲化物緩衝層於該第一緩衝層上。 ^ 1 7 .如申請專利範圍第1項之方法，包含有在成長至少一個 鎘汞碲化物層之前便藉由金屬有機蒸氣相磊晶成長至 少一個緩衝層於分子束磊晶所成長之至少一個緩衝層 上方的步驟。 1 8.如申請專利範圍第1項之方法，其中成長至少一個鎘汞 碲化物層的步驟包含交互擴散複層製程。 19.如申請專利範圍第1項之方法，其中至少一個鎘汞碲化 物層係成長爲摻雜層。 2 0.如申請專利範圍第1項之方法，其中成長至少一個緩衝 1276221 - 層的步驟包含成長結晶材料於成長窗內及複晶材料於 其他位置。 21. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中成長至少一個鎘汞 碲化物層的步驟包含成長結晶材料於成長窗內及複晶 材料於其他位置。 22. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該方法包含在成長 至少一個鎘汞碲化物層之後，移除任何不希冀之鎘汞碲 ' 化物和/或緩衝層材料的步驟。 ® 2 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法更包含裝置 加工步驟，以形成該至少一個鎘汞碲化物層的形狀。 2 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，更包含在成長至少一個 鎘汞碲化物層之後，移除任何不希冀之遮罩材料的步 -驟。 ， 25.如申請專利範圍第10項之方法，更包含有在積體電路 與各成長窗內之至少一個鎘汞碲化物層間製作電連接 的步驟。 Φ 2 6 · —種單石紅外線裝置，其包含具有積體電路製造於其上 的矽基板及形成在位於該基板上之至少一個緩衝層上 方的至少一個鎘汞碲化物層，其中該基板具有朝< 1 11 > 錯位2。至10。的（001 )取向。 2 7 ·如申請專利範圍第2 6項之裝置’包含各具有其相關電 路系統的複數個鎘汞碲化物結構。 2 8 ·如申請專利範圍第2 6或2 7項之裝置’其中該裝置爲紅 外線檢測器。 29·—種製造鎘汞碲化物結構之單石陣列的方法，其包含的 1276221 * 步驟有提供具複數個成長窗的單石基板材料，並選擇性 地成長至少一個結晶鎘汞碲化物層於該成長窗內，其中 ^ 成長至少一個鎘汞碲化物層的步驟包含藉由分子束磊 晶選擇性成長至少一結晶緩衝層於各成長窗中，以及藉 由金屬有機蒸氣相磊晶選擇性成長至少一結晶鎘汞碲 化物層於至少一緩衝層上的步驟。 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該基板爲矽。 " 3 1 ·如申請專利範圍第3 0項之方法，其中該矽基板取向爲 馨 朝<1 1 1>錯位2。至10。的（001 )。 32.如申請專利範圍第29項之方法，其中該成長窗係爲施 加在成長窗外部的遮罩材料所定義。 33·如申請專利範圍第29項之方法，其中該方法包含施加 .遮罩材料於成長窗外部之基板的步驟。 3 4 ·如申請專利範圍第2 9項之方法，包含有在材料成長之 前清洗成長窗內之基板的步驟。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項之方法，其中該方法包含在成 Φ 長至少一個鎘汞碲化物層之前便藉由金屬有機蒸氣相 磊晶成長至少一個緩衝層於先前分子束嘉晶所成長之 緩衝層上方的步驟。 36·如申請專利範圍第29項之方法，其中該方法更包含在 成長後移除任何不希冀之鎘汞碲化物材料的步驟。 37·如申請專利範圍第29項之方法，更包含在材料成長後， 移除任何不希冀之遮罩材料的步驟。