WO2003041120A2 - Method for making a semiconductor photodetector, in particular in the low-energy uv-x domain, and photodetector obtained by said method - Google Patents

Method for making a semiconductor photodetector, in particular in the low-energy uv-x domain, and photodetector obtained by said method Download PDF

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etching
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    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor photodetector as well as to a photodetector obtained by this method.
  • the invention applies in particular to the detection of low-energy UV rays and X-rays and therefore more particularly relates to a method for manufacturing a low-energy UV and X semiconductor photodetector as well as a photodetector. obtained by this process.
  • This range typically ranges from 3eV to 5keV.
  • Photodetectors based on semiconductor materials are based on the collection of charges (electron-hole pairs) generated by the interaction of ionizing radiation with matter.
  • photodetector 2 comprising an element 4 of semiconductor material comprised between two terminals, or electrodes 6 and 8.
  • the ionizing radiation 10 which passes through the photodetector, transfers all or part of its energy to the material.
  • the absorbed energy leads to the generation of electrical charges 12 (electron-hole pairs). These charges are driven by the internal electric field 14 which is established when the photodetector is polarized by a voltage source 16.
  • the charges (electrons and holes), which move between the terminals of the photedector, produce an electrical signal which is recorded by appropriate electronic means 18.
  • the response time of a photodetector depends on the lifetime of the carriers (electrons and holes) in the volume of material in which the charges move before recombining.
  • the lifetime of the carriers in the material zone, in which the charges move must be of the same order of magnitude (approximately lOOps ).
  • the radiation In the low energy UV and X range, the radiation is very weakly penetrating and the charges are generated in a surface layer of the photodetector.
  • This surface layer has a thickness of between 1 nm and 100 nm, that is to say of the order of a few atomic layers to a few tens of atomic layers, the thickness of an atomic layer being of the order of 0.2 nm.
  • photodetectors In this low-energy UV-X range, photodetectors are usually used whose electrodes are coplanar and which are formed on substrates whose thickness is of the order of a hundred micrometers in order to have good mechanical resistance of these photodetectors. .
  • the thickness of the active area In the case of a coplanar photodetector, in the low-energy UV and X range, the thickness of the active area, that is to say of the area of material useful for detection, which corresponds to the depth of penetration of the radiation to be detected is very low (from 1 nm to 100 nm).
  • the response of the photodetector strongly depends on the electrical properties of this area of surface material.
  • the properties of the surface material zone of the substrate strongly depend on the diffusion of unwanted impurities and on the formation of crystallographic defects induced during the stages of manufacture of the photodetector. A small amount of impurities or crystallographic defects can significantly modify the lifetime of the carriers in the area of surface material useful for detection.
  • the reproducibility is all the more difficult to obtain as the response times are short, in particular for response times of less than ten nanoseconds.
  • the temporal characteristics of the photodetectors are all the more sensitive to the properties of the surface area the smaller the inter-electrode distance.
  • a means of producing photodetectors whose response time is less than that of the initial semiconductor consists in pre-irradiating the photodetectors with neutrons, electrons or protons before their use. Irradiation causes point defects
  • the photodetectors must have a response time fixed by the starting material and the manufacturing process possibly including pre-irradiation.
  • the target response time is typically between lOps and 10ns.
  • the present invention aims to solve these problems. It relates to a method for manufacturing, in a reproducible manner, photodetectors of semiconductor material, the active surface of which has characteristics equivalent to those of the volume of the semiconductor material, as well as the photodetectors obtained by this process.
  • the present invention aims to manufacture a photodetector without being concerned with changes in the properties of the surface layer of the semiconductor material of the photodetector. These modifications are induced by the manufacturing process of the photodetector and are difficult to control.
  • the invention then aims to have a technique for exposing a surface area of the semiconductor material, this area having the electrical characteristics of the volume of this semiconductor material.
  • the subject of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor photodetector, in which a photodetection element is made of photodetector semiconductor material, this element being provided with electrodes, this method being characterized in that, after manufacturing the photodetection element and without damaging the electrodes, a surface layer of the photodetector semiconductor material is removed, over a thickness at least equal to 5 nm, to create a new surface layer having the electrical properties of the volume of the photodetector semiconductor material.
  • document US Pat. No. 4,581,099A discloses a process for preparing a photosensor, in which a photoconductive layer, an n + semiconductor layer, is successively formed. and electrodes on a glass substrate. The n + semiconductor layer is then removed at the inter-electrode spaces.
  • this n + semiconductor layer is an ohmic contact layer 5 which only serves to obtain good ohmic contact between the electrodes and the photoconductive layer. It is not part of the active area of the photosensor, an area which is formed by the photoconductive layer and with which the
  • this ohmic contact layer is removed before the heat treatment of the photosensor and therefore before the end of the manufacture thereof.
  • the photodetection element comprises a pre-irradiation of the photodetector semiconductor material and the surface layer is removed after this pre-irradiation.
  • the electrodes are coplanar and the surface layer is removed between these coplanar electrodes.
  • the electrodes can be interdigged.
  • an etching of the photodetector semiconductor material is carried out to remove the surface layer.
  • This etching can be a chemical etching capable of not dissolving the electrodes.
  • Etching can be carried out using a solution composed of 5 volumes of sulfuric acid, 1 volume of hydrogen peroxide and 1 volume of water.
  • a protective resin can be applied to the electrodes before etching.
  • the photodetector is designed to detect ultraviolet radiation or low energy X-rays.
  • the invention also relates to a photodetector obtained by the process which is the subject of the invention, the photodetection element comprising a difference in level around each electrode.
  • FIG. 1 is a schematic view of a known semiconductor photodetector and has already been described
  • FIG. 2 is a schematic top view of a photodetector according to the invention during manufacture
  • - Figure 3 is a schematic sectional view of a photodetector obtained by a method according to one invention.
  • one begins by manufacturing a photodetector with coplanar electrodes, comprising an element made of photodetector semiconductor material, provided with coplanar electrodes forming electrical contacts.
  • an etching step is provided which does not alter the electrical contacts and which exposes a surface area of the material, this surface area having the electrical characteristics of the volume of the material.
  • This etching makes it possible to remove the surface layer or zone having modified properties and located between the electrical contacts.
  • m 'anointest equal to 5 nm and typically between 5 nm and 100 nm. Larger thicknesses can be removed by etching, but this is neither necessary nor detrimental to the photodetector.
  • a process according to the invention is described which allows. the manufacture of a photodetector with coplanar and interdigitated electrodes with a difference of 500 ⁇ m between electrodes.
  • This photodetector is intended to be used for the measurement of ultraviolet pulses or low energy X pulses, whose wavelength is for example 355 nm and which have widths at mid-height of the order of a few tens from picoseconds to ten nanoseconds.
  • Figure 2 is a schematic top view of this photodetector 20 during manufacture.
  • This photodetector comprises an element 22 made of photodetector semiconductor material (for example a photodetector crystalline semiconductor such as crystalline silicon) as well as two interdigitated coplanar electrodes 24 and 26, formed on a flat face of the element 22.
  • the manufacture of this photodetector includes a cutting step, followed by chemical cleaning
  • an acid solution is used, the composition of which can be adapted to the material to be etched.
  • AsGa a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide and water is used, preferably in the following proportions:
  • a protective resin could be applied to the electrodes before etching.
  • Figure 3 is a schematic sectional view of the photodetector after etching.
  • the dotted line shows the level of the material before it.
  • the reference E corresponds to the thickness of the surface layer removed by etching.
  • That of the photodetector I (respectively II) was 2.5 (respectively 5) times smaller after the etching treatment according to the invention, and this in a reproducible manner.

Abstract

The invention concerns a method for making a semiconductor photodetector, in particular in the low-energy UV-X domain, and a photodetector obtained by said method. The invention is characterized in that it consists in making a photodetecting element (22) in photodetecting semiconductor material, said element being provided with electrodes (24, 26). After making the photodetecting element and without impairing the electrodes, it consists in removing a surface layer of the photodetecting semiconductor material to produce a new surface layer having the electrical properties of said material volume.

Description

PROCEDE.DE FABRICATION D'UN PHOTODETECTEUR PROCESS OF MANUFACTURING A PHOTODETECTOR
SEMICONDUCTEUR, NOTAMMENT DANS LE DOMAINE UV-X DE BASSESEMICONDUCTOR, ESPECIALLY IN THE LOW UV-X FIELD
ENERGIE, ET PHOTODETECTEUR OBTENU PAR CE PROCEDEENERGY, AND PHOTODETECTOR OBTAINED BY THIS PROCESS
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un photodétecteur semiconducteur ainsi qu 'un photodétecteur obtenu par ce procédé . L'invention s'applique notamment à la détection de rayonnements utraviolets (UV) et de rayonnements X de basse énergie et concerne donc plus particulièrement un procédé de fabrication d'un photodétecteur semiconducteur du domaine UV et X de basse énergie ainsi qu'un photodétecteur obtenu par ce procédé.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor photodetector as well as to a photodetector obtained by this method. The invention applies in particular to the detection of low-energy UV rays and X-rays and therefore more particularly relates to a method for manufacturing a low-energy UV and X semiconductor photodetector as well as a photodetector. obtained by this process.
Ce domaine s'étend typiquement de 3eV à 5keV.This range typically ranges from 3eV to 5keV.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Les photodétecteurs à base de matériaux semiconducteurs sont fondés sur la collection de charges (paires électrons-trous) engendrées par interaction de rayonnements ionisants avec la matière.Photodetectors based on semiconductor materials are based on the collection of charges (electron-hole pairs) generated by the interaction of ionizing radiation with matter.
Ceci est sσhématiquement illustré par la figureThis is diagrammatically illustrated by the figure
1 où 1 ' on voit un tel photodétecteur 2. comprenant un élément 4 en matériau semiconducteur compris entre deux bornes,ou électrodes 6 et 8.1 where one sees such a photodetector 2. comprising an element 4 of semiconductor material comprised between two terminals, or electrodes 6 and 8.
Le rayonnement ionisant 10, qui traverse le photodétecteur, transfère tout ou partie de son énergie au matériau. L'énergie absorbée conduit à la génération de charges électriques 12 (paires électrons-trous) . Ces charges sont entraînées par le champ électrique interne 14 qui est établi lorsque le photodétecteur est polarisé par une source de tension 16.The ionizing radiation 10, which passes through the photodetector, transfers all or part of its energy to the material. The absorbed energy leads to the generation of electrical charges 12 (electron-hole pairs). These charges are driven by the internal electric field 14 which is established when the photodetector is polarized by a voltage source 16.
Les charges (électrons et trous) , qui se déplacent entre les bornes du photedecteur, produisent un signal électrique qui est enregistré par des moyens électroniques appropriés 18.The charges (electrons and holes), which move between the terminals of the photedector, produce an electrical signal which is recorded by appropriate electronic means 18.
Le temps de réponse d'un photodétecteur dépend de la durée de vie des porteurs (électrons et trous) dans le volume de matériau dans lequel se déplacent les charges avant de se recombiner.The response time of a photodetector depends on the lifetime of the carriers (electrons and holes) in the volume of material in which the charges move before recombining.
Par exemple, pour obtenir un détecteur avec un temps de réponse de lOOps à mi-hauteur, il faut que la durée de vie des porteurs dans la zone de matériau, dans laquelle se déplacent les charges, soit du même ordre de grandeur (environ lOOps) .For example, to obtain a detector with a response time of lOOps at mid-height, the lifetime of the carriers in the material zone, in which the charges move, must be of the same order of magnitude (approximately lOOps ).
Dans le domaine UV et X de basse énergie, le rayonnement est très faiblement pénétrant et les charges sont engendrées dans une couche superficielle du photodétecteur.In the low energy UV and X range, the radiation is very weakly penetrating and the charges are generated in a surface layer of the photodetector.
Cette couche superficielle a une épaisseur comprise entre 1 nm et 100 nm, c'est-à-dire de l'ordre de quelques couches atomiques à quelques dizaines de couches atomiques, l'épaisseur d'une couche atomique étant de l'ordre de 0,2 nm.This surface layer has a thickness of between 1 nm and 100 nm, that is to say of the order of a few atomic layers to a few tens of atomic layers, the thickness of an atomic layer being of the order of 0.2 nm.
Dans ce domaine UV-X de basse énergie on utilise habituellement des photodëtecteurs dont les électrodes sont coplanaires et qui sont formés sur des substrats dont l'épaisseur est de l'ordre d'une centaine de micromètres pour avoir une bonne résistance mécanique de ces photodétecteurs . Dans le cas d'un photodétecteur coplanaire, dans le domaine UV et X de basse énergie, l'épaisseur de la zone active, c'est-à-dire de la zone de matière utile à la détection, qui correspond à la profondeur de pénétration du rayonnement à détecter, est très faible (de 1 nm à 100 nm) .In this low-energy UV-X range, photodetectors are usually used whose electrodes are coplanar and which are formed on substrates whose thickness is of the order of a hundred micrometers in order to have good mechanical resistance of these photodetectors. . In the case of a coplanar photodetector, in the low-energy UV and X range, the thickness of the active area, that is to say of the area of material useful for detection, which corresponds to the depth of penetration of the radiation to be detected is very low (from 1 nm to 100 nm).
La réponse du photodëtecteur (temps de réponse et amplitude du signal) dépend fortement des propriétés électriques de cette zone de matière superficielle. Or, les propriétés de la zone de matière superficielle du substrat dépendent fortement de la diffusion d'impuretés non désirées et de la formation de défauts cristallographiques induits lors des étapes de fabrication du photodétecteur. Une faible quantité d'impuretés ou de défauts cristallogiques peut modifier de façon importante la durée de vie des porteurs dans la zone de matière superficielle utile à la détection.The response of the photodetector (response time and signal amplitude) strongly depends on the electrical properties of this area of surface material. However, the properties of the surface material zone of the substrate strongly depend on the diffusion of unwanted impurities and on the formation of crystallographic defects induced during the stages of manufacture of the photodetector. A small amount of impurities or crystallographic defects can significantly modify the lifetime of the carriers in the area of surface material useful for detection.
De ce fait, la fabrication de photodétecteurs, à partir de matériaux semiconducteurs (tels que le silicium, 1 ' arseniure de gallium, le phosphure d'indium ou le tellurure de cadmium) , qui possèdent des temps de réponse reproductibles, est très délicate.Therefore, the manufacture of photodetectors, from semiconductor materials (such as silicon, gallium arsenide, indium phosphide or cadmium telluride), which have reproducible response times, is very delicate.
La reproductibilitê est d'autant plus difficile à obtenir que les temps de réponse sont courts, notamment pour des temps de réponse inférieurs à une dizaine de nanosecondes.The reproducibility is all the more difficult to obtain as the response times are short, in particular for response times of less than ten nanoseconds.
- ' La fabrication de photodétecteurs de façon quasi-reproductible passe par un contrôle très strict des étapes de fabrication, procédé qui est coûteux et dont la reproductibilitê peut rester aléatoire. En pratique, pour une même série de photoconducteurs fonctionnant dans le domaine UV-X basse énergie, élaborés suivant' un même procédé, on constate que les réponses temporelles ne sont pas homogènes .- 'The manufacture of photodetectors in a quasi-reproducible way goes through a very strict control of the manufacturing steps, process which is expensive and whose reproducibility can remain random. In practice, for the same series of photoconductive operating in the UV-X low-energy field, developed following the same process, we find that the time responses are not homogeneous.
De surcroît, on constate que les photodetecteurs à électrodes coplanaires rapprochéesIn addition, it can be seen that photodetectors with closely spaced coplanar electrodes
(pour lesquels les distances inter-électrodes sont typiquement inférieures ou égales à 100 μm) n'ont généralement pas les caractéristiques attendues.(for which the inter-electrode distances are typically less than or equal to 100 μm) generally do not have the expected characteristics.
Les caractéristiques temporelles des photodetecteurs sont d'autant plus sensibles aux propriétés de la zone superficielle que la distance inter-électrodes est faible. De plus, un moyen de réaliser des photodétecteurs dont le temps de réponse est inférieur à celui du semiconducteur initial consiste à préirradier les photodétecteurs avec des neutrons, des électrons ou des protons avant leur utilisation. L'irradiation engendre des défauts ponctuelsThe temporal characteristics of the photodetectors are all the more sensitive to the properties of the surface area the smaller the inter-electrode distance. In addition, a means of producing photodetectors whose response time is less than that of the initial semiconductor consists in pre-irradiating the photodetectors with neutrons, electrons or protons before their use. Irradiation causes point defects
(déplacements d'atomes) dans tout le volume • du matériau, d'où une diminution de la durée de vie des porteurs .(atomic displacements) throughout the volume • of the material, hence a reduction in the life of the carriers.
On peut ainsi par exemple réaliser des photodétecteurs dont les temps de réponse sont inférieurs à lOOps à partir d'un substrat semiconducteur dans lequel les porteurs ont une durée de vie de 10ns, et ce après une irradiation correspondant à une dose neutronique de l'ordre de 1015 neutrons/cm2. Pour ce dernier type de détecteurs, on observe également une influence importante des impuretés et des défauts cristallographiques dans la zone superficielle du matériau. Ces défauts ont tendance à augmenter le temps de réponse d'un photodétecteur par comparaison avec le signal qui serait obtenu dans le volume de matériau.It is thus possible, for example, to produce photodetectors whose response times are less than 100 ps from a semiconductor substrate in which the carriers have a lifespan of 10 ns, and this after irradiation corresponding to a neutron dose of the order from 10 15 neutrons / cm 2 . For the latter type of detectors, an important influence of impurities and crystallographic defects in the surface area of the material is also observed. These defects tend to increase the response time of a photodetector by comparison with the signal which would be obtained in the volume of material.
Pour la fabrication de photodétecteurs ultrarapides utilisés pour la mesure d'impulsions, il est nécessaire de disposer de photodétecteurs fournissant des signaux électriques dont la forme et l'amplitude rendent compte de la forme et de 1 ' intensité des impulsions correspondantes .For the manufacture of ultrafast photodetectors used for the measurement of pulses, it is necessary to have available photodetectors providing electrical signals whose shape and amplitude reflect the shape and intensity of the corresponding pulses.
Suivant les applications, les photodétecteurs doivent avoir un temps de réponse fixé par le matériau de départ et le procédé de fabrication incluant éventuellement une pré-irradiation. Le temps de réponse visé est typiquement compris entre lOps et 10ns.Depending on the applications, the photodetectors must have a response time fixed by the starting material and the manufacturing process possibly including pre-irradiation. The target response time is typically between lOps and 10ns.
On ne connaît aucune technique permettant de fabriquer un photodétecteur dont la surface active présente des caractéristiques équivalentes à celles du volume du matériau de ce photodétecteur, et ce de façon reproductible .No technique is known for making a photodetector whose active surface has characteristics equivalent to those of the volume of the material of this photodetector, and this in a reproducible manner.
En outre il serait souhaitable de trouver une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre, et peu coûteuse.Furthermore, it would be desirable to find such a technique which is simple to implement and inexpensive.
EXPOSE DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes. Elle a pour objet un procédé permettant de fabriquer, de façon reproductible, des photodétecteurs en matériau semiconducteur, dont la surface active présente des caractéristiques équivalentes à celles du volume du matériau semiconducteur, ainsi que les photodétecteurs obtenus par ce procédé.The present invention aims to solve these problems. It relates to a method for manufacturing, in a reproducible manner, photodetectors of semiconductor material, the active surface of which has characteristics equivalent to those of the volume of the semiconductor material, as well as the photodetectors obtained by this process.
Selon ce procédé, après la fabrication d'un photodétecteur, on élimine les défauts présents dans la couche superficielle du matériau du photodétecteur et donc sous la surface de ce matériau.According to this method, after the manufacture of a photodetector, the defects present in the surface layer of the material of the photodetector and therefore below the surface of this material are eliminated.
Certes, on connaît des techniques permettant d'éliminer les défauts de court-circuit situés à la surface d'un photodétecteur après sa fabrication. Mais il s'agit de défauts présents à la surface du photodétecteur et non de défauts présents dans la couche superficielle du matériau de ce photodétecteur.Certainly, techniques are known for eliminating short-circuit faults located on the surface of a photodetector after its manufacture. However, these are defects present on the surface of the photodetector and not defects present in the surface layer of the material of this photodetector.
On se reportera en particulier aux documents US 4 543171 (Firester et al.) et US 4 749454 (Arya et al.) qui divulguent des techniques permettant de s'affranchir de courts-circuits à la surface du substrat d'un photodétecteur, ces courts-circuits étant dûs à des résidus de dépôts sur ce substrat.Reference will be made in particular to documents US 4,543,171 (Firester et al.) And US 4,749,454 (Arya et al.) Which disclose techniques for eliminating short circuits on the surface of the substrate of a photodetector, these short-circuits being due to residues of deposits on this substrate.
Il ne s'agit pas de cela dans la présente invention où l'on cherche à s'affranchir d'une zone superficielle de matériau, dont les propriétés sont modifiées (par la diffusion d'impuretés et les défauts cristallographiques) et qui se trouve sous la surface du substrat du photodétecteur afin de mettre à nu une zone superficielle de matériau présentant les propriétés du volume du substrat en ce qui concerne la durée de vie des porteurs . La présente invention vise ' à fabriquer un photodétecteur sans se préoccuper des modifications des propriétés de la couche superficielle du matériau semiconducteur du photodétecteur. Ces modifications sont induites par le procédé de fabrication du photodétecteur et sont difficilement contrôlables.It is not a question of that in the present invention where one seeks to be free from a surface zone of material, the properties of which are modified (by the diffusion of impurities and crystallographic defects) and which is found under the surface of the photodetector substrate in order to expose a surface area of material having the properties of the volume of the substrate with regard to the lifetime of the carriers. The present invention aims to manufacture a photodetector without being concerned with changes in the properties of the surface layer of the semiconductor material of the photodetector. These modifications are induced by the manufacturing process of the photodetector and are difficult to control.
L'invention vise ensuite à disposer d'une technique permettant de mettre à nu une zone superficielle du matériau semiconducteur, cette zone possédant les caractéristiques électriques du volume de ce matériau semiconducteur.The invention then aims to have a technique for exposing a surface area of the semiconductor material, this area having the electrical characteristics of the volume of this semiconductor material.
Ceci permet de s'affranchir, après fabrication du photodétecteur, des imperfections non désirées dans la zone superficielle du matériau. De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un photodetecteur semiconducteur, dans lequel on fabrique un élément de photodéteσtion en matériau semiconducteur photodétecteur, cet élément étant muni d'électrodes, ce procédé étant caractérisé en ce que, après la fabrication de l'élément de photodétection et sans altérer les électrodes, on enlève une couche superficielle du matériau semiconducteur photodétecteur, sur une épaisseur au moins égale à 5nm, pour créer une nouvelle couche superficielle ayant les propriétés électriques du volume du matériau semiconducteur photodétecteur.This makes it possible to overcome, after manufacture of the photodetector, unwanted imperfections in the surface area of the material. Specifically, the subject of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor photodetector, in which a photodetection element is made of photodetector semiconductor material, this element being provided with electrodes, this method being characterized in that, after manufacturing the photodetection element and without damaging the electrodes, a surface layer of the photodetector semiconductor material is removed, over a thickness at least equal to 5 nm, to create a new surface layer having the electrical properties of the volume of the photodetector semiconductor material.
1 Certes, on connaît par le document US 4 581 099A un procédé de préparation d'un photocapteur, dans lequel on forme successivement une couche photoconductrice, une couche semiconductrice n+ et des électrodes sur un substrat en verre . On enlève ensuite la couche semiconductrice n+ au niveau des espaces inter-électrodes. Mais cette couche semiconductrice n+ est une couche de contact ohmique 5 qui sert seulement à l'obtention d'un bon contact ohmique entre les électrodes et la couche photoconductrice. Elle ne fait pas partie de la zone active du photocapteur, zone qui est formée par la couche photoconductrice et avec laquelle interagit le 1 Admittedly, document US Pat. No. 4,581,099A discloses a process for preparing a photosensor, in which a photoconductive layer, an n + semiconductor layer, is successively formed. and electrodes on a glass substrate. The n + semiconductor layer is then removed at the inter-electrode spaces. However, this n + semiconductor layer is an ohmic contact layer 5 which only serves to obtain good ohmic contact between the electrodes and the photoconductive layer. It is not part of the active area of the photosensor, an area which is formed by the photoconductive layer and with which the
10 rayonnement pour engendrer des charges électriques. De plus, cette couche de contact ohmique est enlevée avant le traitement thermique du photocapteur et donc avant la fin de la fabrication de celui-ci.10 radiation to generate electrical charges. In addition, this ohmic contact layer is removed before the heat treatment of the photosensor and therefore before the end of the manufacture thereof.
Au contraire, dans la présente invention, onOn the contrary, in the present invention, one
15 enlève une couche superficielle du matériau avec lequel interagit le rayonnement et cette- couche est enlevée après la fabrication de l'élément de photodétection.15 removes a surface layer of the material with which the radiation interacts and this layer is removed after the fabrication of the photodetection element.
Selon un mode de mise en œuvre particulier du procédé objet de l'invention, la fabrication deAccording to a particular mode of implementation of the process which is the subject of the invention, the manufacture of
20 l'élément de photodétection comprend • une pré- irradiation du matériau semiconducteur photodétecteur et la couche superficielle est enlevée après cette pré- irradiation.The photodetection element comprises a pre-irradiation of the photodetector semiconductor material and the surface layer is removed after this pre-irradiation.
Selon un mode de mise en œuvre préféré duAccording to a preferred mode of implementation of the
25. procédé objet de l'invention, les électrodes sont coplanaires et l'on enlève la couche superficielle entre ces électrodes coplanaires.25. object of the invention, the electrodes are coplanar and the surface layer is removed between these coplanar electrodes.
' Dans ce cas, les électrodes peuvent être interdlgitées . De préférence, on effectue une gravure du matériau semiconducteur photodétecteur pour enlever la couche superficielle.'In this case, the electrodes can be interdigged. Preferably, an etching of the photodetector semiconductor material is carried out to remove the surface layer.
Cette gravure peut être une gravure chimique apte à ne pas dissoudre les électrodes.This etching can be a chemical etching capable of not dissolving the electrodes.
La gravure peut être effectuée au moyen d'une solution composée de 5 volumes d'acide sulfurique, 1 volume d'eau oxygénée et 1 volume d'eau.Etching can be carried out using a solution composed of 5 volumes of sulfuric acid, 1 volume of hydrogen peroxide and 1 volume of water.
Une résine de protection peut être appliquée sur les électrodes avant la gravure.A protective resin can be applied to the electrodes before etching.
Selon un mode de mise en œuvre préféré de 1 ' invention, le photodétecteur est conçu pour détecter des rayonnements ultraviolets ou des rayons X de basse énergie. L'invention concerne aussi un photodétecteur obtenu par le procédé objet de l'invention, l'élément de photodétection comportant une dénivellation autour de chaque électrode.According to a preferred embodiment of the invention, the photodetector is designed to detect ultraviolet radiation or low energy X-rays. The invention also relates to a photodetector obtained by the process which is the subject of the invention, the photodetection element comprising a difference in level around each electrode.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique d'un photodétecteur semiconducteur connu et a déjà été décrite,FIG. 1 is a schematic view of a known semiconductor photodetector and has already been described,
- la figure 2 est une vue de dessus schématique d'un photodétecteur conforme à l'invention en cours de fabrication, et - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un photodétecteur obtenu par un procédé conforme à 1 ' invention.FIG. 2 is a schematic top view of a photodetector according to the invention during manufacture, and - Figure 3 is a schematic sectional view of a photodetector obtained by a method according to one invention.
EXPOSE DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Dans un exemple de procédé conforme à l'invention, on commence par fabriquer un photodétecteur à électrodes coplanaires, comprenant un élément en matériau semiconducteur photodétecteur, pourvu d'électrodes coplanaires formant des contacts électriques.In an example of a method according to the invention, one begins by manufacturing a photodetector with coplanar electrodes, comprising an element made of photodetector semiconductor material, provided with coplanar electrodes forming electrical contacts.
A la fin de la procédure de fabrication, on prévoit une étape de gravure qui n'altère pas les contacts électriques et qui met à nu une zone superficielle du matériau, cette zone superficielle possédant les caractéristiques électriques du volume du matériau.At the end of the manufacturing procedure, an etching step is provided which does not alter the electrical contacts and which exposes a surface area of the material, this surface area having the electrical characteristics of the volume of the material.
Cette gravure permet de retirer la couche ou zone superficielle présentant des propriétés modifiées et se trouvant entre les contacts électriques.This etching makes it possible to remove the surface layer or zone having modified properties and located between the electrical contacts.
On s'affranchit ainsi des impuretés et des défauts superficiels créés lors des différentes étapes de fabrication du photodétecteur (notamment un dépôt et un recuit). Ainsi, une zone n'ayant pas été modifiée par la fabrication du photodétecteur est mise à nu.This eliminates impurities and surface defects created during the various stages of manufacturing the photodetector (in particular deposition and annealing). Thus, an area which has not been modified by the manufacture of the photodetector is exposed.
L'épaisseur de matériau qui est enlevée par gravure pour obtenir de bons résultats est au m'oins égale à 5 nm et typiquement comprise entre 5 nm et 100 nm. Des épaisseurs plus importantes peuvent être enlevées par gravure mais cela n'est ni nécessaire ni préjudiciable au photodétecteur. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on décrit un procédé conforme à l'invention permettant . la fabrication d'un photodétecteur à électrodes coplanaires et interdigitées avec un écart de 500μm entre électrodes.The thickness of material which is removed by etching to obtain good results is m 'anointest equal to 5 nm and typically between 5 nm and 100 nm. Larger thicknesses can be removed by etching, but this is neither necessary nor detrimental to the photodetector. As a purely indicative and in no way limitative, a process according to the invention is described which allows. the manufacture of a photodetector with coplanar and interdigitated electrodes with a difference of 500 μm between electrodes.
Ce photodétecteur est destiné à être utilisé pour la mesure d'impulsions ultraviolettes ou d'impulsions X à basse énergie, dont la longueur d'onde vaut par exemple 355 nm et qui possèdent des largeurs à mi-hauteur de l'ordre de quelques dizaines de picosecondes à une dizaine de nanosecondes.This photodetector is intended to be used for the measurement of ultraviolet pulses or low energy X pulses, whose wavelength is for example 355 nm and which have widths at mid-height of the order of a few tens from picoseconds to ten nanoseconds.
La figure 2 est une vue de dessus schématique de ce photodétecteur 20 en cours de fabrication.Figure 2 is a schematic top view of this photodetector 20 during manufacture.
Ce photodétecteur comprend un élément 22 en matériau semiconducteur photodétecteur (par exemple un semiconducteur- cristallin photodetecteur tel que le silicium cristallin) ainsi que deux électrodes coplanaires interdigitées 24 et 26, formées sur une face plane de l'élément 22. La fabrication de ce photodétecteur comprend une étape de découpe, suivie d'un nettoyage chimiqueThis photodetector comprises an element 22 made of photodetector semiconductor material (for example a photodetector crystalline semiconductor such as crystalline silicon) as well as two interdigitated coplanar electrodes 24 and 26, formed on a flat face of the element 22. The manufacture of this photodetector includes a cutting step, followed by chemical cleaning
(dégraissage et gravure) , et une étape de photolithographie suivie d'un dépôt de contacts et d'un recuit. Une étape de pré-irradiation du matériau, au moyen de neutrons, d'électrons ou de protons, peut être nécessaire si l'on désire augmenter la rapidité du photodetecteur pour avoir un temps de réponse inférieur à une nanoseconde. Après toutes ces étapes de fabrication y compris la pré-irradiation, on grave conformément à l'invention la surface du photodétecteur sur une centaine de nanomètres dans une solution chimique qui ne dissout pas les contacts.(degreasing and etching), and a photolithography step followed by depositing contacts and annealing. A pre-irradiation step of the material, using neutrons, electrons or protons, may be necessary if one wishes to increase the speed of the photodetector to have a response time of less than a nanosecond. After all these manufacturing steps, including pre-irradiation, etching in accordance with the invention the surface of the photodetector over a hundred nanometers in a chemical solution which does not dissolve the contacts.
Pour ce faire, on utilise une solution acide dont la composition peut être adaptée au matériau à graver. Pour l'AsGa, on utilise un mélange d'acide sulfurique, d'eau oxygénée et d'eau, préférentiellement dans les proportions suivantes :To do this, an acid solution is used, the composition of which can be adapted to the material to be etched. For AsGa, a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide and water is used, preferably in the following proportions:
H2S04 5 volumes H202 1 volumeH 2 S0 4 5 volumes H 2 0 2 1 volume
H20 1 volume.H 2 0 1 volume.
Cette solution n'attaque pas de façon significative les électrodes.This solution does not significantly attack the electrodes.
En variante, on pourrait appliquer une résine protectrice sur les électrodes avant la gravure.Alternatively, a protective resin could be applied to the electrodes before etching.
La figure 3 est une vue en coupe schématique du photodétecteur après la gravure. La ligne en pointillés montre le niveau du matériau avant celle-ci. La référence E correspond à l'épaisseur de la couche superficielle enlevée grâce à la gravure.Figure 3 is a schematic sectional view of the photodetector after etching. The dotted line shows the level of the material before it. The reference E corresponds to the thickness of the surface layer removed by etching.
On voit que cette dernière conduit à la présence d'une dénivellation 28 autour de chaque contact électrique. Cette dénivellation est détectable par différentes méthodes de caractérisation utilisant par exemple un dispositif de mesure de marche ou un microscope électronique.We see that the latter leads to the presence of a drop 28 around each electrical contact. This difference in level is detectable by different characterization methods using for example a gait measurement device or an electron microscope.
On a fait des mesures de rapidité, avant et après l'étape de gravure, pour deux photodétecteurs I et II à électrodes interdigitées, ayant respectivement des écarts de 500μm (I) et de 250μm (II) entre les électrodes. On a constaté que la rapidité de ces photodétecteurs, déterminée par la largeur à mi-hauteur de leurs courbes de réponse, évoluait de façon positivé .Speed measurements were made, before and after the etching step, for two photodetectors I and II with interdigitated electrodes, having respectively deviations of 500 μm (I) and 250 μm (II) between the electrodes. It was found that the speed of these photodetectors, determined by the width at half height of their response curves, was changing positively.
Celle du photodetecteur I (respectivement II) était 2,5 (respectivement 5) fois plus petite après le traitement de gravure conforme à l'invention, et ce de manière reproductible. That of the photodetector I (respectively II) was 2.5 (respectively 5) times smaller after the etching treatment according to the invention, and this in a reproducible manner.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un photodétecteur semiconducteur, dans lequel on fabrique un élément de photodétection (22) en matériau semiconducteur1. Method for manufacturing a semiconductor photodetector, in which a photodetection element (22) is made of semiconductor material
5 photodétecteur, cet élément étant muni d'électrodes (24, 26), ce procédé étant caractérisé en ce que, après la fabrication de l'élément de photodétection et sans altérer les électrodes, on enlève une couche superficielle du matériau semiconducteur 10 photodetecteur, sur une épaisseur au moins égale à 5nm pour créer une nouvelle couche superficielle ayant les propriétés électriques du volume du matériau semiconducteur photodétecteur.5 photodetector, this element being provided with electrodes (24, 26), this method being characterized in that, after the fabrication of the photodetection element and without damaging the electrodes, a surface layer of the photodetector semiconductor material is removed, over a thickness at least equal to 5 nm to create a new surface layer having the electrical properties of the volume of the photodetector semiconductor material.
2. Procédé selon la revendication 1, dans 15 lequel la fabrication de l'élément de photodétection comprend une pré-irradiation du matériau semiconducteur photodétecteur e la couche superficielle est enlevée après cette pré-irradiation.2. Method according to claim 1, in which the fabrication of the photodetection element comprises a pre-irradiation of the photodetector semiconductor material and the surface layer is removed after this pre-irradiation.
3. Procédé selon l'une quelconque des ,20 revendications 1 et 2,, dans lequel les électrodes (24,3. Method according to any one of claims 1 and 2, wherein the electrodes (24,
26) sont coplanaires et l'on enlève la couche superficielle entre ces électrodes coplanaires.26) are coplanar and the surface layer is removed between these coplanar electrodes.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les électrodes (24, 26) sont interdigitées.4. The method of claim 3, wherein the electrodes (24, 26) are interdigitated.
25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on effectue une gravure du matériau semiconducteur photodétecteur pour enlever la couche superficielle.5. Method according to any one of claims 1 to 4, in which an etching of the photodetector semiconductor material is carried out to remove the surface layer.
6. Procédé selon la revendication 5, dans6. Method according to claim 5, in
30 lequel cette gravure est une gravure chimique apte à ne pas dissoudre les électrodes. 30 which this etching is a chemical etching capable of not dissolving the electrodes.
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la gravure est effectuée au moyen d'une solution composée de 5 volumes d'acide sulfurique, 1 volume d'eau oxygénée et 1 volume d'eau. 7. The method of claim 5, wherein the etching is carried out by means of a solution composed of 5 volumes of sulfuric acid, 1 volume of hydrogen peroxide and 1 volume of water.
8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel une résine de protection est appliquée sur les électrodes avant la gravure.8. The method of claim 5, wherein a protective resin is applied to the electrodes before etching.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le photodetecteur est conçu pour détecter des rayonnements ultraviolets ou des rayons X de basse énergie.9. Method according to any one of claims 1 to 8, in which the photodetector is designed to detect ultraviolet radiation or low energy X-rays.
10. Photodétecteur obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, l'élément de photodétection comportant une dénivellation (28) autour de chaque électrode (24, 26) . 10. Photodetector obtained by the method according to any one of claims 1 to 9, the photodetection element comprising a drop (28) around each electrode (24, 26).
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