Способ изготовления фотопреобразователя

 

Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к фотопреобразователям. Технический результат, достигаемый при применении предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя, заключается в создании узких электродов с высокой электропроводностью, что ведет к существенному уменьшению затененности полупроводниковой пластины и повышению КПД фотопреобразователя. Сущность: способ заключается в нанесении слоя фоторезиста на поверхность полупроводниковой пластины арсенида галлия с р+ - контактным слоем GaAlAs, в создании рисунка защитного слоя фоторезиста над областями контактов фотопреобразователя с помощью фотолитографии с последующим вытравливанием р+ - контактных областей на поверхности полупроводниковой пластины, затем в напылении антиотражающего слоя диэлектрика, удалении фоторезиста, в создании фоторезистивной маски с расширенным рисунком контактной области, в напылении контактной металлизации, удалении фоторезиста и создании электрода на обратной стороне полупроводниковой пластины. Рисунок  защитного слоя фоторезиста выполняется в виде чередующихся окон, а поверх антиотражающего слоя наносится слой кремния толщиной 400+800 Напыление контактной металлизации производят после удаления фоторезиста, причем нижний слой контактной металлизации выбирается таким образом, чтобы он имел хорошую адгезию к кремнию. Электроды наращивают гальванически. Защитный слой никеля осаждают толщиной 1000-1500 после удаления фоторезиста производят стравливание контактной металлизации по маске электрода ионно-лучевым оаспылением с последующим удалением слоя кремния. 4 ил.

Изобретение относится к электрическому оборудованию, в частности к полупродниковым приборам, а именно к фотопреобразователям.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора (патент Японии 169778, опубл. 1988 г.), в котором для улучшения адгезии пленки металлизации к диэлектрическому слою фторсодержащего оксида кремния SiF на поверхности диэлектрика вытравливают углубление, которое заполняют последовательным напылением пленки титана и осаждением меди. Данный способ относится к контактной системе металлическая пленка - диэлектрик, однако для создания электрода фотопреобразователя необходима контактная система металлическая пленка - полупроводниковый слой. Толщина полупроводникового слоя при использовании данного способа около 0,2-0,3 мкм и формируемые ямки получаются небольшой глубины. Недостатком этого способа является невозможность обеспечения существенного увеличения сцепления металлической пленки с поверхностью полупроводниковой пластины.

Известен способ изгтовления фотопреобразователя (H.Hamaker "26 Efficient Magnesium doped GaAlAs /GaAs concentrator solar cells". Proceedings of 18 th Photovoltaic Specialists Conference" EIII, 1985 g., p.p. 327-331), согласно которому, на поверхность полупроводниковой пластины с верхним р+ GaAs контактным слоем и нижележащим широкозонным слоем GaAlAs наносят слой двуокиси кремния (SiO₂), в котором вскрывают слой SiO₂ и р+ - GaAs контактный слой по маске электродов фотопреобразователя и далее создают антиотражающее покрытие.

Недостаток этого способа заключается в том, что при гальваническом осаждении слоев серебра (Аg) и золота по маске SiO₂ толщиной менее 1 мкм происходит значительное разрастание электрода в стороны, т.к. для обеспечения высокой электропроводности необходим слой металлизации толщиной 5-6 мкм. В результате образуется конфигурация электрода с широким нависающим козырьком над; Поверхностью диэлектрика. После стравливания диэлектрика и контактного полупроводникового слоя в жидкостном травителе и последующего осаждения антиотражающего покрытия под краем металлизации образуется полость, что приводит к последующей деградации незащищенных областей слоя GaAlAs.

Известен способ изготовления фотопреобразователя на арсениде галлия, принятый за прототип (патент США 5330585, H 01 L 31/04, опубл. 1994 г.), заключающийся в том, что на поверхность полупроводниковой пластины арсенида галлия с р+ - контактным слоем и нижележащим широкозонным слоем GaAlAs наносят слой фоторезиста, затем с помощью фотолитографии создают рисунок защитного слоя фоторезиста над областями контактов фотопреобразователя, далее вытравливают р+ - контактные области полупроводника, напыляют антиотражающий слой диэлектрика и удаляют фоторезист. Затем создают фоторезистивную маску с расширенным рисунком контактной области, на которую напыляют слой контактной металлизации, далее удаляют фоторезист и создают контактный слой металлизации на обратной стороне пластины. При этом сформированный электрод фотопреобразователя охватывает боковые области контактного полупроводникового слоя.

Недостаток данного способа заключается в том, что при формировании контактов Ti - Pd - Аg с толщиной слоев Ti ~ 800 , Pd ~ 400 , Аg ~ 6 мкм возникают значительные трудности при удалении слоя фоторезиста с напыленной металлизацией и получением прямоугольной конфигурации электрода, так как при напылении металлизации в окнах, размером 5-10 мкм, происходит частичное налипание осаждающего слоя на край фоторезистивной маски. Кроме того, необходимы особые термостабильные свойства фоторезиста для сохранения конфигурации маски.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе, заключается в создании узких электродов с высокой электропроводностью, что существенно уменьшает затененность полупроводниковой пластины и повышает КПД фотопреобразователя.

Достигается это тем, что в способе изготовления фотопреобразователя, заключающемся в нанесении слоя фоторезиста на поверхность полупроводниковой пластины арсенида галлия с р+ - контактным слоем GaAlAs, в создании рисунка защитного слоя фоторезиста над областями контактов фотопреобразователя с помощью фотолитографии с последующим вытравливанием р+ - контактных областей на поверхности полупроводниковой пластины, далее в напылении антиотражающего слоя диэлектрика, удалении фоторезиста, создании фоторезистивной маски с расширенным рисунком контактной области, в напылении контактной металлизации, удалении фоторезиста и создании электрода на обратной стороне полупроводниковой пластины, рисунок защитного слоя фоторезиста выполняется в виде чередующихся окон, а поверх антиотражающего слоя наносится слой кремния, толщиной 400-800 . Кроме того, напыление контактной металлизации производят после удаления фоторезиста, причем нижний слой контактной металлизации выбирается таким образом, чтобы он имел хорошую адгезию к кремнию. Далее гальванически наращивают электроды с последующим осаждением защитного слоя никеля толщиной 1000-1500 и, наконец, после удаления фоторезиста, производят стравливание контактной металлизации по маске электрода ионно-лучевым распылением с последующим удалением слоя кремния.

При толщинах слоя поликристаллического кремния менее 400 последующее стравливание контактной металлизации ионно-лучевым распылением приводит к частичному удалению антиотражающего покрытия в силу неоднородности травления.

При толщинах слоя кремния более 800 необходимо увеличивать время его окончательного стравливания.

При толщинах защитного слоя никеля менее 1000 частично распылется электрод фотопреобразователя при последующем удалении контактной металлизации ионно-лучевым распылением.

При толщинах защитного слоя никеля более 1500 необходима дополнительная операция по его удалению перед пайкой выводов фотопреобразователя.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, технический результат, достигаемый в предложенном способе заключается в получении узких электродов (например, шириной 5-10 мкм) с высокой электропроводностью, что необходимо для уменьшения затененности полупроводниковой пластины и повышения КПД фотопреобразователя. Кроме того, благодаря углублениям на поверхности и хорошей адгезии нижнего слоя контактной металлизации к кремнию увеличивается сцепление электрода фотопреобразователя с поверхностью полупроводниковой пластины, что, в свою очередь, повышает надежность контакта, а возникающее при этом некоторое возрастание переходного сопротивления не является лимитирующим фактором.

В качестве конкретного примера изготовления фотопреобразоватедя предлагаемым способом, используют полупроводниковые пластины со следующей структурой: p+GaAs / p+GaAlAs / pGaAs /nGaAs / nGaAs буфер / n+Ga подложка, с параметрами n/n слоев: p+GaAs ~ 2х10¹⁹ см^-3 толщиной ~ 0,3 мкм, p+GaAlAs ~ 2х10¹⁸ см^-3 толщиной - 300 , p+GaAs ~ 1,7х10¹⁸ см^-3 толщиной ~ 0,5 мкм, nGaAs ~ 1,6х10¹⁷ см^-3, толщиной ~ 2,5 мкм, nGaAs буфер слой - 1,5х10¹⁸ см^-3, толщиной ~ 1 мкм, Ge подложка с удельным сопротивлением < 0,1 см, толщиной ~ 200 мкм.

На поверхность р+ GaAs слоя пластины наносят фоторезистивную маску с рисунком решетки (см. фиг.1). Размер окон ~ 2 мкм. Используют фоторезист ФП - 051Т. Вытравливают р+ слой GaAs до широкозонного слоя GaAlAs в селективном травителе NH₄ OH/H₂O₂=1:20 за 30 сек.

Напыляют антиотражающий слой Ta₂O₅ толщиной 600±100 и оксинитрида кремния (SiON) толщиной ~ 700±100 и слой аморфного кремния толщиной ~ 500±100 . Далее удаляют фоторезист в диметилформамиде. Затем напыляют последовательно слои контактной металлизации Ti ~ 800±100 , Pd~400±100 , Аg ~ 400±100 (см. фиг.2).

Далее создают фоторезистивную маску над областями контактов фотопреобразователя, при этом используют фоторезист ФП - 25 КС. Полученная фоторезистивная маска имеет вертикальную конфигурацию боковых стенок.

Для создания окон в маске с вертикальными стенками поверх фоторезистивного слоя наносят слой SiO₂ толщиной 700±100 осаждением из раствора тэтраэтоксисилана (ТЭОС).

Затем на слое SiO₂ создают фоторезистивную маску с необходимым рисунком окон. Далее, используя фоторезист ФП-051 Т, направленным плазмохимическим травлением удаляют последовательно SiO₂ в окнах верхнего слоя фоторезиста, затем по маске SiO₂ вытравливают окна с вертикальными стенками в нижнем слое фоторезиста.

Гальваническим осаждением серебра формируют электрод фотопреобразователя толщиной 6 мкм (см. фиг.3).

Используют для токоподвода слой Ti - Pd - Аg, нанесенный на всю поверхность полупроводниковой пластины. Высокая электропроводность данного слоя обеспечивает равномерное гальваническое наращивание электродов фотопреобразователя в узких окнах маски ~ 5 - 10 мкм на пластинах большого диаметра 100 мкм.

Вертикальные стенки окон в фоторезистивной маске обеспечивают прямоугольную конфигурацию осаждаемого электрода. Для получения мелкозернистого плотного осадка применяют режим импульсного осаждения с помощью потенциостата П - 50 -11.

Поверх серебра осаждают защитный слой никеля толщиной 1000-1500 . Далее фоторезист удаляют. По маске электрода ионно-лучевым распылением стравливают слой Ti - Pd - Аg (см. фиг.4). Применяют распыление ионами Аr⁺ с энергией ~ 3 кВ, при этом слой никеля предотвращает травление серебра на электродах фотопреобразователя. При толщинах слоя никеля менее 1000 происходит распыление серебра, при толщинах более 1500 защитный слой никеля остается на поверхности электрода и необходима дополнительная операция по его удалению перед пайкой выводов фотопреобразователя.

Далее согласно предложенному способу удаляют слой поликристаллического кремния на поверхности антиотражающего слоя в кипящем 30% растворе КОН за время, равное 10 мин, селективно по отношению к антиотражающему покрытию и металлизации.

При толщинах слоя кремния менее 400 возможно нежелательное воздействие ионами Ar⁺ на поверхность антиотражающего слоя в силу неоднородности травления. При толщинах слоя кремния более 800 увеличивается время окончательного стравливания кремния.

Другим вариантом удаления контактного слоя Ti - Pd - Аg является последовательное стравливание Аg и Pd ионно-лучевым распылением и последующим плазмохимическим дотравливанием слоя титана толщиной ~ 100 - 300 в среде SF₆ на установке 08ПХО - 100Т - 005. При этом слой поликристаллического кремния служит защитой от распыления антиотражающего покрытия. После удаления титана остаточный защитный слой кремния толщиной ~ 200 удаляется в 30% растворе КОН за время ~ 4 мин.

Предложенный способ обеспечивает равномерное наращивание узких (5-10 мкм) электродов на пластинах большого диаметра благодаря высокой электропроводности сплошного слоя металлизации на поверхности пластины.

Гальваническое осаждение утолщенных (~ 6 мкм) электродов только там, где это необходимо, позволяет более экономно расходовать дорогостоящий металл - серебро, в сравнении со способом его напыления. Формирование узких электродов большой толщины с непланарной конфигурацией контактообразующей поверхности и хорошей адгезией титана со слоем кремния в углублениях обеспечивает лучшее сцепление электрода с полупроводниковой пластиной. В результате повышается надежность контакта.

Хорошее сцепление электрода фотопреобразователя с полупроводниковой пластиной позволяет делать их более узкими: ~ 5 мкм и снижать затененность пластины, что необходимо для увеличения КПД фотопреобразователя.

Формула изобретения

Способ изготовления фотопреобразователя, заключающийся в нанесении слоя фоторезиста на поверхность полупроводниковой пластины арсенида галлия с р+ контактным слоем и нижележащим широкозонным слоем GaAlAs, в создании рисунка защитного слоя фоторезиста над областями контактов фотопреобразователя с помощью фотолитографии с последующим вытравливанием р+ контактных областей на поверхности полупроводниковой пластины, в напылении на полупроводниковую пластину антиотражающего слоя диэлектрика, а далее в удалении фоторезиста, и, кроме того, в создании фоторезистивной маски с расширенным рисунком контактной области, а также в напылении контактной металлизации, удалении фоторезиста и создании электрода на обратной стороне полупроводниковой пластины, отличающийся тем, что рисунок защитного слоя фоторезиста выполняется в виде чередующихся окон, а поверх антиотражающего слоя диэлектрика наносится слой кремния толщиной 400÷800 A, кроме того, напыление контактной металлизации производится после удаления фоторезиста, причем нижний слой контактной металлизации имеет адгезию к кремнию, затем осуществляется гальваническое наращивание электрода с последующим осаждением на нем защитного слоя никеля толщиной 1000÷1500 A и, после удаления фоторезиста, производится стравливание контактной металлизации по маске электрода ионно-лучевым распылением с последующим удалением слоя кремния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4