Способ изготовления кремниевого p-i-n фотодиода

Авторы патента:

Демидов Станислав Стефанович (RU)

Денисов Сергей Иванович (RU)

Нури Марина Александровна (RU)

Климанов Евгений Алексеевич (RU)

H01L31/18 - способы и устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей (не предназначенные специально для этих приборов H01L 21/00)

Владельцы патента RU 2541416:

Открытое акционерное общество "НПО "Орион" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых p-i-n фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,9-1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 нс). Технический результат изобретения - снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижение значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных ФД и увеличение процента выхода годных приборов, достигается тем, что после проведения высокотемпературных термодиффузионных процессов для создания структуры ФД: - термического окисления; - диффузии фосфора для создания областей n⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок и охранного кольца); - диффузии фосфора в тыльную поверхность пластины для генерирования загрязняющих примесей; - диффузии бора в тыльную поверхность пластины после стравливания геттерирующего n⁺-слоя для создания слоя p⁺-типа проводимости, перед операцией создания омических контактов проводят стравливание диэлектрической пленки с поверхности кремния и травление кремния на глубину менее одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов при температуре, не превышающей 800°С. Затем производят формирование омических контактов известными методами.

Заявляемое изобретение относится к технологии изготовления кремниевых p-i-n фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,9-1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 нс).

Одними из основных параметров таких ФД являются: величина темнового тока при рабочем напряжении, определяющая уровень шума ФД, и, следовательно, его пороговую чувствительность, а также величина коэффициентов фотоэлектрической связи между фоточувствительными площадками в многоэлементных ФД.

Известно авторское свидетельство [а.с. №680538 с приоритетом от 19.02.1976 г. Климанов Е.А., Кулыманов А.В., Лисейкин В.П. «Способ изготовления p-i-n фотодиода»], в котором описан способ изготовления ФД, где для снижения темновых токов используется геттерирование электрически активных дефектов с помощью диффузионного n⁺-слоя, создаваемого на пассивных поверхностях пластины.

Известен патент США [US 4127932 с приоритетом от 06.08.1976 г. A.R. Hartman, H. Melhior, D.P. Schinke, R.G. Smith, «Method of fabricating silicon photodiodes»], в котором для снижения темновых токов также используется геттерирование диффузионным слоем дефектов в объеме образцов и отжиг структур с изготовленной контактной системой в форминг-газе при 300° для снижения плотности поверхностных состояний.

Известен кремниевый p-i-n фотодиод большой площади [патент на полезную модель РФ №56069 U1 с приоритетом 21.11.2005 г., Филачев A.M., Кравченко Н.В., Хакуашев П.Е., Огнева О.В., Чинарева И.В., заявитель ФГУП «НПО «Орион»], чувствительный на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм, способ изготовления которого принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости с помощью диффузии фосфора через пленку двуокиси кремния (SiO₂) сформированы области n⁺-типа проводимости: фоточувствительная область и область охранного кольца. На другой стороне подложки диффузией бора сформирован слой р-типа проводимости. Создание двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою р-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки золота с подслоем титана.

Недостатком указанных методов изготовления ФД является снижение процента выхода годных изделий по значениям темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, а также значениям коэффициентов фотоэлектрической связи между фоточувствительными площадками из-за образования инверсионных и конверсионных слоев с высокой концентрацией неосновных носителей заряда - электронов в приповерхностных областях кремния р-типа с низкой концентрацией основных носителей (порядка 10¹² см^-3). Образование этих слоев приводит к большому вкладу поверхностных токов утечки в темновые токи фоточувствительных площадок и охранного кольца и снижению сопротивления между ними. Указанные слои возникают во время высокотемпературных процессов из-за образования положительного встроенного заряда на границе окисел-кремний и диффузии загрязняющих примесей, приводящих к изменению типа проводимости с р-типа на n-тип в приповерхностной области кремния.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижение значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных ФД и увеличение процента выхода годных приборов.

Поставленная цель обеспечивается устранением инверсионных и конверсионных слоев в приповерхностных областях ФД, что достигается тем, что после проведения всех высокотемпературных операций (окисление, диффузия фосфора, геттерирование, диффузия бора) проводят стравливание диэлектрической пленки двуокиси кремния с поверхности пластины и травление приповерхностного слоя кремния на глубину меньше одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов (например, разложение тетраэтоксисилана, окисление моносилана) при температуре, не превышающей 800°С. Затем известными методами проводят формирование двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою р⁺-типа проводимости.

Предлагаемый способ изготовления позволяет снизить токи охранного кольца и получать значения сопротивлений поверхностных каналов между фоточувствительными площадками, фоточувствительными площадками и охранным кольцом на уровне десятков мгОм, что обеспечивает низкие значения поверхностных токов утечки фоточувствительных площадок, охранного кольца и коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками.

Низкие значения поверхностных токов утечки и коэффициентов взаимосвязи достигаются за счет того, что большие значения сопротивления поверхностного канала между охранным кольцом и фоточувствительными площадками приводят к протеканию периферийных токов утечки по цепи охранного кольца, препятствуя их ответвлению в цепи фоточувствительных площадок.

Одновременно увеличение сопротивления поверхностного канала между фоточувствительными площадками уменьшает перетекание фототоков между ними, что снижает коэффициент фотоэлектрической взаимосвязи между площадками.

Таким образом, технический результат - снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижение значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных ФД и увеличение процента выхода годных приборов, достигается тем, что после проведения высокотемпературных термодиффузионных процессов для создания структуры ФД:

- термического окисления;

- диффузии фосфора для создания областей n⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок и охранного кольца);

- диффузии фосфора в тыльную поверхность пластины для геттерирования загрязняющих примесей;

- диффузии бора в тыльную поверхность пластины после стравливания геттерирующего n⁺-слоя для создания слоя р⁺-типа проводимости,

перед операцией создания омических контактов проводят стравливание диэлектрической пленки с поверхности кремния и травление кремния на глубину менее одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов (например, разложение тетраэтоксисилана, окисление моносилана) при температуре, не превышающей 800°C. Затем производят формирование омических контактов известными методами.

Способ изготовления кремниевого фотодиода, включающий термодиффузионные операции термического окисления, диффузии фосфора для формирования областей n⁺-типа проводимости, диффузии фосфора для геттерирования загрязняющих примесей, диффузии бора для формирования областей p⁺-типа проводимости и операцию создания двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою p⁺-типа проводимости путем нанесения пленки золота с подслоем титана или хрома, отличающийся тем, что для снижения темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижения значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных фотодиодов (ФД) и увеличения процента выхода годных приборов после выполнения термодиффузионных операций перед операцией создания омических контактов проводят стравливание диэлектрической пленки с поверхности кремния и травление кремния на глубину менее одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов при температуре, не превышающей 800°C.

Изобретение относится к технологии сборки гибридных матричных фотоприемных устройств методом перевернутого монтажа. Согласно изобретению способ гибридизации кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов фотоприемных устройств включает сдавливание индиевых микроконтактов, расположенных на стыкуемых кристаллах, при этом микроконтакты выполняют в форме вытянутых прямоугольников с размерами сторон менее зазоров между микроконтактами, как по вертикали, так и по горизонтали, причем микроконтакты на кристаллах БИС и матрицы фоточувствительных элементов расположены под углом по отношению к друг другу.

Способ изготовления кремниевого p-i-n фотодиода // 2537087

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых p-i-n фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,9-1,06 мкм. Согласно изобретению в способе изготовления кремниевых p-i-n фотодиодов для снижения концентрации электрически активных центров, создаваемых загрязняющими примесями с низкими значениями коэффициентов диффузии, процесс термического окисления проводят при температуре не выше 950°C и последующие процессы диффузии (диффузия фосфора для создания n+-областей, геттерирование диффузионным n+-слоем, диффузия бора для создания p+-области) проводят при температурах, не превышающих указанную.

Способ изготовления фотоприемников на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/ algan // 2536110

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Согласно изобретению предложен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN.

Способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур ingaas/inp // 2530458

Изобретение может быть использовано в системах лазерной локации, обнаружения лазерного излучения, ИК-спектрометрии, многоспектральных ВОЛС, а также нового поколения систем ночного видения.

Фоточувствительная к инфракрасному излучению структура и способ ее изготовления // 2529457

Изобретение относится к инфракрасной технике и технологии изготовления устройств инфракрасной техники, конкретно к фотоприемным устройствам ИК-диапазона длин волн и к технологии их изготовления.

Способ изготовления каскадных солнечных элементов на основе полупроводниковой структуры galnp/galnas/ge // 2528277

Способ изготовления каскадных солнечных элементов включает последовательное нанесение на фронтальную поверхность фоточувствительной полупроводниковой структуры GaInP/GaInAs/Ge пассивирующего слоя и контактного слоя GaAs, локальное удаление контактного слоя травлением через маску фоторезиста.

Способ сборки ик-фотоприемника // 2526489

Изобретение относится к технологии гибридизации ИК-фотоприемника способом перевернутого монтажа (flip chip) и может быть использовано для выравнивания зазоров между кристаллами БИС и МФЧЭ, что приводит к увеличению надежности соединения и стойкости к термоциклированию соединения кристаллов, с помощью так называемых индиевых "подушек" на обоих кристаллах.

Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод для детектирования ультрафиолетового, видимого и инфракрасного оптического излучения и способ для его реализации // 2523097

Изобретение относится к оптоэлектронике и вакуумной микроэлектронике и может быть использовано при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации.

Способ изготовления микроконтактов матричных фотоприемников // 2522802

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. В способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников согласно изобретению формируют на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами металлический подслой (например, Cr+Ni) круглой формы, защищают кристалл пленкой фоторезиста с окнами круглой формы в местах контактов, напыляют слой индия толщиной, соответствующей высоте микроконтактов, формируют на слое индия маску фоторезиста круглой формы, затем формируют микроконтакты травлением ионами инертного газа до полного распыления индия в промежутках между контактами, удаляют остатки фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме.

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор и способ его изготовления (варианты) // 2522172

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор содержит прозрачное защитное покрытие на рабочей поверхности, на которое падает излучение, и секции фотопреобразователей, соединенные оптически прозрачным герметиком с защитным покрытием.

Способ изготовления планарных pin-фотодиодов большой площади на высокоомном p-кремнии // 2544869

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности, к способам изготовления планарных pin-фотодиодов большой площади на основе высокоомного кремния p-типа проводимости. Способ включает подготовку пластины исходных p-кремния или кремниевой эпитаксиальной структуры p+-p-типа, формирование маски для имплантации ионов P+ в рабочую область и охранное кольцо, двухстадийную имплантацию ионов P+ с энергией и дозой соответственно (30÷40) кэВ и (3÷4)·1015 см-2 на первой и (70÷100) кэВ и (8÷10)·1015 см-2 на второй стадии для формирования n+-p переходов рабочей области и охранного кольца, имплантацию ионов B F + 2 с энергией (60÷100) кэВ и дозой (2÷3)·10 см-2 с обратной стороны пластины, двухстадийный постимплантационный отжиг при продолжительности и температуре соответственно не менее 1 часа и (570÷600)°C на первой и не менее 5 часов и (890÷900)°C на второй стадии, защиту и просветление поверхности рабочей области и защиту периферии охранного кольца нанесением пленки SiO2, причем отжиг, начальное снижение температуры после отжига до 300°C и нанесение пленки SiO2 при температурах выше 300°C производят в условиях отсутствия кислорода, а имплантацию ионов P+ и B F + 2 проводят одну за другой в любой последовательности. Оптимально подобранные дозы имплантации, режимы и условия постимплантационного отжига и условия нанесения защитного и просветляющего покрытия обеспечивают повышение токовой чувствительности pin-фотодиодов при высоких фоновых засветках с сохранением низкого уровня темновых токов при снижении сложности, трудоемкости и энергозатрат изготовления. 1 з.п. ф-лы,1 табл.

Способ изготовления фотопроводящих радиационно-стойких структур // 2546119

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к способу изготовления фотопроводящих радиационно стойких структур. Способ включает предварительное формирование монослоя жирной кислоты на поверхности раствора свинецсодержащей соли в воде в концентрации 1·10-3-5·10-3 моль/л для получения свинецсодержащего монослоя жирной кислоты по методу Ленгмюра-Блоджетт, перенос одного свинецсодержащего монослоя жирной кислоты на поверхность фоточувствительной пленки, термическую сенсибилизацию фоточувствительной пленки. При этом перенос монослоя на поверхность фоточувствительной пленки осуществляют по методу Ленгмюра-Шеффера после процедуры термической сенсибилизации. Предварительное формирование свинецсодержащего монослоя жирной кислоты осуществляют на поверхности раствора свинецсодержащей соли в воде при pH раствора 8,0±0,4. Технический результат заключается в повышении радиационной стойкости структур на основе пленок сульфоселенида кадмия толщиной до нескольких микрон при сохранении их высокой фоточувствительности и спектрального диапазона фоточувствительности. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл., 3 пр.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе gaas // 2547004

Изобретение относится к области изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs, позволяющих преобразовывать мощное узкополосное излучение в электрическую энергию для энергоснабжения наземных и космических объектов. Способ изготовления фотопреобразователя на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs буферного слоя n-GaAs, базового слоя n-GaAs, эмиттерного слоя p-GaAs и слоя p-AlGaAs с содержанием Al в твердой фазе от 30-40 ат.% в начале роста слоя и при содержании Al в твердой фазе 10-15 ат.% в приповерхностной области слоя, а также осаждение тыльного контакта и лицевого контакта. На лицевую поверхность подложки наносят антиотражающее покрытие. Способ безопасен и позволяет с меньшими затратами совместить в одном слое функции широкозонного окна и контактного слоя, что приводит к увеличению кпд преобразования узкополосного, в частности лазерного излучения. 8 з.п. ф-лы.

Способ изготовления pin-фотодиодов с охранным кольцом на высокоомном р-кремнии // 2548609

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов. Способ изготовления pin-фотодиодов с охранным кольцом (ОК) на высокоомном р-кремнии включает термическое окисление исходной пластины р-кремния или эпитаксиальной структуры, содержащей слой высокоомного р-кремния, вскрытие «окон» в термическом окисном слое, загонку атомов фосфора в «окна» и их разгонку, совмещенную с окислением, для формирования планарных n+-р переходов рабочей области и области ОК, создание на обратной стороне пластины геттерирующего слоя и проведение геттерирования, стравливание геттерирующего слоя и подлегирование подконтактной области базы атомами бора для создания омического контакта р+-р типа, вскрытие в окисном слое контактных «окон» к рабочей области и охранному кольцу и зондовый контроль их темновых токов, отбор пластин, не соответствующих заданным значениям темнового тока, стравливание с них термического окисного слоя и нанесение на свободную поверхность кремния нового защитного слоя окиси кремния при температуре не выше 300°С, вскрытие контактных «окон» в нанесенном слое и повторный зондовый контроль темновых токов и при соответствии темнового тока заданным значениям - нанесение металлизации, формирование контактного рисунка и вжигание металла, а при несоответствии заданным значениям темнового тока - повторение операций до получения заданных значений темнового тока. Изобретение обеспечивает повышение выхода годных фотодиодов за счет снижения уровня темнового тока рабочей области и области ОК до заданных значений. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ получения пленок твердых растворов замещения pbsnse методом ионного обмена // 2552588

Пленки твердых растворов замещения PbSnSe - востребованный материал полупроводниковой оптоэлектроники и лазерной техники среднего и дальнего инфракрасного диапазона. Однако достигнутое на сегодня содержание олова в составе гидрохимически синтезируемых пленок PbSnSe не обеспечивает в полной мере их фоточувствительности к дальнему ИК-диапазону. В способе получения пленок твердых растворов замещения PbSnSe методом ионообменного замещения обработку предварительно полученных пленок PbSe проводят в водном растворе соли олова(II), содержащем растворимую уксуснокислую соль или уксуснокислую кислоту в количестве до 6,0 моль/л при температуре процесса 353-371 K с последующей обработкой на воздухе при температуре от 523 до 723 K. Технический результат изобретения состоит в сдвиге спектрального диапазона фоточувствительности пленок твердых растворов PbSnSe, получаемых из водного раствора методом ионного обмена, в дальний инфракрасный диапазон. 1 табл.

Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника // 2554304

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к созданию тонкопленочных элементов матрицы неохлаждаемого типа в тепловых приемниках излучения (болометров) высокой чувствительности. Способ получения чувствительного элемента матрицы теплового приемника на основе оксида ванадия представляет собой нанесение металлической пленки ванадия и электродов методами магнетронного распыления и последующей лифт-офф литографии на диэлектрическую подложку. Затем через металлическую пленку ванадия пропускают электрический ток высокой плотности, под действием которого она нагревается и термически окисляется. После нагрева структуры и образования оксида VOx ток отключают, и происходит остывание сформированного тонкопленочного элемента. Изобретение позволяет значительно упростить способ изготовления чувствительного элемента матрицы теплового приемника. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ изготовления фотопреобразователя // 2559166

Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к способам получения трехкаскадных преобразователей. Технический результат, достигаемый в предложенном способе, изготовления фотопреобразователя заключается в улучшении однородности и воспроизводимости стравливания контактного слоя структуры, повышении фотоэлектрических параметров. Достигается это тем, что формируют контактную металлизацию на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигают контакты, вытравливают мезу, удаляют контактный слой структуры химикодинамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении компонентов, соответственно в мас.%: гидроокись тетраметиламмония 0,7÷1,3, перекись водорода 6,5÷17,7, вода 92,8÷81. 1 табл.

Фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства // 2559991

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой. Комбинация полупроводниковых структур имеет множество сторон и включает в себя p-n-переход, n-p-переход, p-i-n-переход, n-i-p-переход, тандемный переход или мульти-переход. В частности, защитный слой сформирован для покрытия сторон комбинации полупроводниковых структур. Благодаря этому защитный слой может эффективно подавлять эффект вызванной высоким потенциалом деградации фотогальванического устройства согласно изобретению, что повышает надежность фотогальванического устройства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.

Печь для вжигания электрода солнечного элемента, способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент // 2562701

Согласно изобретению предложена печь для вжигания электрода солнечного элемента, которая снабжена транспортировочным элементом, транспортирующим подложку с нанесенной на нее проводящей пастой, секцией нагрева, которая нагревает подложку и вжигает проводящую пасту, и секцией охлаждения, которая охлаждает нагретую подложку. При этом печь снабжена средством нагрева транспортировочного элемента. Также предложены способ изготовления солнечного элемента с использованием описанной выше печи и устройство, изготовленное этим способом. Изобретение обеспечивает во время вжигания электродной пасты исключение осаждения материала металлического компонента проводящей пасты на транспортирующей проволоке, и печь для вжигания можно использовать непрерывно, что исключает потери производительности. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Способ исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению // 2565331

Изобретение относится к области контроля фотоэлектрических устройств и касается способа исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению. Способ включает сканирование поверхности исследуемого объекта лазерным лучом с помощью гальваносканеров с одновременной записью координат сканирования и напряжения, пропорционального величине фотоотклика в данной точке исследуемого объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения данных о распределении энергетических параметров фотоэлектричиских преобразователей в составе солнечных батарей, а также в обеспечении возможности визуализации полученных данных. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.