Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента с низким уровнем темновых токов



Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента с низким уровнем темновых токов
Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента с низким уровнем темновых токов
Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента с низким уровнем темновых токов
H01L31/1804 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2716036:

Акционерное общество "НПО "Орион" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых pin-фоточувствительных элементов (ФЧЭ), чувствительных к излучению с длиной волны 1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 не) при напряжениях смещения порядка 200 В. Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента включает ионную имплантацию бора и разгонку в тыльную поверхность подложки, термическое окисление, диффузию и разгонку фосфора для создания областей фоточувствительных площадок и охранного кольца с одновременным окислением формирования защитной пленки двуокиси кремния, ионную имплантацию аргона и диффузию фосфора в тыльную поверхность подложки для геттерирования, удаление геттерирующего слоя, диффузию бора в тыльную поверхность подложки для создания контактного слоя р+-типа проводимости, химическое травление пленки двуокиси кремния для получения просветляющего покрытия, создание двухслойных золотых омических контактов к фоточувствительным площадкам, охранному кольцу и тыльному слою р+-типа проводимости, при этом согласно изобретению проводится двухстадийное геттерирование для удаления загрязняющих примесей, включающее в себя загонку фосфора в тыльную сторону пластины при температуре 1100°С в течение 20 минут и последующий отжиг в течение 1 часа, удаление фосфоросиликатного стекла с тыльной стороны пластины, ионную имплантацию аргона в тыльную сторону пластины с дозой 2⋅1015 см-2 и энергией 100 кЭв, термический отжиг при температуре 1000°С в течение 1 часа. Изобретение обеспечивает снижение уровня темновых токов. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых pin-фоточувствительных элементов (ФЧЭ), чувствительных к излучению с длиной волны 1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 не) при напряжениях смещения порядка 200 В. К такой аппаратуре относятся лазерные дальномеры, системы наведения по лучу, обнаружители лазерного излучения, системы защиты от лазерного оружия, высокоточное оружие и другие системы [А.М. Филачев, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. М.: Физматкнига, 2007 г., 384 с].

Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темновых токов, увеличение процента выхода годных.

Известен кремниевый pin-фотодиод [патент на полезную модель РФ №108883, заявитель ФГУП «НПО «Орион»], чувствительный к длине волны 1,06 мкм, способ изготовления которого принят в качестве прототипа.

Известен способ изготовления кремниевого многоплощадочного pin-фоточувствительного элемента (ФЧЭ) с низким уровнем темновых токов [патент на изобретение РФ №2654961, заявитель АО «НПО «Орион»], который принят в качестве ближайшего аналога. Изготовление ФЧЭ включает в себя следующие технологические операции:

- ионная имплантация бора в тыльную поверхность подложки;

- длительная разгонка бора;

- термическое окисление;

- диффузия фосфора для создания областей фоточувствительных площадок и охранного кольца;

- разгонка фосфора с одновременным окислением для выращивания защитной пленки двуокиси кремния;

- ионная имплантация аргона и диффузия фосфора в тыльную поверхность подложки для геттерирования загрязняющих примесей;

- удаление геттерирующего слоя;

- диффузия бора в тыльную поверхность подложки для создания контактного слоя р+-типа проводимости;

- химическое травление пленки двуокиси кремния для получения просветляющего покрытия;

- создание двухслойных омических контактов к фоточувствительным площадкам, охранному кольцу и тыльному слою р+-типа проводимости методом напыления пленки золота с подслоем хрома, причем толщина пленки хрома на тыльном слое составляет 5-6 нм.

Недостатком этих приборов является то, что величина темновых токов для некоторых применений не может обеспечить требуемую пороговую чувствительность фотоприемного устройства.

Предлагаемый способ изготовления позволяет снизить уровень темновых токов, а также повысить процент выхода годных ФЧЭ.

Известно, что примеси тяжелых металлов, таких как Au, Fe и Cu и микродефекты, декорированные этими примесями, вводят генерационно-рекомбинационные центры в запрещенной зоне кремния. Эти центры приводят к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда и увеличению темновых токов ФЧЭ. Для удаления микродефектов и примесей металлов из активной части приборов на пластине применяется процесс геттерирования.

В способе изготовления ФЧЭ - аналога используется комплексное геттерирование нарушенными слоями на тыльной поверхности подложки, созданными имплантацией аргона и загонкой фосфора при температуре Т=1000°С, и последующим отжигом в течение 1 часа при этой же температуре. В предлагаемом способе геттерирование проводится в две стадии.

На первой стадии проводится геттерирование фосфором, включающим в себя загонку фосфора при температуре Т=1100°С в течение 20 минут, отжиг при этой же температуре в течение 1 часа и последующее удаление образовавшегося фосфорно-силикатного стекла. На второй стадии проводится геттерирование имплантированным аргоном с последующим отжигом в течение 1 часа при температуре Т=1000°С.

Процесс геттерирования фосфором при повышенной температуре более эффективен, так как за счет более высокой поверхностной концентрации фосфора повышается плотность образующихся дислокаций несоответствия, которые геттерируют из пластины точечные дефекты и примеси. Измеренные глубина p-n-перехода на тыльной стороне пластины hj и поверхностное сопротивление n+-слоя Rs составляют 4 мкм и 1,2 Ом/кв. см соответственно. Тогда сопротивление n+-слоя р=RS*hj=1,2*4*10-4≈0,0005 Ом*см. Такому уровню сопротивления соответствует достаточно высокая плотность дислокаций (105-106) см-2 [К. Рейви «Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии», Москва, «Мир», 1984, стр. 79].

Эффективность геттерирования увеличивается также за счет того, что повышенная концентрация фосфора в n+-слое и слое фосфорно-силикатного стекла, образующемся во время геттерирования, обеспечивает большую растворимость в них примесей тяжелых металлов. При удалении фосфорно-силикатного стекла вместе с ним удаляются и растворенные в нем примеси.

Известна работа [А.К. Будтолаев, И.А. Евлентьев, Г.В. Либерова, С.Д. Сиваченко, В.Е. Степанюк, Журнал «Прикладная физика», 2015, №6, стр. 80-81], в которой проведено сравнение методов геттерирования нарушенными слоями и показано, что при изготовлении pin-фотодиодов наряду с диффузией фосфора также эффективен метод ионной имплантации аргона с последующим термическим отжигом.

Геттерирование аргоном в предлагаемом способе изготовления ФЧЭ может быть более эффективно по сравнению с аналогом за счет того, что:

- имплантация аргона проводится в поверхность, уже частично очищенную в процессе геттерирования фосфором;

- на структурные нарушения, создаваемые диффузией фосфора, накладываются нарушения, вносимые имплантацией аргона, и за счет этого во время повторного геттерирования эффективно удаляются примеси тяжелых металлов.

Режимы геттерирования: доза имплантации аргона D=2*1015 см-2; энергия Е=100 кэВ; температура отжига Т=1000°С, время отжига 1 час.

Предлагаемый способ изготовления pin-ФЧЭ включает в себя следующие технологические операции:

1 ионная имплантация бора в тыльную поверхность подложки;

2 длительная разгонка бора;

3 термическое окисление;

4 диффузия фосфора для создания областей фоточувствительных площадок и охранного кольца;

5 разгонка фосфора с одновременным окислением для выращивания защитной пленки двуокиси кремния;

6 геттерирование для удаления загрязняющих примесей, включающее в себя:

- загонку фосфора в тыльную сторону пластины при температуре 1100°С в течение 20 минут и последующий отжиг в течение 1 часа;

- удаление фосфорно-силикатного стекла с тыльной стороны пластины;

- ионную имплантацию аргона в обратную сторону пластины: доза D=2*1015 cm-2; энергия Е=100 кэВ;

- термический отжиг при температуре 1000°С в течение 1 часа;

7 удаление гетерирующего слоя.

8 диффузия бора в тыльную поверхность подложки для создания контактного слоя р+-типа проводимости;

9 химическое травление пленки двуокиси кремния для получения просветляющего покрытия;

10 создание двухслойных омических контактов к фоточувствительным площадкам, охранному кольцу и тыльному слою p+-типа проводимости методом напыления пленки золота с подслоем хрома, причем толщина пленки хрома на тыльном слое составляет 5-6 нм.

Структура ФЧЭ, представлена на рисунке фиг. 1, где 1 - фоточувствительная площадка n+-типа проводимости; 2- охранное кольцо n+-типа проводимости; 3, 4 - защитная и просветляющая пленки двуокиси кремния; 5 - база ФЧЭ; 6 - ОПЗ, 7 - контактный слой p+-типа проводимости; 8, 9 - контактная система Au-Cr к n+- и р+-областям.

Пример.

По предлагаемому способу были изготовлены 8-и площадочные фоточувствительные элементы на пластинах кремния p-типа проводимости. Для сравнения также были изготовлены ФЧЭ, у которых геттерирование проводилось стандартным методом и одностадийным методом загонки фосфора при температуре Т=1100°С и последующим отжигом при этой же температуре в течение 1 часа. В таблице 1. Приведены результаты измерения величины плотности темновых токов IT, а также процент выхода годных изделий.

Из данных таблицы следует, что:

- образцы, изготовленные по предлагаемому методу геттерирования превосходят по своим параметрам образцы, изготовленные по стандартному методу геттерирования и одностадийному методу геттерирования диффузией фосфора;

- геттерирование аргоном вносит существенный вклад в снижение величины плотности темновых токов.

Способ изготовления многоплощадочного кремниевого pin-фоточувствительного элемента с низким уровнем темновых токов, включающий операции: ионная имплантация бора в тыльную поверхность подложки; длительная разгонка бора; термическое окисление; диффузия фосфора для создания областей фоточувствительных площадок и охранного кольца; разгонка фосфора с одновременным окислением для выращивания защитной пленки двуокиси кремния; ионная имплантация аргона и диффузия фосфора в тыльную поверхность подложки для геттерирования загрязняющих примесей; удаление геттерирующего слоя; диффузия бора в тыльную поверхность подложки для создания контактного слоя р+-типа проводимости; химическое травление пленки двуокиси кремния для получения просветляющего покрытия; создание двухслойных омических контактов к фоточувствительным площадкам, охранному кольцу и тыльному слою р+-типа проводимости методом напыления пленки золота с подслоем хрома, причем толщина пленки хрома на тыльном слое составляет 5-6 нм, отличающийся тем, что для снижения уровня темновых токов ФЧЭ и увеличения процента выхода годных проводится двухстадийное геттерирование для удаления загрязняющих примесей, включающее в себя загонку фосфора в тыльную сторону пластины при температуре 1100°С в течение 20 минут и последующий отжиг в течение 1 часа, удаление фосфоросиликатного стекла с тыльной стороны пластины, ионную имплантацию аргона в тыльную сторону пластины с дозой 2⋅1015 см-2 и энергией 100 кЭв, термический отжиг при температуре 1000°С в течение 1 часа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с повышенной эффективностью, конкретнее к защитным покрытиям фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Фотопреобразователь с увеличенной фотоактивной площадью включает полупроводниковую пластину, на лицевой стороне которой имеются полосковые контакты гребенчатой формы, контактные площадки, а на тыльной стороне – сплошной контакт.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Биполярный полупроводниковый транзистор с тиристорным эффектом согласно изобретению выполнен в виде полупроводниковой n-p-n-структуры, при этом электрод базы вместо обычного металлического электрода выполнен из фоточувствительного материала, в качестве которого использован металл с малым уровнем работы выхода электронов, переход база-эмиттер является светоизлучающим, а переход база-коллектор является фоточувствительным.

Изобретение относится к солнечным элементам (СЭ) с HIT структурой на основе кристаллического кремния. Фотопреобразователь с HIT структурой на основе кристаллического кремния с α-Si - c-Si гетеропереходами с тонким внутренним i-слоем из α-Si содержит эмиттер - α-Si (р+), базу - c-Si (n), дифракционную решетку, тыльный потенциальный барьер - α-Si (n+) и токосъемные контакты.

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии. Предложен металлооксидный солнечный элемент на основе наноструктурированных слоев металлооксида, сенсибилизированного поглощающей свет субстанцией, включающий проводящий слой из оксида олова, допированного фтором или индием, и противоэлектрод, при этом в качестве поглощающей свет субстанции он содержит органический краситель или квантовые точки, а противоэлектрод выполнен в виде пленки из композитного материала на основе графена и наночастиц редкоземельного элемента, нанесенной на проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления преобразователя солнечной энергии. Способ изготовления полупроводникового прибора со структурой с р, i, n слоями, включающий процессы легирования, при этом формирование i-слоя в p-i-n структуре осуществляют в три этапа: первый этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,3 нм/с, при ВЧ мощности 8 Вт, со скоростью потока SiH4 20 см3/с и давлении 27 Па; второй этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,6 нм/с, при ВЧ мощности 15 Вт, со скоростью потока SiH4 50 см3/с и давлении 45 Па, третий этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 1,0 нм/с, при ВЧ мощности 28 Вт, со скоростью потока SiH4 80 см3/с и давлении 65 Па, с последующим легированием i-слоя бором до 0,05×10-4% при соотношении (B2H6/SiH4) 10-4% в газовой смеси.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9).

Изобретение относится к способу изготовления тонкопленочного солнечного модуля (ТПСМ). Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля включает последовательное осаждение на стеклянную подложку слоя фронтального прозрачного проводящего контакта, слоя гидрогенизированного аморфного и микрокристаллического кремния (a-Si:H/µc-Si:H) и слоя тыльного прозрачного проводящего контакта.

Заявляемое изобретение относится к области материаловедения, а именно к способам получения двухслойных структур, состоящих из светопоглощающего слоя галогенидного полупроводника состава АВХ3 и находящегося в контакте с ним слоя электропроводящего материала, для использования в качестве компонента фотоэлектрических устройств, в частности твердотельных, в том числе тонкопленочных, гибких или тандемных солнечных элементов, а также оптоэлектронных и светоизлучающих устройств.

Изобретение относится к области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с повышенной эффективностью, конкретнее к защитным покрытиям фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с повышенной эффективностью, конкретнее к защитным покрытиям фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к способам получения пленки полупроводника на основе комплексных галогенидов с перовскитоподобной структурой, которая может быть использована в качестве светопоглощающего слоя в твердотельных, в том числе тонкопленочных, гибких или тандемных солнечных элементах, а также для создания оптоэлектронных, в частности светоизлучающих устройств.

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения.

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения.

Способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов включает этапы а) обеспечение пакета (1) непрерывных слоев на подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний проводящий слой (2) и нижний проводящий слой (3) с расположенным между ними фотоактивным слоем (4); b) селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения первого отверстия (10) контакта, простирающегося через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), открывающего нижний проводящий слой (3); с) печатание тела (5-1) переднего контакта на верхнем проводящем слое (2) и тела (5) заднего контакта в первом отверстии (10) контакта на нижнем проводящем слое (3) и образование первого электроизоляционного зазора, окружающего тело (5) заднего контакта, между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.
Наверх