СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОДИОДОВ НА АНТИМОНИДЕ ИНДИЯ Российский патент 2007 года по МПК H01L31/18 

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, чувствительных к инфракрасному излучению, в частности одно- и многоэлементных фотодиодов на антимониде индия (InSb), и может быть использовано при изготовлении линейных и матричных приемников излучения.

Известен способ изготовления фотодиодов на антимониде индия, включающий формирование локального p-n перехода на подложке антимонида индия имплантацией ионов бериллия с импульсным постимплантационным отжигом излучением галогенных ламп, анодное окисление для формирования защитной диэлектрической пленки (АОП), нанесение пассивирующего диэлектрика и металлизацию (см. пат. РФ 2056671, МПК 6 21/265, 1996 г.). Недостатком данного способа является возможное отслоение пассивирующей пленки, обусловленное гидратацией АОП. Термический отжиг пластины перед напылением мог бы уменьшить вероятность отслоений пассивирующей пленки. Однако эффективная дегидратация поверхности происходит при температурах выше 250°С, а при более низких температурах требуются слишком большие длительности прогрева. В то же время все известные АОП деградируют (становятся проводящими) при температурах 100-120°С, что ограничивает возможность повышения температуры.

Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому способ изготовления фотодиодов на антимониде индия, включающий формирование локального p-n перехода на подложке антимонида индия, анодное окисление для формирования защитной диэлектрической пленки, нанесение пассивирующего диэлектрика и формирование контактной системы (см. пат. РФ 1589963, МПК 6 Н01L 31/18, 1996 г.). Пассивирующая диэлектрическая пленка наносится на АОП методами термического или магнетронного напыления. В производстве главным недостатком такой технологии также является отслоение пассивирующей пленки от АОП. Это происходит, как правило, в наиболее влажные сезоны года и обусловлено повышенной адсорбцией молекул воды из атмосферы на поверхности АОП. Этот гидратированный слой и является причиной отслоений.

Техническим результатом при использовании предлагаемого способа является снижение брака по отслоениям пассивирующей пленки при производстве фотодиодов на InSb.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления фотодиодов на антимониде индия, включающем формирование локального p-n перехода на подложке, анодное окисление для формирования защитной диэлектрической пленки, нанесение пассивирующей диэлектрической пленки и формирование контактной системы, согласно изобретению перед анодным окислением производят легирование свободных от локального p-n перехода поверхностных областей подложки диффузией или ионной имплантацией с постимплантационным отжигом до концентрации легирующей примеси 5·10¹⁷-10¹⁹ см^-3. При этом ближнюю к p-n переходу границу области легирования не доводят до него на 5-50 мкм, а нанесение пассивирующей пленки производят не доводя ее на расстояние не менее 10 мкм до дальней от p-n перехода границы области легирования. В частном случае выполнения формирование локального p-n перехода и легирование свободных от p-n перехода поверхностных областей подложки может быть произведено одновременно.

Новым в предложенном способе является то, что перед анодным окислением производят легирование свободных от p-n перехода поверхностных областей подложки либо диффузией, либо ионной имплантацией с постимплантационным отжигом, до концентрации 5·10¹⁷-10¹⁹ см^-3.

Легирование поверхностной области подложки InSb до указанных концентраций приводит к снижению гигроскопичности поверхности АОП, формируемой на такой области. Этот эффект ранее замечен не был. Указанный диапазон концентраций легирующих атомов на поверхности обусловлен заметным ослаблением эффекта гигроскопичности при концентрации ниже указанного предела. Верхний предел обусловлен пределом растворимости в InSb примесных атомов (Be, Cd, Mg, S и др.).

Снижение брака по отслоениям пассивирующей пленки достигается также тем, что область легирования подложки, проводимого до формирования АОП, выходит за пределы пассивирующей пленки, наносимой впоследствии, на расстояние не менее 10 мкм. Выведение дальней от p-n перехода границы легированной области за пределы пассивирующей пленки на расстояние 10 мкм гарантирует отсутствие «затравки» отслоений пленки. При меньших расстояниях могут происходить отслоения вблизи границ из-за продольного (вдоль поверхности) ослабления действия полей механических напряжений, обусловленных примесными атомами, в результате чего адсорбция молекул воды на этих участках уменьшается недостаточно. Разрывы в легированной области в подложке имеют ширину в пределах 5-50 мкм. Нижний предел обусловлен минимально допустимым расстоянием до локального p-n перехода фотодиодов, а верхний - возможностью появления условий, когда сила поверхностного натяжения пленки превышает прочность ее адгезии к АОП, что и приводит к отслоениям. Этот эффект возрастает с увеличением ширины разрыва между легированными участками.

Для уменьшения количества операций и снижения затрат целесообразно формирование локального p-n перехода и легирование свободных от p-n перехода поверхностных областей подложки производить одновременно.

Сущность и результат изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 и 2 показаны топология фрагмента и внешний вид (фотография при увеличении 100) линейки фотодиодов на InSb соответственно, изготовленной по предлагаемому способу, а на фиг.3 - внешний вид линейки фотодиодов на InSb, изготовленной по способу-прототипу. На фиг.1: 1 - подложка, 2 - локальные p-n переходы, 3 - АОП, 4 - пассивирующая пленка, 4а - граница пассивирующей пленки, 5 - область легирования, 5а и 5б - ближняя и дальняя от p-n перехода границы области легирования соответственно, 6 - контактная система. На фиг.2: на линейке фотодиодов, изготовленной по предложенному способу, отслоений пассивирующей пленки SiO_x не наблюдается, на фиг.3 - по способу-прототипу - наблюдаются отслоения пленки SiO_x.

Предложенный способ был реализован при изготовлении 64-х элементных линеек фотодиодов на пластинах InSb и проводился с одновременным формированием локального p-n перехода и легированием поверхностных областей по предложенному способу имплантацией ионов Be⁺ в подложку InSb n-типа проводимости и постимплантационным термическим отжигом при температуре 375°С, анодным окислением и нанесением пассивирующей пленки SiO_x термическим распылением; контактная система формировалась на основе пленки Au с подслоем Cr.

Для сравнения влияния легирования на снижение брака по отслоениям пассивирующей пленки при одинаковых внешних условиях был проведен ряд экспериментов с различными параметрами режимов изготовления по предложенному способу и по способу-прототипу. Полученные результаты приведены в таблице. Контроль отслоения пассивирующей пленки исследуемого кристалла проводился с применением микроскопов МБС-9 и ММУ-5 при увеличении 14 и 100.

№ партииКонцентрация легирующей примеси в области легирования, см^-3Расстояние от p-n перехода до области легирования, мкмРасстояние от границы пассивирующей пленки до границы области легирования, мкм% брака*1 (прототип)---10024·10¹⁷5106034·10¹⁷1058045·10¹⁷1010-55·10¹⁷5056065·10¹⁷60570710¹⁸51010810¹⁸5550910¹⁸505501010¹⁸5010301110¹⁸605701210¹⁸6010501310¹⁹55501410¹⁹510201510¹⁹55501610¹⁹5010301710¹⁹5030201810¹⁹505501910¹⁹605802010¹⁹605070* - браковались линейки фотодиодов, имеющие более 5% площади отслоения пассивирующей пленки.

Из приведенных данных видно, что по сравнению с прототипом применение заявляемого способа позволяет получать годные по параметру «отслоение пассивирующей пленки» структуры, а при соблюдении заявленных значений параметров процент отбракованных линеек фотодиодов на InSb уменьшается на десятки процентов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении линейных и матричных приемников излучения. Способ изготовления фотодиодов на антимониде индия включает формирование локального p-n перехода на подложке, анодное окисление для формирования защитной диэлектрической пленки, нанесение пассивирующей диэлектрической пленки и формирование контактной системы. Перед анодным окислением проводят легирование свободных от локального p-n перехода поверхностных областей подложки диффузией или ионной имплантацией с постимплантационным отжигом до концентрации легирующей примеси 5·10¹⁷-10¹⁹ см^-3. При этом ближнюю к p-n переходу границу области легирования не доводят до него на 5-50 мкм. Нанесение пассивирующей пленки производят так, что не доводят ее на расстояние не менее 10 мкм до дальней от p-n перехода границы области легирования. Изобретение позволяет получать годные по параметру «отслоение пассивирующей пленки» структуры, что снижает процент отбракованных линеек фотодиодов на десятки процентов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ изготовления фотодиодов на антимониде индия, включающий формирование локального p-n перехода на подложке, анодное окисление для формирования защитной диэлектрической пленки, нанесение пассивирующей диэлектрической пленки и формирование контактной системы, отличающийся тем, что перед анодным окислением производят легирование свободных от p-n перехода поверхностных областей подложки диффузией или ионной имплантацией с постимплантационным отжигом до концентрации легирующей примеси 5·10¹⁷-10¹⁹ см^-3, причем ближнюю к p-n переходу границу области легирования не доводят до него на расстояние 5-50 мкм, а нанесение пассивирующей пленки производят не доводя ее на расстояние не менее 10 мкм до дальней от p-n перехода границы области легирования.2. Способ изготовления фотодиодов на антимониде индия по п.1, отличающийся тем, что формирование локального p-n перехода и легирование свободных от p-n перехода областей подложки производят одновременно.