СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОДИОДА Российский патент 2015 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к вопросам изготовления матричных фотоприемников ИК-излучения на основе антимонида индия, теллурида кадмия-ртути.

В настоящее время широко используется способ изготовления матричных фотодиодов на различных материалах с использованием мезаструктур, в которых разделение на отдельные фоточувствительные элементы (ФЧЭ) производится травлением сплошных n+-р- или р+n-структур таким образом, что верхний n+(р+) слой между ФЧЭ вытравливается полностью, а p (n) слои - частично или полностью до подложки [J.P. Price et al. Dual - band MW/LW IRFPAs made from HgCdTe grown by MOVPE, Proc. of SPIE, v. 6940, 69402S-11; D. Sheela and N. DasGupta, Opnimization of surface passivation InGaAs/InP p-i-n photodetectors using ammonium sulfide, Semicond. Sci. Technol., 23 (2008) 035018, p. 1-5; P. Tribolet, Advtnced HGCDTE Ntchnologies and dual band developments, Proc. of SPIE, v. 6940, 69402P-141-3].

Для травления используются методы ионного и химического травления,

Известен способ изготовления матричного фотоприемника с использованием указанного метода, описанный в [патент США №5.663.564 от 02.09.1997 г. W.A. Radford, Photovoltaic detector with integrated dack current offset correction], принятый за аналог.

Указанный способ имеет следующий недостаток.

При проведении процесса травления глубина вытравливаемой мезаструктуры значительно превышает глубину расположения металлургического р-n-перехода, что приводит к пересечению р-n-перехода мезаструктурой под углом, близким к прямому 90°. Это приводит практически к равенству ширины области пространственного заряда (ОПЗ) n+-р- или р+n-перехода по всей его площади, включая выход на поверхность и, соответственно, равенству величины электрического поля. При наличии зарядов на границе раздела полупроводник - диэлектрик ОПЗ на поверхности может дополнительно сужаться, усиливая поле, что приводит к токам утечки на поверхности n+-р- или р+n-перехода (в случае положительного заряда на поверхности - для р+n-перехода, и отрицательного заряда - для n+-р-перехода). Поскольку знак и величину поверхностного заряда контролировать достаточно сложно, это обусловливает плохую воспроизводимость получаемых значений темновых токов и, соответственно, величины шума ФЧЭ.

Задачей изобретения является создание технологии изготовления мезаструктур с помощью известных методов ионного и химического травления, позволяющей обеспечить низкое значение напряженности электрического поля на поверхности n+-р- или р+n-переходов и, соответственно, низкие значения темновых токов.

Технический результат достигается тем, что на полупроводниковой пластине создается р+-n- или n+-р-переход по всей поверхности, формируется защитная маска фоторезиста с рисунком ФЧЭ с последующим травлением мезаструктур на глубину, при которой р+-n- или n+-р-переход выходит на поверхность у основания мезаструктуры под углом меньше 60°. Затем производится нанесение защитного диэлектрика, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением контактных окон в диэлектрике, напыление металла, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением металла для получения контактной системы, напыление индия, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением индия одним из известных способов (химическое травление, ионное травление) с последующим удалением слоев фоторезиста для получения индиевых микроконтактов,

Например, для получения мезаструктуры с углом выхода перехода на поверхность меньше 60° после создания n+-р-перехода по всей поверхности пластины наносят слой позитивного фоторезиста, который после экспонирования через фотошаблон с рисунком ФЧЭ, проявления и задубливания служит маской при травлении мезаструктуры n+-р-типа, выполняют химическое травление мезаструктуры на глубину, равную H_n+ + 0,2 H_n+, где H_n+ - толщина n+-области, 0,2 H_n+ - глубина травления р-области. Аналогично для р+-n-структуры глубина травления H_p+ + 0,2 Н_р+. После травления структуры наносят диэлектрическое покрытие, вскрывают с помощью фотолитографии контактные окна. Напыляют слой металла, с помощью фотолитографии формируют контактный слой, затем одним из известных способов на контактном слое металла формируют индиевые микроконтакты.

При указанном способе формирования мезаструктуры угол выхода n+-р (р+-n) перехода на поверхность значительно меньше 90°, что приводит к значительно большей ширине ОПЗ на поверхности и снижению величины электрического поля. Уменьшение величины угла у основания мезаструктуры связано с уменьшением скорости травления у основания мезаструктуры за счет ухудшения подвода реагентов и отвода продуктов реакции, что приводит к большей кривизне контура травления.

На фиг. 1 показаны контуры травления мезаструктур при глубоком травлении в способе изготовления, принятом за аналог, и в предлагаемом способе.

Последовательность технологической цепочки предлагаемого способа иллюстрируется на фиг. 2-9, где:

на фиг. 2 показан процесс формирования n+-р- или р+n-перехода;

на фиг. 3 показан процесс травления мезаструктуры;

на фиг. 4 показан процесс нанесения диэлектрика;

на фиг. 5 изображен процесс формирования контактных окон в диэлектрике;

на фиг. 6 изображен процесс напыления слоя металла;

на фиг. 7 изображен процесс формирования контактной системы;

на фиг. 8 изображен процесс напыления слоя индия;

на фиг. 9 показан процесс формирования индиевых микроконтактов с помощью травления.

Способ изготовления фотодиода осуществляется в следующей последовательности:

- на полупроводниковой пластине формируется n+-р- или р+n-переход (фиг. 2);

- на полупроводниковой пластине с помощью фотолитографии формируется маска фоторезиста с рисунком ФЧЭ;

- проводится травление мезаструктур (фиг. 3);

- наносится слой диэлектрика (фиг. 4);

- изготавливаются контактные окна в слое диэлектрика (фиг. 5);

- напыляется слой металла (фиг. 6);

- с помощью фотолитографии создается контактная система (фиг. 7);

- напыляется слой индия (фиг. 8).

Далее проводится формирование индиевых микроконтактов одним из способов (фиг. 9):

- растворением нижнего слоя фоторезиста с одновременным удалением индия (метод взрыва);

- методом травления, для этого:

- проводится формирование маски фоторезиста для травления индия;

- проводится травление индия одним из известных способов (химическое, ионное) для формирования микроконтактов;

- проводится удаление фоторезиста в растворе диметилформамида или смеси диметилформамида с моноэтаноламином, или плазмохимическим травлением в кислородной плазме.

Изобретение относится к технологии изготовления матричных фотоприемников ИК-излучения на основе антимонида индия, теллурида кадмия-ртути. Способ изготовления матричного фотоприемника согласно изобретению включает формирование на полупроводниковой пластине р+-n- или n+-р-перехода по всей поверхности, формирование защитной маски фоторезиста с рисунком ФЧЭ с последующим травлением мезаструктур на глубину, при которой р+-n- или n+-р-переход выходит на поверхность у основания мезаструктуры под углом меньше 60°. Затем осуществляют нанесение защитного диэлектрика, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением контактных окон в диэлектрике, напыление металла, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением металла для получения контактной системы, напыление индия, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением индия одним из известных способов: химическое травление или ионное травление с последующим удалением слоев фоторезиста для получения индиевых микроконтактов. Изобретение обеспечивает возможность изготовления мезаструктур с помощью известных методов ионного и химического травления, обеспечивающих низкое значение напряженности электрического поля на поверхности n+-р- или р+-n-переходов и, соответственно, низкие значения темновых токов фотоприемников. 9 ил.

Способ изготовления матричного фотоприемника, включающий создание р+-n- или n+-р-перехода по всей поверхности пластины, формирование защитной маски фоторезиста с последующим травлением мезаструктур, нанесение защитного диэлектрика, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением контактных окон в диэлектрике, напыление металла, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением металла для получения контактной системы, напыление индия, формирование фоторезистивной маски с последующим травлением индия одним из известных способов: химическое травление или ионное травление с последующим удалением слоев фоторезиста для получения индиевых микроконтактов, отличающийся тем, что травление мезаструктур производят на глубину, при которой р+-n- или n+-р-переход выходит на поверхность у основания мезаструктуры под углом меньше 60°.