Способ изготовления кремниевого фотодиода Российский патент 2018 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,4-1,0 мкм, и изготавливаемых на кремнии n-типа проводимости. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется высокая пороговая чувствительность. К такой аппаратуре относятся системы наведения, астроориентации и другие системы.

Известен патент [№2169412 с приоритетом от 05.10.1999 г. Вовк О.В.], способ изготовления фотодиода, в котором описана технология ФД, содержащая эпитаксиальную структуру n-n⁺ с фоточувствительными областями в виде планарных р⁺-n-переходов.

Известна техническая документация АГЦ 3.368.253 ТУ на фотодиод ФД 297М [ВИМИ, г. Москва, 1992], способ изготовления которого принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния n-типа проводимости с помощью диффузии бора через пленку двуокиси кремния (SiO₂) сформированы фоточувствительные области p⁺-типа проводимости. На другой стороне подложки диффузией фосфора сформирован слой n⁺-типа проводимости. Создание двухслойных омических контактов к фоточувствительной р⁺-области и контактному слою n⁺-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки алюминия. Недостатком этого способа изготовления является достаточно большой разброс в величинах чувствительности и темнового тока в фотодиодах одной партии, вызванный наличием кольцевых неоднородностей в пространственном распределении времени жизни неосновных носителей заряда по пластине (фиг. 1 - распределение времени жизни в пластине до отжига), что вызывает разброс параметров фотодиодов (фиг. 1 и 2 - распределение фоточувствительности фотодиодов до отжига) и снижает процент выхода годных фотодиодов. Это особенно негативно сказывается на проценте выхода многоэлементных фотодиодов, так как ухудшает один из основных параметров - неравномерность чувствительности между элементами.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение разброса в величинах чувствительности и темнового тока и увеличение процента выхода годных приборов.

Технический результат достигается тем, что после проведения следующих высокотемпературных термодиффузионных процессов для создания структуры ФД:

- термического окисления;

- диффузии бора для создания областей р⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок);

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

проводится отжиг пластин со сформированными структурами при температуре ~650°C в атмосфере азота в течение 4 часов.

Далее проводится процесс формирования омических контактов.

Результатом является значительное увеличение значений и снижение разброса времени жизни носителей зарядов по пластине и, соответственно, улучшение параметров фотодиодов и их однородности (фиг. 3 распределение времени жизни в пластине после отжига 650°C). Таблица показывает характеристики времени жизни носителей по последовательности процессов.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг. 4), на которой представлены последовательности термодиффузионных процессов, используемые при изготовлении фотодиода-аналога и фотодиода по предлагаемому способу.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,4-1,0 мкм и изготавливаемых на кремнии n-типа проводимости, которые предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре с высокой пороговой чувствительностью. Изобретение обеспечивает снижение разброса в величинах чувствительности и темнового тока и увеличение процента выхода годных приборов. Технический результат достигается проведением следующих процессов для создания структуры ФД: термического окисления, диффузии бора для создания областей р⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок), диффузии фосфора в тыльную поверхность пластины для геттерирования загрязняющих примесей, отжиг пластин со сформированными структурами при температуре ~650°C в атмосфере азота в течение 4 часов, формирования омических контактов. Результатом является значительное увеличение значений и снижение разброса времени жизни неосновных носителей заряда по пластине и соответственно улучшение параметров фотодиодов и их однородности. 4 ил., 1 табл.

Способ изготовления кремниевого фотодиода, включающий процессы термического окисления, диффузии бора для формирования областей p⁺-типа проводимости, диффузии фосфора для геттерирования загрязняющих примесей и процесса формирования омических контактов, отличающийся тем, что для уменьшения разброса фоточувствительности и темновых токов, а также улучшения этих параметров в фотодиодах, изготавливаемых на одной партии пластин, перед формированием омических контактов проводится дополнительный отжиг пластин со структурами при температуре 650°С в атмосфере азота в течение 4 часов.