Способ изготовления кремниевого фотодиода Российский патент 2019 года по МПК H01L31/18 

Заявляемое изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,3-1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре.

Одним из основных параметров таких ФД является величина темнового тока при рабочем напряжении, определяющая уровень шума ФД, и, следовательно, его пороговую чувствительность.

Известно авторское свидетельство №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, Н. 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.

Известен патент RU 2654992 С1 с приоритетом от 04.08.2017 г.: Демидов С.С., Климанов Е.А. «Способ изготовления кремниевого фотодиода», описанный в котором способ изготовления принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния n-типа проводимости с помощью диффузии бора через пленку двуокиси кремния (SiO₂) формируются фоточувствительные площадки р⁺-типа проводимости. На другой стороне подложки диффузией фосфора формируется слой n⁺-типа проводимости. Затем для снижения темновых токов проводится отжиг при температуре 650°С в атмосфере азота в течение 4 часов. Создание омических контактов к фоточувствительной р+-области и контактному слою n⁺-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки алюминия.

Недостатком указанных методов изготовления ФД является недостаточно полное удаление генерационно-рекомбинационных центров (ГРЦ) из области пространственного заряда (ОПЗ) р-n перехода, так как диффузионный слой, являющийся геттером, формируется на тыльной поверхности образца на большом расстоянии от ОПЗ. Поскольку лимитирующей стадией процесса геттерирования является диффузия ГРЦ к геттеру, большое расстояние между ОПЗ и геттером снижает градиент концентрации ГРЦ и, следовательно, эффективность геттерирования.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темнового тока (не менее, чем на порядок) и увеличение процента- выхода годных приборов.

Решение задачи обеспечивается тем, что для дополнительного снижения концентрации ГРЦ в ОПЗ геттерирующие области (сильнолегированный n+-слой фосфора) формируются вблизи р-n перехода на той же стороне пластины, что значительно увеличивает градиент концентрации ГРЦ и, следовательно, диффузионный поток удаляемых ГРЦ от ОПЗ к геттеру. Благодаря этому снижается концентрация генерационных центров в ОПЗ, что приводит к снижению темнового тока ФД.

Технический результат достигается тем, что области геттера располагаются кроме тыльной поверхности образца, также вокруг р-n перехода в случае одноэлементных ФД или в виде змейки в случае линейки ФД.

Последовательность технологических операций следующая:

- термическое окисление;

- диффузия бора для создания областей р⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок) через окна в пленке двуокиси кремния (SiO₂);

- осаждение SiO₂ на фоточувствительные площадки осаждением из газовой фазы;

- диффузия фосфора в области геттера на стороне р-n перехода через окна в пленке SiO₂ и в тыльную поверхность пластины для геттерирования загрязняющих примесей;

- создание контактной системы.

Сущность изобретения поясняется схемами, на которых представлены последовательности термодиффузионных процессов, используемых при изготовлении аналога (фиг. 1) и в предлагаемом изобретении (фиг. 2).

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,3-1,06 мкм, которые могут быть использованы в электронно-оптической аппаратуре. Одним из основных параметров таких ФД является величина темнового тока при рабочем напряжении, определяющая уровень шума ФД и, следовательно, его пороговую чувствительность. Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темнового тока (не менее чем на порядок) и увеличение процента выхода годных приборов. Решение задачи обеспечивается тем, что для дополнительного снижения концентрации генерационно-рекомбинационных центров (ГРЦ) в областях пространственного заряда (ОПЗ) геттерирующие области (сильнолегированный n+-слой фосфора) формируются вблизи р-n-перехода на той же стороне пластины, что значительно увеличивает градиент концентрации ГРЦ и, следовательно, диффузионный поток удаляемых ГРЦ от ОПЗ к геттеру. Благодаря этому снижается концентрация генерационных центров в ОПЗ, что приводит к снижению темнового тока ФД. 2 ил.

Способ изготовления кремниевого фотодиода, включающий операции термического окисления, диффузии бора для формирования областей р⁺-типа проводимости, осаждения двуокиси кремния для защиты областей р⁺-типа, диффузии фосфора для геттерирования загрязняющих примесей, создания двухслойных омических контактов к фоточувствительной области и области базы нанесением пленки золота с подслоем титана, или хрома, или алюминия с подслоем титана, отличающийся тем, что для снижения темновых токов фотодиодов области геттера формируются как на обратной стороне пластины, так и со стороны р-n-переходов.