СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С АНТИОТРАЖАЮЩИМ ПОКРЫТИЕМ Советский патент 1998 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности кремниевых фотопреобразователей (ФП) с p-n-переходом.

Известен способ изготовления оптоэлектронных приборов, включающий создание у поверхности подложки однородного (по глубине) p-n-перехода, после чего следует нанесение просветляющего покрытия и осаждение в окна, вытравленные в покрытии металлических контактов. Однако высокие поверхностные концентрации (~10²⁰ см^-3) примеси и связанная с этим значительная глубина залегания p-n-перехода ведут к снижению спектральной чувствительности ФП, уменьшение же глубины залегания p-n-перехода путем снижения поверхностной концентрации примеси ведет к увеличению вероятности шунтирования p-n-перехода контактами ФП и, как следствие, к снижению характеристик последнего.

Известен способ изготовления ФП, в котором сначала формируется глубокий диффузионный p-n-переход, который затем удалаяется путем травления на участках, где будет отсутствовать металлизация. После этого проводится повторная диффузия для формирования на вытравленных участках мелкого p-n-перехода. При этом формируется p-n-структура с неоднородной глубиной залегания p-n-перехода, что позволяет улучшить характеристики изготавливаемых ФП. Однако использование данного метода ведет к резкому ухудшению планарности подложки, что затрудняет нанесение просветляющих покрытий безвакуумными методами. Наиболее близким по технической сущности к данному способу является способ изготовления кремниевых ФП, включающий формирование неоднородной глубины залегания p-n-перехода методом двойной диффузии. При этом сначала методом диффузии через маску из SiO₂ формируется p-n-переход глубокого залегания в подконтактных областях. Далее маска удаляется и путем второй диффузии формируется мелкий p-n-переход в фоточувствительной области.

Однако использование данного способа в технологии изготовления ФП с антиотражающим покрытием вызывает необходимость введения в технологический процесс дополнительных операций нанесения маскирующего покрытия, фотолитографии по данному покрытию, удаления маскирующего покрытия после диффузии, кроме того, процесс прецизионной фотолитографии при создании контактных окон в антиотражающем слое, который бы обеспечил хорошее совмещение границ области с загубленным p-n-переходом и границ контактных окон в просветляющем покрытии, достаточно трудоемок. Это приводит к усложнению технологии и существенному увеличению трудоемкости производственного процесса.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления фотопреобразователей с неоднородно загубленным p-n-переходом и антиотражающим покрытием.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления фотопреобразователей с неоднородной глубиной залегания p-n-перехода, включающем двойную диффузию, на поверхность подложки после проведения первой диффузии наносят пленку из пятиокиси ниобия или тантала толщиной 0,04 - 0,24 мкм, которую используют сначала в качестве маски для селективной диффузии, а затем в качестве антиотражающего покрытия, причем процесс диффузии ведут при температуре не выше 1100^oC.

Нами установлено, что пленки пятиокиси ниобия и тантала являются хорошим маскирующим покрытием, препятствующим как диффузии легирующей примеси из внешней среды в кремний, так и обратной диффузии примеси из полупроводника в окружающую среду. Кроме того, пятиокиси тантала и ниобия при температурах ниже 1100^oC не взаимодействуют с растворенными в кремнии примесями с образованием стекол. Это позволяет сочетать диффузию в окна с разгонкой примеси на маскировочных участках, что обеспечивает достаточно точное получение требуемых глубин залегания p-n-перехода как в контактных, так и в фоточувствительных областях. При этом отсутствие" отсасывания" примеси в маскирующее покрытие исключает появление отрицательного градиента примеси у поверхности подложки, который может вызвать ухудшение характеристик преобразователя.

Метод нанесения пленки принципиального значения не имеет, поскольку любой метод, позволяющий получить пленку с оптическими свойствами, отвечающими требованиям к антиотражающим покрытиям, позволяет получить структуру пятиокиси ниобия и тантала, обеспечивающую хорошие маскирующие свойства и наоборот. В то же время следует отметить, что существует технология нанесения пленок пятиокисей ниобия и тантала из растворных композиций, использование которых обеспечивает существенное снижение трудоемкости по сравнению с другими методами.

Существенное значение имеют толщина пленки и температура диффузии. Если толщина пленки выходит за пределы указанного диапазона, антиотражающие свойства покрытия резко ухудшаются, что в свою очередь ведет к снижению КПД ФП. Если температура диффузии превышает 1100^oC, то начинается диффузия тантала в кремний, что создает дополнительные центры рекомбинации и, как следствие, ведет к уменьшению КПД фотопреобразователей.

Предлагаемый способ содержит следующую совокупность признаков.

Сходные с прототипом: cоздание неоднородного залегания p-n-перехода методом двойной диффузии (1); использование на этапе создания заглубленного p-n-перехода под контактом селективной диффузии через маску (2).

Отличительные от прототипа: использование в качестве маски для селективной диффузии пленки пятиокиси ниобия или тантала (3); использование нанесенной пленки ниобия или тантала в качестве антиотражающего покрытия (4).

Данная совокупность признаков не найдена в известных технических решениях. Следовательно, предлагаемый способ обладает, по мнению авторов, новизной.

Отличительный от прототипа признак 3 в патентной и научно-технической литературе не найден.

Отличительный признак 4 известен и придает известные свойства заявляемому способу. Однако в связи с тем, что признак 3 неизвестен, авторы считают, что предлагаемый способ обладает существенными отличиями.

Отличительные признаки придают заявляемому объекту новые свойства, обуславливающие положительный эффект, указанный в цели изобретения.

Примеры конкретного исполнения.

В кремниевые пластины типа КДБ производилась диффузия фосфора при 900^oC из твердых источников типа ТДФ-20/100. После окончания диффузии с поверхности пластины в плавиковой кислоте стравливался слой фосфорносиликатного стекла и на поверхность пластины наносился слой Nb₂O₅ или Ta₂O₅ с использованием методов реактивного напыления (РН) или из растворной композиции, содержащей алкоголяты ниобия и тантала (РК). Композиция наносилась на поверхность методом центрифугирования, после чего подвергалась термодеструкции при 600^oC. В нанесенных пленках методом фотолитографии вскрывались контактные окна, после чего проводилась повторная диффузия с целью создания загубленных участков.

Диффузия проводилась из твердых источников ТДФ-20/100 или из пленок, наносимых из композиции КФК-50. Режимы работы диффузии выбирались таким образом, чтобы глубина залегания p-n-перехода под фоточувствительной поверхностью составляла 0,4 - 0,5 мкм и под контактными окнами 1,0 - 1,5 мкм. После проведения диффузии проводилось повторное стравливание фосфорносиликатного стекла и осаждение контактной металлизации методом химического никелирования. КПД изготовленных фотопреобразователей определялся путем снятия вольт-амперных характеристик ФП при освещении эталонным источником.

Для сравнения были изготовлены ФП с использованием способа-прототипа. В этом случае на поверхности пластины методом пиролитического осаждения наносился слой SiO₂ толщиной 0,4 мкм, в данном слое методом фотолитографии вскрывались окна и после этого в эти окна проводилась диффузия фосфора из твердых источников ТДФ-20/100 для создания подконтактных областей. После окончания диффузии слой окисла и образовавшееся на поверхности пластины фосфорносиликатное стекло удалялось в составе: 45%-ная фтористоводородная кислота : вода 1 : 10.

Далее в пластину проводилась вторая диффузия для формирования мелкого p-n-перехода на фоточувствительных участках (глубина залегания p-n-перехода 1,0 - 1,3 мкм в подконтактной области и 0,4 - 0,5 мкм в фоточувствительной). Затем на пластину наносится РК-методом слой Ta₂O₅, в котором методом фотолитографии вскрывались контактные окна, в которые затем методом химического никелирования осаждались контакты. Остальные данные о процессе и полученные результаты приведены в таблице.

Из описания и таблицы видно, что предлагаемый способ изготовления ФП обеспечивает получение характеристик, не худших, чем при использовании прототипа, и в то же время существенно упрощает технологию, уменьшая как количество операций вообще, так и количество особо ответственных операций типа фотолитографии с особо точными совмещениями.

Использование предлагаемого способа изготовления фотопреобразователей с неоднородно загубленным p-n-переходом и антиотражающим покрытием обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: более простую технологию, использующую меньшее количество технологических операций, в том числе наиболее критичных типа фотолитографии с точным совмещением.

Использование: относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, в частности кремниевых фотопреобразователей с p-n-переходом. Сущность: способ включает формирование неоднородно залегающего перехода в полупроводниковой пластине методом двойной диффузии. На первом этапе осуществляют диффузию по всей пластине, а на втором - локальную диффузию в подконтактные области через маску из пленки пятиокиси ниобия или тантала толщиной 0,04 - 0,24 мкм. Локальную диффузию осуществляют при температуре не выше 1100^oC. Нанесенную пленку из пятиокиси ниобия или тантала используют в качестве антиотражающего покрытия фотопреобразователя. 1 табл.

Способ изготовления фотопреобразователей с антиотражающим покрытием, включающий формирование неоднородно залегающего p-n-перехода в полупроводниковой пластине методом двойной диффузии с проведением на одном этапе локальной диффузии в подконтактные области через маску, а на другом - диффузии по всей поверхности пластины, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, после проведения на первом этапе диффузии по всей поверхности полупроводниковой пластины создают маску для локальной диффузии в подконтактные области на втором этапе нанесением пленки из пятиокиси ниобия или тантала толщиной 0,04 - 0,24 мкм, а локальную диффузию осуществляют при температуре не выше 1100^oС, при этом нанесенную пленку из пятиокиси ниобия или тантала используют в качестве антиотражающего покрытия фотопреобразователя.