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

Изобретение относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, а именно кремниевых фотопреобразователей (ФП) с неоднородной глубиной залегания p-n-перехода.

Целью изобретения является снижение трудоемкости изготовления и повышение характеристик ФП с увеличенной глубиной залегания p-n-перехода под контактами и антиотражающим покрытием с использованием двойной селективной диффузии.

Поставленная цель достигается тем, что на поверхность подложки после проведения первой диффузии наносят рисунок из примесно-силикатного стекла, соответствующий топологии контактной сетки. После этого на поверхность подложки с рисунком наносят просветляющее покрытие из окислов алюминия, олова, церия, титана, ниобия или тантала, или нитрида кремния, затем проводят процесс второй диффузии, используя нанесенную пленку примесно-силикатного стекла в качестве источника диффузии, и затем вскрытие контактных окон с одновременным удалением стекла в разбавленном 2,5 - 20 мас.%-ном растворе фтористоводородной кислоты. При этом вскрытие окон осуществляется за счет "взрыва" пленки антиотражающего покрытия.

Снижение трудоемкости обеспечивается тем, что в предлагаемом способе используют не более одного процесса фотолитографии, причем без необходимости точного совмещения. В то же время способ-прототип требует проведения двух фотолитографий: при формировании защитной маски и для вскрытия контактных окон. При этом вторая фотолитография требует точного совмещения для того, чтобы контактные окна совпадали с областями углубленного залегания p-n-перехода.

Другим преимуществом данного способа является то, что при проведении диффузии одновременно проводится отжиг границы раздела просветляющая пленка - поверхность кремния, что существенно снижает скорость рекомбинации на границе раздела и, как следствие, повышение КПД ФП.

Концентрация фтористоводородной кислоты имеет существенное значение. Если концентрация HF менее 2,5%, процесс взрывной литографии практически не идет. Если же концентрация выше 20%, начинается травление некоторых типов покрытия, таких как покрытие из Si₃N₄, что ведет к изменению их толщины и, следовательно, к ухудшению просветляющих свойств покрытия.

Возможность проводить одновременно отжиг просветляющего покрытия и диффузию обусловлены тем, что диффузии материала просветляющих покрытий, указанных выше, в кремний практически не происходит, даже если покрытие не подвергалось стабилизирующей термообработке, необходимой, например, при нанесении покрытия из растворимых композиций.

Вид легирующего компонента, его концентрация в окисной пленке, а также температура и время диффузии подбираются экспериментально, в зависимости от конструкции исходных ФП и их характеристик.

Примеры конкретного использования. В структурах кремния типа p-p⁺ и n-n⁺ методом диффузии из твердых источников создавались слои n⁺- и p⁺-типа соответственно. Затем структуры делились на две группы. На пластины первой группы методом центрифугирования наносились растворные композиции типа КФК-50 и КБК-50, после чего проводился отжиг образовавшихся пленок, ведущий к образованию фосфорносиликатного стекла на поверхности n⁺-p-p⁺-структур и боросиликатного стекла на поверхности p⁺-n-n⁺-структур. Затем методом фотолитографического травления сплошные слои стекол переводились в рисунки, соответствующие контактной металлизации. На подложки с рисунками наносились слои SnO₂, Al₂O₂, CeO₂, Tl₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅, Si₃N₄. При этом использовались следующие стандартные методы:
для нанесения SiO₂ - пиролиз SnCl₄ на горячей (~350^oC) подложке;
для нанесения Al₂O₃ и CeO₂ - метод магнетронного распыления;
для нанесения Ti₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ - нанесение на центрифуге пленки растворной композиции и последующей термодеструкции на воздухе;
для нанесения Si₃N₄ - плазмохимическое осаждение в реакторе с диодной системой.

После этого в печи типа СДО-120/3 в атмосфере аргона проводился процесс второй диффузии. Затем пластины погружались в раствор фтористоводородной кислоты. После окончания процесса, что фиксировалось по стабилизации цвета в окнах, пластины промывались в деионизованной воде, сушились на центрифуге и передавались на контроль. Контроль включал контроль внешнего вида антиотражающего покрытия и контроль полноты вскрытия окон под микроскопом МИМ-7 при увеличении ~100^x.

Параллельно проведено изготовление приборов по способу-прототипу. В этом случае в качестве маскирующего покрытия для второй диффузии использовался слой двуокиси кремния, полученный пиролизом растворной композиции на основе тетраэтоксисилана. Вскрытие окон производилось методом фотолитографического травления. В качестве источника легирующей примеси также использовались примесно-силикатные стекла, слои которых наносились поверх маски. Режимы диффузии были аналогичны используемым в примерах согласно изобретению. После окончания диффузии примесно-силикатное стекло вместе с маской удалялось с поверхности подложки травлением в концентрированной плавиковой кислоте. Затем на поверхность наносилось просветляющее покрытие, в котором фотолитографическим методом вскрывались контактные окна над заглубленными областями p-n-переходов. Совмещение и экспонирование проводилось на установке ЭМ-576.

На обработанных пластинах изготавливались ФП и затем на установке "Сектор" под имитатором излучения АМ 1,5 производились изменения КПД этих ФП.

Полученные результаты представлены в таблице (в графе τ указана трудоемкость этапов изготовления ФП, начиная от первой диффузии и кончая вскрытием окон в антиотражающем покрытии в нормочасах на 100 пластин).

Применение: относится к области изготовления оптоэлектронных приборов, а именно кремниевых фотопреобразователей. Сущность: в полупроводниковых пластинах диффузией создают p-n-переход, затем на поверхности пластины формируют пленку примесно-силикатного стекла с рисунком, соответствующим контактной сетке, затем наносят антиотражающее покрытие из окислов алюминия или олова, или церия, или титана, или ниобия, или тантала, или нитрида кремния, после чего проводят процесс второй диффузии из нанесенной пленки примесно-силикатного стекла, а затем вскрывают контактные окна с одновременным удалением стекла в 2,5 - 20 мас.%-ном растворе фтористоводородной кислоты. 1 табл.

Способ изготовления фотопреобразователей, включающий формирование неоднороднозалегающего p-n-перехода в полупроводниковой пластине методом двойной диффузии, нанесение антиотражающего покрытия и создание контактной сетки, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления и повышения характеристик фотопреобразователей за счет исключения необходимости точного совмещения контактных окон с областями углубленного залегания p-n-перехода, после проведения первой диффузии на поверхности пластины создают пленку примесно-силикатного стекла, посредством фотолитографии формируют из пленки рисунок, соответствующий контактной сетке, затем на поверхность подложки с рисунком наносят антиотражающее покрытие из окислов алюминия или олова, или церия, или титана, или ниобия, или тантала, или нитрида кремния, после чего проводят процесс второй диффузии из нанесенной пленки окисно-силикатного стекла, а затем вскрывают контактные окна с одновременным удалением стекла в 2,5 - 20 мас.% растворе фтористоводородной кислоты.