Спосіб виготовлення фотодіоду на антимоніді індію

Реферат: Спосіб виготовлення фотодіодів на основі кристалів антимоніду індію n-типу провідності включає в себе підготовку поверхні вихідної пластини антимоніду індію, формування легованих областей р-типу провідності, формування захисної плівки шляхом анодного окиснення (АОП) в електроліті, нанесення пасивуючої просвітлюючої діелектричної плівки та формування контактної системи. Після формування захисної плівки АОП проводять її модифікацію відпалом при температурі 200-300 °C в середовищі О2 впродовж 10-20 хв. Після чого з залученням операцій фотолітографії проводять розділення АОП на локальні частини, відділяючи АОП над анодною областю р-типу провідності від інших областей кристалу. Потім по всій поверхні пластини формують безкисневу просвітлюючу пасивуючу діелектричну плівку при температурі 250-300 °C. UA 115173 U (12) UA 115173 U UA 115173 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі створення приладів електронної техніки, а саме виготовлення напівпровідникових приладів, чутливих до інфрачервоного випромінювання, і може бути використаний при виробництві кристалів охолоджуваних одноелементних, лінійних і матричних приймачів випромінювання з фоточутливими елементами - планарними фотодіодами на антимоніді індію (InSb). Зазвичай кристал фотодіода містить підкладку n-типу провідності з сформованим в ній планарним р-n-переходом, захисні плівки анодного оксиду (АОП), пасивуючу діелектричну плівку і контактну систему з провідником хром-золото (патент RU 2056671, МПК H01L 21/265, опубл. 1996 p.). Характеристики цих приладів дуже чутливі до відхилень режимів технологічних операцій їх виготовлення. Зокрема задачами, які приходиться вирішувати у виробництві для збільшення виходу придатних кристалів є: зменшення відшарування діелектричних плівок, підвищення пробивних напруг р-n-переходів та зменшення струмів витоку. Проблема відшарування пасивуючої плівки діелектрика частково вирішується у відомому аналогу - способі (патент RU 2331950, МПК H01L 31/18, опубл. 2008 p.), де перед анодним окисненням роблять додаткове легування вільних від локального р-n-переходу поверхневих 17 областей підкладки дифузією або іонною імплантацією легуючої домішки до концентрації 5-10 19 -3 10 см з наступним відпалом. При цьому ближню до р-n-переходу межу області легування не доводять до нього на 50 мкм, а нанесення пасивуючої плівки роблять не доводячи її на відстань не менше 10 мкм до далекої від р-n-переходу межі області легування. В окремому випадку формування локального р-n-переходу і легування вільних від р-n-переходу поверхневих 17 19 -3 областей підкладки може бути зроблено одночасно, до концентрації 5-10 -10 см . Легування поверхневої області підкладки InSb до вказаних концентрацій призводить до зниження гігроскопічності поверхні АОП, що формується на такій області. Цей спосіб не дозволяє достатньо ефективно вирішити проблему відшарування пасивуючої плівки, але дозволяє збільшити кількість придатних кристалів. Крім того недоліком даного методу також є збільшення площі пасивних областей що призводить до зростання шумових характеристик фотодіода. Також у цьому способі залишаються температурні обмеження на режими окремих технологічних операцій через перетворення діелектричної плівки АОП при температурі 100-120 °C в електропровідну. Найближчим аналогом о корисної моделі є спосіб виготовлення планарного фотодіода на антимоніді індію. Фотодіод містить підкладку з антимоніду індію n-типу провідності з сформованим в ній планарним р-n-переходом, захисну плівку, отриману анодним окисленням, пасивуючу плівку і контактну систему, в якому як підкладку використовують матеріал з 15 -3 концентрацією легуючих атомів (0,2-3)-10 см (патент RU 1589963, МПК H01L 31/18, опубл. 1996 p.), а анодна окисна плівка (АОП), отримується в гальваностатичному режимі при 2 щільності струму 0,02-0,5 мА/см в електроліті, який містить 0,1 М розчин сірчистого натрію в гліцерині і ізопропиловий спирт в об'ємному співвідношенні 1:1. Перевагами цього способу є, на відміну від попереднього, відсутність додаткових технологічних операцій, які ускладнюють технологічний маршрут виготовлення кристалів фотодіодів, але проблему відшарування плівок не вирішується. Недоліком найближчого аналога є погана адгезії пасивуючого шару. Термічний відпал пластини перед напиленням міг би запобігти відшаровуванню пасивуючої плівки. Проте ефективна дегідратація поверхні відбувається при температурах вище 250 °C, а при нижчих температурах потрібно занадто велику тривалість прогрівання. В той же час відомо, що АОП втрачають свої діелектричні властивості і починають проводити струм при температурах 100120 °C, тому пасивуюча діелектрична плівка наноситься на АОП методами термічного або магнетронного напилення при температурах нижче 100 °C. У виробництві головним недоліком такої технології є відшаровування пасивуючої плівки від АОП. Це відбувається, як правило, в найбільш вологі сезони року і обумовлено підвищеною адсорбцією молекул води з атмосфери на поверхні АОП. Цей гідратований шар і є причиною відшаровування. Інші технологічні операції, а саме, фотолітографія, нанесення металевих плівок після формування АОП також проводяться при температурі нижче 100 °C. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення можливості використання підвищених температур при осаджені пасивуючого шару діелектрику для уникнення його відшарування, а також підвищення надійності контактної системи, за рахунок зняття температурних обмежень при напиленні металевих плівок, внесених особливостями плівки АОП. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виготовлення фотодіодів на основі кристалів антимоніду індію n-типу провідності, включає в себе підготовку поверхні вихідної пластини антимоніду індію, формування легованих областей р-типу провідності, формування захисної 1 UA 115173 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 плівки шляхом анодного окиснення (АОП) в електроліті, нанесення пасивуючої просвітлюючої діелектричної плівки та формування контактної системи, згідно з корисною моделлю, після формування захисної плівки АОП проводять її модифікацію відпалом при температурі 200300 °C в середовищі О2 впродовж 10-20 хв, після чого з залученням операцій фотолітографії проводять розділення АОП на локальні частини, відділяючи АОП над анодною областю р-типу провідності від інших областей кристалу. Потім по всій поверхні пластини формують безкисневу просвітлюючу пасивуючу діелектричну плівку при температурі 250-300 °C. Заявлений спосіб виготовлення діодів на основі антимоніду індію забезпечує виключення відшаровування захисного покриття, за рахунок збільшення температури осадження захисних покриттів вище 250 °C (до 300 °C) при якій відбувається ефективна десорбція вологи з поверхні, електрична закоротка між анодом і катодом фотодіода при цьому усувається за рахунок додаткової операції розділення плівки АОП, що проводиться травленням спеціальної канавки в модифікованому АОП і заповнення її речовиною, яка не містить кисню і виконує роль просвітлюючої та пасивуючої плівки, наприклад, плазмохімічним осадженням Si3N4 з SiH4+NH4, по всій поверхні пластини. При цьому покращуються експлуатаційні властивості фотодіода, оскільки така конструкція кристала допускає короткочасний нагрів до 300° в процесі монтажу в корпус і при подальшій його експлуатації. Діод виготовлений запропонованим способом зображений на кресленні, де 1 - Підкладка InSb n-типу провідності; 2 - Області р-типу провідності: 2.1 Область аноду фотодіода, 2.2 Область охоронного кільця фотодіода, 2.3 Пасивні області фотодіода під контактними майданчиками в яких проводиться зварювання виводів до анода і катода фотодіода; 3 Локальні області АОП; 4 - Пасивуюча просвітлюючи плівка: 4.1 Області пасивуючої просвітлюючої пліки в місцях виходу границі р-n-переходу на поверхню InSb; 5 - Контактна система: 5.1 - Майданчик для приварювання анодного контакту фотодіода; 5.2 Кільцева контактна система до анода фотодіода 5.3 - майданчик для приварювання катодного контакту фотодіода. Приклад Нами були виготовлені кристали фотодіодів на підкладках антимоніду індію n-типу, 14 -3 легованих телуром до концентрації 4,910 см . Локальні області n-типу провідності + 14 -2 створювались імплантацією іонів Ве при енергії 40 кеВ, дозою 10 cм з наступним осадженням капсулюючої плівки SiO x товщиною 0,7 мкм та проведенням двостадійного швидкого термічного відпалу: 280 °C-120 сек, 380 °C-10 сек в атмосфері аргону. Анодне окиснення проводилось в 0,1 М розчині сірчистого натрію в гліцерині з ізопропанолом в співвідношенні 1:1 до товщини 50 нм, після чого проводилась модифікація АОП термічним відпалом при 250 °C протягом 10 хв в атмосфері кисню. За допомогою операцій фотолітографій було проведено розділення шару АОП, відділено АОП над анодною областю р-типу провідності від інших областей кристалу. Після відмивки, за допомогою плазмохімічного способу осадження по всій поверхні пластини була нанесена безкиснева пасивуюча просвітлююча плівка Si3N4 товщиною 0,5 мкм. З допомогою фотолітографії розкривались контактні вікна до анодної області р-типу та підкладки; після осадження плівок Cr+Au формувалась металізована контактна система. В процесі виготовлення кристалу за корисною моделлю не було виявлено відшарування ні діелектричних, ні металічних плівок. При температурі -77 °C пробивна напруга склала ~2 В при мінімальних струмах витоку, що свідчить про надійну ізоляцію анодної області кристалу р-типу від підкладки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб виготовлення фотодіодів на основі кристалів антимоніду індію n-типу провідності, що включає в себе підготовку поверхні вихідної пластини антимоніду індію, формування легованих областей р-типу провідності, формування захисної плівки шляхом анодного окиснення (АОП) в електроліті, нанесення пасивуючої просвітлюючої діелектричної плівки та формування контактної системи, який відрізняється тим, що після формування захисної плівки АОП проводять її модифікацію відпалом при температурі 200-300 °C в середовищі О2 впродовж 1020 хв., після чого з залученням операцій фотолітографії проводять розділення АОП на локальні частини, відділяючи АОП над анодною областю р-типу провідності від інших областей кристалу, потім по всій поверхні пластини формують безкисневу просвітлюючу пасивуючу діелектричну плівку при температурі 250-300 °C. 2 UA 115173 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3