способ изготовления кремниевого p-i-n фотодиода

Формула изобретения

Способ изготовления кремниевого фотодиода, включающий операции термического окисления, диффузии фосфора для формирования областей n⁺-типа проводимости, диффузии фосфора для геттерирования загрязняющих примесей, диффузии бора для формирования областей p⁺-типа проводимости, создания двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою p⁺-типа проводимости путем нанесения пленки золота с подслоем титана или хрома, отличающийся тем, что после выполнения термодиффузионных операций перед созданием омических контактов проводят дополнительный отжиг пластин с p-i-n структурами при температуре ~400°C в атмосфере азота или водорода в течение двух часов.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к технологии изготовления кремниевых p-i-n-фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,9-1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 нс).

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 р-i-n фотодиода»], в котором описан способ изготовления ФД, в котором 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 и отжиг структур с изготовленной контактной системой в форминг-газе при 300°С для снижения плотности поверхностных состояний.

Известен кремниевый p-i-n-фотодиод большой площади [патент на полезную модель РФ № 56069 U1, ФГУП «НПО «Орион»], чувствительный на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм, способ изготовления которого принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости с помощью диффузии фосфора через пленку двуокиси кремния (SiO₂) сформированы области n⁺-типа проводимости: фоточувствительная область и область охранного кольца. На другой стороне подложки диффузией бора сформирован слой р⁺-типа проводимости. Создание двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою p⁺-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки золота с подслоем титана.

Недостатком указанных методов изготовления ФД является недостаточно полное удаление электрически активных центров из объема кремния, так как процесс геттерирования диффузионным слоем эффективно удаляет примеси с высокими коэффициентами диффузии (атомы переходных металлов), но недостаточно полно примеси металлов с низкими значениями коэффициентов диффузии (например, титан, ванадий), что приводит к повышенным значениям темнового тока.

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

Поставленная цель достигается тем, что для дополнительного снижения концентрации электрически активных центров с низкими значениями коэффициентов диффузии используется процесс их диффузии к стокам в объеме образца при дополнительном отжиге пластин после проведения термодиффузионных операций перед созданием омических контактов в атмосфере азота или водорода при температуре 400°C в течение двух часов. В этом случае внутренние стоки, образующиеся в объеме образцов при их охлаждении до комнатной температуры после последней высокотемпературной операции, дополнительно вытягивают на себя примеси из объема образца, переводя их в электрически неактивное состояние. Благодаря этому снижается концентрация генерационных центров, что приводит к снижению темнового тока ФД.

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

- термического окисления,

- диффузии фосфора для создания областей n⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок и охранного кольца),

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

- диффузии бора в тыльную поверхность пластины после стравливания геттерирующего n⁺-слоя для создания слоя р⁺-типа проводимости проводится отжиг пластин со сформированными p-i-n структурами при температуре ~400°С в атмосфере азота или водорода в течение 2-х часов.

Сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1-5), на которой представлены последовательности термодиффузионных процессов, используемые при изготовлении аналога и предлагаемого изобретения:

фиг.1. Окисление;

фиг.2. Формирование n⁺-р переходов;

фиг.3. Геттерирование;

фиг.4. Формирование р ⁺-области;

фиг.5. Отжиг.