СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО p-i-n ФОТОДИОДА
METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE

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).
Одними из основных параметров таких ФД являются: величина темнового тока при рабочем напряжении, определяющая уровень шума ФД, и, следовательно, его пороговую чувствительность, а также величина коэффициентов фотоэлектрической связи между фоточувствительными площадками в многоэлементных ФД.
+
Известно авторское свидетельство [а.с. №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, H. 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° для снижения плотности поверхностных состояний.
2
+
Известен кремниевый p-i-n фотодиод большой площади [патент на полезную модель РФ №56069 U1 с приоритетом 21.11.2005 г., Филачев A.M., Кравченко Н.В., Хакуашев П.Е., Огнева О.В., Чинарева И.В., заявитель 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 (SiO) 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 р-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки золота с подслоем титана.
12
-3
Недостатком указанных методов изготовления ФД является снижение процента выхода годных изделий по значениям темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, а также значениям коэффициентов фотоэлектрической связи между фоточувствительными площадками из-за образования инверсионных и конверсионных слоев с высокой концентрацией неосновных носителей заряда - электронов в приповерхностных областях кремния р-типа с низкой концентрацией основных носителей (порядка 10 см). Образование этих слоев приводит к большому вкладу поверхностных токов утечки в темновые токи фоточувствительных площадок и охранного кольца и снижению сопротивления между ними. Указанные слои возникают во время высокотемпературных процессов из-за образования положительного встроенного заряда на границе окисел-кремний и диффузии загрязняющих примесей, приводящих к изменению типа проводимости с р-типа на n-тип в приповерхностной области кремния.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижение значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных ФД и увеличение процента выхода годных приборов.
+
Поставленная цель обеспечивается устранением инверсионных и конверсионных слоев в приповерхностных областях ФД, что достигается тем, что после проведения всех высокотемпературных операций (окисление, диффузия фосфора, геттерирование, диффузия бора) проводят стравливание диэлектрической пленки двуокиси кремния с поверхности пластины и травление приповерхностного слоя кремния на глубину меньше одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов (например, разложение тетраэтоксисилана, окисление моносилана) при температуре, не превышающей 800°С. Затем известными методами проводят формирование двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою р-типа проводимости.
Предлагаемый способ изготовления позволяет снизить токи охранного кольца и получать значения сопротивлений поверхностных каналов между фоточувствительными площадками, фоточувствительными площадками и охранным кольцом на уровне десятков мгОм, что обеспечивает низкие значения поверхностных токов утечки фоточувствительных площадок, охранного кольца и коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками.
Низкие значения поверхностных токов утечки и коэффициентов взаимосвязи достигаются за счет того, что большие значения сопротивления поверхностного канала между охранным кольцом и фоточувствительными площадками приводят к протеканию периферийных токов утечки по цепи охранного кольца, препятствуя их ответвлению в цепи фоточувствительных площадок.
Одновременно увеличение сопротивления поверхностного канала между фоточувствительными площадками уменьшает перетекание фототоков между ними, что снижает коэффициент фотоэлектрической взаимосвязи между площадками.
Таким образом, технический результат - снижение уровня темнового тока фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижение значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных ФД и увеличение процента выхода годных приборов, достигается тем, что после проведения 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,
перед операцией создания омических контактов проводят стравливание диэлектрической пленки с поверхности кремния и травление кремния на глубину менее одного микрона с последующим осаждением пленки двуокиси кремния одним из низкотемпературных методов (например, разложение тетраэтоксисилана, окисление моносилана) при температуре, не превышающей 800°C. Затем производят формирование омических контактов известными методами.