DD243143A1

DD243143A1 - Verfahren zur reproduzierbaren erzeugung hoher uv-empfindlichkeiten in fotoelektrischen detektoren

Info

Publication number: DD243143A1
Application number: DD85283334A
Authority: DD
Inventors: Bernd Kriegel; Rainald Mientus
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1987-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung fotoelektrischer Wandleranordnungen, die spektrale Empfindlichkeiten im UV-Bereich aufweisen. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zu entwickeln, das die reproduzierbare Erzeugung aktiver Interferenzschichten mit einer breitbandigen spektralen Empfindlichkeit nahe der Quantengeraden auch im UV-Bereich ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird ein Teil einer aus Siliziumdioxid bestehenden Antireflexionsschicht von fotoelektrischen Detektoren mit Phosphor aktiviert. Das Anwendungsgebiet ist die Mikro-Optoelektronik, insbesondere die Herstellung von hochempfindlichen UV-sensiblen Siliziumdetektoren.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung fotoelektrischer Wandleranordnungen, die aufgrund ihres Systemverhaltens reproduzierbare Spektrale Empfindlichkeiten im UV-Spektralbereich erfordern.

Einsatzgebiete des beschriebenen Verfahrens sind hauptsächlich die Mikro-Optoelektronik, insbesondere die Herstellung von hochempfindlichen UV-sensiblen Siliziumdetektoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Stand der Technik

Zur Realisierung hoher Empfindlichkeiten im UV-Spektralbereich (200 nm < λ < 350 nm) werden gemäß dem Stand der Technik der äußere und innere Fotoeffekt genutzt. Dabei fan'd ersterer in Fotokathoden mit nachgeschalteten Sekundärelektronenvervielfachern lange Zeit unangefochten seine Anwendung. Erst in letzter Zeit ist es auf der Basis des Silizium-Halbleitermaterials gelungen, Fotodioden mit leicht verbesserten Eigenschaften auf Grundlage des inneren Fotoeffektes zu schaffen. Als schwierig erwies es sich, die notwendigerweise großflächigen pn-Übergänge (A > 1cm²) mit den erforderlich kleinen Sperrdunkelströmen zu realisieren, um so die hohen Signal-Rausch-Abstände des SEVS zu erreichen bzw. noch zu verbessern.

Bei steigender Photoenergie werden im Silizium auch direkte Übergänge möglich. Der Fall der Erzeugung mehrerer Ladungsträgerpaare mittels einem Photon ist im betrachteten Frequenzbereich also vernachlässigbar. Daraus resultiert jedoch die Tatsache, daß der Fotostrom im Falle der UV-Einstrahlung kleiner ist als der resultierende Fotostrom bei Beleuchtung mit niederenergetischer Strahlung gleicher Intensität. _t

Als weitaus schwieriger erwies sich das Problem der reproduzierbaren Erzeugung dieser spektralen Empfindlichkeiten im UV-Bereich. Die Adsorptionstiefen der Strahlung dieses Bereiches liegen im Silizium bei 0,1-0,25Mm. Somit sind sehr flache · pn-Übergänge notwendig. Die nötige Reproduzierbarkeit wird durch aufwendigere Ionenimplantation in oder durch spezielle Passivierungsschichten erzeugt.Wobei sehr hohe Anforderungen an die Homogenität dieser Schichten zu stellen sind.

Ein weiteres Problem bereitet die als Antireflexschicht ausgebildete Passivierungsschicht. Die Bemessung als Antireflexionsschicht O. Ordnung (d s 30nm,A = 200nm)bereitettechnologischgroße Probleme bezüglich der Reproduzierung und Streuung.

Als ein zusätzlicher Nachteil ist die ungünstige Transmissionseigenschaft dieser Antireflexionsschicht bei höheren Wellenlängen zu sehen, da derartige UV-Detektoren in den meisten Fällen als Breitbanddetektor eingesetzt werden. Um die aufgezählten Probleme zu umgehen, wird durch Ausnutzen von Segregationseffekten, Dotierung des Oxyds (A4 Bericht 1978 zu UV-Fotodioden, ZFK Rossendorf, Implantation zur Erzielung eines influenzierten pn-Übergangs) durch definierte Oxydmasken usw. versucht, den pn-übergang sehrflach einzubringen und zum anderen werden spezielle Anti reflexionsschichten höherer Ordnung aufgebracht, die jedoch die Empfindlichkeiten im sichtbaren bzw. angrenzenden IR-Bereich beeinflussen.

Andererseits existieren Verfahren, ähnlich dem Prinzip der Sintilationsdetektoren, die UV-Sensibilität durch Fotolumineszenz, also spektrale Transformation der Primärstrahlung in niederenergetische Wellenlängenbereiche zu erzielen.

(Bergmann/Schäfer Bd.lV/l W. de Gruyter Berlin/New York 1974)

Dadurch entsteht jedoch zu einem der Nachteil einer Einengung des Empfindlichkeitsbereiches durch Adsorption dieser „Weißmacher" selbst, zum anderen sind mit dem Aufbringen derartiger Stoffe technologische Schwierigkeiten zur Einstellung der elektrischen Betriebsparameter verbunden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die aufgezeigten Nachteile im Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere ist die reproduzierbare Erzeugung aktiver Interferenzschichten mit weniger aufwendigen Maßnahmen zu gewährleisten, sowie die Homogenität der Schichten zu sichern.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von fotoelektrischen Anordnungen, die breitbandige spektrale Empfindlichkeiten nahe der Quantengeraden auch im UV-Bereich (λ > 200 nm) aufweisen, zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung der Antireflexionsschicht auf der Halbleiterscheibe eine Siliziumdioxidschicht erzeugt wird, die danach in an sich bekannter Weise zum Teil in Phosphorglas umgewandelt wird. Damit wird die spektrale Empfindlichkeit von Foto detektoren im UV-Bereich im weiten Bereich unabhängig von der Dicke des Primäroxids stark angehoben oder erst erzeugt. Mit dem erfinderischen Verfahren wird eine höhere Reproduzierbarkeit der

spektralen Empfindlichkeit von Fotodetektoren im beschriebenen Wellenlängenbereich erzielt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß der pn-Übergang nicht mehr flach eingebracht werden muß, sondern stärker variiert werden kann, da die Tiefe des pn-Überganges bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Halbleiterscheiben, keine Auswirkung auf die spektrale Empfindlichkeit hat.

Ausführungsbeispiel

Zur Realisierung einer hochsensiblen, spektral sehr breitbandigen Fotodiode wird mit einer Siliziumscheibe des Leitfähigkeitstyps η eine Primär-(Feld)-Oxidation von ca. 100nm durchgeführt 1. Mittels nachfolgender Ionenimplantation wird auf der mit einer Lackmaske versehenen Siliziumscheibe der pn-Übergang 2 erzeugt. Dargestellt in Figur 1. Eine anschließende Phosphordiffusion bei oxidfreier Rückseite wandelt planarseitig, vertikal, einen gewünschten Teil des Oxids in Phosphorgals 3 um und bildet rückseitig gleich den n⁺-Kontakt4{Fig.2)aus, wobei beide Prozesse getternd auf verschiedene Schwermetalle wirken. Nach der Bildung der Kontakte gemäß dem Stand der Technik liegt erfindungsgemäß eine sowohl breitbandig, spektral hochempfindliche als auch hoch UV-sensible Fotodiodenstruktur vor.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur reproduzierbaren Erzeugung hoher UV-Empfindlichkeiten in fotoelektrischen Detektoren, gekennzeichnet dadurch, daß der obere Teil der aus Siliziumdioxid bestehenden Antireflexionsschicht mit Phosphor aktiviert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Aktivierung mittels einer POCI₃-Diffusion realisiert wird.
3. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Aktivierung durch eine Phosphorimplantation in das SiO₂ mit nachfolgender Temperung erzielt wird.