RU2354007C1 - Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures - Google Patents
Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354007C1 RU2354007C1 RU2007140477/28A RU2007140477A RU2354007C1 RU 2354007 C1 RU2354007 C1 RU 2354007C1 RU 2007140477/28 A RU2007140477/28 A RU 2007140477/28A RU 2007140477 A RU2007140477 A RU 2007140477A RU 2354007 C1 RU2354007 C1 RU 2354007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- dielectric
- substrate
- photosensitive
- gate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления приемников инфракрасного (ИК) излучения, например, линейчатого типа.The invention relates to microelectronics and can be used in the manufacturing technology of infrared (IR) radiation receivers, for example, of the line type.
Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемного кристалла на основе МДП-структур (Г.Л.Курышев, А.П.Ковчавцев, Н.А.Валишева «Электронные свойства структур металл-диэлектрик-полупроводник на основе InAs», ФТП, 2001 г., т.35, вып.9, стр.1111-1119), заключающийся в том, что на полупроводниковой подложке создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, после чего осаждают подзатворный диэлектрик, затем созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы. В качестве подложки используют автоэпитаксиальные структуры InAs n-типа проводимости с концентрацией основных носителей заряда (1÷6)·1015см-3 и временем жизни 0,3÷1,8 мкс на сильно легированных n++-подложках (концентрация свободных носителей заряда порядка 1018см-3 с ориентацией (111)А. Слой, формирующий границу раздела полупроводник-подзатворный диэлектрик, создают посредством окисления подложки во фторсодержащем электролите (анодное окисление). В качестве источника фторид-ионов в электролит, представляющий собой концентрированный раствор аммиака в этиленгликоле в соотношении 1:5 по объему, добавляют фторид аммония. Окисление проводят при комнатной температуре в двухэлектродной ячейке в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5 мА/см2. После окисления осаждают в качестве подзатворного диэлектрика двуокись кремния (SiO2) толщиной 140 нм при температуре 200÷240°С путем окисления моносилана в кислороде в реакторе пониженного давления (SiO2-РПД). Перед окислением поверхность подвергают обезжириванию. Материалом затвора фоточувствительных элементов является окись индия толщиной 0,12 мкм, нанесенная методом ионно-плазменного распыления.A known method of manufacturing a multi-element photodetector based on MIS structures (G.L. Kuryshev, A.P. Kovchavtsev, N.A. Valisheva "Electronic properties of metal-insulator-semiconductor structures based on InAs", FTP, 2001, t .35,
К причинам, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата, относится наличие фоточувствительности вне области расположения фоточувствительных элементов - под проводящими шинами и контактами. Фоточувствительность обуславливает незначительная разница пороговых напряжений в фоточувствительной области фотоприемного кристалла и в области проводящих шин. Отсутствие заметной разницы величин порогового напряжения под проводящими шинами и фоточувствительными элементами обусловлено одними и теми же значениями плотности поверхностных состояний и фиксированного заряда на границе раздела полупроводниковая подложка-диэлектрик по всей площади фотоприемного кристалла: в фоточувствительной области, где расположены МДП-структуры, и в области проводящих шин. В приведенном техническом решении отсутствует ярко выраженный фактор, приводящий к подавлению фоточувствительности в области проводящих шин.The reasons that impede the achievement of the following technical result include the presence of photosensitivity outside the area of the photosensitive elements - under the conductive busbars and contacts. Photosensitivity causes a slight difference in threshold voltages in the photosensitive region of the photodetector and in the field of conductive buses. The absence of a noticeable difference in the threshold voltage values under the conducting buses and photosensitive elements is due to the same values of the density of surface states and a fixed charge at the semiconductor substrate-insulator interface over the entire area of the photodetector: in the photosensitive region where the MIS structures are located and in the region conductive tires. In the technical solution there is no pronounced factor leading to the suppression of photosensitivity in the field of conductive tires.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ изготовления многоэлементного фотоприемного кристалла на основе МДП-структур (Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона. Под ред. С.П.Синицы, Новосибирск, «Наука», 2001 г., стр.86-87), заключающийся в том, что на полупроводниковой подложке создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, после чего осаждают подзатворный диэлектрик, затем созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы. В ходе формирования затворов наносят фоторезист и проводят фотолитографию, формируя сквозные окна в фоторезисте, после фотолитографии напыляют проводящую пленку в окнах на подзатворный диэлектрик и осуществляют взрывную фотолитографию, создавая затвор. Далее фоторезист удаляют и осаждают слой защитного диэлектрика, в котором в поле площади фоточувствительных элементов литографически создают сквозные окна, в заключение изготавливают литографически проводящие шины. Перед созданием слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, проводят предварительную химическую обработку подложки. В качестве подложки используют пластину InAs. Слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают посредством окисления подложки во фторсодержащем электролите (анодное окисление). Сразу после окисления осаждают в качестве подзатворного диэлектрика SiO2-РПД при температуре 220°С. После фотолитографии в качестве проводящей пленки напыляют окись индия толщиной от 0,12 до 0,15 мкм.The closest technical solution to the claimed invention is a method of manufacturing a multi-element photodetector based on MIS structures (Matrix photodetector devices of the infrared range. Edited by S.P.Sinitsa, Novosibirsk, Nauka, 2001, pp. 86-87) consisting in the fact that a layer is formed on the semiconductor substrate that forms the interface between the substrate and the gate insulator, after which the gate insulator is deposited, then photosensitive electrons are formed by creating gates on the gate insulator. cops. During the formation of the gates, a photoresist is applied and photolithography is performed, forming through windows in the photoresist, after photolithography, a conductive film in the windows is sprayed onto the gate dielectric and explosive photolithography is performed, creating a shutter. Next, the photoresist is removed and a protective dielectric layer is deposited, in which through-windows are lithographically created through the area of the photosensitive elements, and finally, lithographically conductive buses are made. Before creating a layer forming the interface between the substrate and the gate dielectric, a preliminary chemical treatment of the substrate is carried out. As the substrate, an InAs plate is used. The layer forming the substrate-gate dielectric interface is created by oxidizing the substrate in a fluorine-containing electrolyte (anodic oxidation). Immediately after oxidation, SiO 2 -RPD is deposited as a gate dielectric at a temperature of 220 ° C. After photolithography, indium oxide with a thickness of 0.12 to 0.15 μm is sprayed as a conductive film.
К причинам, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата, относится наличие фоточувствительности вне области расположения фоточувствительных элементов - под проводящими шинами и контактами. Фоточувствительность обуславливает незначительная разница пороговых напряжений в фоточувствительной области фотоприемного кристалла и в области проводящих шин. Отсутствие заметной разницы величин порогового напряжения под проводящими шинами и фоточувствительными элементами обусловлено одними и теми же значениями плотности поверхностных состояний и фиксированного заряда на границе раздела полупроводниковая подложка-диэлектрик по всей площади фотоприемного кристалла: в фоточувствительной области, где расположены МДП-структуры, и в области проводящих шин. В приведенном техническом решении отсутствует ярко выраженный фактор, приводящий к подавлению фоточувствительности в области проводящих шин.The reasons that impede the achievement of the following technical result include the presence of photosensitivity outside the area of the photosensitive elements - under the conductive busbars and contacts. Photosensitivity causes a slight difference in threshold voltages in the photosensitive region of the photodetector and in the field of conductive buses. The absence of a noticeable difference in the threshold voltage values under the conducting buses and photosensitive elements is due to the same values of the density of surface states and a fixed charge at the semiconductor substrate-insulator interface over the entire area of the photodetector: in the photosensitive region where the MIS structures are located and in the region conductive tires. In the technical solution there is no pronounced factor leading to the suppression of photosensitivity in the field of conductive tires.
Техническим результатом изобретения является улучшение электрооптической развязки элементов.The technical result of the invention is to improve the electro-optical isolation of the elements.
Технический результат достигают тем, что в способе изготовления многоэлементного фотоприемного кристалла на основе МДП-структур, заключающемся в том, что на полупроводниковой подложке создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, после чего осаждают слой подзатворного диэлектрика, затем созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы, после чего изготавливают проводящие шины, перед созданием слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, на полупроводниковую подложку наносят слой диэлектрика, в котором формируют литографически сквозные окна, определяющие фоточувствительную область для каждого фотоприемного кристалла, после чего на полупроводниковой подложке в сформированных в слое диэлектрика сквозных окнах создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, причем площадь окна, сформированного в слое диэлектрика, задана с возможностью охвата площади всех фоточувствительных элементов фотоприемного кристалла, а проводящие шины от затворов фоточувствительных элементов выносят за пределы фоточувствительной области.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a multi-element photodetector based on MIS structures, which consists in creating a layer on the semiconductor substrate that forms the interface between the substrate and the gate dielectric, after which the layer of the gate dielectric is deposited, then by creating gates on the gate dielectric photosensitive elements are formed, and then conductive buses are made, before creating a layer forming the substrate-gate dielectric interface, on p an insulating layer is applied to the semiconductor substrate, in which lithographically through holes are formed defining a photosensitive region for each photodetector, after which a layer is formed on the semiconductor substrate in the through windows formed in the dielectric layer, and the substrate-gate dielectric interface is formed, and the area of the window formed in a dielectric layer, is set with the possibility of covering the area of all photosensitive elements of the photodetector, and the conductive bus from the shutter photo sensitive elements are taken outside the photosensitive area.
В качестве полупроводниковой подложки используют пластину InAs.An InAs wafer is used as the semiconductor substrate.
В способе слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают посредством анодного окисления подложки во фторсодержащем электролите.In the method, a layer forming a substrate-gate dielectric interface is created by anodic oxidation of the substrate in a fluorine-containing electrolyte.
В способе формируют анодный окисел толщиной порядка 10÷15 нм.In the method anodic oxide is formed with a thickness of the order of 10-15 nm.
В способе формирование фоточувствительных элементов созданием затворов на подзатворном диэлектрике осуществляют тем, что на слой подзатворного диэлектрика наносят фоторезист и проводят фотолитографию, формируя сквозные окна в фоторезисте, располагая их в поле площади слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, после формирования сквозных окон в фоторезисте площадью, равной площади фоточувствительного элемента, в окнах в фоторезисте создают затворы путем напыления проводящей пленки, далее фоторезист удаляют и осаждают слой защитного диэлектрика, в котором относительно каждой площадки фоточувствительного элемента литографически создают сквозные, до затвора, окна, в заключение изготавливают литографически проводящие шины, контактирующие с затворами фоточувствительных элементов.In the method, the formation of photosensitive elements by creating gates on a gate dielectric is carried out by applying a photoresist to the gate dielectric layer and performing photolithography, forming through windows in the photoresist, placing them in the field area of the layer forming the substrate-gate dielectric interface after forming the through windows in a photoresist with an area equal to the area of the photosensitive element, in the windows in the photoresist create gates by spraying a conductive film, then I remove the photoresist t and a protective dielectric layer is deposited, in which through each window of the photosensitive element lithographically through the windows to the shutter are created, and finally, lithographically conductive tires are made that are in contact with the shutters of the photosensitive elements.
В качестве слоев диэлектрика, подзатворного диэлектрика и защитного диэлектрика используют слои SiO2 толщинами соответственно от 95 до 105 нм; от 135 до 155 нм; от 200 до 220 нм.As layers of a dielectric, a gate dielectric and a protective dielectric, SiO 2 layers are used with thicknesses from 95 to 105 nm, respectively; from 135 to 155 nm; from 200 to 220 nm.
В качестве материала затвора толщиной от 120 до 130 нм используют In2O3.As a gate material with a thickness of 120 to 130 nm, In 2 O 3 is used .
Для изготовления проводящих шин используют титан, при толщине слоя от 0,1 до 0,15 мкм.For the manufacture of conductive tires using titanium, with a layer thickness of 0.1 to 0.15 microns.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами. На Фиг.1 схематически представлены основные этапы изготовления многоэлементного фотоприемного кристалла на основе МДП-структур, где 1 - полупроводниковая подложка (InAs), 2 - слой диэлектрика (SiO2-РПД), 3 - слой (анодный окисел), формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, 4 - подзатворный диэлектрик (SiO2), 5 - затвор фоточувствительного элемента (In2O3), 6 - слой защитного диэлектрика (SiO2-РПД), 7 - проводящие шины. На Фиг.2 схематически показан вид сверху фотоприемного кристалла линейчатого типа, где 7 - проводящие шины, 8 - площадки затворов фоточувствительных элементов, 9 - поле слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик (фоточувствительная область). На Фиг.3 схематически приведено изображение полупроводниковой пластины с расположенными на ней фотоприемными кристаллами, где 10 - фотоприемный кристалл. Пунктиром обозначены области 9 расположения площадок затворов фоточувствительных элементов 8. На Фиг.4 схематически представлен процесс изготовления затворов фоточувствительных элементов, где 4 - подзатворный диэлектрик, 11 - фоторезист, 12 - полупрозрачный проводящий слой (In2O3), 5 - затвор фоточувствительного элемента.The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings. Figure 1 schematically shows the main stages of the manufacture of a multi-element photodetector based on MIS structures, where 1 is a semiconductor substrate (InAs), 2 is a dielectric layer (SiO 2 -RPD), 3 is a layer (anode oxide) that forms the interface - gate insulator, 4 - gate insulator (SiO 2 ), 5 - photosensitive element gate (In 2 O 3 ), 6 - protective dielectric layer (SiO 2 -RPD), 7 - conductive busbars. Figure 2 schematically shows a top view of a line-type photodetector, where 7 are conductive buses, 8 are gate areas of photosensitive elements, 9 is the field of the layer forming the substrate-gate dielectric interface (photosensitive region). Figure 3 schematically shows an image of a semiconductor wafer with photodetector crystals located on it, where 10 is a photodetector crystal. The dotted line indicates the
Достижение технического результата в предлагаемом изобретении базируется на создании значительной разницы пороговых напряжений в фоточувствительной области фотоприемного кристалла и в области проводящих шин. Значительная разница значений пороговых напряжений под проводящими шинами 7 и фоточувствительными элементами и подавление фоточувствительности вне области расположения фоточувствительных элементов, под проводящими шинами 7, достигается за счет формирования областей с различными значениями плотности поверхностных состояний и фиксированного заряда на границе раздела полупроводниковая подложка-диэлектрик в процессе изготовления МДП-структур для фотоприемников (см. Фиг.1 и Фиг.2). Так, в фоточувствительной области, расположенной в поле слоя 3, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик (см. Фиг.1), в которой сосредоточены фоточувствительные элементы (Фиг.2), плотность поверхностных состояний (Nss) на границе раздела подложка-подзатворный диэлектрик достигает значения менее 5·1012см-2эВ-1, а значение напряжения плоских зон (UFB) от -3 до 5 В. В области расположения проводящих шин 7, лежащей вне поля слоя 3, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, характеризующейся наличием более толстого слоя 6 защитного диэлектрика, плотность поверхностных состояний на границе раздела подложка-диэлектрик достигает значения 1012см-2эВ-1, а значение напряжения плоских зон составляет около -20 В. Разница значений приведенных параметров обеспечивает подавление фоточувствительности в области проводящих шин.The achievement of the technical result in the present invention is based on the creation of a significant difference in threshold voltages in the photosensitive region of the photodetector and in the field of conductive buses. A significant difference in threshold voltage values under the
Технологически разница пороговых напряжений и подавление фоточувствительности в области проводящих шин достигается созданием слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, в функцию которого входит обеспечить минимальное значение плотности поверхностных состояний и фиксированного заряда только в фоточувствительной области фотоприемного кристалла. Для этого в известный перечень операций вводятся дополнительные операции: перед созданием слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, на полупроводниковой подложке 1 осаждают слой диэлектрика 2, затем в нем формируют литографически сквозные окна (Фиг.1). Далее слой 3, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают не на всей полупроводниковой подложке, в том числе и под проводящими шинами, как это имеет место в вышеприведенном ближайшем техническом решении, а только в сформированном в слое диэлектрика 2 окне. Сформированное окно (Фиг.1) определяет фоточувствительную область фотоприемного кристалла (см. Фиг.2 и 3), в которой будут расположены фоточувствительные элементы (Фиг.2), и задает границу, за которую будут вынесены проводящие шины 7 от площадок фоточувствительных элементов.Technologically, the difference in threshold voltages and the suppression of photosensitivity in the field of conductive buses is achieved by creating a layer that forms the substrate-gate dielectric interface, whose function is to ensure the minimum density of surface states and a fixed charge only in the photosensitive region of the photodetector. To do this, additional operations are introduced into the well-known list of operations: before creating a layer forming the interface between the substrate and the gate insulator, a dielectric layer 2 is deposited on the semiconductor substrate 1, then lithographic through windows are formed in it (Fig. 1). Further, the layer 3 forming the substrate-gate dielectric interface is not created on the entire semiconductor substrate, including under the conducting buses, as is the case in the above-mentioned closest technical solution, but only in the window formed in the dielectric layer 2. The formed window (Fig. 1) defines the photosensitive region of the photodetector (see Figs. 2 and 3) in which the photosensitive elements will be located (Fig. 2), and sets the boundary beyond which the
Таким образом, заявляемый способ включает в себя следующую последовательность действий (Фиг.1).Thus, the claimed method includes the following sequence of actions (Figure 1).
Пластины InAs, являющиеся полупроводниковыми подложками 1, отбраковывают по внешнему виду, времени жизни неосновных носителей заряда и толщине.InAs wafers, which are semiconductor substrates 1, are rejected in appearance, lifetime of minority charge carriers, and thickness.
Затем полупроводниковую подложку 1 подвергают предварительной обработке, обезжиривают в смеси моноэталомина с перекисью водорода. После проведения этой общепринятой процедуры на полупроводниковую подложку 1 осаждают слой диэлектрика 2. В качестве диэлектрика используют SiO2 толщиной 95÷105 нм, который осаждают в реакторе пониженного давления из смеси моносилана с кислородом в аргоне при температуре 220°С. Слой диэлектрика 2 служит маской, обеспечивающей формирование границы раздела с минимальной плотностью поверхностных состояний и фиксированного заряда только в фоточувствительной области кристалла, где посредством проведения последующих технологических операций формируют затворы многоэлементного фотоприемного кристалла на основе МДП-структур: литографически осуществляют вскрытие окон в слое диэлектрика 2 для всех фотоприемных кристаллов (см. Фиг.3), в которых на полупроводниковой подложке 1 создают слой 3, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик (см. Фиг.1а).Then the semiconductor substrate 1 is subjected to pre-treatment, degreased in a mixture of monoethalomine with hydrogen peroxide. After carrying out this generally accepted procedure, a dielectric layer 2 is deposited on a semiconductor substrate 1. SiO 2 95–105 nm thick is used as a dielectric, which is deposited in a reduced pressure reactor from a mixture of monosilane and oxygen in argon at a temperature of 220 ° C. Dielectric layer 2 serves as a mask that ensures the formation of an interface with a minimum density of surface states and a fixed charge only in the photosensitive region of the crystal, where, through subsequent technological operations, gates of a multi-element photodetector crystal based on MIS structures are formed: windows are opened in the dielectric layer 2 by lithography for all photodetector crystals (see Figure 3), in which a layer 3 is formed on the semiconductor substrate 1, forming the interface and the substrate is a gate dielectric (see Fig. 1a).
Перед созданием слоя 3 повторно проводят обработку путем обезжиривания в смеси моноэталомина с перекисью водорода. Слой 3 создают посредством анодного окисления подложки в кислотном фторсодержащем электролите в гальваностатическом режиме. Анодный окисел формируют толщиной около 10÷15 нм, при этом напряжение формовки в зависимости от концентрации фторсодержащей добавки (NH4F) 0,05÷15 г/л составляет для толщины 10 нм от 6,6 до 14 В, а для толщины 15 нм от 7,9 до 16 В. Назначение слоя 3, полученного на подложке 1 анодным окислением в сквозных окнах SiO2, - формирование границы раздела с плотностью поверхностных состояний порядка или менее 5·1010см-2эВ-1 и величиной встроенного заряда порядка 1010см-2, в то время как под слоем диэлектрика 2 (слой - маска SiO2) значения приведенных параметров составляют соответственно порядка или более 1012см-2эВ-1 и порядка 1012см-2.Before creating layer 3, the treatment is repeated by degreasing in a mixture of monoethalomine with hydrogen peroxide. Layer 3 is created by anodic oxidation of the substrate in an acid fluorine-containing electrolyte in the galvanostatic mode. Anodic oxide is formed with a thickness of about 10 ÷ 15 nm, while the molding voltage, depending on the concentration of the fluorine-containing additive (NH 4 F) 0.05 ÷ 15 g / l, is for a thickness of 10 nm from 6.6 to 14 V, and for a thickness of 15 nm from 7.9 to 16 V. The purpose of layer 3 obtained on substrate 1 by anodic oxidation in SiO 2 through-holes is to form an interface with a density of surface states of the order of or less than 5 · 10 10 cm -2 eV -1 and an internal charge of the order of 10 10 cm -2 , while under the dielectric layer 2 (layer - mask SiO 2 ) the values of these parameters are t respectively of the order of or more than 10 12 cm -2 eV -1 and of the order of 10 12 cm -2 .
На вышеописанном этапе (см. Фиг.1а) осуществления способа задают геометрически фоточувствительную область фотоприемных кристаллов, например, линейчатого фотоприемника, задают физические параметры границы раздела подложка-подзатворный диэлектрик в фоточувствительной области и в области проводящих шин, определяющие возможность увеличения разницы в значениях пороговых напряжений и улучшения электрооптической развязки элементов. Результатом выполнения данного этапа является увеличение разницы в величинах пороговых напряжений под проводящими шинами, по сравнению с фоточувствительными элементами, на 10÷15 В.At the above-described stage (see Fig. 1a), the method is set to the geometrically photosensitive region of the photodetector crystals, for example, a line photodetector, the physical parameters of the substrate-gate dielectric interface are set in the photosensitive region and in the field of conductive buses, which determine the possibility of increasing the difference in threshold voltage values and improving electro-optical isolation of the elements. The result of this stage is an increase in the difference in the threshold voltage values under the conductive buses, compared with photosensitive elements, by 10 ÷ 15 V.
После анодного окисления подложки 1 в окнах диэлектрика-маски (слой диэлектрика 2) приступают к этапу осаждения подзатворного диэлектрика 4 и создания затворов 5 (см. Фиг.1б). Подзатворный диэлектрик 4, в качестве которого используют SiO2-РПД толщиной 135÷445 нм, осаждают на всей площади полупроводниковой подложки 1, используя для осаждения смесь моносилана с кислородом в аргоне и температуру 220°С. Подзатворный диэлектрик 4 предназначен для обеспечения требуемых диэлектрических свойств МДП-структур, необходимых для надлежащей работы фотоприемников.After the anodic oxidation of the substrate 1 in the windows of the dielectric mask (dielectric layer 2), they proceed to the step of deposition of the
Создание затворов 5 осуществляют в фоточувствительной области фотоприемных кристаллов. Для изготовления затворов используют, например, метод взрывной фотолитографии (см. Фиг.4).The creation of the
На осажденный подзатворный диэлектрик 4 наносят фоторезист и проводят фотолитографию (Фиг.4а). После вскрытия окон в фоторезисте осуществляют напыление In2O3 методом катодного распыления толщиной 120÷130 нм (Фиг.4б). Затем путем взрывной фотолитографии по In2O3 формируют затворы 5 фоточувствительных элементов (Фиг.4в).A photoresist is applied to the precipitated
Далее на полупроводниковую подложку 1 поверх сформированных на ней МДП-структур осуществляют нанесение слоя защитного диэлектрика 6 и создание в нем окон для контактов к затворам 5 (Фиг.1в). В качестве защитного диэлектрика используют слой SiO2 толщиной 200÷220 нм, который получают вышеприведенным методом при температуре 195°С. Назначение данного слоя: во-первых, обеспечение электрической развязки затворов МДП-структур с проводящими шинами 7 и экраном (не показан) и, во-вторых, защита МДП-структур от негативного воздействия последующих технологических операций.Next, on the semiconductor substrate 1 on top of the MIS structures formed on it, a
Затем для обеспечения создания контакта проводящих шин 7 и затворов 5 проведением литографии по защитному слою SiO2 вскрывают окна до затворов 5 из In2O3. После чего приступают к заключительному этапу (см. Фиг.1г).Then, to ensure contact between the
Для этого проводят предварительную обработку с целью улучшения адгезии. Заключительный этап изготовления включает создание проводящих шин 7, контактирующих с затворами 5 фоточувствительных элементов (Фиг.1г), и экрана (не показан), а также операции по изготовлению индиевых столбов для Flip-Chip сборки с кремниевым мультиплексором. Для создания проводящих шин 7 напыляют титан методом катодного распыления толщиной порядка 0,1÷0,15 мкм. После чего проводят литографию по титану. Эти две операции обеспечивают изготовление проводящих шин 7 и расположенного между затворами экрана, обеспечивающего защиту от паразитных засветок.For this, pre-treatment is carried out in order to improve adhesion. The final stage of production includes the creation of
После завершения изготовления проводящих шин 7 и экрана на каждой проводящей шине формируют индиевый столб, предназначенный для соединения фотоприемного кристалла (чипа) с устройством считывания сигналов с фоточувствительных элементов. Для этого проводят напыление индия с адгезионным подслоем никеля. Толщина индия составляет порядка 5÷6 мкм. Затем осуществляют фотолитографию по индий-никелю.After the manufacture of the
В заключение на непланарную сторону пластины с целью создания контакта напыляют индий толщиной порядка 0,3 мкм. После проведения тестирования пластину разделяют на кристаллы. Каждый фотоприемный кристалл 10 (Фиг.3) может содержать разное количество фоточувствительных элементов, например 2×192, или 2×128, или 1×68, с разным шагом и размером затворов.In conclusion, indium with a thickness of the order of 0.3 μm is sprayed onto the non-planar side of the plate in order to create contact. After testing, the plate is divided into crystals. Each photodetector crystal 10 (FIG. 3) may contain a different number of photosensitive elements, for example 2 × 192, or 2 × 128, or 1 × 68, with different steps and shutter sizes.
Приведенные материалы для создания конструктивных элементов многоэлементных фотоприемных кристаллов на основе МДП-структур и методы формирования из них слоев являются известными, а толщины слоев, используемые материалы и оборудование при проведении литографических процессов являются типичными для существующей технологии.The materials presented for creating the structural elements of multi-element photodetector crystals based on MIS structures and methods for forming layers from them are known, and the layer thicknesses, the materials and equipment used during lithographic processes are typical of the existing technology.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.As information confirming the possibility of carrying out the invention with the achievement of a technical result, we give the following implementation examples.
Пример 1.Example 1
На предварительно обезжиренную полупроводниковую подложку наносят слой диэлектрика, в котором формируют литографически сквозные окна, определяющие фоточувствительную область для каждого фотоприемного кристалла. Затем на полупроводниковой подложке в сформированных в слое диэлектрика сквозных окнах создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. Причем площадь окна, сформированного в слое диэлектрика, задана с возможностью охвата площади всех фоточувствительных элементов фотоприемного кристалла.A dielectric layer is applied to a pre-defatted semiconductor substrate, in which lithographically through windows are formed that define the photosensitive region for each photodetector. Then, on the semiconductor substrate in the through windows formed in the dielectric layer, a layer is formed that forms the substrate-gate dielectric interface. Moreover, the area of the window formed in the dielectric layer is set to cover the area of all photosensitive elements of the photodetector.
Последовательно осаждают слой подзатворного диэлектрика, созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы и проводящие шины. При этом проводящие шины от затворов фоточувствительных элементов выносят за пределы фоточувствительной области.A layer of the gate insulator is subsequently deposited, photosensitive elements and conductive busbars are formed by creating gates on the gate insulator. In this case, the conductive buses from the gates of the photosensitive elements are taken outside the photosensitive region.
В качестве полупроводниковой подложки используют пластину InAs.An InAs wafer is used as the semiconductor substrate.
Слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают посредством анодного окисления подложки во фторсодержащем электролите. При этом формируют анодный окисел толщиной порядка 15 нм.The layer forming the substrate-gate dielectric interface is created by anodic oxidation of the substrate in a fluorine-containing electrolyte. An anodic oxide with a thickness of about 15 nm is formed.
Формирование фоточувствительных элементов созданием затворов на подзатворном диэлектрике осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций. На слой подзатворного диэлектрика наносят фоторезист. Проводят литографию, формируя сквозные окна в фоторезисте, располагая их в поле площади слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. В окнах, сформированных в фоторезисте, создают затворы путем напыления проводящей пленки и последующего удаления фоторезиста. Осаждают слой защитного диэлектрика. В слое защитного диэлектрика относительно каждого фоточувствительного элемента литографически создают сквозные, до затвора, окна. В заключение изготавливают литографически проводящие шины, контактирующие с затворами фоточувствительных элементов.The formation of photosensitive elements by creating gates on the gate dielectric is carried out by sequentially performing the following operations. A photoresist is applied to the gate dielectric layer. Lithography is carried out, forming through windows in the photoresist, placing them in the field of the area of the layer forming the interface between the substrate and the gate insulator. In the windows formed in the photoresist, gates are created by spraying a conductive film and then removing the photoresist. A layer of protective dielectric is precipitated. Through a layer of a protective dielectric relative to each photosensitive element, through windows are formed lithographically to the shutter. In conclusion, lithographic conductive tires are made that are in contact with the shutters of the photosensitive elements.
В качестве слоев диэлектрика, подзатворного диэлектрика и защитного диэлектрика используют слои SiO2 толщинами соответственно 100 нм, 140 нм, 200 нм.As layers of a dielectric, a gate dielectric, and a protective dielectric, SiO 2 layers are used with a thickness of 100 nm, 140 nm, and 200 nm, respectively.
В качестве материала проводящей пленки для создания затворов используют In2O3, который напыляют толщиной 130 нм.As the material of the conductive film to create the gates using In 2 O 3 , which is sprayed with a thickness of 130 nm.
Для изготовления проводящих шин используют титан, напыленный слоем толщиной порядка 0,1 мкм.For the manufacture of conductive tires using titanium, sprayed with a layer of a thickness of the order of 0.1 microns.
Пример 2.Example 2
На предварительно обезжиренную полупроводниковую подложку наносят слой диэлектрика, в котором формируют литографически сквозные окна, определяющие фоточувствительную область для каждого фотоприемного кристалла. Затем на полупроводниковой подложке в сформированных в слое диэлектрика сквозных окнах создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. Причем площадь окна, сформированного в слое диэлектрика, задана с возможностью охвата площади всех фоточувствительных элементов фотоприемного кристалла.A dielectric layer is deposited on a pre-defatted semiconductor substrate, in which lithographically through windows are formed that define the photosensitive region for each photodetector. Then, on the semiconductor substrate in the through windows formed in the dielectric layer, a layer is formed that forms the substrate-gate dielectric interface. Moreover, the area of the window formed in the dielectric layer is set to cover the area of all photosensitive elements of the photodetector.
Последовательно осаждают слой подзатворного диэлектрика, созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы и изготавливают проводящие шины. При этом проводящие шины от металлических электродов фоточувствительных элементов выносят за пределы фоточувствительной области.A layer of the gate dielectric is subsequently deposited, by creating gates on the gate dielectric, photosensitive elements are formed and conductive buses are made. In this case, the conductive busbars from the metal electrodes of the photosensitive elements are carried outside the photosensitive region.
В качестве полупроводниковой подложки используют пластину InAs.An InAs wafer is used as the semiconductor substrate.
Слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают посредством анодного окисления подложки во фторсодержащем электролите. При этом формируют анодный окисел толщиной порядка 13 нм.The layer forming the substrate-gate dielectric interface is created by anodic oxidation of the substrate in a fluorine-containing electrolyte. An anodic oxide with a thickness of about 13 nm is formed.
Формирование фоточувствительных элементов созданием затворов на подзатворном диэлектрике осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций. На слой подзатворного диэлектрика наносят фоторезист. Проводят литографию, формируя сквозные окна в фоторезисте, располагая их в поле площади слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. В окнах, сформированных в фоторезисте, создают затворы путем напыления проводящей пленки и последующего удаления фоторезиста. Осаждают слой защитного диэлектрика. В слое защитного диэлектрика относительно каждого фоточувствительного элемента литографически создают сквозные, до затвора, окна. В заключение изготавливают литографически проводящие шины, контактирующие с затворами фоточувствительных элементов.The formation of photosensitive elements by creating gates on the gate dielectric is carried out by sequentially performing the following operations. A photoresist is applied to the gate dielectric layer. Lithography is carried out, forming through windows in the photoresist, placing them in the field of the area of the layer forming the interface between the substrate and the gate insulator. In the windows formed in the photoresist, gates are created by spraying a conductive film and then removing the photoresist. A layer of protective dielectric is precipitated. Through a layer of a protective dielectric relative to each photosensitive element, through windows are formed lithographically to the shutter. In conclusion, lithographic conductive tires are made that are in contact with the shutters of the photosensitive elements.
В качестве слоев диэлектрика, подзатворного диэлектрика и защитного диэлектрика используют слои SiO2 толщинами соответственно 95 нм, 130 нм, 220 нм.As layers of a dielectric, a gate dielectric and a protective dielectric, SiO 2 layers are used with thicknesses of 95 nm, 130 nm, and 220 nm, respectively.
В качестве материала проводящей пленки для создания затворов используют In2O3, который напыляют толщиной 120 нм.As the material of the conductive film to create the gates using In 2 O 3 , which is sprayed with a thickness of 120 nm.
Для изготовления проводящих шин используют титан, напыленный слоем толщиной порядка 0,15 мкм.For the manufacture of conductive tires using titanium sprayed with a layer of a thickness of the order of 0.15 microns.
Пример 3.Example 3
На предварительно обезжиренную полупроводниковую подложку наносят слой диэлектрика, в котором формируют литографически сквозные окна, определяющие фоточувствительную область для каждого фотоприемного кристалла. Затем на полупроводниковой подложке в сформированных в слое диэлектрика сквозных окнах создают слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. Причем площадь окна, сформированного в слое диэлектрика, задана с возможностью охвата площади всех фоточувствительных элементов фотоприемного кристалла.A dielectric layer is deposited on a pre-defatted semiconductor substrate, in which lithographically through windows are formed that define the photosensitive region for each photodetector. Then, on the semiconductor substrate in the through windows formed in the dielectric layer, a layer is formed that forms the substrate-gate dielectric interface. Moreover, the area of the window formed in the dielectric layer is set to cover the area of all photosensitive elements of the photodetector.
Последовательно осаждают слой подзатворного диэлектрика, созданием затворов на подзатворном диэлектрике формируют фоточувствительные элементы и изготавливают проводящие шины. При этом проводящие шины от площадок фоточувствительных элементов выносят за пределы фоточувствительной области.A layer of the gate dielectric is subsequently deposited, by creating gates on the gate dielectric, photosensitive elements are formed and conductive buses are made. In this case, the conductive buses from the sites of the photosensitive elements are taken outside the photosensitive region.
В качестве полупроводниковой подложки используют пластину InAs.An InAs wafer is used as the semiconductor substrate.
Слой, формирующий границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик, создают посредством анодного окисления подложки во фторсодержащем электролите. При этом формируют анодный окисел толщиной порядка 10 нм.The layer forming the substrate-gate dielectric interface is created by anodic oxidation of the substrate in a fluorine-containing electrolyte. An anodic oxide is formed with a thickness of the order of 10 nm.
Формирование фоточувствительных элементов созданием затворов на подзатворном диэлектрике осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций. На слой подзатворного диэлектрика наносят фоторезист. Проводят литографию, формируя сквозные окна в фоторезисте, располагая их в поле площади слоя, формирующего границу раздела подложка-подзатворный диэлектрик. В окнах, сформированных в фоторезисте, создают затворы путем напыления проводящей пленки и последующего удаления фоторезиста. Осаждают слой защитного диэлектрика. В слое защитного диэлектрика относительно каждого фоточувствительного элемента литографически создают сквозные, до затвора, окна. В заключение изготавливают литографически проводящие шины, контактирующие с затворами фоточувствительных элементов.The formation of photosensitive elements by creating gates on the gate dielectric is carried out by sequentially performing the following operations. A photoresist is applied to the gate dielectric layer. Lithography is carried out, forming through windows in the photoresist, placing them in the field of the area of the layer forming the interface between the substrate and the gate insulator. In the windows formed in the photoresist, gates are created by spraying a conductive film and then removing the photoresist. A layer of protective dielectric is precipitated. Through a layer of a protective dielectric relative to each photosensitive element, through windows are formed lithographically to the shutter. In conclusion, lithographic conductive tires are made that are in contact with the shutters of the photosensitive elements.
В качестве слоев диэлектрика, подзатворного диэлектрика и защитного диэлектрика используют слои SiO2 толщинами соответственно 105 нм, 145 нм, 209 нм.As layers of a dielectric, a gate dielectric, and a protective dielectric, SiO 2 layers are used with thicknesses of 105 nm, 145 nm, and 209 nm, respectively.
В качестве материала проводящей пленки для создания затворов используют In2O3, который напыляют толщиной 124 нм.As the material of the conductive film to create the gates using In 2 O 3 , which is sprayed with a thickness of 124 nm.
Для изготовления проводящих шин используют титан, напыленный слоем толщиной порядка 0,12 мкм.For the manufacture of conductive tires using titanium, sprayed with a layer of a thickness of the order of 0.12 microns.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140477/28A RU2354007C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007140477/28A RU2354007C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2354007C1 true RU2354007C1 (en) | 2009-04-27 |
Family
ID=41019142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007140477/28A RU2354007C1 (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2354007C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611690C1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | METHOD FOR PRODUCING OF MIS STRUCTURES ON BASIS OF InAs |
-
2007
- 2007-10-31 RU RU2007140477/28A patent/RU2354007C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона. / Под ред. С.П.Синицы, Новосибирск, Наука, 2001 с.86-87. Курышев Г.Л., Ковчавцев А.П., Валишева Н.А. Электронные свойства структур металл-диэлектрик-полупроводник на основе InAs, ФТП, 2001, т.35, вып.9, с.1111-1119. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611690C1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) | METHOD FOR PRODUCING OF MIS STRUCTURES ON BASIS OF InAs |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6984551B2 (en) | MIS semiconductor device and method of fabricating the same | |
US10205027B2 (en) | Coplanar double gate electrode oxide thin film transistor and manufacture method thereof | |
US20070227578A1 (en) | Method for patterning a photovoltaic device comprising CIGS material using an etch process | |
TWI538218B (en) | Thin film transistor | |
WO2022184039A1 (en) | Electrode manufacturing method for preventing edge short circuit of photovoltaic cell, and photovoltaic cell obtained thereby | |
JPH0669233A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
CN112117351B (en) | Method for leading out electrical properties of mercury cadmium telluride pn junction and detector chip | |
CN106653767A (en) | Array substrate and fabrication method therefor | |
RU2354007C1 (en) | Method for manufacture of multiple-unit photoreceiving crystal based on mis structures | |
CN107564803B (en) | Etching method, process equipment, thin film transistor device and manufacturing method thereof | |
JPH04171767A (en) | Thin film transistor and manufacture thereof | |
CN209896068U (en) | Semiconductor grid electric control quantum dot | |
JPH0918006A (en) | Thin film transistor and manufacture thereof | |
US20060258062A1 (en) | Plasma cvd method | |
JPH09223752A (en) | Manufacture of nonvolatile semiconductor storage device | |
JP3071940B2 (en) | Method for manufacturing insulated gate semiconductor device | |
US6607993B1 (en) | Method using ultraviolet radiation for integrated circuit manufacturing | |
JPH0815721A (en) | Wiring pattern substrate and thin-film transistor matrix substrate and its production | |
JPH0951098A (en) | Thin film transistor and manufacture thereof | |
JPH02295132A (en) | Manufacture of thin-film transistor | |
US9929165B1 (en) | Method for producing integrated circuit memory cells with less dedicated lithographic steps | |
CN113972138A (en) | Thin film transistor manufacturing method and thin film transistor | |
CN114256078A (en) | Method for manufacturing oxide thin film transistor | |
RU2559302C1 (en) | Production of high-sensitivity multicomponent solid-state image converters | |
JPH0862610A (en) | Peeling liquid for resist for liquid crystal display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131101 |