RU2541416C1 - METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE - Google Patents

METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE Download PDF

Info

Publication number
RU2541416C1
RU2541416C1 RU2014103876/28A RU2014103876A RU2541416C1 RU 2541416 C1 RU2541416 C1 RU 2541416C1 RU 2014103876/28 A RU2014103876/28 A RU 2014103876/28A RU 2014103876 A RU2014103876 A RU 2014103876A RU 2541416 C1 RU2541416 C1 RU 2541416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
diffusion
temperature
photosensitive
photodiodes
Prior art date
Application number
RU2014103876/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Стефанович Демидов
Сергей Иванович Денисов
Евгений Алексеевич Климанов
Марина Александровна Нури
Original Assignee
Открытое акционерное общество "НПО "Орион"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "НПО "Орион" filed Critical Открытое акционерное общество "НПО "Орион"
Priority to RU2014103876/28A priority Critical patent/RU2541416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2541416C1 publication Critical patent/RU2541416C1/en

Links

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to production of silicon p-i-n photodiodes which are sensitive to radiation with wavelength of 0.9-1.06 mcm. Said silicon p-i-n photodiodes are intended for use in different optoelectronic devices which require detection of short laser pulses (10-40 ns). After performing high-temperature thermodiffusion processes to form the photodiode structure: - thermal oxidation; - phosphorus diffusion to form n+-type regions (photosensitive areas and collar rings); - phosphorus diffusion into the back surface of the wafer to generate impurities; - boron diffusion into the back surface of the water after etching a gettering n+-type layer to form a p+-type layer, after forming ohmic contacts, the method includes etching the dielectric film from the silicon surface and etching silicon by a depth less than 1 mcm, followed by depositing a silicon dioxide film using a low-temperature technique at temperature not higher than 800°C. Ohmic contacts are then formed using known techniques.
EFFECT: reduced dark current of photosensitive areas and the collar ring, reduced values of coupling factors between the photosensitive areas of multielement photodiodes and high output of non-defective devices.

Description

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).The claimed invention relates to a manufacturing technology of silicon p-i-n photodiodes (PD), sensitive to radiation with wavelengths of 0.9-1.06 microns. They are intended for use in various electron-optical equipment in which registration of short pulses of laser radiation (10-40 ns) is required.

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.One of the main parameters of such PDs is: the value of the dark current at the operating voltage, which determines the noise level of the PD, and, therefore, its threshold sensitivity, as well as the magnitude of the photoelectric coupling coefficients between the photosensitive areas in multi-element PDs.

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.Known copyright certificate [a.s. No. 680538 with a priority of February 19, 1976, Klimanov EA, Kulymanov A.V., Liseikin V.P. "A method of manufacturing a pin photodiode"], which describes a method of manufacturing a PD, where gettering of electrically active defects is used to reduce dark currents using a diffusion n + layer created on passive surfaces of the plate.

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.Known US patent [US 4127932 with priority from 08/06/1976 A.R. Hartman, H. Melhior, D.P. Schinke, R.G. Smith, “Method of fabricating silicon photodiodes”], which also uses gettering with a diffusion layer of defects in the bulk of samples and annealing structures with a manufactured contact system in forming gas at 300 ° to reduce the density of surface states.

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 (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 р-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки золота с подслоем титана.A well-known silicon pin photodiode is a large area [patent for utility model of the Russian Federation No. 56069 U1 with priority November 21, 2005, Filachev AM, Kravchenko N.V., Khakuashev P.E., Ogneva O.V., Chinareva I.V., applicant FSUE NPO Orion], sensitive at wavelengths of 1.06 μm and 0.9 μm, the manufacturing method of which is adopted as the closest analogue. In a substrate of p-type monocrystalline silicon using phosphorus diffusion through a silicon dioxide (SiO 2 ) film, n + -type regions are formed: a photosensitive region and a guard ring region. A p-type conductivity layer is formed on the other side of the substrate by boron diffusion. The creation of two-layer ohmic contacts to the photosensitive region, the guard ring region and the p-type contact layer is carried out by applying a gold film with a titanium sublayer.

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 1012 см-3). 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.The disadvantage of these methods for manufacturing PD is the reduction in the percentage of suitable products by the values of the dark currents of the photosensitive sites and the guard ring, as well as the values of the photovoltaic coefficients between the photosensitive sites due to the formation of inversion and conversion layers with a high concentration of minority charge carriers - electrons in the surface regions of silicon p-type with a low concentration of major carriers (of the order of 10 12 cm -3 ). The formation of these layers leads to a large contribution of surface leakage currents to the dark currents of the photosensitive sites and the guard ring and a decrease in the resistance between them. These layers arise during high-temperature processes due to the formation of a positive built-in charge at the oxide-silicon interface and the diffusion of contaminants, leading to a change in the type of conductivity from p-type to n-type in the surface region of silicon.

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.The objective of the invention is to reduce the level of dark current of the photosensitive sites and the guard ring, reduce the values of the coefficients of the relationship between the photosensitive areas of multi-element PDs and increase the percentage of suitable devices.

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.This goal is achieved by eliminating the inversion and conversion layers in the near-surface regions of the PD, which is achieved by the fact that after all high-temperature operations (oxidation, phosphorus diffusion, gettering, boron diffusion), the dielectric silicon dioxide film is etched from the wafer surface and the surface silicon layer is etched to a depth less than one micron, followed by the deposition of a film of silicon dioxide by one of the low-temperature methods (for example, the decomposition of tetraethoxysilane Oxidation monosilane) at a temperature not exceeding 800 ° C. Then, by known methods, the formation of two-layer ohmic contacts to the photosensitive region, the area of the guard ring and the contact layer of the p + type of conductivity is carried out.

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.The proposed manufacturing method allows to reduce the current of the guard ring and obtain the resistance values of the surface channels between the photosensitive sites, photosensitive sites and the guard ring at the level of tens of milliohms, which provides low surface leakage currents of the photosensitive sites, the guard ring and the coupling coefficients between the photosensitive sites.

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.Low values of surface leakage currents and coupling coefficients are achieved due to the fact that large values of the surface channel resistance between the guard ring and photosensitive sites lead to the leakage of peripheral leakage currents along the guard ring circuit, preventing them from branching into the photosensitive area circuit.

Одновременно увеличение сопротивления поверхностного канала между фоточувствительными площадками уменьшает перетекание фототоков между ними, что снижает коэффициент фотоэлектрической взаимосвязи между площадками.At the same time, increasing the resistance of the surface channel between the photosensitive sites reduces the flow of photocurrents between them, which reduces the coefficient of photoelectric interconnection between the sites.

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:Thus, the technical result is a decrease in the dark current level of the photosensitive sites and the guard ring, a decrease in the correlation coefficients between the photosensitive areas of multi-element PDs and an increase in the percentage of suitable devices, achieved after the high-temperature thermal diffusion processes to create the PD structure:

- термического окисления;- thermal oxidation;

- диффузии фосфора для создания областей n+-типа проводимости (фоточувствительных площадок и охранного кольца);- phosphorus diffusion to create areas of n + type conductivity (photosensitive sites and a guard ring);

- диффузии фосфора в тыльную поверхность пластины для геттерирования загрязняющих примесей;- diffusion of phosphorus into the back surface of the plate for gettering contaminants;

- диффузии бора в тыльную поверхность пластины после стравливания геттерирующего n+-слоя для создания слоя р+-типа проводимости,- boron diffusion into the back surface of the plate after etching the gettering n + layer to create a layer of p + type conductivity,

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.Before the operation of creating ohmic contacts, the dielectric film is etched from the silicon surface and silicon is etched to a depth of less than one micron, followed by deposition of the silicon dioxide film by one of the low-temperature methods (for example, decomposition of tetraethoxysilane, oxidation of monosilane) at a temperature not exceeding 800 ° C. Then produce the formation of ohmic contacts by known methods.

Claims (1)

Способ изготовления кремниевого фотодиода, включающий термодиффузионные 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 и операцию 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 для снижения темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца, снижения значений коэффициентов взаимосвязи между фоточувствительными площадками многоэлементных фотодиодов (ФД) и увеличения процента выхода годных приборов после выполнения термодиффузионных операций 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 при температуре, не превышающей 800°C. A method of manufacturing a silicon photodiode, including thermal diffusion operations of thermal oxidation, diffusion of phosphorus to form regions of n + type conductivity, diffusion of phosphorus to getter contaminants, boron diffusion to form regions of p + type conductivity and the operation of creating bilayer ohmic contacts to the photosensitive region, region a protective ring and a contact layer of p + type conductivity by applying a gold film with a titanium or chromium sublayer, characterized in that to reduce dark the new currents of the photosensitive sites and the guard ring, reduce the values of the coefficients of the relationship between the photosensitive areas of multi-element photodiodes (PD) and increase the percentage of suitable devices after performing thermal diffusion operations before the operation of creating ohmic contacts, the dielectric film is etched from the silicon surface and silicon is etched to a depth of less than one micron followed by deposition of a film of silicon dioxide by one of the low-temperature methods at a temperature not rising to 800 ° C.
RU2014103876/28A 2014-02-04 2014-02-04 METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE RU2541416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103876/28A RU2541416C1 (en) 2014-02-04 2014-02-04 METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103876/28A RU2541416C1 (en) 2014-02-04 2014-02-04 METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2541416C1 true RU2541416C1 (en) 2015-02-10

Family

ID=53287169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014103876/28A RU2541416C1 (en) 2014-02-04 2014-02-04 METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2541416C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654998C1 (en) * 2017-03-28 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacturing a multi-film silicon pin-photosensitive element
RU2654992C1 (en) * 2017-08-04 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacturing silicon photodyod
RU2654961C1 (en) * 2017-04-26 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacture of a multi-site high-speed silicon pin-photosensitive element
RU2716036C1 (en) * 2019-06-10 2020-03-05 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of producing a multi-site silicon pin-photosensitive element with low dark current level
CN115548149A (en) * 2022-12-05 2022-12-30 成都鹰谷米特科技有限公司 Silicon-based PIN photodiode and manufacturing method thereof

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4127932A (en) * 1976-08-06 1978-12-05 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating silicon photodiodes
US5410175A (en) * 1989-08-31 1995-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Monolithic IC having pin photodiode and an electrically active element accommodated on the same semi-conductor substrate
US6303967B1 (en) * 1998-02-05 2001-10-16 Integration Associates, Inc. Process for producing an isolated planar high speed pin photodiode
US6458619B1 (en) * 1998-02-05 2002-10-01 Integration Associates, Inc. Process for producing an isolated planar high speed pin photodiode with improved capacitance
RU56069U1 (en) * 2005-11-21 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") LARGE AREA SILICON PIN PHOTODIODE
RU82381U1 (en) * 2009-02-11 2009-04-20 Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" SILICON pin photodiode
CN102376815A (en) * 2011-11-12 2012-03-14 傲迪特半导体(南京)有限公司 Silicon photoelectric diode and manufacturing method
US8298854B2 (en) * 2007-07-09 2012-10-30 Texas Instruments Incorporated Method of manufacturing PIN photodiode
RU126195U1 (en) * 2012-10-02 2013-03-20 Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" MULTI-PLAN PLANAR SILICON PIN PHOTODIO

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4127932A (en) * 1976-08-06 1978-12-05 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating silicon photodiodes
US5410175A (en) * 1989-08-31 1995-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Monolithic IC having pin photodiode and an electrically active element accommodated on the same semi-conductor substrate
US6303967B1 (en) * 1998-02-05 2001-10-16 Integration Associates, Inc. Process for producing an isolated planar high speed pin photodiode
US6458619B1 (en) * 1998-02-05 2002-10-01 Integration Associates, Inc. Process for producing an isolated planar high speed pin photodiode with improved capacitance
RU56069U1 (en) * 2005-11-21 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") LARGE AREA SILICON PIN PHOTODIODE
US8298854B2 (en) * 2007-07-09 2012-10-30 Texas Instruments Incorporated Method of manufacturing PIN photodiode
RU82381U1 (en) * 2009-02-11 2009-04-20 Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" SILICON pin photodiode
CN102376815A (en) * 2011-11-12 2012-03-14 傲迪特半导体(南京)有限公司 Silicon photoelectric diode and manufacturing method
RU126195U1 (en) * 2012-10-02 2013-03-20 Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" MULTI-PLAN PLANAR SILICON PIN PHOTODIO

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654998C1 (en) * 2017-03-28 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacturing a multi-film silicon pin-photosensitive element
RU2654961C1 (en) * 2017-04-26 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacture of a multi-site high-speed silicon pin-photosensitive element
RU2654992C1 (en) * 2017-08-04 2018-05-23 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of manufacturing silicon photodyod
RU2716036C1 (en) * 2019-06-10 2020-03-05 Акционерное общество "НПО "Орион" Method of producing a multi-site silicon pin-photosensitive element with low dark current level
CN115548149A (en) * 2022-12-05 2022-12-30 成都鹰谷米特科技有限公司 Silicon-based PIN photodiode and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9236519B2 (en) Geiger-mode avalanche photodiode with high signal-to-noise ratio, and corresponding manufacturing process
RU2541416C1 (en) METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE
TWI481052B (en) Photodiode and photodiode array
US8476730B2 (en) Geiger-mode photodiode with integrated and JFET-effect-adjustable quenching resistor, photodiode array, and corresponding manufacturing method
JP6730820B2 (en) Photodetector and lidar device using the same
RU126195U1 (en) MULTI-PLAN PLANAR SILICON PIN PHOTODIO
JP6476317B2 (en) Avalanche photodiode
US8946617B2 (en) Photodiode having a p-n junction with varying expansion of the space charge zone due to application of a variable voltage
JP2009164604A (en) Image sensor and manufacturing method therefor
JP2013065910A (en) Photodiode and photodiode array
US8212327B2 (en) High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme
US20170186895A1 (en) Avalanche photodiode using silicon nanowire and silicon nanowire photomultiplier using the same
RU2537087C1 (en) METHOD OF MANUFACTURING SILICON p-i-n PHOTODIODE
CN115176346B (en) Single photon avalanche diode device
KR100898621B1 (en) Optical semiconductor device with sensitivity improved
JP2006060103A (en) Semiconductor light receiving device and ultraviolet sensor
JP2661676B2 (en) Solar cell
RU2532594C1 (en) METHOD OF PRODUCING SILICON p-i-n PHOTODIODE
US9202829B2 (en) Light sensors with infrared photocurrent suppression
KR102579596B1 (en) Germanium-containing photodetector and methods of forming the same
US9412780B2 (en) Image sensor
CN109301025A (en) A kind of low breakdown voltage avalanche photodetector and preparation method thereof
TW201533922A (en) Back contact solar cell, method of manufacturing the same and module comprising the same
JP2020502805A (en) Multispectral sensor with stacked photodetectors
JP2015508233A (en) Method for fabricating a back-illuminated sensor