RU2726994C1 - Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity - Google Patents
Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726994C1 RU2726994C1 RU2019127377A RU2019127377A RU2726994C1 RU 2726994 C1 RU2726994 C1 RU 2726994C1 RU 2019127377 A RU2019127377 A RU 2019127377A RU 2019127377 A RU2019127377 A RU 2019127377A RU 2726994 C1 RU2726994 C1 RU 2726994C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detectors
- silicon
- pyridine
- dielectric coating
- edge
- Prior art date
Links
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000269 nucleophilic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims abstract description 3
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 5
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 4
- XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 6-(4-aminophenyl)sulfonylpyridin-3-amine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=N1 XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 2
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium atom Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области технологии изготовления полупроводниковых диодных структур с барьером Шоттки, включающую полупроводниковые детекторы ядерного излучения, в частности, поверхностно-барьерные детекторы (ПБД) на основе выпрямляющего контакта металл-полупроводник, например, Au-n-Si.The invention relates to the field of technology for manufacturing semiconductor diode structures with a Schottky barrier, including semiconductor detectors of nuclear radiation, in particular, surface-barrier detectors (PBDs) based on a rectifying metal-semiconductor contact, for example, Au-n-Si.
Уровень техникиState of the art
Согласно [С.И. Лашаев. Кремниевые ПБД большой площади и сложной конфигурации. // Диссертация на соискание канд. техн. наук. Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, 1986 г., Ленинград] герметизация края перехода использовалась первоначально для стабилизации характеристик перехода в условиях воздействия внешней среды, а также для удобства монтажа кремниевых пластин в корпус с обеспечением надежного электрического контакта с напыленным на поверхность полупроводника тонким металлическим слоем. Однако дальнейшие исследования, проведенные в этой работе, показали, что, именно, электрофизическое состояние края перехода в ПБ структурах практически целиком определяет его электрические и шумовые характеристики. Этот вывод инициировал поиск оптимальных герметиков для защиты края перехода с целью не только стабилизации параметров диода, но и улучшения их обратных вольт-амперных характеристик (ВАХО и уменьшения шумов, что позволяет получать детекторы с более высоким энергетическим разрешением.According to [S.I. Lashaev. Silicon PBBs of large area and complex configuration. // Dissertation for Candidate of Science. tech. sciences. Radium Institute. V.G. Khlopina, 1986, Leningrad] sealing of the edge of the junction was used initially to stabilize the characteristics of the junction under the influence of the external environment, as well as for the convenience of mounting silicon wafers into the case with ensuring reliable electrical contact with a thin metal layer deposited on the semiconductor surface. However, further studies carried out in this work showed that, namely, the electrophysical state of the transition edge in PB structures almost entirely determines its electrical and noise characteristics. This conclusion initiated the search for optimal sealants to protect the junction edge in order not only to stabilize the diode parameters, but also to improve their reverse volt-ampere characteristics (VACO and noise reduction, which makes it possible to obtain detectors with a higher energy resolution.
Проблема края перехода на кремнии в настоящее время решена в планарной технологии в диодных структурах с имплантированным переходом, с применением пассивации поверхности термическим окислом и создание структуры охранных колец по периметру выпрямляющего контакта.The problem of the junction edge on silicon is currently solved in planar technology in diode structures with an implanted junction, using surface passivation with a thermal oxide and creating a structure of guard rings around the perimeter of the rectifying contact.
Однако данная технология требует высокотемпературных обработок полупроводниковых подложек, что не всегда приемлемо в технологии детекторов, например, для материалов, в которых для улучшения их параметров используется дрейфо-литиевая технология. В случае детекторов сложной конфигурации (например, канальный детектор цилиндрической формы с чувствительной поверхностью внутри канала) невозможно применение планарной технологии, либо она крайне затруднена. Кроме того применение имплантации для создания выпрямляющего контакта может приводить к снижению радиационной стойкости структур, что является критически важным параметром для детекторов ядерных излучений.However, this technology requires high-temperature treatment of semiconductor substrates, which is not always acceptable in detector technology, for example, for materials in which drift-lithium technology is used to improve their parameters. In the case of detectors of complex configuration (for example, a cylindrical channel detector with a sensitive surface inside the channel), it is impossible to use the planar technology, or it is extremely difficult. In addition, the use of implantation to create a rectifying contact can lead to a decrease in the radiation resistance of structures, which is a critical parameter for nuclear radiation detectors.
Таким образом, поверхностно-барьерная технология с герметизацией края перехода компаундами или лаками остается актуальной и в настоящее время.Thus, the surface-barrier technology with the sealing of the transition edge with compounds or varnishes remains relevant today.
Известно защитное покрытие на основе спиртового раствора канифоли для кремниевых ПБД, которое наносится на всю поверхность кремния после напыления выпрямляющего контакта из золота [Й. Крацикова, Ли Чен Сон, Лим Хен Тхек, Б.П. Осипенко, Л.А. Пермякова. Защитное покрытие для кремниевых поверхностно-барьерных детекторов ядерного излучения. // Препринт ОИЯИ, 13-6016, 1971 г.]. Данное покрытие стабилизирует и улучшает ВАХ детекторов при их длительном хранении в комнатных условиях. Недостатками данного покрытия является возможность его применения только после напыления электродов, ввиду низкой температуры плавления (размягчается уже при 60-70°С), что мешает созданию надежного контакта с поверхности пластины через слой канифоли на корпус оправки. Используемый в работе вариант технологии не позволяет существенно снизить токи утечки. Кроме того, канифоль является природным материалом, в котором затруднен контроль загрязнений, в связи с чем ухудшается воспроизводимость результатов. Счетчики с покрытием из канифоли невозможно подвергать даже низкотемпературным отжигам в случае радиационных повреждений. Использование спиртового раствора канифоли затрудняет получение однородного по толщине слоя, увеличивает толщину входного окна, что ухудшает энергетическое разрешение и приводит к большой интенсивности «хвостов» в спектрах при регистрации альфа-частиц и, тем более, в спектрах осколков деления.Known protective coating based on an alcoholic solution of rosin for silicon PBBs, which is applied to the entire silicon surface after the deposition of a rectifying contact made of gold [J. Kratsikova, Lee Chen Sung, Lim Hyun Tek, B.P. Osipenko, L.A. Permyakov. Protective coating for silicon surface-barrier nuclear radiation detectors. // JINR Preprint, 13-6016, 1971]. This coating stabilizes and improves the I – V characteristic of detectors during their long-term storage under room conditions. The disadvantages of this coating is the possibility of its application only after the electrodes are deposited, due to the low melting point (it softens already at 60-70 ° C), which prevents the creation of reliable contact with the plate surface through the rosin layer on the mandrel body. The variant of the technology used in the work does not significantly reduce the leakage currents. In addition, rosin is a natural material, which makes it difficult to control contamination and therefore impairs the reproducibility of results. Rosin-coated meters cannot be subjected to even low-temperature annealing in case of radiation damage. The use of an alcoholic solution of rosin makes it difficult to obtain a layer uniform in thickness, increases the thickness of the entrance window, which worsens the energy resolution and leads to a high intensity of "tails" in the spectra when registering alpha particles and, moreover, in the spectra of fission fragments.
Известен способ изготовления кремниевых ПБД [С.И. Лашаев. Кремниевые ПБД большой площади и сложной конфигурации. // Диссертация на соискание канд. техн. наук. Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, 1986 г., Ленинград], в котором в качестве защиты края перехода использовался кремнийорганический компаунд типа КЭН-2, широко используемый в микроэлектронике для герметизации полупроводниковых структур от воздействия внешней среды. Однако применение данного компаунда практически не влияло на электрические параметры (В АХ и шумы) ПБ структур для варианта защиты края перехода после напыления выпрямляющего контакта и не убирало избыточные шумы для отдельных образцов в случае защиты края перехода перед напылением выпрямляющего контакта.A known method of manufacturing silicon PBBs [S.I. Lashaev. Silicon PBBs of large area and complex configuration. // Dissertation for Candidate of Science. tech. sciences. Radium Institute. V.G. Khlopin, 1986, Leningrad], in which an organosilicon compound of the KEN-2 type was used as a protection of the junction edge, which is widely used in microelectronics for sealing semiconductor structures from the external environment. However, the use of this compound had practically no effect on the electrical parameters (V AH and noise) of PB structures for the variant of protecting the junction edge after deposition of a rectifying contact and did not remove excess noise for individual samples in the case of protecting the junction edge before sputtering a rectifying contact.
Известен способ изготовления диодов с барьером Шоттки [RU 2550374 С1, МПК H01L 29/872, 21/329, опубликовано 10.05.2015], в котором диод Шоттки на эпитаксиальном слое формировался на основе меза-структуры со специально подобранной геометрией и защитой периферийной области диода оксидом кремния. Дополнительно использовалось диэлектрическое покрытие из алюмосиликатного стекла, толщина которого превышала высоту меза-структуры. Данный способ улучшал электрические характеристики перехода и уменьшал температурную зависимость обратных токов. Однако, недостатком данного способа, с точки зрения его применения для изготовления детекторов ядерного излучения, является неприемлемо высокий уровень токов утечки (до 10 мкА).A known method of manufacturing diodes with a Schottky barrier [RU 2550374 C1, IPC H01L 29/872, 21/329, published 05/10/2015], in which the Schottky diode on the epitaxial layer was formed on the basis of a mesa structure with a specially selected geometry and protection of the peripheral region of the diode silicon oxide. Additionally, a dielectric coating of aluminosilicate glass was used, the thickness of which exceeded the height of the mesa structure. This method improved the electrical characteristics of the junction and reduced the temperature dependence of the reverse currents. However, the disadvantage of this method, from the point of view of its application for the manufacture of nuclear radiation detectors, is an unacceptably high level of leakage currents (up to 10 μA).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбранным в качестве способа-прототипа является способ герметизации края ПБ перехода на кремнии с помощью безаминовой эпоксидной смолы, в которую для улучшения электрических характеристик перехода добавлялся йод. [Дж. Дирнли, Д. Нортроп. Полупроводниковые счетчики ядерного излучения. // из-во «Мир», Москва, 1966 г., с. 173]. Рабочее напряжения таких детекторов достигало 1 кВ, что актуально для Si(Li) счетчиков. Недостатком данного способа являются высокие для сегодняшнего дня обратные токи (более 1 мкА/см2 при 100В). Ход В АХ имел вид зависимости от смещения пропорциональный V1/2, что обусловлено отсутствием оптимальных электрофизических характеристик поверхности кремния на краю перехода. Кроме того, для короткопробежных заряженных частиц нет необходимости использования толстых кремниевых пластин. Вполне достаточна толщина стандартная для микроэлектронной промышленности-менее 300 мкм. В этом случае применение эпоксидной смолы для герметизации края перехода может приводить к потере работоспособности детекторов при низкой температуре ввиду различия коэффициентов температурного расширения кремния и герметика.Closest to the proposed invention and selected as a prototype method is a method of sealing the edge of the PB transition on silicon using an amine-free epoxy resin, in which iodine was added to improve the electrical characteristics of the transition. [J. Dirnley, D. Northrop. Semiconductor counters of nuclear radiation. // from "Mir", Moscow, 1966, p. 173]. The operating voltage of such detectors reached 1 kV, which is important for Si (Li) counters. The disadvantage of this method is the high reverse currents for today (more than 1 μA / cm 2 at 100V). The variation in АХ had the form of a dependence on the displacement proportional to V 1/2 , which is due to the lack of optimal electrophysical characteristics of the silicon surface at the junction edge. In addition, for short-range charged particles, there is no need to use thick silicon wafers. The thickness standard for the microelectronic industry is quite sufficient - less than 300 microns. In this case, the use of epoxy resin to seal the edge of the junction can lead to the loss of performance of the detectors at low temperatures due to the difference in the coefficients of thermal expansion of silicon and sealant.
Задача изобретения и технический результат.The task of the invention and the technical result.
В основу изобретения положена задача разработки способа изготовления ПБ структуры, включая кремниевые ПБД, который за счет финишной химической обработки пластины (после химического травления под барьер) и изменения химического состава герметизирующего покрытия края перехода обеспечивает улучшение хода ВАХ, выраженное в уменьшении зависимости тока от обратного смещения, вплоть до снижения тока с увеличением напряжения (в случае структур площадью до 5-ти см кв., в которых вклад краевого тока преобладает над объемным) при обеспечении пониженного тока утечки при рабочем напряжении по сравнению с известными технологиями изготовления ПБД. Кроме того, в результате применения изобретения достигается устранение избыточных шумов ПБД и увеличения выхода годных детекторов в обоих вариантах защиты края перехода: до напыления выпрямляющего контакта, либо после.The invention is based on the task of developing a method for manufacturing PB structures, including silicon PBBs, which, due to the final chemical treatment of the wafer (after chemical etching under the barrier) and changes in the chemical composition of the sealing coating of the junction edge, provides an improvement in the I - V characteristic, expressed in a decrease in the dependence of the current on the reverse bias , up to a decrease in current with an increase in voltage (in the case of structures with an area of up to 5 cm2, in which the contribution of the edge current prevails over the bulk current) while providing a reduced leakage current at an operating voltage in comparison with known technologies for the manufacture of PBBs. In addition, as a result of the application of the invention, the elimination of excessive noises of the PBB and an increase in the yield of suitable detectors in both variants of protecting the edge of the junction: before the deposition of the rectifying contact, or after.
Сущность изобретения.The essence of the invention.
Указанный технический результат достигается способом изготовления поверхностно-барьерных детекторов на кремнии n-типа проводимости, который включает химическое травление кремниевой пластины, прогрев на воздухе после травления, защиту края перехода диэлектрическим покрытием, термическое напыления выпрямляющего контакта, при этом в предлагаемом способе в состав диэлектрического покрытия добавляют органическое соединение нуклеофильного типа, содержащее азот.The specified technical result is achieved by a method of manufacturing surface-barrier detectors based on n-type silicon, which includes chemical etching of a silicon wafer, heating in air after etching, protection of the junction edge with a dielectric coating, thermal spraying of a rectifying contact, while in the proposed method in the composition of a dielectric coating an organic compound of the nucleophilic type containing nitrogen is added.
В частных случаях реализации способа в качестве диэлектрического покрытия используют кремнийорганический компаунд типа КЭН-2, а качестве органического нуклеофильного соединения используют пиридин, взятые в объемном соотношении 20-25:1.In particular cases of implementation of the method, an organosilicon compound of the KEN-2 type is used as a dielectric coating, and pyridine is used as an organic nucleophilic compound, taken in a volume ratio of 20-25: 1.
В частных случаях реализации способа перед зашитой края перехода кремниевая пластина подвергается выдержке в парах пиридина при комнатной температуре в течение 10-15 минут.In particular cases of implementation of the method, before the sewn-up edge of the transition, the silicon wafer is exposed to exposure to pyridine vapor at room temperature for 10-15 minutes.
Способ изготовления кремниевых ПБД включает следующие технологические стадии:The method for manufacturing silicon PBBs includes the following technological stages:
- стандартная химическая полировка в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислоты в объемном соотношении 3:1,- standard chemical polishing in a mixture of concentrated nitric and hydrofluoric acid in a volume ratio of 3: 1,
- прогрев обработанной пластины на воздухе в термостате при температуре 325-350°С в течение 6-8 часов,- heating the treated plate in air in a thermostat at a temperature of 325-350 ° C for 6-8 hours,
- по первому варианту: предварительная выдержка образца в течение 10-15 минут в парах пиридина (в чашке Петри при комнатной температуре при испарении пиридина с поверхности площадью 1,5-2 см2), защита края перехода кремнийорганическим компаундом типа КЭН-2 с добавлением в него пиридина в объемном соотношении 20-25:1 (КЭН-2 и пиридин, соответственно), с последующим термическим напылением золотого выпрямляющего контакта с палладиевым подслоем.- according to the first option: preliminary exposure of the sample for 10-15 minutes in pyridine vapor (in a Petri dish at room temperature with the evaporation of pyridine from a surface of 1.5-2 cm2), protection of the junction edge with an organosilicon compound of the KEN-2 type with the addition of pyridine in a volumetric ratio of 20-25: 1 (KEN-2 and pyridine, respectively), followed by thermal sputtering of a gold rectifying contact with a palladium sublayer.
- по второму варианту - напыление выпрямляющего контакта с последующей аналогичной обработкой в парах пиридина и защитой края перехода компаундом того же состава.- according to the second option - sputtering of a rectifying contact, followed by a similar treatment in pyridine vapor and protection of the junction edge with a compound of the same composition.
Следует отметить, что в качестве органического соединения нуклеофильного типа, содержащего азот, может быть использован пиридин и другие нуклеофильные соединения с содержанием азота, например, триэтиламин.It should be noted that pyridine and other nucleophilic compounds with nitrogen content, for example, triethylamine, can be used as the organic compound of the nucleophilic type containing nitrogen.
На фиг. 1 приведены типичные ВАХ детекторов различной площади с защитой края перехода, выполненной перед напылением выпрямляющего контакта, с использованием пиридина (П) и без пиридина. Верхняя кривая-защита без пиридина (образец №3-14-18, 3см2), средняя кривая- защита без пиридина (образец №20-6-18, 20 см2), нижняя кривая- защита с пиридином (образец №20-4-18, 20 см2). На фиг. 2 приведен пример ВАХ, на которой на начальном участке наблюдается понижение обратных токов с увеличением обратного смещения с дальнейшем выходом на плато в диапазоне рабочих напряжений.FIG. Figure 1 shows typical I - V characteristics of detectors of different areas with protection of the junction edge, made before deposition of a rectifying contact, using pyridine (P) and without pyridine. The upper curve is protection without pyridine (sample No. 3-14-18, 3 cm 2 ), the middle curve is protection without pyridine (sample No. 20-6-18, 20 cm 2 ), the lower curve is protection with pyridine (sample No. 20- 4-18, 20 cm 2 ). FIG. 2 shows an example of a current-voltage characteristic, in which, at the initial section, a decrease in reverse currents is observed with an increase in reverse bias with a further plateau in the range of operating voltages.
Из сравнения этих характеристик следует, что использование предлагаемого способа приводит к более пологим ВАХ и уменьшением токов утечки при рабочем напряжении. Для детекторов площадью до 5 см2 (в этом диапазоне площадей вклад объемно-генерационного тока в ток утечки диода меньше вклада тока, обусловленного краевым эффектом) может наблюдаться уменьшение обратного тока с увеличением обратного смещения (фиг. 2).From a comparison of these characteristics, it follows that the use of the proposed method leads to a flatter current-voltage characteristic and a decrease in leakage currents at operating voltage. For detectors with an area of up to 5 cm 2 (in this range of areas, the contribution of the volume-generating current to the leakage current of the diode is less than the contribution of the current due to the edge effect), a decrease in the reverse current with an increase in the reverse bias can be observed (Fig. 2).
В табл. 1 для иллюстрации положительного действия паров пиридина на аномальные шумовые характеристики ПБД, в которых защита края перехода проводилась до напыления выпрямляющего контакта и без пиридина в составе герметизирующего покрытия, приведены величины обратных токов и шумов до обработки образцов парами пиридина и после выдержки детекторов на воздухе с наличием в нем паров пиридина. Следует отметить, что все эти образцы имели приемлемые токи утечки, но при этом показывали аномальную величину шумов, вплоть до пробоя.Table 1 to illustrate the positive effect of pyridine vapor on the abnormal noise characteristics of PBBs, in which the junction edge was protected before the deposition of the rectifying contact and without pyridine in the composition of the sealing coating, the values of reverse currents and noise are given before the samples are treated with pyridine vapor and after exposure of the detectors in air with the presence it contains pyridine vapor. It should be noted that all of these samples had acceptable leakage currents, but at the same time showed anomalous magnitude of noise, up to breakdown.
После выдержки этих образцов с аномальными шумами в парах пиридина, обычно в течение нескольких минут, причем время выдержки контролировалось до момента минимизации токовых шумов (по ширине шумовой дорожки осциллографа, подключенного на выходе стандартного спектрометрического тракта, используемого для работы с кремниевыми ПБД, в котором альфа частица с энергией 5,5 МэВ генерировала на выходе тракта сигнал амплитудой около 8В), происходило устранение избыточных шумов и восстановление работоспособности детекторов. Данный эффект носит относительно кратковременный характер (не более месяца при хранении образцов в комнатных условиях в темноте), но он подтверждает положительное воздействие паров пиридина на избыточные шумы детекторов, выполненные по первому варианту. Поэтому для достижения долговременного эффекта положительного воздействия пиридина на токовые и шумовые характеристики детекторов и, соответственно, на основную спектрометрическую характеристику-энергетическое разрешение, предлагается включить пиридин в состав герметизирующего покрытия края перехода.After holding these samples with abnormal noises in pyridine vapor, usually for several minutes, the holding time was monitored until the current noise was minimized (along the width of the noise path of an oscilloscope connected to the output of a standard spectrometric path used for working with silicon PBBs, in which alpha a particle with an energy of 5.5 MeV generated a signal with an amplitude of about 8 V at the output of the channel), excess noise was eliminated and the detectors were restored to work. This effect is relatively short-term (no more than a month when the samples are stored under room conditions in the dark), but it confirms the positive effect of pyridine vapors on the excess noise of the detectors made according to the first option. Therefore, in order to achieve a long-term effect of the positive effect of pyridine on the current and noise characteristics of detectors and, accordingly, on the main spectrometric characteristic - energy resolution, it is proposed to include pyridine in the composition of the sealing coating of the junction edge.
Наиболее показателен результат воздействия пиридина на характеристики ПБД (токовые и шумовые), в которых защита края перехода проводилась после напыления выпрямляющего контакта, так как в этом случае нам известны параметры ПБД до защиты края перехода, которые можно сравнить с полученными характеристиками уже после защиты края перехода как с пиридином по предлагаемому способу, так и без него. В последнем случае характеристики детекторов практически не изменяются и защита выполняет только роль герметизации детекторов от воздействия внешней среды.The most indicative is the effect of pyridine on the PBB characteristics (current and noise), in which the junction edge was protected after the rectifying contact was sprayed, since in this case we know the PBB parameters before the junction edge protection, which can be compared with the characteristics obtained after the junction edge was protected. both with pyridine according to the proposed method and without it. In the latter case, the characteristics of the detectors practically do not change and the protection plays only the role of sealing the detectors from the external environment.
На фиг. 3 приведены ВАХ детектора площадью 12 см2 (образец №12-02-18) до защиты и после зашиты края перехода компаундом КЭН-2 с добавлением пиридина по предлагаемому способу. На фиг. 4 показан аналогичный результат положительного действия пиридина, при его добавлении в состав компаунда для защиты края перехода, на токовые характеристики детектора площадью 2 см2. Влияние пиридина особенно показательно для детекторов с аномальными ВАХ (фиг. 3) наблюдаемых после напыления выпрямляющего контакта.FIG. 3 shows the I - V characteristic of a detector with an area of 12 cm 2 (sample No. 12-02-18) before protection and after protection of the junction edge with a KEN-2 compound with the addition of pyridine according to the proposed method. FIG. 4 shows a similar result of the positive action of pyridine, when added to the compound to protect the junction edge, on the current characteristics of a detector with an area of 2 cm 2 . The effect of pyridine is especially indicative for detectors with abnormal I – V characteristics (Fig. 3) observed after deposition of the rectifying contact.
Улучшенные характеристики детекторов (токовые и шумовые) остаются стабильными в течение более 1,5 лет, при хранении в комнатных условиях (в темноте) и при периодической работе в форвакууме.The improved characteristics of the detectors (current and noise) remain stable for more than 1.5 years, when stored in room conditions (in the dark) and during periodic operation in a forevacuum.
В качестве исходного материала использовался кремний n-типа проводимости, бездислокационный, с уд. сопротивлением 0,5-2 кОм.см и временем жизни неосновных носителей не менее 200 мкс.As a starting material, we used n-type silicon, dislocation-free, with beats. resistance 0.5-2 kOhm.cm and lifetime of minority carriers not less than 200 μs.
Следует отметить, что кроме пиридина могут быть использованы и другие нуклеофильные соединения с содержанием азота, например, триэтиламин.It should be noted that, in addition to pyridine, other nucleophilic compounds with a nitrogen content can also be used, for example, triethylamine.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127377A RU2726994C1 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127377A RU2726994C1 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2726994C1 true RU2726994C1 (en) | 2020-07-17 |
Family
ID=71616387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019127377A RU2726994C1 (en) | 2019-08-29 | 2019-08-29 | Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2726994C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776345C1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-07-19 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" (АО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина") | Method for manufacturing surface-barrier detectors based on n-type conductivity silicon |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1664083C (en) * | 1988-09-23 | 1995-01-27 | Производственное объединение "Изотоп" | Compound for protection of surfaces of p-n junctions of silicon high-voltage columns |
| SU1708097A1 (en) * | 1989-12-26 | 1996-12-27 | Научно-исследовательский институт электронных материалов | Composition for protecting p-n junctions of high-voltage semiconductor device |
| RU2550374C1 (en) * | 2014-02-21 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Оптрон" | Silicone diode with schottky barrier junction and method of its manufacturing |
-
2019
- 2019-08-29 RU RU2019127377A patent/RU2726994C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1664083C (en) * | 1988-09-23 | 1995-01-27 | Производственное объединение "Изотоп" | Compound for protection of surfaces of p-n junctions of silicon high-voltage columns |
| SU1708097A1 (en) * | 1989-12-26 | 1996-12-27 | Научно-исследовательский институт электронных материалов | Composition for protecting p-n junctions of high-voltage semiconductor device |
| RU2550374C1 (en) * | 2014-02-21 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Оптрон" | Silicone diode with schottky barrier junction and method of its manufacturing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Дж. Дирнли, Д. Нортроп. Полупроводниковые счетчики ядерного излучения. Издательство "Мир", Москва, 1966 г., стр.173. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776345C1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-07-19 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" (АО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина") | Method for manufacturing surface-barrier detectors based on n-type conductivity silicon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060099782A1 (en) | Method for forming an interface between germanium and other materials | |
| Nava et al. | Minimum ionizing and alpha particles detectors based on epitaxial semiconductor silicon carbide | |
| Nemirovsky et al. | Interface of p‐type Hg1− x Cd x Te passivated with native sulfides | |
| Moscatelli et al. | Radiation hardness after very high neutron irradiation of minimum ionizing particle detectors based on 4H-SiC p/sup+/n junctions | |
| US6524966B1 (en) | Surface treatment and protection method for cadmium zinc telluride crystals | |
| CN109116209A (en) | A kind of test method of silica-interface state density and capture interface | |
| Sheridan et al. | The effects of high-dose gamma irradiation on high-voltage 4H-SiC Schottky diodes and the SiC-SiO/sub 2/interface | |
| Hattori et al. | The electrical characteristics of degenerate InP Schottky diodes with an interfacial layer | |
| Aboelfotoh | Electrical characteristics of Ti/Si (100) interfaces | |
| RU2726994C1 (en) | Method of producing surface-barrier detectors on silicon of n-type conductivity | |
| Pascu et al. | A reliable technology for advanced SiC-MOS devices based on fabrication of high quality silicon oxide layers by converting a-Si | |
| Evwaraye et al. | Shallow levels in n‐type 6H‐silicon carbide as determined by admittance spectroscopy | |
| Collins et al. | Electronic properties of deep levels in p‐type CdTe | |
| CN109085486B (en) | Method for testing state density and capture cross section of semiconductor-insulator interface | |
| Nemirovsky et al. | The interface of plasma‐anodized Hg1− x Cd x Te | |
| Lin et al. | Electrical properties of the stacked ZnS/photo-enhanced native oxide passivation for long wavelength HgCdTe photodiodes | |
| RU2776345C1 (en) | Method for manufacturing surface-barrier detectors based on n-type conductivity silicon | |
| Karadavut et al. | Effect of Enhanced Hole Transport on the Performance of Ni/Y 2 O 3/n-4H-SiC Epilayer Radiation Detectors | |
| Kopas et al. | Characterization of the chemical and electrical properties of defects at the niobium-silicon interface | |
| US3463681A (en) | Coated mesa transistor structures for improved voltage characteristics | |
| Misra et al. | A study of reactive ion etching (CF 4+ O 2 Plasma) induced deep levels in silicon | |
| Pinto et al. | Annealing of Si damage caused by reactive ion etching in SF6 gas mixtures | |
| RU208280U1 (en) | Semiconductor protective coating | |
| RU2378738C1 (en) | Method of making short-range particle detector | |
| JPH07283284A (en) | Method for evaluating metal-oxide film-semiconductor device,namely,mos device and schottky device by measuring photoelectron spectrum when bias voltage is applied thereto |