RU2782989C1 - Method for forming a hybrid dielectric coating on the surface of indium antimonide orientation (100) - Google Patents
Method for forming a hybrid dielectric coating on the surface of indium antimonide orientation (100) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782989C1 RU2782989C1 RU2022100664A RU2022100664A RU2782989C1 RU 2782989 C1 RU2782989 C1 RU 2782989C1 RU 2022100664 A RU2022100664 A RU 2022100664A RU 2022100664 A RU2022100664 A RU 2022100664A RU 2782989 C1 RU2782989 C1 RU 2782989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insb
- anodic oxide
- sio
- forming
- orientation
- Prior art date
Links
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N Indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000010407 anodic oxide Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 8
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N Sodium sulfide Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N iso-propanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 210000001956 EPC Anatomy 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M buffer Substances [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 1
- 238000006277 sulfonation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к области формирования диэлектрических покрытий на поверхности антимонида индия (InSb) ориентации (100) n-типа проводимости, и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов.The invention relates to the field of materials science, in particular to the field of formation of dielectric coatings on the surface of indium antimonide (InSb) orientation (100) n-type conductivity, and can be used in the manufacture of semiconductor devices.
Целью данного изобретения является получение гибридного диэлектрического покрытия (структуры InSb/анодный окисел/SiO2) с заданными параметрами:The purpose of this invention is to obtain a hybrid dielectric coating (structure InSb/anodic oxide/SiO 2 ) with the given parameters:
- конформное и равномерное покрытие (отклонение по толщине не более 5%) диэлектрическим слоем без разрывов;- conformal and uniform coating (deviation in thickness no more than 5%) with a dielectric layer without breaks;
- обеспечение высокой механической и химической защиты поверхности полупроводникового материала на основе элементов А3Б5;- providing high mechanical and chemical protection of the surface of the semiconductor material based on elements A 3 B 5 ;
- величина фиксированного заряда в диэлектрическом слое должна быть менее 1012 см-2;- the value of the fixed charge in the dielectric layer must be less than 10 12 cm -2 ;
- величина плотности поверхностных состояний на границе полупроводник-диэлектрик должна быть менее 1012 эВ-1 см-2;- the value of the density of surface states at the semiconductor-dielectric interface must be less than 10 12 eV -1 cm -2 ;
- обеспечение значения среднеарифметической шероховатости поверхности верхнего диэлектрического слоя, Ra, менее 3 нм.- ensuring the value of the arithmetic mean surface roughness of the upper dielectric layer, Ra, less than 3 nm.
При создании матриц фоточувствительных элементов с помощью формирования элементов меза-структуры значительная часть p-n-перехода находится на поверхности и нуждается в пассивации. В объеме материала все ковалентные связи скомпенсированы, но на поверхности кристаллическая структура резко обрывается, формируя «оборванные» связи, которые создают дополнительные уровни внутри запрещенной зоны.When creating matrices of photosensitive elements by forming elements of the mesa structure, a significant part of the p-n junction is on the surface and needs to be passivated. In the bulk of the material, all covalent bonds are compensated, but on the surface, the crystal structure breaks off abruptly, forming “dangling” bonds that create additional levels within the band gap.
Для насыщения оборванных связей на поверхности материалов А3В5 широко применяется сульфидирование поверхности. Применение сульфидирования в качестве самостоятельной пассивации ФЧЭ на основе InSb имеет ряд ограничений, а именно, без дополнительной защиты происходит быстрая деградация защитных свойств.To saturate broken bonds on the surface of A 3 B 5 materials, surface sulfiding is widely used. The use of sulfidation as an independent passivation of PSE based on InSb has a number of limitations, namely, without additional protection, the protective properties rapidly degrade.
Одним из способов пассивации поверхности ФЧЭ на основе InSb является анодное оксидирование, которое в совокупности с предварительным сульфидированием поверхности позволяет значительно уменьшить величину гистерезиса, снизить плотность состояний на границе раздела. Однако анодный окисел имеет невысокую химическую и механическую стойкость и для его защиты часто применяют дополнительный защитный слой диэлектрика, тем самым формируя гибридное диэлектрическое покрытие на электрофизические характеристики которого оказывают как параметры каждого слоя в отдельности, так и взаимное влияние слоев друг на друга.One of the ways to passivate the PSE surface based on InSb is anodic oxidation, which, in combination with preliminary sulfiding of the surface, can significantly reduce the hysteresis value and reduce the density of states at the interface. However, anodic oxide has a low chemical and mechanical resistance, and an additional protective dielectric layer is often used to protect it, thereby forming a hybrid dielectric coating, the electrical characteristics of which are influenced both by the parameters of each layer separately and by the mutual influence of the layers on each other.
В работе [Пассивация фоточувствительных элементов InSb (100) анодным окислением в растворе сульфида натрия с предварительным сульфидированием поверхности, А.Е. Мирофянченко, Е.В. Мирофянченко, Н.А. Лаврентьев, В.С. Попов, Прикладная физика. 2020. №3. С. 33] был разработан способ формирования анодного оксидированного слоя на InSb (100) с предварительным сульфидированием с высокими характеристиками. Для возможности применения изложенного в статье способа пассивации поверхности с целью изготовления фотодиодных матричных чувствительных элементов необходимо было разработать гибридное диэлектрическое покрытие, обладающее защитными свойствами и заданными электрофизическими характеристиками.In [Passivation of photosensitive elements InSb (100) by anodic oxidation in a solution of sodium sulfide with preliminary sulfiding of the surface, A.E. Mirofyanchenko, E.V. Mirofyanchenko, N.A. Lavrentiev, V.S. Popov, Applied Physics. 2020.
Изобретение позволяет получать структуру InSb/анодный окисел/SiO2 с заданными параметрами: конформное и равномерное покрытие с высокой механической и химической защитой поверхности полупроводникового материала, никой шероховатостью поверхности и величиной фиксированного заряда в диэлектрическом слое менее 1012 см-2.EFFECT: invention makes it possible to obtain an InSb/anodic oxide/SiO 2 structure with specified parameters: a conformal and uniform coating with high mechanical and chemical protection of the semiconductor material surface, no surface roughness, and a fixed charge in the dielectric layer less than 10 12 cm -2 .
Известен способ [пат. США №5086328, НКИ 357/30, 1992 г.] формирования структуры анодный окисел/полупроводниковая подложка InSb: В качестве электролита используют раствор КОН, анодирование проводят при засветке лампой накаливания. Полученный данным способом анодный окисел обладает низкими защитными свойствами и достаточно большим значением величины встроенного заряда положительного знака (порядка 1012 см-2).The known method [US Pat. US No. 5086328, NCI 357/30, 1992] the formation of the structure of the anodic oxide/semiconductor substrate InSb: As an electrolyte, a KOH solution is used, anodization is carried out under illumination with an incandescent lamp. Obtained by this method, the anodic oxide has low protective properties and a sufficiently large value of the value of the built-in charge of a positive sign (of the order of 10 12 cm -2 ).
Известны способы формирования структуры анодный окисел/полупроводниковая подложка InSb [Growth and characterization of thin anodic oxide films on n-InSb (100) formed in aqueous solutions L. Santinacci et al. / Corrosion Science 46 (2004) 2067-2079], где в качестве электролитов для формирования анодного окисла использовались различные составы: фосфатный буфер (0.3 М NH4H2PO4), боратный буфер рН 
Известен способ формирования структуры SiO2/подложка InSb [Studies of SiOx anodic native oxide interfaces on InSb Z. Calahorra, J. Bregman, and Y. Shapira]. Осаждение SiO2 термическим способом способствует тому, что в процессе напыления образовывается термическая пленка из собственных окислов Sb и In, обладающая слабыми диэлектрическими свойствами, поэтому напыление диэлектрического слоя SiO2 возможно производить только на предварительно сформированный слой анодного окисла. Таким образом, для создания структуры, обладающей необходимыми диэлектрическими и механическими свойствами, требуется использовать анодный окисел в паре с защитным диэлектрическим покрытием.A known method of forming the structure of SiO 2 /InSb substrate [Studies of SiO x anodic native oxide interfaces on InSb Z. Calahorra, J. Bregman, and Y. Shapira]. Thermal deposition of SiO2 contributes to the fact that during the deposition process a thermal film is formed from native oxides of Sb and In, which has weak dielectric properties, therefore, deposition of the SiO 2 dielectric layer can only be carried out on a preformed layer of anodic oxide. Thus, to create a structure with the required dielectric and mechanical properties, it is required to use an anodic oxide paired with a protective dielectric coating.
Известен способ формирования структуры пассивирующий диэлектрик/анодный окисел/полупроводниковая подложка InSb. [Surface passivation of backside-illuminated InSb FPAs P. Wei, K. Zheng, L. Wang, D. Geng, X. Su, Infrared Technology and Applications, and Robot Sensing and Advanced Control, Vol. 10157, 1015716]. Анодное окисление проводят в электролите AGW (кислота - гликоль - вода) при постоянном напряжении (13 В). На анодный окисел наносят диэлектрический слой нитрида кремния SiNx толщиной 400 нм. В данном способе использовали подложки InSb ориентации (111). Плотность состояний при этом составляет порядка 3,52×1013 см-2.A known method of forming the structure of the passivating dielectric/anodic oxide/semiconductor substrate InSb. [Surface passivation of backside-illuminated InSb FPAs P. Wei, K. Zheng, L. Wang, D. Geng, X. Su, Infrared Technology and Applications, and Robot Sensing and Advanced Control, Vol. 10157, 1015716]. Anodic oxidation is carried out in an AGW electrolyte (acid - glycol - water) at a constant voltage (13 V). A dielectric layer of silicon nitride SiN x 400 nm thick is applied to the anodic oxide. In this method, InSb (111) orientation substrates were used. The density of states in this case is about 3.52×10 13 cm -2 .
Известен способ формирования структуры пассивирующий диэлектрик/анодный окисел/полупроводниковая подложка InSb. Анодное окисление проводят в электролите на основе изопропилового спирта с сернистым натрием (Na2S) в качестве электропроводной добавки в гальваностатическом или вольтстатическом режимах [пат. РФ 1589963, МПК 6 H01L 31/18, 1996 г.], Использование данного электролита позволяет повысить значения пробивных напряжений, однако полученный анодный окисел имеет недостаточную термическую стойкость для использования в приборах.A known method of forming the structure of the passivating dielectric/anodic oxide/semiconductor substrate InSb. Anodic oxidation is carried out in an electrolyte based on isopropyl alcohol with sodium sulfide (Na 2 S) as a conductive additive in galvanostatic or voltstatic modes [U.S. Pat. RF 1589963, IPC 6 H01L 31/18, 1996], the use of this electrolyte allows you to increase the breakdown voltage, but the resulting anodic oxide has insufficient thermal stability for use in devices.
В качестве прототипа использован способ формирования анодного окисла с предварительным сульфидированием [Пассивация фоточувствительных элементов InSb (100) анодным окислением в растворе сульфида натрия с предварительным сульфидированием поверхности, А.Е. Мирофянченко, Е.В. Мирофянченко, Н.А. Лаврентьев, В.С. Попов, Прикладная физика. 2020. №3. С. 33].As a prototype, the method of forming an anodic oxide with preliminary sulfiding [Passivation of photosensitive elements InSb (100) by anodic oxidation in a solution of sodium sulfide with preliminary sulfiding of the surface, A.E. Mirofyanchenko, E.V. Mirofyanchenko, N.A. Lavrentiev, V.S. Popov, Applied Physics. 2020.
В результате пассивации фоточувствительных элементов InSb (100) в растворе на основе Na2S в этиленгликоле с помощью анодного окисления в двухстадийном режиме с предварительным сульфидированием поверхности удалось получить диэлектрическое покрытие высокого качества с низкой плотностью быстрых и медленных состояний и в два раза уменьшить величину гистерезиса в сравнении со структурами, полученными без предварительной обработки.As a result of the passivation of InSb (100) photosensitive elements in a solution based on Na 2 S in ethylene glycol using anodic oxidation in a two-stage mode with preliminary sulfiding of the surface, it was possible to obtain a high-quality dielectric coating with a low density of fast and slow states and to reduce the hysteresis value in two times. compared with structures obtained without pretreatment.
Рассчитанные значения Dit и NF составили 2×1011 см-2 эВ-1 и 9,2×1010 см-2, соответственно.The calculated values of D it and N F were 2×10 11 cm -2 eV -1 and 9.2×10 10 cm -2 , respectively.
Недостатком данного способа формирования структуры является невысокая механическая и химическая стабильность. Отсутствие защитного диэлектрического слоя приводит к появлению разного рода физико-химических процессам на поверхности анодного оксидированного слоя, приводящих к деградации ЭФХ параметрам МДП-структур на их основе.The disadvantage of this method of forming the structure is the low mechanical and chemical stability. The absence of a protective dielectric layer leads to the appearance of various kinds of physical and chemical processes on the surface of the anodic oxidized layer, leading to degradation of the EPC to the parameters of MIS structures based on them.
Оптимальные электрофизические параметры для данных структур могут быть получены только в случае использования дополнительного закрытия качественным диэлектриком, обладающего высокой конформностью и подходящим для пассивации меза-структур ФЧЭ. Основными критериями при выборе дополнительного защитного диэлектрического покрытия являются применимость в серийном производстве, малая величина фиксированного заряда и низкая шероховатость формируемых пленок.Optimal electrophysical parameters for these structures can be obtained only in the case of using an additional closure with a high-quality dielectric, which has a high conformality and is suitable for the passivation of PSE mesa structures. The main criteria for choosing an additional protective dielectric coating are applicability in mass production, a small fixed charge, and low roughness of the formed films.
Методы резистивного напыления и химического осаждения из газовой фазы (CVD) одни из наиболее хорошо зарекомендовавших себя для формирования тонких диэлектрических пленок SiOx, SiO2, SiNx, ZnS на InSb. Метод резистивного напыления обладает наименьшим энергетическим воздействием на поверхность, а важным преимуществом CVD-методов является конформное осаждение на сложные профили, что особенно важно при пассивации меза-структур. Усиленный плазмой (РЕ) CVD-процесс позволяет значительно понизить температуру поверхности образца при осаждении.Methods of resistive sputtering and chemical vapor deposition (CVD) are among the most well-established for the formation of thin dielectric films of SiO x , SiO 2 , SiN x , ZnS on InSb. The resistive deposition method has the lowest energy impact on the surface, and an important advantage of CVD methods is conformal deposition on complex profiles, which is especially important when mesa structures are passivated. The plasma-enhanced (PE) CVD process can significantly lower the sample surface temperature during deposition.
Задачей изобретения является создание структуры SiO2/анодный окисел/ подложка InSb, обладающей высокой степенью механической и химической защиты, невысоким значениеми шероховатости поверхности (Ra 3 нм) и величины фиксированного заряда NF 1×1012 см-2.The objective of the invention is to create a structure SiO 2 /anodic oxide/ InSb substrate, with a high degree of mechanical and chemical protection, low surface roughness (Ra 3 nm) and the value of the fixed charge N F 1×10 12 cm -2 .
Задача решается за счет того, что в структуру подложка InSb/анодный окисел (с предварительным сульфидированием в растворе) добавлен дополнительный слой SiO2, сформированный химическим методом осаждения из паровой фазы с ассистированием плазмой (PECVD), при следующих параметрах, показанных в таблице:The problem is solved by adding an additional layer of SiO 2 formed by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) to the structure of the InSb substrate/anodic oxide (with preliminary sulfiding in solution), with the following parameters shown in the table:
Сущность изобретения поясним с помощью практического исследования электрофизических параметров полученной структуры с заявляемым дополнительным слоем SiO2. Все исследования проводились на нелегированных пластинах InSb (100) n-типа с концентрацией носителей заряда ~5×1014 см-3. После подготовки поверхности пластин с применением химико-механического и химико-динамического полирования проводился процесс анодирования в ГС режиме растворе на основе Na2S в этиленгликоле с предварительным сульфидированием. После образцы промывались в деионизованной воде в течение 5 мин и высушивались чистым газообразным азотом. Затем образцы помещались в установку для нанесения слоя SiO2.The essence of the invention will be explained with the help of a practical study of the electrical parameters of the resulting structure with the claimed additional layer of SiO 2 . All studies were carried out on undoped n-type InSb (100) wafers with a charge carrier concentration of ~5×10 14 cm -3 . After preparing the surface of the plates using chemical-mechanical and chemical-dynamic polishing, anodizing was carried out in the GS mode with a solution based on Na 2 S in ethylene glycol with preliminary sulfiding. The samples were then washed in deionized water for 5 min and dried with pure nitrogen gas. Then the samples were placed in the installation for applying a layer of SiO 2 .
Оценку качества формируемой границы раздела полупроводник - диэлектрик проводили с помощью метода C-V характеристик, для которого изготавливались МДП-структуры с помощью напыления на структуру SiO2/анодный окисел/InSb металлических In контактов диаметром 0,9 мм через металлическую маску. Измерения C-V характеристик проводились на Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer, соединенным с зондовой установкой при температуре жидкого азота без засветки. Общий контакт создавался с помощью вольфрамового зонда. Измерения проводились в темноте на частоте 1 MHz со скоростью развертки 0,1 В/с.The quality of the formed semiconductor-dielectric interface was assessed using the CV characteristics method, for which MIS structures were fabricated by sputtering metal In contacts 0.9 mm in diameter onto the SiO 2 /anodic oxide/InSb structure through a metal mask. Measurements of CV characteristics were carried out on a Keithley 4200A-SCS Parameter Analyzer connected to a probe setup at liquid nitrogen temperature without illumination. The common contact was created using a tungsten probe. The measurements were carried out in the dark at a frequency of 1 MHz with a sweep rate of 0.1 V/s.
Наименьшая величина фиксированного заряда и плотность состояний на границе раздела достигнута при температуре осаждения в 100°С, при этом вплоть до 150°С происходит небольшое увеличение значений данных параметров (фиг. 1). Шероховатость поверхности, напротив, уменьшалась с ростом температуры осаждения.The lowest value of the fixed charge and the density of states at the interface was achieved at a deposition temperature of 100°C, while up to 150°C there is a slight increase in the values of these parameters (Fig. 1). The surface roughness, on the contrary, decreased with increasing deposition temperature.
С точки зрения шероховатости поверхности и плотности состояний на границе раздела оптимальной температурой осаждения защитных диэлектрических пленок SiO2 методом PECVD на анодные оксидные пленки в электролите на основе Na2S в этиленгликоле с предварительным сульдированием поверхности InSb (100) является диапазон 135-150°С.From the point of view of surface roughness and density of states at the interface, the optimum temperature for deposition of protective dielectric SiO 2 films by the PECVD method on anodic oxide films in an electrolyte based on Na 2 S in ethylene glycol with preliminary sulfonation of the InSb (100) surface is the range of 135–150°C.
Ключевой особенностью данной структуры с оптимизированным слоем SiO2 является оптимальное соотношение величины встроенного заряда (1012 см-2), величиной фиксированного заряда в диэлектрическом слое (менее 1012 см-2) и шероховатости подложки (3 нм), конформное и равномерное покрытие (диэлектрическим слоем без разрывов (отклонение по толщине не более 5%), обеспечение высокой механической и химической защиты поверхности полупроводникового материала на основе элементов А3Б5, что является необходимым условием для уменьшения дефектных элементов матрицы и повышения долговременной стабильности.The key feature of this structure with an optimized SiO 2 layer is the optimal ratio of the built-in charge (10 12 cm -2 ), the fixed charge in the dielectric layer (less than 10 12 cm -2 ) and the substrate roughness (3 nm), conformal and uniform coating ( dielectric layer without breaks (deviation in thickness no more than 5%), providing high mechanical and chemical protection of the surface of the semiconductor material based on A 3 B 5 elements, which is a necessary condition for reducing defective matrix elements and increasing long-term stability.
При этом пассивация меза-структуры методом PECVD, сформированной на разработанном травителе на основе фосфорной кислоты, лимонной кислоты и перекиси водорода и воды позволила обеспечить 100% покрытие меза-элементов диэлектриком, что показано на фиг. 2.At the same time, the passivation of the mesa structure by the PECVD method, formed on the developed etchant based on phosphoric acid, citric acid, and hydrogen peroxide and water, made it possible to provide 100% coverage of the mesa elements with a dielectric, which is shown in Fig. 2.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782989C1 true RU2782989C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2628449C1 (en) * | 2016-11-02 | 2017-08-16 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method of manufacturing multi-element ir photodetector |
| TW201933593A (en) * | 2017-11-21 | 2019-08-16 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | Image sensor device, method for forming the same, and image sensor system |
| CN112802961A (en) * | 2021-01-25 | 2021-05-14 | 苏州矩阵光电有限公司 | Method for preparing InSb functional layer |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2628449C1 (en) * | 2016-11-02 | 2017-08-16 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method of manufacturing multi-element ir photodetector |
| TW201933593A (en) * | 2017-11-21 | 2019-08-16 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | Image sensor device, method for forming the same, and image sensor system |
| CN112802961A (en) * | 2021-01-25 | 2021-05-14 | 苏州矩阵光电有限公司 | Method for preparing InSb functional layer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nemirovsky et al. | Passivation of mercury cadmium telluride surfaces | |
| US9537030B2 (en) | Method of fabricating a solar cell with a tunnel dielectric layer | |
| Schmuki et al. | In situ characterization of anodic silicon oxide films by AC impedance measurements | |
| Afanas’ ev et al. | Energy band alignment at the (100) Ge/HfO 2 interface | |
| CN100530700C (en) | Solar cell and process for producing same | |
| Nemirovsky et al. | Interface of p‐type Hg1− x Cd x Te passivated with native sulfides | |
| CN107026218B (en) | The method for manufacturing solar battery | |
| KR101654691B1 (en) | A method for cleaning the surface of a silicon substrate | |
| JP5124189B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion element | |
| Xu et al. | Dry passivation process for silicon heterojunction solar cells using hydrogen plasma treatment followed by in situ a-Si: H deposition | |
| Bonilla et al. | Effective Antireflection and Surface Passivation of Silicon Using a SiO2/aT iOx Film Stack | |
| Duttagupta et al. | Dielectric Charge Tailoring in PECVD SiO ${} _x $/SiN ${} _x $ Stacks and Application at the Rear of Al Local Back Surface Field Si Wafer Solar Cells | |
| RU2782989C1 (en) | Method for forming a hybrid dielectric coating on the surface of indium antimonide orientation (100) | |
| Silva et al. | The surface texturing of monocrystalline silicon with NH4OH and ion implantation for applications in solar cells compatible with CMOS technology | |
| CN104143590A (en) | Simple and fast silicon surface passivation method | |
| O’Sullivan et al. | Process-Induced Degradation of SiO $ _ {\bf 2} $ and a-Si: H Passivation Layers for Photovoltaic Applications | |
| Lancellotti et al. | Work function determination of transparent contact for a: Si/c-Si heterojunction solar cells | |
| RU2792707C1 (en) | Method for manufacturing a matrix photodetector | |
| CN108573857B (en) | High-reliability GPP chip preparation method | |
| Cho et al. | Effects of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) on the carrier lifetime of Al 2 O 3 passivation stack | |
| Suhail et al. | Effective chemical treatment for high efficiency graphene/si schottky junction solar cells with a graphene back-contact structure | |
| Garcia-Hernansanz et al. | Deposition of Intrinsic a-Si: H by ECR-CVD to Passivate the Crystalline Silicon Heterointerface in HIT Solar Cells | |
| Takakura et al. | Effect of plasma pretreatment on fixed charge at the silicon nitride/silicon interface | |
| Mouri et al. | Bulk lifetime study of p-type Czochralski silicon with different processing history using quinhydrone-methanol surface passivation | |
| Guerrero-Lemus et al. | Lifetime measurements of stain etched and passivated porous silicon |