UA149983U

UA149983U - METHOD OF MANUFACTURE OF PHOTODIODES ON INDIA ANTIMONID

Info

Publication number: UA149983U
Application number: UAU202103365U
Authority: UA
Inventors: Сергій Васильович Сапон; Олександр Анатолійович Кульбачинський; Олександр Володимирович Дубіковський; Віктор Васильович Федулов; Олександр Георгійович Пантелеєв
Original assignee: Інститут Фізики Напівпровідників Ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії Наук України
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2021-12-22

Abstract

Спосіб виготовлення фотодіодів на платівках антимоніду індію n-типу провідності з концентрацією легуючих атомів телуру 1013-3-1015 см-3 включає формування локального р-n переходу, шляхом травлення методами фотолітографії до витравлювання локальних областей до вихідного п-типу провідності та імплантації іонів із захищеними фоторезистивною маскою областями, легування антимоніду індію іонами сірки до концентрації 1017-1019 см-3 на глибину 0,2-0,5 мкм для забезпечення n+-типу провідності, легування іонами берилію для формування шару р-типу провідності самосуміщеного з шаром n+-типу провідності, відпал структури, нанесення пасивуючої, діелектричної плівки та формування металічної розводку активних областей. Спочатку у всю поверхню антимоніду індію імплантують іони сірки на глибину 0,2-0,5 мкм для створення шару n+-типу провідності, а легування іонами берилію для формування р-n переходу здійснюють на глибину 1,5 мкм після нанесення маски та витравлювання локальних областей до вихідного шару n-типу провідності.A method of manufacturing photodiodes on indium antimonide plates of n-type conductivity with a concentration of alloying tellurium atoms of 1013-3-1015 cm-3 includes the formation of a local pn junction by etching by photolithography to etching local areas to the original p-type conductivity and implantation of ions from protected photoresist mask areas, doping of indium antimonide with sulfur ions to a concentration of 1017-1019 cm-3 to a depth of 0.2-0.5 μm to provide n + -type conductivity, doping with beryllium ions to form a layer of p-type conductivity self-aligned with the layer n + - type of conductivity, annealing of the structure, application of passivating, dielectric film and the formation of metal wiring of active areas. First, sulfur ions are implanted in the entire surface of indium antimonide to a depth of 0.2-0.5 μm to create a layer of n + -type conductivity, and doping with beryllium ions to form a pn junction is carried out to a depth of 1.5 μm after masking and etching local areas to the source layer of n-type conductivity.

Description

Корисна модель належить до галузі створення приладів електронної техніки і може використовуватись у виготовленні напівпровідникових приймачів інфрачервоного випромінювання одно- та багатоелементних, зокрема лінійних і матричних. Винахід забезпечує спрощення технології виготовлення та збільшення відсотку виходу придатних фотодіодів.The useful model belongs to the field of electronic equipment creation and can be used in the manufacture of single- and multi-element, particularly linear and matrix, semiconductor receivers of infrared radiation. The invention provides a simplification of the manufacturing technology and an increase in the yield percentage of suitable photodiodes.

Відомі способи виготовлення фотодіодів на основі антимоніду індію які включають підготовку поверхні вихідної пластини антимоніду індію, формування локального р-п переходу на підкладці антимоніду індію імплантацією іонів берилію з наступним відпалом, анодне окиснення для формування захисної діелектричної плівки, нанесення пасивуючого діелектрика та формування контактної системи (див. пат. КО 1589963, МПК НОТІ. 31/18, опублікований 1996 р.). Однак недоліком цього способу є погана адгезія пасивуючого шару.There are known methods of manufacturing photodiodes based on indium antimonide, which include preparation of the surface of the indium antimonide source plate, formation of a local p-p transition on the indium antimonide substrate by implantation of beryllium ions followed by annealing, anodic oxidation to form a protective dielectric film, application of a passivating dielectric, and formation of a contact system ( see patent KO 1589963, IPC NOTI. 31/18, published in 1996). However, the disadvantage of this method is poor adhesion of the passivating layer.

Найближчий аналог є спосіб виготовлення фотодіодів на основі кристалів антимоніду індію (див. пат. ОА 115174 О МПК НОТІ. 31/18, НОТІ. 21/265, опублікований 2016 р.), який полягає в тому, що в поверхню антимоніду індію 1-го типу провідності з концентрацією легуючих атомів не більше 3-10!5 см імплантують іони 2-го типу провідності в приповерхневу область підкладки, після чого наносять маску з допомогою якої витравлюють шар 2-го типу провідності та проводять легування локальних витравлених областей іонами 1-го типу провідності до концентрації 1017-1019 см, фоторезистивну маску знімають, після чого структуру відпалюють, наносять захисну, пасивуючу діелектричну плівку та наносять металічну розводку активних областей. Перевагою даного способу є спрощення технології виготовлення кристалу фотодіодів за рахунок відмови від додаткової фотолітографії.The closest analogue is the method of manufacturing photodiodes based on indium antimonide crystals (see pat. OA 115174 About IPC NOTI. 31/18, NOTI. 21/265, published in 2016), which consists in the fact that the surface of indium antimonide 1- th conductivity type with a concentration of alloying atoms no more than 3-10!5 cm, ions of the 2nd conductivity type are implanted in the near-surface region of the substrate, after which a mask is applied with the help of which the layer of the 2nd conductivity type is etched and local etched areas are doped with ions of 1- th type of conductivity to a concentration of 1017-1019 cm, the photoresistive mask is removed, after which the structure is annealed, a protective, passivating dielectric film is applied, and metal wiring of the active areas is applied. The advantage of this method is the simplification of the photodiode crystal manufacturing technology due to the rejection of additional photolithography.

Недоліком найближчого аналога є недостатня чутливість детектування фотодіоду, яка пояснюється недостатньою глибиною залягання «1,5 мкм р-п переходу. При збільшені глибини залягання р-п переходу до 21,5 мкм відбувається утворення великого рельєфу (21,5 мкм), який перешкоджає рівномірному нанесенню захисних та пасивуючих плівок та створює можливість розриву металізації контактної системи.The disadvantage of the closest analogue is the insufficient sensitivity of the photodiode detection, which is explained by the insufficient depth of the "1.5 μm p-p transition. When the depth of the p-n transition is increased to 21.5 μm, a large relief (21.5 μm) occurs, which prevents the uniform application of protective and passivating films and creates the possibility of breaking the metallization of the contact system.

Задачею корисної моделі є підвищення чутливості детектування фотодіода за рахунок зміни технології виготовлення при збережені високого відсотку виходу придатних фотодіодів.The task of a useful model is to increase the sensitivity of photodiode detection by changing the manufacturing technology while maintaining a high percentage of the yield of suitable photodiodes.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб виготовлення фотодіодів на платівках антимоніду індію п-типу провідності з концентрацією легуючих атомів телуру 1073-3.10'»см3,The problem is solved by the fact that the method of manufacturing photodiodes on p-type indium antimonide plates with a concentration of tellurium doping atoms of 1073-3.10'"cm3,

Зо який включає формування локального р-п переходу, шляхом травлення методами фотолітографії до витравлювання локальних областей до вихідного п-типу провідності та імплантації іонів із захищеними фоторезистивною маскою областями, легування антимоніду індію іонами сірки до концентрації 1077-1019 см на глибину 0,2-0,5мкм для забезпечення п"-типу провідності, легування іонами берилію для формування шару р-типу провідності самосуміщеного з шаром п'-типу провідності, відпал структури, нанесення пасивуючої, діелектричної плівки та формування металічної розводку активних областей, згідно з корисною моделлю, спочатку у всю поверхню антимоніду індію імплантують іони сірки на глибину 0,2-0,5 мкм для створення шару п"-типу провідності, а легування іонами берилію для формування р-п переходу здійснюють на глибину 21,5 мкм після нанесення маски та витравлювання локальних областей до вихідного шару п-типу провідності.Which includes the formation of a local p-p transition by etching by photolithography methods to etching local areas to the original p-type conductivity and implantation of ions with areas protected by a photoresist mask, doping of indium antimonide with sulfur ions to a concentration of 1077-1019 cm to a depth of 0.2- 0.5 μm to ensure p"-type conductivity, doping with beryllium ions to form a layer of p-type conductivity self-combined with a layer of p'-type conductivity, annealing the structure, applying a passivating, dielectric film and forming the metal wiring of active areas, according to a useful model, first, sulfur ions are implanted into the entire surface of the indium antimonide to a depth of 0.2-0.5 μm to create a n"-type conductivity layer, and doping with beryllium ions to form a p-n transition is carried out to a depth of 21.5 μm after applying a mask and etching local areas to the original layer of n-type conductivity.

Переріз діоду виготовленого за запропонованою методикою зображено на Фіг. 1, де 1 - підкладка п-типу провідності; 2 - області легування домішкою що утворює р-тип провідності; З - області легування домішкою що утворює п"-тип провідності; 4 - пасивуюча плівка; 5 - захисна плівка; 6 - плівка для покращення адгезії контактної системи; 7 - контактна система та металізація контактної системи.The cross-section of the diode manufactured according to the proposed method is shown in Fig. 1, where 1 is a substrate of n-type conductivity; 2 - areas doped with an impurity that forms p-type conductivity; C - areas doped with an impurity that forms n"-type conductivity; 4 - passivating film; 5 - protective film; 6 - film for improving the adhesion of the contact system; 7 - contact system and metallization of the contact system.

Переріз фотодіода на антимоніді індію в процесі виготовлення після процесу травлення схематично зображений на Фіг. 2 де 1 - підкладка п"-типу провідності; З - Області легування домішкою що утворює п"-тип провідності; 8 - Області покритті фоторезистом.The section of the photodiode on indium antimonide in the manufacturing process after the etching process is schematically shown in Fig. 2 where 1 is a substrate of n"-type conductivity; Z - Areas doped with an impurity that forms n"-type conductivity; 8 - Areas covered with photoresist.

Спосіб збільшує чутливість детектування за рахунок зміни технологічних операцій процесу виготовлення фотодіодів, що дозволяє збільшити глибину р-п переходу до величини 21,5 мкм.The method increases the sensitivity of detection by changing the technological operations of the photodiode manufacturing process, which allows to increase the depth of the p-p transition to 21.5 μm.

Для цього проводиться імплантація іонів сірки для формування шару п"-типу провідності у всю поверхню платівки антимоніду індію і після витравлювання локальної активної області формують р-область за рахунок імплантації іонів берилію на велику глибину 21,5 мкм, що дає змогу збільшити глибини р-п переходу та усуває можливість утворення великого рельєфу 21,5 мкм, який, в свою чергу, призводить до нерівномірного нанесення плівок та розриву металізації контактної системи і в кінцевому результаті зменшує кількість придатних фотодіодів, приблизно на 25 95.For this purpose, sulfur ions are implanted to form a layer of p"-type conductivity in the entire surface of the indium antimonide plate, and after etching the local active region, the p-region is formed due to the implantation of beryllium ions to a great depth of 21.5 μm, which makes it possible to increase the depth of p- n of the transition and eliminates the possibility of the formation of a large relief of 21.5 μm, which, in turn, leads to uneven application of films and rupture of the metallization of the contact system and, as a result, reduces the number of suitable photodiodes by approximately 25 95.

Приклад реалізації способу.An example of the implementation of the method.

Нами були виготовлені фотодіоди на підкладках антимоніду індію п-типу, легований телуром 60 з концентрацією 2-10 см. Спочатку проводилось легування областей п-типу провідності іонами сірки (57), з енергією 100 кеВ та дозою 1077 см-, що відповідає концентрації домішки в імплантованому шарі «10'Яєм3. Локальна область р-типу виділялась фотолітографією і створювались травленням через фоторезистивну маску товщиною 4 мкм локальним витравлюванням областей п-типу провідності травником складу НЕ(СООН) 2: НгбОс:НгО» на глибину 0,5 мкм та 4-х стадійною імплантацією іонів Ве" з енергіями 20, 60, 150, 195кеВ та дозами 1075, 6,25.1012, 6,25-1012, 62541012 см? відповідно, після чого маска знімалась. Далі проводилось очищення поверхні шляхом утворення анодного окислу в гальваностатичному режимі в електроліті та його травленням в розчині плавикової кислоти. Далі проводився двостадійний швидкий термічний відпал: 280 70-120 сек., 380 "0-10 сек. в атмосфері водню.We manufactured photodiodes on p-type indium antimonide substrates doped with tellurium 60 with a concentration of 2-10 cm. First, the p-type conductivity regions were doped with sulfur ions (57), with an energy of 100 keV and a dose of 1077 cm-, which corresponds to the impurity concentration in the implanted layer "10'Yaem3. The p-type local area was selected by photolithography and created by etching through a photoresist mask 4 μm thick, by local etching of p-type conductivity areas with an etcher of the composition HE(СООН) 2: NgbOs:NgO" to a depth of 0.5 μm and by 4-stage implantation of Be ions" with energies of 20, 60, 150, 195 keV and doses of 1075, 6.25.1012, 6.25-1012, 62541012 cm?, respectively, after which the mask was removed. Next, the surface was cleaned by the formation of anodic oxide in the galvanostatic mode in the electrolyte and its etching in hydrofluoric acid solution. Next, a two-stage rapid thermal annealing was carried out: 280 70-120 sec., 380 "0-10 sec. in a hydrogen atmosphere.

Далі проводилась фінішна очистка поверхні, перед нанесенням пасивуючого покриття, шляхом повторного вирощування анодного окислу, який далі стравлювався, та проведенням термічного відпалу: 300 С - 30 хв. в атмосфері водню. Далі методом осадження з газової фази стимульованого плазмою наносилась пасивуюча плівка 5іхнНуМ; товщиною 125 нм, після формувалась захисна плівка 5іІСЬ товщиною 0,4 мкм. За допомогою фотолітографії розкривались контактні вікна до анодної області та підкладки; після осадження плівок СгА!ц формувалась металізована розводка.Next, the final cleaning of the surface was carried out, before applying the passivating coating, by re-growing the anodic oxide, which was then leached out, and by conducting thermal annealing: 300 C - 30 min. in a hydrogen atmosphere. Next, a passivating film of 5хнНуМ was applied by the method of plasma-stimulated gas phase deposition; with a thickness of 125 nm, after which a protective film 5iIS with a thickness of 0.4 μm was formed. With the help of photolithography, the contact windows to the anode region and the substrate were opened; after the deposition of SgA!c films, a metallized wiring was formed.

Результатом використання корисної моделі є підвищення чутливості детектування при високому виході придатних елементів кристалу фотодіода, а саме близько 60 95 придатних елементів. Порогова чутливість склала 4,6-10'0Вт" см.Гц!2, що більше на 0,7-1019 відповідного значення прототипу. Отримана інтегральна фоточутливість 0,21 А/Вт, що більше на 0,03 відповідного значення прототипу.The result of using a useful model is an increase in detection sensitivity at a high yield of suitable elements of the photodiode crystal, namely about 60 95 suitable elements. The threshold sensitivity was 4.6-10'0W" cm.Hz!2, which is 0.7-1019 more than the corresponding value of the prototype. The obtained integral photosensitivity is 0.21 A/W, which is 0.03 more than the corresponding value of the prototype.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of manufacturing photodiodes on p-type indium antimonide wafers with a concentration of tellurium doping atoms of 1073-3.1015 cm, which includes the formation of a local p-p transition by etching by photolithography methods to etching local areas to the original n-type conductivity and ion implantation with regions protected by a photoresist mask, doping of indium antimonide with sulfur ions to a concentration of 1077-1019 cm to a depth of 0.2-0.5 μm to ensure p"-type conductivity, doping with beryllium ions to form a layer of p-type conductivity self-combined with a p-type layer type of conductivity, annealing of the structure, application of a passivating, dielectric film and the formation of the metal wiring of the active areas, which is characterized by the fact that sulfur ions are first implanted into the entire surface of the indium antimonide to a depth of 0.2-0.5 μm to create a layer of n"-type conductivity , and doping with beryllium ions to form the p-p transition is carried out to a depth of 21.5 μm after applying the mask and etching local regions to the original n-type conductivity layer. r 5 5 so BEo xx . E СХ ОН х ОХ и о s s З s s

Fig. 1