Способ изготовления кремниевого фотодиода

Заявляемое изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,3-1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре.

Одним из основных параметров таких ФД является величина темнового тока при рабочем напряжении, определяющая уровень шума ФД, и, следовательно, его пороговую чувствительность.

Известно авторское свидетельство №680538 с приоритетом от 19.02.1976 г.: Климанов Е.А., Кулыманов А.В., Лисейкин В.П. «Способ изготовления p-i-n фотодиода», в котором описан способ изготовления ФД, где для снижения темновых токов используется геттерирование электрически активных дефектов с помощью диффузионного n+-слоя, создаваемого на пассивных поверхностях пластины.

Известен патент США US 4127932 с приоритетом от 06.08.1976 г.: A.R. Hartman, Н. Melhior, D.P. Schinke, R.G.Smith, «Method of fabricating silicon photodiodes», в котором для снижения темновых токов также используется геттерирование диффузионным слоем дефектов в объеме образцов.

Известен патент RU 2654992 С1 с приоритетом от 04.08.2017 г.: Демидов С.С., Климанов Е.А. «Способ изготовления кремниевого фотодиода», описанный в котором способ изготовления принят в качестве ближайшего аналога. В подложке из монокристаллического кремния n-типа проводимости с помощью диффузии бора через пленку двуокиси кремния (SiO₂) формируются фоточувствительные площадки р⁺-типа проводимости. На другой стороне подложки диффузией фосфора формируется слой n⁺-типа проводимости. Затем для снижения темновых токов проводится отжиг при температуре 650°С в атмосфере азота в течение 4 часов. Создание омических контактов к фоточувствительной р+-области и контактному слою n⁺-типа проводимости осуществляется путем нанесения пленки алюминия.

Недостатком указанных методов изготовления ФД является недостаточно полное удаление генерационно-рекомбинационных центров (ГРЦ) из области пространственного заряда (ОПЗ) р-n перехода, так как диффузионный слой, являющийся геттером, формируется на тыльной поверхности образца на большом расстоянии от ОПЗ. Поскольку лимитирующей стадией процесса геттерирования является диффузия ГРЦ к геттеру, большое расстояние между ОПЗ и геттером снижает градиент концентрации ГРЦ и, следовательно, эффективность геттерирования.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня темнового тока (не менее, чем на порядок) и увеличение процента- выхода годных приборов.

Решение задачи обеспечивается тем, что для дополнительного снижения концентрации ГРЦ в ОПЗ геттерирующие области (сильнолегированный n+-слой фосфора) формируются вблизи р-n перехода на той же стороне пластины, что значительно увеличивает градиент концентрации ГРЦ и, следовательно, диффузионный поток удаляемых ГРЦ от ОПЗ к геттеру. Благодаря этому снижается концентрация генерационных центров в ОПЗ, что приводит к снижению темнового тока ФД.

Технический результат достигается тем, что области геттера располагаются кроме тыльной поверхности образца, также вокруг р-n перехода в случае одноэлементных ФД или в виде змейки в случае линейки ФД.

Последовательность технологических операций следующая:

- термическое окисление;

- диффузия бора для создания областей р⁺-типа проводимости (фоточувствительных площадок) через окна в пленке двуокиси кремния (SiO₂);

- осаждение SiO₂ на фоточувствительные площадки осаждением из газовой фазы;

- диффузия фосфора в области геттера на стороне р-n перехода через окна в пленке SiO₂ и в тыльную поверхность пластины для геттерирования загрязняющих примесей;

- создание контактной системы.

Сущность изобретения поясняется схемами, на которых представлены последовательности термодиффузионных процессов, используемых при изготовлении аналога (фиг. 1) и в предлагаемом изобретении (фиг. 2).