close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 10877

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 31/10
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОДИОДА
(21) Номер заявки: a 20050489
(22) 2005.05.19
(43) 2007.02.28
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
республиканское унитарное предприятие "Минский НИИ радиоматериалов" (BY)
(72) Авторы: Тептеев Алексей Алексеевич; Савостьянова Наталья Александровна (BY)
BY 10877 C1 2008.08.30
BY (11) 10877
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское республиканское унитарное
предприятие "Минский НИИ радиоматериалов" (BY)
(56) Sakakibara K., Wada M., Sekiguchi Y.
Japanese Journal of Applied Physics. 1992. - V. 31. - № 6A. - P. 1807-1809.
BY 5334 С1, 2003.
UA 66666 A, 2004.
JP 7038137 A, 1995.
JP 10223920 A, 1998.
(57)
Способ изготовления фотодиода, заключающийся в том, что на полуизолирующей
подложке последовательно формируют эпитаксиальные слои широкозонного полупроводника n +-типа, узкозонного полупроводника n --типа, широкозонного полупроводника
n --типа и широкозонного полупроводника p +-типа; создают омический контакт к слою
широкозонного полупроводника p +-типа и осуществляют травление эпитаксиальных слоев через маску фоторезиста до слоя широкозонного полупроводника n +-типа в два этапа:
через маску вытравливают слой из широкозонного полупроводника p +-типа и слой из широкозонного полупроводника n --типа, затем вновь формируют маску, которая шире предыдущей на величину, в 1,5-2,5 раза большую, чем толщина слоя из узкозонного полупроводника, и вытравливают слой из узкозонного полупроводника n --типа до слоя
широкозонного полупроводника n +-типа; создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника n +-типа и осуществляют травление слоя широкозонного полупроводника n +-типа до подложки; осуществляют покрытие защитным слоем диэлектрика и
вскрытие в нем окон; формируют контактную площадку на защитном слое диэлектрика.
BY 10877 C1 2008.08.30
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к изготовлению фотоприемных устройств для детектирования и измерения оптического сигнала, используемых в
СВЧ-технике.
Известен способ изготовления фотодиода, включающий формирование эпитаксиальных слоев на подложке, травление эпитаксиальных слоев через маску, изготовление омических контактов к р + и n + слоям, покрытие сформированной мезаструктуры защитным
слоем диэлектрика [1].
Предложенный способ предполагает размещение контактной площадки на вершине
мезаструктуры. Для получения приемлемых значений чувствительности фотодиода к используемому оптическому излучению площадь p-n перехода должна быть гораздо больше
площади контактной площадки. Этот факт обусловливает значительную емкость предлагаемой конструкции, что не позволяет использовать данный фотодиод для работы на
сверхвысоких частотах. Например, в высокоскоростных волоконно-оптических системах
передачи информации в качестве детектора оптических сигналов.
Этот недостаток устранен в способе изготовления фотодиода, включающем создание
эпитаксиальных слоев в сформированном углублении полуизолирующей подложки, изготовление омических контактов к р + и n + слоям [2].
Вынесение контактной площадки на полуизолирующую подложку, покрытую слоем
диэлектрика, при сохранении минимальной площади p-n перехода позволяет значительно
снизить емкость фотодиода в целом.
Недостатком этого способа изготовления является то, что технология формирования
эпитаксиальных слоев в заданном углублении полуизолирующей подложки трудоемка,
так как включает много технологических oneраций. В их число входят формирование мезаструктуры на полуизолирующей подложке, эпитаксиальное выращивание слоев, фотолитография, неселективное ионное травление для создания планаризации поверхности.
Дополнительная сложность заключается в том, что для изготовления фотодиода предложенным способом необходимо иметь оборудование, позволяющее осуществлять ионное
неселективное травление материалов с заданной точностью.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ изготовления фотодиода, включающий формирование широкозонного и узкозонного эпитаксиальных слоев на полуизолирующей подложке, создание омического контакта к р + слою.
Затем осуществляют травление эпитаксиальных слоев через маску из фоторезиста до
n + слоя, создание омического контакта к этому слою, травление n + слоя до подложки.
Сформированную мезаструктуру покрывают защитным слоем диэлектрика. Методом фотолитографии вскрываются окна в диэлектрике.
В связи с тем, что при формировании мезаструктуры химическим травлением до
n + слоя из-за разности химической активности широкозонного InP и узкозонного GaInAs
получается грибообразный профиль травления, осуществляют вынесение контактной площадки на рельеф из слоя полиимида. Это наглядно показано в работе [3]. Данный способ,
по сравнению с аналогом, позволяет получить минимальную емкость фотодиода при
меньших технологических затратах.
Недостаток прототипа - большая трудоемкость изготовления фотодиода при создании
рельефа из толстого слоя полиимида. Для формирования рельефа необходимо выполнить
следующие операции: формирование (нанесение, сушка, имидизация) полиимида, напыление алюминия, фотолитография по слою алюминия, вытравливание металлизации,
плазмохимическое травление полиимида, удаление маски из алюминия. Следует учесть и
тот факт, что с течением времени полиимид, как и любой другой полимер, стареет, то есть
происходит постепенное ухудшение его свойств.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления фотодиода, предназначенного для использования в СВЧ-технике.
2
BY 10877 C1 2008.08.30
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления фотодиода, заключающегося в том, что на полуизолирующей подложке последовательно формируют эпитаксиальные слои широкозонного полупроводника n +-типа, узкозонного полупроводника
n --типа, широкозонного полупроводника n --типа и широкозонного полупроводника р +типа, создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника р +-типа и осуществляется травление эпитаксиальных слоев через маску фоторезиста до слоя широкозонного полупроводника n +-типа в два этапа. Это необходимо для предотвращения образования нависающего козырька из слоя широкозонного полупроводника р +-типа и n --типа
при формировании мезаструктуры. Первый этап включает химическое травление через
маску из фоторезиста эпитаксиальных слоев широкозонного полупроводника р +-типа и
n --типа. Причем необходимо углубиться в узкозонный слой полупроводника n --типа на
глубину 0,1-0,4 микрона для гарантированного удаления слоя широкозонного полупроводника n --типа. Наиболее приемлемым вариантом было бы травление ровно до границы
раздела узкозонный полупроводник n --типа - широкозонный полупроводник n --типа. В
этом случае при последующем травлении узкозонного полупроводника n --типа образуется
идеальная ступенчатая структура. Однако химическим травлением такой точности достичь невозможно. Край пластины травится быстрее, чем центр. Разброс значений толщин
вытравленных слоев полупроводника при этом составляет не менее 0,1-0,3 мкм и зависит
от способа химического травления. Благодаря незначительной глубине травления узкозонного полупроводника n --типа получается небольшой козырек из слоя широкозонного
полупроводника р +-типа и n --типа, который не вызывает обрыва контактной площадки
при формировании ее на диэлектрике. Травление свыше 0,4 микрона слоя узкозонного полупроводника n --типа делает сопоставимыми толщину напыляемой разводки и толщину
зазора под козырьком, что может приводить к обрыву металлизации. Затем вновь формируют фоторезистивную маску, через которую травится слой узкозонного полупроводника
n --типа до слоя широкозонного полупроводника n +-типа. Причем фоторезистивная маска
изготавливается с размерами, превышающими предыдущую маску. Край новой маски шире предыдущего на величину, в 1,5-2,5 раза большую, чем толщина вытравливаемого слоя
узкозонного полупроводника n --типа. Как правило, при соответствующем подборе травителя боковой уход размеров под маску не превышает толщины вытравливаемого слоя полупроводника. Соответственно отступ от края мезы при формировании фоторезистивной
маски для последующего травления слоя узкозонного полупроводника n --типа должен
превышать эту величину, как минимум, в 1,5 раза. Это делается для получения ступенчатого профиля травления. Увеличение размеров фоторезистивной маски при травлении
слоя узкозонного полупроводника n --типа тоже нежелательно, так как приводит к увеличению емкости контактной площадки. Емкость увеличивается за счет увеличения площади проводящего слоя под контактной площадкой. Этим фактом ограничивается верхний
предел увеличения края фоторезистивной маски.
После вытравливания слоя узкозонного полупроводника n --типа до слоя широкозонного полупроводника n +-типа удаляется маска. Двухэтапное травление создает профиль,
пригодный для последующего выноса контактной площадки на слой диэлектрика. Затем
создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника n +-типа. Осуществляют травление слоя широкозонного полупроводника n +-типа до подложки. На сформированную мезаструктуру наносят слой диэлектрика. Методом фотолитографии вскрываются окна в диэлектрике. Формируют контактную площадку на защитном слое
диэлектрика с помощью взрывной фотолитографии.
Пример конкретной реализации предлагаемого способа изготовления фотодиода.
Данный способ поясняется с помощью фигуры, где 1 - пластина полуизолятора InP; 2 эпитаксиальный слой широкозонного полупроводника InP n +-типа; 3 - эпитаксиальный
слой узкозонного полупроводника GaInAs n --типа; 4 - эпитаксиальный слой широкозонного полупроводника InP n --типа; 5 - эпитаксиальный слой широкозонного полупровод3
BY 10877 C1 2008.08.30
ника InP р +-типа; 6 - омический контакт к слою широкозонного полупроводника InP
p +-типа; 7 - омический контакт к слою широкозонного полупроводника InP n +-типа; 8 двухслойный диэлектрик Si3N4-SiO2; 9 - контактная площадка.
На пластине полуизолирующего фосфида индия 1 методом газофазной эпитаксии последовательно выращивают следующие эпитаксиальные полупроводниковые слои n типа
проводимости: широкозонный 2 InP с концентрацией носителей заряда n ~ 3-5⋅1018 см3
толщиной h ~ 2,5 мкм; узкозонный 3 GaInAs с n < 1⋅1015 см3 и h ~ 2,2 мкм; широкозонный 4
InP с n < 1⋅1015 см3 и h ~ 0,5 мкм. Затем выращивают высоколегированный полупроводниковый широкозонный слой 5 InP р +-типа проводимости с n ~ 3-5⋅1018 см3 и h ~ 1,0 мкм.
После обработки пластины в диметилформамиде формируют двухслойную маску на основе фоторезистов ФП 2550 и ЭЛП 9. На вакуумной установке напыляют эвтектику Au-Zn.
Удаляют фоторезистивную маску. Вжигание омического контакта 6 осуществляют при
температуре 450 °С в форминггазе. Затем формируют фоторезистивную маску и через нее
полностью вытравливают широкозонные слои InP р +-типа 5 и n +-типа 4, и углубляются в
узкозонный GaInAs слой 3 на 0,1-0,4 микрона, используя анизотропный травитель на основе фосфорной, уксусной кислот и раствора бромата калия. Затем фоторезистивная маска
удаляется плазмохимическим травлением на установке 08ПХО-100Т-001. Снова формируется фоторезистивная маска для получения ступенчатого профиля травления. В этом
же травителе вытравливается узкозонный GaInAs слой 3 до широкозонного InP слоя 2
n +-типа. Удаляется фоторезистивная маска. Методом взрывной фотолитографии, вакуумного напыления композиции Au-Ge/Ni/Au и последующего вжигания формируется омический контакт 7 к широкозонному InP слою 2 n + -типа. Затем после химической обработки
изготавливается фоторезистивная маска, через которую осуществляется травление широкозонного InP слоя 2 n +-типа до полуизолирующей пластины 1 фосфида индия. Снова выполняется обработка. Методом низкотемпературного осаждения в плазме на поверхности
формируется двухслойное покрытие Si3N4-SiO2 8 толщиной 0,05-0,6 мкм соответственно.
Создается рельеф фоторезиста, через который вытравливается нанесенный диэлектрик 8.
Удаляется фоторезистивная маска. Методом взрывной фотолитографии и вакуумного напыления слоев Ti толщиной 0,1 мкм и Аu толщиной 0,8 мкм формируется контактная
площадка 9.
По сравнению с прототипом, полученный предложенным способом фотодиод обладает меньшей трудоемкостью изготовления за счет создания двухступенчатого профиля
травления эпитаксиальных слоев 3, 4, 5 и вынесения контактной площадки 9 на слой диэлектрика 8. При этом отпадает необходимость формировать рельеф из толстого слоя полиимида.
Источники информации:
1. Kuwatsuka Н., Micawa Т., Muira S., Yasuoka N., Tanahashi T., Wada О. An AlxGa1-xSb
Avalanche Photodiode With a Gain Bandwidth Product of 90 GHz. IEEE Photonics Letters. V. 2. - № 1. - 1990. - P. 54-55.
2. Shimizu J., Inomoto Y., Kida N., Terakado T., Suzuki A. A New Technique for Fabrication of OEIC'-The Etched Back Planar Process and Its Application to the Fabrication of Planar
Embedded InP-InGaAs p-i-n Photodiodes. IEEE Photonics Technology Letters. - V. 2. - № 10. 1990. - P. 721-723.
3. Sakakibara K., Wada M., Sekiguchi Y. High-Speed GaInAs PIN Photodiodes with Low
Series Resistance. - V. 31. - Part 1. - № 6A. - 1992. - P. 1807-1809 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
128 Кб
Теги
10877, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа