Исследования и разработка технологии изготовления PIN-фотодиодов на основе кремния с применением ионной имплантации

• Автор: Болесов, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Физические основы работы ртФД и влияние поверхности на их характеристики.

1.1.1 Особенности работы фотодиодов. Ю

1.1.2 Влияние поверхности на ВАХ диода.

1.1.3. Методы устранения влияния поверхности.

1.2. Влияние облучения на свойства кремния.

1.2.1 Облучение ионами В и Вр2.

1.2.2 Влияние облучения ионами азота.

1.2.3 Влияние облучения другими ионами.

1.3. Применение ионной имплантации в технологии изготовления полупроводниковых приборов.
1.3.1 Применение ИИ для формирования активных областей.
1.3.2 Применение ИИ для модификации и управления свойствами ранее сформированных структур.
1.3.3 Применение ИИ для формирования изолирующих слоев.
1.4. Выводы главы 1.
Глава 2. Методики исследований, разработка измерительных
методик и результаты исследований диффузионных планарных ртструктур.
2.1 Объект исследования
2.2 Маршрут изготовления ртфотодиодов.
2.3 Методики исследований
2.3.1 Методика измерения ВАХ ртструктур.
2.3.2 Измерение сопротивления канала.
2.3.3 Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в базе по переходным характеристикам метод Лэкса.
2.3.4 Разработка экспрессметодики измерения СУ характеристик МДПструктур.
2.3.5 Разработка методики измерения диффузионной длины неосновных носителей заряда в тонких пластинах полупроводниковых кристаллов.
2.4. Результаты исследований диффузионных планарных рт структур.
2.4.1 Результаты локального и полного стравливания защитной пленки БЮ
2.4.2 Результаты изучения СУхарактеристик МДПструктур.
2.4.3 Обсуждение результатов экспериментов.
2.5. Выводы главы 2.
Глава 3. Исследование влияния топологических приемов и
имплантационного геттерирования на ВАХ диффузионных ртструктур.
3.1. Результаты формирования внешнего стопканала.
3.1.1 Внешний диффузионный стопканал.
3.1.2 Внешний имплантационный стопканал.
3.1.2.1 Внешний стопканал, сформированный низкодозовым подлегированием.
3.1.2.2 Внешний стопканал, сформированный низкодозовой двухстадийной имплантацией ионов бора.
3.1.2.3 Внешний стопканал, сформированный имплантацией средних доз ионов В через пленку
3.1.2.4 Обсуждение результатов по внешнему стопканалу.
3.2. Результаты применения комбинированного стопканала.
3.2.1. Диффузионный комбинированный стопканал.
3.2.2. Комбинированный имплантационный стопканал.
3.2.2.1 Комбинированный стопканал, сформированный
низкодозовым легированием.
3.2.2.2 Комбинированный стопканал, сформированный
имплантацией ионов В через пленку БЮг со средними дозами.
3.2.2.3 Комбинированный стопканал, сформированный
высокодозовой имплантацией ионов В через пленку 8Юг.
3.2.2.4. Обсуждение результатов по комбинированному
стопканалу.
3.3. Результаты применения имплантации ионов ВГг для геттерирования ртструктур.
3.4. Выводы главы 3
Глава 4. Результаты ионных обработок поверхности,
направленных на устранение недостатков диффузионной
технологии.
4.1. Сравнение результатов имплантации ионов К и Г4.
4.2. Имплантация ионов 1Ч2 после формирования
мезаструктуры.
4.3. Имплантация ионов Ы2 после подлегирования
приповерхностной области бором.
4.4. Результаты имплантационного геттерирования защитной
пленки 8Ю2 и фаницы раздела 8Г8Ю2.
4.5. Выводы главы 4.
Основные результаты и выводы
Список литературы


Разработана и внедрена в производство экспрессметодика измерения и расчета СУ характеристик тестовых МДГ1 структур для технологического контроля процессов окисления при изготовлении диффузионных ртструктур. Разработана методика измерения диффузионной длины неосновных носителей заряда и скорости поверхностной рекомбинации в тонких полупроводниковых пластинах на основе формирования симметричных рп переходов на противоположных сторонах пластины и измерения сигналов фотоответа при двух полярностях приложенного к такой структуре напряжения и двух диаметрах пучках воздействующего излучения. Предложен и рекомендован для внедрения в серийную технологию метод формирования стопканала, заключающийся в имплантации ионов В Е0 кэВ, Ф3,0и см2 через защитную пленку i толщиной 0, мкм. С в 1 час в потоке азота. Предложен и рекомендован к внедрению в серийную технологию метод дополнительного геттерирования диффузионных iструктур, позволяющий в 1, раза увеличить время жизни неосновных носителей заряда в базе. Метод заключается в имплантации ионов 2 Е0 кэВ, Ф5 см в обратную сторону пластины с последующим отжигом при температуре 0С в течение 1 часа после формирования омического контакта загонкой бора. В Е 0 кэВ Ф6п см2, 0 С в течение 2 часов в атмосфере азота. Результаты формирования стопканала имплантацией ионов В Е0 кэВ, Ф3,6 см2 через защитную пленку i толщиной 0,
3. Результаты генерирования подвижных ионов в защитной пленке ЭЮг диффузионных ртструктур за счет обработки пленки имплантацией ионов 2 Е кэВ, ФЫ0И см 2 и последующего низкотемпературного отжига 0С, 1 час в потоке азота. Результаты дополнительного генерирования диффузионных ртструктур, позволяющего в 1, раза увеличить время жизни неосновных носителей заряда в базе. Метод заключается в имплантации ионов ВР2 Е0 кэВ, Ф5 см2 в обратную сторону пластины после формирования на ней омического контакта загонкой бора с последующим отжигом при температуре 0С в течение 1 часа. Основные результаты диссертации отражены в 5 публикациях см. XVII Международной научнотехнической конференции по фотоэлектронике и приборами ночного видения Москва, г. Международном научнометодическом семинаре Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах декабря г. Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 7 страниц машинописного текста, включая рисунков и таблиц. Список литературы состоит из 4 наименований. Глава 1. Литературный обзор. Физические основы работы ртфотодиода и влияние поверхности на его характеристики. Особенности работы фотодиодов. Ртфотодиод ртФД предназначен для приема и регистрации коротких десятки наносекунд импульсов излучения. Наиболее распространены ртФД на кремнии, от которых требуется регистрировать импульсы лазерного излучения с длиной волны 1, мкм и длительностью 0 не. Поскольку импульсы коротки, прием излучения требуется производить при таких условиях, когда скорость фотоносителей максимальна. Это условие выполняется когда фотоносители находятся в сильном электрическом поле Всм, когда достигается насыщение зависимости их скорости от величины электрического поля. Таким образом для получения ртФД с высокой чувствительностью при ,1, мкм требуется формировать ртФД с толстой базой, а для регистрации коротких импульсов прикладывать такое обратное смещение, чтобы обеспечить максимально возможное электрическое поле почти во всей толще базы. Увеличение удельного сопротивления и напряжения приводят к росту импульсной чувствительности, поскольку в первом случае увеличивается диффузионная длина время жизни носителей заряда, а во втором дрейфовая подвижность неосновных носителей заряда 1. Учитывая эти соображения ртФД на кремнии для 1, мкм изготавливаются на основе самого высокоомного кремния р кОмсм ртипа проводимости. Для обеспечения наивысшей импульсной чувствительности толщина базы таких ФД должна быть не меньше 0,5 мм, а приложенное обратное напряжение 0 В.