Ізоляція чутливих елементів планарних багатоелементних фотодіодів
Анотація
При серійному виробництві багатоелементних кремнієвих p-i-n фотодіодів виявлено проблему систематичного браку виробів внаслідок зниження опору ізоляції між активними елементами фотоприймачів. Дослідження причин деградації опору ізоляції та встановлення оптимальних методів уникнення цього явища є метою даної роботи. Проведено порівняльний аналіз трьох методів ізоляції: класичного – ізоляція поверхнею непровідної підкладки та шару діелектрика; ізоляція за допомогою канавок мезапрофілю з діелектричною плівкою; ізоляція за допомогою областей обмеження поверхневих каналів витоку, ізотипних із матеріалом підкладки (в даному випадку p+-типу), утворених у зазорах між активними елементами. Під час досліджень встановлено, що причиною погіршення опору ізоляції між активними елементами фотодіодів є наявність провідних інверсійних каналів на межі розділу Si-SiO2 внаслідок використання кремнію із високим питомим опором. Одним із механізмів утворення інверсійних каналів є перерозподіл домішок у маскуючому оксиді (зокрема фосфору) та їх дифузія до межі розділу двох фаз під час термічних операцій. Іншим механізмом утворення інверсійних шарів є дифузія бору з кремнію в SiO2 під час термообробок через те, що коефіцієнт сегрегації бору менше одиниці. При виготовленні зразків з ізоляцією за допомогою непровідних ділянок підкладки спостерігалося зниження опору ізоляції по мірі виконання технологічного маршруту (після кожної наступної операції опір деградував). Ступінь деградації можна знизити за рахунок скорочення тривалості термічних операцій. Побачено, що зменшення товщини маскуючого оксиду викликає зниження опору ізоляції. При використанні меза-технології вдається підвищити опір ізоляції за рахунок виключення високотемпературної операції окислення та власне завдяки відсутності маскуючого покриття під час загонки фосфору. Ізоляція активних елементів фотодіодів за допомогою ділянок p+-типу в проміжках між елементами дозволяє отримати найвищі значення опору ізоляції. Формування цих областей шириною 100 мкм у зазорах шириною 200 мкм дозволило отримати опір ізоляції 25-30 МОм. Для забезпечення ізоляції активних елементів фотодіодів даним методом в технологічний маршрут вноситься дві додаткові термічні операції. Скоротити кількість термічних операцій можна легуванням всієї поверхні кремнію низькою концентрацією бору перед утворенням маскуючого покриття.
Завантаження
Посилання
M. Kukurudziak, Radioelectronic and Computer Systems, 105(1), 92 (2023). https://doi.org/10.32620/reks.2023.1.07
V.M. Lytvynenko, and I.M. Vikulin, Bulletin of the Kherson National Technical University, (1), 46 (2018). (in Ukrainian)
Yu.O. Kruglyak, and M.V. Strikha, Sensor Electronics and Microsystem Technologies, 16(2), 5 (2019). https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.2.171224 (in Ukrainian)
M.S. Kukurudziak, East Eur. J. Phys. 2, 311 (2023), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-36
M. Sartori, M. Arosio, and A. Baschirotto, in: 2023 IEEE 18th Conference on Ph. D Research in Microelectronics and Electronics (PRIME), 2023, https://doi.org/10.1109/PRIME58259.2023.10161956
A.N. Horban, and V.V. Kravchyna, Tekhnol. Konstr. Elektron. Appar. 3, (2011). (in Ukrainian)
T. Piotrowski, M. Węgrzecki, M. Stolarski, and T. Krajewski, Opto-Electronics Review. 23(4), 265 (2015), https://doi.org/10.1515/oere-2015-0035
G. Gautier, and P. Leduc, Applied Physics Reviews, 1(1), (2014), https://doi.org/10.1063/1.4833575
M. Shan, C. Guo, Y. Zhao, Q. Chen, L. Deng, Z. Zheng, and C. Chen, ACS Applied Nano Materials, 5(7), 10081 (2022). https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02689
O.Yu. Nalivaiko, Eelectronics NTB, 6, 134 (2022), https://doi.org/10.22184/1992-4178.2022.217.6.134.140, (in Russian)
H. Yagyu, T. Yamaji, M. Nishimura, and K. Sato, Japanese journal of applied physics, 49(9R), 096503 (2010). https://doi.org/10.1143/JJAP.49.096503
K.O. Boltar, I.V. Chinareva, A.A. Lopukhin, and N.I. Yakovleva, Appl. Phys. 5, 10 (2013).
M.S. Kukurudziak, and E.V. Maistruk, Semicond. Sci. Technol. 38, 085007 (2023), https://doi.org/10.1088/1361-6641/acdf14
O.V. Dubikovsky, Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2, 79 (2023). https://doi.org/10.15407/visn2023.02.079 (in Ukrainian)
M.S. Kukurudziak, Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 25(4), 385 (2022). https://doi.org/10.15407/spqeo25.04.385
M.S. Kukurudziak, Surface Chemistry, Physics and Technology, 14(1), 42 (2023). https://doi.org/10.15407/hftp14.01.042 (in Ukrainian)
M.M. Atalla, E. Tannenbaum, and E.J. Scheibner, Bell System Tech. J. 38, 749 (1959). http://bstj.bell-labs.com/BSTJ/images/Vol38/bstj38-3-749.pdf
Sah S.T., Sello H., Sah C., and Tremere D.A., J. Phys. Chem. Solids, 11, 288 (1959). https://doi.org/10.1016/0022-3697(59)90229-X
H. Chen, K. Morita, X. Ma, Z. Chen, and Y. Wang, Solar Energy Materials and Solar Cells, 203, 110169 (2019). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110169
M.S. Kukurudziak, Journal of nano- and electronic physics, 14(1), 01023 (2022). https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01023
K. Racka-Szmidt, B. Stonio, J. Żelazko, M. Filipiak, and M. Sochacki, Materials, 15(1), 123 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15010123
A.Y. Liu, D. Yan, and S.P. Phang, Solar Energy Materials and Solar Cells, 179, 136 (2018). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.11.004
B. Wang, and J. Mu, PhotoniX, 3, 8 (2022). https://doi.org/10.1186/s43074-022-00052-6
K. Ravey, Defects and impurities in semiconductor silicon, (Trans.), G.N. Gorina (Ed.). (Mir, Moscow, 1984) (in Russian)
Авторське право (c) 2023 Mykola S. Kukurudziak
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
