Способ изготовления фотодиода

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(72) Авторы Тептеев Алексей Алексеевич Савостьянова Наталья Александровна(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие Минский НИИ радиоматериалов(57) Способ изготовления фотодиода, заключающийся в том, что на полуизолирующей подложке последовательно формируют эпитаксиальные слои широкозонного полупроводника-типа, узкозонного полупроводникатипа, широкозонного полупроводникатипа и широкозонного полупроводника-типа создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника-типа и осуществляют травление эпитаксиальных слоев через маску фоторезиста до слоя широкозонного полупроводника-типа в два этапа через маску вытравливают слой из широкозонного полупроводника-типа и слой из широкозонного полупроводникатипа, 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 полупроводникатипа до слоя широкозонного полупроводника-типа создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника-типа и осуществляют травление слоя широкозонного полупроводника-типа до подложки осуществляют покрытие защитным слоем диэлектрика и вскрытие в нем окон формируют контактную площадку на защитном слое диэлектрика. 10877 1 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 рислоям, 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 - 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 рислоям 2. Вынесение контактной площадки на полуизолирующую подложку, покрытую слоем диэлектрика, при сохранении минимальной площади - 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 раций. 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 рслою. Затем осуществляют травление эпитаксиальных слоев через маску из фоторезиста дослоя, создание омического контакта к этому слою, травлениеслоя до подложки. Сформированную мезаструктуру покрывают защитным слоем диэлектрика. Методом фотолитографии вскрываются окна в диэлектрике. В связи с тем, что при формировании мезаструктуры химическим травлением дослоя из-за разности химической активности широкозонногои узкозонногополучается 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 10877 1 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-типа, узкозонного полупроводникатипа, широкозонного полупроводникатипа 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-типа в два этапа. Это необходимо для предотвращения образования нависающего козырька из слоя широкозонного полупроводника р -типа итипа при формировании мезаструктуры. Первый этап включает химическое травление через маску из фоторезиста эпитаксиальных слоев широкозонного полупроводника р -типа итипа. Причем необходимо углубиться в узкозонный слой полупроводникатипа на глубину 0,1-0,4 микрона для гарантированного удаления слоя широкозонного полупроводникатипа. Наиболее приемлемым вариантом было бы травление ровно до границы раздела узкозонный полупроводниктипа - широкозонный полупроводниктипа. В этом случае при последующем травлении узкозонного полупроводникатипа 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 полупроводникатипа получается небольшой козырек из слоя широкозонного полупроводника р -типа итипа, который не вызывает обрыва контактной площадки при формировании ее на диэлектрике. Травление свыше 0,4 микрона слоя узкозонного полупроводникатипа 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 полупроводникатипа до слоя широкозонного полупроводника-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 полупроводникатипа. 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 полупроводникатипа 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 полупроводникатипа 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 полупроводникатипа до слоя широкозонного полупроводника-типа удаляется маска. Двухэтапное травление создает профиль,пригодный для последующего выноса контактной площадки на слой диэлектрика. Затем создают омический контакт к слою широкозонного полупроводника-типа. Осуществляют травление слоя широкозонного полупроводника-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 2 эпитаксиальный слой широкозонного полупроводника-типа 3 - эпитаксиальный слой узкозонного полупроводникатипа 4 - эпитаксиальный слой широкозонного полупроводникатипа 5 - эпитаксиальный слой широкозонного полупровод 3 10877 1 2008.08.30 никар -типа 6 - омический контакт к слою широкозонного полупроводника-типа 7 - омический контакт к слою широкозонного полупроводника-типа 8 двухслойный диэлектрик 34-2 9 - контактная площадка. На пластине полуизолирующего фосфида индия 1 методом газофазной эпитаксии последовательно выращивают следующие эпитаксиальные полупроводниковые слоитипа проводимости широкозонный 2 с концентрацией носителей заряда 3-51018 см 3 толщиной 2,5 мкм узкозонный 3 с 11015 см 3 и 2,2 мкм широкозонный 4 с 11015 см 3 и 0,5 мкм. Затем выращивают высоколегированный полупроводниковый широкозонный слой 5 р -типа проводимости с 3-51018 см 3 и 1,0 мкм. После обработки пластины в диметилформамиде формируют двухслойную маску на основе фоторезистов ФП 2550 и ЭЛП 9. На вакуумной установке напыляют эвтектику -. Удаляют фоторезистивную маску. Вжигание омического контакта 6 осуществляют при температуре 450 С в форминггазе. Затем формируют фоторезистивную маску и через нее полностью вытравливают широкозонные слоир -типа 5 и-типа 4, и углубляются в узкозонныйслой 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 08 ПХО-100 Т-001. Снова формируется фоторезистивная маска для получения ступенчатого профиля травления. В этом же травителе вытравливается узкозонныйслой 3 до широкозонногослоя 2-типа. Удаляется фоторезистивная маска. Методом взрывной фотолитографии, вакуумного напыления композиции -// и последующего вжигания формируется омический контакт 7 к широкозонномуслою 2-типа. Затем после химической обработки изготавливается фоторезистивная маска, через которую осуществляется травление широкозонногослоя 2-типа до полуизолирующей пластины 1 фосфида индия. Снова выполняется обработка. Методом низкотемпературного осаждения в плазме на поверхности формируется двухслойное покрытие 34-2 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 слоевтолщиной 0,1 мкм и А 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.Н.,Т.,.,.,.,О.190 .. . 2. -1. - 1990. - . 54-55. 2..,.,.,.,.-- .. - . 2. -10. 1990. - . 721-723. 3..,.,. -. - . 31. -1. -6. - 1992. - . 1807-1809 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4