Методика изготовления фоточувствительных элементов на основе PtSi

Аннотация

Диоды с барьером Шоттки на основе контакта PtSi-Si могут использоваться в качестве детекторов для регистрации излучения в ИК — области спектра. Однако квантовая эффективность у таких приемников очень мала по сравнению с фотоприемниками на основе узкозонных полупроводников и на p-n переходах. Для увеличения квантовой эффективности Шоттки приемники изготавливаются, как будет показано ниже, в виде так называемой “оптической полости”, причем толщина PtSi не должна превышать 100 А⁰. С этой целью нами разработан технологический режим многослойной металлизации для получения тонких контактов PtSi-Si.

Полный текст

1. ВВЕДЕНИЕ

Создание высококачественных быстродействующих полупроводниковых приборов и интегральных микросхем требует внедрения в технологию их изготовления новых материалов. Наиболее перспективными из них являются силициды — соединения кремния с более электроположительными элементами [1, 2]. Эти соединения могут получаться в результате реакции в твёрдой фазе при температуре в интервале приблизительно от одной до половины температуре плавления этого металла по абсолютной шкале. Силициды обладают высокой проводимостью металлического характера, высокой температурной стабильностью и превосходят по этим свойствам любой сильнолегированный слой полупроводника [3, 4].

Применения поликремния в качестве материала для затворов и соединительных линий, обеспечивающих слоевое сопротивление 20 Ом/м, позволило уменьшить минимальные размеры элементов приборов до 25 мкм. Были предложены способы образования пленок силицидов, а также технологические прочесы, необходимые для изготовления полупроводниковых приборов и микросхем с их применением, что позволило приступить к разработке приборов с минимальными размерами элементов 1 мкм и начать их промышленный выпуск.

Стабильные и надежные характеристики контактов силицид платины — кремний (PtSi-Si) привели к широкому распространению силицидов в качестве материалов для омических контактов, затворов в метал — окисел — полупроводник (МДП) — транзисторах, материалов для хранения оптической информации, фотоприемников, работающих в ИК — области спектра и т. п. [5].

Как известно, в зависимости от основных физических процессов, лежащих в основе получения тонкопленочных силицидов, существующие в настоящее время методы можно разделить на три группы:

1) диффузионное перемешивание;

2) ионное перемешивание;

3) молекулярно-лучевое и химическое осаждение.

В настоящее время благодаря своей простоте и универсальности, совместимости с базовой технологией изготовления интегральных схем (ИC), широкое распространение получил метод диффузионного синтеза слоев силицида [2]. Диффузионное перемешивание имеет место при термообработке двухкомпонентной смеси металла или плёнки металла, осаждённой на кремниевую подложку. На поверхности кремния наносится тонкий слой металла толщиной 100–600 А^0, после чего структуру металл – кремний подвергают термическому нагреву в вакууме при температурах 473–973 К в течение 10–60 мин. Это приводит к формированию в результате реакции металла с кремнием однородного слоя Pt₂Si, в промежуточной области между Pt₂Si и кремниевой подложкой начинается образование слоя PtSi контакт Pt/Si последовательно проходит через фазы:

$\mathrm{Pt}-{\text{Pt}}_2\text{Si}-\text{Si}\to \text{Pt}-{\text{Pt}}_2\text{Si}-\text{PtSi}\to {\text{Pt}}_2\text{Si}-\text{PtSi}-\text{Si}\to \text{PtSi}$.

Это реакция протекает до тех пор, пока весь слой Pt₂Si не прореагирует с Si и не превратиться в результате такой реакции в PtSi, который остается стабильным в контакте с кремниевой подложкой [6].

2. ЭКСПЕРИМЕНТ

При формировании силицида путем реакции между пленкой металла и кремнием следует учитывать количества кремния, потребляемого металлической пленкой. Такого рода расчеты представлены в таблице, в ходе которых использовались теоретические значения.

Таблица. Значения толщин Pt, Si

Толщина I слоя (Pt), A0	75
Толщина II слоя (Si), A0	13.2
Толщина III слоя (Pt), A0	10
Толщина IV слоя (Si), A0	13.2
Толщина V слоя (Pt), A0	10
Толщина VI слоя (Si), A0	13.2
Толщина VII слоя (Pt), A0	10

Однако, практическая реализация подобного режима в настоящее время затруднительна в силу несовершенства напылительных установок. Поэтому дальнейшие результаты будет относится к режиму однослойной металлизации. Сам же процесс изготовления фоточувствительных структур при однослойной металлизации можно описать следующей схемой (рис. 1):

Рис. 1. Технологическая схема изготовления структур с БШ на основе контакта PtSi-Si

– окисление кремния p- типа (n-типа) (рис. 1),

– открытие окон для формирования охранных n (или p) областей (рис. 1, а),

– диффузия фосфора (или бора) для формирования n- областей (p- областей),

– вскрытие окон для формирования барьерных слоев (рис. 1, б),

– нанесение тонкого слоя металла (Pt) (рис. 1, в),

– отжиг в вакууме и смеси газов для образования слоя PtSi (рис. 1, г),

– снятие непрореагировавшей Pt и SiO₂ слоев (рис. 1, д),

– нанесение диффузионного барьерного слоя TiW и алюминиевого контакта (рис. 1, е),

– удаление сплава TiW и Al в контактом окне до пленки PtSi (рис. 1, ж),

– нанесение просветляющего покрытия (рис. 1, з).

С целью же уменьшения технологических операций предложен новый метод [7] изготовления фотоприемников, работающих в спектральном диапазоне 3–5 мкм, суть, которого заключается в следующем: вместо сплава PtSi использовать PtTiW или Tl/ PtTiW.

Технологический маршрут по главным направлением таков:

— окисление пластин,

— открытие окон в окисле,

— напыление PtTiW или Tl/ PtTiW,

— отжиг для получения PtSi,

— травление TiW в окне,

— напыление алюминиевого контакта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе отжига в следствие различных коэффициентов диффузии компонент, составляющих указанные сплавы, происходит фазовое расслоение и платин вступает в реакцию с кремнием, образуя силицид. Оставшийся сплав TiW не стравливается и играет роль диффузионного барьера, который предотвращает деградацию прибора.