УДК 621.383.52:546.682'86

          Представлены результаты исследований, позволившие определить пути усовершенствования базовой топологии и технологии изготовления фотодиодов на кристаллах InSb. Введение этих усовершенствований снижает уровень темновых токов фотодиодов до значений < 3·10^-11 А, соответствующих требованию к низкофоновым фотоприемникам спектрального диапазона 3--6 мкм, работающих в BLIR-режиме.

          Для реализации BLIР-режима в низкофоновых системах обнаружения на основе фотодиодов (ФД) из lnSb требуется иметь уровень темновых токов таких фотодиодов не более 3·10^-11 А для площадки 50х50 мкм² при обратном смещении 0,2 В. В то же время, базовая технология, разработанная в НИИПФ и внедренная в 1987 г. на ОАО МЗ "Сапфир", позволяет изготовлять ФД с уровнем темновых токов в лучшем случае в три раза большим. При этом, согласно [1], темновые вольт-амперные характеристики (ВАХ) ФД, изготовленных по базовой технологии, определяются свойствами металлургической границы p-n-перехода, а в некоторых случаях и уте чкой через диэлектрик. Таким образом, снижение уровня темновых токов связано, в первую очередь, с улучшением свойств металлургической границы p-n-перехода. Положительно может повлиять также изменение топологии, в частности, приближение охранного кольца (ОК) к границам фоточувствительных площадок (в соответствии с результатами работы [2]) и утолщение диэлектрика под контактными площадками (КП), а также усовершенствование режимов и последовательности разварки кристалла золотым проводом на растр, кристалл кремниевого ПЗС, технологический или измерительный корпус.
          В связи с вышеизложенным в настоящей работе поставлена задача определения путей усовершенствования базовой технологии и топологии, позволяющих применять эту технологию для производства низкофоновых фотоприемников (ФП). Для 128-элементной линейки с размером фоточувствительных площадок 50х50 мкм² и топологией, показанной на рис. 1, работа проводилась в трех направлениях:
          усовершенствование режимов имплантации и отжига для получения более совершенной металлургической границы p-n-перехода;
          усовершенствование режима разварки с целью минимального "травмирования" металлургической границы p-n-перехода, его защиты и "прожигания" диэлектрика по КП;
          усовершенствование топологии в части оптимизации расстояния от границ площадок до ОК и толщины диэлектрика под КП.
          В связи с этим проведены три серии экспериментов. В первой серии для базовой топологии (когда расстояние от границ площадок до ОК составляет 30 мкм, защита осуществляется анодной окисной пленкой (АОП) толщиной 500 А° и пленкой SiO толщиной 0,5 мкм) сравниваются обратные ветви ВАХ для четырех технологических схем формирования p⁺-n-перехода:
          1) базовый (двухстадийная имплантация ионов Be⁺: Е₁ = 100 кэВ, Ф₁ = 1·10¹⁴ см^-2 и Е₂ = 40 кэВ, Ф₂ = 10¹⁴ см^-2 и последующий отжиг с капсулирующей пленкой SiО₂ при Т = 375°С в течение 0,5 в потоке Ar и Н₂);
          2) одностадийная имплантация ионов Be⁺: Е = 40 кэВ, Ф = 10¹⁴ см^-2 и последующий отжиг без капсулирующей пленки импульсами излучения галогенных ламп (ИФО) в форвакууме (Т_и = 380°С, t_и = 30 с) в соответствии с [3];
          3) одностадийная имплантация ионов Be⁺: Е = 40 кэВ, Ф = 10¹⁴ см^-2 и последующий отжиг без капсулирующий пленки в потоке Ar и Н₂ при Т = 280°С в течение 0,25 ч;
          4) то же, что и в (3), но при температуре отжига Т = 375°С в течение 0,5 ч.

          Остальные процессы формирования приборной стуктуры соответствовали базовой технологии (формирование АОП толщиной 0,05 мкм в гальваностатическом режиме и электролите на основе Na₂S, нанесение SiO (0,5 мкм) и Cr + Аu (0,6-0,8 мкм) термическим распылением, вскрытие SiO с применением плазмохимического травления). Линейки приклеивались на основание 32-выводных планарных корпусов; последующая термокомпрессионная разварка производилась от кристалла - на ламели корпуса, соответствнно, в "мягком" и "жестком" режимах по напряжению (току через электрод) и давлению электрода. ВАХ измерялись при заливке корпуса жидким азотом в бесфоновых условиях.
          Типичные лучшие, средние и худшие обратные ветви ВАХ для всех четырех технологических схем представлены на рис. 2, из которого следует, что наименьшие темновые токи примерно одинакового уровня могут быть достигнуты при применении "смягченного" режима имплантации (Е = 40 кэВ, Ф = 10¹⁴ см^-2) и отжига без капсулирующей пленки либо при Т = 280°С в потоке Ar и Н₂, либо ИФО в форвакууме.

          Во второй серии экспериментов для базовой топологии сравниваются обратные ветви ВАХ для трех различных вариантов процесса разварки, произведенных на трех участках одной и той же линейки. Схемы вариантов разварки золотым проводом Ж35 мкм приведены на рис. 3.
          Технологический маршрут изготовления использованой в этих экспериментах линейки соответствует технологической схеме III из первой серии экспериментов (стационарный отжиг при Т = 280°С без капсулирующей пленки). На рис. 4 представлены типичные обратные ветви ВАХ для указанных режимов и последовательности разварки, откуда следует, что наименьший уровень темновых токов обеспечивает такая последовательность, при которой разварка площадки ФД на lnSb производится в последнюю очередь и режим разварки при этом должен быть наиболее "мягким" из тех, которые обеспечивают надежное механическое соединение провода с площадкой. При этом необходимо предварительно разварить и заземлить общий вывод линейки (кристалла).

          Третья серия экспериментов направлена на изучение возможностей технологических схем II и III при оптимизированных режиме и последовательности разварки для уменьшенного до 10 мкм расстояния между границами площадки и ОК и применения дополнительного слоя SiO под КП, где суммарная толщина SiO составляет ~1 мкм. На рис. 5 приведены типичные лучшие, средние и худшие обратные ветви ВАХ для обоих выбранных режимов формирования p⁺-n-переходов. Из рисунка следует, что несколько меньшие темновые токи достигнуты при применении ИФО. Сравнение данных табл. 1. и 2, в которых обобщены полученные результаты этих экспериментов, также свидетельствуют в пользу ИФО, так как в этом случае наблюдаются меньший коэффициент неидеальности ВАХ и больший выход годных (1<3·10^-11 А) площадок, причем они имеют более низкий уровень темновых токов. Сравнивая лучшие результаты первой и третьей серий экспериментов следует отметить, что количество площадок, отвечающих требуемому уровню темнового тока, составлет для ИФО: 7 % - в первой серии экспериментов и 78 % - в третьей серии; для стационарного отжига при Т = 280°С - 10 % в первой серии и 46 % в третьей серии от общего количества площадок, что говорит о предпочтительности технологии и топологии в третьей серии экспериментов.

Т а б л и ц а 1

N вывода	n	I (U=0,2 B), A	b
32	0,67	6,70Е-12	1,52
31	0,72	9,85Е-12	1,46
30	1,88	2,19Е-11	1,46
29	0,38	1,21Е-11	1,46
28	0,36	2,58Е-09	1,46
27	0,75	1,06Е-11	1,52
26	0,91	9,85Е-12	1,48
25	0,8	1,18Е-11	1,48
22	0,36	5,18Е-04	1,96
20	0,8	9,95Е-12	1,48
18	0,4	1,07Е-09	1,71
14	0,85	7,75Е-12	1,48
13	0,85	1,14Е-11	1,48
11	0,5	6,45Е-04	1,51
10	0,58	5,61Е-05	1,67
9	1,67	7,95Е-12	1,48
8	1,39	1,87Е-11	1,48
7	1,36	2,08Е-11	1,48
6	0,71	1,24Е-11	1,48
5	0,55	1,27Е-11	1,48
4	0,91	1,20Е-11	1,48
3	0,67	9,65Е-12	1,48
2	0,83	7,30Е-12	1,48

Т а б л и ц а 2

N вывода	n	I (U=0,2 B), A	b
32	0,5	1,70Е-11	1,56
31	0,67	4,79Е-11	1,56
30	0,3	1,87Е-11	1,56
29	0,39	2,25Е-11	1,56
28	1,43	2,57Е-09	1,06
27	0,64	1,90Е-11	1,56
26	0,5	7,50Е-04	1,88
25	0,8	1,80Е-11	1,88
23	0,6	1,10Е-10	1,88
22	0,91	1,76Е-11	1,61
21	0,95	3,00Е-11	1,88
20	0,91	1,78Е-11	1,61
19	0,91	1,90Е-11	1,61
18	0,91	1,80Е-11	1,61
16	0,85	6,95Е-10	1,88
15	0,9	2,17Е-11	1,31
14	0,91	1,95Е-11	1,6
13	0,55	1,47Е-03	1,37
11	0,85	5,49Е-06	2
10	0,9	1,85Е-11	1,52
9	1,15	3,14Е-07	1,88
8	1	5,40Е-11	1,52
7	1,2	3,99Е-11	1,52
6	0,65	2,41Е-04	1,1
5	0,62	1,42Е-04	1,37
4	0,7	4,58Е-04	1,37
3	3,1	9,74Е-08	2
2	0,7	2,46Е-11	1,52

          Использовав принципы этих экспериментов, требуется определить пути повышения выхода годных площадок с заданным уровнем темновых токов. Весь комплекс преставленных результатов свидетельствует о том, что главным путем к этому является дальнейшее усовершенствование процесса разварки. При этом следует отметить, что данные табл. 1 и 2 по величине n свидетельствует о том, что понижение уровня темновых токов возможно за счет усовершенствования защиты поверхности, которое приблизит значения n к 0,5, обеспечив тем самым преимущество токов через металлургическую границу p⁺-n-перехода перед токами утечки для выбранных режимов формирования p⁺-n-переходов и топологии.

          Путями усовершенствования базовой технологии и топологии ФД на InSb для изготовления низкофоновых фотоприемников являются следующие.
          1. Замена базового стационарного отжига с капсулирующей пленкой при Т = 375°С на отжиги без капсулирующей пленки либо импульсный фотонный (380°С, 10-30 с), либо стационарный при Т = 280°С при "смягчении" режима имплантации ионов Be⁺ (Е = 40 кэВ, Ф = 10¹⁴ см^-2).
          2. Уменьшение зазора между площадкой и ОК от 30 до 7 - 10 мкм.
          3. Введение дополнительного диэлектрического слоя под контактной площадкой.
          4. Проведение разварки от растра или кристалла ПЗС - к контактной площадке кристалла ("мягкий" режим) с предварительной разваркой и заземлением общего вывода. Указанные меры позволяют достигнуть величин темновых токов до 7·10^-12 А при U = 0,2 В на фоточувствительных площадках 50х50 мкм², что отвечает условиям реализации BLIP-режима в низкофоновой системе.

          Л и т е р а т у р а

          1. А с т а х о в В. П., Д е м и д о в а Л. В., Д у д к и н В. Ф. и др.: Пат. РФ 1589963, 1995.
          2. А с т а х о в В. П., Г и н д и н Д. А., К а р п о в В. В. О влиянии дополнительного планарного p-n-перехода, расположенного вблизи основного//Письма в ЖТФ, 1998. N 4. С. 72-76.
          3. А с т а х о в В. П., Д у д к и н В. Ф., К а р п о в В. В. и др. Применение импульсного лампового отжига в технологии изготовления фотодиодов из lnSb//Вопросы оборонной техники. 1993. Сер. 11. Вып. 1-2.
С. 18-22.

          The results are presented of tehnological investigations in basic technology of InSb-photovolfaic detectors. This allоw to improve the basic technology so as very low dark current level (< 3·10^-11 A) of the photodetectors is achievable. The results permits InSb photodetectors to be used effectively in low-background 3 - 5 mkm band systems to realize close-to-back ground-limited performance.