Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій
Investigating the formation of inversion layers (IL) at the Si-SiO2 interface in the manufacturing technology of silicon photodetectors, some dynamics of dislocations after isothermal annealing were revealed, which were absent in samples without inversion. After selective etching of samples with inv...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/671 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543946521444352 |
|---|---|
| author | Kukurudziak, M. S. |
| author_facet | Kukurudziak, M. S. |
| author_sort | Kukurudziak, M. S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-06-19T08:07:13Z |
| description | Investigating the formation of inversion layers (IL) at the Si-SiO2 interface in the manufacturing technology of silicon photodetectors, some dynamics of dislocations after isothermal annealing were revealed, which were absent in samples without inversion. After selective etching of samples with inversion layers, localization of dislocations on the periphery of responsive elements (RE) with accumulation of guard rings (GR) or other elements of n+-type topology outside the RE was observed. This testified to the movement of dislocations on the surface of the Si-SiO2 structures with IL in the direction of the periphery of the crystal during isothermal annealing, which contributed to a significant decrease in the density of structural defects in RE. The described phenomenon can be used to obtain highly doped defect-free silicon structures. Since the presence of dislocations or other violations of the crystal lattice negatively affect the parameters of the products.In the case of using the described phenomenon as a technological method of “cleaning” the surface of silicon structures, there is a need for controlled formation of IL. One of the methods of forming inversion layers can be thermal oxidation in hydrochloric acid vapors according to the principle of dry-wet-dry oxidation (for p-type silicon). Another method that does not require additional materials is the annealing of Si-SiO2 structures at a temperature of 900–950 Celsium degrees in a nitrogen atmosphere for ? 240 minutes. Inversion channels, in this case, will be formed due to the redistribution and diffusion of metal impurities in the oxide (which were introduced during previous thermal operations) to the Si-SiO2 interface.In the described case, these structural defects after annealing were localized in the GR, which is also an active element of the phododiodes, as it limits the dark current of the RE, accordingly, the dark current of the GR should also be low. To be able to implement this method, it is necessary to create passive n+-regions on the periphery of the crystals, limited by oxide, which will be the locations of defects after annealing. It can be both separate areas of arbitrary shape and a concentric ring outside the GR. Elements that will be the locations of defects on the periphery can be cut off at the stage of separating the substrates into crystals.After annealing, it is necessary to remove the IL and form an anti-reflective coating by any known method, since the presence of inversion channels contributes to the growth of dark currents.When examining the morphology of defect localization areas after annealing under high-magnification microscopes and with the help of an atomic force microscope, the formation of hexagonal and round defects, which are partial marginal Frank dislocation loops, was observed.The mechanism of dislocation movement described in this article has not been thoroughly studied by us and requires additional research, but it may be related to Cottrell atmospheres and their interaction with IL |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:53Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-671 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:31Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6712023-06-19T08:07:13Z Method of “cleaning” the surface of responsive elements of silicon p-i-n photodiodes from dislocations Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій Kukurudziak, M. S. silicon dislocation inversion layer hexagonal defect partial dislocation кремній дислокація інверсійний шар гексагональний дефект часткова дислокація Investigating the formation of inversion layers (IL) at the Si-SiO2 interface in the manufacturing technology of silicon photodetectors, some dynamics of dislocations after isothermal annealing were revealed, which were absent in samples without inversion. After selective etching of samples with inversion layers, localization of dislocations on the periphery of responsive elements (RE) with accumulation of guard rings (GR) or other elements of n+-type topology outside the RE was observed. This testified to the movement of dislocations on the surface of the Si-SiO2 structures with IL in the direction of the periphery of the crystal during isothermal annealing, which contributed to a significant decrease in the density of structural defects in RE. The described phenomenon can be used to obtain highly doped defect-free silicon structures. Since the presence of dislocations or other violations of the crystal lattice negatively affect the parameters of the products.In the case of using the described phenomenon as a technological method of “cleaning” the surface of silicon structures, there is a need for controlled formation of IL. One of the methods of forming inversion layers can be thermal oxidation in hydrochloric acid vapors according to the principle of dry-wet-dry oxidation (for p-type silicon). Another method that does not require additional materials is the annealing of Si-SiO2 structures at a temperature of 900–950 Celsium degrees in a nitrogen atmosphere for ? 240 minutes. Inversion channels, in this case, will be formed due to the redistribution and diffusion of metal impurities in the oxide (which were introduced during previous thermal operations) to the Si-SiO2 interface.In the described case, these structural defects after annealing were localized in the GR, which is also an active element of the phododiodes, as it limits the dark current of the RE, accordingly, the dark current of the GR should also be low. To be able to implement this method, it is necessary to create passive n+-regions on the periphery of the crystals, limited by oxide, which will be the locations of defects after annealing. It can be both separate areas of arbitrary shape and a concentric ring outside the GR. Elements that will be the locations of defects on the periphery can be cut off at the stage of separating the substrates into crystals.After annealing, it is necessary to remove the IL and form an anti-reflective coating by any known method, since the presence of inversion channels contributes to the growth of dark currents.When examining the morphology of defect localization areas after annealing under high-magnification microscopes and with the help of an atomic force microscope, the formation of hexagonal and round defects, which are partial marginal Frank dislocation loops, was observed.The mechanism of dislocation movement described in this article has not been thoroughly studied by us and requires additional research, but it may be related to Cottrell atmospheres and their interaction with IL Досліджуючи утворення інверсійних шарів (ІШ) на межі поділу Si-SiO2 в технології виготовлення кремнієвих фотоприймачів, було виявлено деяку динаміку дислокацій після ізотермічних відпалів, яка була відсутня в зразків без інверсії. Після селективного травлення зразків з інверсійними шарами спостерігалась локалізація дислокацій по периферії фоточутлвих елементів (ФЧЕ) із скупченням на поверхні охоронних кілець (ОК) чи інших елементів топології n+-типу поза фоточутливими елементами. Це свідчило про рух дислокацій по поверхні структур Si-SiO2 з ІШ в напрямку периферії кристала під час ізотермічного відпалу, що сприяло значному зниженню густини структурних дефектів в ФЧЕ. Описане явище можна використовувати для отримання високолегованих бездефектних кремнієвих структур, оскільки наявність дислокацій чи інших порушень кристалічної ґратки негативно впливають на параметри виробів.У випадку використання описаного явища як технологічного методу «очищення» поверхні кремнієвих структур виникає потреба в контрольованому утворенні інверсійних шарів. Одним з методів утворення ІШ може бути термічне окиснення в парах соляної кислоти за принципом сухе-вологе-сухе окиснення (для кремнію p-типу). Іншим методом, який не потребує додаткових матеріалів, є відпал структур Si-SiO2 при температурі 900-950 градусів Цельсія в атмосфері азоту тривалістю ? 240 хв. Інверсійні канали, під час відпалу, утворюватимуться за рахунок перерозподілу та дифузії домішок металів в оксиді (які були внесені під час попередніх термічних операцій) до межі поділу Si-SiO2.В описаному випадку дислокації після відпалу локалізувались в ОК, яке також є активним елементом фотодіода, оскільки обмежує темновий струм ФЧЕ, відповідно темновий струм ОК повинен бути теж низьким. Для можливості реалізації даного методу, на периферії кристалів варто створювати пасивні n+-області, обмежені оксидом, які будуть місцями локалізації дефектів після відпалу. Це можуть бути як окремі області довільної форми, так і концентричне кільце за межами ОК. Елементи, які будуть місцями локалізації дефектів на периферії, можуть бути відрізані на етапі розділення підкладок на кристали.Після проведення відпалу варто стравлювати ІШ та утворити просвітлююче покриття будь-яким відомим методом, оскільки наявність інверсійних каналів сприяє зростанню темнових струмів.При дослідженні морфології областей локалізації дефектів після відпалу в мікроскопах з високим збільшенням та за допомогою атомно-силового мікроскопа спостерігається утворення гексагональних та круглих дефектів, які є частковими крайовими дислокаційними петлями Франка.Механізм описаного в цій статті руху дислокацій досконало нами ще не вивчений та потребує додаткового дослідження, але він може бути пов'язаний із атмосферами Котррелла та їхньою взаємодією з ІШ. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-05-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/671 10.15407/hftp14.02.182 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 2 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 182-190 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 2 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 182-190 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 2 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 182-190 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/671/687 Copyright (c) 2023 M. S. Kukurudziak |
| spellingShingle | кремній дислокація інверсійний шар гексагональний дефект часткова дислокація Kukurudziak, M. S. Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title | Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title_alt | Method of “cleaning” the surface of responsive elements of silicon p-i-n photodiodes from dislocations |
| title_full | Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title_fullStr | Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title_full_unstemmed | Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title_short | Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| title_sort | метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій |
| topic | кремній дислокація інверсійний шар гексагональний дефект часткова дислокація |
| topic_facet | silicon dislocation inversion layer hexagonal defect partial dislocation кремній дислокація інверсійний шар гексагональний дефект часткова дислокація |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/671 |
| work_keys_str_mv | AT kukurudziakms methodofcleaningthesurfaceofresponsiveelementsofsiliconpinphotodiodesfromdislocations AT kukurudziakms metodočiŝennâpoverhnífotočutlivihelementívkremníêvihpinfotodíodívvíddislokacíj |