Плазменного распыления

Все пленки на основе мк-SkH и см-51:Н можно классифицировать на три группы: 1) мк-Sr.H, полученный методом плазменного осаждения газовых смесей, обогащенных водородом, на относительно холодную подложку и проявляющий резкий максимум ИК-спектра поглощения, обусловленный преимущественно колебаниями связи Si—Н2;

Методы рентгеноструктурного анализа позволяют определять размеры кристаллитов, их преимущественную ориентацию, искажения решетки и удельный объем микрокристаллической фазы в смешанном мк-Si: Н. Используя анализ полуширины рентгеновских линий, Мантеуда и др., а также авторы [57] рассчитали средний размер кристаллитов (6), который для нелегированных пленок мк-Si: Н (осажден-ных из смеси SiH4-Ar) составил 200 А, для пленок, легированных фосфором -100 А и для пленок мк-Si: Н, легированных бором, - 60 А. Согласно результатам этих систематических исследований величина 6 для материала каждого типа не зависит от мощности высокочастотного разряда [ 56]. Постоянство величины 6<ч пленках мк-Si : Н, легированных фосфором, подтверждается результатами работы [63]. В то же время установлено [ 61 ], что размер кристаллитов 6 зависит от условий плазменного осаждения, в частности, от частоты возбуждения плазмы, и что пленки с большими размерами кристаллитов получаются при более высоких частотах (~40 МГц). Несмотря на это, общий метод управления размером кристаллитов в пленках мк-Si: Н, осажденных в тлеющем разряде из газовых смесей, содержащих SiH4 пока не установлен.

С целью получения данных о структуре химической связи в аморфных сетках авторы [73] исследовали a-Sii_xCx:H методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и ИК-спектроскопии поглощения. Найдено, что в области составов х = 0,5 ^ 0,6 изменяется координационное число атомов углерода. В работе Тавада и др. методом плазменного осаждения из газовых смесей SiH4 + СН4 получены пленки a-SixCi_x: Н. Обнаружено, что значительного увеличения фото-проводящих свойств пленок можно добиться с помощью легирования бором или фосфором. Путем введения в газовую плазму SiH4 + Аг кислорода получены сплавы a-SixOi_x: Н [ 74]. С увеличением содержания водорода в разлагающейся смеси наблюдалось плавное возрастание оптической ширины запрещенной зоны вплоть до 2,4 эВ, при этом энергетический сдвиг соответствующего пика фотолюминесценции был менее заметен. В работе [75] путем введения аммиака в газовую плазму SiH4 получены твердые растворы a-Si^Nj—^: H, обладающие полупроводниковыми свойствами в широком интервале составов. Найдено, что с увеличением содержания азота от 1 до 30 % оптическая ширина запрещенной зоны сплавов a-SixNi_x : Н изменяется от 1,75 до 5,5 эВ, без существенного отклонения свойств пленок от полупроводниковых. В работе [76 для этого материала была доказана также возможность управления типом и концентрацией носителей заряда. Многочисленные попытки введения в аморфные сетки a-Si : Н примесных компонентов открывают таким образом новые возможности в производстве гетеропереходов и структур с управляемой шириной запрещенной зоны.

газов 35 смэ/мин. Для предотвращения генерации плазмы в вертикальной кварцевой трубе перпендикулярно поверхности подложки прикладывалось магнитное поле с напряженностью 0,8 кГс [58] . Процесс плазменного осаждения протекает преимущественно по гетерогенной газовой • реакции [62]

этих элементов, изготовленных при различных условиях плазменного осаждения' [ 75]. В работе содержится аналих различий к.п.д. элементов на подложках из листовой нержавеющей стали и полимерной пленке, связанной с морфологией поверхности слоев a-Si: Н. Показано, что солнечные элементы на основе a-Si: Н с к.п.д. 6,36 % могут быть получены на органической полимерной пленочной подложке при использовании микрокристаллического и-слоя вместо аморфного и-слоя в инвертированном p-i-n/ОИО-солнечном элементе [13].

С целью выявления оптимальной температуры получения a-Si: Н-сол-нечных элементов со структуройp-i-n/ОИО слоир-типа (толщиной 500 А), /-типа (5000 А) и и-типа (100 А) последовательно наносились при ра> личных температурах подложки с сохранением постоянной (10 Вт) мощ-ности ВЧ разряда в процессе плазменного осаждения. " -

Выбранные на основании приведенных выше результатов исследования температуры осаждения р-, /- и и-слоев a-Si: Н составляли соответственно 300, 250 и 250 °С. После осаждения р-слоя толщиной 500 А при 300 °С были сформированы /-слой (5000 А) и п-слой (100 А) при 250 С. Мощность ВЧ разряда в процессе плазменного осаждения поддерживалась постоянной (10 Вт). Подложками служили зеркально-отполированные пластины нержавеющей стали и термически обработанная полиимид-ная пленка с распыленным на ней слоем нержавеющей стали. Характеристики полученных солнечных элементов были следующими:

Все пленки на основе MK-Si:H и см-51:Н можно классифицировать на три группы: 1) мк-Sr.H, полученный методом плазменного осаждения газовых смесей, обогащенных водородом, на относительно холо'д-ную подложку и проявляющий резкий максимум ИК-спектра поглощения, обусловленный преимущественно колебаниями связи Si—Н2;

Методы рентгеноструктурного анализа позволяют определять размеры кристаллитов, их преимущественную ориентацию, искажения решетки и удельный объем микрокристаллической фазы в смешанном мк-Si: Н. Используя анализ полуширины рентгеновских линий, Мантеуда и др., а также авторы [57] рассчитали средний размер кристаллитов (6), который для нелегированных пленок мк-Si: Н (осажден-ных из смеси SiH4—Аг) составил 200 А, для пленок, легированных фосфором — 100 А и для пленок мк-Si: Н, легированных бором, - 60 А. Согласно результатам этих систематических исследований величина 6 цля материала каждого типа не зависит от мощности высокочастотного разряда [ 56]. Постоянство величины 5<ч пленках мк-Si : Н, легированных фосфором, подтверждается результатами работы [63]. В то же время установлено [ 61 ], что размер кристаллитов 6 зависит от условий плазменного осаждения, в частности, от частоты возбуждения плазмы, и что пленки с большими размерами кристаллитов получаются при более высоких частотах (~40 МГц). Несмотря на это, общий метод управления размером кристаллитов в пленках мк-Si: Н, осажденных в тлеющем разряде из газовых смесей, содержащих SiH4 пока не установлен.

С целью получения данных о структуре химической связи в аморфных сетках авторы [73] исследовали a-Si[-xCx:H методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и ИК-спектроскопии поглощения. Найдено, что в области составов х = 0,5 ^ 0,6 изменяется координационное число атомов углерода. В работе Тавада и др. методом плазменного осаждения из газовых смесей SiH4 + СН4 получены пленки z-SixCi-x: Н. Обнаружено, что значительного увеличения фото-проводящих свойств пленок можно добиться с помощью легирования бором или фосфором. Путем введения в газовую плазму SiH4 + Аг кислорода получены сплавы a-SixOi_x: Н [ 74]. С увеличением содержания водорода в разлагающейся смеси наблюдалось плавное возрастание оптической ширины запрещенной зоны вплоть до 2,4 эВ, при этом энергетический сдвиг соответствующего пика фотолюминесценции был менее заметен. В работе [75] путем введения аммиака в газовую плазму SiH4 получены твердые растворы a-SixNi_x: H, обладающие полупроводниковыми свойствами в широком интервале составов. Найдено, что с увеличением содержания азота от 1 до 30 % оптическая ширина запрещенной зоны сплавов a-SixNi_x : H изменяется от 1,75 до 5,5 эВ, без существенного отклонения свойств пленок от полупроводниковых. В работе [76 для этого материала была доказана также возможность управления типом и концентрацией носителей заряда. Многочисленные попытки введения в аморфные сетки a-Si : Н примесных компонентов открывают таким образом новые возможности в производстве гетеропереходов и структур с управляемой шириной запрещенной зоны.

газов 35 смэ/мин. Для предотвращения генерации плазмы в вертикальной кварцевой трубе перпендикулярно поверхности подложки прикладывалось магнитное поле с напряженностью 0,8 кГс [58] . Процесс плазменного осаждения протекает преимущественно по гетерогенной газовой • реакции [62]

Фотоэлектрические свойства пленок o-Si : Н, получаемых высокочастотным ионно-плазменным распылением, несколько хуже, чем пленок, наносимых разложением силана, что обусловлено большей концентрацией локализованных состояний в запрещенной зоне. Вместе с тем метод ионно-плазменного распыления выгодно отличается от метода разложения силана с точки зрения безопасности.

Тонкопленочной ИС называется ИС с толщиной пленок менее 1 мкм. Элементы тонкопленочной ИС наносятся преимущественно методами термовакуумного осаждения и катодного или ион-но-плазменного распыления.

Ионно-плазменное распыление представляет собой разновидность катодного распыления — оно осуществляется в результате бомбардировкой ионами газового разряда специальной мишени. Схема установки для ионно-плазменного распыления представлена на 7.4. Распыляемые с поверхности мишени частицы конденсируются на подложке 2. Перед началом процесса воздух из камеры откачивают до давления 10~4 Па. Затем нключают ток накала катода 5, а между анодом 3 и катодом 5 прикладывают напряжение. После заполнения рабочей камеры инертным газом под давлением KH.-.IO-1 Па между анодом и катодом при достаточно большой термоэлектронной эмиссии с катода возникает дуговой разряд, а промежуток между анодом и катодом будет заполнен ионизированным газом — плазмой. Если тепеэь подать на мишень 4 отрицательный потенциал, то положительные ионы будут «вытягиваться» из плазмы и бомбардировать поверхность мишени. Атомы материала мишени начнут распыляться и конденсироваться на подложке 2.

Тонкие пленки наносят на подложку с использованием различных технологических методов, которые в сочетании с методом фотолитографии позволяют получить резисторы требуемой конфигурации и размеров. Наиболее широко применяются методы вакуумного напыления и катодного или ионно-плазменного распыления. Диапазон номинальных значений тонкопленочных резисторов при приемлемых размерах составляет от 100 Ом до 50 кОм при номинальной мощности 0,2 Вт.

металлов и их сплавов производят методом термического испарения в вакууме, методом катодного или ионно-плазменного распыления. Пленки окислов металлов получают химическим путем. Металлоокисные резисторы обладают повышенной теплостойкостью.

Разновидность электролитического осаждения — анодное окисление (анодирование). Подложка или ранее нанесенная на нее металлическая пленка служит анодом. Выделяющиеся у анода атомы кислорода взаимодействуют с материалом подложки, образуя плотно сцепленную с ней окисную пленку. Таким способом получают, например, пленки окиси тантала или алюминия, применяемые в качестве диэлектриков тонкопленочных конденсаторов или изолирующих слоев многослойных соединений. Пленки Та или А1 предварительно наносят вакуумным способом. Возможно также вакуумное анодирование в плазме газового разряда, содержащей ионы кислорода. Оно осуществляется в установках катодного или ионно-плазменного распыления.

В различных процессах изготовления ИМС используются различные значения энергий ионных пучков: Ez для стимулирования физико-химических реакций на поверхности, Е3 для очистки и травления поверхности подложек, ?4 Для ионно-плазменного распыления и осаждения пленок; ?4 для электронно (ионно)-лучевого испарения и фрезерования; ?5 для ионной имплантации.

В данной главе мы рассматриваем только вопросы ионно-плазменного распыления, а в гл. 9 — процессы ионной имплантации.

Для описания процессов ионно-плазменного распыления предлагалось несколько моделей, основанных на двух механизмах. Согласно первому механизму распыленные атомы возникают в результате сильного локального разогрева поверхности мишени самим падающим ионом (модель «горячего пятна») либо быстрой вторичной частицей (модель «теплового клина»). Второй механизм состоит в передаче импульса падающего иона

12-6. Схемы промышленных установок для катодного (ионно-плазменного) распыления.

В последние годы все чаще для напыления керметных пленок начинают использовать методы катодного и высокочастотного плазменного распыления (ВПР). В пленках, нанесенных методом ВПР, структурные изменения проявляются меньше, чем в пленках, полученных другими методами, например испарением электронным лучом или пиролизом элементоорганических соединений.-Из всех факторов, влияющих на структуру