СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК Российский патент 1995 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к технологии изготовления фотоэлектрических приборов.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [1] в котором слой активного электрода наносят пульверизацией холодного спиртового раствора хлоридов индия и олова на нагретую на воздухе до 450-480^оС подложку, а затем проводят пиролиз. Пленки при этом неравномерны и неоднородны. Коэффициент пропускания не велик.

Известен способ получения электропроводящих прозрачных пленок [2] включающий нанесение пленки методом ВЧ-распыления из горячепрессованной мишени состава In₂O₃ SnO₂, где содержание SnO₂ не более 10% на нагретую до 300^оС диэлектрическую подложку в аргоно-кислородной среде при полном давлении 1,1 Па и парциальном давлении кислорода 0,1 Па с последующим отжигом в потоке аргона при Т 450-600^oС.

Полученные этим способом структуры имеют хорошую прозрачность (коэффициент пропускания 90% ) и удельное сопротивление порядка (2-4)˙10^-3 Ом˙см. Однако в некоторых случаях требуются структуры с максимальной прозрачностью и сохраненным при этом небольшим удельным сопротивлением. Способ [2] принят за прототип как наиболее близкий по технической сущности.

Технический результат изобретения повышение прозрачности пленок при сохранении высокой электропроводности.

В способе изготовления прозрачных электропроводящих пленок на основе окислов металлов, включающем нанесение пленки в аргонокислородной среде методом магнетропного распыления из горячепрессованной мишени состава In₂O₃ SnO₂ содержание SnO₂ не более 10% на нагретую до 300^оС диэлектрическую подложку и последующий отжиг в аргонокислородной среде при Т 500-550^оС, напыление проводят при постоянном давлении 0,25-0,4 Па и плотности подводимой мощности 3,2-4,5 Вт/см². Парциальное давление кислорода составляет 10-15% от общего давления. На сформированную пленку может быть нанесен защитный слой SiO₂ аналогичным методом. Используемое полное давление 0,1-0,2 Па. Подложку при этом также нагревают до 300^оС. Подводимая мощность 4,5-5,8 Вт/см².

Проведение процесса напыления при давлении в интервале 0,2-0,4 Па обусловлено следующим. При более низких давлениях наблюдается нестабильность процесса нанесения за счет "срывов" разряда установки. При более высоких давлениях, чем 0,4 Па наблюдается увеличение шероховатости пленок, возрастает неоднородность и неравномерность по толщине, что влияет на электрооптические показатели.

При использовании подводимой мощности менее 3,2 Вт/см² качество пленок также снижается. Повышается фон естественных загрязнений (остаточный азот, углерод и т. д. ) за счет неэффективности или малой мощности разряда. При относительно небольшом давлении (0,25-0,4 Па) рост пленки сопровождается внедрением примесей, которые влияют на коэффициент пропускания и проводимость. При использовании мощности более 4,5 Вт/см²пленки имеют разориентированную структуру, неравномерны, прозрачность уменьшается.

Рабочее давление при осаждении диэлектрического защитного слоя SiO₂поддерживалось в диапазоне 0,1-0,2 Па. С ростом давления (например 0,4 Па) снижалось качество защитных пленок, оцениваемое по скорости химического травления, которая при этом увеличивается почти на порядок. Это происходит за счет уменьшения коэффициента перераспределения и увеличения пористости пленок.

Известно [2] что напыление аналогичных пленок In₂O₃ Sn проводят обычно при давлении смеси аргона и кислорода в диапазоне 1-1,1 Па, используя ВЧ-метод напыления. Однако полученные таким образом пленки имеют невысокие прозрачность (80%) и оптическую однородность, и их проводимость в значительной мере зависит от парциального давления кислорода как при нанесении, так и последующем отжиге. Температура отжига 500-600^оС и падение сопротивления в пленках, подвергнутых отжигу, связаны с установлением равновесной концентрации кислорода в пленке.

В предлагаемом способе напыление осуществлялось при общем рабочем давлении 0,2-0,4 Па, что является нетрадиционным в данной области техники. Кроме того, совместное использование низкого давления и подводимой мощности в диапазоне 3,2-4,5 Вт/см² позволяет получать пленки In₂O₃ Sn, имеющие плотную структуру, близкую к дефектному поликристаллу. Этим объясняется повышение качества пленок. Коэффициент пропускания увеличивается до 98% поверхностное сопротивление составляет 200-250 Ом/□.

Кроме улучшения электрооптических свойств самой пленки, появляется также преимущество для последующего нанесения защитного прозрачного покрытия из SiO₂. Структура имеет хорошую адгезию, равномерна и однородна по толщине, шероховатости отсутствуют, и последующее нанесение слоя SiO₂ практически не изменяет электрооптические свойства структуры.

Таким образом, предлагаемый способ удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

П р и м е р. На кварцевую подложку размерами 20х20 мм проводили осаждение пленки окиси индия, легированного окисью олова, на установке УВН-2М1, модернизированной магнетронной распылительной ячейкой. Ячейка через согласующее устройство подсоединялась к генератору ВЧ (13,56 МГц) и был обеспечен уровень согласования магнитной распылительной системы с генератором ВЧ не менее 92% Камера снабжена ИК-нагревателем.

В рабочей камере обеспечивали остаточное давление 1˙10^-3 Па. Затем напускали рабочий газ и устанавливали давление 0,4 Па. Рабочий газ представлял собой смесь аргона и кислорода при содержании последнего 10-15% Включали генератор ВЧ-установки, устанавливали величину подводимой мощности 350 Вт, что соответствует плотности подводимой мощности 4,5 Вт/см².

Подложку предварительно нагревали до 350^оС и выдерживали при такой температуре в течение 20 мин, затем путем естественного охлаждения устанавливали температуру 300^оС.

Распыление проводили из мишени диаметром 100 мм, содержащей горячепрессованный материал In₂O₃ SnO₂. Молярная доля SnO₂ составляла 10%
После предварительного распыления мишени в течение 20 мин при закрытой заслонке последнюю открывали и осаждали на подложку пленку толщиной 1 мкм в течение 30 мин. Далее структуру нагревали до 500^оС и проводили отжиг в аргонокислородной среде, при содержании кислорода 5-10% в течение 15 мин. Далее охлаждали подложку естественным путем в вакууме.

Защитный слой SiO₂ наносили аналогичным образом, используя кварцевую мишень диаметром 100 мм. На подложку со сформированной структурой, нагретую до 300^оС, проводили напыление окиси кремния при давлении аргонокислородной смеси 0,1-0,2 Па. Содержание кислорода 5-10% Подводимая мощность составляла 350-450 Вт, что соответствует плотности подводимой мощности разряда 4,5-5,8 Вт/см². Толщина слоя составила 3 мкм.

Изменений оптоэлектрических свойств структуры с защитным слоем практически не наблюдалось, что подтверждает высокое качество получаемых пленок. Они обладают хорошей адгезией, равномерны и однородны по толщине, процессы диффузии кислорода завершены. Поверхностное сопротивление 200-250 Ом/□. Коэффициент пропускания 98%
Проводили также напыление оптически прозрачных пленок In₂O₃ Sn на подложку со сферической поверхностью, радиус сферы 4 мм. Полученная пленка обладала всеми перечисленными выше качественными показателями.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать пленки повышенного качества, удовлетворяющие требованиям оптоэлектроники.

Использование: изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления фотоприборов. Сущность изобретения: на кварцевую подложку методом магнетронного распыления из мишени состава In₂O₃:SnO₂, где содержание SnO₂ не более 10 мас.%, осаждают пленку окиси индия, легированную оловом, в аргоно-кислородной среде, содержащей 10 - 15% кислорода. Давление смеси 0,2 - 0,4 Па и плотность подводимой к мишени мощности разряда 3,2 - 4,5 Вт/см². Т подложки 300°С. Далее проводят отжиг в аргоно-кислородной среде при температуре 500 - 550°С. На пленку наносят слой SiO₂ 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК, включающий осаждение пленок путем высокочастотного магнетронного распыления из мишени In₂O₃ S_nO₂, содержащей не более 10 мас. оксида олова в аргонокислородной среде на нагретую до 300^oС диэлектрическую подложку, и последующий высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что осаждение пленок проводят при давлении аргонокислородной смеси 0,25 0,4 Па и парциальном давлении кислорода 10 15% от общего давления и плотности подводимой мощности разряда 3,2 4,5 Вт/см². 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отжига пленки наносят защитный слой оксида кремния.