СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H01L21/205 

Изобретение касается области получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния путем разложения кремнийсодержащей газовой смеси и может быть использовано в твердотельной электронике.

Известен способ получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния, который заключается в разложении газовой смеси моносилан - гелий (до 60 об. %) в высокочастотном (13,56 мГц) тлеющем разряде при температурах подложки 250 - 350^oC (J. P. Kleider, C. Longeaud. R. Roca i Cabarrocas J. of Non - Cryst. Solids, 1993, V. 164-166, p. 403-406).

Способ позволяет получать пленки приборного качества при повышенных скоростях роста. Однако это достигается только при высоких температурах осаждения (до 350^oC). Кроме того, необходимость использования гелия в газовой смеси усложняет и удорожает процесс получения пленок.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является способ получения пленки аморфного гидрогенизированного кремния путем разложения моносилана в атмосфере гелия (2 об.%) в плазме высокочастотного (13,56 мГц) тлеющего разряда с образованием продуктов реакции и осаждения из них пленки в плазме тлеющего разряда на подложку (R. Roca i Cabarrocas, A. Lloret Applied Physics, 1994, V. A58, p. 365 - 369).

Указанным способом удается получать пленки приборного качества только при низких скоростях роста (0,7 - 1,25
Целью изобретения является повышение скорости роста осаждаемой пленки аморфного гидрогенизированного кремния.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения пленки аморфного гидрогенизированного кремния путем разложения моносилана в плазме тлеющего разряда с образованием продуктов реакции и осаждения из них пленки в плазме тлеющего разряда на подложку, при разложении и осаждении используют плазму тлеющего разряда с частотой 45 - 65 кГц.

Новым в способе является то, что при разложении и осаждении используют плазму тлеющего разряда с частотой 45 - 65 кГц.

Сущность изобретения заключается в том что благодаря проведению процесса осаждения в плазме низкочастотного тлеющего разряда удается повысить скорость осаждения пленок до 10 - 30
Это можно объяснить, по крайней мере, тремя причинами:
во-первых, коэффициент полезного действия согласующего устройства между низкочастотным генератором и реакционным объемом приблизительно в три раза выше, чем для аналогичной высокочастотной установки;
во-вторых, меньше энергетических потерь в плазме низкочастотного разряда, вызванных столкновениями низкоэнергетических электронов, ввиду большей средней энергии электронов газового разряда и, соответственно, меньшей доли низкоэнергетических электронов;
в-третьих, образование в плазме активных частиц, участвующих в формировании пленок аморфного гидрогенизированного кремния, происходит вблизи поверхности роста, в связи с чем уменьшаются их потери и большая доля активных частиц участвует в формировании пленок.

Кроме того, это позволяет производить осаждение пленок не из смесей сложного состава, а только из моносилана.

Выбор частоты генератора связан с возможностью осаждения пленок на диэлектрические (стеклянные) подложки толщиной до 1 мм. В диапазоне 45-65 кГц локальное сопротивление разрядного промежутка увеличивается примерно на треть по сравнению со случаем отсутствия подложек, что позволяет получать достаточную степень равномерности пленки по подложке. При меньших частотах неравномерность хуже, при больших частотах нарушается низкочастотный режим горения разряда.

Из уровня техники не вытекает, что снижение частоты плазмы тлеющего разряда приводит к увеличению скорости роста осаждаемой пленки. На основании чего можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется примером осуществления способа.

Пример. Процесс осаждения производят на установке промышленного типа "MINI GOUPYL" (France). В качестве подложек используют пластины из оптического стекла марки Corning Glass 7059. Стеклянные пластины проходят многостадийную обработку в ацетоне и изопровиловом спирте, а затем сушку в парах изопропилового спирта. Очищенные подложки помещают на графитовые электроды-подложкодержатели, расстояние между которыми составляет 14 мм, и устанавливают в горизонтальной реакционной камере. Реакционную камеру откачивают до давления 0,1 Па, подложки нагревают до 220^oC в течение 60 мин. После нагрева в камеру подают моносилан с расходом 200 см³/мин, устанавливают рабочее давление 70 Па, мощность низкочастотного генератора 200 Вт, возбуждают плазму на частоте 55 кГц и производят осаждение пленки аморфного гидрогенизированного кремния.

Последующие опыты отличаются от описанного тем, что осаждение проводят при изменении частоты плазмы тлеющего разряда.

Проводят измерения следующих основных оптических и электрофизических параметров - толщина пленки d, скорость роста V_d, фоточувствительность, энергия активации E_a, концентрация дефектов N_D, параметр Урбаха E₀.

Скорость роста определяют из измерении толщины осаждаемых пленок на установке Talystep. Определение фоточувствительности, энергии активации, концентрации дефектов и параметра Урбаха производят из измерений темновой и фотопроводимости и методом постоянного фототока, для чего на поверхности пленок формируют тестовые структуры в виде пары планарных алюминиевых электродов толщиной до 0,3 мкм, зазор между которыми составляет 1,0 мм.

Данные измерений представлены в таблице.

Таким образом, как следует из приведенных характеристик заявляемый способ получения пленки аморфного гидрогенизированного кремния в плазме низкочастотного тлеющего разряда обеспечивает получение пленок приборного качества при высоких скоростях роста (10 - 30 с

Использование: в твердотельной электронике. Сущность изобретения: способ включает разложение моносилана в плазме тлеющего разряда с образованием продуктов реакции и осаждение из них пленки в плазме тлеющего разряда на подложку. Новым является то, что при разложении и осаждении используют плазму тлеющего разряда с частотой 45-65 кГц. Техническим результатом изобретения является повышение скорости роста осаждаемой пленки. 1 табл.

Способ получения пленки аморфного гидрогенизированного кремния путем разложения моносилана в плазме тлеющего разряда с образованием продуктов реакции и осаждения из них пленки в плазме тлеющего разряда на подложку, отличающийся тем, что при разложении и осаждении используют плазму тлеющего разряда с частотой 45 - 65 кГц.