СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОНТАКТНОГО РИСУНКА ИЗ НИКЕЛЯ НА ПЛАСТИНАХ КРЕМНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H01L31/18 H01L21/285 

Описание патента на изобретение RU2411612C1

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов из кремния, в частности к изготовлению фотопреобразователей.

Процесс изготовления большинства полупроводниковых приборов из кремния сопровождается формированием определенной конфигурации электрических контактов. При создании контактного рисунка наиболее широкое распространение получило сочетание метода вакуумного нанесения сплошного металлического слоя с фотолитографией химически стойкой маски и вытравливанием контактного рисунка (Е.З.Мозель, Ф.П.Пресс. «Планарная технология кремниевых приборов», Москва, Энергия, 1974 г.).

Недостатками известного способа нанесения контактного рисунка на кремний являются необходимость использования высокого вакуума и большая трудоемкость процесса фотолитографии.

Известен способ создания контакта с кремнием из пленки никеля путем химического осаждения из растворов, содержащих соль никеля и восстановитель типа NaH2PO2, взамен вакуумного напыления (Международная заявка WO 2004/004928, МПК B05D 3/10, 2004 г.).

Недостатком этого способа является необходимость проведения предварительной активации поверхности кремния путем осаждения золота. Кроме расхода драгоценного металла, присутствие золота на поверхности кремния сопровождается диффузией золота в объем кремния уже при температуре выше 200°С, что вызывает снижение времени жизни неосновных носителей тока в кремнии и ухудшение рабочих характеристик полупроводниковых приборов. Кроме того, химически осажденный никель содержит от 5 до 10% примеси фосфора или бора, что создает проблемы получения низкоомных контактов для кремния с р-проводимостью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению и взятым за прототип является известный способ создания контактного рисунка из никеля на кремниевых фотопреобразователях путем формирования на поверхности пластин кремния пленки нитрида кремния толщиной около 0,1 мкм, создания с помощью лазерного луча окон в этой пленке, избирательного химического осаждения из раствора никеля в окна и нагревания до температуры 250-450°С, сопровождающегося образованием между никелем и кремнием прослойки силицида никеля (Ni2Si или NiSi) («Front-side metallization of silicon solar cells by nickel plating and light induced silver plating», By M.Alemán, N.Bay, D.Barucha, S.W.Glunz and R.Preu, Galvanotechnik, 2, 2009, p.412-417).

Недостатками данного способа создания контактного рисунка на кремниевых фотопреобразователях являются пригодность этого способа лишь для кремний сильно легированного фосфором (больше 1018 см-3) и низкая адгезия никеля с поверхностью кремния, сильно легированного бором или алюминием, что препятствует созданию контакта на основе никеля на обе области диодных структур кремниевых фотопреобразователей, в частности, при изготовлении контактного рисунка фотопреобразователей с двусторонней рабочей поверхностью.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение прочного контакта электропроводящего слоя на основе никеля с низким омическим сопротивлением независимо от типа проводимости и степени легирования поверхности кремния.

Указанная задача решается тем, что предложен способ создания на поверхности кремниевых пластин прочного электропроводящего слоя силицида никеля, не содержащего вредных примесей фосфора и бора.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нанесения контактного рисунка из никеля на пластины кремния, включающем создание на поверхности кремния диэлектрической пленки с окнами, осаждение никеля в окна, образование прослойки силицида никеля, согласно изобретению осаждение никеля и образование прослойки силицида никеля производят в газовой фазе при термическом разложении паров тетракарбонила никеля в интервале температур 200-300°С, при давлении в системе (1-10)·10-1 мм рт.ст. на 1 дм2 покрываемой поверхности, затем химическим травлением удаляют слой никеля до слоя силицида никеля и химическим осаждением наносят никель на прослойку силицида никеля в окна диэлектрической пленки.

Следует отметить, что газофазный метод термического осаждения никеля из тетракарбонила никеля позволяет получать никелевую пленку без примесей фосфора и бора, которые являются электрически активными примесями в кремнии и мешают созданию низкоомного контакта соответственно с р- и n-типом проводимости кремния. Кроме того, осаждаемый никель отличается высокой химической активностью, способствуя низкотемпературному образованию прослойки силицида никеля.

Сущность изобретения поясняется следующим примером изготовления контактного рисунка для двусторонних фотопреобразователей.

Пример

Используются пластины кремния с диодной структурой п+-р-p+ или р+-п-п+, созданные методом диффузионного легирования одной стороны пластин фосфором, а другой бором до концентрации около 1020 см-3. Обе стороны пластин покрываются просветляющей пленкой нитрида кремния толщиной около 80 нм, например, методом плазмохимического осаждения из смеси моносилана и аммиака. Вместо нитрида кремния можно применять пленки SiO2, Ta2O5, Al2O3, ZnO, SnO2, In2O3. С помощью импульсного пикосекундного сканирующего лазера в пленке нитрида кремния или других указанных диэлектрических пленках на обеих сторонах пластин создаются окна чистого кремния, соответствующие форме требуемого контактного рисунка.

Далее пластины помещают в вакуумную камеру и систему откачивают до остаточного давления ~1·10-1 мм рт.ст. После этого пластины нагревают до температуры 200°С и в камеру подают пары тетракарбонила никеля (ТКН) со скоростью 2 мл/мин на 1 дм2 поверхности кремниевых пластин в течение 1 мин. Затем скорость подачи паров ТКН уменьшают до 6,5 мл/мин и процесс ведут при температуре 300°С в течение 1 мин. После прекращения подачи паров ТКН пластины выдерживают при температуре 400°С еще 5 минут. В процессе осаждения никеля на нагретую поверхность пластин в окнах чистого кремния происходит образование прослойки силицида никеля толщиной более 10 нм.

При температуре выше 200°С образуется соединение Ni2Si, а при температуре выше 400°С соединение NiSi. На участках поверхности кремния, закрытых пленкой нитрида кремния, никель не вступает в химическую реакцию с нитридом кремния. Затем не прореагировавший с кремнием никель удаляют кислотным травлением без повреждения пленки нитрида кремния. В окнах нитрида кремния на обеих сторонах пластин кремния остается пленка силицида никеля толщиной не менее 10 нм, и на нее избирательно осаждают пленку никеля толщиной около 0,2 мкм из раствора известным методом химического осаждения. При необходимости на пленку никеля можно дополнительно нанести гальванически слой меди толщиной несколько микрон.

Другие примеры нанесения никелевых пленок с применением газофазного метода представлены в таблице.

Как следует из таблицы, отклонение от заявленных технологических параметров осаждения никеля на кремниевые пластины в случаях снижения температуры нагрева пластин (пример 3) или снижения скорости подачи паров тетракарбонила никеля (пример 5) приводит к снижению скорости их осаждения и к получению тонких пленок, неравномерных по толщине. В случаях повышения температуры нагрева пластин (пример 2), повышения скорости подачи паров тетракарбонила никеля (пример 4) или превышения рабочего давления (пример 6) образуются никелевые пленки темно-серого цвета или матовые с включениями углерода.

Формирование пленки силицида никеля способствует получению механически прочного и низкоомного контакта на финишной стадии химического осаждения никеля на участки кремния, покрытые силицидом никеля. Таким образом, решается задача нанесения недорогих контактов на обе стороны двусторонних фотопреобразователей из кремния.

Похожие патенты RU2411612C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ПЛЕНКОЙ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 1999
  • Заддэ В.В.
  • Стребков Д.С.
  • Поляков В.И.
  • Старшинов И.П.
RU2151449C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ СВЧ-МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ МИКРОСБОРОК 1991
  • Гаганов В.В.
  • Жильцов В.И.
  • Пожидаев А.В.
  • Попова Т.С.
RU2017271C1
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2007
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2331139C1
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2008
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Чепа Алексей Васильевич
  • Кузнецов Александр Николаевич
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2374720C1
КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДВУСТОРОННЕЙ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ 2009
  • Заддэ Виталий Викторович
  • Пинов Ахсарбек Борисович
  • Тимербулатов Тимур Рафкатович
  • Тимербулатов Владислав Тимурович
  • Токарев Владимир Евгеньевич
RU2432639C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2009
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2410794C2
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Заддэ Виталий Викторович
  • Стребков Дмитрий Семенович
RU2417481C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2009
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Чепа Алексей Васильевич
  • Кузнецов Александр Николаевич
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2401480C1
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Заддэ Виталий Викторович
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Семенова Ольга Ивановна
RU2419180C2
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2444087C2

Реферат патента 2011 года СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОНТАКТНОГО РИСУНКА ИЗ НИКЕЛЯ НА ПЛАСТИНАХ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов из кремния, в частности к изготовлению фотопреобразователей. Способ создания контактного рисунка из никеля на пластинах кремния включает создание диэлектрической пленки с окнами, химическое осаждение никеля в окна кремниевых пластин и образование прослойки силицида никеля, которое производят из газовой фазы при термическом разложении паров тетракарбонила никеля в интервале температур 200-300°С, при давлении в системе (1-10)·10-1 мм рт.ст. и скорости подачи паров тетракарбонила никеля 0,5÷2 мл/мин на 1 дм2 покрываемой поверхности, затем химическим травлением удаляют слой никеля до слоя силицида никеля и химическим осаждением наносят никель на прослойку силицида никеля в окна диэлектрической пленки. Изобретение обеспечивает возможность создания прочного контакта электропроводящего слоя на основе никеля с низким омическим сопротивлением независимо от типа проводимости и степени легирования поверхности кремния. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 411 612 C1

Способ создания контактного рисунка из никеля на пластины кремния, включающий создание диэлектрической пленки с окнами, осаждение никеля в окна и образование прослойки силицида никеля, отличающийся тем, что осаждение никеля и образование прослойки силицида никеля производят в газовой фазе при термическом разложении паров тетракарбонила никеля в интервале температур 200-300°С, при давлении в системе (1÷10)·10-1 мм рт.ст. и скорости подачи паров тетракарбонила никеля 0,5÷2 мл/мин на 1 дм2 покрываемой поверхности, затем химическим травлением удаляют слой никеля до слоя силицида никеля и химическим осаждением наносят никель на прослойку силицида никеля в окна диэлектрической пленки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2411612C1

M.Aleman, еу al, Front-side metallization of silicon solar cells by nickel plating and light induced silver plating», 2, 2009, p.412-417
WO 2004004928 A1, 15.01.2004
KR 100416740 B1, 17.05.2005
US 4612698 A, 23.09.1986
US 4609585 A, 02.09.1986
Способ получения катализатора для окисления сернистого ангидрида 1970
  • Дорн Людвиг
  • Хейнце Герхард
  • Вокулат Юрген
  • Меллер Вильгельм
  • Рюбзам Франц
SU437264A1
Омический контакт к кремниевому солнечному элементу 1989
  • Прохоцкий Ю.М.
  • Александров Б.А.
  • Зиновьев К.В.
  • Александров А.Б.
  • Зубков С.А.
SU1635843A1

RU 2 411 612 C1

Авторы

Уэльский Анатолий Адамович

Заддэ Виталий Викторович

Гребенников Александр Васильевич

Стороженко Павел Аркадьевич

Даты

2011-02-10Публикация

2010-02-11Подача