1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Морфология пленок, полученных химическим осаждением из паровой фазы, в значительной степени зависит от характера процесса зародышеобразования на ранних стадиях роста пленки. Филби и др. [123) отмечали, что относительно высокая скорость образования зародышей способствует получению слоев с гладкой поверхностью, в то время как при высокой скорости роста зародышей в поперечном по отношению к плоскости подложки направлении образуются пленки, поверхность которых содержит плоскости скола и ступеньки. Качество поверхности эпнтаксиальных пленок может также зависеть от кристаллографической ориентации подложки [108). Существенное влияние на процесс формирования микроструктуры осаждаемых пленок оказывает температура подложки.
При очень низких температурах образуются микрокрнсталлические, аморфные или пористые слои. При повышении температуры осаждения размер зерен и плотность пленок увеличиваются. Очень высокая температура способствует быстрому росту зерен. Однако в этом случае сплошность пленок ниже по сравнению с покрытиями, осаждаемыми при низкой температуре. Парциальное давление взаимодействующих паров влияет на скорость осаждения пленки и, следовательно, на размер зерен. По мере увеличения скорости осаждения структура пленок мо>кет изменяться от столбчатой (при низкой скорости) до пористой (при высокой скорости осаждения) [!24]. 2.3А.4 Виды пленок, получаемых химическим осаждением нз пароаой фазы 2.3.4.4а, Полупроводники.
Существует большое количество публикаций по различным вопросам, связанным с химическим осаждением из паровой фазы полупроводниковых пленок. Детальное обсуждение данных работ выходит за рамки этой книги, однако характерные особенности наиболее важных про- зов Глава 2 цессов, применяемых при химическом осаждении из паровой фазы, с указанием тех полупроводниковых материалов, которые используют в фотоэлектрических приборах, суммированы в табл.
2.9. Рассмотрим очень кратко особенности процесса осаждения некоторых наиболее важных полупроводниковых материалов. Для получения кремния обычно применяют силан и различные хлорсиланы. Преимущество использования силана состоит в том, что осаждение можно проводить прн низких температурах. Однако применение относительно дешевых хлорсиланов обеспечивает более высокую скорость роста пленок вследствие повышенной температуры осаждения. Получаемые пленки В! имеют эпитаксиальную монокристаллическую, поликристаллнческую или аморфную структуру. В качестве материалов для подложек при выращивании кремниевых пленок используют различные виды кремния, от монокристаллического до поликристаллического металлургического, а также графит, нержавеющую сталь, сапфир и кварц. Для осаждения полупроводниковых соединений ]114] 111— ЪГ групп периодической системы, в частности ОаАз, А!Аз, ОаЗЬ, 1пР, 1пЛз, ОаР н Оа!зз, применяют гидриды, хлориды и металлорганические соединения, При получении трехкомпонентных сплавов, таких, как Оа,1пь,Р нлн ОаАз~ „Р„, точный контроль ширины запрещенной зоны материалов осуществляют путем изменения состава, характеризуемого параметром х.
Методом химического осаждения из паровой фазы можно также создавать четырехкомпонентные сплавы !114], например Оа„!п, „Аз„Р| „, имеющие необходимые значения ширины запрещенной зоны и параметров кристаллической решетки. Пленки соединений 11 — 1ЪГ групп осаждают(114] с использованием химической реакции между парами металла н гндрндами элементов ЪГ! группы, при этом в процессе газотранспортной реакции пары соединений П вЂ” Ъ'1 групп переносятся с помощью НС! или НВг, а гидриды элементов ЪГ! группы взаимодействуют с металлорганическимн соединениями, содержащими диэтиловые или диметиловые группы.
Прозрачные проводящие оксидные пленки, а именно пленки ВпОь !пзОз. ЪГОз, Ъ'зОз, ЪгзОз, ВпОз, легированного 5Ь, и 1пзОз, легированного Вп, получают с помощью гидролиза хлорндов металлов илн пиролнза металлорганических соединений. 2.3А.46. Металлы. Химическое осажденне металлов и их сплавов сопровождается следующими процессами: 1) термическим разложением, или пиролнзом металлорганических соединений, происходящим, как правило, при низких температурах; 2) восстановлением с помощью водорода галогенидов металлов, окснгалогенидов, карбоннлгалогенидов и других кнслородсод ржащих соединений; 3) восстановлением гидридов метал- Методы осаждения тонких пленок Таблица 2.9.
Исходные вещества для получения методом химического осаждения ия паровой фазы различных материалов, применяемых в солнечных элементах )4) Крнствнннческвя структура!) Материал подножия Темпсрвтурв освждення. "С Полу- проводник Исходные вещества 51С!4, Н, Пластина монокристаллического 5! 1200 5! Э Э Э Э Э Э П П 5|С1тН, Н 5)С1зНз! Н, 5!Нв, Н, 5!Н,, Не ЯН,', Н, ЯН, Н 5)Н4, Хз или Нз 5«С!зН в Н, То же Сапфир Шпинель Ябз Графит, ме- таллы !! 60 1100 1060 900 960 960 700 ... 900 900 ... 1000 Я 5! 5! 5! Я Я 5! 51 Структуры 51 Нз 600 ...
700 (ниякое давление) 600 ... 900 5! дизлектрик— проводник СС),Н Сапфир, шпинель То же в Пластина бе бе 5)С Э Э П 700 ... !000 600 1100 (СНз)«бе, Н, беН«, Нз ЯС1„толуол, Нз монокристал. лического 5! То же бадя 5!С!4, гексан, Н, Л1, НС1, АяНз, Нз (СНз)зА1, ЛяНз, Нз Сб, Н,5е, Н, (СНз) Сб, Нз5е, Н, ба, АяС1в Нз «ба, НС1, АяНз, Н, (СНз)вба, АяНз, Н, 1и, РС1,, Н, (СзНв)з1п, ЛяНв, Нз НС1, АяНз, Нз (Снз) вА), (Снв)зба, АяНз Н ба, НС! А«Нз РНз, Н, ЯС А)Ая ! 860 1000 А)Ая бадя Э Э 700 600 С65, Сапфир С65е С65е Э Э 760 726 баАя байя баАя баАя, бе 700 баАя Шпинель !пр 1пАя !пР Сапфир 660 676 1пАз баАя, сапфир 1пАя А!баАя 700 700 Э Э баАяР бе, баАя ! ! Л вЂ” аморфная. М вЂ” монакрнствнлнческвя.
П вЂ” поянкрнствялнчеснвя, Э вЂ” э ннтв. н снвяьнвя Методы осаждения тонкик лленок лов находящимися в паровой фазе более активными металламивосстановителями; 4) транспортной химической реакцией. 2.ЗА.4с. Диэ,гектрики. В большинстве случаев метод химического осаждения из паровой фазы в отличие от других методов осаждения позволяет получать более высококачественные диэлектрические пленки, которые применяются как оптические покрытия, покрытия для пассивации поверхности, изоляционные покрытия в многослойных структурах, как маски при проведении диффузии и фототравления, а также как покрытия, предотвращающие коррозию. 2.3.4,5 Газотранспортные реакции е каееиаемкнутом объеме Для выращивания эпитаксиальных пленок полупроводников и их соединений рядом исследователей [125, 126) осуществлялась химическая транспортная реакция в квазизамкнутом объеме.
При использовании этого метода между близко расположенными [на расстоянии -! мм) источником и подложкой поддерживается определенная разность температур. В результате взаимодействия химически активного газа с веществом источника образуется летучее соединение, которое затем разлагается у поверхности подложки, и исходное вещество осаждается в виде тонкой пленки. Скорость роста пленки сильно зависит от кинетики процесса переноса активного газа, температуры источника и подложки, состояния поверхности подложки и, разумеется, термодинамических параметров химических реакций.
Теоретический анализ процессов, происходягцих при осаждении пленки, выполнен Бейли и др.[127[. С помощью этого метода осаждения Мэем [128) получены эпитаксиальные кремниевые пленки в условиях, когда перенос 81 осуществляется парами 1з с низким давлением, а источник имеет более низкую температуру, чем подложка. Куртис и Браннер [129] для эпнтакснального осаждения пленок СЮ и СзаАз, 1 скорость роста которых составляла около 1 мкм)мин, применяли химические транспортные реакции, аналогичные реакции С45(конденс.
сост.) ' Нз (газообр. фаза) н~ Нтз (газообр. фаза) + + Сб (газообр. фаза). Этим методом получены также эпитаксиальные пленки Сг(Те [!ЗО[ и баАз [13!) при использовании в качестве газа-носителя водяного пара. 2.3.4.6 Плазменное осаждение Плазменное осажденне, называемое также осаждением в тлеющем разряде, представляет собой, по существу, процссс химического осаждения из паровой фазы, осуществляемый ыг Глава 2 в плазме.
С помощью плазмы тлеющего разряда (при постоянном токе или высокочастотном возбуждении) пары разлагают на составляющие, в результате взаимодействия которых образуется вещество осаждаемой пленки. Так, например, в процессе химической реакции между содержащимися в паре 51Нв и ННв осаждается пленка ЯвХь Аналогичным образом при взаимодействии ЯН4 с парами НвО образуется пленка Я. При разложении паров тетраэтилортосиликата формируется пленка ЯО, Метод плазменного осаждения удобен для получения полимерных пленок сложного состава. Наиболее интересной областью применения этого метода в настоящее время является осаждение пленок гидрогенизированного аморфного кремния для солнечных элементов, которое проводится в тлеющем разряде в атмосфере чистого или разбавленного аргоном силана ЯНь Для осаждения пленок используется простая установка, в которой безэлектродный тлеющий разряд возбуждается внешним витком при частоте от 0,5 до 13,5 МГц.
При давлении 13...27 Па и скорости потока ЯН, (в стандартных условиях) 0,2...5,0 сма/мин скорость осаждения пленки составляет 10...100 нм/мин. Степень однородности пленок гидрогенизированного аморфного кремния значительно повышается, если тлеющий разряд в %На создается между плоскопараллельными электродами (разряд постоянного тока) или с помощью конденсатора возбуждается высокочастотный разряд с частотой 13,5б МГц. Изменяя плотность катодного тока от 0,2 до 2,0 мА/сма в тлеющем разряде постоянного тока при давлении ЯН4-133 Па, можно осаждать пленки со скоростью 0,1...1,0 нм/мин. В тлеющем разряде, возбуждаемом высокочастотным полем, при давлении 0,7...33 Па и скорости потока ЯН4 (в стандартных условиях) 10...30 см'/мин достижимы скорости осаждения пленок около 50 нм/мин. Состав пленок, в частности концентрация водорода, сильно зависит от характеристик разряда, давления ЯН4 и температуры подложки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
