WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

при частоте 58 MHz приведены на рис. 9. При сравнении рис. 8 и 9 видно, что в одинаковом диапазоне мощностей максимальная энергия ионов на высокой частоте ниже, а ионный поток выше, одинаковое изменение ВЧ мощности от 0 до 30 W на частотах 58 и 13.56 MHz приводит к разному изменению энергии и тока ионов, разность Ei max в режимах КЗ и ХХ менее существенна при f = 58 MHz, Ii max в обоих режимах одинаковы при f = 58 MHz, а при f = 13.56 MHz разность токов ионов в режимах КЗ и ХХ увеличивается с ростом мощности.

Рис. 8. Зависимость Ei max и Ii max от ВЧ мощности для разряда в силане при f =13.56 MHz. 1 — режим КЗ, 2 — режим ХХ, 3 — Ei max в режиме ХХ плюс напряжение автосмещения Usb.

приближении функцию распределения электронов можно аппроксимировать максвелловской с температурой Te.

Необходимо иметь в виду, что энергетический спектр электронов может быть снят только в режиме ХХ.

Рис. 9. То же, что на рис. 8, но при f = 58 MHz.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Исследование ионной бомбардировки пленок аморфного кремния в процессе плазмохимического... Таблица 1. Параметры процесса напыления пленок и параметры ионов №образца f, MHz P, Torr Q, sccm W, mW/cm2 Usb, V Ub, V d, µm V, A/s Ei max, eV Ii max, a.u.

136-01 58 0.056 29.2 11 0 - 1.73 5.4 22 0.136-02 58 0.56 29.2 11 - -20 1.93 4.9 13 0.136-03 58 0.056 29.2 11 - +20 1.46 6.03 40 0.136-04 58 0.056 29.2 70 -14 - 1.64 7.0 33 1.136-05 58 0.056 29.2 70 - -79 1.54 7.3 26 0.137-02 13.56 0.17 26.7 22 0 - 1.08 1.2 25 0.137-03 13.56 0.17 26.7 102 -69 - 1.39 2.4 40 1.137-04 13.56 0.17 26.7 32 - +60 1.6 4.4 65 0.137-05 13.56 0.17 26.7 96 - -198 1.45 5.6 32 0.Таблица 2. Электронные свойства пленок T №образца rt · 106, -1cm-1 0 · 10-3, -1cm-1 Ea, eV EF, eV Eu, meV Evt, meV Wd, eV Nd · 10-16, cm-3 Le, µm Lh, µm 136-01 1.5 6.0 0.63 0.48 59.4 54.6 0.18 0.53 0.14 0.136-02 0.1 3.3 0.62 0.55 63.7 54.4 0.07 1.2 0.17 0.136-03 0.003 16.3 0.75 0.65 53.5 50.4 0.16 0.15 0.17 0.136-04 0.035 4.45 0.77 0.58 56.1 53.3 0.08 0.69 0.37 0.136-05 1.0 3.0 0.58 0.49 65.6 57.3 0.11 1.3 0.19 0.137-02 0.52 0.99 0.59 0.51 67.2 59.3 0.12 1.0 0.20 0.137-03 0.017 4.45 0.74 0.59 77.9 73.1 0.11 0.34 0.32 0.137-04 0.002 4.47 0.76 0.64 61.0 55.0 0.12 0.36 0.32 0.137-05 0.03 9.0 0.71 0.58 71.0 62.0 0.12 1.Выращивание пленок при разной ности (без приложенного дополнительно напряжения смещения Ub) с 1.2 до 2.4 A/s при f = 13.56 MHz и ионной бомбардировке с 5.4 до 7 A/s при f = 58 MHz. При низкой мощности наблюдались увеличение скорости роста с увеличением Для выявления влияния энергии и потока ионов на процесс роста и характеристики пленки желательно из- положительного смещения (см. образцы 136-01 и 136-при f = 58 MHz и 137-02 и 137-04 при f = 13.5MHz) менять Ei max и Ii max независимо. На рис. 8, 9 приведены и ее уменьшение с ростом отрицательного смещения зависимости Ei max и Ii max от вкладываемой мощности.

(образцы 136-01 и 136-02). При больших мощностях Меняя потенциал высокочастотного электрода можно отрицательное смещение вызывает увеличение скорости увеличивать энергию ионов, мало меняя их поток. При увеличении мощности поток ионов увеличивается. Ис- роста пленок (образцы 136-04 и 136-05, 137-03 и 137-05) ходя из этого для сравнения были напылены пленки и ухудшение электронных свойств, о чем пойдет речь в при следующих режимах: три образца (136-01, 136-02, разделе следующем. Увеличение энергии ионов (Ei max) 136-03) напылены при f = 58 MHz, малой мощности, при Ii const приводит к увеличению скорости роста одинаковых потоках ионов и трех различных смеще- пленок (образцы 136-01, 136-02 и 137-02, 137-04), тогда ниях и, следовательно, Ei max. Затем (образец 136-04) как повышение ионного потока без заметного изменения увеличивалась мощность до достижения Ei max значе- энергии ионов не приводит к увеличению скорости роста ний Ei max, имеющих место для разрядов при низкой пленок (образцы 136-04, 136-05 и 137-03, 137-04).

мощности и положительном смещении (136-01). При этом увеличивался поток ионов. Образец 136-05 получен Электронные свойства пленок при высокой мощности и отрицательном смещении, для аморфного гидрированного кремния, уменьшения Ei max. Образцы серии 137 получались полученных в разрядах с различными аналогично при f = 13.56 MHz. Таким образом мы исследовали образцы, полученные при различных Ei max параметрами ионов и Ii const, а также образцы, полученные при различных Ii и Ei const. Параметры процессов напыления По данным ИК спектроскопии концентрация вообразцов приведены в табл. 1. Как видно из этой дорода в пленках аморфного гидрированного кремтаблицы, скорость роста пленок аморфного гидрирован- ния в области 640 cm-1 в предположении постоянной ного кремния, полученных на f = 58 MHz в 2–5 раз A = 1.6 · 1019 cm-2 оказалась в пределах 5.2-6.6 at.%.

превышает скорость напыления на частоте 13.56 MHz. Спектры Рамановского рассеяния пленок, нанесенных на Скорость роста пленки увеличивается с ростом мощ- различные подложки, имели пики при 475-485 cm-Журнал технической физики, 1998, том 68, № 58 А.С. Абрамов, А.Я. Виноградов, А.И. Косарев, А.С. Смирнов, К.Е. Орлов, М.В. Шутов ВЧ мощности приводит к заметному ухудшению свойств пленок (из сравнения образцов 136-04 и 136-05; 137-и 137-05).

Можно оценить мощность Wi, переносимую ионами на поверхность растущей пленки как произведение максимальной энергии иона на ионный ток, и затем построить зависимости скорости роста V и концентрации дефектов Nd от Wi, т. е. V(Wi) и Nd(Wi). Эти зависимости приведены на рис. 11 и 12. Видно, что скорость роста пленки увеличивается с ростом Wi. Более сложный характер имеет зависимость Nd(Wi). Она имеет две ветви. Верхняя дает увеличение Nd с ростом Wi. Точки на этой ветви соответствуют пленкам, полученным или при низкой мощности без смещения ВЧ электрода, или при высокой мощности с отрицательным смещением.

Нижняя ветвь кривой Nd(Wi) идет вниз с ростом Wi.

Рис. 10. Спектральная зависимость коэффициента поглощения (h), измеренная методом постоянного фототока.

1 — образец 136-03, 2 — 136-05, 3 — 137-02, 4 — 137-04.

с полушириной = 60-70 cm-1. Это — типичные значения для слоев аморфного гидрированного кремния.

Некоторые из электронных свойств пленок приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что изменение параметров ионов приводит к изменению удельной электропроводности пленок аморфного гидрированного кремния, полученных как при f = 13.56 MHz, так и при f = 58 MHz. Увеличение Ei max за счет приложения к ВЧ электроду постоянного смещения вызывает увеличение энергии активации Ea и уменьшение удельной электропроводности при комнатной температуре rt (образцы 136-01, 136-03, 137-02 и 137-04). При сравнении образцов, полученных при близких значениях Ei max и Рис. 11. Зависимость скорости напыления пленки аморфного различных ионных потоках (образцы 136-03 и 136-04 гидрированного кремния V от доли Wi. f, MHz: 1 — 13.56, 2 — 58.

при 58 MHz, 137-03 и 137-04 при 13.5 MHz), разница в удельных электропроводностях оказывается не столь значительной. Уменьшение ионной бомбардировки за счет приложения постоянного смещения к ВЧ электроду в условиях большой ВЧ мощности (образцы 136-04 и 136-05 при 58 MHz, 137-03 и 137-05 при 13.5 MHz) вызывает уменьшение Ea и увеличение rt.

Характеристики МПФ также менялись в зависимости от ионной бомбардировки. Интересно сравнить кривые МПФ образцов, полученных при f = 58 MHz (образцы серии 136) и при f =13 MHz (образцы серии 137) при одинаковых условиях ионной бомбардировки. Кривые МПФ для ”лучших” и ”худших” образцов приведены на рис. 10. Видно, что образцы серии 136 обладают меньшим поглощением при энергиях фотонов меньше ширины зоны h < Eg и, следовательно, меньшими Eu, Evt и Nd. Кроме того, эти образцы характеризуются меньшей диффузионной длиной электронов Le, но большей диффузионной длиной дырок Lh. Интересно, что уменьшение ионной бомбардировки за счет приложения Рис. 12. Зависимость концентрации дефектов Nd от Wi.

постоянного смещения к ВЧ электроду при большой f, MHz: 1 — 13.56, 2 — 58.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Исследование ионной бомбардировки пленок аморфного кремния в процессе плазмохимического... Точки этой ветви соответствуют образцам, полученным Список литературы или при высокой мощности без смещения ВЧ электрода, [1] Khigths J.C., Lukovcky G., Nemanich R.G. // J. Non-Cryst.

или при низкой и высокой мощности с положительным Solids. 1979. Vol. 32. P. 393–398.

смещением ВЧ электрода. Другими словами, увеличение [2] Roca i Cabarrocas P., Morrin P., Chu V. et al. // J. Appl.

ВЧ мощности с приложением положительного смещения Phys., 1991. Vol. 69. N 5. P. 2942–2945.

к ВЧ электроду приводит к уменьшению концентрации [3] Nakayama Y., Hitsuishi K., Zhang M. et al. // J. Non-Cryst.

дефектов в пленке примерно в 6 раз.

Sol. 1991. Vol. 137&138. P. 669–674.

Таким образом, в области параметров разряда, исполь[4] Roca i Cabarrocas P. Thesis. Paris, 1988.

зованных в обсуждавшихся экспериментах, мы наблюда[5] Curtins H., Wyrsch N., Favre M. et al. // Pl. Chem. and Pl.

ли улучшение электронных свойств пленок аморфного Processing. 1987. Vol. 7. P. 267–270.

гидрированного кремния, полученных с приложением [6] Oda S., Noda J., Matsumura M. // Jap. J. Appl. Phys. 1990.

положительного смещения к ВЧ электроду, создающего Vol. 29. P. 1889–1892.

условия умеренной ионной бомбардировки растущей [7] Finger F., Kroll U., Viret V. et al. // J. Appl. Phys. 1992.

пленки. Этот факт подтверждает ранее опубликованные Vol. 71. N 11. P. 5665–5668.

[8] Frolov K.S., Kosarev A.I., Smirnov A.S. et al. // Proc.

результаты для разряда на частоте 13.56 MHz [2].

XXI ICPIG. 1993. Vol. 1. P. 19–24.

[9] Bohm C., Perrin J. // Rev. Sci. Instr. 1993. Vol. 64. N 1.

Заключение P. 31–38.

[10] Смирнов А.С., Фролов К.С., Уставщиков А.Ю. // ЖТФ.

В установке плазмохимического осаждения исследо1995. Т. 65. Вып. 8. С. 38–50.

ваны характеристики ионных и электронных потоков, [11] Дулькин А.Е., Мошкалев С.А., Смирнов А.С. идр. // ЖТФ.

бомбардирующих растущую пленку в разряде в силане 1993. Т. 38. Вып. 7. С. 564–569.

на частотах 13.56 и 58 MHz при различных подводимых [12] Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing. New York: John Wiley, мощностях. Выращены пленки аморфного гидрированно1994.

го кремния в условиях бомбардировки растущей поверх[13] Raizer Yu.P., Shneider M.N. // Plasma Sources Sci. Technol.

ности ионами с различной энергией и потоком. Иссле1992. Vol. 1. P. 102–105.

дованы электронные свойства этих пленок и корреляция [14] Chapman B. Glow discharge processes. New York: John Wiсвойств с характеристиками ионов.

ley, 1980.

Основные результаты работы следующие.

[15] Trofimov G.S., Kosarev A.I., Le Comber P.G. et al. // J. Non1) При увеличении мощности, вкладываемой в разряд Cryst. Sol. 1991. Vol. 137&138. P. 21–26.

на использованных частотах, наблюдалось увеличение [16] Vanecek M., Kocka J., Stuchlik J. et al. // Solar Energy Mater.

максимальной энергии ионов Ei max и тока ионов Ii на 1983. Vol. 8. P. 411–415.

подложку, причем наибольшее изменение Ei max наблю[17] Smirnov A.S., Tsendin L.D. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1991.

далось в разряде на 13.56 MHz, а наибольшее изменеVol. 19. N 2. P. 130–140.

ние Ii — в разряде на частоте 58 MHz. [18] Kaganovich I.D., Tsendin L.D. // IEEE Trans. Plasma Sci.

2) Показано, что энергия потока ионов на поверхность 1992. Vol. 20. N 2. P. 66–75, 86–92.

растущей пленки зависит от потенциала постоянного смещения высокочастотного электрода.

3) Наблюдалось увеличение скорости роста пленок кремния (примерно в 5 раз) при осаждении в разряде на частоте 58 MHz по сравнению с разрядом на частоте 13.56 MHz.

4) Средняя температура электронов Te, определенная в предположении максвелловской функции распределения по энергиям, в разряде на частоте 58 MHz была ниже (Te = 2.5eV), чем в разряде на частоте 13.56 MHz (Te = 3.25 eV).

5) В исследованных разрядах на обеих частотах умеренная ионная бомбардировка растущей пленки кремния приводила к улучшению электронных свойств (уменьшению концентрации дефектов, увеличению диффузионных длин носителей заряда и др.) пленок, а уменьшение ионной бомбардировки, особенно при большой вкладываемой в разряд мощности, вызывало заметное ухудшение свойств пленок.

Эта работа поддержана грантом № INTAS-93-1916, частично грантом № ISF NUF-300 и грантом РФФИ № 96-02-16 918.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.