Влияние технологических параметров осаждения на

Влияние технологических параметров осаждения на фазовый состав тонких пленок
микрокристаллического кремния, полученных методом PECVD
В. Л. Кошевой1, В. С. Левицкий1,2, В. П. Афанасьев1,2, Е. И. Теруков1,2
1Санкт-Петебрургский
государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова-Ленина.
2НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени А.Ф. Иоффе
Целью работы: являлось исследование
зависимости фазового состава тонких
пленок микрокристаллического кремния от
технологических параметров осаждения.
Актуальность: подбор оптимальных параметров осаждения тонких
пленок микрокристаллического кремния, полученных методом
PECVD может увеличить показатель КПД для солнечных элементов.
Принцип работы установки LabRam HR800
Спектры КРС регистрировались на спектрометре LabRam HR800.В
качестве источников возбуждения использовались вторая гармоника
Nd:YAG-лазера (длина волны излучения 532 nm). Лазерный луч
фокусировался в пятно диаметром ~ 1–2 μm на поверхности образца.
Типичная плотность мощности не превышала 5 kW/cm2, чтобы
избежать влияния лазерного воздействия на структуру исследуемых
объектов.
(1) Лазерный луч возбуждает образец (2) Луч рассеивается во всех направлениях (3) Частично свет
падает на детектор который регистрирует спектр (4) Получаемый спектр исследуемого образца.
Пример расчета параметра кристалличности.
Для того чтобы получить данные из Рамновских спектров необходимо произвести деконволюцию спектра на 3 гаусса с положениями максимума для трёх длин
волн 480 cm-1,505 cm-1-515 cm-1 и 514 cm-1-520 cm-1 отвечающих аморфному, микрокристаллическому и кристаллическому состоянию вещества соответственно.
Значения полуширины максимума, высоты и интеграла кривой для спектра КР
микрокристаллического кремния (mc-Si:H)
Полуширина
Название кривой
Центр
максимума
Высота
Интеграл кривой
a-Si
380
60
74.0305
4328.18
mc-Si
509.668
29.2128
143.42
4459.79
c-Si
517.615
9
526.136
5040.49
Для расчета параметра кристалличности необходимы значения Amc,Aa и Ac.
Спектр Рамановского рассеяния на примере микрокристаллического кремния.
С помощью Рамановской спектроскопии были исследованы плёнки микрокристаллического гидрогенизированного кремния (mc-Si:H)
Рост плёнок сопровождался изменением различных параметров в реакционной камере, а именно:
1) Температура, 2) Давление, 3) Отношение газов моносилана и водорода ,4) Мощность разряда
Распределение параметра кристалличности по поверхности образца (833)
Таблица сопоставляющая параметр кристалличности с
различными параметрами роста плёнок полученных при
PECVD.
номер образца
394
406
831
429
423
409
833
364
430
393
413
422
422
413
436
789
828
Rc
50,9
52,1
56,17
56,2
57
58,6
63,38
64,4
64,8
65,9
66,9
66,9
66,9
67
67,4
68,25
69,83
Мощность Давление,
, Вт
мбар
3550
3,1
3000
3,1
3550
3,5
3100
3,1
3550
3,1
3200
3,1
3550
2,2
3550
3,1
3400
3,1
3300
3,1
3550
3,1
3550
3,1
3550
3,1
3550
3,1
3550
3,1
3550
3,1
3550
2,5
поток SiH4,slm
500
410
410
410
485
410
410
450
410
410
410
410
410
410
410
410
410
Температура,C
160
160
160
160
160
160
160
160
160
160
160
160
160
160
170
180
160
RC
RC
RC
RC
68,4
70
68,2
68
68
68
66
66
64
68,0
66
64
62
62
67,6
60
RC
64
RC
RC
RC
67,8
58
62
60
58
67,4
56
60
56
54
67,2
58
54
52
67,0
56
160
165
170
175
180
52
50
2,0
T, C
График зависимости параметра кристалличности от
температуры подложки.
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
50
400
pressure
График зависимости параметра кристалличности
от давления в камере.
420
440
460
480
500
SiH4
График зависимости параметра кристалличности
(RC) от потока моносилана.
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
Power
График зависимости параметра кристалличности
(RC) от мощности разряда в плазме.
Результаты исследования показали, что при увеличении температуры подложки происходит увеличение степени кристалличности пленки. Атомы водорода
встраиваются в напряженные Si-Si связи, образуя SiHn (n=1,2), а при превышении определенной пороговой концентрации SiHn, формируется
микрокристаллический кремний. При увеличении давления в камере значение параметра кристалличности полученных слоев изменяется нелинейно. Максимум
достигается при давлении 2.5 мбар, а минимум при 3.5 мбар. При увеличении давления до 2,5мбар, в плазме возрастает концентрация ионов и радикалов,
способных образовать микрокристаллический кремний, а при повышении давления, процесс формирования пленки переходит в процесс травления. Увеличение
потока SiH4 ведёт к линейному снижению кристалличности плёнки, вследствие снижения концентрации водорода, способствующего образованию кремниевых
нано- и микрокристаллов. Увеличение мощности разряда при осаждении ведёт к увеличению кристалличности, так как рост пленки начинается не с формирования
аморфной сетки, а непосредственно с образования нанокристаллов различных размеров формирующихся в плазме.