Спосіб створення контактного малюнка з нікелю на пластинах кремнію
Власники патенту UA 2411612:
Винахід відноситься до галузі виготовлення напівпровідникових приладів з кремнію, зокрема виготовлення фотоперетворювачів. Спосіб створення контактного малюнка з нікелю на пластинах кремнію включає створення діелектричної плівки з вікнами, хімічне осадження нікелю у вікна кремнієвих пластин і утворення прошарку силіциду нікелю, яке виробляють з газової фази при термічному розкладанні парів тетракарбонілу нікелю 00 тиску в системі (1-10) 10 -1 мм рт.ст. і швидкості подачі парів тетракарбонілу нікелю 0,5÷2 мл/хв на 1 дм 2 поверхні, що покривається, потім хімічним травленням видаляють шар нікелю до шару силіциду нікелю і хімічним осадженням наносять нікель на прошарок силіциду нікелю у вікна. Винахід забезпечує можливість створення міцного контакту електропровідного шару на основі нікелю з низьким омічним опором незалежно від типу провідності та ступеня легування поверхні кремнію. 1 табл.
Винахід відноситься до галузі виготовлення напівпровідникових приладів з кремнію, зокрема виготовлення фотоперетворювачів.
Процес виготовлення більшості напівпровідникових приладів із кремнію супроводжується формуванням певної конфігурації електричних контактів. При створенні контактного малюнка найбільшого поширення набуло поєднання методу вакуумного нанесення суцільного металевого шару з фотолітографією хімічно стійкої маски і витравлення контактного малюнка (Е.З.Мозель, Ф.П.Прес. «Планарна технологія кремнієвих приладів», Москва, Енергія, 1974 .).
Недоліками відомого способу нанесення контактного малюнка на кремній є необхідність використаннявисокого вакууму та велика трудомісткість процесу фотолітографії.
Відомий спосіб створення контакту з кремнієм з плівки нікелю шляхом хімічного осадження розчинів, що містять сіль нікелю і відновник типу NaH2PO2, замість вакуумного напилення (Міжнародна заявка WO 2004/004928, МПК B05D 3/10, 2004).
Недоліком цього є необхідність проведення попередньої активації поверхні кремнію шляхом осадження золота. Крім витрати дорогоцінного металу, присутність золота на поверхні кремнію супроводжується дифузією золота обсяг кремнію вже при температурі вище 200°С, що викликає зниження часу життя неосновних носіїв струму в кремнії і погіршення робочих характеристик напівпровідникових приладів. Крім того, хімічно осаджений нікель містить від 5 до 10% домішки фосфору або бору, що створює проблеми отримання низькоомних контактів кремнію з р-провідністю.
Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається ефект до пропонованого винаходу і взятим за прототип є відомий спосіб створення контактного малюнка з нікелю на кремнієвих фотоперетворювачах шляхом формування на поверхні пластин кремнію плівки нітриду кремнію товщиною близько 0,1 мкм, створення за допомогою лазерного променя вікон в цій плівці, вибіркового хімічного осадження з розчину нікелю у вікна і нагрівання до температури 250-450°С, що супроводжується утворенням між нікелем і кремнієм прошарку силіциду нікелю (Ni2Si або NiSi) («Front-side metallization of silicon solar cells» Silver plating», By M. Alemán, N. Bay, D. Barucha, S. W. Glunz and R. Preu, Galvanotechnik, 2, 2009, p.412-417).
Недоліками цього способу створення контактного малюнка на кремнієвих фотоперетворювачах єпридатність цього способу лише для кремній сильно легованого фосфором (більше 10 18 см -3 ) і низька адгезія нікелю з поверхнею кремнію, сильно легованого бором або алюмінієм, що перешкоджає створенню контакту на основі нікелю на обидві області діодних структур кремнієвих фотоперетворювачів, зокрема виготовлення контактного малюнка фотоперетворювачів із двосторонньою робочою поверхнею.
Завданням, на вирішення якого спрямовано даний винахід, є забезпечення міцного контакту електропровідного шару на основі нікелю з низьким омічним опором незалежно від типу провідності та ступеня легування поверхні кремнію.
Зазначене завдання вирішується тим, що запропоновано спосіб створення на поверхні кремнієвих пластин міцного електропровідного шару силіциду нікелю, що не містить шкідливих домішок фосфору та бору.
Технічний результат досягається тим, що у відомому способі нанесення контактного малюнка з нікелю на пластини кремнію, що включає утворення прошарку нікелю фазі при термічному розкладанні парів тетракарбонілу нікелю в інтервалі температур 200-300°С, при тиску в системі (1-10) 10 -1 мм рт.ст. на 1 дм 2 поверхні, що покривається, потім хімічним травленням видаляють шар нікелю до шару силіциду нікелю і хімічним осадженням наносять нікель на прошарок силіциду нікелю у вікна діелектричної плівки.
Слід зазначити, що газофазний метод термічного осадження нікелю з тетракарбонілу нікелю дозволяє отримувати нікелеву плівку без домішок фосфору та бору, які є електрично активними.домішками в кремнії і заважають створенню низькоомного контакту відповідно до р- і n-типом провідності кремнію. Крім того, нікель, що осаджується, відрізняється високою хімічною активністю, сприяючи низькотемпературному утворенню прошарку силіциду нікелю.
Суть винаходу пояснюється наступним прикладом виготовлення контактного малюнка двосторонніх фотоперетворювачів.
Використовуються пластини кремнію з діодною структурою п + -р-p + або р + -п-п + створені методом дифузійного легування однієї сторони пластин фосфором, а інший бором до концентрації близько 10 20 см -3 . Обидві сторони пластин покриваються плівкою, що просвітлює, нітриду кремнію товщиною близько 80 нм, наприклад, методом плазмохімічного осадження з суміші моносилану і аміаку. Замість нітриду кремнію можна застосовувати плівки SiO2, Ta2O5, Al2O3, ZnO, SnO2, In2O3. За допомогою імпульсного пікосекундного скануючого лазера плівці нітриду кремнію або інших зазначених діелектричних плівках на обох сторонах пластин створюються вікна чистого кремнію, відповідні формі необхідного контактного малюнка.
Далі пластини поміщають у вакуумну камеру і систему відкачують до залишкового тиску
1·10 -1 мм рт.ст. Після цього пластини нагрівають до температури 200°З камеру подають пари тетракарбонілу нікелю (ТКН) зі швидкістю 2 мл/хв на 1 дм 2 поверхні кремнієвих пластин протягом 1 хв. Потім швидкість подачі парів ТКН зменшують до 6,5 мл/хв і ведуть процес при температурі 300°С протягом 1 хв. Після припинення подачі пар ТКН пластини витримують при температурі 400°С ще 5 хвилин. У процесі осадження нікелю на нагріту поверхню пластин у вікнах чистого кремнію відбувається утворення прошарку нікелю силіциду товщиною більше 10 нм.
При температурі вище 200 ° С утворюєтьсяз'єднання Ni2Si, а при температурі вище 400°З'єднання NiSi. На ділянках поверхні кремнію, закритих плівкою нітриду кремнію, нікель не входить у хімічну реакцію з нітридом кремнію. Потім нікель, що не прореагував з кремнієм, видаляють кислотним травленням без пошкодження плівки нітриду кремнію. У вікнах нітриду кремнію по обидва боки пластин кремнію залишається плівка силіциду нікелю товщиною не менше 10 нм, і на неї вибірково осаджують плівку нікелю товщиною близько 0,2 мкм з розчину відомим методом хімічного осадження. При необхідності на плівку нікелю можна додатково нанести гальванічно шар міді завтовшки кілька мікронів.
Інші приклади нанесення нікелевих плівок із застосуванням газофазного методу представлені у таблиці.
Як випливає з таблиці, відхилення від заявлених технологічних параметрів осадження нікелю на кремнієві пластини у випадках зниження температури нагрівання пластин (приклад 3) або зниження швидкості подачі парів тетракарбоніла нікелю (приклад 5) призводить до зниження швидкості їх осадження і отримання тонких плівок, нерівномірних по товщина. У випадках підвищення температури нагрівання пластин (приклад 2), підвищення швидкості подачі парів нікелю тетракарбонілу (приклад 4) або перевищення робочого тиску (приклад 6) утворюються нікелеві плівки темно-сірого кольору або матові з включеннями вуглецю.
Формування плівки силіциду нікелю сприяє одержанню механічно міцного та низькоомного контакту на фінішній стадії хімічного осадження нікелю на ділянки кремнію, покриті силіцидом нікелю. Таким чином, вирішується завдання нанесення недорогих контактів на обидві сторони двосторонніх фотоперетворювачів кремнію.
Спосіб створення контактного малюнка з нікелю на пластини кремнію, що включає створеннядіелектричної плівки з вікнами, осадження нікелю у вікна і утворення прошарку силіциду нікелю в00 1÷10) 10 -1 мм рт.ст. і швидкості подачі парів тетракарбонілу нікелю 0,5÷2 мл/хв на 1 дм 2 поверхні, що покривається, потім хімічним травленням видаляють шар нікелю до шару силіциду нікелю і хімічним осадженням наносять нікель на прошарок силіциду нікелю у вікна.