Способ создания контактного рисунка из никеля на пластинах кремния

Способ создания контактного рисунка из никеля на пластинах кремния

Реферат

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.

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.