Gradientowe warstwy a-SiNx:H osadzane plazmochemicznie w układzie RF CVD

• Autorzy: Jurzecka-Szymacha M. , Kluska S. , Tkacz-Śmiech K.

Warianty tytułu

EN

Gradient a-SiNx:H layers plasma chemically deposited in RF CVD system

• Konferencja: Inżynieria Powierzchni, INPO 2008 ( VII; 02-05.12.2008; Wisła-Jawornik, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Warstwy amorficznego krzemu (a-Si:H), amorficznego azotku krzemu (a-SiNx:H) oraz układy warstwowe (a-Si:H - a-SiNx:H) osadzono na podłożach Si (001) z zastosowaniem metody PE CVD, w rozwiązaniu RF CVD. W ośmiominutowym procesie syntezy uzyskano warstwy o grubościach rzędu 550÷750 nm, zależnie od typu. Jako prekursorów gazowych użyto SiH4, N2 i H2. Skład chemiczny warstw określono za pomocą spektroskopii XPS. Dyskusję odnośnie budowy atomowej otrzymanych materiałów przeprowadzono na podstawie wyników z pomiarów widma FT IR w zakresie 400÷4000 cm-1. Potwierdzono, że w strukturze warstw a-Si:H dominują wiązania Si-Si oraz terminalne wiązania Si-H. Budowa warstw a-SiNx:H zdominowana jest obecnością wiązań Si-N. Stosunek [N]/[Si] w tych warstwach jest bliski stechiometrii azotku krzemu [N]/[Si] ? 1,4. W warstwach zawierających azot nie stwierdzono obecności tlenu. Dowodzi to ich szczelności i przesądza o atrakcyjności w roli materiałów wielofunkcyjnych do zastosowań w (mikro/opto)elektronice i fotowoltaice.

EN

Layers of amorphous silicon (a-SI:H), amorphous silicon nitride (a-SiNx:H) and two-layer systems (a-Si:H - a-SiNx:H) were deposited on Si (001) wafers. PE CVD technique in RF CVD solution was applied. The layers of the thickness of the order 550 - 750 nm were deposited. The synthesis was carried on for 8 minutes with application of SiH4, N2 and H2 as reactive gases. Chemical composition of the layers was determined from XPS spectra. A discussion concerning atomic structure was based on FT IR spectra measured within 400 - 4000 cm-1 range. A presence of Si-Si and terminal Si-H bonds has been confirmed for a-Si:H layers. A structure of a-SiNx:H layers is dominated by Si-N groups. The [N]/[Si] is close the stoichiometric value and equals 1,4. It is confirmed that there is no oxygen in the structure of the silikon nitride layers. It makes the layers attractive material for applications in (micro/opto)electronics and photovoltaics.

Słowa kluczowe

PL

metoda PECVD; układ RF CVD; amorficzny krzem (a-Si:H); amorficzny azotek krzem (a-SiNx:H); osadzanie plazmochemiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 6
• Strony: 768--771
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jurzecka-Szymacha M.

autor

Kluska S.

autor

Tkacz-Śmiech K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki,

Bibliografia

• [1] Martinu L., Poitras D.: Plasma deposition of optical films and coatings: A review, J. Vac. Sci. Technol. A 18(6) 2619 (2000).
• [2] Jurzecka M., Kluska S., Jonas S., Czternastek H., Zakrzewska K.: RF PE CVD deposition of amorphous a-SixNy:H layers for application in solar cells, Vacuum 82 1128 (2008).
• [3] Jurzecka M., Jonas S., Kluska S., Nowak R., Kyzioł K.: Amorphous a-SiNx:H layers on polycrystalline silicon, Polski Biul. Ceram. Ceramika 103 631 (2008).
• [4] Smith D.L.: Controlling the plasma chemistry of silicon nitride and oxide deposition from silane, J. Vac. Sci. Technol. A 111 1843 (1990).
• [5] Dzioba S., Rousina R.: Dielectric thin film deposition by elektron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition for optoelectronics, J. Vac. Sci. Technol. B 12 433 (1994).
• [6] Petalas J., Logothetidis S.: Tetrahedron-model analysis of silicon nitride thin films and the effect of hydrogen and temperature on their optical properties, Phys. Rev. B 50 11801 (1994).
• [7] Yin Z., Smith F.W., Tetrahedron model for the optical dielectric function of hydrogenated amorphous silicon nitride alloys, Phys. Rev. B 42 3666 (1990).
• [8] Khan A., Philip J., Hess P.: Young’s modulus of silicon nitride used in scanning force microscope cantilevers, J. Appl. Phys. 95 1667 (2004).
• [9] Aberle A.G., Fabrication and characterisation of crystalline silicon thinfilm materials for solar cells, Thin Solid Films 511-512 26 (2006).
• [10] Winderbaum S., Yun F., Reinhold O.: Application of plasma enhanced chemical vapor deposition silicon nitride as a duble layer antireflection coating and passivation layer for polycilicon solar cells, J. Vac. Sci. Techn. A 15 1020 (1997).
• [11] Mackel H., Ludemann R.: Detailed study of the composition of hydrogenated SiNx layers for high-quality silicon surface passivation, J. Appl. Phys. 92 2602 (2002).
• [12] Tsu D. V., Lucovsky G., Mantini M. J.: Local atomic structure in thin films of silicon nitride and silicon diimide produced by remote plasmaenhanced chemical-vapor deposition, Phys. Rev. B 33 7069 (1986).
• [13] Vernhes R., Zabeida O., Klemberg-Sapieha J. E., Martinu L.: Pulsem radio frequency plasma deposition of a-SiNx:H alloys: film properties, growth mechanism and applications, J. Appl. Phys. 100 063308 (2006).
• [14] Duerinckx F., Szlufcik J.: Defect passivation of industrial multicrystalline solar cells based on PE CVD silicon nitride, Solar energy Materials & Solar Cells 72 231 (2002).
• [15] Chen Z., Rohatki A., Bell R. O.: Defect passivation in multicrystalline-Si materials by plasma-enhanced chemical vapor deposition of SiO2/Sin coatings, Appl. Phys. Lett. 65 2078 (1994).
• [16] Webber A. W, Rieffe H. C, Sinke W. C.: Soppe, Silicon nitride at high deposition rate by Hot Wire chemical vapor deposition as passivating and antireflection layer on multicrystalline silicon solar cells, Thin Solid Films 501 51 (2006).
• [17] Bustarret E., Bensouda M., Habrard M. C., Bruyere J. C., Poulin S., Gujrathi S. C.: Configurational statistics in a-SixNyHz alloys: A quantitative bonding analysis, Phys. Rev. B 38 8171 (1988).
• [18] Parsons G. N., Lucovsky G.: Silicon-hydrogen bond-stretching vibrations in hydrogenated amorphous silicon-nitrogen alloys, Phys. Rev. B 41 1664 (1990).
• [19] Afanasyev-Charkin V., Jacobson L. G., Averitt R. D., Nastasi M.: Amorphous silicon nitride films of different composition deposited at room temperature by pulsed glow discharge plasma immersion ion implantation and deposition, J. Vac. Sci. Technol. A 22 2342 (2004).
• [20] Tsu D. V., Lucovsky G., Davidson B. N.: Effects of the nearest neighbors and the alloy matrix on SiH stretching vibrations in the amorphous SiOr:H ()
• [21] Han G., Du P., Shou J., Zhao D.: Effect of hydrogen radical exposure on the interfacial and bulk structure of a-Si:H a-SiNx:H multilayer films, Thin Solid Films 334 6 (1998).
• [22] Sokołowska A.: Niekonwencjonalne środki syntezy materiałów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, (1991).
• [23] Jansen F.: Plasma-enhanced chemical vapour deposition. Introduction and general discussion w: Handbook of thin film process technology, Glocker D. A., Shah S. I. ed., IOP, (2002), B1.2.
• [24] Bell A. T.: Fundamentals of plasma chemistry, ed. Hollahan J. R., New York (1974).
• [25] Jansen F.: Plasma deposited processes. Plasma deposited thick film, CRC Press, (1986).
• [26] Smith D. L.: Controlling the plasma chemistry of silicon nitride and oxide deposition from silane, J. Vac. Sci. Technol. A 111 1843 (1990).
• [27] Vescan L.: Chemical deposition techniques. Introduction and general discussion w: Handbook of thin film process technology, Glocker D. A., Shah S. I. (ed.), IOP, (2002), B1.0
• [28] Martinu L., Klemberg-Sapieha J. E., Kuttel O. M., Raveh A.: Wrtheimer M. R., Critical ion energy and ion flux in the growth of films by plasmaenhanced chemical-vapor deposition, Vac. Sci. Technol. A 12 1360 (1994).