In this study, SiNx and Al2O3 thin film was manufactured using PECVD deposition process and applied to crystalline silicon solar cells, resulting in 16.7% conversion efficiency. The structural improvement experiment of the rear electrode resulted in a 1.7% improvement in conversion efficiency compared to the reference cell by reducing the recombination rate of minority carriers and increasing the carrier lifetime by forming a passivation layer consisting of SiNx and Al2O3 thin films through the PECVD process.
PECVD장비를 사용하여 PSG를 증착하고 막의 유전 및 보호막 특성을 조사하였다. X-선 형광분석으로 PSG내의 인 농도를 분석한 결과 약 8m/o에서 포화되었다. 인 함량에 대한 PSC의 적외선 홉수율, 식각속도 및 시트저항등의 변화도 비교하였다. APCVD와 PECV각에 대한 유전특성, 스텝 커버리지, 크랙저항과 게터링효과를 검토하였다. PECVD산화막은 비중 2.4g/㎤, 굴절율 1.53, 항복전장 11-13MV/cm의 값을 가졌고 크랙저항도 APCVD산화막 보다 우수하였다 2m/o의 인을 포함하는 PECVD PSG의 경우 양호한 스텝 커버리지와 게터링효과를 보였다. 공정변수에 대한 일련의 실험을 통하여 PECVD PSC 공정으로 보다 개선된 특성의 보초막을 얻을 수 있었다.
Silicon oxide thin films have been deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition in SiH4 and N2O plasma along the variation of the gas flow ratio. Optical emission spectroscopy was employed to monitor the plasma and ellipsometry was employed to obtain refractive index of the deposited thin film. The atomic ratio of Si, O, and N in the film was obtained using XPS depth profiling. Fourier Transform Infrared Spectroscopy was used to analyze structures of the films. RI decreased with the increase in N2O/SiH4 gas flow ratio. We noticed the increase in the Si-O-Si bond angles as the N2O/SiH4 gas flow ratio increased, according to the analysis of the Si-O-Si stretching peak between 950 and 1,150 cm-1 in the wavenumber. We observed a correlation between the optical emission intensity ratio of (ISi+ISiH)/IO. The OES intensity ratio is also related with the measured refractive index and chemical composition ratio of the deposited thin film. Therefore, we report the added value of OES data analysis from the plasma related to the thin film characteristics in the PECVD process.
플라즈마 화학적 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition)공정 중 NH3 gas flow rate, RF power, SiH4 gas flow rate을 고정시키고 N2O gas flow rate을 0 sccm부터 250 sccm까지 변화시키는 조건 하에 SiON박막을 증착한 후 그 투과율, 굴절률을 측정하고 분석하였다. N2O gas flow rate조건별 시편들은 증착율을 계산하여 350 nm 두께로 동일하게 SiON을 증착하였고, borofloat위에 SiON을 증착한 샘플은 투과율을, 실리콘기판 위에 SiON을 증착한 샘플로는 굴절률을 측정하였다. 투과율의 경우는 UV/Vis spectrometer를 이용해 633 nm, 1550 nm 두 가지 파장 대 모두에서 N2O gas flow rate이 가장 큰 250 sccm일 때 가장 높은 것을 알 수 있었고 N2O gas flow rate이 낮아질수록 투과율 또한 작아지는 경향을 보였다. 굴절률은 ellipsometer를 이용해 측정하였으며 633 nm 파장에서 N2O gas flow rate가 가장 낮은 0 sccm일 때 굴절률이 가장 큰 값을 가지고 N2O gas flow rate이 커질수록 굴절률은 지수함수적으로 감소되었다(n=1.837~1.494). 이는 N2O gas flow rate이 낮을수록 SiN계열에 커질수록 SiO2계열에 가까워지는 현상으로 이해된다. 이러한 실험분석 결과는 향후 실리카 도파로의 설계 및 최적화를 위해 사용될 수 있다.
저온($320^{\circ}$C)에서 $SiH_4$와 $N_2O$ 가스의 혼합을 통해 플라즈마화학기상증착(PECVD)법을 이용하여 실리카 광도파로의 클래딩막으로 사용되는 $SiO_2$ 후막을 제조하였으며, 공정변수로는 $N_2O/SiH_4$ 유량비와 RF power에 변화를 주었다. 증착된 시편은 $N_2$ 분위기의 열처리로에서 $1050{\circ}$에서 2시간동안 열처리하였다. $N_2O/SiH_4$ 유량비가 증가함에 따라 증착속도는 $9.4~2.9{\mu}m /h$까지 감소하였으며, RF power가 증가함에 따라 증착속도는 $4.7~6.9{\mu}m /h$까지 증가하였다. 두께 및 굴절률은 Prism Coupler를 이용하여 분석하였다. 화학적 성질 및 구조적 성질은 X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)와 Fourier Transform-Infrared Spectroscopy(FT-IR)를 이용하여 분석하였으며, Scanning Electron Microscopy(SEM)를 이용하여 시편의 단면을 관찰하였다.
한국전기전자재료학회 2000년도 춘계학술대회 논문집 전자세라믹스 센서 및 박막재료 반도체재료 일렉트렛트 및 응용기술
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pp.39-42
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2000
As gate dimensions continue to shrink below $0.2{\mu}m$, improving CD (Critical Dimension) control has become a major challenge during CMOS process development. Anti-Reflective Coatings are widely used to overcome high substrate reflectivity at Deep UV wavelengths by canceling out these reflections. In this study, we have investigated Batchtype system for PECVO SiOxNy as Anti-Reflective Coatings. The Singletype system was baseline and Batchtype system was new process. The test structure of Singletype is SiON $250{\AA}$ + Cap Oxide $50{\AA}$ and Batchtype is SiON $250{\AA}$ + Cap Oxide $50{\AA}$ or N2O plasma treatment. Inorganic chemical vapor deposition SiOxNy layer has been qualified for bottom ARC on Poly+WSix layer, But, this test was practiced on the actual device structure of TiN/Al-Cu/TiN/Ti stacks. A former day, in Batchtype chamber thin oxide thickness control was difficult. In this test, Batchtype system is consist of six deposition station, and demanded 6th station plasma treatment kits for N2O treatment or Cap Oxide after SiON $250{\AA}$. Good reflectivity can be obtained by Cap Oxide rather than N2O plasma treatment and both system of PECVD SiOxNy ARC have good electrical properties.
SiOC thin film of hybrid-type that is the limelight as low dielectric material of next generation were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method with bistrimethylsilylmethane (BTMSM) precursor increased by 2 sccms from 24 sccms to 32 sccm. Manufactured samples are analyzed components by measuring FT/IR absorption lines. It is a tendency that seems to be growing of Si-O-Si(C) bonding group and narrowing of Si-O-$CH_3$ bonding group relative to the increasing flow-rate BTMSM. The chemical shift in the XPS analysis was shown in the specimens between the BTMSM=26 sccm and BTMSM = 28 sccm. The binding energy of Si 2p, C 1s and O 1s electron orbit spectra was the low-est at the specimen of the BTMSM=26 sccm. From the results of electrical Properties using the 1 MHz C - V measurements, the dielectric constant was 2.32 at the specimen with the BTMSM = 26 sccm.
We studied the electrical characteristics of low-k SiOCH interlayer dielectric(ILD) films fabricated by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). BTMSM precursor was evaporated and introduced with the flow rates from 16 sccm to 25 sccm by 1 sccm step with the constant flow rate of 60 sccm $O_2$ in process chamber. The vibrational groups of SiOCH thin films were analyzed by FT!IR absorption lines, and the dielectric constant of the low-k SiOCH thin films were obtained by measuring C-V characteristic curves. The heat treatment on SiOCH thin films reduced the FTIR absorption intensity of the Si-O-$CH_3$ bonding group and Si-$CH_3$ bonding group but increased the intensity of Si-O-Si(C) bonding group. The SiOCH ILD films could have low dielectric constant $k\;{\simeq}\;2$ and also be reduced further by decreasing the $CH_3$ group density and increasing Si-O-Si(C) group density through annealing process.
열산화법과 PECVD법으로 p-type (100) Si 기판위에 T$a_2O_5$ 박막을 형성시킨 후 A1/T$a_2O_5$/p-Si capacitor를 제작하였다. 제작된 시편의 제반 물성은 XRD, AES, high frequency C-V analyzer, I-V meter, TEM 등을 사용하여 분석하였다. XRD 분석을 통해 T$a_2O_5$ 박막은 비정질임이 확인되었으며 65$0^{\circ}C$ 열처리의 경우에는 hexagonal $\delta$-T$a_2O_5$ 상으로 결정화가 일어남을 확인할 수 있었다. AES spectrum의 분석을 통해 T$a_2O_5$ 박막의 조성이 2:5의 stoichiometry에 근접해 있음이 관찰되었다. 열산화법에 의해 제작된 T$a_2O_5$는 산화온도 60$0^{\circ}C$의 조건에서 누설전류 5${ imes}10^{-6}$A/c$m^2와 유전상수 31.5로 가장 좋은 성질을 나타냈으며, PECVD로 제작한 T$a_2O_5$는 RF Power가 0.47W/c$m^2일 때 2.5${ imes}10^{-5}$A c$m^2and 24.0으로 가장 좋은 특성을 나타내었다. TEM 분석을 통해 제조된 박막과 계면을 관찰하였다.
Lead titanate박막을 $Pt/Ti/SiO_{2}/Si(Pt/Ti기판)와\;Pt/Ta/SiO_{2}/SiO_{2}$Si(Pt/Ta 기판) 위에서 전자 사이크로트론 공명플라즈마 화학증착법(ECR PECVD)으로 증착하였다. 증착온도, 산소유입량, MO source유입비등의 증착변수에 따른 lead titanate박막의 조성과 미세구조를 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM), X선 회절법(XRD)으로 조사하였다. 산소유입량이 적을 경우,Tisource와 Pb source의 산소화의 반응성 차이 때문에 Pb 농도가 부족한 화학양론비가 잘 맞는 박막이 증착되었다. Pt/ti기판은 lead titanate박막증착도중 기판의 Ti층과 Pt층의 확산으로 기판변형이 발생하는 반면, Pt/Ta기판은 기판변형이 일어나지 않았다. Pt/Ta기판에서 페롭스카이트 화학양론비를 갖는 매우 평탄한 lead titanate박막을 증착 하였는데, 산소유입량이 lead titanate박막의 결정성을 크게 지배하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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