ES2321165T3 - Proceso y dispositivo para depositar una capa de silicio cristalina sobre un sustrato. - Google Patents
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- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
Abstract
Proceso para depositar una capa de silicio al menos sustancialmente microcristalina en un sustrato mediante un plasma, donde dicho sustrato se halla alojado en una cámara de reacción, donde se genera un plasma en una cámara de plasma que comunica por una abertura de paso con la cámara de reacción, y donde dicho sustrato se halla expuesto a un fluido fuente para la deposición de silicio en el mismo, fluido fuente que se introduce por detrás de dicha abertura de paso directamente en dicha cámara de reacción, manteniendo al mismo tiempo una caída de tensión entre la cámara de reacción y la cámara de plasma, caracterizado porque la cámara de reacción se halla situada por medio de una abertura de paso en comunicación abierta con otra cámara de plasma donde se genera otro arco de plasma y se inyecta un fluido auxiliar en al menos una primera de dicha cámara de plasma y la otra cámara de plasma, el fluido auxiliar es capaz de incrustar preferentemente átomos de silicio con enlace no cristalino, uno o más fluidos de una composición distinta se suministran a la otra cámara de plasma y porque el sustrato se halla expuesto simultáneamente a dicho fluido fuente y a dicho fluido auxiliar para incrustar preferentemente átomos de silicio con enlace no cristalino.
Description
Proceso y dispositivo para depositar una capa de
silicio cristalina sobre un sustrato.
La presente invención se refiere a un proceso
para depositar una capa de silicio al menos sustancialmente
cristalina sobre un sustrato por medio de un plasma, donde dicho
sustrato se acomoda en una cámara de reacción, donde se genera un
plasma en una cámara de plasma que se comunica con la cámara de
reacción por una abertura de paso, y donde dicho sustrato está
expuesto a un fluido fuente para depositar silicio desde éste fluido
fuente, que se introduce por detrás de dicha abertura de paso
directamente en dicha cámara de reacción manteniendo al mismo
tiempo una caída de presión entre la cámara de reacción y la cámara
de plasma. La invención se refiere también para depositar una capa
de silicona al menos sustancialmente cristalina sobre un sustrato,
que comprende una cámara de reacción provista de un soporte de
sustrato que se halla en comunicación abierta con una cámara de
plasma por medio de una primera abertura de paso y se halla provisto
de medios de suministro para un fluido fuente que desembocan en la
cámara de reacción por detrás de dicha primera abertura de
paso.
Dicho proceso y dispositivo se conocen a través
de A.T.M. Wilbers et al: "Amorphous hydrogenated silicon
films produced by an expanding thermal argon-silane
plasma investigated with spectroscopic IR ellipsometry",
(Películas amorfas de silicio hidrogenado producidas por un plasma
térmico expansivo de argón-silano investigadas con
elipsometría espectroscópica IR), Thin Solid Films,
Elsevier-Sequoia S.A., Lausanne, CH, vol. 204, no.
1, 20 de septiembre de 1991
(1991-09-20), páginas
59-75. Este proceso y dispositivo encuentran
aplicación especial en la moderna industria de semiconductores y la
industria de células solares, así como en la elaboración de células
solares de película delgada y los transistores de película delgada
(TFT) y diodos, que se emplean especialmente, éstos últimos, para
el control de sistemas de reproducción de imágenes sobre la base de
células de cristal líquido y otros elementos en estado sólido.
Estos elementos semiconductores están formados generalmente de una
delgada capa de silicio, donde ésta última yace sobre un sustrato
subyacente. En vista del espectacular aumento de la demanda de
dichos sistemas de reproducción de imágenes y la previsión de que
la demanda de células solares como fuente de energía alternativa
experimente también un gran aumento a corto plazo, un proceso del
tipo especificado en el preámbulo, con el que se puede formar a
bajo coste una capa de silicio de alta calidad reviste una
importancia excepcional.
Se conocen por sí mismos diferentes procesos
para formar una capa de silicio en un sustrato subyacente. Dichos
procesos consisten por una parte en técnicas de deposición donde
puede depositarse una capa de silicio desde un vapor químico de un
fluido fuente que contiene silicio. Dichos procesos se denominan
CVD (Depósito químico en fase vapor), frecuentemente añadiendo
"Plasma RF Mejorado" o "Hilo Caliente" para indicar que se
usa un plasma de radiofrecuencia o un hilo caliente, normalmente de
tungsteno, como apoyo del proceso. La morfología de la capa
depositada aquí varía de estrictamente amorfa a cristalina y
policristalina. Además, hay técnicas de crecimiento epitaxial en
las que se espesa de forma epitaxial una capa de silicio después de
que primero se haya formado una capa de semillas usando tecnología
láser, por ejemplo.
No obstante, estas técnicas ya conocidas
presentan un inconveniente, que es la relativamente baja velocidad
de crecimiento, a menudo sólo algunas decenas de nanómetro por
segundo y, en el caso del crecimiento epitaxial, la temperatura
relativamente alta a la que hay que someter el sustrato para
obtener un capa de sílice cristalina de alta calidad. Por lo tanto,
estas técnicas son menos adecuadas para aplicaciones industriales a
gran escala, mientras que también ha habido quejas significativas
respecto de la resistencia al calor del sustrato. Por esta razón,
estos métodos ya conocidos no se prestan especialmente a un nuevo
desarrollo en el campo de las células solares, en el que estas se
aplican en una capa de silicio de un grosor típico de 1 \mum en
una lámina de plástico que normalmente ofrece poca resistencia al
calor. La eficacia de estas técnicas ya existentes, en las que se
suele usar un fluido fuente relativamente costoso, es además
comparativamente baja allí donde se usan.
Uno de los objetivos de la presente invención es
suministrar un proceso y dispositivo del tipo especificado en el
preámbulo con el cual, incluso a temperatura relativamente baja, se
puede formar una capa de silicio cristalina de alta calidad con una
velocidad de crecimiento notablemente superior a la que la que
hasta ahora se ha podido alcanzar con las técnicas ya
conocidas.
Con el fin de alcanzar el objetivo propuesto, el
proceso del tipo especificado en el primer párrafo se caracteriza
porque la cámara de reacción se halla situada en una abertura de
paso en comunicación abierta con otra cámara de plasma en la que se
genera un arco de plasma, se inyecta un fluido auxiliar en al menos
una primera de dicha cámara de plasma y la otra cámara de plasma,
fluido auxiliar que puede incrustar preferentemente átomos de
silicio con enlace no cristalino y que con uno o más fluidos de una
composición diferente es suministrado a una segunda de dicha cámara
de plasma y la otra cámara de plasma, y también porque el sustrato
se expone sistemáticamente a dicho fluido fuente y a dicho fluido
auxiliar para incrustar preferentemente átomos de silicio con
enlace no cristalino. Para conseguir el objetivo anterior, un
dispositivo del tipo mencionado en el párrafo de apertura según la
invención se caracteriza porque la cámara de reacción se halla en
comunicación abierta con al menos otra cámara de plasma por medio
de otra abertura de paso, porque al menos una primera de dicha
cámara de plasma y dicha cámara de plasma se hallan provistas de
medios para el suministro de un fluido auxiliar que es capaz de
incrustar átomos de silicio con enlace no cristalino, porque se
dispone de medios de bombeo para mantener una caída de presión
entre las cámaras de plasma y la cámara de reacción, al menos
durante el funcionamiento, y porque los medios para el suministro
del fluido auxiliar desembocan en dicha primera cámara de plasma
delante de dicha abertura de paso.
Ha de advertirse que cuando se haga mención en
el contexto de dicha invención de una exposición del sustrato al
fluido, ha de entenderse que de hecho sólo significa una exposición
a los componentes de la reacción que están formados en o por un
plasma del fluido.
La caída de presión aplicada según la invención
resulta en un flujo de ambos fluidos hacia el sustrato, por el cual
éste último queda expuesto a un flujo considerablemente mayor que
el que se da en la mayoría de los casos documentados. En
consecuencia, se puede conseguir mayores velocidades de crecimiento
gracias a ello. Aquí el fluido auxiliar garantiza que los átomos de
silicio depositados no enlazados en una red cristalina se incrustan
más lejos, por lo que la capa final es de naturaleza al menos
sustancialmente cristalina. La invención se basa aquí en la idea de
que los átomos de silicio de la red cristalina se hallan en un
estado energético más favorable que los átomos de silicio amorfos no
enlazados, por lo que éstos últimos pueden retirarse de forma
selectiva mediante un fluido auxiliar adecuado del tipo indicado.
Los átomos de silicio retirados de esta forma se hallan una vez más
disponibles, al menos parcialmente, para su enclavado en la red
cristalina, lo que mejora la eficacia final. Debido a esta
combinación de depósito e incrustado colectivo, se puede depositar
una capa de silicio microcristalina de gran calidad incluso a
temperatura de sustrato relativamente baja. Esto tiene relación con
el material, en el que las micelas están presentes típicamente en
una cantidad de 10-100 nm. Estas micelas se hallan
rodeadas opcionalmente por una matriz amorfa, por lo que el
material muestra una combinación de propiedades de silicona
monocristalina y amorfa. Debido a la estructura de cristal que se
halla presente, la conductividad eléctrica es significativamente
mejor que la del silicio amorfo, lo que es importante para las
características eléctricas de los elementos semiconductores que han
de formarse en el mismo. La temperatura a la que se elabora el
material es, por otra parte, considerablemente más baja que la
temperatura de mezclado de silicio necesaria para la producción de
material monocristalino. Por lo tanto, la invención puede usarse
para el depósito de sustratos que no toleran una temperatura tan
alta, como pasa con la mayoría de los plásticos.
Una materialización específica del proceso según
la invención tiene como característica que el fluido auxiliar se
elige de entre los componentes de un grupo formado por hidrógeno,
cloro y flúor, elementos que se ha visto que en un plasma son
capaces de retirar selectivamente átomos de silicio no enlazados en
una red cristalina. Otra materialización específica tiene como
característica, según la invención, de se aplica gas de hidrógeno
para el fluido auxiliar. El gas de hidrógeno es recomendable, porque
es considerablemente menos agresivo que el flúor, por ejemplo y, a
diferencia del flúor, no daña las partes metálicas del reactor en
el que se lleva a cabo el proceso.
Otra materialización específica del proceso
según la invención tiene como característica que para el fluido
fuente se aplica un compuesto del grupo formado por silano
(SiH_{4}), disilano (Si_{2}H_{6}) y tetrafluoruro de silicio
(SiF_{4}). Estos compuestos con contenido en silicio han resultado
ser una fuente de átomos de silicio extremadamente buena, sobre
todo en el estado excitado por el plasma.
En otra materialización específica más, el
proceso, según la invención, se caracteriza porque también un
fluido excipiente al menos sustancialmente inerte es inyectado y
guiado al sustrato. Con la inyección de un fluido excipiente inerte
se puede crear un flujo relativamente grande en el que estén
implicados ambos fluidos de reacción, por lo que estos reactivos
tienen menos oportunidades de entrar en reacción con partes del
reactor, el cual, en consecuencia, resultará contaminado en menor
medida. Otra materialización más del proceso se caracteriza porque
el fluido excipiente se elige de entre los componentes del grupo de
los gases nobles y más concretamente porque se aplica argón como
fluido excipiente. La reacción es continuamente lavada por la
inyección de dicho gas noble inerte a fin de reducir la
contaminación al mínimo.
En muchos casos la capa de silicio depositada
acabará por tener obligatoriamente propiedades específicas
semiconductoras y/o ópticas. Con vistas a ello, otra materialización
específica del proceso según la invención tiene como característica
el que se inyecta un fluido impurificador que contiene un elemento
elegido de los de los grupos III y V del sistema periódico,
especialmente boro, fósforo, arsénico o antimonio. Estos elementos
son capaces de cambiar las propiedades (semi)conductoras de
la capa de silicio formada y pueden usarse para crear un campo
eléctrico dentro de la misma. Esto tiene una especial importancia
para la elaboración de células solares y otros elementos
semiconductores en o desde la capa de silicio depositada. Con
vistas a elaborar células solares en particular, otra
materialización más del proceso según la invención tiene como
característica el que se inyecta un fluido impurificador que
contiene carbono. Ello se debe a que el carbono facilita una mayor
absorción de la luz en la capa de silicio final, lo que mejora la
eficacia de las células solares, por ejemplo.
Otra materialización específica más del proceso
se caracteriza según la invención porque el fluido excipiente y el
fluido auxiliar se inyectan ambos en la ubicación del plasma y
porque el fluido fuente se suministra en una trayectoria del fluido
excipiente y el fluido auxiliar al sustrato. Tanto el fluido
auxiliar como el fluido excipiente se introducen en el arco de
plasma y luego se llevan por una trayectoria al sustrato. El fluido
fuente, normalmente agresivo y muy reactivo, se une a la trayectoria
con posterioridad, por lo que virtualmente no tiene ninguna
oportunidad de influir adversamente en las características del
plasma.
Otra materialización específica del proceso
según la invención tiene como característica el que el fluido
auxiliar se suministra en por lo menos la misma cantidad que el
fluido fuente. Se ha comprobado que una cantidad casi igual de
fluido fuente y de fluido auxiliar es suficiente en la práctica
para obtener la morfología deseada del material semiconductor a una
temperatura de sustrato de unos 500ºC. No obstante, otra
materialización elegida del proceso según la presente invención se
caracteriza porque el fluido auxiliar se suministra en una cantidad
considerablemente mayor que el fluido fuente. Al suministrar el
fluido auxiliar en una cantidad superior, normalmente entre diez y
mil veces la cantidad de fluido fuente, y especialmente entre
veinte y cien veces más, se obtiene una estructura cristalina, si es
posible de calidad superior y donde el la temperatura de sustrato
puede quedar limitada en la práctica a no más de 250ºC. Con ello,
el proceso puede aplicarse a una amplia variedad de sustratos.
En una materialización práctica, el proceso
según la invención se caracteriza porque el sustrato se aloja en
una cámara de reacción, porque se genera un arco de plasma en una
cámara de plasma, porque se crea una infrapresión en la cámara de
reacción con respecto a la cámara de plasma y porque la cámara de
plasma y la cámara de reacción se hallan en comunicación abierta
una con otra mediante una abertura de paso. Dicha configuración
aparece descrita en la solicitud de patente EU número 297.637, del
solicitante de la presente invención, y cuyo contento debe
considerarse citado e intercalado en el presente texto. De este
modo es posible en la práctica formar una capa de silicio de gran
calidad con una velocidad creciente del orden de varios nanómetros
por segundo.
A este respecto, otra materialización de la
presente invención tiene como característica el que al menos el
fluido auxiliar se inyecta en la cámara de plasma y el que el fluido
fuente se suministra todo alrededor de la abertura de paso en la
cámara de reacción. Así pues, inyectando la totalidad o una gran
parte del fluido fuente alrededor de la abertura de paso, pueden
obtenerse una mezcla excepcionalmente homogénea, una alta
dosificación y, en consecuencia, una alta velocidad de
crecimiento.
Tanto el fluido auxiliar como el fluido
excipiente pueden inyectarse por sí mismos en la misma cámara de
plasma y luego llevarse al sustrato. Sin embargo, según la
invención, la cámara de reacción se sitúa en otra abertura de paso
en comunicación abierta con otra cámara de plasma en la que se
genera otro arco de plasma, y al menos el fluido auxiliar se inyecta
en una primera cámara de plasma y uno o más fluidos de una
composición diferente se suministran a la otra cámara de plasma. De
este modo se pueden aplicar diferentes mezclas de los diferentes
fluidos en las diferentes cámaras de plasma para optimizar el
proceso. Las condiciones del plasma en la cámara de plasma en la
que tiene lugar la inyección del fluido excipiente pueden
optimizarse como tales con el fin de conseguir la disociación del
fluido fuente, mientras que la primera cámara de plasma puede
ajustarse de manera óptima y totalmente independiente con vistas a
la acción de incrustado selectivo del fluido auxiliar en la capa
formada. Esta última cámara de plasma puede situarse además a una
menor o, al contrario, mayor distancia del sustrato a fin de
reducir o aumentar el número de interacciones de fase de gas del
fluido auxiliar antes de que llegue al sustrato. Una materialización
específica del dispositivo según la invención tiene como
característica a este respecto el que la primera cámara de plasma
provista de medios para el suministro del fluido auxiliar se sitúa
más cerca del soporte del sustrato que la otra cámara de plasma. De
este modo se puede limitar la pérdida de fluido auxiliar atómico,
en particular de hidrógeno, que se produce como consecuencia de
difusión transversal no deliberada.
Aunque la caída de presión constituye en sí
misma un proceso excepcionalmente direccional, otra materialización
del proceso según la invención se caracteriza porque se aplica un
voltaje de polarización entre el sustrato y el plasma con el fin de
mejorar más el comportamiento direccional de las partículas
cargadas. El mayor flujo de partículas de reacción que resulta de
ello produce una estructura más densa en la capa formada, lo que es
deseable en ciertos casos.
A continuación se explica más detalladamente la
invención con referencia a una serie de materializaciones y a
dibujos asociados, en los que:
La Figura 1 es una vista transversal de un
dispositivo para llevar a cabo un proceso para depositar una capa
de silicio microcristalina, y
La Figura 2 es una vista transversal de un
dispositivo para llevar a cabo una materialización del proceso
según la invención.
Las figuras son meramente esquemáticas y no
están hechas a escala. Algunas dimensiones en particular están
exageradas (en gran medida) para mayor claridad. Las partes
correspondientes se designan hasta donde es posible en las figuras
con los mismos números de referencia.
La Figura 1 muestra un reactor de plasma para
depositar una capa de silicio microcristalina. El dispositivo
comprende esencialmente dos cámaras, a saber, una cámara de plasma
10 y una cámara de reacción 20, que están hechas respectivamente de
cobre y de acero inoxidable. En la cámara de plasma 10 está situada
una serie de electrodos 15 en cuyo centro se halla practicada una
abertura 16. Un fluido excipiente adecuado, como argón u otro gas
noble, entra por una primera entrada 11 y es guiado por dichas
aberturas a un flujo de gas prácticamente constante de típicamente
25.5.10^{-3} moles/s aproximadamente. Por este gas pasa una
corriente del orden de 40-50 amperios, con lo que se
crea un plasma. Al final habrá una diferencia potencial más o menos
estable del orden de 200 voltios con respecto a los electrodos 15.
Estos electrodos 15 se hallan acoplados a este fin en un puente de
resistencia (que no se ve en el dibujo) para estabilizar el flujo
de plasma hasta donde sea posible. El plasma fluye en al dirección
de la cámara de reacción 20 y puede entrar en ella por una abertura
de paso 18. El plasma generado de esta manera es altamente
direccional cuando sale de la cámara de plasma, como resultado del
gran flujo de gas y de la alta temperatura que ha alcanzado en el
plasma el gas inyectado.
Debido a la inyección de fluido excipiente en la
cámara de plasma 10, aquí predomina una
sobre-presión con respecto a la cámara de reacción
20 durante el funcionamiento, sobre- presión que es continuamente
evacuada por medio de una conexión de bomba adecuada. El plasma
generado en la cámara de plasma 10, que se indica esquemáticamente
con el número de referencia 17, se lleva de esta manera a la cámara
de reacción pasando por la abertura de paso 18 practicada en la
pared 19 entre la cámara de plasma 10 y la cámara de reacción 20, y
una vez allí se expande. En la cámara de reacción está situado un
soporte de sustrato 22 que va conectado por medio de elemento de
conexión 23 a la pared de la cámara de reacción y que cuenta con
toma de tierra. En el soporte de sustrato 22 se halla dispuesto un
sustrato 24 que de esta manera queda expuesto al arco de plasma 17
entrante.
A la cámara de reacción 20 se le suministra un
fluido fuente con contenido en silicio mediante una segunda entrada
12 directamente detrás de la abertura 18. En esta materialización
se ha elegido silano para este fin, aunque en la práctica también se
han conseguido buenos resultados con disilano y y tetrafluoruro de
silicio como fluido fuente. En esta materialización se inyecta el
fluido fuente en una cantidad de 1.0^{-5} moles/s. Para que la
distribución del fluido fuente en la cámara de reacción sea
uniforme, se admite por una estructura anular 25. Dicha estructura
anular 25 comprende un cuerpo tubular que se extiende alrededor de
la abertura 18 y está provisto de aberturas de salida a espacios
regulares. De esta manera se consigue una entrada homogénea de
fluido fuente en la cámara de reacción, por lo que el fluido entra
en contacto con el plasma 17 de manera particularmente eficaz. En el
plasma, el silano se disocia en radicales con contenido en silicio
e hidrógeno atómico. Una vez en la proximidad del sustrato 24, el
silicio se deposita para formar la capa de silicio deseada en el
sustrato.
Con el fin de mejorar la estructura cristalina
de la capa de silicio depositada de esa forma, se suministra al
reactor un fluido auxiliar por una tercera entrada 13. El fluido
auxiliar comprende en esta materialización gas de hidrógeno que ya
ha sido admitido en la cámara de plasma 10 para crear así una
mezcla de plasma de argón/hidrógeno. En esta materialización se le
aplica un flujo de hidrógeno de 1.10^{-3} moles/seg. De este modo
se emplea un excedente de hidrógeno para que funcione
independientemente como precursor de incrustación. El hidrógeno
atómico que se forma hace que los átomos de silicio depositados que
no se han enlazado en una red cristalina se incrusten
selectivamente más lejos para que estén disponibles una vez más para
la deposición. Con el proceso según la invención se ha comprobado
que se puede conseguir una eficacia de más del 50% del fluido fuente
inyectado, lo que supone que más de uno de cada dos átomos de
silicio llega a posarse en la capa depositada.
En el sustrato 24 se va depositando gradualmente
una capa de silicio de estructura microcristalina en la forma
descrita. Se ha comprobado mediante difracción por rayos X que la
capa formada de esta manera contiene micelas de silicio típicamente
del orden de magnitud de 10-100 nm que se enlazan
mutuamente mediante una matriz amorfa. Debido al gran flujo de
plasma, se puede conseguir una velocidad de crecimiento de 3
nanómetros por segundo, lo que para una capa de silicio de 1 \mum
de grosor aproximadamente equivale a un tiempo de deposición total
de menos de 6 minutos. La temperatura de sustrato no sube en este
caso a más de 200-500ºC, y en condiciones adecuadas
puede mantenerse incluso por debajo de 300ºC. Estas temperaturas
son significativamente más bajas de lo necesario para las técnicas
de crecimiento epitaxial y hacen que el proceso según la invención
sea adecuado, entre otras cosas, para la deposición en láminas de
plástico que no son muy resistentes al calor, como las que se
suelen emplear sobre todo en las células solares.
La Figura 2 muestra un dispositivo para llevar a
cabo el proceso según la invención. También en este caso, el
dispositivo tiene cámaras separadas para al generación de plasma
por una parte y para la deposición final de la capa de silicio por
otra. En este caso la cámara de plasma tiene forma dual. Por
consiguiente, el dispositivo comprende una cámara independiente de
plasma 30, con la que se genera un plasma de hidrógeno o de
cualquier otro fluido auxiliar adecuado, como por ejemplo flúor,
además de una cámara de plasma 10 para formar el plasma principal
de argón o de otro fluido excipiente adecuado, en combinación con el
fluido auxiliar. Ambas cámaras de plasma 10, 30 están provistas de
una entrada 11 respectivamente 13 para el gas correspondiente y
tienen una serie de electrodos 15 con los que se puede generar el
plasma deseado. Puesto que se hace uso de cámaras de plasma
independientes, se puede operar con éstas en condiciones óptimas
para cada plasma por separado. Cada uno de los electrodos de la
cámara va conectado como tal a su propio puente de resistencia
adaptado al flujo de plasma correspondiente, con el fin de mejorar
la estabilidad del proceso.
Ambos plasmas entran en la cámara de reacción 20
por aberturas separadas 18, 38. Por una tercera entrada 12 se
suministra un fluido fuente con contenido en silicio todo alrededor
de la abertura 18 entre la primera cámara de plasma 10 y la cámara
de reacción 20 al plasma que fluye hacia la cámara de reacción por
esa abertura 18. De este modo se forman a partir del mismo
radicales con contenido en silicio que finalmente de depositan en
forma atómica en el sustrato. El plasma que se suministra a partir
del fluido auxiliar y que fluye desde la segunda cámara de plasma
30 se dirige entonces directamente al sustrato con el fin de
suministrar allí el precursor de incrustación previsto que mejorará
las deposiciones cristalinas.
En la cámara de reacción se halla situado un
soporte de sustrato 22 que lleva un sustrato 24 que queda así
expuesto simultáneamente, por una parte, a un plasma enriquecido
con radicales de silicio y, por otra parte, a un precursor de
incrustación. En esta materialización se aplica tetrafluoruro de
silicio (SiF_{4}) para el fluido fuente con contenido en silicio y
se retienen los demás parámetros como de acuerdo con los de la
primera materialización. También en este caso, se deposita una capa
de silicio microcristalina a una velocidad de deposición de más de
3 nm/s a una temperatura de sustrato que puede mantenerse
significativamente por debajo de 500ºC. Aquí también puede
conseguirse una vez más una eficacia del 50% del fluido fuente.
En general, la presente invención ofrece un
proceso para elaborar un capa de silicio cristalina que, debido a
la relativamente alta velocidad de deposición y a la relativamente
alta eficacia, es adecuada para la aplicación a escala industrial,
donde, como resultado de la relativamente baja temperatura de
sustrato, el proceso puede aplicarse también a sustratos de
plástico u otros materiales poco resistentes al calor.
Aunque la invención se ha explicado más arriba
únicamente con referencia a estas dos materializaciones, resulta
evidente que la invención no está en modo alguno limitada a las
mismas. Al contrario, son posibles muchas variaciones y
materializaciones dentro del ámbito de la invención para alguien
medianamente hábil en la técnica. Por consiguiente, se puede aplicar
un voltaje de polarización adecuado entre el sustrato, por medio
del soporte de sustrato, y el plasma y atraer así iones del plasma
más hacia el sustrato, lo que dará como resultado una energía
fónica más alta que mejorará la densidad de la estructura
obtenida.
Claims (17)
1. Proceso para depositar una capa de silicio
al menos sustancialmente microcristalina en un sustrato mediante un
plasma, donde dicho sustrato se halla alojado en una cámara de
reacción, donde se genera un plasma en una cámara de plasma que
comunica por una abertura de paso con la cámara de reacción, y
donde dicho sustrato se halla expuesto a un fluido fuente para la
deposición de silicio en el mismo, fluido fuente que se introduce
por detrás de dicha abertura de paso directamente en dicha cámara de
reacción, manteniendo al mismo tiempo una caída de tensión entre la
cámara de reacción y la cámara de plasma, caracterizado
porque la cámara de reacción se halla situada por medio de una
abertura de paso en comunicación abierta con otra cámara de plasma
donde se genera otro arco de plasma y se inyecta un fluido auxiliar
en al menos una primera de dicha cámara de plasma y la otra cámara
de plasma, el fluido auxiliar es capaz de incrustar preferentemente
átomos de silicio con enlace no cristalino, uno o más fluidos de
una composición distinta se suministran a la otra cámara de plasma
y porque el sustrato se halla expuesto simultáneamente a dicho
fluido fuente y a dicho fluido auxiliar para incrustar
preferentemente átomos de silicio con enlace no cristalino.
2. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizado porque el fluido auxiliar se
elige de entre los componentes de un grupo formado por hidrógeno,
cloro y flúor.
3. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 2, caracterizado porque se aplica gas de
hidrógeno para el fluido auxiliar.
4. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se aplica
un compuesto de un grupo formado por silano, disilano y
tetrafluoruro de silicio para el fluido fuente.
5. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se
inyecta un fluido impurificador que contiene un elemento elegido de
los grupos III y V del sistema periódico, especialmente boro,
fósforo, arsénico o antimonio.
6. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
se inyecta un fluido impurificador que contiene carbono.
7. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque también
se inyecta un fluido excipiente al menos sustancialmente inerte y
se lo guía hacia el sustrato.
8. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 7, caracterizado porque el fluido excipiente
se elige de entre los componentes del grupo de los gases nobles.
9. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 8, caracterizado porque se aplica argón para
el fluido excipiente.
10. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 7, 8 ó 9, caracterizado porque tanto el
fluido excipiente como el fluido auxiliar se inyectan es la
ubicación del plasma y porque el fluido fuente se suministra por la
trayectoria del fluido excipiente y el fluido auxiliar al
sustrato.
11. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido
auxiliar se suministra en al menos la misma cantidad que el fluido
fuente.
12. Proceso como se reivindica en la
reivindicación 11, caracterizado porque el fluido auxiliar
se suministra en una cantidad considerablemente mayor que el fluido
fuente.
13. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos
el fluido auxiliar se inyecta en la cámara de plasma y porque el
fluido fuente se suministra a la cámara de reacción alrededor de la
abertura de paso.
14. Proceso como se reivindica en una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se aplica
voltaje de polarización entre el sustrato y el plasma.
15. Dispositivo para depositar una capa de
silicio al menos sustancialmente cristalina en un sustrato, que
comprende una cámara de reacción provista de un soporte de sustrato
que se halla en comunicación abierta con una cámara de plasma por
medio de una primera abertura de paso y está provista de medios
para el suministro de un fluido fuente que desembocan en la cámara
de reacción detrás de dicha primera abertura de paso
caracterizado porque la cámara de reacción se halla en
comunicación abierta con al menos otra cámara de plasma por medio de
otra abertura de paso, porque al menos una primera de dicha cámara
de plasma y la otra cámara de plasma está provista de medios para
el suministro de un fluido auxiliar que es capaz de incrustar
preferentemente átomos de silicio con enlace no cristalino, porque
están dispuestos medios de bombeo para mantener una caída de presión
entre las cámaras de plasma y la cámara de reacción, al menos
durante el funcionamiento, y porque los medios para el suministro
del fluido auxiliar desembocan en dicha primera cámara de plasma
delante de dicha abertura de paso.
\newpage
16. Dispositivo como se reivindica en la
reivindicación 15, caracterizado porque la primera cámara de
plasma provista con los medios para el suministro del fluido
auxiliar está situada más cerca del soporte de sustrato que al
menos la otra cámara de plasma.
17. Dispositivo como se reivindica en la
reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque hay dispuestos
medios para aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre las
cámaras de plasma y el soporte de sustrato al menos durante el
funcionamiento.
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