Способ получения прозрачной электропроводящей пленки на основе оксидов индия и олова

 

Изобретение относится к изготовлению приборов оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении дисплеев, светоизлучающих диодов и затворов полупроводниковых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник. Способ включает магнетронное распыление мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода, напыление оксидной пленки и ее отжиг в высоком вакууме при температуре 400^oС в течение не менее 30 мин. Изобретение направлено на улучшение электрических характеристик пленок на основе оксидов индия-олова и уменьшение трудоемкости их изготовления.

Изобретение относится к области технологии изготовления приборов оптоэлектроники, а именно к способам получения прозрачных электропроводящих пленок на основе оксидов индия и олова для разнообразных цифровых дисплеев, светоизлучающих диодов и для затворов полупроводниковых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник.

Известен способ получения электропроводящих пленок на основе оксидов индия и олова путем магнетронного распыления на постоянном токе мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода и осаждении пленки на подложку, которая предварительно нагрета до температуры более 300^oС (см. К.В. Беленов, Т. М. Зубкова, Ю.Л. Концевой, Н.В. Кузнецов. Исследование пленок окислов индия-олова как материала затвора МДП-структур. Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. Вып.1 (167), 1984, с.38-42 - аналог).

Недостатком известного способа является большое удельное поверхностное сопротивление пленок, что нежелательно для цифровых дисплеев и светоизлучающих диодов. Кроме того, недостаточно большой коэффициент пропускания света ведет к дополнительным оптическим потерям в видимой области спектра.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения прозрачных электропроводящих пленок на основе оксидов индия и олова, включающий напыление оксидной пленки на нагретую подложку путем магнетронного распыления мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода и последующей обработки оксидной пленки в катодной области плазмы высокочастотного магнетронного разряда с удельной мощностью 1-2 Вт/см² при давлении аргона или азота 1-10 Па (см. А.С. СССР 1499573 М.кл. С 23 С 14/34, опубл. в Бюлл. 9 от 07.03.92 - прототип).

Однако этот способ имеет недостатки, связанные с большим удельным поверхностным сопротивлением оксидной пленки 80-120 Ом/квадрат и большой трудоемкостью их изготовления за счет обработки оксидной пленки в катодной области плазмы высокочастотного магнетронного разряда. Таким образом, прозрачную электропроводящую пленку на основе оксидов индия и олова получают путем выполнения двух технологических операций: 1-я операция "Напыление оксидной пленки методом магнетронного распыления мишени на постоянном токе из сплава индий-олово"; 2-я операция "Обработка напыленной оксидной пленки в катодной области плазмы высокочастотного магнетронного разряда". Для получения оксидной пленки по прототипу необходимо иметь две единицы специального технологического оборудования.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в улучшении электрических характеристик пленок на основе оксидов индия и олова за счет уменьшения величины удельного поверхностного сопротивления и снижения трудоемкости их изготовления путем исключения технологической операции обработки напыленной оксидной пленки в катодной области плазмы высокочастотного магнетронного разряда.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе получения прозрачных электропроводящих пленок на основе оксидов индия и олова, включающем напыление оксидной пленки на предварительно нагретую подложку путем распыления мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода, напыленную оксидную пленку отжигают в высоком вакууме при температуре 400^oС в течение не менее 30 мин. В процессе высокотемпературной обработки оксидной пленки атомы кислорода, внедренные между узлами кристаллической решетки или расположенных на границах зерен, диффундируют из объема оксидной пленки. Образующиеся кислородные вакансии действуют как доноры для электронов, увеличивая их концентрацию. В результате отжига удельное поверхностное сопротивление оксидной пленки уменьшается как за счет увеличения концентрации электронов, так и за счет увеличения их подвижности, которая достигает максимального значения при температуре отжига 400^oС. После отжига удельное поверхностное сопротивление пленки на основе оксидов индия и олова составляет 10-15 Ом/квадрат.

Пример Способ получения прозрачных электропроводящих пленок на основе оксидов индия и олова реализуется в такой последовательности. На подложку из стекла марки KB или плавленного кварца С5-1 методом магнетронного распыления мишени состава In+6%Sn в среде аргона и кислорода напыляют электропроводящую пленку из окислов индия и олова при следующих технологических режимах: Температура подложки, ^oС - более 300 Суммарное давление аргона и кислорода в вакуумной камере, Па - (1-2)•10^-1 Cодержание кислорода в вакуумной камере, % - 50 Удельная мощность разряда, Вт/см² - 0,7 Ток разряда, А - 0,12 После напыления удельное поверхностное сопротивление оксидной пленки составляет 500-2000 Ом/квадрат при ее толщине 0,2-0,3 мкм. Сразу после напыления оксидной пленки прекращают подачу газов и вакуумную камеру откачивают до давления порядка 4•10^-3 Па. Время достижения высокого вакуума не превышает 5 мин. Затем подложку нагревают до температуры 400^oС и отжигают оксидную пленку в течение не менее 30 мин. Удельное поверхностное сопротивление отоженной оксидной пленки составляет 10-15 Ом/квадрат. Оптическая прозрачность оксидной пленки на длине волны 500 нм составляет 94-96%. В процессе отжига адгезия оксидной пленки не ухудшается и не происходит ее растрескивание. Предложенный способ получения электропроводящей прозрачной пленки на основе оксидов индия и олова по сравнению с прототипом обеспечивает уменьшение величины удельного поверхностного сопротивления в 6-8 раз и снижает трудоемкость их изготовления на 45-50 мин. Кроме того, за счет исключения операции обработки оксидной пленки в катодной области плазмы высокочастотного магнетронного разряда отпадает необходимость в приобретении дорогостоящей установки высокочастотного магнетронного травления.

При температуре отжига менее 400^oС неоправданно увеличивается время обработки, что связано с меньшей диффузией атомов кислорода из объема оксидной пленки. Увеличение температуры отжига более 400^oС практически не приводит к уменьшению удельного поверхностного сопротивления менее 10-15 Ом/квадрат, что связано с постоянством подвижности электронов при температуре более 400^oС.

Формула изобретения

Способ получения прозрачных электропроводящих пленок на основе оксида индия и олова, включающий нанесение оксидной пленки на нагретую подложку путем распыления мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода и последующей обработки оксидной пленки, отличающийся тем, что обработку оксидной пленки проводят путем отжига в вакууме при температуре 400^oС в течение времени не менее 30 мин.