CH677365A5 - - Google Patents
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- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
Description
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CH 677 365 A5
Descrizione
Oggetto della presente invenzione è un procedimento per la preparazione via plasma in fase gassosa di strutture di materiali amorfi costituite da più strati sottili di diversa composizione che trovano applicazione pratica in dispositivi elettronici ed optoelettronici, come ad esempio descritto in «Semiconductors and Semimetals» voi. 21 part. C p. 407 J.I. Pankove ed., Academic Press (NY) 1984.
Attualmente per la preparazione di queste strutture multistrato mediante scarica a bagliore si usa variare i flussi dei gas immessi nella camera di reazione, oppure spostare il substrato da una camera di reazione ad un'altra, ciascuna contenente una miscela prefissata di gas. I gas vengono dissociati applicando una tensione alternata agli elettrodi (frequenza 103-107 Hz), con un valore picco-picco dell'ordine di 102-1Q3 volt.
Nel primo caso si introduce una perturbazione idrodinamica sul flusso dei gas ed é necessario attendere la completa stabilizzazione prima della deposizione di ciascun strato; nel secondo caso esiste un intervallo di tempo non trascurabile per trasferire il campione da una camera all'altra.
Questi inconvenienti sono stati superati dalla presente invenzione, che propone un procedimento per la realizzazione di multistrutture in un unico reattore senza variare la composizione delle miscele di gas durante la deposizione.
La presente invenzione propone pertanto un procedimento mediante scarica a bagliore per la deposizione di strati multipli amorfi di composizione variabile contenenti silicio, carbonio, ossigeno, azoto, germanio, idrogeno, caratterizzato dal fatto che:
- viene usata una miscela gassosa costituita da due gas appartenenti a due differenti classi scelte tra; silani, germani, idrocarburi e gas contenenti azoto;
la tensione agli elettrodi del reattore viene variata nel corso della deposizione in modo da indurre una dissociazione modulata di silicio, carbonio, ossigeno, azoto, germanio, idrogeno, e che
- tutti i parametri di regolazione del reattore diversi dalla tensione rimangono invariati durante la deposizione dei singoli strati.
Fissando opportunamente gli intervalli di tempo in cui la tensione viene mantenuta costante, é possibile controllare a piacere lo spessore degli strati, mentre, scegliendo valori opportuni della tensione agli elettrodi è possibile variare la composizione del singolo strato. Il procedimento quindi prevede la deposizione via plasma di strati multipli di materiale amorfo realizzando in particolare strutture come le seguenti:
Sì
Ge •
Si
Ge
Si
Ge
1—X
X
1-y y
1—z z
Si
C
Si c
Si
C
1—X
X
1-y y
1—z z
Si
N
Si
N
Si
N
1—X
X
1-y y
1-z z
Si
O
Si o
Si
0
1—X
X
1-y y
1-z z
in cui x, ed y, .z,... sono numeri diversi tra loro e compresi tra 0 e 1.
Se gli strati invece che intrinseci si desidera che siano drogati è necessario aggiungere alla miscela binaria gas droganti quali fosfina, arsina o diborano. La miscela binaria può essere diluita usando gas inerti o idrogeno.
Inoltre, se la variazione della tensione di alimentazione degli elettrodi non viene cambiata bruscamente ma monotonamente crescente o decrescente in funzione del tempo, si possono produrre degli strati con gradienti di composizione o di drogaggio.
Le variazioni di tensione degli elettrodi avvengono nell'intervallo 100-10 000 V. Nelle condizioni preferite la variazione di tensione nel tempo è compresa tra 100 e 2000 V.
I substrati su cui queste strutture possono essere depositate sono molto vari, come ad esempio vetro oppure vetro ricoperto di ossidi metallici oppure metallo, in funzione dell'uso dei multistrati in componenti elettronici o optoelettronici.
L'invenzione verrà illustrata dagli esempi che seguono e dai disegni allegati, in cui:
La Fig. 1 rappresenta, nella propria parte superiore, la composizione del multistrato depositato, e, nella propria parte inferiore, il diagramma temporale della tensione agli elettrodi, con riferimento ai dati dell'Esempio 1, e
La Fìg. 2 rappresenta, analogamente, i dati relativi all'Esempio 2.
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Esempio 1
Per effettuare una misura diagnostica di composizione atomica in funzione dello spessore del film si usa in substrato costituito da una lastrina di silicio di 40x40x0,3 mm. Esso viene introdotto nel reattore per deposizioni in plasma e pulito nel modo seguente. Nella camera di deposizione viene fatto il vuoto migliore di 10~7 Torr e poi introdotto idrogeno al flusso di 20 sccm (centimetri cubici standard al minuto) alla pressione di 300 m Torr, Il supporto viene scaldato fino a 250°C e pulito per 10 minuti mediante scarica in idrogeno, fornendo agli elettrodi tensione alternata di 1200 V picco-picco.
Finita la scarica di pulizia, mantenendo la temperatura di 250°C, si fa il vuoto e poi si introduce nel reattore una miscela di germano (Ge H4) e Silano (Si H4) entrambi prediluiti 1:10 in idrogeno con una pressione di 100 m Torr e un flusso totale di 20 sccm. I rapporti relativi dei flussi sono fissati al 20% per il germano e all'80% per il Silano. Tutte queste condizioni sono mantenute costanti durante la deposizione, che inizia fornendo una tensione di 1200 V agli elettrodi mediante un generatore a radiofrequenza che oscilla a 13.56 MHz. Mantenendo la scarica per 10 minuti si ha la deposizione di una lega germanio-silicio, in cui la frazione atomica di germanio è 0,4 e quella del silicio 0,6, di spessore di circa 1000 A. Alla fine dei 10 minuti il valore della tensione agli elettrodi viene portato a 400 V per altri 10 min: in tale modo si ottiene uno strato di lega germanio-silicio di 700 A di spessore, ma in cui la frazione atomica sia del silicio che del germanio è 0,5.
Proseguendo nell'alternare la tensione agli elettrodi tra 1200 e 400 V e mantenendo costanti i tempi in cui la tensione è mantenuta sui due valori di tensione, si ottiene un multistrato periodico del tipo
Ge Si Ge Si
0,4 0,6 0,5 0,5 5
di circa 1 micrometro di spessore.
Alla fine della deposizione il campione viene raffreddato ed estratto dal reattore.
Nella fig. 1, parte superiore, è riportata la composizione del multistrato depositato, misurata mediante analisi Auger in funzione dello spessore. In ordinata è riportata la percentuale di silicio o germanio. La traccia 1 si riferisce al silicio e la traccia 2, al germanio. Le tracce mostrano i dieci strati di lega silicio-germanio, a composizione alternata tra 60% di Si con 40% di germanio e 50% di silicio e 50% di germanio, a partire dallo strato più superficiale 3 fino a quello a diretto contatto con il substrato 4. L'ultima parte delle tracce (con il 100% di silicio) mostra la composizione del sottostante substrato.
Nella parte bassa della figura è riportato, in corrispondenza degli strati, il diagramma temporale della tensione agli elettrodi.
Esempio 2
Un substrato viene pulito e trattato nelle stesse condizioni dell'esempio 1.
In questo caso però II gas reattivo è una miscela di Silano e metano con una pressione di 370 m Torr e un flusso totale di 20 sccm. I rapporti relativi dei flussi sono fissati al 40% per il metano e al 60% per il Silano.
La crescita del film inizia fornendo per 10 min. una tensione agli elettrodi di 1300 V. In queste condizioni si ottiene uno strato di circa 800 A di carburo di silicio in cui la frazione atomica del carbonio è 0,1 e quella del silicio 0,9.
Successivamente abbassando la tensione a 600 V e mantenendola per 15 min. su questo valore si ottiene uno strato di circa 400 A di silicio.
Ripetendo l'ultimo procedimento per altre 4 volte si ottiene un multistrato del tipo
Si C Si
0,9 0,1 1 5
di circa 6000 A di spessore.
In Fig. 2 è riportato lo spettro Auger in funzione dello spessore analogamente all'esempio 1. La traccia 1 è relativa al silicio e la 2 al carbonio; 3 è lo strato più superficiale e 4 quello a diretto contatto con il substrato. La parte inferiore di Fig. 2 mostra il valore della tensione picco-picco in funzione del tempo.
Il diagramma della composizione in funzione dello spessore è sfasato rispetto a quello della tensione in funzione dei tempo, in quanto i due materiali che compongono la struttura possiedono velocità di crescita (cioè rapporto spessore dello strato/tempo di crescita) diverse tra loro.
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CH 677 365 A5
Claims (6)
1. Procedimento mediante scarica a bagliore per la deposizione di strati multipli amorfi di composizione variabile contenenti silicio, carbonio, ossigeno, azoto, germanio, idrogeno, caratterizzato dal fatto che:
5 — viene usata una miscela gassosa costituita da due gas appartenenti a due differenti classi scelte tra: silani, germani, idrocarburi e gas contenenti azoto;
— la tensione agli elettrodi del reattore viene variata nel corso della deposizione in modo da indurre una dissociazione modulata di silicio, carbonio, ossigeno, azoto, germanio, idrogeno, e che
- tutti i parametri di regolazione del reattore diversi dalla tensione rimangono invariati durante la deposi-10 zione dei singoli strati.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la miscela di gas reattivi é addizionata con gas droganti.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la miscela di gas reattivi é diluita con gas inerti.
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4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che la tensione di alimentazione degli elettrodi vien fatta aumentare gradualmente in funzione del tempo.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che la tensione di alimentazione agli elettrodi vien fatta diminuire gradualmente in funzione del tempo.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5, caratterizzato dal fatto che la 20 tensione agli elettrodi vien fatta variare tra 100 V e 2000 V.
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