RU2061281C1 - Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния - Google Patents
Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2061281C1 RU2061281C1 RU93006889A RU93006889A RU2061281C1 RU 2061281 C1 RU2061281 C1 RU 2061281C1 RU 93006889 A RU93006889 A RU 93006889A RU 93006889 A RU93006889 A RU 93006889A RU 2061281 C1 RU2061281 C1 RU 2061281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- films
- thin films
- film
- amorphous hydrogenated
- hydrogenated silicon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Использование: технология полупроводниковых приборов на основе тонких пленок аморфного кремния. Сущность изобретения: способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния включает осаждение пленки на нагретую подложку путем разложения газовой смеси, содержащей моносилан, водород и газообразный аммиак, в высокочастотной плазме тлеющего разряда, количество аммиака в смеси 1 - 4 объемных процента. Способ позволяет получить пленки с термически стабильными электрофизическими и структурными характеристиками, а также с высокой адгезионной способностью.
Description
Изобретение может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов на основе тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния.
Известен способ получения пленки из фторсодержащих газовых смесей [1] который заключается в разложении газовой смеси SiH3F с инертным газом (Ar, He) в высокочастотном тлеющем разряде. Способ позволяет значительно повысить термическую стабильность осаждаемой пленки и улучшить ее адгезионные свойства. Недостатком данного способа является его значительный вред с точки зрения экологии. Данный недостаток обусловлен тем, что использование в качестве исходных реагентов газообразных фторсодержащих веществ (фреонов) приводит к разрушительному воздействию газообразных продуктов реакции, попадающих в атмосферу, на озоновый слой Земли [1]
Традиционный способ улучшения стабильности, заключающийся в уменьшении мощности ВЧ-разряда, не приемлем с точки зрения технологии, так как при этом резко уменьшается скорость роста пленки [2]
Известен также способ, заключающийся в использовании газовых смесей SiH4 + +H2 + B2H6. Указанный способ позволяет снизить эффект Стеблера Вронского и несколько улучшить качество адгезии. Однако применение диборана В2Н6 является не удовлетворительным c точки зрения производственной безопасности, так как значительная токсичность вышеуказанного газа требует наличия эффективных средств утилизации продуктов реакции. Кроме того, термическая стабильность получаемых таким образом пленок улучшается незначительно [3,4]
Наиболее близким по технической сущности является способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) методом тлеющего разряда [5] Способ заключается в разложении силаносодержащей смеси SiH4 + H2, либо SiH4 + +Ar в высокочастотном тлеющем разряде. Однако полученные таким образом пленки характеризуются значительной деградацией свойств пленки во времени, а также слабой адгезией за счет релаксации структуры материала.
Традиционный способ улучшения стабильности, заключающийся в уменьшении мощности ВЧ-разряда, не приемлем с точки зрения технологии, так как при этом резко уменьшается скорость роста пленки [2]
Известен также способ, заключающийся в использовании газовых смесей SiH4 + +H2 + B2H6. Указанный способ позволяет снизить эффект Стеблера Вронского и несколько улучшить качество адгезии. Однако применение диборана В2Н6 является не удовлетворительным c точки зрения производственной безопасности, так как значительная токсичность вышеуказанного газа требует наличия эффективных средств утилизации продуктов реакции. Кроме того, термическая стабильность получаемых таким образом пленок улучшается незначительно [3,4]
Наиболее близким по технической сущности является способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) методом тлеющего разряда [5] Способ заключается в разложении силаносодержащей смеси SiH4 + H2, либо SiH4 + +Ar в высокочастотном тлеющем разряде. Однако полученные таким образом пленки характеризуются значительной деградацией свойств пленки во времени, а также слабой адгезией за счет релаксации структуры материала.
Задачей изобретения является повышение термической стабильности структуры и свойств тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния, заключающемся в осаждении методом разложения смеси моносилана и водорода в плазме высокочастотного тлеющего разряда, в исходную газовую смесь добавляется газообразный аммиак в количестве 1-4 объемных процентов.
Технических решений, совокупность существенных признаков которых совпадает с предложенным решением, не обнаружено. Таким образом, данное решение отвечает требованию новизны.
Использование аммиака NH3 в технологии обычно связано с получением диэлектрических пленок Si3N4. В то же время в заявляемом решении добавка аммиака применена для повышения термической стабильности полупроводникового материала без ухудшения его электрофизических свойств. Таким образом, применение добавок аммиака в заявляемом решении направлено на выполнение новой для него функции, не вытекающей с очевидностью из его известных свойств. Поэтому можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретательского уровня.
Использование регулируемого в пределах 1-4 объемных процентов содержания аммиака позволяет получить при реализации заявляемого изобретения пленку со стабильными электрофизическими и структурными характеристиками, а также с высокой адгезионной способностью, при этом не возникает экологических проблем, связанных с использованием в технологии фторсодержащих веществ. Это обусловлено тем, что добавление в процессе роста пленки в газовую фазу соответствующего количества аммиака ведет к образованию в пленке метастабильных состояний типа Si , термодинамически более устойчивых. Кроме того, улучшается однородность структуры пленки вследствие заращивания межзеренных границ при образовании связей Si-N.
При большем давлении аммиака в газовой фазе, чем 2 Па, наблюдается значительное уменьшение проводимости полученного материала. Это связано со сменой механизма роста пленки с образованием нитридных комплексов, соответствующих нестехиометрическому нитриду кремния. При давлении аммиака в газовой фазе меньше 0,5 Па пленка остается термически нестабильной и значительно изменяет проводимость при термообработках.
Примеры конкретного выполнения изобретения.
Заявляемый способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния включает осаждение пленки путем разложения газовой смеси в плазме высокочастотного тлеющего разряда.
Процесс осаждения производился в реакторе промышленного типа УВП-4АМ. В качестве подложек использовали пластины монокристаллического кремния марок КДБ-10, КЭФ-0,01, КЭС-0,01, а также а-кварц и стекло. Реакционную камеру откачивали до давления 10-1 Па, затем подложки нагревали до температуры 220оС в течение 40 мин, после чего в камеру подавали аммиак при различных давлениях (0,5-2 Па, что соответствует 1-4 об.), а затем смесь моносилана и водорода (10% SiH4 + 90% H2) до общего давления 50 Па, после этого возбуждали плазму и производили осаждение. При большем давлении аммиака в газовой фазе, чем 2 Па, наблюдалось значительное уменьшение проводимости полученного материала. Это связано со сменой механизма роста пленки с образованием нитридных комплексов, соответствующих нестехиометрическому нитриду кремния. При давлении аммиака в газовой фазе меньше 0,5 Па пленка оставалась термически нестабильной и значительно изменяла проводимость при термообработках. Удельная мощность ВЧ-разряда составляла 0,3 Вт/см2. При меньшей мощности значительно снижалась скорость осаждения, а увеличение мощности по сравнению с выбранной величиной вела к инициации реакций травления и увеличению дефектности. По окончании осаждения в той же камере проводили термообработку пленок в вакууме при давлении 10-1 Па и температуре подложек 220оС в течение 30 мин для устранения неравновесных дефектов, возникающих в процессе осаждения.
Наиболее характерным электрофизическим свойством материала являлась его проводимость. В качестве критерия термической стабильности материала оценивали величину изменения темновой проводимости материала, измеренной при комнатной температуре ( σ300), до и после термообработок.
Определение темновой проводимости полученных образцов проводилось путем измерения вольт-амперных характеристик тестовых структур. С этой целью на поверхность полученных пленок наносили алюминиевые контакты через соответствующий трафарет. Часть полученных таким образом образцов подвергали термической обработке в вакууме при температурах 220оС и 280оС, давлении 10-1 Па в течение 30 мин.
Для определения темновой проводимости полученных образцов на две соседних контактных площадки, зазор между которыми составлял 0,6 мм, подавали постоянное напряжение в диапазоне 1,5-15 В с шагом 1,5 В от батарей питания. Ток, протекающий через образец, измеряли с помощью прибора В7-45. В вышеуказанном диапазоне напряжений ВАХ исследуемых структур имела линейный характер, что позволяет, зная геометрию структур вычислить проводимость пленки.
Результаты исследования темновой проводимости в пленках с различной концентрацией азота приведены в табл. 1.
Данные о плотности дефектов в пленках, полученных методом постоянного фототока, приведены в табл. 2.
Результаты исследования плотности связей методом ИК-спектроскопии в пленках, полученных по предложенному способу, приведены в табл. 3.
Известно, что при температуре ниже 300оС стабильность аморфного гидрогенизированного кремния определяется процессами релаксации структуры материала. Исследование нелегированных пленок методом ИК-спектроскопии показало, что они имеют ярко выраженную зернистую, так называемую колонную структуру, т. е. состоят из образованных кремниевыми связями зерен колонн, разделенных промежутками, в которых содержится значительное количество водорода [6] При термообработках до 300оС происходит интенсивная диффузия водорода из межзеренного пространства в приповерхностную область зерен, где связи кремния ослаблены деформационными напряжениями. При этом происходит разрыв слабых связей Si-Si и терминация образовавшихся нейтральных дефектов водородом. Добавление NH3 приводит к подавлению механизма образования колонной структуры, что объясняет уменьшение содержания водорода в пленке. Вследствие этого материал становится более однородным, чем объясняется улучшение адгезионных свойств. В процессе структурной перестройки материала происходит уменьшение слабых связей Si-Si и образование парных состояний типа Si -N при встраивании атомов азота в решетку кремния. Такие метастабильные состояния термодинамически более устойчивы. Этим объясняется повышение проводимости и термической стабильности пленок.
Использование способа согласно описываемому изобретению позволит на основе существующей технологии существенно упростить и удешевить производство тонких пленок а-Si:H высокого качества, избегая при этом экологических проблем.
Claims (1)
- Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния, включающий осаждение пленки на нагретую подложку путем разложения газовой смеси моносилана и водорода в высокочастотной плазме тлеющего разряда, отличающийся тем, что осаждение пленки проводят из газовой смеси, дополнительно содержащей газообразный аммиак в количестве 1 4 об.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006889A RU2061281C1 (ru) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006889A RU2061281C1 (ru) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93006889A RU93006889A (ru) | 1995-07-20 |
RU2061281C1 true RU2061281C1 (ru) | 1996-05-27 |
Family
ID=20136806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93006889A RU2061281C1 (ru) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2061281C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2536775C2 (ru) * | 2012-11-14 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения пленок аморфного кремния, содержащего нанокристаллические включения |
-
1993
- 1993-02-04 RU RU93006889A patent/RU2061281C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 4762808, кл. H 01L 21/205, опублик. 1988. Kuznetsov V., van Oort R.C. and Metselaar J.W. Plasma deposition of hydrogenated amorphous silicon. Effectof rf power. /J. Appl. Phys. 65/1989/, 575-580. Заявка EP - 0181113, кл. H 01L 21/205, опублик. 1986.Заявка Японии N 63-622241, кл. H 01L 21/205, опублик. 1988. M. Petrich, Chemtech N 12 /1989/, p. 742-749. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2536775C2 (ru) * | 2012-11-14 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ получения пленок аморфного кремния, содержащего нанокристаллические включения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5928732A (en) | Method of forming silicon oxy-nitride films by plasma-enhanced chemical vapor deposition | |
US5242530A (en) | Pulsed gas plasma-enhanced chemical vapor deposition of silicon | |
CA1327338C (en) | Process for producing devices containing silicon nitride films | |
Lu et al. | Fourier transform infrared study of rapid thermal annealing of a‐Si: N: H (D) films prepared by remote plasma‐enhanced chemical vapor deposition | |
EP0603358B1 (en) | Thermal treatment of a semiconductor wafer | |
JP3502504B2 (ja) | 酸化ケイ素層の析出方法 | |
Parsons | Selective deposition of silicon by plasma‐enhanced chemical vapor deposition using pulsed silane flow | |
Kim et al. | Low Pressure Chemical Vapor Deposition of Si1− x Ge x Films Using Si2 H 6 and GeH4 Source Gases | |
RU2061281C1 (ru) | Способ получения тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния | |
US4761302A (en) | Fluorination of amorphous thin-film materials with xenon fluoride | |
Shimizu et al. | Characterization of sol–gel derived and crystallized ZrO2 thin films | |
JPH06151421A (ja) | 窒化ケイ素薄膜の形成方法 | |
JP3119988B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
JPH0587171B2 (ru) | ||
JP2523131B2 (ja) | 新規な固体物質 | |
JP2566963B2 (ja) | 新規な薄膜物質 | |
JPH01157437A (ja) | ガラスの表面改質法 | |
Murri et al. | Deposition rate, ion bombardment and gap states density in glow discharge a-Si: H, F films | |
Alexandrov et al. | Bonded hydrogen in silicon nitride films deposited by remote plasma-enhanced chemical vapour deposition | |
JP3340407B2 (ja) | 絶縁被膜および半導体装置 | |
Manfredotti et al. | Investigation on microvoids in PECVD a-Si: H | |
US6017401A (en) | Conductivity improvement in thin films of refractory metal | |
Arkhipov et al. | Thermal desorption study of bonded hydrogen in diamond films | |
SU1435105A1 (ru) | Способ получени слоев аморфного кремни | |
JPH01275745A (ja) | 窒化シリコン系薄膜及びその製造方法 |