1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 29
Текст из файла (страница 29)
При еще более высокой температуре ( — 750'С) пленки вновь приобретают разупорядоченную поликристаллическую структуру. При температуре подложки ниже 500'С структура осаждаемой пленки не зависит от отношения концентраций силана и азота в газовой смеси. Однако при 600'С и выше отношение концентраций силана и азота оказывает существенное влияние на структуру пленки, причем характер и степень его влияния зависят от температуры подложки.
Хиросэ и др. [6] установили, что пленки 51, осаждаемые на кварцевые подложки посредством термического разложения силана, кристаллизуются при температуре, превышающей 675'С. Аналогичные результаты были получены Каминсом и др. [11]; осаждаемые пленки имели аморфную структуру при температуре подложки ниже 600*С и поликристаллическую, с преимущественной ориентацией зерен в направлении < 110>, — при более высоких температурах. В результате роста и рекристаллизации кремниевых пленок на подложках из оксида алюминия образуются дендритные кристаллы [15] с преимущественной ориентацией относительно направления < 11! > . Изучению микроструктуры пленок, осаждаемых химическим методом нз паровой фазы, посвящен ряд работ [7, 1О, 12, !3— 15].
Эммануэль и Поллок [12] исследовали влияние температуры подложки, состава газа-носителя и скорости потока газа на размер зерен в пленках 51, выращиваемых на подложках из В!за, и 510ь При температуре подложки не менее 720'С образуются поликристаллические пленки, у которых при определенных условиях могут быть получены зерна, однородные по размеру (-30 нм). При высокой температуре подложки (более 770'С) осаждаются несплошные пленки. Чу и др. наносили кремниевые пленки на стальные подложки с покрытием из боросиликата (препятствующим диффузии материалов) [13] на графит [13] и рекристаллизованный металлургический кремний [!О, 14]. На подложках из стали со слоем боросиликата при температуре 900'С образуются поликристаллические пленки с размером зерен от 1 до 5 мкм. Некоторые из кристаллитов имеют хорошо выраженную огранку, По своим свойствам графит лучше Глава 3 136 согласуется с кремнием, чем сталь, и кремниевые пленки, получаемые на графитовых подложках при 1000'С, имеют значительно более совершенную микроструктуру.
При нанесении 51 на нагретые до 1150'С подложки из рекристаллизованного металлургического кремния происходит эпитакснальный рост пленок, которые по внешнему виду не отличаются от подложек. При рекристаллизации кремниевых пленок, осаждаемых иа титаиовые подложки со слоем оксида алюминия, Сэйто и др. [15] наблюдали рост дендритных кристаллов шириной около 0,3 мм и длиной, составляющей несколько сантиметров. Пленки 51, получаемые методом испарения на стальных подложках с покрытием из Т! [19], температура которых поддерживается на уровне не ниже 525'С, имеют ярко выраженную кристаллическую структуру с преимущественной ориентацией зерен в направлении <220>. Пленки, получаемые на алюминиевых подложках, ориентированы относительно направления <! 11> н имеют столбчатую структуру. Фельдман и др.
[20] также наблюдали рост пленок 8! с зернами столбчатой формы. Кремниевые пленки, осаждаемые на сапфир и стекло в одинаковых условиях„ имеют близкие по величине зерна, средний размер которых составляет от 0,2 до 0,5 мкм. Ван Золинген н др. [17, 18] наносили слои 5! на керамические н и монокристаллические кремниевые подложки с диэлектрическими покрытиями из 5!а)к!4 и 8!Оь Непосредственно после осаждения слои 51, полученные на керамических подложках, состоят из зерен столбчатой формы диаметром 10...15 мкм, причем зерна образованы волокнами диаметром около 0,4 мкм. Слои 51, осажденные на монокристаллические подложки с покрытием из 8!а!и,, также имеют столбчатую структуру (днаметр зерен 2...
8 мкм) и состоят из волокон диаметром 0,2... 0,5 мкм. На монокристаллических подложках с покрытием из 5!Ов получены слои 8! с очень тонкой структурой, образованной волокнами диаметром около 0,1 мкм. Отжиг слоев 8! продолжительностью 1 ч при температуре 1250чС в атмосфере аргона значительно повышает качество кристаллической структуры. Зерна столбчатой формы разрушаются, и образуются кристаллиты размером — ! мкм. Метод высокочастотного ионного распыления [2!] позволяет получать пленки 8! с ярко выраженной ориентацией в направлении <11!> на подложках из сапфира с температурой выше 900'С, поверхности которых параллельны плоскости [0001), При температуре подложки 800...
900'С образуются поликристаллнческие пленки. При еще более низкой температуре осаждаются аморфные пленки. В кремниевых пленках, получаемых на подложках из муллита [методом выравнивания слоев поликристаллического 8! на керамических подложках [25]), образуется о Таблетки, спевеннме из порошков кремния. — Прилк ред. 137 Физические свойства тонких пленок текстура с преимущественной ориентацией зерен относительно оси (110>, а направление роста ((211>) совпадает с направлением вытягивания подложки из расплава.
Размер зерен достигает величины порядка нескольких миллиметров [25, 26). Пленки, осаждаемые на многократно используемые подложки [29), имеют столбчатую структуру, однако рост зерен происходит в направлении, перпендикулярном плоскости подложки. Размер зерен равен 1... 5 мкм. В результате лазерной рекристаллизации кремниевых лент зерна становятся более крупными и достигают нескольких миллиметров в ширину и нескольких сантиметров в длину. Кремниевые пленки, осаждаемые электролитическим методом [30] на подложки из Ап, Та, Мо, % и графита н имеющие толщину порядка 200 мкм, состоят из крупных зерен диаметром до 100 мкм.
Пленки 51, получаемые (на подложках из графита, муллита и стеклообразного углерода) электрогидродинамическим методом, при низкой температуре осаждения содержат зерна малого размера (-2 мкм). При распылении расплава кремния на подложки, нагретые до высокой температуры, образуются зерна столбчатой формы диаметром около 30 мкм. 3.2.1.2 Электрические свойства Хиросэ и др. [6) провели детальное исследование влияния параметров процесса осаждения на электрические свойства кремниевых пленок, получаемых на кварцевых подложках методом химического осаждения из паровой фазы.
Энергия активации, найденная по результатам исследования электропроводности пленок при воздействии постоянного электрического поля и для температур выше 280 К составляющая 0,53...0,61 эВ, меняется в зависимости от температуры осаждения. При температурах, меньших 280 К, реализуется механизм прыжковой проводимости по глубоким энергетическим состояниям, локализованным вблизи уровня Ферми. Концентрация дефектов, которые идентифицируются с помощью метода электронного парамагнитного резонанса, составляет не менее 1О'з см-'.
Температурная зависимость удельной проводимости показана на рис. 3.1. Анализ зависимости фотопроводимости от температуры (см. рис. 3.2) свидетельствует о том, что по обе стороны от уровня Ферми существуют энергетические зоны локализованных состояний. Хиросэ и др. [6) высказали предположение, что появление этих зон вызвано главным образом наличием «хвостов» состояний, связанных с областями вблизи границ зерен. Есихара и др. [8) установили, что энергия активации, определенная из исследования проводимости поликристаллических кремниевых пленок, в которые внедрены атомы бора н фосфора, обратно пропорциональна концентрации легирующей примеси (см. рис. 3.3). 138 Глава 3 Полученные результаты авторы интерпретировали„ исходя из модели границ зерен, основанной на предположении, что границы служат ловушками для носителей заряда.
Расчеты показали, что плотность ловушечных состояний равна 3,5Х Х10" см' в пленках 51, легированных бором, и 5,2 1О" см-' — в пленках 51, легированных фосфором. Прн этом необходимо отметить, что плотность ловушечных состояний и, следовательно, слоеное сопротивление пленок, зависящие от температуры осаждения, уменьшаются при повышении температуры. Этот вывод иллюстрирует рис.
3.4. При изменении температуры осаждения от 700 до 1050 'С плотность ловушечных состояний снижается с 3,5.10" до 2,0Х Х!ОГ2 см — ', в то время как слоевое сопротивление уменьшается приблизительно с !О' до 10' Ом! квадрат. Снижение плотности ловушечныхсостояний наблюдается также при отжиге, однако количество ловушек увеличивается по мере возрастания концентрации внедренного кислорода. Двуреченский и др. [2[ при исследовании пленок 5! методом электронного парамагнитного резонанса обнаружили дефекты, т,к 200 10' и' Ю и 1 2 3 103 т а 102 10- 'в 10 Ю кг !ока 2 в 0 мут [т,к! Физические свойства онких пленок ю' 2,5 5,5 »,5 5,5 5,5 чО»ггт (г, к) Рис.
3.1. Температурные зависимости удельной проводимости о „нанесенных в»кучиным испарением и отожженных пленок 51 при различной концентрапии легиругощей примеси (а) !!8! н удельной проводимости о почикристаллнческих пленок 51, полученных химическим осаждением из паровой фазы при различных температурах подложки Т, К (б) !6).
Концентрации лсгирующей примеси: ) — 1,3 10»" см — ", 2 — 1,1 1Ом' см —, 3— 3,6 10" см ", 4 — 2,9 1Ог' см — ", температура подложки: !' — 500 'С; 2'— 600 С; 3' — 650 С; 4' — 700 С; около кривых указаны зннчении энергии активации Ел. представляющие собой вакансии, плотность которых составляет 3 ° 10"...4 ° 10»4 см — з Пленки Ь), создаваемые ва- ю'3 о!5 б куумным испарением (!7], непосредственно после осажде- 5 5'.ю' о ния имеют низкие значения ю27 оо удельной проводимости .
' р,тт»в ' ю,юз»б ( )О-з Ом — ' ° см — ') и подвиж- в ности носителей ( — 0,5 смз)' й (В.с)), которые почти не за- В висят от концентрации приме- в , ю,ют !о- » си. В результате отжига про- * ю,гз»а водимость возрастает на несколько порядков величины. В отожженных образцах наблюдается зависимость проводимости от уровня легировання, а энергия активации проводимости, как и в пленках, получаемых методом химиче- Рнс. 3.2. Температурные зависимости ского осаждения из паровой фотопроводимости ЛЬ (измеренные фаЗЫ, уМЕНЬШастея Прн ПОВЫ- прн энергии фотонов йт =- 2,14 эн) шенин концентрации примеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
