Mecanismes de cristallisation en phase solide de films minces de silicium amorphe deposes par lpcvd

par JEAN-PAUL GUILLEMET et B. PIERAGGI

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de B. DE MAUDUIT.

Soutenue en 1994

à Paris 11 .

mots clés

Résumé

Les cinetiques de croissance, de germination et de cristallisation des films de silicium amorphe (a-si) deposes par lpcvd (low pressure chemical vapor deposition) ont ete determinees par recuit in situ dans un microscope electronique a transmission. La cinetique du processus de croissance est lineaire, anisotrope et caracterisee par une energie d'activation (e#a) egale a 2,4 ev. La loi de germination est decrite par une loi puissance et l'energie d'activation du processus (e#a#n) depend de la temperature de depot du film et de la nature du gaz reactant (e#a#n = 2,4 ev: 520c-300 mtorr, filiere sih#4 et e#a#n=4,3 ev: 465c-200 mtorr, filiere si#2h#6). La cinetique de cristallisation suit la loi d'avrami d'exposant n variant de 5 a 13, selon les conditions de depot et la temperature de recuit (t#r). La microscopie electronique in situ en haute resolution montre que plusieurs mecanismes regissent la croissance des grains de silicium et que l'evolution du front de croissance s'effectue par incorporation simultanee de plusieurs centaines d'atomes. La spectroscopie de perte d'energie des electrons a permis de determiner la densite des films amorphes et de mettre en evidence l'existence d'un ordre a courte distance. Le nombre d'atomes contenus dans le germe de taille critique est independant des parametres de depot et de recuit. La variation de l'exposant q de la loi de germination s'interprete par une cinetique de mise en amas des atomes de silicium lors du depot, et par une exodiffusion rapide de l'hydrogene pour t#r>600c. Les transistors elabores a partir des films deposes a 465c et 200 mtorr (filiere si#2h#6) et recuits a 600c ou 750c presentent les meilleurs performances electriques et sont correlees au maximum de la taille des grains (d#g). Ce dernier parametre est lie a des vitesses de germination et de croissance respectivement minimale et maximale. Un recuit anisotherme est propose afin d'augmenter la taille des grains, de diminuer la largeur des distributions des tailles et les temps de recuit

Titre traduit

Solid phase crystalisation behaviour of amorphous silicon thin films deposited by lpcvd

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