High density plasma deposition of SiNx thin films. Studies and correlations between gas phase, SiNx/InP interface and InP heterojonction bipolar transistor passivation. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 1998

High density plasma deposition of SiNx thin films. Studies and correlations between gas phase, SiNx/InP interface and InP heterojonction bipolar transistor passivation.

Dépôts de films minces SiNx assistés par plasma de haute densité. Etudes corrélées de la phase gazeuse, de l'interface SiNx/InP et de la passivation du transistor bipolaire à hétérojonction InP.

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Abstract

This work deals with high density plasma deposition of SiNx thin films at low temperature by DECR (Distributed Electron Cyclotron Resonance) process and its application to InP optoelectronic devices, like heterojonction bipolar transistor. First, the use of high density plasma sources in silicon nitride deposition is reviewed and InP/InGaAs desoxidation methods are presented. Concerning DECR plasma study, the main contribution of our work lies in the single and double electrostatic probes analysis. This method, that we bring into operation in deposition plasmas, allowed us to determine some crucial parameters, like substrate incomming ion energy or ion current density. Thus, we can correlate those parameters to deposited thin films properties (density, stress, ...). We have also studied silicon nitride conduction mecanisms as a function of film thickness. Tunneling through the dielectric (Fowler-Nordheim emission) becomes insignificant when thickness exceed 20 nm. In this case, conduction is due to field-enhanced thermal excitation of trapped electrons (Frenkel-Poole emission). Electrical study of Al/SiNx/InP devices showed us that DECR N2 and/or NH3 plasma treatment of InP surface do not lead to significant improvement of SiNx/InP interface. Nevertheless, we have demonstrated that the InP surface oxide can be reduced by using hidrogen rich deposition plasma. Using these results, we have defined an heterojonction bipolar transistor passivation process that has been successfully tested.
L'objet de cette étude est le dépôt de films minces SiNx à basse température assisté par plasma de haute densité de type DECR (Distributed Electron Cyclotron Resonance) et leur application à la passivation des dispositifs optoélectroniques à base d'InP, tel que le transistor bipolaire à hétérojonction. Dans un premier temps, nous comparons les différentes sources de plasma de haute densité qui sont utilisées pour le dépôt de nitrure de silicium et nous présentons un bilan des diverses méthodes de désoxydation des matériaux semiconducteurs utilisés dans les dispositifs optoélectroniques à base d'InP. Nous avons ensuite choisi de détailler la mise en oeuvre de l'analyse par sondes électrostatiques simple et double, qui constitue l'apport essentiel de ce travail dans l'étude du plasma DECR. Cette méthode nous a permis de mesurer des paramètres cruciaux pour le dépôt, tels que l'énergie des ions lorsqu'ils arrivent sur le substrat ou encore la densité de courant ionique. Ainsi, nous avons pu corréler ces paramètres avec les propriétés des films minces déposés (contrainte, densité, ...). Nous avons également étudié les mécanismes de conduction dans le nitrure de silicium pour différentes épaisseurs de film. La conduction par effet tunnel (mécanisme de Fowler-Nordheim) devient négligeable pour les films d'épaisseur supérieure à 20 nm. Pour ces derniers, la conduction est assistée par les pièges à électrons présents dans le nitrure (mécanisme de Frenkel-Poole). A travers l'étude électrique des structures Al/SiNx/InP, nous avons constaté que le traitement in-situ du substrat d'InP par plasma DECR N2 et/ou NH3 ne permet pas d'optimiser l'interface SiNx/InP. Par contre, nous avons montré que l'utilisation d'un plasma de dépôt riche en hydrogène permettait de réduire l'oxyde présent à la surface de l'InP. L'ensemble de cette étude a permis de définir un procédé de passivation du transistor bipolaire à hétérojonction InP/InGaAs qui a été testé avec succès.
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Cite

Franck Delmotte. Dépôts de films minces SiNx assistés par plasma de haute densité. Etudes corrélées de la phase gazeuse, de l'interface SiNx/InP et de la passivation du transistor bipolaire à hétérojonction InP.. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paris Sud - Paris XI, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00430327⟩
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