Caracterización de subóxidos de silicio obtenidos por las técnicas de PECVD

Abstract

Se ha escogido la técnica PECVD para obtener depósitos de subóxido de silicio, SiOx, de espesores del orden de la micra, sobre substratos de Si de dos pulgadas. Hemos logrado depósitos con contenidos de oxígeno entre 1.3 y 2.0, y un intervalo de índices de refracción comprendidos entre 1.96 (próximo al Si3N4) y 1.46 (SiO2). La estructura (en particular, la porosidad), uniformidad y tensión de las capas son mejores cuanto menor es el contenido de oxígeno. Además, las capas crecidas contienen impurezas en forma de enlaces Si-H, N-H, Si-OH y H2O. El contenido de impurezas varia de forma gradual desde capas pobres en oxígeno con una gran cantidad de enlaces Si-H y N-H, y nulo contenido de Si-OH y H2O, y capas de estructura próxima al óxido estequiométrico, con nulo contenido de enlaces Si-H y N-H, y alto contenido de Si-OH y H2O.<br/>Se ha investigado las condiciones de temperatura, potencia y presión de los procesos de depósito, susceptibles de mejora de la calidad de las capas crecidas. El aumento de la temperatura de depósito (hasta 350oC) y de la potencia (hasta 50 W, límite impuesto por la disminución de uniformidad), disminuye el contenido de impurezas de las capas; sin embargo, el aumento gradual de la tensión con el aumento del contenido de oxígeno de las capas, aconseja que los depósitos se crezcan a menores valores de temperatura y potencia en la obtención de capas ricas en oxígeno. Por lo que se refiere a la presión, valores bajos (100 mTorr), favorecen la disminución de impurezas; sin embargo, el aumento del orden estructural que comporta el aumento de la presión (hasta 300 mTorr), inhibe el acomodo de impurezas en capas ricas en oxígeno, por lo que la calidad de los depósitos se verá favorecida procediendo a un aumento de la presión a medida que se crezcan capas con un previsible mayor contenido de Si-OH y H2O.<br/>La mejora de las condiciones de depósito no soluciona dos problemas fundamentales; por un lado, no se han podido suprimir las impurezas ni las tensiones de las capas y, por otro, las capas ricas en oxígeno son inestables frente a la humedad. El estudio de la acción de la humedad y los esfuerzos posteriores para estabilizar las capas, al proceder a un recocido térmico a una temperatura inferior a 350oC, dan resultados parciales, siendo los efectos reversibles. Como solución se ha propuesto proceder a un recocido térmico rápido a alta temperatura (950oC) de las capas. Las capas tratadas son estructuralmente compactas e insensibles a la acción exterior de la humedad, no contienen cantidades de impurezas apreciables, excepto un bajo contenido de enlaces Si-H en entornos O3-SiH; además, el nivel de tensiones desaparece en capas ricas en Si y aumenta gradualmente con el contenido de oxígeno, llegando a ser un 50% inferior al de las capas depositadas sin un tratamiento posterior. El índice de refracción se amplia al intervalo 2.32-1.46.