Disfluences et contexte

A utilização de substratos de vidro não conduz a diferenças significativas na estrutura e morfologia de filmes de silício policristalino depositados por LPCVD, comparativamente aos produzidos sobre silício oxidado. Com base neste facto, no decorrer deste trabalho foi utilizado o vidro Corning 1737 como substrato. Porém, a temperatura máxima de processamento ficou limitada a 650°C.

No que diz respeito à deposição por LPCVD, silício policristalino de qualidade electrónica foi obtido acima de 625°C. A redução da pressão de deposição contribui também para a melhoria das propriedades dos filmes depositados. Porém, as propriedades estruturais e eléctricas dependem fortemente da temperatura, que aliado à limitação imposta pela utilização de substratos de vidro, condiciona a aplicabilidade desta técnica na produção de dispositivos em substratos de baixo custo.

A cristalização de silício amorfo por SPC permitiu a obtenção de filmes policristalinos com propriedades estruturais e eléctricas melhoradas, comparativamente aos depositados por

LPCVD. Desde logo a rugosidade é menor, facto importante na aplicação, por exemplo, a TFTs. A melhoria da qualidade cristalina é também uma evidência, com reflexos na

condutividade eléctrica, onde o regime de condução por estados localizados é menos influente. De salientar que isto é conseguido reduzindo a temperatura de processamento

Caracterização de filmes finos de silício policristalino

abaixo de 600°C. Porém, esta técnica tem como inconveniente o aumento significativo do tempo de processo.

A melhoria da qualidade do silício policristalino obtido por cristalização é conseguida pela técnica de MIC na presença de níquel. O tamanho de grão pode superar 1 micrómetro, com a qualidade cristalina a ser bastante melhorada. A ausência do regime de condução eléctrica por estados localizados confirma isso mesmo. Facto relevante é que o tempo e temperatura de processamento podem ser reduzidos em mais de 20 horas e 100°C, respectivamente, comparativamente à cristalização por SPC. O tamanho de grão final é, essencialmente, dependente da razão metal/silício e temperatura de recozimento, aumentando para espessuras de metal e temperaturas menores, por redução da nucleação dos silicetos responsáveis pela cristalização.

Na Figura 4.66 é mostrada a comparação da parte imaginária da função dieléctrica (ε2)

e condutividade eléctrica de amostras de silício policristalino obtido por LPCVD, SPC e MIC a uma temperatura de 625°C, 575°C e 500°C, respectivamente. É notório que o valor de ε2 é

superior em filmes cristalizados, estando bem definidos os pontos críticos para a amostra obtida por MIC, consequência do maior tamanho de grão. A condutividade em função da temperatura mostra a diminuição da influência do regime de condução por salto no silício policristalino obtido por cristalização.

a) _b)

Figura 4.66 – Comparação de resultados para filmes finos de silício policristalino obtidos por LPCVD, SPC e MIC: a)parte imaginária da função dieléctrica e b) condutividade eléctrica em função

da temperatura.

O grande inconveniente do processo MIC é a contaminação por metal, que depende da razão inicial entre as espessuras de níquel e silício. Isso mesmo foi verificado por RBS, AES e

mínimo. Visando esse objectivo, demonstrou-se a possibilidade de cristalizar o silício amorfo a 500°C usando uma espessura média de níquel de 0,05 nanómetros. Espessuras menores são impossíveis de controlar pela técnica de evaporação de metal usada. A utilização de uma barreira de óxido entre o silício amorfo e o níquel revelou-se como uma alternativa no controlo da incorporação de metal nos filmes cristalizados.

Facto relevante neste trabalho foi a utilização da elipsometria para detecção de metal em filmes de silício policristalino obtidos por MIC. A introdução de uma referência de níquel num modelo BEMA modificado permitiu detectar variações na sua fracção volúmica, em função da razão metal/silício inicial. Além de uma melhoria significativa no ajuste dos resultados experimentais, é relevante a relação linear existente entre os valores obtidos por elipsometria e RBS.

A contaminação por metal pode ser reduzida em filmes cristalizados por MILC. Foi verificado que a concentração de níquel é, pelo menos, dez vezes menor comparativamente às zonas cristalizadas por MIC. Esta técnica envolve a migração lateral das cristalites de NiSi2 com as faces <111> orientadas paralelamente à superfície. A velocidade de crescimento lateral diminui com o tempo, devido à nucleação de cristalites de silício por SPC. A extensão das zonas cristalizadas revelou-se assim altamente dependente da temperatura. Por exemplo, a 600°C a velocidade de crescimento é mais de três vezes superior à conseguida a 550°C, mas devido ao processo concorrente de SPC, o crescimento lateral praticamente cessa passadas 5 horas. Por outro lado, a 500°C a velocidade de crescimento lateral é mais baixa mas a inexistência de nucleação por SPC permite que esta se mantenha constante.

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