Capas de SiGe policristalino hidrogenado y su aplicación en transistores de película delgada
Hydrogenated polycrystalline SiGe films and their application in Thin Film Transistors

A. Rodríguez, T. Rodríguez, J. Sangrador, E. San Andrés, I. Mártil
2004 Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio  
En este trabajo se ha caracterizado el proceso de hidrogenación en un plasma generado por resonancia ciclotrónica de electrones de capas de SiGe policristalino obtenidas mediante cristalización en fase sólida y el efecto de la hidrogenación en las características eléctricas de transistores de película delgada fabricados usando dicho material. Los procesos de hidrogenación se realizaron a 150 y 250 ºC, con duraciones de hasta 11 horas. Los espectros de transmitancia en infrarrojo muestran
more » ... ojo muestran solamente las bandas de absorción características de los enlaces Si-H. Estas bandas indican que el hidrógeno se incorpora al material enlazándose principalmente con los átomos de silicio. Las medidas de reflectancia en el ultravioleta indican que se crea daño en la superficie de la muestra y que éste aumenta a medida que lo hace el contenido en Ge. Los transistores de película delgada con capa activa de SiGe policristalino muestran un fenómeno de degradación consistente en que la corriente que atraviesa el canal disminuye con el tiempo manteniendo fijas las condiciones de polarización. La hidrogenación de los transistores hace que la degradación sea cada vez más lenta a medida que aumenta el tiempo de proceso en plasma a temperatura constante. Palabras Clave: SiGe policristalino, hidrogenación, plasma ECR, transistor de película delgada, degradación. Hydrogenated polycrystalline SiGe films and their application in Thin Film Transistors The hydrogenation of polycrystalline SiGe layers, obtained by solid phase crystallization, by an electron ciclotron resonance hydrogen plasma and the influence of this hydrogenation process on the electrical characteristics of thin film transistors fabricated using this material as active layer have been studied. The hydrogenation processes were carried out at 150 and 250 ºC for several times, up to 11 hours. Infrared transmission spectra of these samples show only the absorption bands corresponding to Si-H bonds, indicating that hydrogen atoms are bonded mainly to silicon atoms. Ultraviolet reflectance measurements show that the surface damage caused by the plasma exposure increases as the Ge content of the film does. The transistors fabricated using polycrystalline SiGe films as active layer show a degradation phenomenon, consisting of a progressive decrease of the drain current at constant gate and drain bias. The degradation slows down as the hydrogenation time increases at constant temperature. La tendencia actual en la fabricación de pantallas de cristal líquido es la integración de los transistores de control junto a los pixels de la pantalla, en lugar de situarlos en el borde de la matriz. La capa activa de los transistores es una película delgada de material semiconductor, normalmente Si, depositada sobre el sustrato vítreo usado para la fabricación de la pantalla [1]. Un material de interés para la realización de la capa activa es el SiGe policristalino obtenido por cristalización en fase sólida de una película amorfa depositada mediante un sistema de depósito químico en fase vapor a baja presión (LPCVD). Se trata de un material con propiedades estructurales (tamaño de grano, densidad de defectos) que pueden ser apropiadas para esta aplicación. Por otro lado, la cristalización de este material a bajas temperaturas, compatibles con el uso de sustratos de vidrio de bajo coste, requiere tiempos de proceso mucho menores que en el caso del Si puro. Además no necesita de una tecnología totalmente nueva para su fabricación, sino que basta con adaptar la tecnología existente para dispositivos de Si [2]. Las características de los dispositivos fabricados a partir de Si policristalino mejoran y se degradan menos con el paso del tiempo si una vez fabricados son sometidos a un proceso de hidrogenación, por ejemplo mediante exposición a un plasma, ya que el hidrógeno pasiva los enlaces insaturados presentes en las fronteras de grano y en el interior de los granos del material [3]. Es conocida la poca tendencia que tiene el Ge a enlazarse con el hidrógeno, unas cinco veces inferior a la que tiene el Si [4, 5] . Por ello, se ha investigado en este trabajo la incorporación de hidrógeno a las películas de SiGe mediante su exposición a un plasma y los posibles efectos de la hidrogenación en las características eléctricas de transistores fabricados con este material. Se ha utilizado un plasma de hidrógeno generado mediante resonancia ciclotrónica de electrones (ECR). Una ventaja de este tipo de plasmas es la gran eficiencia que se consigue en la generación de especies excitadas, superior a la de los plasmas de radiofrecuencia convencionales. Otra ventaja es que el lugar en el que se genera el plasma está separado de la cámara de proceso, de modo que las especies excitadas inciden sobre la muestra con baja energía cinética, reduciéndose así el daño causado en dichas muestras por el bombardeo. METODO EXPERIMENTAL El proceso de fabricación de los transistores, de canal tipo p, se resume a continuación. Las capas amorfas de SiGe (con fracción de Ge x=0,26) fueron depositadas a 450ºC por LPCVD usando germano y disilano como gases precursores. Esta composición fue seleccionada para fabricar los dispositivos puesto que se ha comprobado que el ta-
doi:10.3989/cyv.2004.v43.i2.548 fatcat:vbn6ogedjvczhjrhkvz6plcmmq