Elaboration par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) de films minces de nitrure de bore (BN) sur phosphure d'indium (InP)

Plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) of boron nitride thin films (BN) on indium phosphide (InP)

• Auteur / Autrice : Olivier Baehr
• Direction : Armand Bath
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitrure de bore

Phosphure d'indium

Plasmas (gaz ionisés)

Résumé

Le nitrure de bore (BN) est un matériau chimiquement et thermiquement stable qui possède d'excellentes propriétés isolantes. Ce travail de thèse concerne l'étude de ce matériau en tant qu'isolant de grille sur du phosphure d'indium (InP), pour la réalisation de transistors à effet de champ métal-isolant-semiconducteur (misfet). Le caractère fragile de la surface de l'InP impose l'utilisation d'un procédé de dépôt basse température, afin de réduire les défauts de surface et préserver ainsi les caractéristiques électriques des capacités mis. Nous avons réalisé des dépôts de BN à la fois par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma radio-fréquence (PECVD-rf) et par PECVD-microonde. Les films obtenus ont été caractérisés par diverses techniques, spectroscopie ir, uv-visible, xps, ellipsometrie, diffraction rx. Les propriétés électriques ont été déterminées par des mesures capacité-tension, courant-tension et par spectroscopie transitoire de niveaux profonds (dlts). Les films déposés sont constitués majoritairement de bore et d'azote dans une configuration hexagonale, avec néanmoins une certaine concentration en carbone. L'indice de réfraction et la bande interdite optique ont été évalués respectivement entre 1,50-1,77 et 3,7-5,9 ev, selon le procédé pecvd utilisé. La qualité des couches déposées est similaire aux résultats reportés dans la littérature, ce qui justifie l'utilisation de ce type de procédé pour la croissance de films de BN. La comparaison des caractéristiques électriques des structures MIS Au/BN/InP réalisées dans le présent travail avec celles présentées dans la littérature concernant l'emploi sur InP d'isolants plus classiques (SiO2, Si3N4. . . ), montre que nos structures MIS ne présentent pas une amélioration notable des propriétés électriques. A l'heure actuelle, il semble en effet que la réduction significative de la densité d'états d'interface sur InP, et donc la production industrielle de transistors misfet-InP, soient compromises

In the present work, Boron Nitride (BN) thin films, which are known as being electrically insulating, chemically and thermally stable, have been proposed as gate insulator on Indium Phosphide (InP) for the realisation of metal-insulator-semiconductor field affect transistor (misfet). The important requirement for the deposition process on InP, is the use of a low substrate temperature in order to reduce surface damage and therefore to maintain good electrical metal-insulator-semiconductor (mis) characteristics. In this way, we have developed both radio-frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (RF-PECVD) and microwave-PECVD. The films were characterized by several techniques, infrared and ultraviolet-visible spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, ellipsometry, X-ray diffraction. The electrical properties of the Au/BN/InP MIS structures have been evaluated by capacitance-voltage, current-voltage measurements and deep level transients spectroscopy (DLTS). The deposited layers were identified as being essentially hexagonal-Bn, with a certain amount of carbon, resulting from the boron precursor. The optical index and the optical band gap have been evaluated in the 1. 50-1. 77 and 3. 7-5. 9 eV ranges respectively, according to the PECVD technique. The BN films deposited by both RF and microwave PECVD techniques, are consistent with the results reported in the literature. These considerations show that the PECVD processes are well adapted for the growth of BN thin films. The elctrical Au/BN/InP MIS characteristics have not been improved significantly, the results being vey similar to those obtained in the literature, with more classical materials (SiO2, Si3N4. . . ) as gate insulator on InP. To date, the eeffective reduction of the interface state density on InP and consequently the industrial InP-MISFET production, seem to be compromised in a general way