Beweglichkeit von Wasserstoff in amorphen Si3N4-Schichten

H. Schmidt1, W. Gruber1, G. Borchardt1, M. Bruns2, M. Rudolphi3 und H. Baumann3
1AG Thermochemie und Mikrokinetik, FB Physik, Metallurgie und Werkstoffwissenschaften, TU Clausthal
2Inst. f. Instrumentelle Analytik, FZ Karlsruhe
3Inst. f. Kernphysik, U Frankfurt

Dünne Schichten aus hydrogeniertem amorphem Siliziumnitrid (a-Si3N4:H) besitzen vielfältige Einsatzgebiete im Bereich der Mikroelektronik (z.B. als Dielektrikum in Dünnfilm-Transistoren). Das Vorhandensein von H und insbesondere dessen thermische Stabilität, die durch die atomare Beweglichkeit bedingt wird, spielen eine entscheidende Rolle bei der Defektpassivierung unabgesättigter Bindungen und somit für Qualität der Bauteile. Auf dieser Grundlage wurde die Diffusion von H in ca. 1mm dicken stöchiometrischen a- Si3N4:H-Schichten, die mittels reaktiver Sputterdeposition hergestellt wurden, als Funktion der Temperatur untersucht. Die Bestimmung der Schichtzusammensetzung erfolgte mit n-RBS und die Bestimmung des H-Gehalts mittels NRRA. Die Diffusionsuntersuchungen wurden mit ionenimplantierten stabilen 2H-Isotopen und Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) durchgeführt. Die Diffusionskoeffizienten folgen einem Arrheniusverhalten mit einer hohen Aktivierungsenthalpie von DH = 3,3 eV und einem präexponentiellen Faktor von D0 = 4 x 10-4 m2/s, was auf einen reaktionslimitierten Migrationsprozess hindeutet. Der Einfluss des thermodynamischen Zustands (amorph, relaxiert amorph, kristallin) sowie des H-Gehaltes auf die Diffusion werden diskutiert.