IT9020071A1 - Metodo per preparare uno strato che impedisce la diffusione di metalli alcalini - Google Patents
Metodo per preparare uno strato che impedisce la diffusione di metalli alcaliniInfo
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Description
GENERALITÀ' SULL'INVENZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione concerne un metodo per preparare uno strato che impedisce la diffusione di metalli alcalini, comprendente uno strato di vetro al silicato all'interno di un substrato co me un substrato di Si e un substrato di vetro al si_ licato, ricorrendo ad un metodo di impiantagione ionica e, più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per preparare uno stra to di vetro al silicato-fosforo avente la capacità di impedire una elevata diffusione di metalli alcalini .
Descrizione della tecnologia anteriore Vetro inorganico a cui sono state impartite migliori proprietà superficiali mediante impiantagione, a partire dalla superficie, di fosforo ionizzato è stato reso noto, ad esempio, nel Brevetto giapponese pubblicato Sho 56-84344 e Sho 56-1 16034. Inoltre, come metodo per la fabbricazio ne di lastre di vetro per la produzione di disposi tivi semiconduttori, è stato reso noto un metodo di impiantagione di ioni fosforo alla superficie di una lastra di vetro fatta di un vetro al silicato contenente metalli alcalini, applicando trattamento termico, ulteriore impiantagione di ioni azo to e poi di nuovo applicazione di un trattamento termico, detto metodo essendo, ad esempio, l'oggetto del Brevetto giapponese pubblicato Sho
63-222046.
Il metodo di impiantagione di ioni fosfo ro alla superficie della lastra di vetro e di appli cazione di un trattamento termico come sopra descritto, offre il vantaggio di formare uno strato apparente di vetro al silicato-fosforo all'interno della lastra di vetro consentendo in tal modo di migliorare le caratteristiche superficiali della lastra di vetro, ma l'effetto di impedire la diffu sione di metallo alcalino alla superficie del substrato di vetro (cosiddetto effetto di assorbimento del metallo alcalino) non può essere realizzato come previsto ed è insorto il problema che non si forma in modo efficiente il punto di assorbimento a causa della insufficiente ossidazione del fosforo impiantato.
SCOPO E COMPENDIO DELL'INVENZIONE
Lo scopo della presente invenzione è quello di superare i suddetti problemi e offrire un metodo per preparare uno strato impedente la diffu sione di metallo alcalino capace di creare uno stra to impedente la diffusione di un metallo alcalino il quale abbia una capacità ad impedire la diffusio ne di metallo alcalino superiore a quella di uno strato impedente la diffusione di metallo alcalino ottenuto con il metodo convenzionale.
In conformità con -la presente invenzione viene adottato uno dei seguenti procedimenti (a) -(c) in un metodo per 1'impiantagione di fosforo in un substrato contenente silicio in modo da formare all'interno del substrato uno strato contenente fo sforo che impedisce la diffusione di metallo alcalino.
(a) Impiantagione di ioni fosforo e impianta gione di ioni ossigeno vengono effettuate simultaneamente o alternativamente e, in tempo successivo, viene effettuato un trattamento termico del sub strato.
(b) Viene effettuata impiantagione di ioni fosforo e, successivamente, viene effettuata impian tagione di ioni ossigeno mentre si riscalda il substrato.
(c) Viene effettuata impiantagione di ioni fosforo e, successivamente, viene effettuato trattamento termico del substrato in una atmosfera nel la quale è presente un gas contenente ossigeno. DESCRIZIONE PARTICOLAREGGIATA DI UNA PREFERITA
FORMA REALIZZATIVA
Il trattamento termico (a) sopra descrit to viene effettuato per combinare fra loro fosforo ed ossigeno, impiantati all'interno del substrato, con silicio presente nel substrato, stabilizzando in tal modo la struttura del vetro, operazione che viene preferibilmente effettuata ad una temperatura superiore a 400°C. Se la temperatura è inferiore a 400°C si verifica minor stabilizzazione e, per tanto, l'effetto della presente invenzione si sviluppa in misura minore. Al contrario, se la temperatura è superiore al punto di deformazione del ve tro, essa tende a causare deformazione del substra to , diffusione dello strato di vetro al silicatofosforo, e così via. Il trattamento termico dopo 1'impiantagione di ioni ossigeno può essere condot^ to in una atmosfera gassosa contenente ossigeno op pure in una atmosfera costituita da gas inerte. In particolare, se il substrato è fatto di un materia le come Si che subisce denaturazione per trattamen to termico in atmosfera di gas ossigeno, l'uso di una atmosfera di gas inerte risulta opportuno perchè si può evitare l'ossidazione superficiale. Fosforo ed ossigeno possono essere impiantati ripetu tamente.
Il riscaldamento del substrato dopo impiantagione di ioni ossigeno nel suddetto procedimento (b) è un modo di operare richiesto per la sta bilizzazione onde raggiungere la struttura del vetro nello stesso senso come per il trattamento ter mico sopra descritto e, preferibilmente, viene effettuato ad una temperatura superiore a 400°C. Se la temperatura è inferiore a 400°C risulta menomato l'effetto prodotto dalla presente invenzione co me sopra descritto. Inoltre, se la temperatura è su periore al punto di deformazione del vetro, essa tende a causare notevole deformazione del substrato o diffusione di fosforo allo stato impiantato.
Nei procedimenti (a) e (b) l'energia di accelerazione e la quantità di fosforo e di ossige no possono essere controllate debitamente in funzione delle necessità, a seconda del materiale del substrato, della quantità di impurezza costituita da metallo alcalino presente nel substrato, della richiesta capacità a prevenire la diffusione di un metallo alcalino, e così via, e si preferisce solitamente fissare l'energia di accelerazione a 1 KeV - Inoltre si preferisce che 1'impiantagione di ioni fosforo ed ossigeno sia tale che essi vengano dispersi sostanzialmente alla stessa profondità in seno al sub strato.
Il trattamento termico in atmosfera di ossigeno nel suddetto procedimento (c) viene effettuato per diffondere ossigeno, presente nell'atmosfera, dalla superficie all'interno del substrato e per combinarlo con fosforo presente all'interno del substrato mediante 1'impiantagione ionica, ed i fattori temperatura, tempo, e così via, per il trattamento termico vengono controllati a seconda dell'energia di accelerazione o della dose di fosforo, a seconda del materiale per il substrato e a seconda della concentrazione di ossigeno nel gas costituente l'atmosfera, e così via. Si preferisce una concentrazione più elevata di ossigeno nella atmosfera perchè il tempo di processo può risultare abbreviato. Inoltre, si preferisce aumentare nel la misura massima possibile la temperatura di trai: tamento a caldo, entro naturalmente i limiti imposti dal materiale per il substrato (punto di fusio ne, punto di rammollimento, e così via).perchè il tempo di processo può essere abbreviato con una più elevata temperatura di trattamento.
Il tempo richiesto t per il trattamento termico può essere determinato approssimativamente come: in cui rappresenta una profondi^ tà massima di iniezione (m) del fosforo e
rappresenta il coefficiente di diffusione di ossige no alla temperatura di trattamento termico.
I substrati qui usabili sono quelli contenenti Si in superficie, e quelli costituiti da si_ licio, nitruro di silicio, quarzo, vetro al quarzo, vetro non contenente alcali e vetro contenente alca li. In particolare vengono preferiti vetro contenen te alcali come vetro alla calce-soda, e vetro a bas so contenuto di alcali come vetro al boro-silicato, perchè tali tipi di vetro mostrano buona produttivi^ tà e preferite caratteristiche di durata.
La presente invenzione si basa sulla conoscenza del fatto che l'effetto di assorbimento del metallo alcalino in strato di vetro al silicato-fosforo di tipo convenzionale formato all’interno del substrato mediante l impiantagione di ioni fosforo, non può essere raggiunto come previsto, perchè l'os sigeno presente nello strato di vetro al silicatofosforo è insufficiente ad assicurare uno stato sta bile e si forma una minor quantità di "ossigeno po larizzato negativamente non facente ponte" per ca;t turare metallo alcalino. Secondo la presente inven zione, ossigeno viene fornito nel vetro al silicato-fosforo mediante impiantagione di ioni ossigeno o diffusione di ossigeno, col che ossigeno non facente ponte polarizzato negativamente si forma, da ta la presenza di fosforo, in misura sufficiente ad assicurare un bastevole effetto di assorbimento del metallo alcalino.
In particolare, mediante il metodo di fornire ossigeno per mezzo di impiantagione di ioni ossigeno si può fornire ossigeno nella quantità richiesta solo ad una richiesta profondità.
Inoltre, mediante 1'impiantagione di ioni ossigeno, siccome metallo alcalino presente a partire dalla superficie più esterna del substrato sino allo strato di vetro al silicato-fosforo si muove lungo la direzione della profondità ad opera dell'impiantagione di ioni ed il contenuto di metallo alcalino in tale porzione può essere ridotto, la capacità di impedire diffusione di un metallo alcalino può risultare ulteriormente migliorata.
Esempi ed Esempi comparativi
Come substrato è stato usato vetro all'al cali-allumina-silicato contenente 0,1 - 3 atomi % di metallo alcalino.
All'inizio, iono fosforo è stato impian tato in ragione di e ad una energia di accelerazione di 140 KeV. Il campione viene qui indicato come campione A. Il campione A è stato sot^ toposto a trattamento termico in atmosfera di azoto a 600°C per un'ora onde preparare un campione B. Inoltre ioni ossigeno sono stati impiantati in ragione di sotto una energia di accele razione di 70 KeV con ottenimento del campione B. Il trattamento termico è stato effettuato ad una temperatura di 600°C per un'ora. Non vi è stata al cuna particolare limitazione per quanto concerne l'atmosfera. Il campione risultante viene qui indi_ cato come il campione C.
Inoltre, il campione A è stato sottoposto a trattamento termico a 600°C per un'ora in una atmosfera di ossigeno per preparare un campione D (per quanto non vi siano dati relativi al coefficiente di diffusione di ossigeno a 600°C in questa composizione del vetro, si fa riferimento a per il vetro di silice).La lunghezza del tratto di diffusione di ossigeno è di sino distanza che è sufficientemente più lun ga rispetto alla distanza media di fuga per proiezione pari a 143 nm di P impiantato ad una energia di accelerazione di 140 KeV. Quando i campioni B, C e D sono stati misurati mediante SIMS, la concentra zione di Na in vicinanza della superficie è risultata variare nell'ordine di C<D<B e la concentra zione superficiale di Na rispetto alla concentrazio ne di Na nella massa è risultata limitata a circa 1/10.000 nel caso di C, circa 1/5.000 nel caso di D e circa 1/1.000.000 nel caso di B. Un transistor a pellicola sottile di silicio policristallino (da qui in avanti indicato semplicemente come TFT) è stato formato su ciascuno dei substrati B, C e D ed è stata valutata una tensione di soglia per la commutazione allo stato di conduzione di TFT ed è stata valutata anche la stabilità all'invecchiamento. Come risultato non è stata riscontrata alcuna differenza per le caratteristiche del TFT formato sui substrati C, D rispetto a transistori preparati su vetro di quarzo. Tuttavia, nel caso di TFT formato sul substrato B, la tensione di soglia è risultata aumentata di sino il 50% rispetto a quel, la di transistori formati sul substrato di vetro di quarzo e la corrente assorbita dopo 1000 secondi è risultata ridotta del 20% rispetto a quella del TFT formato su substrato di vetro di quarzo.
Secondo la presente invenzione, come risulta evidente dagli esempi, è possibile preparare uno strato impedente la diffusione di metallo alca lino dotato di capacità nell'impedimento della dif fusione di metallo alcalino superiore a quella del lo strato impedente la diffusione di un metallo al calino preparato mediante il metodo convenzionale.
La presente invenzione risulta utile, ad esempio ,come metodo per modificare substrati di ve tro contenente alcali di poco costo ottenendo un sub strato per dispositivi elettronici, oppure metodo per evitare nella misura massima possibile effetti indesiderati di metalli alcalini in un substrato per dispositivi elettronici fatto di metallo conte nente una quantità in tracce di metallo alcalino quale impurezza.
E' stata descritta una specifica preferii ta forma realizzativa della presente invenzione, ma resta inteso che l'invenzione non è limitata a tale precisa forma realizzativa e che vari mutamenti e varie modificazioni possono essere effettuati da persone esperte in materia senza dipartirsi dall'am bito o spirito della presente invenzione quale defi nito nelle allegate rivendicazioni.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per preparare uno strato impe dente la diffusione di metallo alcalino formando uno strato impedente la diffusione di metallo alca lino contenente fosforo all'interno di un substrato contenente silice, ricorrendo ad impiantagione di ioni fosforo, metodo nel quale viene applicato uno dei seguenti procedimenti da (a ) a (c ) : (a) l impiantagione di ioni fosforo e 1'impiantagione di ioni ossigeno vengono effettuate si multaneamente o alternativamente e, in tempo successivo, viene applicato al substrato un trattamen to termico, (b) viene effettuata l'impiantagione di ioni fosforo e, successivamente, viene effettuata la impiantagione di ioni ossigeno mentre si riscalda il substrato, e (c) si effettua impiantagione di ioni fosfo ro e successivamente si effettua il trattamento termico del substrato in una atmosfera contenente ossigeno , 2. Metodo di preparazione quale definito nella rivendicazione 1, in cui la temperatura per il trattamento termico è superiore a 400°C. 3. Metodo di preparazione quale definito nella rivendicazione 1, in cui il substrato compren de almeno uno dei materiali scelti dal gruppo consistente di vetro alla calce-soda e vetro al borosilicato. 4. Metodo di preparazione quale definito nella rivendicazione 1, in cui l'impiantagione di ioni fosforo e ioni ossigeno viene effettuata in mo do tale che essi risultano dispersi sostanzialmente sino alla stessa profondità nell'interno del substrato.
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