[發明專利]一種用于生成納米晶硅薄膜的裝置

在審

• 申請號: 201610044372.3
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105483654A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 徐艷梅;張貴銀;王永杰;趙占龍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: C23C16/515
• 分類號: C23C16/515;C23C16/24
• 代理公司: 北京市清華源律師事務所 11441
• 代理人: 沈泳;李贊堅

技術領域

本發明涉及一種用于生成納米晶硅薄膜的裝置。

背景技術

等離子體增強化學氣相沉積技術是借助于輝光放電等離子體使含有 薄膜組分的氣態物質發生化學反應，從而實現薄膜材料生長的一種新的 制備技術。PECVD沉積薄膜過程中，可以改變各種參量(如改變反應氣體 硅氫比例，改變襯底溫度，改變饋入功率等)，來提高成膜質量和沉積 速率。納米晶硅粒子在薄膜中成核生長一般得需要成膜后經過高溫退火 (溫度時間)才能實現，即使是低溫沉積，襯底溫度也需在300-400度 之間，這樣給柔性襯底生長帶來一定的困難。找到一種合適的低溫成核 的方法是目前生長納米晶硅遇到的主要問題。

襯底偏壓的應用可以在沒有襯底溫度的情況下，通過調節偏壓參數 達到控制納米晶硅成核的目的。氣相生長過程中，等離子中的正離子和 中性基移向襯底表面，在表面吸附并發生反應。來自等離子體中的活性 氫和離子也會對膜有一定地刻蝕和濺射作用，膜的生長是增長和刻蝕相 互競爭兩方面共同作用的結果。現有普通PECVD裝置中，活性氫和離子 的能量比較低，對膜的刻蝕和濺射作用比較小，因此膜的表面比較疏松 粗糙。另外，隨著襯底生長的薄膜中納米硅粒子尺度增大孔隙缺陷也越 多，這些非晶成分的出現限制了落在薄膜表面離子的傳導和擴散，使得 到達薄膜表面的電荷形成了積累，從對隨后趁機下來的活性離子集團起 到一個排斥作用，這種電荷積累現象最終導致成核速率和沉積速率減低。

發明內容

鑒于現有技術中的上述問題，提出了本發明,本發明的目的在于提供 一種用于生長納米晶硅薄膜的裝置。該裝置的目的在于解決在直流偏壓 中電荷積累問題，避免生長中弧光放電現象出現，提高薄膜的均勻性減 少缺陷形成。根據本發明的一方面，提供一種用于生成納米晶硅薄膜的 裝置，所述裝置包括射頻陰極、匹配網絡、射頻源、進氣口、排氣口、 樣品、下電極、絕緣支柱、熱電偶測溫測加熱系統、脈沖偏壓源、腔體、 廢氣處理系統、總流量控制器、分子泵和機械泵；其中，所述腔體為金 屬反應腔，射頻陰極、樣品、下電極以及絕緣支柱設置在所述腔體內， 所述分子泵和機械泵設置在所述腔體外，為所述腔體提供真空環境；所 述進氣口和所述排氣口設置在所述腔體上，并且所述排氣口與所述廢氣 處理系統連接，反應氣體經多個流量控制器后進入經總流量控制器，從 所述進氣口進入所述腔體，反應后的氣體從所述排氣口排出，并進入所 述廢氣處理系統；所述射頻陰極與所述下電極相對設置，二者之間形成 等離子放電區，所述樣品置于等離子放電區內，所述下電極為扁圓筒狀 銅電極，上底面直徑10cm，壁高2cm，所述射頻陰極與所述下電極之間 的距離為5cm，所述絕緣支柱對所述下電極進行支撐，其中，所述射頻陰 極、匹配網絡和射頻源依次連接，所述下電極分別與所述熱電偶測溫加 熱系統和所述脈沖偏壓源連接，所述熱電偶測溫加熱系統測量所述樣品 的溫度，所述脈沖偏壓源為所述下電極提供偏壓，輸出電壓為60-200V。

作為優選的方案，所述脈沖偏壓源提供直流負偏壓，所述樣品為雙 面拋光的P型(100)晶相單晶硅，所述樣品的電阻率為5-10Ω·cm， 從所述進氣口進入的反應氣體為SiH₄、H₂、和N₂O的混合氣體,H₂和N₂O 總流量為90sccm-150sccm，反應氣體的流量比2:98:2-2:98:10，反應氣 壓為100--300pa，所述射頻源的頻率為13.56Mz，功率為80-200w，所述 脈沖偏壓源提供電壓的電壓值為10-100v。

作為優選的方案，在從所述進氣口進入的所述反應氣體中，H₂和N₂O 總流量為104sccm，反應氣體的流量比為2:98:4，反應氣壓為230pa，所 述射頻源的功率為120w，所述脈沖偏壓源的提供電壓的電壓值為65v。