[發明專利]一種PECVD沉積氫化納米晶硅薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201610048208.X
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105568250A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 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: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C16/02;C23C16/513
• 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PECVD沉積氫化納米晶硅薄膜的制備方法。

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沉積氫化納米晶硅薄膜過程中，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，在高溫退火中一些缺陷態如懸掛鍵 才能被有效消除。即使是低溫沉積，襯底溫度也需在300-400度之間， 并且會存在大量缺陷。這樣給柔性襯底生長帶來一定的困難。

發明內容

鑒于現有技術中的上述問題，提出了本發明,本發明的目的在于在較 低的襯底溫度的情況下，通過調節脈沖偏壓參數達到控制納米晶硅成核 和降低缺陷態的目的，形成一種高晶化度低缺陷態的鑲嵌納米晶硅的氫 化納米晶硅薄膜。

根據本發明的一方面，提供一種PECVD沉積氫化納米晶硅薄膜的制 備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)樣品制備步驟：選取肖特基玻璃和雙面拋光的P型(100)晶相單 晶硅，所述單晶硅的電阻率為5-10Ω·cm，將肖特基玻璃和單晶硅片裁 成3cm×3cm見方小片，作為待生長薄膜的襯底；

(2)樣品準備步驟：將肖特基玻璃襯底先用無水乙醇清洗表面雜質，再 用丙酮異丙醇超聲10分鐘，最后放入臭氧處理機處理20分鐘；單晶硅 襯底先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分鐘，然后烘干，再用體積比為1:2:5 的NH₄OH:H₂O₂:H₂O混合液浸泡5分鐘，經去離子水處理后，再放入體積比 為1:10的HF:H₂O中浸泡1分鐘，然后取出，用去離子水清洗，最后烘干； (3)抽真空步驟；將準備好的襯底放在下電極上，進行抽真空，腔內真 空度達到10^-4pa時加熱下電極，加熱溫度為150-300℃；

(4)通氣步驟：通入反應氣體SiH₄和H₂，其中SiH₄氣體的純度為99.9999％， H₂氣體的純度為99.999％，SiH₄和H₂總流量為90sccm-150sccm，流量比為 2:100-6:100，反應氣壓為100-300pa；

(5)射頻發生步驟：將射頻電源的頻率調節為13.56MHz，功率調節為 40-120w；

(6)加偏壓步驟：開啟下電極偏壓源，加直流脈沖負偏壓，頻率為5～ 100Hz,占空比為10-80％，電壓幅值為60-200v；

(7)生長步驟：生長氫化納米晶硅薄膜，生長時間為60-120分鐘，膜 厚為200nm-300nm；

(8)關閉各電源，將制備有薄膜的樣品取出，測量肖特基玻璃襯底上薄 膜的光學性質，P型硅襯底刷銀膠后進行電學性質的測量。

作為優選的方案，在所述抽真空步驟中，下電極的加熱溫度為200 ℃。

作為優選的方案，在所述通氣步驟中，SiH₄和H₂總流量為104sccm。

作為優選的方案，在所述通氣步驟中，SiH₄和H₂的流量比為4:100。

作為優選的方案，在所述通氣步驟中，所述反應氣壓為190pa。

作為優選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負偏壓的頻率為 60Hz。

作為優選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負偏壓的占空比 為40％。

作為優選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負偏壓的電壓幅 值為120v。

作為優選的方案，在所述生長步驟中，氫化納米晶硅薄膜的厚度控 制為200納米，生長時間為60分鐘。

本發明提供了一種鑲嵌納米晶硅的氫化納米晶硅薄膜制備方法。采 用本發明的PECVD的方法，在生長薄膜時襯底加上脈沖負偏壓，形成的 鞘層會增大離子在薄膜表面的動能，從而提高納米晶硅粒子的晶化率。 同時更高的離子擴散和遷移能力使薄膜中一些懸鍵和離子鍵合形成穩定 結構，降低了薄膜中缺陷密度。