SiCl4-H2沉積多晶硅薄膜過(guò)程中電子空間特性檢測(cè).pdf

1、等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)是通過(guò)電子碰撞來(lái)給源反應(yīng)提供能量的,跟傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)相比,具有沉積溫度低、沉積速率大及膜的質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)上晶化硅薄膜及各種合金(非晶硅、氮化硅等)的生產(chǎn),已經(jīng)成為一項(xiàng)最具潛力的微電子工藝。然而,空間等離子體的分布不均導(dǎo)致制備的薄膜不均勻嚴(yán)重制約了該工藝的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。為了制備出高質(zhì)量的、均勻的薄膜材料,這就要求我們對(duì)該系統(tǒng)中的等離子體特性,特別是對(duì)電子特性的空間分布規(guī)律進(jìn)行深入的

2、研究。
　　隨著放電技術(shù)的發(fā)展,探針的診斷技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和完善之中,如調(diào)諧濾波、抑制探針的射頻干擾及中毒效應(yīng)等,已經(jīng)發(fā)展成為等離子體的一種比較有效、比較重要的診斷手段。到目前為止,將Langmuir探針直接用來(lái)測(cè)量等離子體空間特性的報(bào)道還是很少。
　　在本文中,我們提出并設(shè)計(jì)了一個(gè)位置可移動(dòng)的探針檢測(cè)裝置,探針可以沿軸向從下電極(powered electrode)到上電極(grounded electrode)自由滑動(dòng)

3、,這樣我們就可以得到電子平均能量和電子濃度的軸向空間分布;同樣,如果改變探針的長(zhǎng)度,就可以得到電子平均能量和電子濃度的徑向空間分布。
　　首先,我們對(duì)化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的Ar等離子體進(jìn)行了探針檢測(cè)。研究了放電功率與壓強(qiáng)對(duì)Ar等離子體中電子特性的影響,以及Ar等離子體中電子特性的空間分布。并根據(jù)雙極性擴(kuò)散理論,提出了針對(duì)我們所用的等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的模型,該模型成功模擬了正柱區(qū)中電子濃度的徑向分布規(guī)律,其結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果符合得很好,這為我們解決薄膜的均勻性提供了理論基礎(chǔ)。
　　隨后,我們對(duì)以SiCl4/H2為源氣體PECVD法沉積多晶硅薄膜過(guò)程中等離子體特性及其徑向分布進(jìn)行了探針測(cè)量,并分析了SiCl4/H2等離子體空間電子特性對(duì) PECVD系統(tǒng)各工藝條件的依賴關(guān)系。本論文從空間氣相反應(yīng)所需能量的角度(即等離子體中研究電子特性)來(lái)分析了多晶硅薄膜沉積速率隨各工藝參量變化的內(nèi)在原因。電子特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地解釋了之前我們報(bào)道的沉積速率隨各工藝參量

5、的變化關(guān)系。
　　最后,對(duì)以SiH4/H2及SiCl4/H2為源氣體、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜進(jìn)行了光照穩(wěn)定性的研究。實(shí)驗(yàn)表明,制備的多晶硅薄膜并沒(méi)有出現(xiàn)非晶硅中的光致衰減現(xiàn)象,其光電導(dǎo)、暗電導(dǎo)在光照過(guò)程中沒(méi)有下降反而有所上升且電導(dǎo)率變化快慢受氫稀釋度的制約。我們認(rèn)為,多晶硅薄膜的光照穩(wěn)定性可能來(lái)源于高的晶化度及Cl元素的存在。這更一步說(shuō)明了研究SiCl4/H2等離子體中電子特性的重要性。