文档介绍：非晶硅薄膜制备方法
物理气相沉积(physical vapor deposition, PVD)
化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)
非晶硅薄膜制备方法
化学气相沉积
化学气相沉积就是在反应室中将含有硅的气体分解,然后分解出来的硅原子或含硅的基团沉积在衬底上。
常用气体:硅烷SiH4,乙硅烷 Si2H6
n型掺杂材料:磷烷PH3
p型掺杂材料:乙硼烷B2H6,三***硼烷 B(CH3)3,或三***化硼BF3
稀释气体:氢气H2,或惰性气体He,Ar
化学气相沉积
常用化学气相沉积技术:
等离子体辉光放电(glow discharge)
直流(DC)等离子体辉光放电
射频(RF)等离子体辉光放电
超高频(VHF)等离子体辉光放电
微波等离子体辉光放电
光诱导化学气相沉积法(photo-CVD)
热丝催化化学气相沉积法(hot wire CVD)
何为等离子体?
普通气体温度升高时,气体粒子的热运动加剧,使粒子之间发生强烈碰撞,大量原子或分子中的电子被撞掉,当温度高达百万K到1亿K,、宏观上呈中性的气体叫等离子体.
在自然界里,炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。
等离子体特点
等离子体和普通气体性质不同,普通气体由分子构成,分子之间相互作用力是短程力,仅当分子碰撞时,分子之间的相互作用力才有明显效果,理论上用分子运动论描述.
在等离子体中,带电粒子之间的库仑力是长程力,库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果,等离子体中的带电粒子运动时,能引起正电荷或负电荷局部集中,产生电场;电荷定向运动引起电流,,并伴随着极强的热辐射和热传导;.
辉光放电的基本原理
辉光放电系统的I-V曲线图
在真空系统中通入稀薄空气,两电极之间将产生放电电流,产生辉光放电现象。
可实现辉光放电功能的是正常放电和异常辉光放电阶段。
实际工艺中,选择异常放电阶段。
辉光放电的基本原理
辉光放电系统的辉光区示意图
正离子柱区(阳极光柱区),在此区域,电子和正离子基本满足电中性条件,处于等离子状态。如果适当调整电极间距,可以使等离子体区域(正离子柱区)在电极占主要部分,故等离子体辉光放电化学气相沉积又称等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
等离子体辉光放电制备非晶硅薄膜
等离子体化学气相沉积系统的示意图
直流等离子体化学气相沉积法
直流辉光放电等离子体反应系统示意图
在真空室内的两个平行板电极上加上直流电压,在一定的真空度下,被电场加速的电子与气体分子碰撞使气体分子离解。在此过程中有新的电子释放出来,当电场足够强时,电子与气体分子碰撞所产生的新电子以及从阴极,阳极和其他部位发射的二次电子数等同于所损失掉的电子,一个稳定的等离子体就形成了,其中的平均电子浓度和正离子浓度相等。
由于在电子与气体分子碰撞和分解过程中有光子释放出来,故此过程称为等离子体辉光放电。