射频辉光放电SiCl4/H2等离子体的探针诊断

论文摘要

等离了体技术在微电子工业和半导体薄膜材料生长等方面有着广泛的应用。用等离子体化学气相沉积（PCVD）技术制备的薄膜质量好,而且工艺成熟,适合大规模工业化生产,因而成为工业化生产最有效的方法。采用SiCl4/H2为反应气体,用传统的射频辉光放电PCVD方法直接沉积多晶硅薄膜的方法日益受到重视。了解各种条件下辉光放电等离子体的放电机理,诊断和监控放电过程,是寻找高效优质薄膜的最佳生产工艺条件的必然要求。Langmuir单探针是诊断等离子体荷电粒子参数的重要手段。 然而,探针技术可否用于射频辉光放电SiCl4等离子体的诊断仍未见有报道。本论文首先研究了探针在SiCl4/H2等离了体中工作时可能存在的腐蚀问题和“中毒效应”问题。以SiCl4/H2作为源气体时,反应产物中会有大量的HCl产生,这就使反应室环境呈现出一定的酸性。我们的探针材料选用高熔点,耐带电粒子轰击的钨丝,由于钨属于重金属,化学活性比较小,与浓盐酸较难发生反应。实验表明,探针在工作中不会产生腐蚀问题。 在以往的单探针在SiH4等离子体中工作时,由于表面上沉积到一层高阻的非晶硅膜,导致Ⅰ-Ⅴ曲线在200℃以下发生严重畸变,即所谓的探针“中毒”效应。而在SiCl4/H2等离了体中,本文在作了温度变化对探针收集电流影响的研究后发现,在100℃即可获得良好的Ⅰ-Ⅴ曲线,这是因为在SiCl4/H2沉积多晶硅薄膜过程中,等离子体区域已经存在了较高电导率的具有晶相结构的硅颗粒。 本论文利用调谐单探针技术,首次对射频辉光放电SiCl4/H2等离子体空间电子能量分布函数,电子平均能量和电子浓度进行系统地检测,分析SiCl4/H2等离子体空间电子特性对PCVD各工艺参量的依赖关系,及其对薄膜光电性能的影响,从而为以SiCl4/H2为源气体,采用射频辉光放电PCVD法低温快速沉积多晶硅薄膜的成膜机理提供可靠的实验依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 一、引言
• 1.1 等离子体技术及其在工业中的应用
• 1.2 等离子体化学气相淀积技术
• 1.3 Langmuir单探针的使用现状
• 1.4 本论文的主要研究方法及其意义
• 二、PCVD制膜工艺及物理基础
• 2.1 PCVD反应动力学
• 2.2 等离子体的空间反应
• 4／H₂混合气体的PCVD法沉积薄膜'>2.3 SiCl₄／H₂混合气体的PCVD法沉积薄膜
• 4／H₂辉光放电等离子体的空间气相反应'>2.4 SiCl₄／H₂辉光放电等离子体的空间气相反应
• 三、实验
• 3.1 系统装置
• 3.2 实验内容
• 3.3 腐蚀问题
• 3.4 中毒问题
• 3.5 射频干扰的抑制
• 四、实验数据的获得和处理．
• 4.1 探针诊断原理
• 4.2 数值滤波处理
• 五、结果与分析
• 5.1 等离子体中的电子加热模式
• 5.2 Ar等离子体参数随工艺条件的变化规律
• 4／H₂等离子体参数随工艺条件的变化规律'>5.3 SiCl₄／H₂等离子体参数随工艺条件的变化规律
• 六、薄膜沉积机制的初步分析
• 七、结论
• 致谢