氫化硅薄膜的制備裝置和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備氫化硅薄膜的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前世界上最大的工業(yè)為電子工業(yè)，而半導(dǎo)體技術(shù)正是電子工業(yè)的基礎(chǔ)。其中，硅晶體材料獨(dú)占電子工業(yè)所消耗的半導(dǎo)體材料的95%。硅晶體材料包括氫化硅，氫化硅具體包括氫化非晶硅、氫化納米硅、氫化微晶硅、氫化多晶硅，上述材料都是兩相結(jié)構(gòu)材料，它們的區(qū)別在于其晶態(tài)比和晶粒大小不同。因具有良好的光電特性，它們廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光敏傳感器、薄膜晶體管等光電領(lǐng)域。
[0003]目前，制備氫化娃薄膜的方法主要有兩種:⑴PECVD法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposit1n，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)。該法制備氫化娃薄膜的沉積效率較高，所得到的薄膜應(yīng)力較好，不易脫落，但其最大的缺點(diǎn)是所用的硅烷屬于高危氣體，而且成本較高；(2)射頻磁控濺射法。該法制備氫化硅薄膜所使用的原材料為硅靶材，安全性高，但其制備出的薄膜質(zhì)量較差，容易脫落。因此，亟需一種低成本、安全性強(qiáng)且能夠有效提升薄膜沉積效率的氫化硅薄膜制備裝置和制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氫化硅薄膜的制備裝置和制備方法，能夠降低風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本且有效提升薄膜沉積效率。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:氫化硅薄膜的制備裝置，包括反應(yīng)室及與反應(yīng)室相連接的抽真空系統(tǒng)，所述反應(yīng)室的下方側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與進(jìn)氣系統(tǒng)相連接，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)進(jìn)氣支管，進(jìn)氣支管上設(shè)置有控制閥；反應(yīng)室內(nèi)底部還設(shè)有電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，
[0006]所述電子束蒸發(fā)系統(tǒng)包括高壓電源接口、燈絲電源接口、燈絲、聚焦單元、磁偏單元、坩禍及屏蔽罩，所述高壓電源接口分別與燈絲及地相連，所述燈絲與燈絲電源接口相連，燈絲、聚焦單元、磁偏單元及坩禍位于屏蔽罩內(nèi)，所述磁偏單元包括永磁體和磁場(chǎng)線圈，燈絲加熱后發(fā)射的熱電子通過(guò)聚焦單元在磁偏單元的作用下入射到坩禍中，屏蔽罩上設(shè)有電子束引出窗，電子束引出窗的上方設(shè)有擋板，所述反應(yīng)室側(cè)部設(shè)有用于支撐擋板的擋板支桿，反應(yīng)室側(cè)壁上還分別設(shè)有與高壓電源接口及燈絲電源接口匹配的通孔；反應(yīng)室內(nèi)還設(shè)有輝光放電系統(tǒng)，所述輝光放電系統(tǒng)包括平行板電容，平行板電容包括上板和下板，上板和下板分別設(shè)有射頻電源接口，上板包括基片架和覆蓋在基片架頂部的蓋體，所述蓋體與基片架之間形成用于放置基片的基片槽，上板上方均勻設(shè)置有若干個(gè)加熱器，所述電子束引出窗引出電子的作用區(qū)域與基片槽的位置相匹配。
[0007]具體的，所述電子束蒸發(fā)系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)為e形電子槍結(jié)構(gòu)的電子束蒸發(fā)系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣支管上還設(shè)有氣體流量監(jiān)控器。
[0009]優(yōu)選的，還包括設(shè)置于進(jìn)氣口與進(jìn)氣支管之間的進(jìn)氣主管，所述進(jìn)氣主管均與各個(gè)進(jìn)氣支管相連通。
[0010]具體的，所述抽真空系統(tǒng)包括高真空閥門、分子泵、第一機(jī)械泵、低真空閥門、第二機(jī)械泵及尾氣處理池，所述分子泵通過(guò)主管道與反應(yīng)室底部相連接，主管道上設(shè)有高真空閥門，分子泵通過(guò)第一機(jī)械泵與尾氣處理池相連，主管道通過(guò)第二機(jī)械泵與尾氣處理池相連，所述主管道與第二機(jī)械泵之間連接有低真空閥門。
[0011]還包括設(shè)置于反應(yīng)室外部的控制電路，所述控制電路分別與擋板、永磁體和磁場(chǎng)線圈相連。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是:氫化硅薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0013]A.將清洗干凈的基片放置于上述的氫化硅薄膜的制備裝置的基片槽中，封閉反應(yīng)室，并利用抽真空系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行抽真空操作，直至反應(yīng)室的氣壓達(dá)到5*10_4Pa，同時(shí)開(kāi)啟加熱器進(jìn)行預(yù)熱；
[0014]B.反應(yīng)室達(dá)到高真空狀態(tài)后，所述高真空狀態(tài)的范圍為5*10_4?5*10_5Pa，通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)通入反應(yīng)氣體4和Ar，并使得反應(yīng)室中的氣壓穩(wěn)定到80?500Pa ；
[0015]C.開(kāi)啟輝光放電系統(tǒng)，并以50?400W的功率電離反應(yīng)氣體，清洗基片2?5min ；
[0016]D.開(kāi)啟電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，以4?1kV的電壓及20?160mA的電子束流轟擊放置于坩禍內(nèi)的單晶硅材料，同時(shí)打開(kāi)電子束引出窗上方的擋板；
[0017]E.待反應(yīng)10?10min后，依次關(guān)閉各電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、輝光放電系統(tǒng)及進(jìn)氣系統(tǒng)，并冷卻反應(yīng)室。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能夠有效制備氫化硅薄膜，成本低廉，安全性強(qiáng)，大大提高提升沉積效率；利用該裝置及方法制備得到的氫化硅薄膜質(zhì)量較好、平整度高、不易脫落。本發(fā)明適用于制備氫化硅薄膜。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的裝置中的基片架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的裝置中基片架的俯視圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的裝置中基片架使用時(shí)的俯視圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的方法流程圖；
[0024]其中，I為反應(yīng)室，11為高壓電源，12為燈絲電源，13為燈絲，14為聚焦系統(tǒng)，15為永磁體，16為磁場(chǎng)線圈，17為屏蔽罩，18為擋板，181為擋板支桿，19坩禍，21為射頻電源，22為平行板電容，23為加熱器，25為基片，31為氣體流量監(jiān)控器，32為控制閥，33為進(jìn)氣支管，41為高真空閥門，42為分子泵，43為第一機(jī)械泵，44為低真空閥門，45為第二機(jī)械泵，46為尾氣處理池，47為主管道，51為蓋體，52為基片架，53為基片，54為基片槽。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新的氫化硅薄膜的制備裝置，包括反應(yīng)室I及與反應(yīng)室相連接的抽真空系統(tǒng)，所述反應(yīng)室I的下方側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與進(jìn)氣系統(tǒng)相連接，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括兩個(gè)進(jìn)氣支管33，每個(gè)進(jìn)氣支管33上設(shè)置有控制閥32。當(dāng)需要進(jìn)氣時(shí)，打開(kāi)控制閥32，不需要進(jìn)氣時(shí)關(guān)閉控制閥32即可。為了控制進(jìn)氣量，進(jìn)氣支管33上還設(shè)有氣體流量監(jiān)控器31，氣體流量監(jiān)控器31可以設(shè)置在控制閥32前端或后端。
[0027]反應(yīng)室I內(nèi)底部還設(shè)有電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，所述電子束蒸發(fā)系統(tǒng)包括高壓電源接口、燈絲電源接口、燈絲13、聚焦單元14、磁偏單元、坩禍16及屏蔽罩17。在使用時(shí)，所述高壓電源接口分別與燈絲(陰極)及地(陽(yáng)極)相連，高壓電源接口與高壓電源相連，高壓電源提供4kV到1kV連續(xù)可調(diào)電壓。燈絲電源接口與燈絲電源相連，燈絲電源接口還與燈絲13兩端相連，燈絲電源提供3V交流電。燈絲13、聚焦單元14、磁偏單元及坩禍19位于屏蔽罩17內(nèi)，聚焦單元14位于燈絲13前方，聚焦單元可以采用金屬擋板，聚焦單元置于燈絲電子引出方向前端位置，其作用是調(diào)節(jié)由燈絲引出的較為發(fā)散的電子束流的聚集度。磁偏單元包括永磁體15和磁場(chǎng)線圈16，磁場(chǎng)線圈內(nèi)的電線引出到反應(yīng)室外部，永磁體的作用是使引出的電子束流偏轉(zhuǎn)，使電子束流作用到坩禍中的靶材中，磁場(chǎng)線圈的作用是調(diào)節(jié)電子束轟擊靶材的位置及掃描方式。燈絲13加熱后發(fā)射的熱電子通過(guò)聚焦單元14在磁偏單元的作用下入射到坩禍19中，屏蔽罩17上設(shè)有電子束引出窗，電子束引出窗的上方設(shè)有擋板18，所述反應(yīng)室I側(cè)部設(shè)有用于支撐擋板18的擋板支桿181。反應(yīng)室I側(cè)壁上還分別設(shè)有與高壓電源接口及燈絲電源接口匹配的通孔；
[0028]反應(yīng)室I內(nèi)還設(shè)有輝光放電系統(tǒng)，所述輝光放電系統(tǒng)包括平行板電容22，平行板電容22包括上板和下板，上板和下板分別設(shè)有射頻電源接口，在使用時(shí)，其射頻電源接口分別與射頻電源的兩端相連，如圖2至4所示，上板包括基片架52和覆蓋在基片架52頂部的蓋體51，所述蓋體51與基片架52之間形成用于放置基片53的基片槽54。將基片53放置在基片槽54中，然后將蓋體51蓋上即可固定基片。上板上方均勻設(shè)置有若干個(gè)加熱器23，加熱器數(shù)目為若干個(gè)，只要能夠保證使得基片架52均勻受熱即可，例如2個(gè)或3個(gè)皆可。所述電子束引出窗引出電子的作用區(qū)域與基片槽的位置相匹配，即在使用時(shí)基片所在位置為引出電子束作用區(qū)域。
[0029]本發(fā)明的裝置使用可聚焦的電子束，能夠局部加溫元素源，因?yàn)椴患訜崞渌糠侄鴷?huì)避免污染，有