一種pecvd沉積氫化納米晶硅薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)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(shù)】
[0002]等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)是借助于輝光放電等離子體使含有薄膜組分的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)薄膜材料生長的一種新的制備技術(shù)。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(yīng)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(zhì)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(jīng)過高溫退火(溫度時(shí)間)才能實(shí)現(xiàn)，在高溫退火中一些缺陷態(tài)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(huì)存在大量缺陷。這樣給柔性襯底生長帶來一定的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于在較低的襯底溫度的情況下，通過調(diào)節(jié)脈沖偏壓參數(shù)達(dá)到控制納米晶硅成核和降低缺陷態(tài)的目的，形成一種高晶化度低缺陷態(tài)的鑲嵌納米晶硅的氫化納米晶硅薄膜。
根據(jù)本發(fā)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5-10 Ω.cm，將肖特基玻璃和單晶硅片裁成3cmX 3cm見方小片，作為待生長薄膜的襯底；
(2)樣品準(zhǔn)備步驟:將肖特基玻璃襯底先用無水乙醇清洗表面雜質(zhì)，再用丙酮異丙醇超聲10分鐘，最后放入臭氧處理機(jī)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I: 2:5的NH4OH = H2O2 = H2O混合液浸泡5分鐘，經(jīng)去離子水處理后，再放入體積比為1:10的HF = H2O中浸泡I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(zhǔn)備好的襯底放在下電極上，進(jìn)行抽真空，腔內(nèi)真空度達(dá)到10—4pa時(shí)加熱下電極，加熱溫度為150-300 °C;
(4)通氣步驟:通入反應(yīng)氣體SiH4和H2，其中SiH4氣體的純度為99.9999%,?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(yīng)氣壓為100-300pa;
(5)射頻發(fā)生步驟:將射頻電源的頻率調(diào)節(jié)為13.56MHz，功率調(diào)節(jié)為40_120w;
(6)加偏壓步驟:開啟下電極偏壓源，加直流脈沖負(fù)偏壓，頻率為5?10Hz，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(shí)間為60-120分鐘，膜厚為200nm-300nm;
(8)關(guān)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(xué)性質(zhì)，P型硅襯底刷銀膠后進(jìn)行電學(xué)性質(zhì)的測量。
[0004]作為優(yōu)選的方案，在所述抽真空步驟中，下電極的加熱溫度為200°C。
[0005]作為優(yōu)選的方案，在所述通氣步驟中，SiH4和H2總流量為104sccm。
[0006]作為優(yōu)選的方案，在所述通氣步驟中，SiHdPH2的流量比為4:100。
[0007]作為優(yōu)選的方案，在所述通氣步驟中，所述反應(yīng)氣壓為190pa。
[0008]作為優(yōu)選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負(fù)偏壓的頻率為60Hz。
[0009]作為優(yōu)選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負(fù)偏壓的占空比為40%。
[0010]作為優(yōu)選的方案，在所述加偏壓步驟中，直流脈沖負(fù)偏壓的電壓幅值為120v。
[0011]作為優(yōu)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(shí)間為60分鐘。
[0012]本發(fā)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(fā)明的PECVD的方法，在生長薄膜時(shí)襯底加上脈沖負(fù)偏壓，形成的鞘層會(huì)增大離子在薄膜表面的動(dòng)能，從而提高納米晶硅粒子的晶化率。同時(shí)更高的離子擴(kuò)散和迀移能力使薄膜中一些懸鍵和離子鍵合形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，降低了薄膜中缺陷密度。
【附圖說明】
[0013]圖1為的PECVD沉積氫化納米晶硅薄膜的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)在，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，除非另外具體說明，在這些實(shí)施例中描述的部件、數(shù)字表示和數(shù)值的相對(duì)配置不限制本發(fā)明的范圍。
首先，參照?qǐng)D1說明本發(fā)明的PECVD沉積氫化納米晶硅薄膜的制備裝置。
[0015]本發(fā)明制備設(shè)備包括射頻陰極1、下電極2、進(jìn)氣口3、排氣口 4、樣品5和金屬反應(yīng)腔
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[0016]將SiH4和H2的混合氣體從進(jìn)氣口 3通入金屬反應(yīng)腔，未反應(yīng)完的SiH4和H2及衍生物從排氣口 5排出。射頻陰極I與下電極2之間的距離為5cm，樣品5放置于下電極2上。
[0017]脈沖偏壓源為下電極2提供脈沖偏壓。脈沖偏壓為負(fù)脈沖，脈沖偏壓源的輸出電壓為0-250V可調(diào)，輸出電流峰值為0-200A，占空比為0-100 %可調(diào)，換向時(shí)間為正向l_9999ms可調(diào)，反向l-9999ms可調(diào)，輸出頻率為5_5000Hz可調(diào)。
[0018]樣品5為肖特基玻璃和晶體硅基片，表面積3cm X 3cm，厚度0.1mm。
[0019]在制備PECVD沉積鑲嵌納米晶硅的硅氧薄膜時(shí)，在射頻陰極I和下電極2之間形成等離子放電區(qū)，樣品5位于等離子放電區(qū)內(nèi)。
[0020]接下來，說明PECVD技術(shù)制備的氫化納米晶硅薄膜形成過程:
在利用PECVD技術(shù)制備氫化納米晶硅薄膜時(shí)，薄膜的生長主要包括三個(gè)基本過程:
(I)在非平衡等離子體中，電子與反應(yīng)氣體發(fā)生初級(jí)反應(yīng)，使其發(fā)生分解而形成離子和活性基團(tuán)的混合物，主要反應(yīng)過程有:e+H2~
e+H2^H++H+2e
SiH4+e^SiH3++H+2e
SiH4+e—SiH2++H2+2e (2)各種活性基團(tuán)向薄膜生長表面和管壁擴(kuò)散輸運(yùn)，同時(shí)發(fā)生各反應(yīng)物之間的次級(jí)反應(yīng)；
SiH2+H2—SiH4SiH2+SiH4—Si2H6
(3)達(dá)到生長表面的各種初級(jí)反應(yīng)和次級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物被吸附并與表面發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)伴隨有氣相分子物的放出。
(Si — H)+SiH3—(Si —)+SiH4(S1-)+SiH3^(S1-SiH3*)
(Si —SiH3*)—(Si —SiH)+H2
(Si — SiH)+(Si — Η)—(Si — Si — SiH2)
[0021 ]在制備PECVD沉積鑲嵌納米晶硅的硅氧薄膜時(shí)，PECVD腔體等離子輝光放電，從上到下結(jié)構(gòu)為電極、等離子區(qū)、鞘層區(qū)、襯底。襯底脈沖負(fù)偏壓主要影響鞘層區(qū)等離子分布，負(fù)偏壓的增加使得通過等離子體鞘區(qū)域被加速的離子能量增加(尤其是正離子)，離子到達(dá)表面后平均動(dòng)能和擴(kuò)散能力增加，同時(shí)與襯底表面的相互作用也得到了加強(qiáng)。同時(shí)，一些吸附在襯底面的離子直接變成了沉積粒子，具有高能量的沉積粒子在相對(duì)低的襯底溫度下形核、生長，并且最終形成具有良