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文檔簡介
1、等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)是通過電子碰撞來給源反應(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。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重制約了該工藝的進一步發(fā)展和應(yīng)用。為了制備出高質(zhì)量的、均勻的薄膜材料,這就要求我們對該系統(tǒng)中的等離子體特性,特別是對電子特性的空間分布規(guī)律進行深入的
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探針直接用來測量等離子體空間特性的報道還是很少。
在本文中,我們提出并設(shè)計了一個位置可移動的探針檢測裝置,探針可以沿軸向從下電極(powered electrode)到上電極(grounded electrode)自由滑動
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,我們對化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)比較簡單的Ar等離子體進行了探針檢測。研究了放電功率與壓強對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)雙極性擴散理論,提出了針對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)果跟實驗結(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,我們對以SiCl4/H2為源氣體PECVD法沉積多晶硅薄膜過程中等離子體特性及其徑向分布進行了探針測量,并分析了SiCl4/H2等離子體空間電子特性對 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。電子特性的實驗結(jié)果很好地解釋了之前我們報道的沉積速率隨各工藝參量
5、的變化關(guān)系。
最后,對以SiH4/H2及SiCl4/H2為源氣體、采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的非晶硅薄膜和多晶硅薄膜進行了光照穩(wěn)定性的研究。實驗表明,制備的多晶硅薄膜并沒有出現(xiàn)非晶硅中的光致衰減現(xiàn)象,其光電導(dǎo)、暗電導(dǎo)在光照過程中沒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。我們認為,多晶硅薄膜的光照穩(wěn)定性可能來源于高的晶化度及Cl元素的存在。這更一步說明了研究SiCl4/H2等離子體中電子特性的重要性。
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