通過從等離子體沉積而形成膜的方法技術

說明了從等離子體向襯底上沉積無定形或微晶材料例如硅的膜的方法。以不連續微波脈沖的序列將微波能量引入腔室中，以不連續氣體脈沖的序列將膜前體氣體引入腔室中，且至少在每個微波脈沖期間，將用于產生原子氫的氣體供入腔室中。每個微波脈沖以非重疊形式跟隨有前體氣體脈沖，且每個前體氣體脈沖之后是其間既沒有微波脈沖又沒有前體氣體脈沖的時段。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
技術介紹
本專利技術涉及通過從等離子體沉積至加工表面上而形成膜的方法。 更具體地，本專利技術涉及使用微波能量以通過電子回旋共振產生等離子體。特別關注的一個領域是在稱為等離子體增強CVD (化學氣相沉積) 的工藝中，通過硅烷如SiH,、 SiA或者更高階低聚物的離解沉積無定 形硅(a-Si:H)的膜。可以用于沉積無定形硅或無定形硅合金的其它 前體氣體包括其中硅與一個或多個碳、氧或氮結合、任選地連同氫一 起存在的分子。硅合金的實例為SiOJy所示類型的結構。此外，含硅 氣體可以與其它氣體一起使用，例如鍺烷、或可以用于沉積其它膜的 不含硅的氣體。關于無定形硅膜應用的特別關注的一個領域是將太陽 能轉化成電功率的裝置。這類無定形硅材料還可以用于電子應用中， 例如顯示器用的TFT。本文使用的術語"無定形硅"表示氫化的無定 形硅，a-Si:H。為了用于剛才提及的領域中，必須存在一些氫，通常 是3-20%,以鈍化作為缺陷的懸空鍵。為了在低溫下有助于高品質硅膜的沉積，希望促進SiH3基團的形 成。由于低的等離子體密度和膜前體氣體的不完全離解，因此這可以 容易地使用電容式等離子體沉積實現。然而，沉積速率很低。因為膜 前體氣體的離解程度，因此采用高密度等離子體實現促進Si仏基團的 形成較為復雜。然而，使用高密度等離子體使得能夠獲得# 高的沉積 速率。本專利技術特別涉及分布式ECR技術(DECR)，這是開發用以產生適 于涂覆大面積襯底的高密度、低溫等離子體的技術。DECR技術是直接 離解技術，這意味著體系采用單一腔室。在該技術中，在該單一腔室 中發生氣態前體的離解和基團到襯底上的沉積以形成膜。可以在例如 對應于EP-A-1075168的US+6407359中找到其它細節。該技術與經典的發散ECR非常不同，該發散ECR是間接離解方法。 在發散ECR技術中，在引發ECR等離子體的單獨等離子體腔室中，產 生了 He或氫的等離子體。該腔室通過孔口與沉積腔室相連以允許離子 和中性物質從一個腔室轉移到另一腔室。在等離子體腔室中產生的離 子沿磁力線從等離子體腔室移動到位于沉積腔室中的襯底表面。在沉 積腔室中僅注入硅烷或其它膜前體氣體，其通過與等離子體腔室中產 生的離子、基團和/或活化物質反應而離解。這意味著硅烷的離解是間 接的，且這并非因為與ECR區域中存在的熱電子的碰撞。就在大表面上沉積均勻膜的簡易性、可量測性和能力方面而言， DECR相比發散ECR具有顯著的優勢。然而，至少就目前操作來看，DECR 在以高速率沉積高品質硅膜方面具有一些缺點。關于此的一個原因如下。因為DECR使用單一沉積腔室，借助于在ECR區域產生的熱電子的 硅烷的直接離解導致產生具有非常不同離解程度的基團例如SiH3、 SiH2、 SiH和Si的混合物。例如，SiH2并非主要通過SiH3離解產生，而大多數是通過借助于熱電子的直接硅烷離解而產生的，同時產生了 兩個原子氫。SiH4 + e—— SiH2+H+H+f通過直接電子離解可以進行SiH3的產生。SiH4 + e一 —SiH3+H+e_同樣，且主要地，通過硅烷與原子氫的反應 SiH4 + H —H2+ SiH3因此，在DECR反應器中，在膜表面產生了具有非常不同的可移動 性的基團的混合物。高度離解的基團如Si、 SiH或甚至SiH,的可移動 性不及SiH3，且因為大的沉積速率而可能來不及在生長中的膜表面重 排，導致當在過低的襯底溫度下運作時沉積出有缺陷的膜。因此，期 望促進從S iH3基團的沉積，以便甚至在低溫下的沉積期間仍有助于獲 得高品質材料。然而，即使促進SiH3基團形成在發散ECR構造中相對 容易實現，仍發現較難使用DECR技術實現。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決該問題，并以高速率和可能低的襯底溫度沉積出高品質硅膜，該膜主要是從具有高移動性的SiH3前體沉積的。根據本專利技術提供了從等離子體向襯底上沉積無定形或微晶材料的 膜的方法，其中以不連續微波脈沖的序列將微波能量引入腔室中，以 不連續氣體脈沖的序列將膜前體氣體引入腔室，且至少在每個微波脈 沖期間將用于產生原子氫的氣體供入腔室中，每個微波脈沖以非重疊 形式跟隨有前體氣體脈沖，且每個前體氣體脈沖之后是其間既沒有微 波脈沖又沒有前體氣體脈沖的時段。在本專利技術的優選實施方案中，將連續氫流供入DECR反應器中。向 DECR天線脈沖輸送微波能量，產生氫等離子體的交替引發和滅失。在 等離子體的中斷(off-pause)階段期間且僅僅在該階段期間，注入珪 烷(膜前體氣體)，使得硅烷流隨微波的脈動而被脈沖化。如此，在 微波脈沖的0N階段，主要向反應器供應氫氣，且微波功率允許H2離 解成兩個原子氫 H2+e—— H+H+e—電子的停留時間極短，比原子氫的停留時間顯著更短，在微波脈 沖的OFF階段不發生直接硅烷離解。相反，存在的氫將與硅烷脈沖反 應以主要產生將沉積在襯底表面上的SiHs前體。為了提高沉積速率， 優選在襯底附近注入珪烷，而優選在ECR區域注入氫。主要通過反應器中的物質停留時間來限定占空比和脈沖頻率的范 圍。零硅烷流的時間長度(硅烷脈沖結束與微波脈沖開始之間的時段) 必須足夠長，以確保在開啟微波功率之前大多數硅烷分子會離解或被 從反應器中抽出。這使硅烷的直接離解最小化，在本情形中這是不希 望的。相反，硅烷脈沖的長度應優選不長于原子氫的停留時間，因為 時段長于原子氫停留時間的任何硅烷注入將產生未離解的硅烷，還導 致有價值原料的損失。附圖說明在以下附圖中圖1是顯示用于限定微波和硅烷流的脈沖頻率和占空比的準則的圖表；圖2是顯示四種方案的圖表其中氫流是連續的或脈沖的，并對 襯底施加恒定偏壓；圖3是顯示四種方案的圖表其中氫流是連續的，且使偏壓脈沖 化；及圖4是顯示六種方案的圖表其中氫流和偏壓兩者均為脈沖化； 具體實施例方式參考圖l，可見脈沖循環的組成如下當微波功率處于開啟時的時 段nu、當硅烷或其它膜前體氣體被引入時的非重疊(盡管在該情形中 是相鄰的)時段S。n和當微波功率處于切斷且不引入硅烷時的時段 m/s。ff。如果微波和硅烷流脈沖的頻率是相同的，則其占空比可能是不 同的以優化沉積。在所有的三個時段均可引入氫。然而，作為替代， 如果至少在每個微波脈沖期間引入氫，則也可以使氫流脈沖化，如圖 2和4所示。通過等離子體脈沖產生原子氫的能力來確定時間m。n。典型地，其 長度為0. lms到ls。通過如下時間長度確定時間s。n:其中由先前微波脈沖產生的原子 氫在反應器中繼續存在以便可用來與硅烷反應。原子氫(在其轉化為 分子氫或其它含氫分子之前)的壽命和氫(在其被泵吸出腔室之前) 的停留時間將較短。在DECR反應器中優選使用的很低壓力的條件下， 在典型尺寸的反應器中原子氫的壽命很短，且可能比停留時間顯著更 短，，在該情形中，正是前者將決定時段s。n應多么長。當然，S。n應 精確等于原子氫的壽命是不必要的，但其越接近則所需SiH3基團的形 成將越有效。通過如下時間長度來確定m/s。ff:從反應器中抽空硅烷以及由硅烷7產生但未沉積在襯底上的那些氣態物質所花費的時間。這將根據反應器尺寸和泵吸速率而不等，但m/s。ff典型應為約30ms,且更通常為lms 到100ms。微波脈沖和硅烷脈沖的頻率將本文檔來自技高網...

【技術保護點】
從等離子體向襯底上沉積無定形或微晶材料的膜的方法，其中以不連續微波脈沖的序列將微波能量引入腔室中，以不連續氣體脈沖的序列將膜前體氣體引入腔室中，且至少在每個微波脈沖期間，將用于產生原子氫的氣體供入腔室中，每個微波脈沖以非重疊形式跟隨有前體氣體脈沖，且每個前體氣體脈沖之后是其間既沒有微波脈沖又沒有前體氣體脈沖的時段。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P羅卡艾卡巴羅卡斯，P布爾金，D戴納卡，P里波爾，P狄斯坎普，T科爾恩德米爾倫德爾，
申請(專利權)人：陶氏康寧公司，巴黎綜合理工大學，
類型：發明
國別省市：US[美國]