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以SiCl_4为源气体用PECVD方法低温快速生长多晶硅薄膜

黄锐  
【摘要】:多晶硅薄膜以其优异的光电性能和较低的制备成本在能源信息工业中,日益成为一种非常重要的电子材料,被广泛应用于大规模集成电路和半导体分立器件。高效、稳定、廉价的多晶硅薄膜太阳电池有可能替代非晶硅薄膜太阳电池成为新一代无污染民用太阳能电池。 为降低多晶硅薄膜的生产成本,目前国际上已发展了多种低温制备技术,但各有其不利于工业化生产的因素。而传统的PECVD系统较适合大规模工业化生产,而且工艺成熟,所制备的薄膜质量高,因而PECVD法是工业化生产最有效的方法。SiCl_4是一种比SiH_4、SiF_4更廉价的工业原材料,生产更安全,能有效降低生产成本。因此,以SiCl_4和H_2为源气体,采用射频辉光放电等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法低温制备多晶硅薄膜正日益受到重视。但采用此方法制备的晶化硅薄膜沉积速率很低,一般为0.2~0.8(?)。这样低的沉积速率使生产效率低,难以形成大规模生产,推广应用受到限制。因此研究薄膜的低温快速生长技术并应用这种技术制备优质的多晶硅薄膜材料成为目前国际上非常关注的课题。本论文“以SiCl_4为源气体用PECVD方法低温快速生长多晶硅薄膜”是国家重大基础研究“973”计划的一个子项目,我们的目标是提供衬底温度不高于300℃,生长速率3(?)/s,5×5cm~2面积,不均匀性小于10%,带隙Eg1.2ev,电导激活能Ea0.5ev,迁移率5cm~2/V·S以上的多晶硅薄膜。 首先,我们研究薄膜的均匀性的提高,薄膜的均匀性与射频辉光放电过程中的电场强度的分布和气流分布等因素有关。影响电场均匀分布性的主要因素是极板的边缘效应,为了验证其对膜均匀性的影响,我们制造一个网罩,将其接地并置于下电极板之上,实验表明薄膜均匀性得到很大改善。为了更好的抑制极板边缘效应及更加实用,我们设计了一个不锈钢样品架,采用此样品架沉积的薄膜均匀性得到了改善。与此同时,通过调整气孔的分布,我们获得较为分布均匀的气流场,从而获得均匀分布的反应基元,薄膜的均匀性得到明显改善,在5×6cm~2内不均匀性从37%下降到5%。 由于薄膜的光电性能与薄膜的结构密切相关,而薄膜的结构强烈依赖于PECVD工艺。为了获得高速生长的优质多晶硅薄膜,我们首先研究不同成膜工艺参量对薄膜沉积速率和结构的影响,发现在低温下硅薄膜的生长速率强烈依赖于放电功率、H_2/SiCl_4流量比、衬底温度和反应气压。生长速率随放电功率升高而增加;过大的氢流量或过小的氢稀释度均不利于薄膜沉积速率的提高,过低的衬底温度薄膜沉积速率较低,而高的衬底温度下沉积


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