1PECVD的種類

 

　　1.1射頻加強(qiáng)等離子體化學(xué)氣相淀積（RF-PECVD）

　　等離子體化學(xué)氣相淀積是在低壓化學(xué)氣相淀積的同時，行使輝光放電等離子對過程施加影響，在襯底上制備出多晶薄膜。這種方法是日本科尼卡公司在1994年提出的，其等離子體的產(chǎn)生方法多采用射頻法，故稱為RF-PECVD。其射頻電場采用兩種不同的耦合方式，即電感耦合和電容耦合[1]。

　　1.2甚高頻等離子體化學(xué)氣相淀積（VHF-PECVD）

　　采用RF-PECVD技術(shù)制備薄膜時，為了實現(xiàn)低溫淀積，必須使用稀釋的硅烷作為反應(yīng)氣體，因此淀積速度有限。VHF-PECVD技術(shù)因為VHF激發(fā)的等離子體比常規(guī)的射頻產(chǎn)生的等離子體電子溫度更低、密度更大[2]，因而能夠大幅度進(jìn)步薄膜的淀積速率，在現(xiàn)實應(yīng)用中獲得了更廣泛的應(yīng)用。

　　1.3介質(zhì)層阻擋放電加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（DBD-PECVD）

　　DBD-PECVD是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種非平衡態(tài)氣體放電（又稱介質(zhì)阻擋電暈放電或無聲放電）。這種放電方式兼有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運行特點，正漸漸用于制備硅薄膜中[3]。

　　1.4微波電子回旋共振等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（MWECR-PECVD）

　　MWECR-PECVD是行使電子在微波和磁場中的回旋共振效應(yīng)，在真空條件下形成高活性和高密度的等離子體進(jìn)行氣相化學(xué)反應(yīng)。在低溫下形成優(yōu)質(zhì)薄膜的技術(shù)。這種方法的等離子體是由電磁波激發(fā)而產(chǎn)生，其常用頻率為2450MHz，通過改變電磁波光子能量可直接改變使氣體分解成粒子的能量和生存壽命，從而對薄膜的生成和膜外觀的處理機(jī)制產(chǎn)生龐大影響，并從根本上決定生成膜的結(jié)構(gòu)、特征和穩(wěn)固性[4]。

 

2PECVD設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

 

　　2.1PECVD工藝的基本原理

　　PECVD技術(shù)是在低氣壓下，行使低溫等離子體在工藝腔體的陰極上（即樣品放置的托盤）產(chǎn)生輝光放電，行使輝光放電（或另加發(fā)熱體）使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的工藝氣體，這些氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，最終在樣品外觀形成固態(tài)薄膜。其工藝原理示意圖如圖1所示。

 

　　在反應(yīng)過程中，反應(yīng)氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入爐腔，漸漸擴(kuò)散至樣品外觀，在射頻源激發(fā)的電場作用下，反應(yīng)氣體分解成電子、離子和活性基團(tuán)等。這些分解物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成形成膜的初始成分和副反應(yīng)物，這些生成物以化學(xué)鍵的情勢吸附到樣品外觀，生成固態(tài)膜的晶核，晶核漸漸生長成島狀物，島狀物繼承生長成延續(xù)的薄膜。在薄膜生長過程中，各種副產(chǎn)物從膜的外觀漸漸離開，在真空泵的作用下從出口排出。

　　2.2PECVD設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

　　PECVD設(shè)備重要由真空和壓力控制體系、淀積體系、氣體及流量控制、體系安全珍愛體系、計算機(jī)控制等部分組成。其設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　2.2.1真空和壓力控制體系

　　真空和壓力控制體系包括機(jī)械泵、分子泵、粗抽閥、前級閥、閘板閥、真空計等。為了削減氮氣、氧氣以及水蒸氣對淀積工藝的影響，真空體系一樣平常采用干泵和分子泵進(jìn)行抽氣，干泵用于抽低真空，與常用的機(jī)械油泵相比，可以避免油泵中的油氣進(jìn)入真空室污染基片。在干泵抽到肯定壓力以下后，打開閘板閥，用分子泵抽高真空。分子泵的特點是抽本體真空能力強(qiáng)，尤其是除水蒸汽的能力特別很是強(qiáng)。 

　　2.2.2淀積體系

　　淀積體系由射頻電源、水冷體系、基片加熱裝配等組成。它是PECVD的核心部分。射頻電源的作用是使反應(yīng)氣體離子化。水冷體系重要為PECVD體系的機(jī)械泵、羅茨泵、干泵、分子泵等提供冷卻，當(dāng)水溫超過泵體要求的溫度時，它會發(fā)出報警旌旗燈號。冷卻水的管路采用塑料管等絕緣材料，不可用金屬管。基片加熱裝配的作用使樣品升溫到工藝要求溫度，除掉樣品上的水蒸氣等雜質(zhì)，以進(jìn)步薄膜與樣品的附著力。

　　2.2.3氣體及流量控制體系

　　PECVD體系的氣源幾乎都是由氣體鋼瓶供氣，這些鋼瓶被放置在有很多安全珍愛裝配的氣柜中，通過氣柜上的控制面板、管道輸送到PECVD的工藝腔體中。

　　在淀積時，反應(yīng)氣體的多少會影響淀積的速率及其均勻性等，因此必要嚴(yán)酷控制氣體流量，通常采用質(zhì)量流量計來實現(xiàn)正確控制。

 

3常見題目及影響工藝重要因素

 

　　3.1設(shè)備常見題目及處理措施

　　3.1.1無法起輝

　　無法起輝緣故原由和處理措施：

　　（1）射頻電源故障，檢查射頻源電源功率輸出是否正常。

　　（2）反應(yīng)氣體進(jìn)氣量小，檢查氣體流量計是否正常，若正常，則加大進(jìn)氣量進(jìn)行試驗。

　　（3）腔體極板清潔度不夠，用萬用表測量腔體上下極板的對地電阻，正常值應(yīng)在數(shù)十兆歐以上，若非常，則清潔腔體極板。

　　（4）射頻匹配電路故障，檢查射頻源反射功率是否在正常值范圍內(nèi)，若非常，則檢查匹配電路中的電容和電感是否損壞。

　　（5）真空度太差，檢查腔體真空度是否正常。

　　3.1.2輝光不穩(wěn)

　　（1）電源電流不穩(wěn)，測量電源供電是否穩(wěn)固。

　　（2）真空室壓力不穩(wěn)固，檢查腔體真空體系漏率是否正常，檢查腔體進(jìn)氣量是否正常。

　　（3）電纜故障，檢查電纜接觸是否優(yōu)秀。

　　3.1.3成膜質(zhì)量差

　　（1）樣片外觀清潔度差，檢查樣品外觀是否清潔。

　　（2）工藝腔體清潔度差，清洗工藝腔體。

　　（3）樣品溫度非常，檢查溫控體系是否正常，校準(zhǔn)測溫?zé)犭娕肌?/p>

　　（4）膜淀積過程中壓力非常，檢查腔體真空體系漏率。

　　（5）射頻功率設(shè)置不合理，檢查射頻電源，調(diào)整設(shè)置功率。

　　3.1.4淀積速率低

　　（1）射頻輸入功率不合適，調(diào)整射頻功率。

　　（2）樣品溫度非常，檢查冷卻水流量及溫度是否正常。

　　（3）真空腔體壓力低，調(diào)整工藝氣體流量。

　　3.1.5反應(yīng)腔體壓力不穩(wěn)固

　　（1）檢查設(shè)備真空體系的波紋管是否有裂紋。

　　（2）檢查氣體流量計是否正常。

　　（3）手動檢查蝶閥開關(guān)是否正常。

　　（4）真空泵非常，用真空計測量真空泵的抽速是否正常。

　　3.2影響工藝的因素

　　影響PECVD工藝質(zhì)量的因素重要有以下幾個方面：

　　3.2.1極板間距和反應(yīng)室尺寸

　　PECVD腔體極板間距的選摘要考慮兩個因素：

　　（1）起輝電壓：間距的選擇應(yīng)使起輝電壓盡量低，以降低等離子電位，削減對襯底的損傷。

　　（2）極板間距和腔體氣壓：極板間距較大時，對襯底的損傷較小，但間距不宜過大，否則會加重電場的邊緣效應(yīng)，影響淀積的均勻性。反應(yīng)腔體的尺寸可以增長生產(chǎn)率，但是也會對厚度的均勻性產(chǎn)生影響。

　　3.2.2射頻電源的工作頻率

　　射頻PECVD通常采用50kHz~13.56MHz頻段射頻電源，頻率高，等離子體中離子的轟擊作用強(qiáng)，淀積的薄膜更加致密，但對襯底的損傷也比較大。高頻淀積的薄膜，其均勻性顯明好于低頻，這時由于當(dāng)射頻電源頻率較低時，靠近極板邊緣的電場較弱，其淀積速度會低于極板中間區(qū)域，而頻率高時則邊緣和中間區(qū)域的差別會變小。

　　3.2.3射頻功率

　　射頻的功率越大離子的轟擊能量就越大，有利于淀積膜質(zhì)量的改善。由于功率的增長會加強(qiáng)氣體中自由基的濃度，使淀積速率隨功率直線上升，當(dāng)功率增長到肯定程度，反應(yīng)氣體完全電離，自由基達(dá)到飽和，淀積速率則趨于穩(wěn)固。

　　3.2.4氣壓

　　形成等離子體時，氣體壓力過大，單位內(nèi)的反應(yīng)氣體增長，因此速率增大，但同時氣壓過高，平均自由程削減，不利于淀積膜對臺階的覆蓋。氣壓太低會影響薄膜的淀積機(jī)理，導(dǎo)致薄膜的致密度降落，容易形成針狀況缺陷；氣壓過高時，等離子體的聚合反應(yīng)顯明加強(qiáng)，導(dǎo)致生長網(wǎng)絡(luò)規(guī)則度降落，缺陷也會增長。

　　3.2.5襯底溫度

　　襯底溫度對薄膜質(zhì)量的影響重要在于局域態(tài)密度、電子遷移率以及膜的光學(xué)性能，襯底溫度的進(jìn)步有利于薄膜外觀懸掛鍵的補(bǔ)償，使薄膜的缺陷密度降落。

　　襯底溫度對淀積速率的影響小，但對薄膜的質(zhì)量影響很大。溫度越高，淀積膜的致密性越大，高溫加強(qiáng)了外觀反應(yīng)，改善了膜的成分。

 

4結(jié)束語

 

　　以上是對PECVD設(shè)備碰到題目的一些領(lǐng)會，PECVD工藝是一門復(fù)雜的工藝，要保證淀積薄膜的質(zhì)量，除了要保證設(shè)備的穩(wěn)固性外，還必須掌握和精通其工藝原理及影響薄膜質(zhì)量的各種因素，以便在出現(xiàn)故障時，能敏捷分析出導(dǎo)致故障的緣故原由。另外，對設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)也特別很是緊張。

 

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳建國，程宇航，吳一平，等.射頻-直流等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備的研制[J].真空與低溫，1998，4(1)：30-34.

　　[2]H.Nakaya，M.Nishida，YTakeda，etal.PolycrystallineSiliconSolarCells[Z].1192，345-356.

　　[3]陳萌炯.RF-PECVD和DBD-PECVD制備a-Si：H薄膜的性能研究及其比較[D].浙江：浙江大學(xué)，2006.

　　[4]劉國漢，丁毅，朱秀紅，等.HW-MWECR-CVD法制備氫化微晶硅薄膜及其微結(jié)構(gòu)研究[J].物理學(xué)報，2002，55(11)：6147-6150.

 

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