多晶硅沉積工藝中中間層對多晶硅質(zhì)量的影響

1、 本文由wujinfeng05貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 導(dǎo) 體 光 電 年 第 半 月 卷 第 期 李伯 海 ： 多 晶硅 沉 積 工 藝 中 中 間層 對 多 晶硅 質(zhì) 量 的影 響 多 晶硅 沉 積 工藝 中 中 間層 對 多 晶硅 質(zhì) 量 的影 響 李 伯 海 ， 福 文 ， 愛 民 ，王 艷 艷 ， 秦 吳 徐 茵 ， 顧 彪 （ 連 理 工 大 學(xué) 三 束 材 料 改 性 國 家 重 點 實驗 室 ，遼 寧 大 連 ） 大 摘 要 ： 采 用電子 回旋 共振 等 離子體 增 強(qiáng)化 學(xué) 氣相 沉積 （ ） 術(shù) ， 技 以

2、 和 為氣 源 ， 的低 溫 條件 下 ， 普通玻 璃 襯底 上 沉積 了多晶硅 薄膜 。主要 考 察 了中 間層 對 多晶 在 在 硅 薄膜 沉積 質(zhì)量 的影 響 。 實驗證 明 ， 中間層 的沉 積 溫度 為 ， 當(dāng) 流量 為 時 ， 到 多 得 晶硅 薄膜 晶粒 的直徑 最 大 ， ； 隨著 中 間層 沉積 溫度 的提 高 ， 為 且 薄膜 的結(jié) 晶度提 高。 關(guān) 鍵詞 ： 多 晶硅 薄膜 ；中 間層 ； 中圖分 類 號 ： 文 獻(xiàn)標(biāo) 識碼 ： 文章編 號 ： （ ） ， ， ， ， ， （ ， ， ， ） ， ： （ ） ， ， ， ： ； ； 引 言 多 晶硅 薄膜 在長 波 段 具

3、有 高 光 敏 性 ， 可 見光 對 能有 效吸 收 ， 與 非 晶硅 相 比具 有 較 高 的轉(zhuǎn) 換 率 和 且 子濺 射 法 等 。在 諸 多 方 法 中， 由于 具 有 實 驗參 數(shù)控 制 簡單 、 積 溫 度 低 、 面 積 均勻 的特 點 ， 沉 大 越來 越受 到 人們 的重視 。本 文研 究 了 低 溫條件 下 （ 于 ） 在玻 璃 襯 底 上 沉 積 中 間 小 ， 層 對多 晶硅 薄膜 晶質(zhì) 的影 響 。 遷移 率 ， 其光 電效 率 不會 隨著 光 照 時 間 的延 續(xù) 而 衰 減； 與單 晶硅相 比， 多晶硅 可在 廉 價 的襯底 材料 上大 面積低 溫 制備 ， 有 較

4、低 的制 作成 本 ， 具 因此 被公 認(rèn)為 是高 效 、 耗 的理想 光伏 器件 材料 ， 低 目前 已成為 制備 太 陽電池 的熱 點材 料 之 一 。此 外 ， 晶硅 也 是制 作 多 實 驗 實驗 是在 配有 反 射 高 能 電 子衍 射 （ ） 原 位監(jiān) 測 設(shè) 備 的 沉 積 裝 置 上 進(jìn) 行 的。 我們 采用 和 的混 合 氣 體 （ ： 一： ） 為 反應(yīng)氣 體 ， 康 寧 作 在 普 通 玻璃 襯 底 上 制 備多 晶硅 薄膜 。采 用 氣稀 釋 的 作 為反應(yīng) 氣 體有 助 于 控制 量 ， 且 能增 強(qiáng) 微波 放 流 并 氣 傳感器 、 薄膜 晶體 管 （ ） 器 件

5、的新 型半 導(dǎo) 體 替 等 代材料 。 當(dāng)前 生產(chǎn)多 晶硅 的方 法 主要有 化 學(xué)氣相 沉 積法 （ 、 離 子體 增 強(qiáng) 化學(xué) 氣 相 沉 積 法 （ ） ） 等 、 液相外 延法 （ ） 激 光 晶化 法 、 、 固相 晶化 法 和 等離 收 稿 日期 ： 電 ， 而 增加 電子 與 的碰 撞 ， 進(jìn) 裂解 ， 從 促 對非 晶 硅 中 較 弱 的 鍵 也 有 一 定 的 刻 蝕 作 用 ， 可加 速 多晶硅 薄膜 沉 積 。 基金項 目： 國家 自然 科 學(xué) 基 金 項 目（ ） 實驗 分兩 步進(jìn) 行 ： 一 步 ， 第 在玻 璃襯 底上 以不 同 圖 和 圖 分 別 是 樣 品 和

6、的 和 條 件沉積 中間層 ， 二 步 ， 中 間層 上 沉 積 硅 薄 膜 。 第 在 首先 ， 了研究 中 問層對 硅 薄膜質(zhì) 量 的影 響 ， 為 我們 通 過改 變 中間層 的沉 積工 藝 參 數(shù) （ 溫度 和 流量 ） 制 備 了 組 中間層 樣 品 ， 體 參 數(shù) 如 表 示 。然 后 具 所 在 中間層 上沉 積多 晶硅 薄膜 ， 續(xù) 沉積 工 藝 參 數(shù) 不 后 圖像 。從 圖 中的 圖像 中可 以看 出樣 品 樣 品 的峰位 都 在 附近 ， 表 明樣 和 這 品均 含 有 多 晶 成 分 ， 樣 品 的 峰 位 更 靠 近 但 。這 表 明有 中間層 的樣 品 的結(jié) 晶性

7、要 好 于無 ， 中間層 的樣 品 。從 圖 的 圖像可 以看 到 ， 有 中間層 的樣 品 具有 明顯 的 （ ） 優(yōu)取 向 ， 擇 在無 中 變， 分別 為 ： 流 量 為 ， 量 為 流 （ 中 ， 氣 的含量 為 ） 微 波 功 率 為 ， 其 ， 沉積 溫度 為 。 沉 積時 間為 。為 了對 比 ， 間層 的樣 品 中沒 有 看 到 明顯 的衍 射 峰 。 由 圖 、 中 的對 比可 知 ， 、 中間 層 的 引入 可 以改 善 多 晶硅 有 、 中 間層 對硅 薄膜 沉積 的影 響 ， 無 我們 又制 備 了無 中間層 的第 號 樣 品 。沉 積 工 藝 為 ： 量 為 流 流

8、量 為 ， 波 功 率 為 ， 積 ， 。 微 沉 溫 度 為 ， 積 時 間 為 。 沉 表 組 不 同 中 間層 樣 品 的沉 積 工 藝 參 數(shù) 薄 膜 的沉積 質(zhì)量 。其 主要 原 因是 薄 膜 的結(jié) 晶性 與其 襯底 結(jié) 構(gòu)密 切相關(guān) 。在薄 膜后續(xù) 沉 積參數(shù) 相 同的條 件下 ， 底結(jié) 晶性 越高 ， 襯 在襯 底 上沉 積 的薄 膜質(zhì)量 越 高 。中間層 的引 入使 最終 沉積硅 薄 膜 的實 際襯底 由 非 晶 的玻璃 變?yōu)?中 間層 ， 高 了襯 底 的質(zhì)量 。因此 ， 提 參 數(shù) 在 中間層 上沉 積 的硅 薄膜質(zhì) 量要 高 于直接 在非 晶的 玻璃 襯底 上 沉積 硅薄

9、膜 。 ： 。 一 ， 本 文通過 、 曼散 射 光 譜 （ 和 拉 ） 射線 衍射 譜 （ ） 究 了薄 膜 的結(jié) 構(gòu) ； 用 拉 曼 研 利 譜， 射 線衍 射譜 估測硅 薄 膜樣 品 的晶化率 、 晶粒 大 小 和品格 失 配度 。 圖 樣 品 和 的 圖 像 實 驗 結(jié) 果 及 分 析 圖 是在 玻璃 襯底 卜沉積 的硅 薄 膜 的 圖像 。樣 品 和 分別 是 在 中間層 上 沉積 和 直接在 玻璃 上 沉積 的硅薄 膜 ， 品 的 圖像 為 環(huán) 樣 狀 ， 表 明 樣 品 為 多 晶 結(jié) 構(gòu) 。 而 樣 品 的 這 圖像 已出 現(xiàn) 規(guī)則 的 斑 點狀 圖像 ， 明樣 品 表 呈現(xiàn)

10、出多 晶 的結(jié) 構(gòu) ， 有 較 好 的 晶 體 取 向 。這 表 且 明在 晶體的擇優(yōu)取 向方面 。 品 的質(zhì) 量 明顯優(yōu) 于樣 樣 品 。 圖 樣 品 和 的 圖 像 中 間 層 沉 積 溫 度 對 硅 薄 膜 的 影 響 圖 給 出 了 中 間 層 的 沉 積 溫 度 對 硅 薄 膜 的 圖像 的影 響 。溫 度 由低 到 高 分 別 對 應(yīng) 至 號樣 品（ 長參數(shù) 見 表 。在 該 系列 樣 品 的沉 積 過 生 ） 程 中我 們 只改變 了 中間 層 的沉 積 溫 度 ， 它 工 藝 參 其 數(shù)保 持 不變 。從 圖 中可 以看 出 ， 中 間層 上 沉 積 在 （） 品 樣 ：無 中

11、 間層 的硅薄 膜 均 為 明顯 （ ） 優(yōu) 取 向 ， 相 關(guān) 文 獻(xiàn) 報 擇 與 圖 樣 品 和 的 圖像 道的 （ ） （ ） 向相 比 ， 有 出現(xiàn) 雜 峰 ， ， 取 ， 沒 具 有 較 好 的單 一 取 向 。但 不 同 的 中間 層 沉 積 溫 度 對 半導(dǎo) 體 光 電 年 月 第 卷 第 期 李 伯 海 ： 多 晶硅 沉 積 工 藝 中 中間 層 對 多晶 硅 質(zhì) 量 的 影 響 （ ） 面衍 射強(qiáng) 度 影 響 很 大 。 隨著 中 間層 沉 積 溫度 的升高 ， 硅薄膜 的 衍 射 峰 先 增 強(qiáng)后 減 弱 ， 中 當(dāng) 間層 的沉 積 溫度 為 。 ， 沉 積 的硅 薄 膜

12、衍 射 時 所 度 過大 ， 由于凝結(jié) 核 的沉 積 相互 競 爭 反 而 會抑 制 晶 粒 水平 的沉 積 ， 響 了后續(xù) 硅 薄膜 的沉積 ， 影 使其 晶粒 直 徑變 小 ?？梢?， 間層 的沉 積質(zhì) 量 對 硅 薄 膜 的沉 中 積 有著 重要 的影 響 。 峰 最 明顯 ， 晶粒 的沉積 取 向最好 。中 間層 為 和 時 硅薄膜 的 衍射 峰 已經(jīng) 明顯減 弱 。 圖 出了拉曼 峰 （ 模 ） 給 隨著 中間層 沉 積 溫 度 變化 的移 動情 況 。隨著 中間層沉 積溫 度從 增 加 到 ， 處 的 波 峰 逐 漸 減 小 ， 處 的波 峰逐 漸增 大 成 為主 導(dǎo) ， 明硅 薄

13、 膜 中非 表 晶成分 正在 減小 ， 晶體 成分 正 在 增 加 。為 了得 到硅 薄 膜 的晶化 率 ， 我們 將 模分 成三個 部分 ， 過 比 通 較 波數(shù) 為 （ 晶特征 峰 ） （ 晶 特 非 ， 微 征峰 ， 晶粒 直 徑 ） 和 （ 體 硅 特征 晶 峰） 的三個 峰 的強(qiáng) 度 來 判 定 硅薄 膜 的 晶化 率 。晶 化 圖 中 間層 沉 積溫 度 對 多 晶 硅 薄 膜 圖 像 的影 響 率 公 式可 由下 式表 示 ： 根據(jù) 公式 ：志 可 以計 算 晶 粒 的 大 小 ， 其 中 志 為半 峰寬 ， 一 ， 一 。圖 給 出 了晶粒 大小 隨著 中 間層沉 積溫 度 的

14、變 化 關(guān) 系 。從 圖 可 以看 出 晶粒 的大 小 隨著 中間層 沉 積 溫度 的升 高 先 增大后 減 小 ， 時 晶粒 的直 徑 約 ， 在 溫 其 中 ， 、 、 分 別 指 對 應(yīng) 樣 品 的 光 譜 在 ， ， 處進(jìn) 行 分 解 后 ， 個 波 峰 的 相 對 積 分 強(qiáng) 度 三 。也 有 文 獻(xiàn) 把 光 譜 在 ， ， 處進(jìn) 度 為 時 晶粒 的直 徑 增 長 到 左 右 ， 溫 當(dāng) 度 為 時 晶 粒 的直 徑 達(dá) 到 最 大 值 為 但 是 隨 著 溫 度 的繼 續(xù) 升 高 晶 粒 的 直 徑 開 始 減 ， 小 ， 和 時 晶粒 直 徑 分別 為 和 在 左 右 。 行

15、分解 ， 這些 方 法 都 只能 得 出近 似值 。 由 圖 但 可 以看 出硅 薄 膜 的 晶 化 率 隨 溫 度 的 增 長 而 提 高 ， 的晶化 率 增 長趨 勢 非 常 明顯 ， 而 的增長 趨勢 變 緩慢 ， 溫 度 為 時 在 達(dá) 到 。 圖 樣 品 的拉 曼 譜 隨 中 間層 沉 積 溫度 的變 化 圖 薄 膜 的 晶粒 大 小 隨 中 間層 沉 積 溫度 的 變 化 關(guān) 系 由 以上 分 析可 知 ， 間層 的沉 積 溫 度 對 其 結(jié) 晶 中 狀況影 響很 大 。 當(dāng) 中 間層 沉 積溫 度 過 低 ， 附 到襯 吸 底上 的原 子或原 子 團(tuán) （ 。 活性 小 ， 容 易

16、 遷 徙 等） 不 到能量 最低 的位 置 成 鍵 ， 成 凝 結(jié) 核 沉 積 為 晶 形 ， 粒 。伴隨著 溫度 的 升 高原 子或 原 子 團(tuán)活 性 增 強(qiáng) ， 凝 結(jié) 核 的密度 增加 ， 度 達(dá) 到 時 中 間層 中凝 結(jié) 溫 核密度 最佳 ， 間距 較大 ， 核 適合 凝結(jié) 核沉 積 出較 大 的 晶粒 ， 這種 較高 質(zhì)量 的 中 間層 為 后 續(xù) 的硅 薄 膜 沉 積 圖 樣 品 的 晶 化 率 隨 緩 沖 層 沉 積 溫 度 的變 化 提供 較好 的條件 。繼 續(xù) 升 溫 ， 中間 層 中凝 結(jié) 核 的密 ? 由 以上 分析 我 們 可 以看 到 ， 當(dāng)中 間層 的沉 積 溫

17、度為 時 得 到 的硅 薄 膜 的 晶粒 最 大 ； 在 。之 間 ， 隨著 中間層沉 積 溫度 的升 高 ， 薄膜 的 硅 晶化 率不 斷提 高 。 沉 積 中間層 的 ： 量對 硅薄膜 的影 響 流 隨著 流量 變大 而減 小 。對 于上 面 的實驗 現(xiàn)象 ， 可 能 是 由以下 原 因造 成 的 ： 由于 能夠刻 蝕 薄膜 中較 弱 的 鍵 ， 使薄 膜 表 面形 成 強(qiáng) 的 鍵 ， 因此適 當(dāng)提 高 流 量 可 以改 善 中間 層 的結(jié) 晶性 。 實 驗 中 ， 中間層其 它沉 積條 件不變 的情 況下 ， 在 提高 流量 由 到 ， 高 了中間層 的結(jié) 晶 提 性， 有利 于 中間層

18、 更好 地 與后 續(xù) 生 長 的多 晶硅 薄膜 相 匹配 ， 釋放 其 中的 位 錯 和 應(yīng) 力 ， 當(dāng)沉 積 中 間層 的 流量 增 加 到 ， 間層 與 后續(xù) 沉 積 的 工藝 中 參 數(shù)相 同 ， 當(dāng)于 直接 在 玻 璃 襯底 上 沉 積 多 晶 硅 薄 相 在不 同 。 流量 下 沉 積 中 間層 而 得 到 的硅 薄 膜 的 圖像 如 圖 所 示 。其 中 圖 ， ， （ ） （ ） （）（ ） ， 分別對 應(yīng) 號 樣 品 經(jīng) 過后 續(xù) 沉 積 后 ， 得到 的硅薄 膜 的 圖像 。 圖 是 直 接 在 （） 玻璃 襯底 上 沉 積 的 硅 薄 膜 的 圖像 。我 們 也可 以認(rèn) 為

19、其 中間層和 后續(xù) 沉積 的工藝 參數(shù) 完全 相 同 ， 積 時間均 為 。在 中間層 的沉 積過程 中 沉 膜 。此 時的 中間層 失 去 了釋放 應(yīng) 力 的作用 ， 導(dǎo)致 多 晶硅薄膜 質(zhì) 量較差 ， 圖像幾 乎不 存在 衍射 峰 。 我們 只改 變 了 的流 量 ， 它 的工 藝 參 數(shù) 保 持 不 其 變 。從 圖 中可 以看 到 ， 的流量 為 時 當(dāng) 硅薄膜 的 圖像 呈現(xiàn) 出模 糊 的點 狀結(jié) 構(gòu) ， 。 的流量 為 時 硅薄膜 的 圖像 的點 狀 結(jié)構(gòu) 變清 晰 ， 了 較 好 的 晶體 取 向 ， 現(xiàn) 出 多 晶 結(jié) 有 呈 構(gòu)； 的流 量為 時 圖像 出現(xiàn) 了 點 環(huán)結(jié) 構(gòu)

20、 ， 向變得 混亂 。當(dāng) 。 取 的流量再 增加 后 ， 薄膜 的 圖像 變 成 了環(huán) 狀 ， 然仍 是 硅 雖 多 晶結(jié)構(gòu) ， 晶體 取 向 已經(jīng) 不如 以前 。 但 圖 樣 品的 圖 像 隨 沉 積 中間 層 的 氫 流 量 的 變 化 表 樣 品 的 晶粒 大 小 隨 中 間 層 中 氫流 量 的 變化 一 一 流 量 。 口 絲 注 ： 為 晶 格 常 數(shù) ，為 平 均 晶粒 直 徑 ， 單 晶 硅 的 為 晶格 常 數(shù) （ ） 。 結(jié)論 本 文利 用 ， ， 研 究 了中 間 圖 樣 品 的 圖 像 層對 硅薄膜 沉 積 的影 響 。實 驗 結(jié) 果 證 明 ， 間層 的 中 由圖 以

21、看 出 當(dāng)沉積 中問層 的 。 量 為 可 流 引入 可 以 明顯 改 善硅 薄 膜 的性 質(zhì) 。在 之 間中 間層沉 積溫度 越高 ， 越有 利于 硅薄 膜 的晶化 ， 當(dāng)溫 度為 時 晶粒 直 徑 最 大 ； 在 和 時 ， 薄膜 的 圖像 依然 是單 一 的衍 硅 射 峰 （） 。隨著 。 量 的增 大 ， 薄 膜 的衍射 峰 流 硅 先 增強(qiáng)后 減弱 。 流量 為 時 衍 射 峰最 強(qiáng) ， 而 流量 為 時 幾 乎 沒有 衍 射 峰 。表 給 出了不 同 流量 下緩 沖層所 對應(yīng) 的硅薄 膜 晶化率 、 晶粒 大小 、 晶格 常數(shù) 和 品格 失 配 度 。可 以看 出 晶粒 之 間 ， 的流量 越 大 ， 有 益 于硅 薄 膜 晶格 失 配 度 。 越 的減 小 ， 當(dāng) 流量 為 時 晶粒直 徑 達(dá)到最 大 值 為 。 參考 文獻(xiàn) ： 邱 春 文 ， 旺 舟 ， 羽 中 法