[发明专利]通过从等离子体沉积而形成膜的方法

说明书

背景技术

本发明涉及通过从等离子体沉积至加工表面上而形成膜的方法。更具体地，本发明涉及使用微波能量以通过电子回旋共振产生等离子体。特别关注的一个领域是在称为等离子体增强CVD(化学气相沉积)的工艺中，通过硅烷如SiH₄、Si₂H₆或者更高阶低聚物的离解沉积无定形硅(a-Si:H)的膜。可以用于沉积无定形硅或无定形硅合金的其它前体气体包括其中硅与一个或多个碳、氧或氮结合、任选地连同氢一起存在的分子。硅合金的实例为SiO_xN_y所示类型的结构。此外，含硅气体可以与其它气体一起使用，例如锗烷、或可以用于沉积其它膜的不含硅的气体。关于无定形硅膜应用的特别关注的一个领域是将太阳能转化成电功率的装置。这类无定形硅材料还可以用于电子应用中，例如显示器用的TFT。本文使用的术语“无定形硅”表示氢化的无定形硅，a-Si:H。为了用于刚才提及的领域中，必须存在一些氢，通常是3-20％，以钝化作为缺陷的悬空键。

为了在低温下有助于高品质硅膜的沉积，希望促进SiH₃基团的形成。由于低的等离子体密度和膜前体气体的不完全离解，因此这可以容易地使用电容式等离子体沉积实现。然而，沉积速率很低。因为膜前体气体的离解程度，因此采用高密度等离子体实现促进SiH₃基团的形成较为复杂。然而，使用高密度等离子体使得能够获得很高的沉积速率。

本发明特别涉及分布式ECR技术(DECR)，这是开发用以产生适于涂覆大面积衬底的高密度、低温等离子体的技术。DECR技术是直接离解技术，这意味着体系采用单一腔室。在该技术中，在该单一腔室中发生气态前体的离解和基团到衬底上的沉积以形成膜。可以在例如对应于EP-A-1075168的US-A-6407359中找到其它细节。

该技术与经典的发散ECR非常不同，该发散ECR是间接离解方法。在发散ECR技术中，在引发ECR等离子体的单独等离子体腔室中，产生了He或氢的等离子体。该腔室通过孔口与沉积腔室相连以允许离子和中性物质从一个腔室转移到另一腔室。在等离子体腔室中产生的离子沿磁力线从等离子体腔室移动到位于沉积腔室中的衬底表面。在沉积腔室中仅注入硅烷或其它膜前体气体，其通过与等离子体腔室中产生的离子、基团和/或活化物质反应而离解。这意味着硅烷的离解是间接的，且这并非因为与ECR区域中存在的热电子的碰撞。

就在大表面上沉积均匀膜的简易性、可量测性和能力方面而言，DECR相比发散ECR具有显著的优势。然而，至少就目前操作来看，DECR在以高速率沉积高品质硅膜方面具有一些缺点。关于此的一个原因如下。

因为DECR使用单一沉积腔室，借助于在ECR区域产生的热电子的硅烷的直接离解导致产生具有非常不同离解程度的基团例如SiH₃、SiH₂、SiH和Si的混合物。例如，SiH₂并非主要通过SiH₃离解产生，而大多数是通过借助于热电子的直接硅烷离解而产生的，同时产生了两个原子氢。

SiH₄+e^-→SiH₂+H+H+e^-

通过直接电子离解可以进行SiH₃的产生。

SiH₄+e^-→SiH₃+H+e^-

同样，且主要地，通过硅烷与原子氢的反应：

SiH₄+H→H₂+SiH₃

因此，在DECR反应器中，在膜表面产生了具有非常不同的可移动性的基团的混合物。高度离解的基团如Si、SiH或甚至SiH₂的可移动性不及SiH₃，且因为大的沉积速率而可能来不及在生长中的膜表面重排，导致当在过低的衬底温度下运作时沉积出有缺陷的膜。因此，期望促进从SiH₃基团的沉积，以便甚至在低温下的沉积期间仍有助于获得高品质材料。然而，即使促进SiH₃基团形成在发散ECR构造中相对容易实现，仍发现较难使用DECR技术实现。

发明内容

本发明的目的是解决该问题，并以高速率和可能低的衬底温度沉积出高品质硅膜，该膜主要是从具有高移动性的SiH₃前体沉积的。