[发明专利]通过从等离子体沉积形成膜的方法和设备

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。

另外认为本发明适用于使用其它前体气体来沉积无定形形态的 其它材料，例如使用锗烷以沉积a-Ge:H。此外认为本发明适用于沉积 微晶材料例如μc-Si、μc-Ge和DLC(类金刚石碳)。

在激发等离子体至电子回旋共振(在下文缩写为“ECR”)的技 术领域中，当静态或准静态磁场中电子的回转频率等于外加加速电场 的频率时获得共振。对于磁场B，在由以下关系与B相关的激发频率f 下获得该共振：

B＝2πmf/e    (1)

其中m和e是电子的质量和电荷。

当以电子回旋共振频率激发等离子体时，电子与电场同相旋转， 并且连续地从满足ECR条件(1)的外部激发源获得能量从而达到离解 或电离气体所必需的阈能。为了满足该条件，首先需要的是电子保持 陷入磁力线，也就是它的回转半径相对于静态磁场梯度足够小，使得 电子在它的回转期间看到基本上恒定的磁场，以及其次是回转频率相 对于电子与中性成分例如原子和/或分子之间的碰撞频率保持较大。换 句话说，当气体压力相对低且同时激发频率f高(这也意味着磁场强 度B必须高)时，可望获得激发等离子体至电子回旋共振的最佳条件。

常规的发散ECR的主要困难在于，在大面积上产生密度基本上均 匀的等离子体是不可能的。这意味着不能将它用于例如在大尺寸的加 工表面上沉积基本上均匀的材料层。为了解决该问题，已经开发出一 种称作分布式电子回旋共振(DECR)的技术，它使用其中多个等离子 体激发装置形成网络的设备，这些装置共同地在加工表面产生密度基 本上均匀的等离子体。单个的等离子体激发装置各自由微波能量的线 式施加器构成，其一端与产生微波能量的源相连，相对一端安装有至 少一个用于产生具有恒定且强度对应于电子回旋共振的磁场的至少一 个表面的磁偶极子。该偶极子安装在微波施加器的端部，其安装方式 确保加速到电子回旋共振的电子在极之间振荡，以至于产生位于远离 施加器端部的偶极子一侧上的等离子体扩散区。各个激发装置相对于 彼此分布并且位于加工表面附近，以便一起为加工表面产生均匀的等 离子体。