（微电子学与固体电子学专业论文）硅基薄膜高速沉积过程中的等离子体特性研究.pdf

摘要 摘要 随着太阳电池技术的发展，迫切要求进一步提高硅基薄膜材料与器件的性 能，降低其制造成本。研究与生产硅基薄膜太阳电池普遍采用以等离子体增强 化学气相沉积( p e c v d ) 为核心工艺的技术路线，掌握等离子体特性是深入理 解薄膜生长机理的关键之一，也是研究与制备高性能硅基薄膜材料及电池的基 础。为此，本论文采用多种等离子体诊断技术，对高速沉积硅基薄膜过程中的 甚高频等离子体的微观电学参数、宏观放电特性以及气体组分等进行系列测量； 结合理论分析，探究工艺参数对等离子体特性的调控作用及其机理，以利于理 解宏观工艺参数如何调控材料性能，深化高性能硅基薄膜材料及电池的研究。 本论文的具体研究内容与创新点如下： l 、电子碰撞是气体分解所需能量来源，所产生的各种离子种类、密度与沉 积薄膜的质量密切相关。为此，本论文首先测量分析了电子温度、电子密度、 离子密度以及等离子体电势等参数，研究了不同工艺条件下的等离子体中电子 与离子的能量与密度的变化规律。发现：硅烷浓度的变化，导致了等离子体中 离子种类的变化，使得电子温度与电子密度在一定的硅烷浓度下达到极值：而 对等离子体电势的影响不大。功率增加或反应气压增大时，等离子体电势随之 更负。气体总流量对等离子体参数的均匀性分布影响较大。在低流量条件下， 整个电极上的电子温度更容易达到均匀分布；在高流量条件下，电子密度更容 易达到均匀分布。在电极中心处，流量的变化对电子密度与电子温度的影响不 明显；在电极边缘处，流量增大时，电子密度降低。 离子的能量由等离子体电势确定，本论文首次利用电探针测量了反应气体 等离子体电势的实时振荡波形，有助于了解离子的微观动力学机制。发现在氢 气等离子体中，等离子体电势的振荡幅度不大，约为几十个毫伏。当气体中混 入硅烷后，等离子体电势的振荡幅度明显增大，振荡的周期与幅度受到硅烷浓 度的调制；在一定的硅烷浓度下，振荡周期达到最小值。同时，不同的硅烷浓 度下，由于气体分解后的离子种类与密度的分布发生变化，而不同质量的离子 对等离子体内电场与探针表面电场的响应有差异，导致振荡波形显著改变，即 谐波含量发生改变。若能够建立合适的离子收集模型以及离子在电场中的运动 模型，对上述等离子体电势的实时振荡波形进行拟合，则可定量的获得反应过 i 摘要 程中的离子种类与数量，这有可能成为一种新的离子定量测量方法。 2 、对高气压下辉光等离子体的宏观放电特性进行了研究，对放电参数、等 离子体电抗、系统的寄生电抗以及功率利用效率等进行了测量分析。建立了用 于分析表征系统寄生电抗的四参数等效电路模型，并给出了求解模型参数的线 性拟合方法。结合对p e c v d 系统的电气连接与腔室物理结构的详细分析，指出 寄生电抗对v h f p e c v d 系统性能具有显著影响，其来源包括腔室内的气盒、 电极等引入的寄生电容、寄生电感，以及馈入电缆等引入寄生电容；而后者是 不可忽略的。对系统各部分功率损耗进行的测量表明：真正用于等离子体辉光 的功率只占到电源输出功率的1 0 以下；原因是较大的寄生电容导致了寄生电 抗与匹配器功率损耗过多。为此，设计了新的气盒结构，有效降低了寄生电容， 大幅提高了等离子体功率耦合效率，最高效率超过6 0 。 通过测量与分析放电电压与放电电流的关系，发现等离子体能量耦合效率 与具体放电模式相关。在高电极电压下，放电从q 模式转变到丫模式，耦合效率 得以提高。放电模式的改变还带来了硅烷分解率的区别。在y 模式下，硅烷分解 更充分。在薄膜沉积中，可通过调整工艺参数，改变放电模式，使尽可能多的 功率用于辉光放电，提高薄膜沉积速率上限。而放电模式的转变可通过监测等 离子体的电抗特性加以判断。这种方法直观且易于施行，对提高反应气源的利 用率以及系统的能量效率，改善薄膜沉积工艺，具有一定的指导意义。 3 、对辉光放电等离子体瞬态过程中的放电参数与气体分布进行了测量。辉 光等离子体的电抗幅值与相位受反应气压与硅烷浓度的影响较大，辉光过程中 由于工艺条件的漂移或者气体浓度的变化，将不可避免地导致等离子体电抗特 性的不断变化。实时监测发现：在起辉的瞬间，等离子体区的硅烷发生局部耗 尽。在辉光的初期，无反应空间内的硅烷向等离子体反应区反向扩散，导致此 过程硅烷浓度不稳定。在此过程中放电电压、电流等等离子体放电参数也对应 的发生较明显的瞬态变化。根据不同的气压、硅烷浓度、辉光功率等条件，该 过程可能持续几秒到几分钟。达到稳定所需的时间随功率增加、气压降低以及 气体流量提高而缩短；这说明：辉光开始阶段的不稳定过程是由放电参数与气 体分布状态的相互影响导致的。因此，可通过实时测量宏观放电参数，间接监 测等离子体内部的微观状态，提高工艺过程的可控性以及重复性。 在此观察实测的基础上提出：采用后通硅烷法，以解决辉光初期的硅烷浓 度不稳定问题。采用后通硅烷法时，硅烷通入相对于辉光开始的时间差，对辉 i i 摘要 光过程中的硅烷浓度以及放电参数的变化趋势有明显影响。基于此，监测硅烷 浓度以及放电参数皆可较方便可靠的优化时间差参数。通过优化，使辉光初期 的硅烷浓度有序变化，从而控制微晶硅薄膜的生长初期状态，进而改善了微晶 硅薄膜的纵向结构以及电池的性能。 关键词：硅基薄膜；等离子体增强化学气相沉积；等离子体诊断；朗缪尔探针； 电压电流探针；四极杆质谱仪 摘要 i v a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o l a re e l lt e c h n o l o g y , i ti s a l lu 唱e n tr e q u i r e m e n t t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fs i l i c o n b a s e dt h i nf i l mm a t e r i a l sa n d s o l a rc e l l sw i t h r e d u c e dc o s t t h et e c h n o l o g yo fp l a s m ae n h a n c e dc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( p e c v d li sc o m m o n l yu s e di ns i l i c o nt h i nf i l ms o l a rc e l lr e s e a r c ha n dp r o d u c t i o n l i n e t h e r e f o r em a s t e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp l a s m ai n - d e p t h i st h ek e yt o u n d e r s t a n dt h em e c h a n i s mo ft h i nf i l mg r o w t h ，w h i c hi st h ef u n d a m e n t a lt op r e p a r e h i g h p e r f o r m a n c es i l i c o n b a s e dt h i nf i l mm a t e r i a l sa n ds o l a rc e l l s s os e v e r a lp l a s m a d i a g n o s t i ct e c h n i q u e si nt h i st h e s i sw o r eu s e dt om e a s u r ea n da n a l y z e b o t ht h em i c r o a n dt h em a c r o d i s c h a r g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dg a sc o m p o s i t i o no fp l a s m ae x c i t e db y v e r yh i g hf r e q u e n c ys i g n a l ，w h i c hi su s e df o rh i g h - r a t ed e p o s i t i o no f s i l i c o nt h i nf i l m p r o c e s s ，t oe x p l o r et h ep r o c e s sp a r a m e t e r se f f e c t s o nt h er e g u l a t i o no fp l a s m a c h 踟? a c t e r i s t i c sa n di t sm e c h a n i s m t h i sw o r kh e l p su n d e r s t a n d t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ep r o c e s sc o n d i t i o n sa n dt h em a t e r i a lp r o p e r t i e s ，a n dw o u l db eb e n e f i c i a l t ot h eg r o w t ho fh i g hp e r f o r m a n c es i l i c o nt h i nf i l mm a t e r i a la n ds o l a rc e l l s p e c i f i c r e s e a r c ha n di n n o v a t i o no ft h i st h e s i si sa sf o l l o w s ： 1 ，t h ep r o p e r t i e so fd e p o s i t e df i l m sa l ec l o s e l yr e l a t e dt o t h ei o n sa n dn e u t r a l r a d i c a l sd e c o m p o s e df r o mg a sm o l e c u l eu n d e ri m p a c tw i t he l e c t r o n s t h e r e f o r e ，t h e e l e c t r o nt e m p e r a t u r e ，e l e c t r o nd e n s i t y , i o nd e n s i t ya n dt h ep l a s m ap o t e n t i a lw e r e m e a s u r e da n da n a l y z e du n d e rv a r yp r o c e s sc o n d i t i o n s ，i no r d e rt os t u d yt h ee n e r g y a n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o no fe l e c t r o n sa n di o n si np l a s m a w ef o u n dt h a tt h ep l a s m ai o n s p e c i e sc h a n g e sw i t hs i l a n ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n ，l e a d i n gt os i g n i f i c a n tc h a n g e so f e l e c t r o nt e m p e r a t u r e ，e l e c t r o nd e n s i t ya n dp l a s m ap o t e n t i a l w h i l e t h ee l e c t r o n t e m p e r a t u r ea n de l e c t r o nd e n s i t yr e a c hap e a ka tt h ec e r t a i ns i l a n ec o n c e n t r a t i o n ，t h e p l a s m ap o t e n t i a lc h a n g e sa li t t l ew i t hs il a n ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n p l a s m ap o t e n t i a l i si n c r e a s e dw i t hm o r ed i s c h a r g e dp o w e ro rh i g h e rr e a c t i o np r e s s u r e a n dt o t a lg a s f l o wr a t ea f f e c t sal o to nt h ep l a s m ap a r a m e t e rd i s t r i b u t i o n a tt h ec e n t e ro fr e a c t i o n r e g i o n ，f l o wr a t ee f f e c t o nt h ee l e c t r o nd e n s i t ya n de l e c t r o nt e m p e r a t u r e i sn o t o b v i o u s ；a tt h ee d g eo ft h ee l e c t r o d e ，t h ef l o wr a t ei n c r e a s e s ，t h ee l e c t r o nd e n s i t y v p， a b s t r a c t r e d u c e s a tl o w e rf l o wr a t ec o n d i t i o n s ，t h ee l e c t r o nt e m p e r a t u r ei se a s i e rt oa c h i e v e u n i f o r md i s t r i b u t i o n i o ne n e r g yi sd e c i d e db yp l a s m ap o t e n t i a l ，s or e a l - t i m eo s c i l l a t i o nw a v e f o r mo f t h es i l a n ep l a s m ap o t e n t i a li sm e a s u r e di nt h i st h e s i su s i n ge l e c t r i c a lp r o b e sf o r t h e f i r s tt i m e ，a n dw ef o u n di n h y d r o g e np l a s m a ，t h ep l a s m ap o t e n t i a lo s c i l l a t i o n a m p l i t u d ei sa b o u td o z e n so fm i l l i v o l t s w h e nm i x e dw i t hs i l a n eg a s ，t h ep l a s m a p o t e n t i a lo s c i l l a t i o na m p l i t u d ei ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，a n dp e r i o da n da m p l i t u d eo f t h eo s c i ll a t i o n si sc o n t r o l l e db yt h es i l a n ec o n c e n t r a t i o n t h eo s c i l l a t i o np e r i o do ft h e m i n i m u mi sg o ta tc e r t a i ns i l a n ec o n c e n t r a t i o n d i f f e r e n ts i l a n ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e i o n sd i s t r i b u t i o ni nk i n d sa n dd e n s i t y , r e s u l t i n gi nt h ec h a n g eo fo s c i l l a t i o nw a v e f o r m i nh a r m o n i cc o n t e n ts i g n i f i c a n t l y , s i n c ei o n sw i t hd i f f e r e n tm a s sa c td i f f e r e n t l yt ot h e e l e c t r i cf i e l do fp l a s m aa n de l e c t r i cf i e l dn e a rt h ep r o b et i ps u r f a c e p r o v i d e dw i t h s u i t a b l ei o n sc o l l e c t i o nm o d e l ，a n db yf i t t i n gt h eo s c i l l a t i o nw a v e f o r m ，i o n i cs p e c i e s a n dd e n s i t ym a y b ec a l c u l a t e dq u a n t i t i v e l y , w h i c hm a yb eo n en e wm e t h o dt om e a s u r e i o n s 2 ，m a c r o s c o p i cp r o p e r t i e si nh i g hp r e s s u r eg l o wd i s c h a r g ep l a s m aw e r es t u d i e d t h ed i s c h a r g ep a r a m e t e r s ，p l a s m ai m p e d a n c e ，s y s t e mo fap a r a s i t i ci m p e d a n c ea n d p o w e r u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y w e r em e a s u r e da n d a n a l y z e d w e e s t a b l i s h e d f o u r - p a r a m e t e re q u i v a l e n tc i r c u i tm o d e lt oc h a r a c t e r i z et h ep a r a s i t i ci m p e d a n c e ，a n d t h em e t h o dt os o l v em o d e lp a r a m e t e rw a sg i v e n b a s e do nt h ea n a l y s i st ot h e e l e c t r i c a lc o n n e c t i o na n dt h ep h y s i c a ls t r u c t u r eo fc h a m b e r , w ep o i n t e do u tt h a t p a r a s i t i ci m p e d a n c eh a sas i g n i f i c a n ti m p a c t i o no nt h ep e r f o r m a n c eo fv h f - p e c v d s y s t e m ，a n dt h ep a r a s i t i ci m p e d a n c ec o n s i s t so ft h ep a r a s i t i cc a p a c i t a n c ef r o m c h a m b e r g a sb o x ，t h ep a r a s i t i ci n d u c t a n c ef r o me l e c t r o d e s ，a n dt h ep a r a s i t i c c a p a c i t a n c ef r o mt h ep o w e rf e e d i n gc a b l e ，w h i l et h el a a e rc a n n o tb ei g n o r e d p o w e r c o n s u m i n gm e a s u r e m e n ts h o w st h a tt h er e a lp o w e rc o u p l e dt og l o wd i s c h a r g e a c c o u n tf o ro n l yl e s st h a n10 ，w h i l em o s to ft h er e s tp o w e r o u t p u tf r o mt h ev h f p o w e rs u p p l yw a sw a s t e db ym a t c h i n gn e t w o r ka n dp a r a s i t i ci m p e d a n c e o n en e w g a sd i s t r i b u t i o nb o xw i t he f f e c t i v e l yr e d u c e dp a r a s i t i cc a p a c i t a n c ew a sd e s i g n e d ； w hi c hs u b s t a n t i a l l yi n c r e a s e dt h ep l a s m ap o w e rc o u p l i n ge f f i c i e n c ya n dt h eh i 【g h e s t v a l u eo fo v e r7 0 v 1 a b s t r a c t b ym e a s u r i n ga n da n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i s c h a r g ev o l t a g ea n d d i s c h a r g ec u r r e n t ，w ef o u n dt h a tt h ep l a s m ae n e r g yc o u p l i n ge f f i c i e n c yi sr e l a t e dt o s p e c i f i cd i s c h a r g em o d e s h i g he l e c t r o d ev o l t a g e l e a d st ot h ei m p r o v e m e n to f c o u p l i n ge f f i c i e n c yb yt h et r a n s i t i o no fd i s c h a r g em o d ef r o mat o 丫t h ev a r i a t i o no f d i s c h a r g em o d e sa l s ob r o u g h tt h ed i f f e r e n to fs i l a n ed e c o m p o s i t i o nr a t e ，a n dm o r e s i l a n ew a sd e c o m p o s e db y 丫d i s c h a r g e d u r i n gt h ef i l md e p o s i t i o n ，b ya d j u s t i n gt h e p r o c e s sc o n d i t i o n s ，c h a n g e si nd i s c h a r g em o d e ，l e a d i n gt om o r ep o w e rc o u p l e di n t o g l o w i n gp l a s m a ，w h i c hi m p r o v e su p p e rl i m i to ft h i nf i l md e p o s i t i o nr a t e a n dt h e d i s c h a r g em o d et r a n s i t i o nc a l lb ef o u n db ym o n i t o r i n gp l a s m ai m p e d a n c e ，w h i c hi s i n t u i t i v ea n de a s yt ob ei m p l e m e n t e d ，w i t hs o m ei n s t r u c t i v es i g n i f i c a n c et oi m p r o v e t h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fr e a c t i o ng a sa n dt h ee n e r g ye f f i c i e n c yo ft h es y s t e m ，t h e r e f o r e t oi m p r o v et h ef i l md e p o s i t i o np r o c e s s 3 ，t h et r a n s i e n tp a r a m e t e r sa n dg a sd i s t r i b u t i o no ft h eg l o wd i s c h a r g ep l a s m a w e r em e a s u r e d w ef o u n dt h a tt h ei m p e d a n c ew a si n f l u e n c e dm a i n l yb yr e a c t i o n p r e s s u r ea n ds i l a n ec o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ed r i ro ft h ep r o c e s sc o n d i t i o n so rt h e c h a n g eo fg a sc o n c e n t r a t i o n si nt h eg l o wp r o c e s sw i l li n e v i t a b l yl e a d1 0t h ec h a n g i n g c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep l a s m a t h r o u g hr e a l - t i m em e a s u r e m e n t ，w ef o u n dt h a tt h e s i l a n ei nt h ep l a s m ar e g i o nl o c a l l yd e p l e t e di n s t a n t a n e o u s l ya r e rt h ed i s c h a r g e i nt h e i n i t i a ls t a g eo fg l o w , s i l a n eo u to ft h ep l a s m ar e g i o ns t a r t e dt od i f f u s er e v e r s e l yt o t a k ep a r ti nr e a c t i o n ，r e s u l t i n gi nt h ei n s t a b i l i t yo ft h es i l a n ec o n c e n t r a t i o nd u r i n gt h i s p r o c e s s i nt h i sp r o c e s s ，a c c o m p a n i e dw i t ht h ei n s t a b i l i t yo ft h eg l o wd i s c h a r g e p a r a m e t e r s ，m e a n w h i l ed i s c h a r g ev o l t a g ea n dc u r r e n th a sa l s ou n d e r w e n tam o r e s e v e r et r a n s i e n tc h a n g e d e p e n d i n go nt h ed i f f e r e n tp r e s s u r e ，s i l a n ec o n c e n t r a t i o n ， d i s c h a r g ep o w e ra n do t h e rp a r a m e t e r s ，t h ep r o c e s sm a y l a s tf r o maf e ws e c o n d st oa f e wm i n u t e s t h et i m er e q u i r e dt or e a c ht h es t a b l es t a t u ss h o r t e n e dw i t ht h ei n c r e a s e s o ft h ep o w e r t h ed e c r e a s e so fp r e s s u r ea sw e l la st h ei n c r e a s eo fg a sf l o wr a t e ；t h i s s h o w e dt h a tt h ei n s t a b i l i t yo fi n i t i a lg l o wi sar e s u l to ft h em u t u a li n f l u e n c eo ft h e d i s c h a r g ep a r a m e t e r s a n d g a sd i s t r i b u t i o n ，w h i c h m e a n st h r o u g hr e a l - t i m e m e a s u r e m e n to fm a c r o s c o p i cd i s c h a r g ep a r a m e t e r s ，o n ec a ni n d i r e c t l ym o n i t o r p l a s m ai n t e r n a lm i c r o s c o p i cs t a t e ，b yw h i c ht oi m p r o v et h er e p e a t a b i li t yo ft h e p r o c e s s v i i a b s 廿a c t d e l a y e ds i l a n ef e e d i n gm e t h o di sp r o p o s e do nt h eb a s i so f t h ea b o v eo b s e r v a t i o n a n da n a l y s i s ，i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fs i l a n ec o n c e n t r a t i o ni n s t a b i l i t ya tt h e i n i t i a lg l o w t h et i m ed i f f e r e n c eo fd e l a y e ds i l a n ef e e d i n gm e t h o d ，w h i c hi sb e t w e e n t h es i l a n ei n p u tt i c ka n dd i s c h a r g es t a r t i n gp o i n t , h a das i g n i f i c a n te f f e c to nt h es i l a n e c o n c e n t r a t i o na n dt h et r e n do ft h ed i s c h a r g ep a r a m e t e r so ft h ew h o l eg l o wp r o c e s s b a s e do nt h i s ，i ts h o u l db ec o n v e n i e n ta n dr e l i a b l et oo p t i m i z et h et i m ed i f f e r e n c eb y m o n i t o r i n ge i t h e r t h es i l a n ec o n c e n t r a t i o no rt h e d i s c h a r g ep a r a m e t e r s a f t e r o p t i m i z a t i o n ，b yv a r y i n gt h ei n i t i a ls i l a n ec o n c e n t r a t i o ni no r d e r , t h eg r o w t ho fi n i t i a l s t a t eo fm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o nf i l mh a sb e e nc o n t r o l l e d ，a n dt h e nt h es t r u c t u r a l h o m o g e n o u so ft h em i c r o c r y s t a l l i n e s i l i c o nt h i nf i l m sa sw e l la st h eo v e r a l l p e r f o r m a n c eh a sb e e ni m p r o v e d k e yw o r d s ：s i l i c o nb a s e dt h i nf i l m ；p l a s m ae n h a n c e dc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ； p l a s m ad i a g n o s t i c s ；l a n g m u i rp r o b e ；c u r r e n t - v o l m g ep r o b e ；q u a d r u p l e m a s s s p e c t r o m e t r y 图表目录 图1 - l 图1 2 图2 1 图 图 图 图 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 1 6 图2 1 7 图2 1 8 图2 1 9 图2 2 0 图 图 图 图 图目录 e c o f y s 能源发展蓝图2 硅基薄膜沉积反应示意图3 射频等离子体基本模型9 系统实物照片1 1 v h f p e c v d 在线监测系统示意图1 2 理想的i - g 曲线1 3 两种基本的探针电路配置1 4 h i d e n 公司e s p i o n 系统中所用的针尖部件1 4 朗缪尔探针的结构示意图1 5 吸收半径示意图1 7 两个振荡周期的等离子体电势波形2 0 0 5t o r r 气压下氢气等离子体电势的振荡波形2 0 探针静置时的偏置电压k 蛔对测量的影响2 2 扫描步长对测量结果的影响2 3 电压一电流探针测量等离子体电特性的系统配置2 4 电压电流探针工作原理示意图2 4 旁路电路的方法抵消寄生电流，测量得到实际的放电电流2 5 等效电路模型的变换得到实际的放电电压与放电电流2 6 质谱仪系统组成框图2 8 两种气体采样途径2 8 离子源的工作原理示意图2 9 四极杆质量分析器2 9 硅烷浓度对电子温度电子密度与离子密度的影响3 3 氢稀释比对电子温度的影响3 7 硅烷浓度对非晶硅薄膜材料的沉积速率与光敏性的影响3 8 硅烷浓度对非晶硅薄膜拉曼谱的影响3 9 图表目录 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 图4 图5 图5 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 l 2 硅烷浓度为1 6 的非晶硅薄膜的拉曼谱以及拟合结果4 0 等离子体电势测量系统示意图4 2 测量时的电极结构以及对应的非对称放电的分压器模型4 3 电极结构示意图4 4 不同气压时等离子体电势的分布4 5 不同硅烷流量时等离子体电势的震荡波形4 7 硅烷浓度对等离子体电势以及振荡幅度的影响4 8 电子温度径向分布受流量的影响5 0 气体总流量对离子密度在平行于电极表面方向分布的影响5 l 不同气体总流量时等离子体电势在平行于电极表面方向上的分布5 2 c c p p e c v d 真空腔室的特征5 7 平行板电极v h f - p e c v d 系统等效电路图5 9 模型计算的系统电抗与实测值对比6 1 不同反应气压下系统电抗与等离子体电抗对比6 3 电极改造前系统各部分消耗功率之比例6 7 改造后的电极结构示意图6 9 电极结构改进后寄生电抗消耗功率与电极电压的关系7 0 电极改进后不同气压时的功率耦合效率7 1 7 t o r r 时等离子体电抗、放电电流流与电压的关系曲线7 3 不同气压下放电电流与电抗随电压的变化曲线7 6 气压对放电特性的影响7 7 硅烷浓度对等离子体电抗的影响7 8 质谱仪采样管位置示意图8 2 不同硅烷浓度下测量到的硅烷分压以及计算得到的硅烷分解率8 3 硅烷的绝对消耗量以及沉积速率随硅烷浓度的变化8 4 功率对硅烷分解率以及沉积速率的影响8 5 反应气压对硅烷利用率的影响8 6 不同功率条件下的对硅烷利用效率的影响8 8 等离子体放电参数的瞬态变化对比9 0 l 图表目录 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 1 1 图5 1 2 图5 1 3 图5 1 4 图5 1 5 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 图5 1 9 图5 2 0 图5 2 1 图5 2 2 图5 2 3 图5 2 4 图5 2 5 图5 2 6 图5 2 7 图5 2 8 常规混气时辉光瞬时放电电压与电流的变化9 2 放电初始阶段放电参数与等离子体电抗的瞬态变化9 3 同时混气方法中辉光后硅烷浓度随时间的变化9 5 瞬态耗尽模型中硅烷耗尽度随时间的变化的示意图9 6 两种功率情况下气体分布状态9 8 不同硅烷通入时间对硅烷浓度变化的影响9 9 不同气压与流量下硅烷浓度随时间的变化情况i 0 0 辉光前后s i l l 。的变化情况1 0 l p 层以及过渡层沉积过程中的c h 4 与s i 地的变化情况1 0 2 非晶本征层沉积过程1 0 2 n 层沉积过程中s i h 。与p 心的变化情况1 0 3 不同混气时间时硅烷浓度的变化情况1 0 5 不同延迟时间对薄膜结构特性的影响1 0 6 纯氢气等离子体通入硅烷前后的s i l l 3 的变化情况1 0 6 气体总流量为5 0s c c m 时的硅基薄膜的微拉曼谱1 0 9 气体总流量为1 5 0s c c m 时的硅基薄膜的微拉曼谱1 0 9 气体总流量为3 0 0s c c m 时的硅基薄膜的微拉曼谱1 0 9 气体总流量为6 0 0s c c m 时的硅基薄膜的微拉曼谱1 0 9 气体总流量对微晶硅薄膜孵化层厚的的影响1 1 0 不同方法沉积薄膜的拉曼谱对比1 1 1 辉光过程中等离子体电抗变化情况对比1 1 3 x i l