利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积

苏元军; 徐军; 朱明; 范鹏辉; 董闯

doi:10.7498/aps.61.028104

摘要

本文报道了利用电感耦合等离子体辅助中频直流脉冲磁控溅射在温度300 ℃ 以下沉积氢化多晶硅薄膜的制备方法. 利用拉曼散射、X射线衍射、透射电子衍射和傅里叶红外光谱对多晶硅薄膜进行了表征. 详细研究了氢气在沉积过程中所起的作用, 并结合Langmuir探针和发射光谱等等离子体诊断方法, 对辅助等离子体源在多晶硅薄膜制备过程中所起到的作用进行了讨论.

关键词:

Hydrogenated poly-crystalline silicon thin films are deposited by inductively coupled plasma assisted pulsed dc twin magnetron sputtering at a temperature below 300 ℃. The samples are characterized by X-ray diffraction, Raman scattering, transmission electron microscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. The relationship between hydrogen dilution ratio and the characteristic of thin film is studied systematically. The mechanism of crystallization is discussed on the basis of the results of diagnosis of plasma by Langmuir probe and optical emission spectra.

Keywords:

作者及机构信息

1.
大连理工大学三束表面改性教育部重点实验室, 大连 116024;

2.
日新电机-大连理工大学联合研发中心, 大连 116024

基金项目: 教育部科技创新工程重大项目培育资金项目(批准号: 707015)和辽宁省高等学校创新团队支持计划资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Materials Modification by Laser, Ion and Electron Beams, Dalian University of Technology, Ministry of Education, Dalian 116024 China;

2.
Nissin Electric-Dalian University of Technology Joint R&D Center, Dalian 116024 China

Funds: Project supported by the Cultivation Fund of the Key Scientific and Technical Innovation Project, Ministry of Education of China (Grant No. 707015), and the University Innovative Research Team Project of Liaoning Province.

参考文献

[1]	Takahashi E, Nishigami Y, Tomyo A, Fujiwara M, Kaki H, Kubota K, Hayashi T, Ogata K, Ebe A, Setsuhara Y 2007 Jpn. J. Appl. Phys. 46 1280
[2]	Brinza M, Rath J K, Schropp R E I 2010 Phys. Status Solidi C 7 1093
[3]	Wang L J, Zhu M F, Liu F Z, Liu J L, Han Y Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 2934 (in Chinese) [汪六九, 朱美芳, 刘丰珍, 刘金龙, 韩一琴 2003 52 2934]
[4]	Yu W,Meng L H, Yuan J, Lu H J,Wu S J, Fu G S 2010 Sci. China Phys. Mech. Astron. 53 807
[5]	Viera G, Huet S, Boufendi L 2001 J. Appl. Phys. 90 4175
[6]	Cheng Q J, Xu S Y, Huang S Y, Ostrikov K 2009 Cryst. Growth Des. 9 2863
[7]	Shirai H, Saito T, Li Y, Matsui.H 2007 J. Appl. Phys. 101 33531
[8]	Morales M, Leconte Y, Rizk R, Chateigner D 2004 J. Appl. Phys. 97 34307
[9]	Lucovsky G, Nemanich R J, Knights J C 1979 Phys. Rev. B 19 2064
[10]	Sidhu L S, Kosteski T, Zukotynski S 1999 J. Appl. Phys. 85 2574
[11]	Maley N 1992 Phys. Rev. B 46 2078
[12]	Luo Z, Lin X Y, Lin S H, Yu C Y, Lin K X, Yu Y P, Tan WF 2003 Acta Phys. Sin. 52 169 (in Chinese) [罗志, 林璇英, 林舜辉, 余楚迎, 林揆训, 余云鹏, 谭伟丰 2003 52 169]
[13]	Langford A A, Fleet M L, Nelson B P, Lanford W A, Maley N 1992 Phys. Rev. B 45 13367
[14]	He B, Chen, G H, Zhu X H, Zhang W L, Ding Y, Ma Z J, Gao Z H, Song X M, Deng J X 2006 Chin. Phys. 15 866
[15]	Watanabe S 2000 J. Chem. Phys. 113 2423
[16]	Higashi G S, Chabal Y J, Trucks GW, Raghavachari K 1990 Appl. Phys. Lett. 56 656
[17]	Smets A H M, Kessels WM M, van de Sanden M CM 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1547
[18]	Touir H, Zellama K, Morhange J F 1999 Phys. Rev. B 59 10067
[19]	Messier R 2008 Journal of Nanophotonics 2 21995
[20]	Thornton J A 1986 J. Vac. Sci. Technol. A 4 3059
[21]	Mullerova J, Sutta P, van Elzakker G, Zeman M, Mikula M 2008 Appl. Surf. Sci. 254 3690
[22]	Chen Y S, Xu Y H, Gu J H, Lu J X, Yang S E, Gao X Y 2010 Chin. Phys. B 19 87206
[23]	Sriraman S, Agarwal S, Aydil E S, Maroudas D 2002 Nature 418 62
[24]	Abelson J R 1993 Appl. Phys. A 56 493
[25]	Bharathi P, Suraj K S, Prahlad V, Mukherjee S, Vasu P 2009 Physics of Plasmas 16 53504
[26]	Tatarova E, Dias F M, Puac N, Ferreira C M 2007 Plasma Source Sci. Technol. 16 52
[27]	Ryan K R, Graham I G 1973 J. Chem. Phys. 59 4260
[28]	Bogaerts A, Gijbels R 2002 Phys. Rev. E 65 56402
[29]	Ding W Y, Xu J, Li Y Q, Piao Y, Gao P, Deng X L, Dong C 2006 Acta Phys. Sin. 55 1363 (in Chinese) [丁万昱, 徐军, 李艳琴, 朴勇, 高鹏, 邓新绿, 董闯 2006 55 1363]
[30]	Gerbi J E, Abelson J R 2007 J. Appl. Phys. 101 63508
[31]	Lebib S, Roca i Cabarrocas P 2005 J. Appl. Phys. 97 104334
[32]	Matsuda A 1999 Thin Solid Films 337 1
[33]	Robertson J 2003 J. Appl. Phys. 93 731
[34]	Fedders P A 2000 Phys. Rev. B 61 15797
[35]	Yang Y H, Katiyar, Feng F G, Maley N, Abelson J R 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1769

施引文献

[1]	Takahashi E, Nishigami Y, Tomyo A, Fujiwara M, Kaki H, Kubota K, Hayashi T, Ogata K, Ebe A, Setsuhara Y 2007 Jpn. J. Appl. Phys. 46 1280
[2]	Brinza M, Rath J K, Schropp R E I 2010 Phys. Status Solidi C 7 1093
[3]	Wang L J, Zhu M F, Liu F Z, Liu J L, Han Y Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 2934 (in Chinese) [汪六九, 朱美芳, 刘丰珍, 刘金龙, 韩一琴 2003 52 2934]
[4]	Yu W,Meng L H, Yuan J, Lu H J,Wu S J, Fu G S 2010 Sci. China Phys. Mech. Astron. 53 807
[5]	Viera G, Huet S, Boufendi L 2001 J. Appl. Phys. 90 4175
[6]	Cheng Q J, Xu S Y, Huang S Y, Ostrikov K 2009 Cryst. Growth Des. 9 2863
[7]	Shirai H, Saito T, Li Y, Matsui.H 2007 J. Appl. Phys. 101 33531
[8]	Morales M, Leconte Y, Rizk R, Chateigner D 2004 J. Appl. Phys. 97 34307
[9]	Lucovsky G, Nemanich R J, Knights J C 1979 Phys. Rev. B 19 2064
[10]	Sidhu L S, Kosteski T, Zukotynski S 1999 J. Appl. Phys. 85 2574
[11]	Maley N 1992 Phys. Rev. B 46 2078
[12]	Luo Z, Lin X Y, Lin S H, Yu C Y, Lin K X, Yu Y P, Tan WF 2003 Acta Phys. Sin. 52 169 (in Chinese) [罗志, 林璇英, 林舜辉, 余楚迎, 林揆训, 余云鹏, 谭伟丰 2003 52 169]
[13]	Langford A A, Fleet M L, Nelson B P, Lanford W A, Maley N 1992 Phys. Rev. B 45 13367
[14]	He B, Chen, G H, Zhu X H, Zhang W L, Ding Y, Ma Z J, Gao Z H, Song X M, Deng J X 2006 Chin. Phys. 15 866
[15]	Watanabe S 2000 J. Chem. Phys. 113 2423
[16]	Higashi G S, Chabal Y J, Trucks GW, Raghavachari K 1990 Appl. Phys. Lett. 56 656
[17]	Smets A H M, Kessels WM M, van de Sanden M CM 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1547
[18]	Touir H, Zellama K, Morhange J F 1999 Phys. Rev. B 59 10067
[19]	Messier R 2008 Journal of Nanophotonics 2 21995
[20]	Thornton J A 1986 J. Vac. Sci. Technol. A 4 3059
[21]	Mullerova J, Sutta P, van Elzakker G, Zeman M, Mikula M 2008 Appl. Surf. Sci. 254 3690
[22]	Chen Y S, Xu Y H, Gu J H, Lu J X, Yang S E, Gao X Y 2010 Chin. Phys. B 19 87206
[23]	Sriraman S, Agarwal S, Aydil E S, Maroudas D 2002 Nature 418 62
[24]	Abelson J R 1993 Appl. Phys. A 56 493
[25]	Bharathi P, Suraj K S, Prahlad V, Mukherjee S, Vasu P 2009 Physics of Plasmas 16 53504
[26]	Tatarova E, Dias F M, Puac N, Ferreira C M 2007 Plasma Source Sci. Technol. 16 52
[27]	Ryan K R, Graham I G 1973 J. Chem. Phys. 59 4260
[28]	Bogaerts A, Gijbels R 2002 Phys. Rev. E 65 56402
[29]	Ding W Y, Xu J, Li Y Q, Piao Y, Gao P, Deng X L, Dong C 2006 Acta Phys. Sin. 55 1363 (in Chinese) [丁万昱, 徐军, 李艳琴, 朴勇, 高鹏, 邓新绿, 董闯 2006 55 1363]
[30]	Gerbi J E, Abelson J R 2007 J. Appl. Phys. 101 63508
[31]	Lebib S, Roca i Cabarrocas P 2005 J. Appl. Phys. 97 104334
[32]	Matsuda A 1999 Thin Solid Films 337 1
[33]	Robertson J 2003 J. Appl. Phys. 93 731
[34]	Fedders P A 2000 Phys. Rev. B 61 15797
[35]	Yang Y H, Katiyar, Feng F G, Maley N, Abelson J R 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1769

[1]	陈明, 周细应, 毛秀娟, 邵佳佳, 杨国良. 外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究. , 2014, 63(9): 098103. doi: 10.7498/aps.63.098103
[2]	佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞. 磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析. , 2013, 62(20): 208102. doi: 10.7498/aps.62.208102
[3]	张传军, 邬云骅, 曹鸿, 高艳卿, 赵守仁, 王善力, 褚君浩. 不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响. , 2013, 62(15): 158107. doi: 10.7498/aps.62.158107
[4]	江强, 毛秀娟, 周细应, 苌文龙, 邵佳佳, 陈明. 外加磁场对磁控溅射制备氮化硅陷光薄膜的影响. , 2013, 62(11): 118103. doi: 10.7498/aps.62.118103
[5]	杨铎, 钟宁, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能. , 2013, 62(3): 036801. doi: 10.7498/aps.62.036801
[6]	丁万昱, 王华林, 巨东英, 柴卫平. O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响. , 2011, 60(2): 028105. doi: 10.7498/aps.60.028105
[7]	李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. , 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
[8]	曹月华, 狄国庆. 磁控溅射制备Y2O3-TiO2薄膜形貌的研究. , 2011, 60(3): 037702. doi: 10.7498/aps.60.037702
[9]	牟宗信, 牟晓东, 贾莉, 王春, 董闯. 非平衡磁控溅射双势阱静电波动及其共振耦合. , 2010, 59(10): 7164-7169. doi: 10.7498/aps.59.7164
[10]	丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯. 微波ECR磁控溅射制备SiNx薄膜的XPS结构研究. , 2009, 58(6): 4109-4116. doi: 10.7498/aps.58.4109
[11]	刘峰, 孟月东, 任兆杏, 舒兴胜. 感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究. , 2008, 57(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.57.1796
[12]	于全芝, 李玉同, 蒋小华, 刘永刚, 王哲斌, 董全力, 刘峰, 张喆, 黄丽珍, C. Danson, D. Pepler, 丁永坤, 傅世年, 张杰. 激光等离子体的电子温度对Thomson散射离子声波双峰的影响. , 2007, 56(1): 359-365. doi: 10.7498/aps.56.359
[13]	张辉, 刘应书, 刘文海, 王宝义, 魏龙. 基片温度与氧分压对磁控溅射制备氧化钒薄膜的影响. , 2007, 56(12): 7255-7261. doi: 10.7498/aps.56.7255
[14]	刘志文, 谷建峰, 孙成伟, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学研究. , 2006, 55(4): 1965-1973. doi: 10.7498/aps.55.1965
[15]	丁万昱, 徐军, 李艳琴, 朴勇, 高鹏, 邓新绿, 董闯. 微波ECR等离子体增强磁控溅射制备SiNx薄膜及其性能分析. , 2006, 55(3): 1363-1368. doi: 10.7498/aps.55.1363
[16]	牟宗信, 李国卿, 秦福文, 黄开玉, 车德良. 非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型. , 2005, 54(3): 1378-1384. doi: 10.7498/aps.54.1378
[17]	周小莉, 杜丕一. 磁控溅射法制备的CaCu3Ti4O12薄膜. , 2005, 54(4): 1809-1813. doi: 10.7498/aps.54.1809
[18]	谢大弢, 赵夔, 王莉芳, 朱凤, 全胜文, 孟铁军, 张保澄, 陈佳洱. 用磁控溅射和真空硒化退火方法制备高质量的铜铟硒多晶薄膜. , 2002, 51(6): 1377-1382. doi: 10.7498/aps.51.1377
[19]	马平, 刘乐园, 张升原, 王昕, 谢飞翔, 邓鹏, 聂瑞娟, 王守证, 戴远东, 王福仁. 直流磁控溅射一步法原位制备MgB2超导薄膜. , 2002, 51(2): 406-409. doi: 10.7498/aps.51.406
[20]	张纪才, 戴伦, 秦国刚, 应丽贞, 赵新生. 离子注入GaN的拉曼散射研究. , 2002, 51(3): 629-634. doi: 10.7498/aps.51.629

计量

文章访问数: 7461
PDF下载量: 674
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板