RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor D

RF Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (RF-PECVD) at 13.56 MHz
Posted on August, 08 in COMPUTATION OF SERIES-CONNECTED DEVICE PERFORMANCE
The growth of a-Si and nc-Si by PECVD is a complex process determined by the following factors: plasma properties such as electron density and energy distribution; gas phase reaction chemistry; precursor transport to the growth surface; and surface reactions. Figure 12.10 shows a schematic of a typical RF PECVD chamber and related parts. A silicon-containing gas such as a mixture of SiH4 and H2 flows into a vacuum chamber that is evacuated by a pump. Power from an external RF supply is applied between two electrode plates installed inside; sometimes one is grounded. For a given RF voltage across the plates, there is usually a range of gas pressures for which plasmas occur. The plasma excites and decomposes the gas and generates radicals and ions in the chamber. Substrates may be mounted on one or both of the electrodes, and thin hydrogenated silicon films grow on the substrates as these radicals diffuse into them. The substrates are heated (150-300 °C)

Table 12.1 Various deposition processes used for depositing amorphous silicon-based materials

Processes

Maximum ratea [A/s]

Advantages

Disadvantages

Manufacturers

Reference

RF PECVD

3

High quality, uniform

Slow

Many

[77-79]

DC PECVD

3

High quality, uniform

Slow

BP Solar

[66, 67]

VHF PECVD

20

High quality, fast especially for nc-Si

Poor uniformity

Oerlikon Solar, Sharp

[68, 94]

Microwave

PECVD

100

Very fast

Film quality not as good

Canon

[70]

Hot-wire

50

Very fast

Poor uniformity

None

[71, 72]

Photo-CVD

1

High quality

Slow

None

[73, 74]

Sputtering

3

Poor quality, slow

None

[75, 76]

“Maximum deposition rate: the deposition rate beyond which the film quality deteriorates rapidly; these numbers are empirical, not fundamental limits, and represent current results at the time of publication.

Substrate heater

Figure 12.10 Schematic of a typical RF PECVD deposition chamber. The electrode-to-substrate spacing is ‘d’

to achieve optimum film quality; this effect is attributed to thermally activated surface diffusion of adatoms on the growing film. Note that a-Si and nc-Si films are deposited at much lower temperature than other polycrystalline thin films for solar cells such as CdTe or CIGS.

A PECVD system usually consists of several major parts: (1) a gas delivery system (gas cylinders, pressure regulators, mass flow controllers, and various gas valves to direct gas flows); (2) a deposition chamber (electrodes, substrate mounts, substrate heaters, and the RF power feed through) capable of high vacuum; (3) a pumping system usually consisting of 3 pumps: a turbomolecular pump and mechanical backing pump for establishing high-purity vacuum, and a separate process pump for removing the gases and other by-products only used during deposition; (4) a pressure control system (capacitance manometer, ionization gauges, thermocouple gauges, and/or throttle valve to monitor and control the chamber pressure); (5) high-frequency power supply (RF or VHF supply with impedance matching network); and (6) an exhaust system for the process gases (typically either a chemical scrubber to neutralize the gases or a “burn box” to pyrolyze them). In multichamber systems there is a transfer system to move substrates inside the vacuum system between various deposition chambers through appropriate gate valves. Large-volume manufacturing systems typically do not have turbomolecular pumps due to their cost and maintenance.

The film growth in a PECVD process consists of several steps: source gas diffusion, elec­tron impact dissociation, gas-phase chemical reaction, radical diffusion, and deposition [77-80]. To deposit “device”-quality a-Si films, the deposition conditions need to be controlled within cer­tain ranges desirable for high-quality a-Si growth [81]. Typical ranges of parameters for a-Si are summarized in Table 12.2. Note that device quality nc-Si films require different conditions, as will be discussed in Section 12.5.4.

The pressure range is usually between 0.05 and 2Torr. Lower pressure is desirable for making uniform deposition, and higher pressure is more desirable for obtaining higher growth rates and for preparing nc-Si films. Most researchers use a pressure between 0.5 and 1 Torr for a-Si deposition. The RF power should be set at around 10-100mW/cm2 for a capacitively coupled reactor. Below 10mW/cm2, it is difficult to maintain a plasma. Higher power is desirable for higher deposition rate. However, above 100mW/cm2, the rapid reactions in the gas can create a silicon polyhydride powder that contaminates the growing Si film. This problem can be mitigated by using very low pressure or strong hydrogen dilution, both of which result in reduced growth rate.

The substrate temperature is usually set between 150 and 350 °C. At lower substrate temper­ature, more H is incorporated in the film. A

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สะสมเพิ่มพลาสม่าไอเคมี RF (RF-PECVD) เวลา 13.56 MHzโพสต์เมื่อสิงหาคม 08 ในการคำนวณประสิทธิภาพชุดเชื่อมต่ออุปกรณ์การเจริญเติบโตเป็นศรีและ nc-ซี โดย PECVD เป็นกระบวนการซับซ้อนที่ถูกกำหนด โดยปัจจัยต่อไปนี้: พลาสม่าคุณสมบัติเช่นความหนาแน่นอิเล็กตรอนและแจกจ่ายพลังงาน ก๊าซขั้นตอนปฏิกิริยาเคมี ขนส่งสารตั้งต้นเจริญเติบโตผิว และปฏิกิริยาที่พื้นผิว รูปที่ 12.10 แสดง schematic ของ PECVD RF แบบทั่วไปหอการค้าและส่วนที่เกี่ยวข้อง ก๊าซที่ประกอบด้วยซิลิคอนเช่น SiH4 และ H2 ไหลลงที่อพยพ โดยปั๊มสุญญากาศ ใช้พลังงานจากแหล่งจ่าย RF ภายนอกระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองแผ่นที่ติดตั้งภายใน บางครั้งหนึ่งเป็นสายดิน สำหรับการกำหนด RF ดันข้ามแผ่น โดยปกติจะมีช่วงของแรงดันก๊าซที่เกิดขึ้น plasmas พลาสม่าตื่นเต้น และสลายตัวไปก๊าซ และสร้างอนุมูลและไอออนในห้อง พื้นผิวที่อาจติดตั้งหนึ่งหรือทั้งสองขั้วไฟฟ้า และฟิล์มบางซิลิคอนที่ไฮโดรเจนเติบโตบนพื้นผิวเป็นอนุมูลเหล่านี้กระจายเข้าไป พื้นผิวความร้อน (150-300 ° C)ตารางที่ 12.1 กระบวนการสะสมต่าง ๆ ใช้วัสดุซิลิโคนไปฝากกระบวนการสูงสุด ratea [a / s]ข้อดีข้อเสียผู้ผลิตอ้างอิงRF PECVD3คุณภาพสูง เหมือนกันช้าหลาย[77-79]DC PECVD3คุณภาพสูง เหมือนกันช้าBP พลังงานแสงอาทิตย์[66, 67]VHF PECVD20คุณภาพสูง อย่างรวดเร็วโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ nc-ซีความสม่ำเสมอดีOerlikon อาทิตย์ คม[68, 94]ไมโครเวฟPECVD100อย่างรวดเร็วภาพยนตร์คุณภาพที่ไม่ดีแคนนอน[70]Hot-wire50อย่างรวดเร็วความสม่ำเสมอดีไม่มี[71, 72]ภาพถ่าย-CVD1คุณภาพสูงช้าไม่มี[73, 74]สปัตเตอร์3คุณภาพต่ำ ช้าไม่มี[75, 76]"อัตราการสะสมสูงสุด: อัตราการสะสมเกินกว่าที่คุณภาพฟิล์มเสื่อมอย่างรวดเร็ว ตัวเลขเหล่านี้จะประจักษ์ พื้นฐานไม่จำกัด และแสดงผลลัพธ์ปัจจุบัน ณเวลาเผยแพร่เครื่องทำน้ำอุ่นพื้นผิวรูปที่ 12.10 Schematic ของห้องสะสม RF PECVD ทั่วไป ระยะห่างขั้วไฟฟ้าที่พื้นผิวจะมี 'เพื่อคุณภาพของฟิล์มที่เหมาะสม ผลกระทบนี้เป็นบันทึกที่แพร่เปิดใช้งานความร้อนพื้นผิวของ adatoms บนแผ่นฟิล์มเติบโต หมายเหตุว่า เป็นศรีและ nc ในภาพยนตร์ฝากมากอุณหภูมิต่ำกว่าอื่น ๆ คฟิล์มบางสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เช่นลลูหรือ CIGSPECVD ระบบมักจะประกอบด้วยหลายส่วนที่สำคัญ: (1) ระบบส่งก๊าซ (ภาชนะบรรจุก๊าซ ควบคุมความดัน ตัวควบคุมการไหลมวล และวาล์วแก๊สต่าง ๆ ตรงกระแสก๊าซ); (2 ห้อง)สะสม (อิเล็กโทรด ยึดพื้น พื้นผิวเครื่องทำความร้อน และพลัง RF ฟีดผ่าน) ความสามารถในการดูดสูง (3) ระบบปั๊มน้ำที่ประกอบด้วยเครื่องสูบน้ำที่ 3: turbomolecular ปั๊มและปั๊มกลไกสนับสนุนสำหรับการสร้างสุญญากาศบริสุทธิ์ และปั๊มแยกกระบวนการขจัดก๊าซและผลิตภัณฑ์พลอยได้อื่น ๆ ที่ใช้เฉพาะ ในระหว่างสะสม (4)ระบบควบคุมความดัน (ความจุ manometer ไอออไนซ์เกจ เกจ thermocouple หรือเค้นวาล์วเพื่อติดตามและควบคุมความดันห้อง); (5) แหล่งจ่ายไฟความถี่สูง (RF หรือ VHF จ่ายจับคู่อิมพีแดนซ์ของเครือข่าย); และ (6) ระบบไอเสียสำหรับก๊าซกระบวนการ (โดยทั่วไปทั้งการเคมีเครื่องขัดลดก๊าซหรือ "กล่องเขียน" การไป pyrolyze พวกเขา) ในระบบ multichamber มีระบบโอนย้ายพื้นผิวภายในระบบสูญญากาศระหว่างหลายสะสมห้องผ่านวาล์วประตูที่เหมาะสม ระบบการผลิตปริมาณมากมักจะมี turbomolecular ปั๊มเนื่องจากต้นทุนและการบำรุงรักษาการเจริญเติบโตของฟิล์มในกระบวนการ PECVD ประกอบด้วยหลายขั้นตอน: แหล่งแพร่ก๊าซ อิเล็กตรอนกระทบ dissociation ปฏิกิริยาเคมีแก๊สเฟส กระจายรุนแรง และสะสม [77-80] การฝากเงิน "อุปกรณ์" -ภาพยนตร์คุณภาพมีศรี เงื่อนไขสะสมต้องถูกควบคุมภายในบางช่วงต้องการเติบโตที่ซีคุณภาพสูง [81] โดยทั่วไปช่วงของพารามิเตอร์สำหรับการจูถูกสรุปในตารางที่ 12.2 หมายเหตุว่า อุปกรณ์คุณภาพ nc ในภาพยนตร์ต้องใช้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน ตามที่จะกล่าวไว้ในส่วน 12.5.4ช่วงความดันเป็นปกติระหว่าง 0.05 และ 2Torr ลดความดันเป็นสิ่งที่ต้องการสะสมเหมือนกัน และความดันสูงคือต้องการมากขึ้น สำหรับการรับอัตราการเติบโตสูง และ สำหรับการเตรียมฟิล์ม nc-ซี นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้ความดันระหว่าง 0.5 และ 1 Torr สำหรับสะสมมีศรี พลังงาน RF ควรตั้งค่าที่ใกล้เคียง 10-100mW/cm2 สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ capacitively คู่ ด้านล่าง 10mW/cm2 มันเป็นยากที่จะรักษาพลาสม่า พลังงานสูงเป็นที่พึงปรารถนาสำหรับอัตราสะสมสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เหนือ 100mW/cm2 ปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วในก๊าซสามารถสร้างแป้ง polyhydride ซิลิคอนที่ปนเปื้อนฟิล์มซีเติบโต สามารถจะบรรเทาปัญหานี้ได้ โดยใช้ความดันต่ำมากหรือเจือจางไฮโดรเจนแข็งแรง ซึ่งทั้งสองส่งผลให้อัตราการเติบโตลดลงมักจะมีการตั้งค่าอุณหภูมิพื้นผิวระหว่าง 150 และ 350 ° c ที่อุณหภูมิพื้นผิวต่ำลง H เพิ่มเติมรวมไว้ในภาพยนตร์เรื่อง A

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

RF พลาสม่าเพิ่มขึ้น chemical vapor deposition ( rf-pecvd ) ที่ 13.56 MHz .โพสต์ใน สิงหาคม 08 ในการคำนวณประสิทธิภาพของอุปกรณ์ series-connected  การเจริญเติบโตของอะมอร์ฟัสซิลิคอนและ NC ศรีโดย pecvd เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนโดยพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ : คุณสมบัติของพลาสมาเช่นความหนาแน่นของอิเล็กตรอน และการกระจายพลังงาน เคมี ปฏิกิริยาก๊าซ ; สารตั้งต้นการขนส่งไปยังพื้นผิวการเจริญเติบโต และปฏิกิริยาที่ผิว รูปแสดงแผนผังของ 12.10 โดยทั่วไป pecvd RF Chamber และชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง ซิลิคอนที่มีแก๊ส เช่น ส่วนผสมของ sih4 H2 และไหลเข้าไปในสูญญากาศที่อพยพจากปั๊ม พลังจากการจัดหา RF ภายนอกระหว่างสองขั้วไฟฟ้าที่ใช้แผ่นติดตั้งภายใน บางครั้งเป็นสายดิน สำหรับการ RF แรงดันไฟฟ้าข้ามแผ่น มักจะมีช่วงของแรงดันแก๊สที่พลาสมาเกิดขึ้น และพลาสมาตื่นเต้นสลายตัวก๊าซและสร้างอนุมูลอิสระและไอออนในห้อง พื้นผิวที่อาจจะติดตั้งบนหนึ่งหรือทั้งสองของขั้วไฟฟ้าฟิล์มบางซิลิคอนไฮโดรจิเนตและเติบโตบนพื้นผิวเป็นอนุมูลเหล่านี้กระจายไปในพวกเขา เมื่อร้อน ( 150-300 ° C )ตารางที่ 12.1 ต่างๆของกระบวนการที่ใช้สำหรับฝากใช้วัสดุอสัณฐานกระบวนการสูงสุด ratea [ / s ]ข้อดีข้อเสียผู้ผลิตอ้างอิงRF pecvd3 .คุณภาพสูง , เครื่องแบบช้าหลาย[ 77-79 ]pecvd DC3 .คุณภาพสูง , เครื่องแบบช้าBP พลังงานแสงอาทิตย์[ 66 , 67 ]pecvd VHF20คุณภาพสูง รวดเร็ว โดยเฉพาะ NC ศรีความ ยากจนเออร์ลิคอนพลังงานแสงอาทิตย์ , คม94 [ 68 ]ไมโครเวฟpecvd100ที่รวดเร็วมากไม่ได้คุณภาพฟิล์มดีแคนนอน[ 70 ]ลวดร้อน50ที่รวดเร็วมากความ ยากจนไม่มี[ 71 , 72 ]ภาพถ่าย ซีวีดี1ที่มีคุณภาพสูงช้าไม่มี[ 73 , 74 ]สปัตเตอริง3 .คุณภาพไม่ดี ช้าไม่มี[ 75 , 76 ]" คะแนนสะสมสูงสุด อัตราการเคลือบ เกินกว่าที่คุณภาพฟิล์มเสื่อมอย่างรวดเร็ว ; ตัวเลขเหล่านี้เป็นเชิงประจักษ์ ไม่ใช่พื้นฐานที่ จำกัด และแสดงผลปัจจุบันที่เวลาของสิ่งพิมพ์พื้นผิวเครื่องรูป 12.10 แผนผังของทั่วไป pecvd RF แบบห้อง ขั้วต่อระยะห่างระหว่างพื้นผิวเป็น " D "เพื่อให้ได้คุณภาพของฟิล์มที่เหมาะสม ผลนี้จะเกิดจากการได้รับใช้ในการ adatoms การแพร่บนพื้นผิวของฟิล์ม ทราบว่าฟิล์มอะมอร์ฟัสซิลิคอนและ NC ศรีฝากที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าอื่น ๆสำหรับฟิล์มบางเซลล์แสงอาทิตย์ผลึก เช่น cdte หรือบุหรี่ .ระบบ pecvd มักจะประกอบด้วยส่วนหลัก ๆคือ ( 1 ) ระบบการส่งก๊าซ ถังก๊าซ ความดัน ควบคุม , ควบคุม , การไหลของมวลและวาล์วแก๊สต่าง ๆโดยตรงก๊าซไหล ) ; ( 2 ) สะสม ( ห้องไฟฟ้าตั้งต้น mounts , ฐานรองเครื่อง , และพลังงาน RF ฟีดผ่าน ) สามารถสูญญากาศสูง ( 3 ) ระบบสูบน้ำมักจะประกอบด้วย 3 ปั๊ม : ปั๊มและปั๊ม turbomolecular สนับสนุนเครื่องจักรกลเพื่อสร้างความบริสุทธิ์สูงสุญญากาศ และกระบวนการแยกเอาก๊าซที่ปั๊ม และผลพลอยได้อื่น ๆเท่านั้นในการใช้ ; ( 4 ) ระบบการควบคุมความดัน ( Manometer เครื่องวัด thermocouple ionization , ความจุ , วัด , และ / หรือวาล์วปีกผีเสื้อเพื่อตรวจสอบและควบคุมห้องแรงดัน ) ; ( 5 ) ความถี่สูงพลังงาน supp หลี ( RF หรือ VHF จัดหากับอิมพีแดนซ์ที่ตรงกับเครือข่าย ) ; และ ( 6 ) ระบบไอเสียสำหรับกระบวนการก๊าซโดยทั่วไปทั้งเคมีฟอกสีเพื่อแก้ก๊าซ หรือ " กล่อง " เผา pyrolyze ) ในระบบ multichamber มีระบบการโอนย้ายระบบสุญญากาศระหว่างพื้นผิวภายในห้องแบบต่าง ๆผ่านวาล์วประตูที่เหมาะสม ระบบผลิตปริมาณมากมักจะไม่ได้มี turbomolecular ปั๊มเนื่องจากค่าใช้จ่ายและการบำรุงรักษาของพวกเขาภาพยนตร์เรื่องการเจริญเติบโตในกระบวนการ pecvd ประกอบด้วยหลายขั้นตอน : แหล่งก๊าซการแพร่ , Elec TRON องผลกระทบการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรง , การแพร่กระจาย , แก๊ส , สะสม [ 77-80 ] ฝาก " อุปกรณ์ " -- คุณภาพฟิล์มอะมอร์ฟัสซิลิคอน เงื่อนไขการสะสมจะต้องมีการควบคุมภายในรถตู้องเทนช่วงถูกใจสำหรับที่มีคุณภาพสูงของอะมอร์ฟัสซิลิคอน [ 81 ] โดยทั่วไปช่วงตัวแปรของอะมอร์ฟัสซิลิคอน สรุปตารางที่ 12.2 . โปรดทราบว่าอุปกรณ์คุณภาพ NC ศรีภาพยนตร์ต้องการเงื่อนไขที่แตกต่างกันตามที่จะกล่าวในส่วน 12.5.4 .ช่วงความดันเป็นปกติระหว่าง 0.05 และ 2torr . ความดันลดลงเป็นที่น่าพอใจสำหรับการสะสมชุดและความดันที่สูงขึ้นเป็นที่พึงปรารถนาสำหรับการได้รับอัตราการเจริญเติบโตที่สูงขึ้นและเตรียม NC ศรีภาพยนตร์ นักวิจัยใช้แรงดันระหว่าง 0 และ 1 ทอร์อะมอร์ฟัสซิลิคอนสำหรับการ RF พลังงานควรตั้งไว้ที่ประมาณ 10-100mw / cm2 สำหรับ capacitively คู่ของเครื่องปฏิกรณ์ ด้านล่าง 10mw / cm2 , มันเป็นเรื่องยากที่จะรักษา พลาสมา พลังงานที่สูงขึ้นเป็นที่พึงปรารถนาสำหรับคะแนนสะสมที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ข้างบนเป็น / cm2 , ปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วในก๊าซที่สามารถสร้าง polyhydride ผงซิลิคอนที่ปนเปื้อนเติบโตศรีฟิล์ม ปัญหานี้สามารถ mitigated โดยการใช้ความดันต่ำมาก หรือเจือจางไฮโดรเจนแรงทั้งสองซึ่งผลในการลดอัตราอุณหภูมิของแผ่นรองรับตั้งปกติระหว่าง 150 และ 350 องศา ระดับมัธยมศึกษาตอนต้น ( อารมณ์องตูเร , H เป็นส่วนประกอบ