CN1339617A - 用于非晶态硅和形成的薄膜的化学气相沉积法 - Google Patents

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Abstract

以非常快的沉积率使非晶态硅薄膜层沉积在基质上,同时又使该薄膜保持质优的方法。确定了在工艺操作室内的等离子体容积。也确定了引入该室的混合气体的总流率。总流率是混合气体中各个气体的流率之和。其次,确定了包括等离子体容积和总流率的工艺参数。然后,在非晶态硅薄膜的沉积过程中,按照第一预定关系使工艺参数保持有预定值。

Description

用于非晶态硅和形成的薄膜的化学气相沉积法
本发明通常涉及化学气相沉积法，更具体而言，涉及非晶态硅和形成薄膜的化学气相沉积法。
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，是一种广泛用于在各种基质上沉积电子材料层的半导体器件的制造方法。在PECVD方法中，基质被放置在一个真空沉积室里，在该室里配备有一对平行板极或其它的偶合电能装置，例如旋线圈。这基质通常被安装在还作为下部电极的感受器上。反应气体流通过气体进口歧管引入沉积室，该气体进口歧管还用作上部电极。射频(RF)电压施加在上述两个电极之间，此电压产生的RF功率足以使反应气体形成等离子体。这等离子体使反应气体反应活跃，并导致反应体在基质本体表面上沉积一层所要求的材料。其它电子材料附加层可以通过下述方法使其沉积在第一层上，即将含有要沉积的附加层材料的反应气体流引入沉积室。每种反应气体要经受等离子体处理，从而导致形成所要求材料的沉积层。
可以利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法来沉积能用于各种不同场合的非晶态硅薄膜。一种这样的应用是制造那些首先必需在硅薄片上沉积有非晶态a-Si：H薄膜的非晶态硅基电路元件。
遗憾的是，为了达到高生产效率和高物流通过量，在高沉积率下却难以生产出高质量的氢化非晶态硅(a-Si：H)薄膜。例如，为了生产出优质薄膜，在工业中常规方法所采用的典型沉积率近似为1-10埃/秒。在这样的沉积率下，基质制造方法是效率非常低的方法。例如，在这样低的沉积率下仅沉积1微米厚的a-Si：H薄膜，就可能要化费2-3小时。正如可能对此所作的正确评价，对于高容积集成电路生产来说，这样慢的加工时间是不能接受的。可是，当提高沉积率时，按常规方法生产的薄膜质量不合格。
已有一些试图生产高质量的非晶态硅和改进生长率的尝试。一份由A.马祖丹报导的这样的研究报告发表在1998年的真空科学技术学会会志第16卷1册1月/2月期上，该论文的题目为“以高生长率获得低缺陷密度的非晶态硅的等离子体和表面反应作用”。根据对等离子体化学组成和性质的看法，该篇文章讲述了有关形成a-Si：H薄膜的基本机理中的一些机理，并提供了有关保持“足够的硅烷流率”和“降低硅烷的局部压力”的一些普遍评论。遗憾的是，该文章既没有列举也没有提供具体的关于沉积率和产生的非晶态硅薄膜的质量的实验结果。此外，没有提供或指出有关能够在制造工艺中加以应用的具体的工艺条件和工艺图。因此，很希望有关于如何利用可制造的方法，来提高非晶态硅的生长率而又能生产出高质量材料的具体说明。
某些现有技术方法试图通过调整在CVD室中形成等离子体所施加的能量，来改进非晶态硅的生长。例如US5648293提出了一种通过利用改进的高频周期放电来沉积非晶态硅的方法。遗憾地，控制高频周期放电要求额外的辅助操作和更难以监控，从而将一些无效的东西引入了制造工艺中。而且，这种周期性放电会损坏放置在硅基质上的装置。
有些现有技术方法企图通过设计专用加工设备(例如重新设计反应器和装料锁定系统)来改进薄膜的质量。在由托什海罗·卡门和阿克海萨·马特萨戴发表的论文“超纯的氢化非晶态硅”中论述了一种这样的方法。遗憾地，这些方法不仅设计费用大，而且这种设备的复杂性可能使得设备的操作和维护更不方便。正如可能对此所作的正确评价，要求的新专用设备必须经大量的运转试验并得到确认，这就会将复杂的和无效的东西引入制造工艺中。
基于以上所述，明确地希望提供一种能有效地沉积出一层非晶态硅薄膜的方法。
本发明的目的是要提供一种以高的沉积率使a-Si：H层或薄膜沉积在硅基质上的方法，这种方法能合适地用于制造工艺中。
本发明的另一个目的是要提供一种适合于在制造工艺中采用的，以高的沉积率使a-Si：H层或薄膜沉积在硅基质上，同时能产生优质的薄膜的方法。
按照一种实施方案，本发明提供了一种以极快的沉积率使非晶态硅薄膜层沉积在基质上，又保持薄膜高质量的方法。在工艺操作室内的等离子体的容积被确定。引入该室中的混合气体的总流率也被确定。这总流率是混合气体中各气体流率之和。其次，包括等离子体容积和总流率的工艺参数被确定。于是，在非晶态硅薄膜的沉积过程中，按照第一预定关系使工艺、参数保持预定值。通过采用本发明，能够以极高的效率利用活性非晶态硅半导体层生产出高质量的电路器件(例如二极管或薄膜晶体管)。每当需要一层非晶态硅涂层(掺杂或不掺杂)时，就可应用本发明的加工方法。
按照另一个实施方案，本发明导出了一种含有硅和氢二种元素的高质量非晶态硅薄膜，当在50,000放大率的电子扫描显微镜(SEM)下观察时，可以看到有着平滑的和玻璃状光泽的外表，而当切开时，在剖面图和俯视图上可以看到有着密实的结构。本发明的高质量非晶态硅薄膜还具有以来自带隙导电边缘的能量表示的能态密度与深度的关系图，基本上如图5所示，和一张光电容与光子能量的关系曲线图，基本上如图6所示。
本发明通过实例而不是用限制的方法，以附图的图形来阐明的，图中相同的参考数码指的是相同的元件。
图1是按照本发明的方法能得以实施的等离子体增强化学气相沉积室的示意剖面图。
图2是阐明按照本发明的一种实施方案的加工步骤流程图。
图3是按照本发明的一种实施方案制造的非晶态硅薄膜的X射线衍射仪图。
图4是按照本发明的一种实施方案制造的非晶态硅薄膜的红外光谱图。
图5阐明了按照本发明的加工方法制造的非晶态硅薄膜的，以来自带隙导电边缘的能量表示的态密度与深度的关系图。
图6是按照本发明的加工方法制造的非晶态硅薄膜的光电容与光子能量关系曲线图。
现对用于形成非晶态硅涂层的高沉积率方法和由此得到的高质量a-Si：H层进行叙述。为了说明起见，在以下的叙述中对许多特殊的细节作了详细陈述，以便对本发明有一个充分的了解。但是，对于本领域的技术人员而言，无需这些专门的详细论述就能实践本发明，这将是显而易见的。在其它情况下，为了避免对本发明产生不必要的理解困难，用方块图形式表明了众所周知的结构和装置。
本发明的发明者们已识别出，对以高沉积率形成a-Si：H薄膜的各种现有技术方法所遇到的各种，问题会产生影响的以下三个因素。第一，在工艺操作室(例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室)中有高的粒子生成率。第二，在可能导致成为一种粒子生成源的含硅分子碎片之间有着高的碰撞频率。第三，这些现有技术方法采用了将低流率的含硅前体引入工艺操作室，从而增加在该室内生成粒子的数量和速率。
根据这些已识别出的因素，本发明提供了一种用以形成a-Si：H薄膜的高沉积率方法，且用此方法所得到的a-Si：H薄膜显示有低的缺陷密度。本发明提供了一些新的技术和机械以便(1)减少工艺操作室内生成的粒子数量；和(2)以便排除在上述室内已生成的粒子。
本发明通过定义一新的工艺参数和在本方法中实施这参数的办法，来减少在该室内生成的粒子数量。这工艺参数与该室内的等离子体和引入该室的气体的流率有关。首先，本发明确定了在该室内的等离子体容积。第二，本发明确定了进入该室的气体的流率。第三，本发明规定了一个确定在等离子体容积与抽气速度之间预定关系的工艺参数(K)。这种预定关系可以是了子体容量和抽气速度(例如气体的流率)之间的比值。
此外，本发明的加工方法规定了，在这些含硅前体有一低的局部压力的情况下，它们有一高的流率。此外，本发明的加工方法规定了，等离子体有一高的能量，以使含硅前体有效地成为碎片。最后，本发明将对薄片的温度，该室里的氢的含量，以及薄膜中的氢的含量进行控制，以便生产出具有低缺陷密度的a-Si：H材料或薄膜。
本发明还指出要清除该室内生成的粒子。可以通过采用以下的方法来实现清除粒子，即采用能容易和快速地清洗的工艺操作室或采用自动清洗室。等离子体反应器10
参看图1，图中表明了等离子体增强化学气相沉积(PEVCD)装置10(文中也称为等离子体反应器10)的示意剖面图，在此装置中能实施本发明的方法。装置10备有沉积室12，该室包括顶壁板14，侧壁板32和底板22。顶壁板12上有一个贯穿该壁板的开孔。该装置10还有一个第一电极或气体进气歧管16，位于由顶壁板12确定的开孔内。另一种办法是，顶壁板14可以是一个整体，在靠近其内表面处装有电极16。在室12内部有一个平板形式的感受器18，它平行于第一电极16。感受器18安置在轴20的末端上，而轴20则垂直贯穿沉积室12的底板22。这轴20能垂直移动，以便容许感受器18垂直运动，朝向或离开第一电极16。
气体排气管30贯穿沉积室12的侧壁32，并与用于抽空沉积室12的装置(未示出)相连接。气体进气管42贯穿沉积室12的第一电极或气体进气歧管16，并通过气体转接网络(未示出)连接到各种气体气源(未示出)上。应指出，可以采用一个以上的气体进气管42，气体进气管42也可贯穿该室12的其它壁板中的任一壁板。第一电极与RF能量源36相连接。
沉积装置10作业时，基质38(例如硅基质)首先装进沉积室12，通过送料器(未示出)将其放置在感受器18上。通常使用的硅晶体管基质的尺寸大致为100mm×300mm。感受器18升起基质38，以便将基质38置于比较靠近第一电极16的位置。优选的电极间隙或基质表面和气体进气歧管16的排气表面之间的距离为约250-约800密耳。工艺流程
图2是阐明按照本发明的一种实施方案的加工步骤的流程图。在沉积过程的一开始时，首先通过气体排气管30将沉积室12抽空。杂质监控
步骤200，对该室12的壁板是否清洁作出鉴定(例如，壁板的确有着不可接受的杂质水平)。这杂质水平是预定的，并能根据不同的加工方法和应用状况而改变。优选地，杂质水平限于小于1015/cm3或低于应用最广的SIMS(次级离子质谱仪)的检测能力。
有许多众所周知的方法来确定该室12的壁板是否有杂质。这些杂质可能包括硅残渣或掺杂剂(例如磷，硼，铝或砷)。一种这类杂质的检测方法，是应用次级离子质谱仪(SIMS)。另一种杂质检测方法是让某种薄膜在壁板上生长，然后检验其中的杂质。
如果有杂质，按步骤204清洗该室12的壁板。清洗步骤结束后，加工程序转向步骤208。如果按照步骤200确定杂质的水平处于合格水平，加工程序直接转向步骤208而无需清洗步骤204。清洗工艺操作室
工艺操作室优选能自动清洗，从而无粒子留下。在每次沉积之后，当改变掺杂剂类型时，或当对粒子的产生可能有争议时，可以实施室的内侧对现场清洗法。这清洗法有效地从室的壁板上清除可能成为薄膜中有害杂质源的杂质和粒子。这样的现场清洗的频率取决于根据每种沉积方法确定的许多工艺参数。
另外，可以将真空系统与该室耦合，以例于将薄片真空传输到储存区，这样可以在室内无薄片的情况下清洗该室。任选预涂层
按照步骤208，可以任选地将预涂层沉积在室12的壁板上。应指出在本方法中薄片或基质此时不在室12内，这点是重要的。通过应用本领域中众所周知的技术，使可能是SiN薄膜或SiO2薄膜的预涂层沉积在室12的壁板上。例如，为了在室12的壁板上形成SiO2薄膜，采用引进一氧化二氮和硅烷使其通过等离子体的方法是有效的，类似地，为了在室12的壁板上形成SiN薄膜，采用引进含氮硅烷和/或氨使其通过等离子体的方法是有效的。
然后，在沉积室12内，将基质38(例如硅基质)放置在感受器18上。按照步骤216，使非晶态硅沉积同时按照预定关系使工艺参数(K)保持为预定值。这工艺参数(K)可以包括等离子体容积和进入室12的气体流率。
可以通过在某一工艺参数(K)的条件下，在该室内形成具有该等离子体容积的等离子体的办法进行沉积。在优选的实施方案中，工艺参数(K)是等离子体容积与混合气体的总流率之比值，按照第一预定关系使工艺参数保持有第一预定比值。在室12内形成的等离子体可以包括引入的气体，这引入气体可以包括以受工艺参数(K)(例如等离子体容积与流率之比值)支配且是稳定的总流率，流进室12的反应气体和惰性气体。
这流率是混合气体56中所有气体的流率之和。例如，假设一种混合气体是以第一流率(Q1)流动的惰性气体52和以第二充率(Q2)流动的反应气体(例如硅前体54)。在这种情况下，用来表成等离子体容积与流率之比值的总流率(Q总)是形成混合气体的各气体流率之和(亦即Q总＝Q1＋Q2)。此流率的单位为“sccm”，它代表“每分钟标准立方厘米”。正如本领域中众所周知的，标准温度和压力(STP)是在1标准大气压下298°K。优选地，反应气体为含硅前体，这含硅前体可能是硅烷，乙硅烷，丙硅烷，或其它卤代硅烷，氟化硅烷，或二氯硅烷。
在一个实施例中，惰性气体的流率保持在高水平下，以便(1)使硅前体快速通过等离子体容积50，以增加硅的沉积率，和(2)稀释硅前体。优选地，惰性气体为稀有气体之一，例如氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)或氙(Xe)。但不限于此。
形成等离子体的步骤还包括将能量施加于第一电极16的步骤，以便在薄片附近形成等离子体。这等离子体具有受施加的能量值控制的等离子体容积50。应指出，这等离子体限定在该室内且没有扩散。确定在二个平行的平板构形中的等离子体容积50的一种方法是，用目视检查等离子体的生长和它在室12内扩展多远。然后将目视获得的尺寸，用来计算等离子体容积50的估计值。应指出，也可采用其它的方法并可能更适于某些构形。
一种与在室12内形成等离子体所加能量有关的计量方法是能量密度。能量密度是所施加的能量值除以能量施加其上的电极的面积。在本发明的一个实施方案中，能量密度优选为约0.2W/cm2-约1W/cm2，但在其它构形中可以更大些。应指出，在这种情况中，本发明所采用的能量密度比常规的能量密度要大得多(约大一个数量级)，常规的能量密度一般为0.01W/cm2-约0.1W/cm2。
应指出，首先将能量施加到第一电极16上，然后可将气体引进室12以形成等离子体或步骤相反。
优选地，应用小于3s的工艺参数(K)(例如等离子体容积与流率之比值)。也应相信，等离子体容积与流速之比值小于9s仍能产生出高质量的薄膜。
平均通过时间是气体分子穿过等离子区(例如从喷射头到辉光区外侧的区域)所需平均时间。优选地，本发明方法的平均通过时间小于1.5s。在一种实施方案中，大约0.5s平均通过时间能得到良好的工艺效果。
应指出，以上所述的各种参数的值和值域可以改变，这取决于具体的工艺操作室或反应器的设计和所用加工设备的构形。
按照步骤218，在达到所要求的薄膜厚度后停止沉积。例如，在a-Si：H达到特定的厚度后，通过切断电源便能使等离子体停止产生。应指出使等离子体停止产生的另一种方法是切断反应气体源(例如含硅前体)。
因为沉积率是已知的，在达到预定时间后，便可使沉积停止。优选地，可以采用测量装置例如沉积积率监视器测量a-Si：H薄膜的厚度，在达到预定厚度后便可切断电源。另一种方法是，可以采用石英天平测量a-Si：H薄膜的厚度。
在加工结束后，给室12排气，然后将薄片从室12中取出。另一种方法是，在装料-锁定系统中，在步骤218结束后，可将薄片直接送往真空室作进一步加工。生长条件
在本发明所述实施方案中，通过沉积气体(例如硅前体和惰性气体的混合气体)同时使CVD室内的压力保持为约2-约9乇，和基质放置点的温度为225-330℃，就能得到高质量的a-Si：H薄膜。
正如本领域内众所周知的，基质的真实温度不同于放置点的温度，一般来说，可能比放置点的温度要低约30度。建立沉积温度的优选方法是，在几种不同温度下使材料或薄膜生长，并获得红外光谱图(例如图4的傅里叶变换红外光谱图)。参考图4，这温度可根据使氢的总量为最大，而同时使2100cm-1处的台肩或峰值最小来确定。
为了保持足够的反应气体含量并根据使等离子体容积与流率有关的工艺参数(K)来调整气体流率。优选地，采用以流率150-300sccm的硅烷和以泫率3000-7000sccm的氩，使a-Si：H沉积在项质上。a-Si：H薄膜的合适的厚度是约10nm-2000nm。适用于a-Si：H薄膜沉积的优选工艺条件示于下面表I。
                      表I
    a-Si：H加工条件     工艺条件值域     特定条件
    SiH4流(sccm)     150-300     150
    压力(乇)     2-9     5
    氩气流(sccm)     3000-7000     3200
    整流器能量(W)     50-150     75
基质放置点温度(℃)     225-330     300
    电极间距(密耳)     250-800     350
减少粒子的形成
当抽气速度(S)增加时，气体在等离子体中花费最小的时间，从而减少了可能落在硅薄片上或附着在该室的壁板上的粒子形成。
下面的表达式表达了在本发明中应用的流率，抽气速度和压力之间的关系：
Q＝S×P
式中Q是流率，S是抽气速度，和P是压力。
沉积率(此处也称为“沉积率”)通常与流率(Q)成正比。在现有技术中，曾认为为了沉积出高质量的材料，必须使淀积率保持低值。因为淀积率通常与流率成正比，故曾认为为了沉积出高质量的非晶态硅层，流率(Q)也必须保持低值。
为了进一步讨论薄膜生长机理，请参阅K.塔纳克的“辉光放电氢化非晶态硅”的第2章“沉积方法和生长机理”，该由在1989年由克卢维尔阿卡德米奇出版社出版，社址：波士顿。
相反，本发明增大流率(Q)，从而增加了沉积率同时又保持了生成产品的质量。对于许多系统，对最好是保持压力为常数的系统，本发明还增加抽气速度(S)。本发明的方法的其它步骤，例如局部低能等离子体和该室的清洗，涉及粒子产生问题，和生产高质量的非晶态硅层。
由本发明的方法生产的a-Si：H薄膜具有以每秒至少25埃的沉积率沉积在整个薄片上，并具有不大于1.3×1016cm-3的缺陷密度。应指出，采用本发明的方法，缺陷密度2×1015cm-3-3×1015cm-3是可以达到的。另外，采用本发明方法已使沉积率达到了30-40埃/秒。应相信当采用较高的抽气速度时，缺陷密度能进一步降低。
在一种实施方案中，非晶态硅薄膜通过以选自25-40/S的高沉积率实施的化学气相沉积法沉积而成。本发明的加工方法规定了小的等离子体与抽气速度之比值，应用了能容易和快速清洗的CVD室，规定了在这些含硅前体有一低的局部压力情况下它们有一高的流率，以及规定了等离子体有一高的能量以使含硅前体有效地形成碎片。
应指出，上面所述的用于沉积无掺杂的非晶态硅的方法，同样地适用于非晶态硅掺杂薄膜。例如，在有些应用场合，可能最好是形成n-型或p-型区掺杂薄膜。例如，掺杂非晶态硅(例如乙硼烷或膦)可以通过添加含硼或含磷气体形成。非晶态硅沉积法可适用于具有上述同样优点的这些掺杂薄膜。在这些情况中，加工设备可包括能控制含有引进掺杂薄膜中的掺杂剂原子的气体流量的机械。这些掺杂剂包括以下元素：B，Al，Ga，In，C，Sn，Ge，Pb，P，N，As，Sb，Ti，Bi，Se，S，Te和O，但不限于此。于是，掺杂硅薄膜能够在上述类似的工艺条件外加少量掺杂剂的条件下制成。氢化非晶态硅的图象
按照本发明的一种实施方案制造的氢化非晶态硅可以根据对氢化非晶态硅性能所采用的一种或更多种测量方法来识别。现参照图3-6对这些性能进行描述。
图3是按照本发明的一种实施方案制造的氢化非晶态硅的X射线衍射仪图。获得该图所需的测量设备是本领域内普通技术人员所周知的，它包括用来产生和将X射线束射向试件(亦即尚需测量的材料)的X射线源，和为接收由该试件衍射的X射线而设置的探测器。垂直轴代表相对强度，它可以任何任选的单位来表示。这强度是被探测器接收到的X射线数的一种相对度量。水平轴代表由入射的X射线束和由试件衍射的X射线束形成的夹角。这角度以2θ角为单位给出。应指出，在大约27度处有一峰值310，而在大约54度处，有一谐波为320，这是采用本发明的方法沉积出的非晶态硅层的一种独特的图象。峰值310代表非晶态晶带，它表明了基于Si-Si原子平均间距的散布。X射线衍射仪不能检测大馏分的晶态材料。
图4是按照本发明的一种实施方案制造的氢化非晶态硅的红外光谱图。在这FTIR图中有五条曲线，每条曲线对应一不同的温度(例如以25度增量表示，放置点温度从200到325℃)。获得此图所需的测量设备是本领域内普通技术人员所周知的，它包括用来产生和将红外光射向试件(亦即尚需测量的材料)的红外线源和为接收通过该试件的红外线而设置的探测器。水平轴代表波数，它只是入射红外线波长的倒数的一种相对度量。垂直轴代表吸收率(亦即不能通过该材料的光线的测量值)。
一旦加工条件已按以上所述设定，可以应用图4的红外光谱曲线来选择适用于该材料的最佳加工温度，以达到改进a-Si：H的结构。图4用对应于5种不同温度的5条曲线来说明。第一条曲线400对应于300℃。第二条曲线402对应于275℃。第三条曲线404对应于250℃。第四条曲线406对应于225℃。第五条曲线408对应于200℃。在这些曲线(400-408)的大约2000cm-1处有一红外吸收峰。第一曲线400和第二曲线402显示在大约2100cm-1处有一小的台肩。
通常都知道，通过有选择地改进基质温度，便能增加或减少氢原子数量以求得最佳的氢原子数量。最佳条件是当氢原子数目与硅中的悬空键数目极为匹配时，当有过多的氢原子数目时(亦即基质温度太高)，红外光谱图显示出有一台肩(例如曲线400和402)。优选地，本发明的a-Si：H材料以红外光谱图的第4条曲线406(225℃)或者是第5条曲线408(200℃)为特点，二者都显示没有台肩，由此表明氢原子数目与硅中的悬空键数目极为匹配。正如前面所述，确定工艺温度的优选方法是借助于图4的红外光谱图。
利用本发明的加工方法制造的a-Si：H沉积薄膜，在50000放大率的电子扫描显微镜(SEM)下观察时，显示有平滑和玻璃状光泽的外表。当切开时，由本发明的加工方法制造的a-Si：H沉积薄膜的剖面图和俯视图显示为一密实结构。
图5阐明了按照本发明的一种实施方案制造的氢化非晶态硅的，以来自带隙导电边缘的能量表示的能态密度与深度的关系图(此外称为能态密度图)。此能态密度图形成了本发明的氢化非晶态硅的“指纹”。能态密度图指示出材料的质量并揭示了用本薄膜制造的器件的漏泄程度。该图还表明了会对漏泄产生影响的悬空键缺陷的程度，也是材料质量的指示器。应指出，这种积分能态密度(DOS)小于约6×1015cm-3。另外，在离带隙导电边缘约0.88eV处有一中间间隙峰，而在大约0.83eV处有第二峰。带隙约为1.84eV。热载体产生的活化能量(Ea)是0.9eV，而Urbach能量(Eu)约为56meV。
请参阅“低水平B-掺杂a-Si：H薄膜的中间间隙态的测量”，该文由J.泰尔，D.莱福格，G.库奥依，M.高和G.雷等人编写，并发表在第18届ICAMS会刊，J.非晶形因体一集上，在此引入作为参考，并以此作为对一种形成DOS图的技术的描述。
图6是按照本发明的一种实施方案制造的氢化非晶态硅的光电容与光子能量关系曲线图。曲线的直线部分608的斜率604表示沿价带边缘的能态密度(DOS)。斜率604和在大约0.8eV和1.4eV之间所定义的台肩612提供了利用本发明的方法制造的a-Si：H薄膜所具有的一种图象。利用本发明的方法制造的a-Si：H薄膜的陡斜部分的斜率604表明，该薄膜在其原子结构方面比具有较大斜率的材料有着更多的序。增加序改善了迁移率(亦即有着较少的存储电荷)，从而降低了薄膜中的电容。由于该薄膜的电容下降了，用其制造的快速器件显示有交快的响应(亦即器件的速度增加)。应指出，陡斜部分的斜率越小，该材料的无序程度越小，从而表明材料有较高的质量。在本发明的一种实施方案中，陡斜部分的斜率约为56meV。相反，质量低的材料具有约为70-80meV的大得多的斜率，这表明无序程度较高。
总之，用上面所述方法制造的a-Si：H薄膜根据图3-6能独特地加以识别。这些图或曲线图提供了本a-Si：H所特有的图象，以致当根据某一已知试件材料测得这些测量结果后，便能作出该试件材料是否是按照本发明的方法制造的a-Si：H的结论。
在上述说明中，已根据一些具体实施方案对本发明作了叙述。但是，很明显，可以对其作出许多修改和更改，只要不违背本发明的主要目标。因此，本说明和这些图都是被认为是解释性的而不是限制性的。

Claims (21)

1.一种沉积非晶态硅薄膜的方法，包括以下步骤：
确定工艺操作室中的等离子体容积；
确定引入工艺操作室的混合气体的总流率，该混合气体包括含有前体的硅；其中总流率是混合气体中各个气体的流率之和；
确定工艺参数，它包括等离子体容积和总流率；和
在非晶态硅薄膜沉积过程中，按照预定关系使工艺参数保持预定值。
2.权利要求1的方法，其中定义包括等离子体容积和总流率的工艺参数的步骤包括定义工艺参数为等离子体与总流率之比值；和
其中在非晶态硅薄膜沉积过程中，按照预定关系使工艺参数保持具有预定值的步骤，包括使等离子体容积与总流率之比值保持为小于预定比值。
3.权利要求2的方法，其中预定的比值小于9秒。
4.权利要求2的方法，其中预定的比值小于3秒。
5.权利要求1的方法，其中非晶态硅薄膜采用化学气相沉积法沉积，其中总流率至少为25/s。
6.权利要求1的方法，其中非晶态硅薄膜具有的陷缺密度不大于1.3×1016cm-3。
7.权利要求5的方法，其中平均渡越时间定义为气体分子通过等离子体区所需平均时间；和其中平均渡越时间小于1.5秒。
8.权利要求5的方法，其中平均渡越时间定义为气体分子通过等离子体区所需平均时间；和其中平均渡越时间约为0.5秒。
9.权利要求1的方法，进一步包括：
使工艺操作室内的压力保持为约2乇-约9乇；
其中在非晶态硅薄膜沉积过程中，按照预定关系工艺参数保持有预定值的步骤包括：
使反应气体的流率保持为150-300sccm；
使稀有气体的流率保持为约3000sccm-约7000sccm；和
使能量密度保持为约0.2W/cm2-约1W/cm2。
10.权利要求1的方法，其中使非晶体硅薄膜沉积在硅基质上。
11.权利要求1的方法，其中非晶态硅是a-Si：H薄膜。
12.权利要求11的方法，其中a-Si：H薄膜是无掺杂的a-Si：H薄膜。
13.权利要求11的方法，其中a-Si：H薄膜是掺杂的a-Si：H薄膜。
14.由权利要求1的方法制造的非晶态硅薄膜。
15.一种在具有壁板的室内使非晶态硅生长的方法，该方法包括：
(a)确定该室壁板是否清洁；
(b)如果不清洁，则清洗该室壁板；和
(c)如果清洁，在该室内形成具有等离子体容积的等离子体；其中形成等离子体包括将反应气体以某一流率引入该室的步骤；其中使反应气体的等离子体容积与该流率之比值，按照预定的关系保持预定的比值。
16.由权利要求15的方法制造的非晶态硅薄膜。
17.一种在具有壁板的室内使非晶态硅生长的方法，该方法包括：
(a)确定该室的壁板是否清洁；
(b)如果不清洁，则清洗该室的壁板；
(c)如果清洁，则以某一流率将反应气体引入该室；和
(d)在第一电极和第二电极之间施加能量，以使在该室内表成等离子体，该等离子体具有一定的等离子体容积；
其中保持该流率和施加的能量，以使按照预定的关系使等离子体容积与流率的比值具有预定的比值。
18.由权利要求17的方法制造的非晶态硅薄膜。
19.一种氢化非晶态硅薄膜，它包括：
硅和氢元素；
当在50000放大率的电子扫描显微镜(SEM)下观察时，该薄膜具有平滑和玻璃状光泽的外表；
当切开该薄膜时，它在剖面图和俯视图上具有密实的结构；
该薄膜具有基本上如图5所示的，以来自带隙导电边缘的能量表示的能态密度与深度关系图；和
该薄膜具有基本上如图6所示的光电容与光子能量曲线图。
20.权利要求19的氢化非晶态硅薄膜，该薄膜具有基本上如图3所示的X射线衍射图，和具有基本上如图4所示的红外线光谱图。
21.权利要求19的氢化非晶态硅薄膜，还包括选自B，Al，Ga，In，C，Sn，Ge，Pb，P，N，As，Sb，Ti，Bi，Se，S，Te和O的一种掺杂剂。
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