●文/王守坤、孫亮、郝昭慧、朱夏明、袁劍峰、林承武
北京京東方顯示技�(shù)有限公司
摘要：本文采用等離子體增強化�(xué)氣相沉積法（PECVD）制得氮化硅和氫化非晶硅薄膜，對PECVD�(shè)備中基板支撐梢區(qū)域的膜質(zhì)進行了研究。結(jié)果顯示基板支撐梢對氮化硅薄膜的影響是：基板支撐梢區(qū)域的膜厚（沉積速率）高于非基板支撐梢區(qū)域，氫含量及[SiH/NH]值高于非基板支撐梢；對氫化非晶硅薄膜的影響是：基板支撐梢區(qū)域的膜厚（沉積速率）小于非基板支撐梢區(qū)域，氫含量高于非基板支撐梀并對成膜影響的機理進行了分析討論�
�(guān)鍵詞：等離子體增強化�(xué)氣相沉積法；基板支撐梢；氮化硅膜；氫化非晶硅膜；傅里葉紅外分析；生長機制�
引言
近年來，液晶顯示（LCD）為代表的平板顯示已取代體積笨重的CRT顯示，并占據(jù)主流地位，涵蓋了從手機到大尺寸電視的各種顯示�(lǐng)域。LCD的核心部件是非晶硅薄膜晶體管(thin film transistors，TFT)，在有源矩陣�(qū)動顯示器件中�(fā)揮了重要作用。圖1為a-Si:H薄膜晶體管結(jié)�(gòu)示意圖�
TFT柵極絕緣源層SiNx和非晶硅層a-Si:H是在RF．PECVD（射頻等離子增強型化�(xué)氣相淀積）�(shè)備完成的，反�(yīng)腔室的原理示意如�2。由于a-Si:H是TFT晶體管器件的�(guān)鍵膜層，則柵極絕緣層（gate insulator sinx）分成高速沉積（GH）和低速沉�(GL)兩次來完成，有源層非晶硅a-Si:H分為低速沉�(AL)和高速沉積（AH）來沉積。并且要保證所成膜的膜�(zhì)的特性。否則會�(dǎo)致完成品的顯示均一性。但是在RF．PECVD�(shè)備中，玻璃基板是放置于設(shè)備腔室加熱機臺（susceptor）上進行沉積的，而加熱基臺上面被�(shè)置了空洞，內(nèi)嵌升降玻璃基板的基板支撐梢（pin），從而基板支撐梢就可能導(dǎo)致膜�(zhì)與其他區(qū)域不同，造成�(chǎn)品的視覺不均，影響產(chǎn)率。本文就是針對PECVD基板支撐梢區(qū)域的膜質(zhì)進行討論分析，并給出建議�
1、實�
1.1 樣品制備及反�(yīng)機理
實驗�(shè)備采用射頻頻率為13.56MHz的PECVD系統(tǒng)，溫度為340℃。反�(yīng)氣體為NH3、SiH4和N2及SiH4和H2的混合氣體，分別在四張玻璃基板上對應(yīng)于PECVD基板支撐梢的位置，貼附硅片（si-wafer，分布如�3），然后分別沉積高速氮化硅�(GH），低速氮化硅�(GL)，高速a-Si:H 膜（AH）和低速a-Si:H�(AL)單層膜樣品。氣體流量比分別為GH (SiH4：NH3：N2=3�10�30) ,GL(SiH4：NH3：N2=1�4�33)，AL(H2：SiH4=1�10)，AH (H2：SiH4=1�7)。玻璃基板為2500mm x 2200 mm的超薄玻璃基板，等離子區(qū)功率�2100W�20000W。反�(yīng)腔的氣壓�159 Pa�320 Pa，電極間的距離為17mm�25 mm�
反應(yīng)氣體通過由許多小孔組成的擴散口（diffuser）均勻地流入反應(yīng)腔中，此系統(tǒng)中沉積柵極絕緣層（gate insulator SiNx）所�(fā)生的主要反應(yīng)[1]�
4 NH3+3 SiH4→Si3N4+12 H2 (1)
3 SiH4+2 N2→Si3N4+6 H2 (2)
反應(yīng)�(1)的反�(yīng)機理是NH3和SiH4的反�(yīng)生成三胺基硅Si(NH2)3，三胺基硅Si(NH2)3作為氮化硅薄膜生長的主要反應(yīng)基，在玻璃基板表面通過熱分解、鍵合等方式生成a-SiN ：H薄膜；反�(yīng)�(2)的反�(yīng)機理為SiH4和N2在等離子區(qū)電離成SiH3離子和N離子，依靠SiH3離子和N離子在基板表面的反應(yīng)生成類a-Si：H的薄膜，并在生長的過程中同時被基�(tài)的N離子氮化[2]�
沉積非晶硅層（a-Si:H）所�(fā)生的主要反應(yīng)�
SiH4 (g)→Si(s)+2H2(g) (3)
反應(yīng)�(3)的反�(yīng)原理是SiH4先分解成SiH3主要前驅(qū)物，然后SiH3與Si-H反應(yīng)析出Si放出H2，并且反�(yīng)中的H會打斷較弱的Si-Si鍵，而重新組合為更強的Si-Si鍵，形成晶核擴散到基板表面進行成膜[3]�
1.2 分析測試
薄膜厚度測量儀�(KMAC)：用來測試樣品的膜厚和折射率，其測試原理為：用一束光打在薄膜測試樣品上，一部分光在薄膜表面反射，另一部分光在薄膜和基板以及在多層面的界面之間反射，這些波長出現(xiàn)互補干涉或相消干涉，從而測量的反射光根�(jù)薄膜厚度的不同，出現(xiàn)不同形狀的波彀在知道各種薄膜�(jié)�(gòu)的情況下，就可測試計算出薄膜的厚度值�
采用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)分析薄膜中Si-H和N-H鍵的伸展振動模的紅外吸收光譜并計算Si-H和N-H鍵的含量。SiNx薄膜中Si-H和N-H鍵的含量可以通過紅外吸收光譜中的吸收峰的積分強度計算�(4)和式(5)得到[1][4]�
N=Ax�(a/ω)dω=Ax∫ad(1nω) (4)
Cx= (Nx/Ntot)* 100�= (Ax/Ntot)∫ad(1nω) (5)
其中x表示Si-H和N-H鍵的鍵合模式，Ax是鍵合模� x的校準因子，a(ω)是吸收峰的吸收系�(shù)，是波數(shù)ω的函�(shù)。Ntot是薄膜的總的原子密度�
2、實驗測試結(jié)�
2.1 沉積速率及折射率測試�(jié)�
...... 更多精彩�(nèi)容請見《國際光電與顯示�2012�11月刊，歡迎訂閱！ 訂閱咨詢�0755-86149014
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