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化学气相沉积中影蔽效应对硅薄膜表面形貌和微结构的影响

张海龙 刘丰珍 朱美芳

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化学气相沉积中影蔽效应对硅薄膜表面形貌和微结构的影响

张海龙, 刘丰珍, 朱美芳

Influence of shadowing effect on morphology and microstructure of silicon thin film in chemical vapor deposition

Zhang Hai-Long, Liu Feng-Zhen, Zhu Mei-Fang
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  • 采用斜入射热丝化学气相沉积技术(OAD-HWCVD),研究了气流入射角度()对氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜表面和微结构的影响. 实验发现,薄膜厚度为1 m时,均方根粗糙度与tan成指数关系;在入射角度为75时,薄膜表面由自仿射表面转变为mound表面. 采用拉曼谱和红外谱表征了硅薄膜的微结构随气流入射角度的变化. 在薄膜转变为mound表面生长之前,随入射角度的增加,准局域的影蔽效应使得薄膜中微空洞的数目及尺寸增加,导致薄膜微结构因子升高、致密度下降、薄膜质量变差. 在薄膜转变为mound表面生长之后,非局域的影蔽效应导致大尺度的空洞,同时薄膜中以Si-Hn(n 2)形式存在的氢增多. 本文以非晶硅薄膜为例,结合标度理论,分析了薄膜生长过程中的表面形貌和微结构与影蔽效应的关系.
    Influences of gas incident angle () on surface morphology and microstructure of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin films are investigated, which were grown using an oblique angle hot wire chemical vapor deposition (OAD-HWCVD) technique. An exponential relationship between the tan and RMS roughness is observed. The film surface morphology transforms from a self-affine surface into a mounded surface when the incident angle is larger than a critical angle c(60 c 75). Influences of on the microstructural properties of silicon thin films are characterized using Raman scattering and FT-IR measurements. As c, owing to the qusai-local shadowing effect, increasing increases the quantity and size of micro-voids, leading to the decrease of film density and quality. For c, the nonlocal shadowing effect causes the formation of large voids or cracks and the proportion of multi-hydride (SiHn, n 2) increases. Combined with the scaling theory, the relationship between the shadowing effect and the surface morphologies and microstructures of amorphous silicon thin films is discussed.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2006CB202601,2011CBA00705)和北京市科技计划(批准号:D121100001812003)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant Nos. 2006CB202601, 2011CBA00705), and the Beijing Municipal Science and Technology Project (Grant No. D121100001812003).
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-28
  • 修回日期:  2014-05-06
  • 刊出日期:  2014-09-05

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