一种等离子装置以及纳米晶硅薄膜的制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术适用于半导体设计技术领域，提供了一种等离子装置以及纳米晶硅薄膜的制作方法。其中装置包括：腔体；位于所述腔体中的电弧电极组，所述电弧电极组包括一阳极以及一阴极，所述阴极与阳极之间具有一电弧放电空间，且所述阴极与阳极在彼此相对的一端分别具有一结晶硅靶材，所述结晶硅靶材的电阻率小于０．０１欧姆.厘米；以及位于所述腔体中的承载基座，所述承载基座具有一承载面，且所述承载面面向所述电弧放电空间。由于利用了具有结晶硅靶材的电弧电极组，可以以较简易的制程制作出高质量的纳米晶硅薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体设计
，尤其涉及一种等离子装置以及纳米晶硅薄膜 的制作方法。
技术介绍
在半导体制程中，等离子(plasma)受到广泛的应用，例如应用于清洁 (cleaning)、涂布(coating)、溅镀(sputtering)、等离子化学气相沉积(plasmaCVD)、 离子植入(ion implantation)、真空电弧(Vacuum Arc)、浸入式等离子离子植入(Plasma Immersion Ion Implantation, PHI)或是蚀亥Ij (etching)等。 其中，现有技术中通常利用等离子来形成半导体制程中的薄膜，所成膜出来 的产品可用于制造太阳电池用薄膜、液晶显示器等中所使用的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor, TFT)数组等的各种半导体。图1为美国专利公告号US5952061所载的等离子装置的示意图。请参照图1，等 离子装置包括腔体1、承载基座10、电极板12、坩锅3、气体管路16。其中基板11放在 承载基座9上，坩锅3中填有硅合金8作为硅源。当直流电压源4施加一电压差于电极板 12以及坩锅3之间时，自气体管路16通入的中性气体(例如氩气、氦气、氖气、氪气 以及氙气)可作为产生等离子的媒介，而所施加的直流电流为一百安培到两百安培。此 时，坩锅3中的硅合金8因受热而产生硅蒸气散布于腔体1中。接着，腔体1中的硅原 子蒸气再慢慢地沉积基板11。如图1所示，承载基座9中具有一加热器10，承载基座9 上的基板11通过加热器10的加热而成长出硅薄膜。然而，在美国专利公告号US5952061所揭示的等离子装置中，在成长硅薄膜时 需将基板上加热至摄氏300度以上的高温，因此对于一些较不耐热的基板而言，例如可 挠式基板，并无法在其上形成硅薄膜。这样将使得太阳电池用薄膜、液晶显示器等中所 使用的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，TFT)数组等的各种半导体的薄膜因受限于制程 而无法被顺利的制造在较不耐热的基板上。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种等离子装置，旨在解决现有技术提供的等离 子装置中，在成长硅薄膜时需将基板加热至较高的温度，使得各种半导体的薄膜因受限 于制程而无法被顺利的制造在较不耐热的基板上的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种等离子装置，其特征在于，所述装置包括腔体；位于所述腔体中的电弧电极组，所述电弧电极组包括一阳极以及一阴极，所述 阴极与阳极之间具有一电弧放电空间，且所述阴极与阳极在彼此相对的一端分别具有一 结晶硅靶材，所述结晶硅靶材的电阻率小于0.01欧姆 厘米；以及位于所述腔体中的承载基座，所述承载基座具有一承载面，且所述承载面面向所述电弧放电空间。进一步地，上述等离子装置还包括一载放于所述承载基座的所述承载面上的基 板，所述承载基座还包括一冷却系统，所述冷却系统掩埋于所述承载面中并强行冷却在 制程期间被加热的 所述基板；所述冷却系统进一步包括一冷却管路以及一冷却剂，所述承载基座的内部具有 一沟槽，所述冷却管路穿设于所述沟槽中，且所述冷却剂在所述冷却管路中流动并进行 循环。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种纳米晶硅薄膜的制作方法，所述方法是 利用如上所述的等离子装置进行制作的，所述纳米结晶薄膜的制作方法包括提供一基板于所述承载基座的所述承载面上；调整所述腔体中的气体至操作压力；输入一电压差至所述阳极以及阴极之间；缩短所述阳极以及阴极之间的距离，以使所述阳极与阴极之间产生一稳定电弧等离子；所述阳极的所述结晶硅靶材与所述阴极的所述结晶硅靶材通过所述稳定电弧等 离子而形成多个硅晶粒以及硅原子；以及所述多个硅晶粒以及硅原子沉积于所述基板上而形成一纳米晶硅薄膜。本专利技术实施例提供的等离子装置利用具有结晶硅靶材的电弧电极组，可以以较 简易的制程制作出高质量的纳米晶硅薄膜。另外，由于本专利技术实施例在承载基座设置冷 却系统，以强行冷却在制程期间被加热的基板，因此，本专利技术实施例提供的等离子装置 可以在不耐高温的基板上制作出纳米晶硅薄膜。附图说明图1是现有技术提供的一种等离子装置的示意图；图2是本专利技术实施例提供的等离子装置的剖面示意图；图3是图2中电弧电极组运动轨迹的局部放大示意图；图4是本专利技术实施例提供的等离子装置中产生电弧放电时的状态示意图；图5是本专利技术实施例提供的等离子装置中基板的进料方式的局部放大示意图；图6是本专利技术实施例提供的纳米晶硅薄膜的制作方法；图7是本专利技术实施例提供的纳米晶硅薄膜的拉曼光谱图；图8是本专利技术实施例提供的纳米晶硅薄膜的穿透式电子显微镜图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供的等离子装置主要是提出一种新颖且简易的直接形成方式， 利用在一组电弧电极组的相对侧分别设置一具有结晶硅的硅靶材，当在电弧电极组中的 阴极与阳极之间施加适当电压时，并利用电弧使得结晶硅靶材中的硅结晶获得相当程度的能量，使硅结晶以及硅原子自结晶硅靶材中蒸发至气相中，同时让硅结晶以及硅原子 均勻混合，而在基板上形成高度分散、具有硅晶粒且光电特性优异的纳米晶硅薄膜。图2是本专利技术实施例提供的等离子装置的剖面示意图。请参照图2，此等离子装 置200包括腔体210、电弧电极组220以及承载基座(substrate holder) 230。其中，电弧电 极组220位于腔体210中，电弧电极组220包括对向设置的阳极240以及阴极250，其中阴 极250与阳极240之间具有一电弧放电空间S，且阴极250与阳极240在彼此相对的一端 分别具有一结晶硅靶材260，结晶硅靶材260的电阻率小于0.01欧姆 厘米(Ω · cm) 承载基座230位于腔体210中，承载基座230具有承载面232，且承载面232面向电弧放 电空间S。通过阴极250与阳极240之间的结晶硅靶材260可以以简易的制程制作出具 有光电特性优异的半导体薄膜。更详细而言，如图2所示，结晶硅靶材260是分别位于阴极250与阳极240相对 的一侧，在本实施例中，结晶硅靶材260具有单晶硅结构，通过在单晶硅结构中掺杂适 当浓度的掺质而适度地调整结晶硅靶材260的结构以及其电阻率。换言之，电阻率可以 通过提高掺质的掺杂浓度而降低。进一步而言，提高掺质的掺杂浓度有助于在阴极250 与阳极240之间生成电弧放电，换言之，当结晶硅靶材260的电阻率小于0.01欧姆·厘 米(Ω ·αη)时，可以充分地使得阴极250与阳极240在合适的电压范围内以及电极距离 时产生电弧放电。另一方面，在结晶硅靶材260中，掺杂浓度的上限并无特定的限制， 然而由于基于降低掺质对结晶硅靶材260中结晶性的破坏程度，掺质的掺杂浓度的上限 较佳地是使结晶硅靶材260的电阻率不小于等于0.005(Ω · cm),换言之，当结晶硅靶 材26 0的电阻率大于0.005 ( Ω · cm)时，可以充分维持结晶硅靶材260中的结晶性。换 言之，各结晶硅靶材260例如具有一单晶硅结构，且各单晶硅结构具有高浓度掺杂的掺 质(dopant)。在本实施例中，掺质在各单晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子装置，其特征在于，所述装置包括：腔体；位于所述腔体中的电弧电极组，所述电弧电极组包括一阳极以及一阴极，所述阴极与阳极之间具有一电弧放电空间，且所述阴极与阳极在彼此相对的一端分别具有一结晶硅靶材，所述结晶硅靶材的电阻率小于０．０１欧姆.厘米；以及位于所述腔体中的承载基座，所述承载基座具有一承载面，且所述承载面面向所述电弧放电空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗惠，林宗颖，廖子杰，彭佳凌，刘家麟，莫启能，
申请(专利权)人：深圳华映显示科技有限公司，中华映管股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]