熱絲化學(xué)氣相沉積技術(shù)

第1章　引言 001
1.1　薄膜技術(shù) 001
1.2　Ca-t CVD 的誕生 003
1.3　Ca-t CVD 及相關(guān)技術(shù)的研究歷史 003
1.4　本書的結(jié)構(gòu) 006
參考文獻(xiàn) 006
第2章　Cat-CVD的物理基礎(chǔ)及其與PECVD的區(qū)別 009
2.1　沉積腔室中的物理基礎(chǔ) 009
2.1.1　分子密度及其熱速率 009
2.1.2　平均自由程 011
2.1.3　固體表面的碰撞 014
2.1.4　腔室中基團(tuán)的停留時間 016
2.2　Ca-t CVD 和PECVD 設(shè)備的差異 017
2.3　PECVD 的基本特征 018
2.3.1　PECVD 的誕生 018
2.3.2　等離子體的產(chǎn)生 018
2.3.3　直流等離子體與射頻等離子 018
2.3.4　鞘層電壓 020
2.3.5　PECVD 中分解的基團(tuán)濃度 021
2.4　PECVD 技術(shù)的缺點(diǎn)及改善方法 023
2.4.1　等離子體損傷 023
2.4.2　提高PECVD 激發(fā)頻率 026
2.4.3　功率傳輸系統(tǒng) 026
2.4.4　大面積薄膜沉積的均勻性 027
2.5　Ca-t CVD 的技術(shù)特點(diǎn) 028
附錄2.A　Si、H 原子低能量注入引起的Si、H 原子分布〈R〉和缺陷分布〈Rdefect〉的粗略計(jì)算 030
參考文獻(xiàn) 032
第3章　Cat-CVD中化學(xué)反應(yīng)的分析方法及基本原理 034
3.1　CVD 過程中活性基團(tuán)的重要性 034
3.2　活性基團(tuán)檢測技術(shù) 035
3.3　單光子激光誘導(dǎo)熒光（LIF）  036
3.3.1　基本方法 036
3.3.2　兩態(tài)系統(tǒng)假設(shè)的有效性 037
3.3.3　熒光的各向異性 039
3.3.4　非輻射衰退過程的校正 039
3.3.5　光譜展寬 040
3.3.6　單光子LIF 的典型裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 041
3.3.7　分子基團(tuán)的轉(zhuǎn)動和振動態(tài)的分布 045
3.3.8　單光子LIF 中絕對濃度的估算 045
3.4　雙光子激光誘導(dǎo)熒光 046
3.5　單通道真空紫外（VUV）激光吸收 048
3.6　其他激光光譜技術(shù) 050
3.6.1　共振增強(qiáng)多光子離化 050
3.6.2　光腔衰蕩光譜 051
3.6.3　可調(diào)諧二極管激光吸收譜 c2054
3.7　質(zhì)譜測量技術(shù) 055
3.7.1　光致電離質(zhì)譜法 055
3.7.2　閾值電離質(zhì)譜法 056
3.7.3　離子附著式質(zhì)譜分析法 056
3.8　穩(wěn)定分子的氣相組成測定 056
附錄3.A　原子和分子光譜學(xué)中使用的術(shù)語符號 058
參考文獻(xiàn) 058
第4章　催化化學(xué)氣相沉積的物理化學(xué)基礎(chǔ) 065
4.1　Ca-t CVD 過程中的分子動力學(xué) 065
4.1.1　Ca-t CVD 腔室中的分子 065
4.1.2　Ca-t CVD 與PECVD 氣體利用率對比 068
4.1.3　熱絲表面積的影響 068
4.2　熱絲表面發(fā)生了什么——催化反應(yīng) 069
4.3　表面分解氣體過程中的熱絲中毒問題 071
4.4　Ca-t CVD 腔室內(nèi)氣體溫度分布 072
4.5　熱絲表面分解機(jī)理及氣相動力學(xué) 073
4.5.1　雙原子分子的催化分解：H2、N2、O2  073
4.5.2　H2O 的催化分解 075
4.5.3　SiH4 和SiH4 /H2 的催化分解及后續(xù)氣相反應(yīng) 075
4.5.4　NH3 的催化分解及后續(xù)氣相反應(yīng) 076
4.5.5　CH4 和CH4 /H2 的催化分解及后續(xù)氣相反應(yīng) 078
4.5.6　PH3 和PH3 /H2 的催化分解及后續(xù)氣相反應(yīng) 078
4.5.7　B2H6 和B2H6 /H2 的催化分解及后續(xù)氣相反應(yīng) 079
4.5.8　H3NBH3 的催化分解和從硼化熱絲中釋放B 原子 080
4.5.9　甲基硅烷和六甲基二硅氮烷（HMDS）的催化分解 081
4.5.10　金屬絲上各種分子催化分解總結(jié) 083
4.6　Ca-t CVD 中Si 膜的形成機(jī)理 083
參考文獻(xiàn) 084
第5章　Cat-CVD制備的無機(jī)薄膜性能 089
5.1　Ca-t CVD 制備非晶硅（a-Si）的性能 089
5.1.1　a-Si 基礎(chǔ) 089
5.1.2　Ca-t CVD 制備a-Si 基礎(chǔ) 097
5.1.3　Ca-t CVD 制備a-Si 的一般特性 100
5.1.4　Ca-t CVD 制備a-Si 機(jī)理——生長模型 106
5.2　Ca-t CVD 制備多晶硅（poly-Si）和微晶硅（μc-Si）的性能 111
5.2.1　晶態(tài)硅薄膜的生長 111
5.2.2　Ca-t CVD 制備poly-Si 薄膜的結(jié)構(gòu) 114
5.2.3　Ca-t CVD 制備poly-Si 薄膜的性能 117
5.2.4　在c-Si 襯底上生長晶硅薄膜 121
5.3　Ca-t CVD 制備SiNx 的性能 121
5.3.1　SiNx 薄膜的應(yīng)用 121
5.3.2　SiNx 的制備基礎(chǔ) 121
5.3.3　采用NH3 和SiH4 混合氣制備SiNx  122
5.3.4　采用NH3、SiH4 和大量H2 的混合氣制備SiNx  128
5.3.5　采用NH3、SiH4 和大量H2 制備SiNx 薄膜的保形臺階覆蓋特性 130
5.3.6　采用HMDS 制備Cat-CVD SiNx  131
5.4　Ca-t CVD 制備氮氧化硅（SiOx Ny）的性能 134
5.4.1　采用SiH4、NH3、H2、N2 和O2 混合氣制備SiOx Ny 薄膜 134
5.4.2　采用HMDS、NH3、H2 和O2 混合氣制備SiOx Ny 薄膜 137
5.5　Ca-t CVD 制備SiO2 薄膜的性能 139
5.6　Ca-t CVD 制備氧化鋁（Al2O3）薄膜的性能 141
5.7　Ca-t CVD 制備AlN 薄膜的性能 143
5.8　Ca-t CVD 制備無機(jī)薄膜總結(jié) 145
參考文獻(xiàn) 146
第6章　引發(fā)化學(xué)氣相沉積（iCVD）合成有機(jī)聚合物 151
6.1　引言 151
6.2　iCVD 法合成聚四氟乙烯 152
6.2.1　CVD PTFE 薄膜的特性選擇及應(yīng)用 154
6.2.2　催化熱絲材料對PTFE 沉積的影響 156
6.3　iCVD 的機(jī)理 158
6.3.1　引發(fā)劑和抑制劑 158
6.3.2　單體的吸附 159
6.3.3　沉積速率和分子量 160
6.3.4　共聚反應(yīng) 162
6.3.5　保形性 162
6.4　iCVD 制備具有功能性、表面活性和響應(yīng)性有機(jī)薄膜 164
6.4.1　聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）：性能和應(yīng)用 170
6.4.2　含全氟烴基官能團(tuán)的iCVD 薄膜：性質(zhì)和應(yīng)用 171
6.4.3　聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA） 及其共聚物：性質(zhì)和應(yīng)用 174
6.4.4　有機(jī)硅烷和有機(jī)硅氮烷：性質(zhì)和應(yīng)用 177
6.4.5　苯乙烯、4-氨基苯乙烯和二乙烯基苯的iCVD 聚合物：性質(zhì)和應(yīng)用 181
6.4.6　二丙烯酸乙二醇酯（EGDA） 和二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）的iCVD 聚合物：性質(zhì)和應(yīng)用 183
6.4.7　兩性離子型聚合物和多離子型聚合物iCVD 薄膜：性質(zhì)和應(yīng)用 184
6.4.8　iCVD“智慧表面”：性質(zhì)和應(yīng)用 185
6.5　iCVD 界面工程：黏附與接枝 190
6.6　iCVD 合成有機(jī)薄膜的反應(yīng)裝置 192
6.7　iCVD 總結(jié)和未來展望 194
參考文獻(xiàn) 196
第7章　Cat-CVD設(shè)備運(yùn)行中的物理基礎(chǔ)與技術(shù) 207
7.1　Ca-t CVD 設(shè)備中氣體流量的影響 207
7.1.1　長圓柱形腔室準(zhǔn)層流實(shí)驗(yàn) 207
7.1.2　圓柱形腔室中SiH4 的裂解概率 209
7.2　決定薄膜均勻性的因素 210
7.2.1　催化熱絲與襯底之間幾何關(guān)系的表達(dá)式 210
7.2.2　薄膜厚度均勻性估算舉例 211
7.3　催化熱絲的安裝密度極限 212
7.4　催化熱絲的熱輻射 213
7.4.1　熱輻射基礎(chǔ) 213
7.4.2　熱輻射條件下襯底溫度的控制 214
7.4.3　CVD 系統(tǒng)的熱輻射 216
7.5　催化熱絲的污染 217
7.5.1　催化熱絲材料的污染 217
7.5.2　其他雜質(zhì)污染 218
7.5.3　催化熱絲釋放雜質(zhì)的流密度 221
7.6　催化熱絲的壽命及其延長方法 221
7.6.1　引言 221
7.6.2　鎢催化熱絲硅化物的形成 222
7.6.3　鉭催化熱絲硅化物的形成 227
7.6.4　鎢表面滲碳抑制硅化物的形成 229
7.6.5　鉭催化熱絲及延長其壽命的方法 230
7.6.6　使用TaC 延長壽命 230
7.6.7　使用其他鉭合金延長壽命 231
7.6.8　鎢催化熱絲在含碳?xì)夥罩械膲勖?232
7.6.9　iCVD 中使用的長壽命催化熱絲 234
7.7　腔室的清潔 235
7.8　產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)狀 237
7.8.1　用于化合物半導(dǎo)體的Ca-t CVD 量產(chǎn)設(shè)備 237
7.8.2　用于大面積沉積的量產(chǎn)型Ca-t CVD 設(shè)備 238
7.8.3　PET 瓶涂膜用的Ca-t CVD 設(shè)備 241
7.8.4　其他產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的原型機(jī) 242
參考文獻(xiàn) 242
第8章　Cat-CVD技術(shù)的應(yīng)用 245
8.1　Ca-t CVD 的歷史概述：研究與應(yīng)用 245
8.2　在太陽電池中的應(yīng)用 246
8.2.1　硅和硅合金薄膜太陽電池 246
8.2.2　c-Si 太陽電池 256
8.2.3　a-Si/c-Si 異質(zhì)結(jié)太陽電池 259
8.3　在薄膜晶體管（TFT）中的應(yīng)用 262
8.3.1　a-Si TFT  262
8.3.2　poly-Si TFT  266
8.4　在鈍化化合物半導(dǎo)體器件表面中的應(yīng)用 268
8.4.1　GaAs 高電子遷移率晶體管（HEMT）的鈍化 268
8.4.2　甚高頻晶體管的鈍化 269
8.4.3　半導(dǎo)體激光器的鈍化 270
8.5　在超大規(guī)模集成電路（ULSI）工業(yè)中的應(yīng)用 270
8.6　在其他器件（如有機(jī)器件）中作為阻氣膜的應(yīng)用 271
8.6.1　OLED 用無機(jī)阻氣膜SiNx /SiOx Ny  271
8.6.2　無機(jī)/有機(jī)疊層阻氣膜 274
8.6.3　用于食品包裝的阻氣膜 278
8.7　其他應(yīng)用和目前Ca-t CVD 應(yīng)用總結(jié) 
第9章　Cat-CVD系統(tǒng)中的活性基團(tuán)及其應(yīng)用 286
9.1　高濃度H 原子的產(chǎn)生和輸運(yùn) 286
9.1.1　高濃度H 原子的產(chǎn)生 286
9.1.2　H 原子的輸運(yùn) 288
9.2　Ca-t CVD 設(shè)備中H 原子的清潔和刻蝕應(yīng)用 291
9.2.1　刻蝕c-Si  291
9.2.2　碳污染表面的清潔 292
9.3　H 原子對光刻膠的去除作用 294
9.4　H 原子對金屬氧化物的還原作用 298
9.4.1　不同金屬氧化物的還原 298
9.4.2　H 原子對金屬氧化物半導(dǎo)體性能的調(diào)控 299
9.5　H 原子在液態(tài)漿料低溫形成高電導(dǎo)金屬線中的應(yīng)用 300
9.6　低溫表面氧化——“催化氧化”  301
9.7　低溫表面氮化——c-Si 和GaAs 的“催化氮化”  306
9.8　“催化化學(xué)濺射”：一種基于活性基團(tuán)的新型薄膜沉積方法 313
參考文獻(xiàn) 314
第10章　催化摻雜：一種新型低溫?fù)诫s技術(shù) 316
10.1　引言 316
10.2　催化摻雜現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程 317
10.3　c-Si 的低溫和近表面磷摻雜 318
10.3.1　近表面摻雜層的電性能測量 318
10.3.2　催化摻雜雜質(zhì)濃度分布的SIMS 表征 322
10.3.3　擴(kuò)散系數(shù)的估算 326
10.3.4　催化摻雜P 原子的特性 327
10.3.5　催化摻雜的機(jī)理 330
10.4　c-Si 的低溫硼摻雜 335
10.5　a-Si 的催化摻雜 338
10.6　催化摻雜技術(shù)的應(yīng)用及可行性 340
10.6.1　催化摻雜調(diào)控表面電勢實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鈍化 340
10.6.2　a-Si 的催化摻雜及其在異質(zhì)結(jié)太陽電池中的應(yīng)用 342
參考文獻(xiàn) 344