发明内容
本发明提供一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测方法，以实现用光谱监测方法对等离子增强化学气相沉积工艺中非晶氢化硅薄膜组分的监测。
本发明提供一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测装置，可实现具有在线原位监测。
本发明通过以下技术方案实现：
一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测装置，所述光谱监测装置包括PECVD腔室100、成分检测腔室200和光谱仪系统300；
所述PECVD腔室100，用于等离子体沉积靶材的工作；
所述成分检测腔室200，用于采用空心阴极发射电子轰击硅基样片，产生含薄膜物质的等离子体在已沉积的硅基样片表面形成薄膜，并进行薄膜成分分析；
所述光谱仪系统300，用于监测硅基样片表面发光区域，监测到等离子体发光进入光谱仪分光后并使用探测器成像。
进一步的，所述成分检测腔室200包括机械泵Ⅱ210、分子泵Ⅱ220、可伸缩支撑杆Ⅱ230、空心阴极电子源240和支架Ⅱ250和放置台Ⅱ260；
所述支架Ⅱ250的一侧通过电磁阀门160与PECVD腔室100相连接，所述支架Ⅱ250的顶端的底面内侧设置放置台Ⅱ260，所述可伸缩支撑杆Ⅱ230贯穿支架Ⅱ250和放置台Ⅱ260，所述放置台Ⅱ260上放置硅基样片，所述放置台Ⅱ260的正上方设置空心阴极电子源240，所述支架Ⅱ250的底面外侧设置机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220，所述支架Ⅱ250的另一侧插入光谱仪系统300的真空光纤探头310。
进一步的，所述光谱仪系统300包括过真空光纤探头310、光谱仪与图像增强器320；
所述真空光纤探头310和光谱仪与图像增强器320相连接，所述光谱仪与图像增强器320均与工控机相连接。
进一步的，所述PECVD腔室100与成分检测腔室200通过电磁阀门160与过真空卡扣连接，所述成分监测腔室200的侧壁通过标准法兰接口安装一光纤过真空馈通法兰，用于连接光纤，光纤另一端连接至光谱仪狭缝前。
进一步的，所述可伸缩机械手110，用于移动样品位置，将硅基样片从PECVD腔室100移动至成分监测腔室200；
所述可伸缩支撑杆Ⅰ130和可伸缩支撑杆Ⅱ230可调节硅基样片的高度；
所述机械泵Ⅰ120、分子泵Ⅰ150，用于维持PECVD腔室的真空状态；机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220，用于维持成分检测腔室200的真空状态；
所述电磁阀门160，用于控制PECVD腔室100是否为真空状态。
一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测方法，所述光谱监测方法包括以下步骤：
步骤1：将如上述光谱监测装置进行组装与调试；
步骤2：开启机械泵120，对PECVD腔室100进行抽真空处理；
步骤3：通过气路向PECVD腔室100内供入沉积气体SiH4/He, 并开启射频电源，电子获得能量，与SiH4气体发生碰撞产生SiH3、SiH2、SiH、SiH3+活性粒子，沉积到硅基样片表面完镀膜；完成镀膜后，关闭射频电源。
步骤4：通过可伸缩机械手110将在PECVD腔室100完成镀膜沉积后的硅基样片转移至成分监测腔室200，采用空心阴极发射电子轰击已沉积的硅基样片，产生含薄膜物质的等离子体，在已沉积的硅基样片表面形成薄膜，对薄膜进行成分分析；
所述薄膜成分分析具体为，
Si原子辐射谱线的光强为ISi：
ISi=nenSiQSi，
H原子谱线的光强为IH：
IH=nenHQH,
其中，nSi表示为Si原子密度，nH表示H原子密度；QSi和QH表示原子直接激发的速率系数；
定义光强比 ，
R=ISi/IH=nenSiQSi/nenHQH；
因此，
nSi/nH=QSiIH/QHISi,
其中IH/ISi可由光谱观测而得，QSi/QH由定义光强公式可得；即可获得nSi/nH即x/y的值，则可获得薄膜成分的含量；
步骤5：对已经在表面形成薄膜的硅基样片，使用光纤探头（310监测硅基样片表面的发光区域；光纤探头310将监测到的画面传输到光谱仪分光后由探测器成像，并由工控机读出数据。
进一步的，所述步骤2中对PECVD腔室100进行抽真空使PECVD腔室100内的压力维持在百帕-千帕的量级。
进一步的，所述步骤4通过可伸缩机械手110将其转移至成分监测腔室200，以进行薄膜成分分析具体为，打开电磁阀门160，操作可移动机械手110，将沉积完成的硅基样片输送至成分监测腔室200；调整可伸缩支撑杆Ⅱ230，使沉积完成的硅基样片贴近光纤探头310下端面开启成分监测腔室200的机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220；为加快成分监测腔室抽真空速度，开启PECVD腔室100的分子泵Ⅰ150；成分监测腔室200的真空维持在10-4Pa量级。
进一步的，所述空心阴极电子源使用惰性气体作为工质，包括但不限与Ar、Kr和Xe。
本发明的有益效果是：
本发明无需将样品从沉积腔室移出，具有在线原位监测的特点。
本发明能提高监测的准确性，并能指导工艺人员优化等离子体放电参数。
本发明的硅基样品无需脱离真空环境，避免了环境因素干扰；并通过光谱监测的方法获得了薄膜中元素成分的含量。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测装置，所述光谱监测装置包括PECVD腔室100、成分检测腔室200和光谱仪系统300；
所述PECVD腔室100，用于等离子体沉积靶材的工作；
所述成分检测腔室200，用于采用空心阴极发射电子轰击硅基样片，产生含薄膜物质的等离子体在已沉积的硅基样片表面形成薄膜，并进行薄膜成分分析；
所述光谱仪系统300，用于监测硅基样片表面发光区域，监测到等离子体发光进入光谱仪分光后并使用探测器成像。
进一步的，所述光谱监测装置包括PECVD腔室100、成分检测腔室200和光谱仪系统300；
所述PECVD腔室100，用于等离子体沉积靶材的工作；
所述成分检测腔室200，用于薄膜成分分析；
所述光谱仪系统300，用于监测硅基样品表面发光区域，监测到等离子体发光进入光谱仪分光后并使用探测器成像。
进一步的，所述PECVD腔室100包括可伸缩机械手110、机械泵Ⅰ120、可伸缩支撑杆Ⅰ130、射频电源140、分子泵Ⅰ150、电磁阀门160、支架Ⅰ170和放置台Ⅰ180；
所述支架Ⅰ170的一侧插入可伸缩机械手110，所述支架Ⅰ170的底面内侧设置放置台Ⅰ180，所述可伸缩支撑杆Ⅰ130贯穿放置台Ⅰ180与支架Ⅰ170，所述放置台Ⅰ180上放置硅基样片，所述放置台Ⅰ180的正上方设置射频电源140，所述支架Ⅰ170的底面外侧设置机械泵Ⅰ120和分子泵Ⅰ150，所述支架Ⅰ170的另一侧设置电磁阀门160，所述电磁阀门160与成分检测腔室200相连接。
进一步的，所述成分检测腔室200包括机械泵Ⅱ210、分子泵Ⅱ220、可伸缩支撑杆Ⅱ230、空心阴极电子源240和支架Ⅱ250和放置台Ⅱ260；
所述支架Ⅱ250的一侧通过电磁阀门160与PECVD腔室100相连接，所述支架Ⅱ250的顶端的底面内侧设置放置台Ⅱ260，所述可伸缩支撑杆Ⅱ230贯穿支架Ⅱ250和放置台Ⅱ260，所述放置台Ⅱ260上放置硅基样片，所述放置台Ⅱ260的正上方设置空心阴极电子源240，所述支架Ⅱ250的底面外侧设置机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220，所述支架Ⅱ250的另一侧插入光谱仪系统300的真空光纤探头310。
进一步的，所述光谱仪系统300包括过真空光纤探头310、光谱仪与图像增强器320；
所述真空光纤探头310和光谱仪与图像增强器320相连接，所述光谱仪与图像增强器320均与工控机相连接。
进一步的，所述PECVD腔室100与成分检测腔室200通过电磁阀门160与过真空卡扣连接，所述成分监测腔室200的侧壁通过标准法兰接口安装一光纤过真空馈通法兰，用于连接光纤，光纤另一端连接至光谱仪狭缝前。
成分监测腔室工作时，开启电磁阀门，并用机械手移动硅基样片至成分监测腔室中，成分监测腔室可伸缩支撑杆可调节硅基样片的高度。
进一步地，关闭电磁阀门160，开启成分监测腔室200的机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220，给空心阴极电子源供入惰性气体，空心阴极电子源轰击硅基样片表面产生等离子体。
进一步地，光纤探头310监测等离子体发光，并经光谱仪分光被ICCD接收，生成光谱图像。
进一步的，所述可伸缩机械手110，用于移动样品位置，将硅基样片从PECVD腔室100移动至成分监测腔室200；
所述可伸缩支撑杆Ⅰ130和可伸缩支撑杆Ⅱ230可调节硅基样品的高度；
所述机械泵Ⅰ120、分子泵Ⅰ150，用于维持PECVD腔室的真空状态；机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220，用于维持成分检测腔室200的真空状态；
所述电磁阀门160，用于控制PECVD腔室100是否为真空状态。
一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测方法，所述光谱监测方法包括以下步骤：
步骤1：将如上述光谱监测装置进行组装与调试；
步骤2：开启机械泵120，对PECVD腔室100进行抽真空处理；
步骤3：通过气路向PECVD腔室100内供入沉积气体SiH4/He, 并开启射频电源，电子获得能量，与SiH4气体发生碰撞产生SiH3、SiH2、SiH、SiH3+活性粒子，沉积到硅基样片表面完镀膜；完成镀膜后，关闭射频电源。
步骤4：通过可伸缩机械手110将在PECVD腔室100完成镀膜沉积后的硅基样片转移至成分监测腔室200，采用空心阴极发射电子轰击已沉积的硅基样片，产生含薄膜物质的等离子体，在已沉积的硅基样片表面形成薄膜，对薄膜进行成分分析；
步骤5：对已经在表面形成薄膜的硅基样片，使用光纤探头（310监测硅基样片表面的发光区域；光纤探头310将监测到的画面传输到光谱仪分光后由探测器成像，并由工控机读出数据。
进一步的，所述步骤2中对PECVD腔室100进行抽真空使PECVD腔室100内的压力维持在百帕-千帕的量级。
进一步的，所述步骤4通过可伸缩机械手110将其转移至成分监测腔室200，以进行薄膜成分分析具体为，打开电磁阀门160，操作可移动机械手110，将沉积完成的硅基样品输送至成分监测腔室200；调整可伸缩支撑杆Ⅱ230，使沉积完成的硅基样片贴近光纤探头310下端面开启成分监测腔室200的机械泵Ⅱ210和分子泵Ⅱ220；为加快成分监测腔室抽真空速度，开启PECVD腔室100的分子泵Ⅰ150；成分监测腔室200的真空维持在10-4Pa量级。
进一步的，所述空心阴极电子源使用惰性气体作为工质，包括但不限与Ar、Kr和Xe。
结合本发明实施例中的附图2说明薄膜成分分析的方法的具体应用为，
PECVD沉积气体为SiH4/He,薄膜成分为SixHy。记实验监测到的Si原子辐射谱线(288nm)的光强为：ISi记实验监测到的H原子谱线(656nm)的光强为：IH。
进一步地，ISi=nenSiQSi，IH=nenHQH, 其中，nSi表示为Si原子密度，nH表示H原子密度。QSi和QH表示原子直接激发的速率系数，其是电子温度的函数，可查数据库获得。一般而言，空心阴极羽流电子温度为1-4eV,本实施例中取其为3eV，即可获得QSi和QH的具体数值；
进一步地，定义光强比 R=ISi/IH=nenSiQSi/nenHQH。因此，nSi/nH=QSiIH/QHISi,其中给定电子温度，即可获得QSi/QH的值。而IH/ISi则由光谱观测而得。nSi/nH即为x/y的值，则可获得薄膜成分的含量。
根据本发明实施例的分析方法，通过一种硅氢化合物等离子体中沉积薄膜成分的光谱监测方法和方法，该方法硅基样品无需脱离真空环境，避免了环境因素干扰。并通过光谱监测的方法获得了薄膜中元素成分的含量。