專(zhuān)利名稱(chēng)：連續(xù)形成大面積膜的微波等離子體化學(xué)汽相淀積方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)形成大面積實(shí)用淀積膜的方法，它通過(guò)在一大面積上維持一基本均勻的微波等離子體引起等離子體反應(yīng)，由此激活并分解一形成膜的原料氣體。本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)這一方法的設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種連續(xù)形成大面積厚度均勻的實(shí)用淀積膜的方法，這種方法顯著改進(jìn)了形成膜用的原料氣體的利用率，并使用微波PCVD方法而提高了氣體分解速度，本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)這種方法的設(shè)備。本發(fā)明的方法和設(shè)備能實(shí)現(xiàn)低成本地大量生產(chǎn)大面積薄膜半導(dǎo)體器件。例如光電器件。
近年來(lái)，為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的對(duì)電力的需要，發(fā)電量顯著增加，而環(huán)境污染已成為嚴(yán)重問(wèn)題。
事實(shí)上，對(duì)于被認(rèn)為是能夠代替火力發(fā)電系統(tǒng)并已在一些地方使用的核電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，曾發(fā)生過(guò)由于系統(tǒng)發(fā)生故障引起對(duì)生物包括人的放射性污染。這就使人們害怕進(jìn)一步發(fā)展核電系統(tǒng)，而且有些國(guó)家已禁止新建核電站。
在火電的情況下，為滿(mǎn)足社會(huì)日益增長(zhǎng)的對(duì)電力的需求，發(fā)電所用的以煤和石油為代表的礦物燃料的消耗量一直在日益增長(zhǎng)，這也導(dǎo)致火力發(fā)電的排煙量一直在增加，因而增加了引起溫室效應(yīng)的氣體，例如空氣中的二氧化碳?xì)獾暮?。這就導(dǎo)致出現(xiàn)了地球轉(zhuǎn)暖的現(xiàn)象。事實(shí)上，地球的溫度近年來(lái)一直在上升。為了防止所述的地球轉(zhuǎn)暖現(xiàn)象CVD設(shè)備，其中利用了所謂的滾制系統(tǒng)(roll to roll system)。這種連續(xù)等離子體CVD設(shè)備包括多個(gè)RF輝光放電區(qū)，一個(gè)其上要形成膜的襯底板移動(dòng)通過(guò)每一區(qū)。該專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)說(shuō)此設(shè)備能借助于將襯底板移動(dòng)通過(guò)各所述RF輝光放電區(qū)而在襯底板上形成具有所需導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體膜的方式制備具有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的元件。該說(shuō)明書(shū)說(shuō)，在相鄰輝光放電區(qū)之間提供有一氣門(mén)，以防止用于某一輝光放電區(qū)的原料氣體進(jìn)入另一輝光放電區(qū)。更具體地說(shuō)，所述多個(gè)輝光放電區(qū)由一隔離通道相互隔開(kāi)，該隔離通道裝有形成清潔Ar，H2等氣流的裝置?？梢哉f(shuō)，這種滾制等離子體CVD設(shè)備適于大量生產(chǎn)半導(dǎo)體器件。然而，這種設(shè)備在大量生產(chǎn)具有多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的半導(dǎo)體器件時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，由于半導(dǎo)體層是通過(guò)等離子體CVD方法利用RF能量形成的，這就限制了連續(xù)以高淀積速度形成這些半導(dǎo)體層同時(shí)使之具有各自的特性。即使形成一薄的例如約5000 的半導(dǎo)體層，也需要在一大面積上維持基本均勻的等離子體。然而，在這種滾制等離子CVD設(shè)備中，有許多關(guān)聯(lián)的膜形成參數(shù)，很難統(tǒng)一，因此要求熟練的技術(shù)人員來(lái)操作。此外，還有一些其它未解決的問(wèn)題，如形成膜用的原料氣體的分解速度和利用率還不夠，從而使產(chǎn)品不可避免地耗費(fèi)大。
日本未審查專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)昭61(1986)-288074公開(kāi)了一種滾制膜形成設(shè)備，它包括一反應(yīng)室，該室含有一柔性襯底板的中空簾狀部分，它是由一釋放(Pay-out)機(jī)構(gòu)放出，由一卷收(take-up)機(jī)構(gòu)卷收。所述反應(yīng)室有一由所述中空簾狀部分圍起的反應(yīng)空間，并裝有至少一個(gè)與所述反應(yīng)室間隔開(kāi)的激活室。此設(shè)備所進(jìn)行的膜形成是通過(guò)向反應(yīng)室引入在所述激活室中形成的活性物質(zhì)，如果必要，還引入其它原料氣而進(jìn)行的，在反應(yīng)室中，在熱能的作用下，它們相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在位于所述反應(yīng)室中的中空簾狀部分的內(nèi)表面上形成一淀積膜。這種滾制膜形成設(shè)備與已知設(shè)備相比的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，形成膜的淀積速度得到改善，這是因?yàn)槭褂昧艘环N活性物質(zhì)。
這種由滾制膜形成設(shè)備形成的膜是利用了借助于熱能的膜形成化學(xué)反應(yīng)。因此，如果要提高形成的膜的淀積速度，就不僅要增加要引入反應(yīng)室的活性物質(zhì)的流速，而且還要增加供熱量。然而，要做到這一點(diǎn)極為困難，因?yàn)椴粌H在激活室中大量生產(chǎn)活性物質(zhì)的方式以及高速無(wú)泄漏地將活性物質(zhì)引入反應(yīng)室受到限制，而且向反應(yīng)室均勻地大量地提供熱量也受到限制。
近年來(lái)，一種利用微波輝光放電淀積的等離子體CVD方法，即微波離子CVD方法(以后稱(chēng)MW-CVD方法)已在工業(yè)界得到重視，因?yàn)镸W-CVD方法有許多RF輝光放電淀積法所不能得到的優(yōu)點(diǎn)，即它能提高能量密度，有效地產(chǎn)生等離子體，并將等離子體維持在所需的狀態(tài)。
例如，美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)4，504，518和4，517，223描述了在低壓條件下微波輝光放電等離子體在小面積襯底上形成薄淀積膜的過(guò)程，這兩份專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)說(shuō)明，由于在低壓條件下進(jìn)行此過(guò)程，任何一個(gè)過(guò)程都能以顯著高的淀積速度獲得高質(zhì)量的淀積膜，而不僅消除了給形成的膜帶來(lái)不好效應(yīng)的活性物質(zhì)的聚合反應(yīng)，而且防止了在等離子體中形成例如聚合硅烷的粉末。然而，這兩份專(zhuān)利都沒(méi)提到在大面積上均勻淀積的問(wèn)題。
美國(guó)專(zhuān)利4，729，341的說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)了一種低壓微波等離子體CVD方法及可實(shí)現(xiàn)這種方法的設(shè)備，其中，在高功率過(guò)程中，在一大面積的柱狀襯底上利用一對(duì)輻射波導(dǎo)頭淀積一光導(dǎo)半導(dǎo)體薄膜。但是，大面積膜的淀積原理僅限于用于電子照相光接收器的柱狀襯底，其中所給出的教導(dǎo)不能直接用于大面積平面襯底。此外，膜形成過(guò)程要成批進(jìn)行，一批中膜制品量有限。此說(shuō)明書(shū)未教導(dǎo)在大面積平面襯底上連續(xù)淀積膜。
到目前為止，MW-PCVD方法大面積淀積膜仍存在許多要解決的問(wèn)題，因?yàn)橛捎谖⒉ǖ牟ㄩL(zhǎng)短會(huì)出現(xiàn)微波等離子體中的微波能量不均勻。例如，有人曾試圖利用一種慢微波結(jié)構(gòu)中存在一固有的問(wèn)題，即耦合到等離子體中的微波的快速衰減是微波頭模向距離的函數(shù)。為了解決這一問(wèn)題，有人建議改變慢微波結(jié)構(gòu)到要加工的襯底的間隔來(lái)使能量密度在襯底表面上沿襯底移動(dòng)方向變得均勻。
例如，美國(guó)專(zhuān)利3，814，983和4，521，717中就有這樣的建議。更具體地說(shuō)，前一個(gè)美國(guó)專(zhuān)利指出有必要將慢微波結(jié)構(gòu)相對(duì)于襯底傾斜某一角度。但是，將慢微波結(jié)構(gòu)傾斜反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致微波能量不能充分耦合到等離子體中。
后一專(zhuān)利公開(kāi)了兩個(gè)非平行排列但與襯底平行的慢微波結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，最好使兩慢微波頭相互成一定角度，使與微波頭的中線(xiàn)垂直的平面相交于一直線(xiàn)，該直線(xiàn)與要加工的襯底表面平行延伸，并與襯底的移動(dòng)方向成直角;為了避免兩慢微波頭結(jié)構(gòu)上的相互影響，最好將兩慢微波頭沿與襯底的移動(dòng)方向垂直的方向移開(kāi)波導(dǎo)頭間1/2的距離。
為了提供等離子體的均勻性，更具體地說(shuō)，為了提供能量的均勻性，已有許多種建議，例如J.Vac.Sci.Tech(日本真空科學(xué)技術(shù))B-4(1986年1-2月)第126～130頁(yè)和295～298頁(yè)上就有這樣的報(bào)導(dǎo)。這些報(bào)導(dǎo)描述了一種稱(chēng)為微波等離子體盤(pán)源(MPDS)的微波反應(yīng)器，等離子體處于盤(pán)狀或小片狀，其直徑為微波頻率的函數(shù)。更具體地說(shuō)，這些報(bào)導(dǎo)描述說(shuō)，等離子體盤(pán)源可隨微波頻率而改變;然而，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)工作于2.45GHz正常微波功率的微波盤(pán)源，等離子體被限定的直徑是約為10cm，體積最大為118cm3，這遠(yuǎn)不是大面積;對(duì)于設(shè)計(jì)工作于915MHz低頻率的系統(tǒng)，低頻源將提供等離子體直徑約40cm，體積約2000cm3;在更低的頻工作，如40MHz，微波盤(pán)源等離子體能夠提高到超過(guò)1m的放電直徑，然而，建立這樣一種設(shè)備造價(jià)極高。
為了有效地利用微波提供高密度等離子體，有人提出在諧振腔周?chē)仓秒姶盆F來(lái)建立電子回旋共振(ECR)條件，例如日本未審查專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)昭55(1980)-141729和昭57(1982)-133636中就提出了這樣的方法。在一些學(xué)術(shù)會(huì)議上，也報(bào)告過(guò)利用高密度等離子體形成各種半導(dǎo)體薄膜的方法，某些能夠?qū)崿F(xiàn)這些方法的微波ECR等離子體CVD設(shè)備也已投放市場(chǎng)。
但是，本發(fā)明所屬的這一領(lǐng)域的人員普遍認(rèn)為，由于微波波長(zhǎng)所引起的等離子體的非均勻性和使用磁鐵控制等離子體而產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布不均勻，技術(shù)上很難在大面積襯底上均勻形成淀積膜。為了提高微波ECR等離子體CVD設(shè)備的規(guī)格，以便進(jìn)行大面積膜淀積，預(yù)先要解決許多問(wèn)題，即所要用的磁鐵也要增大比例，還要提供防止設(shè)備過(guò)熱的裝置，以及一個(gè)特殊的直流高功率調(diào)制電源等。
此外，由已知微波ECR等離子體VCD方法獲得的淀積膜通常不如已知RF等離子體CVD方法獲得的淀積膜的質(zhì)量好。除此之外，如果用微波ECR等離子體CVD方法在一襯底上形成淀積膜，在建立ECR條件的空間上形成的膜和沒(méi)有建立ECR條件的空間上形成的膜，成換句話(huà)說(shuō)，在分散的磁場(chǎng)空間上形成的模之間，膜的淀積速度和膜的性能有顯著區(qū)別。據(jù)此，微波ECR等離子體CVD方法不適于制備性能要求優(yōu)異，一致性好的半導(dǎo)體器件。
前述美國(guó)專(zhuān)利4，517，223和4，729，341描述了維持低壓以提供高密度等離子體的必要性。即，為了獲得高的膜淀積速度和/或高氣體利用率必須使用低壓。
然而，前述慢微波結(jié)構(gòu)和電子回旋共振方法都不足以維持高的膜淀積速度，高氣體利用率，高功率密度和低壓之間的關(guān)系。
綜上所述，人們不斷要求解決已知微波等離子體CVD方法的前述問(wèn)題并提供一種改進(jìn)的沒(méi)有上述問(wèn)題的微波等離子體CVD過(guò)程。
人們還要以低價(jià)格提供一種性能優(yōu)異，均勻性好的大面積或很長(zhǎng)的半導(dǎo)體薄膜，不僅能用于太陽(yáng)能電池，而且可用于半導(dǎo)體器件，例如TFTs，用于接觸圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換器件，開(kāi)關(guān)器件，圖像輸入線(xiàn)傳感器件等。
本發(fā)明主要目的是消除上述已知微波等離子體CVD方法和設(shè)備中的問(wèn)題，并提供一種改進(jìn)的微波等離子體CVD方法和設(shè)備，它能以高的淀積速度在大面積襯底上均勻連續(xù)淀積一半導(dǎo)體膜，并能滿(mǎn)足前述要求。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的微波等離子體CVD方法和設(shè)備，它能夠在大面積半導(dǎo)體襯底板上連續(xù)淀積高質(zhì)量的半導(dǎo)體膜。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的微波等離子體CVD方法和設(shè)備，它能以高的氣體利用率和低成本大量生產(chǎn)薄膜半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的微波等離子體CVD方法和設(shè)備，它能在大面積和大體積上提供均勻的微波等離子體，并連續(xù)形成具有均勻厚度，穩(wěn)定地顯示所需特性并能用于各種半導(dǎo)體器件的高質(zhì)量、大面積的半導(dǎo)體膜。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的微波等離子體CVD方法和設(shè)備，它能連續(xù)穩(wěn)定地在一個(gè)相對(duì)寬的長(zhǎng)襯底上形成光電壓器件，此器件能提供一高的光電轉(zhuǎn)換效率和高輸出。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能穩(wěn)定而重復(fù)地在大面積和大體積上將微波等離子體電位維持在均勻狀態(tài)的改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能適當(dāng)控制微波等離子體于一期望狀態(tài)以連續(xù)形成能均勻顯示所期望特性的高質(zhì)量半導(dǎo)體膜的改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)上述目的，并包括一改進(jìn)的微波等離子體CVD方法(以后稱(chēng)MW-PCVD方法)及以能實(shí)現(xiàn)該方法的改進(jìn)的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD方法包括連續(xù)移動(dòng)一由釋放機(jī)構(gòu)沿長(zhǎng)度方向朝卷收機(jī)構(gòu)釋放的襯底板;通過(guò)彎曲所述移動(dòng)襯底板以在向所述卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)的路徑上形成一環(huán)繞墻，建立一個(gè)筒形膜形成空間;通過(guò)氣體供給裝置向所述膜形成空間引入膜形成原料氣體;同時(shí)利用一微波施加裝置向所述膜形成空間輻射微波能量，該微波能加裝置能沿與微波傳播方向平行的方向輻射微波能量，以在所述膜形成空間中產(chǎn)生微波等離子體，從而在所述要暴露給所述微波等離子體的連續(xù)移動(dòng)的圓周墻的內(nèi)壁上形成一淀積膜。
本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備適于實(shí)現(xiàn)上述MW-PCVD方法，它包括一基本上封閉的筒形膜形成室，該室有一將一襯底板彎曲并凸出而形成的彎曲的圓周墻，所述底板由一釋放機(jī)構(gòu)釋放，并由一對(duì)彎曲所述底板的裝置在向一卷收裝置移動(dòng)的路徑上沿長(zhǎng)度方向向所述卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng);一微波施加裝置能在平行于微波傳播方向的方向上向所述膜形成室輻射微波能量，并在所述膜形成室中產(chǎn)生微波等離子體;將所述膜形成腔抽真空的裝置;及向所述膜形成腔引入膜形成原料氣體的裝置。
在本發(fā)明中，要形成膜的襯底包括一大面積的很長(zhǎng)的襯底板，它向一釋放機(jī)構(gòu)連續(xù)移動(dòng)并由卷收機(jī)構(gòu)卷收，所述襯底板構(gòu)成一膜形成空間的圓周墻。在膜形成空間中，提供有一膜形成原料氣體，并在由所述移動(dòng)襯底板構(gòu)成的圓周墻的寬度方向上，以及與微波傳播平行的方向上由一前述微波施加裝置加一微波能量，從而產(chǎn)生微波等離子體，并將其限制在膜形成空間中。這樣，就在一大面積和很長(zhǎng)的襯底上均勻連續(xù)地形成一所希望的高質(zhì)量的半導(dǎo)體膜。
此外，在本發(fā)明中，穩(wěn)定而可重復(fù)地產(chǎn)生所需狀態(tài)的微波等離子體，所產(chǎn)生的微波等離子體的穩(wěn)定狀態(tài)被限制在膜形成空間中。這樣，就顯著提高了氣體利用率。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變由移動(dòng)襯底板構(gòu)成的彎曲部分的形狀或長(zhǎng)度，能在一大面積上均勻地連續(xù)地形成具有所期望厚度的高質(zhì)量的半導(dǎo)體膜，所述襯底構(gòu)成膜形成空間的環(huán)繞墻。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在大面積長(zhǎng)襯底板上連續(xù)形成具有均勻厚度的高質(zhì)量的膜，該膜能夠穩(wěn)定顯示出所需特性。因而，能低成本地大量生產(chǎn)大面積太陽(yáng)能電池。
根據(jù)本發(fā)明，由于不需懸浮放電就能連續(xù)形成高質(zhì)量的半導(dǎo)體膜，因而能夠大量生產(chǎn)接口性能優(yōu)異的多層半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，可以在低壓條件下形成膜而消除在微波等離子體中形成粉末和聚合物。因而，要得到的半導(dǎo)體膜的缺陷大大減少而且膜的性能和穩(wěn)定性得到極大的改善。運(yùn)行速度和產(chǎn)量都大大提高，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)具有很高光電轉(zhuǎn)換率的廉價(jià)的太陽(yáng)能電池。
本發(fā)明制備的太陽(yáng)能電池穩(wěn)定地顯示出所期望的高光電轉(zhuǎn)換率，即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)使用也不會(huì)降低。


圖1是一略圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備的第一實(shí)施例;
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備的第二實(shí)施例，它是圖1設(shè)備的部分改進(jìn)。其中增加了一個(gè)偏壓施加裝置;
圖3是一截面圖，示出了用于本發(fā)明的微波施加器的一個(gè)實(shí)施例;
圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9是示意圖，分別示出了根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備的整體構(gòu)成;
圖10用于解釋本發(fā)明中矩形波導(dǎo)的設(shè)置角;
圖11是利用本發(fā)明制備的肖特基二極管的截面圖;
圖12(a)到12(d)分別是由本發(fā)明制備的PIN結(jié)型光電器件結(jié)構(gòu)的截面圖;
圖13(a)到13(j)示出了本發(fā)明襯底板加工腔中的工作情況;
圖14(a)和14(b)分別示出了本發(fā)明中氣體門(mén)的壓力梯度;
圖15(a)到15(d)分別示出了本發(fā)明中偏壓施加裝置的一個(gè)實(shí)施例;
圖16是在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中獲得的加偏加時(shí)的電流-電壓特性曲線(xiàn);
圖17是在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中獲得的等離子體勢(shì)能變化率的曲線(xiàn)。
本發(fā)明的發(fā)明人為克服前述現(xiàn)有技術(shù)MW-PCVD方法和MW-PCVD設(shè)備中的各種問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的已作了認(rèn)真的研究結(jié)果得知可以在要形成膜的大面積和長(zhǎng)襯底上沿寬度方向提供均勻的微波等離子體。
在實(shí)驗(yàn)研究中，本發(fā)明的發(fā)明人已做出了一個(gè)具有圓周墻的膜形成腔，圓周墻由一板部件構(gòu)成，該部件在一釋放機(jī)構(gòu)和一卷收機(jī)構(gòu)間縱向移動(dòng)。即，使一個(gè)SUS 430BA(不銹鋼)板形部件卷在釋放機(jī)構(gòu)上。此板形部件由釋放機(jī)構(gòu)釋放，縱向朝卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)并被卷收機(jī)構(gòu)卷收。
在從釋放機(jī)構(gòu)向卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)的路徑上，板形部件被彎曲，凸出一柱狀部分，以便形成一由所述彎曲板狀部件的柱狀部分作為圓周墻而圍成的筒形腔，這是利用一第一支撐傳送輥，該輥也使板形部件在釋放機(jī)構(gòu)一側(cè)彎曲，一對(duì)旋轉(zhuǎn)盤(pán)，每一個(gè)都能支撐彎曲的板形部件的一側(cè)端并傳送所述板形部件，以及一個(gè)第二支撐傳送輥，它也在卷收機(jī)構(gòu)的旁邊，用于使板形部件彎曲。在柱形腔中提供有一對(duì)微波施加裝置，它們位于筒形腔的柱形空間的相對(duì)兩端。每一微波施加裝置都設(shè)計(jì)成能在與微波傳播平行的方向上輻射微波能量。而后，將膜形成原料氣體引入柱形腔的筒形空間。筒形空間的內(nèi)部通過(guò)前述兩輥間的間隙被抽真空，并被維持在預(yù)定的真空狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在構(gòu)成筒形圓周繞墻的板狀部件的寬度方向上提供了均勻的微波等離子體。
通過(guò)進(jìn)一步研究，本發(fā)明的發(fā)明人還獲得了進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)。
在上述情況下，一偏加施加裝置向筒形空間中加一預(yù)定偏壓。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅能提供均勻的微波等離子體，而且能完全控制等離子體的勢(shì)能。
本發(fā)明即是基于這些發(fā)現(xiàn)而進(jìn)一步研究的結(jié)果。
如前所述，本發(fā)明包括一種改進(jìn)的在大面積長(zhǎng)襯底上連續(xù)形成半導(dǎo)體淀積膜的MW-PCVD方法和能實(shí)現(xiàn)該方法的改進(jìn)的MW-PCVD設(shè)備。
本發(fā)明的MW-PCVD方法的第一實(shí)施例包括由一釋放機(jī)構(gòu)釋放的一襯底板沿長(zhǎng)度方向連續(xù)移動(dòng)并由卷收機(jī)構(gòu)卷收;將所述移動(dòng)襯底板彎曲并凸出以在從所述釋放機(jī)構(gòu)向所述卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)的路徑上形成一圓周墻構(gòu)成的筒形部分，從而建立一基本封閉的膜形成腔;通過(guò)一送氣裝置將膜形成原料氣體引入所述膜形成腔;與此同時(shí)，利用一輻微施加裝置向所述腔中輻射微波能源，該微波施加裝置能沿與微波傳播方向平行的方向輻射微波能量，以在所述膜形成腔中產(chǎn)生微波等離子體，從而在暴露給所述微波導(dǎo)離子體的連續(xù)移動(dòng)的圓周墻的內(nèi)壁上形成淀積膜。
在本發(fā)明的MW-PCVD方法中，在彎曲并使移動(dòng)的襯底板凸出以形成柱形部分時(shí)，使用了一第一彎曲裝置和第二彎曲裝置。也就是說(shuō)，移動(dòng)的襯底板在釋放機(jī)構(gòu)旁支撐著朝上移動(dòng)中，被第一彎曲裝置彎曲，在所述卷收機(jī)構(gòu)旁被支撐著朝所述卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)中被第二彎曲裝置再次彎曲，以建立一凸出的筒形部分作為膜形成腔的圓周墻，并在由第一彎曲裝置彎曲第一彎曲部分和由第二彎曲裝置彎曲的第二彎曲部分間留一空間。筒形部分的兩端分別被支撐在旋轉(zhuǎn)盤(pán)上。以便使筒形部分形成并維持在一所期望的形狀，從而保持一具有筒形膜形成空間的所期望的筒形腔。
如此建立的筒形腔至少裝有一個(gè)微波施加裝置。它與筒形腔通過(guò)其側(cè)面部分連接，把微波能量輻射入膜形成空間。在這種情況下的最佳實(shí)施例中，微波施加裝置至少與筒形腔的裝置。它與筒形腔通過(guò)其側(cè)面部分連接，把微波能量輻射入膜形成空間。在這種情況下的最佳實(shí)施例中，微波施加裝置至少與筒形腔的一個(gè)側(cè)面垂直連接，使微波能量與圓周墻平行地輻射到筒形腔中。向膜形成空間輻射微波能量是通過(guò)裝有微波施加裝置頂部的微波透射部件進(jìn)行的。在下一最佳實(shí)施例中，微波透射部件也作為筒形腔的側(cè)壁氣密地封住膜形成空間。當(dāng)所述微波施加裝置與筒形腔的兩側(cè)壁都連接時(shí)，它們被安置在膜形成空間的相對(duì)兩端。在這種情況下，有一點(diǎn)很重要，即兩微波施加裝置排列必須使一個(gè)發(fā)出的微波能量不被另一個(gè)所接收。在任何情況下，筒形腔要做成使微波施加裝置輻射到膜形成空間的微波能量不泄漏出去。
膜形成空間的抽真空是由一個(gè)前面所述的抽空裝置來(lái)進(jìn)行抽空的。
對(duì)于在本發(fā)明的MW-PCVD方法中使用的成膜襯底板，最好是采用一種導(dǎo)電襯底板或者其它對(duì)其成膜表面進(jìn)行了導(dǎo)電性處理的襯底板。
本發(fā)明的MW-PCVD過(guò)程的第二實(shí)施例是上述第一實(shí)施例進(jìn)一步包括控制在膜形成空間生成的微波等離子體電位的步驟，最好是按膜形成情況通過(guò)一個(gè)偏壓加載裝置對(duì)膜形成空間加一DC、AC偏壓或加脈沖電流(以下稱(chēng)PC)偏壓。該偏壓加裝置被提供給筒形腔體，使其至少一部分與膜形空間產(chǎn)生的微波等離子體相接觸。
所述的偏壓施加裝置與微波等離子體相接觸的部分最好經(jīng)過(guò)導(dǎo)電性處理。
有可能使偏壓施加裝置同時(shí)起到一個(gè)膜形成原材料氣體引入裝置的作用。
偏壓施壓裝置可以是一個(gè)偏置棒或者是一組偏置棒。
進(jìn)一步，在本發(fā)明的MW-PCVD過(guò)程中，在膜形成空間中產(chǎn)生的微波等離子體的電位可以用加在構(gòu)成圓筒形腔體圓周墻的襯底板的一個(gè)偏置電壓來(lái)控制。在這種情況下，在膜形成空間內(nèi)裝入一個(gè)氣體導(dǎo)入裝置，例如一根進(jìn)氣管，并使之接地，這樣至少其一部分與膜形成腔體產(chǎn)生的微波等離子體相接觸。
如上所述，本發(fā)明還提供了一種適用于對(duì)上述MW-PCVD過(guò)程進(jìn)行實(shí)施的MW-PCVD裝置。
本發(fā)明的MW-PCVD裝置的第一實(shí)施例包括至少一個(gè)實(shí)際是封閉筒形的膜形成腔體，它帶有一個(gè)卷成的圓周墻，這一圓周墻是襯底板在從一個(gè)釋放機(jī)構(gòu)向一個(gè)卷收機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的途中經(jīng)過(guò)卷起和撐開(kāi)形成的，由一對(duì)滾筒卷壓所述襯底板，所述滾筒對(duì)相互平行地安置並在它們之間的縱向留有一個(gè)預(yù)定的空隙至少一個(gè)與所述膜形成腔體兩個(gè)側(cè)表面中至少一個(gè)表面相連接的微波施加裝置，它可以沿微波傳播的平行方向把微波能量輻射到膜形成腔體中並在所述腔體中產(chǎn)生微波等離子;把膜形成原料氣體引導(dǎo)到所述膜形成腔體內(nèi)的裝置;使所述襯底板加熱或冷卻裝置。
MW-PCVD裝置的第二實(shí)施例是上述第一裝置實(shí)施例進(jìn)一步包括對(duì)膜形成腔體加入一個(gè)偏置實(shí)施例在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，所述用于壓卷襯底板的滾筒對(duì)包括一個(gè)第一壓卷滾筒和一個(gè)第二壓卷滾筒。由釋放機(jī)構(gòu)送出的並通過(guò)卷收機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)縱向地向卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)的襯底板由第一滾筒壓卷和撐起並在釋放機(jī)構(gòu)一邊向上移，再由第二滾筒卷動(dòng)并向著卷收機(jī)構(gòu)移動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)突起的圓筒部分成為膜形成腔體的圓周墻，同時(shí)在由第一滾筒產(chǎn)生的第一卷起部分與由第二滾筒產(chǎn)生的第二卷起部分之間留有一個(gè)預(yù)定的間隙。卷起和撐成的圓筒形部分的兩個(gè)開(kāi)口側(cè)各有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，這樣圓筒部分的每個(gè)側(cè)端都?jí)涸诟髯缘霓D(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上，使圓筒部分形成并保持一種理想形狀，成為具有一個(gè)膜形成空間的圓筒形膜形成腔體。微波施加器裝置通過(guò)側(cè)面連接到圓筒膜形成腔體，使微波能量平行于筒形膜形成腔體圓周墻輻射到膜形成空間中。微波釋放器裝置包括一個(gè)由介電材料制成的微波透射窗和一個(gè)與所述微波透射窗相連接的矩形或橢圓形的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)是從一個(gè)微波源處伸出的。這樣，微波釋放器裝置就通過(guò)其微波透射窗口連接到圓筒形膜形成腔體的側(cè)面，使微波透射窗口又起到一個(gè)圓筒形膜形成腔體的側(cè)壁的作用，從而嚴(yán)密地封閉了所述腔體。根據(jù)這一方法，圓筒形膜形成腔體的每一個(gè)側(cè)面都可用來(lái)放上述的微波施加器裝置，在這種情況下，微波施加器裝置對(duì)中的每一個(gè)都有一個(gè)如前所述的選自由一個(gè)短形波導(dǎo)和橢圓形波導(dǎo)構(gòu)成的波導(dǎo)組的，並從一個(gè)微波源伸出的波導(dǎo)。這對(duì)微波施加器裝置必須通過(guò)膜形成腔體的膜形成空間相對(duì)安置，從而與一個(gè)微波施加器裝置相連接的波導(dǎo)的觸發(fā)角不會(huì)與連接另一個(gè)微波施加器的波導(dǎo)的設(shè)置角相一致。
特別是，一個(gè)波導(dǎo)的含主邊緣的表面、含主軸的表面或分別含主邊緣與主軸的表面必須設(shè)計(jì)得不平行于另一波導(dǎo)的含主邊緣的表面、含主軸的表面或分別含所述主邊緣和主軸的表面。
一個(gè)進(jìn)一步必須考慮的情況是，波導(dǎo)對(duì)是這樣安置的;它使含上述邊緣和/或主軸的表面與含上述壓卷滾筒的兩個(gè)中心軸的表面之間形成的夾角不會(huì)導(dǎo)致垂直關(guān)系。
對(duì)筒形膜形成腔體提供抽空裝置，通過(guò)上述滾筒對(duì)之間的空隙來(lái)抽空膜形成空間。
在本發(fā)明的第二裝置實(shí)加例中，偏壓施加裝置提供給筒形膜形成腔體，使至少其一部分與形成膜空間中產(chǎn)生的微波等離子體相接觸。所述的與微波等離子相接觸的偏壓施加裝置最好經(jīng)過(guò)導(dǎo)電性處理。偏置電壓施加裝置可以是一個(gè)能加DC、AC或PC偏壓的裝置。偏壓施加裝置可以設(shè)計(jì)得能同時(shí)起到把一個(gè)膜形成原材料氣體導(dǎo)入膜形成空間的作用。
偏壓施加裝置可以是一根單棒或一組偏置棒。
一種選擇方案是，可以在膜形成腔體安裝一個(gè)帶有一根或多根進(jìn)氣管的導(dǎo)氣裝置，使其電接地，其中偏壓加在構(gòu)成膜形成腔體圓周墻的襯底板上。
下面將就為得到本發(fā)明的目的，本發(fā)明人所做的試驗(yàn)進(jìn)行解釋?zhuān)铝性囼?yàn)旨在找到能大面積地均勻提供微波等離子體的最佳條件，以形成理想的大面積半導(dǎo)體膜。
試驗(yàn)1、在本試驗(yàn)中，按照以后將說(shuō)明的生產(chǎn)例1的步驟，研究了由于一對(duì)使用“裝置實(shí)施例2”的MV-PCVD裝置(以后將描述)的波導(dǎo)111，112之間設(shè)置角的一個(gè)偏差產(chǎn)生的微波等離子體的穩(wěn)定性以及微波從成膜腔體中泄漏的問(wèn)題。
圖10為關(guān)于一對(duì)矩形波導(dǎo)被觸發(fā)的角度的圖示說(shuō)明。圖10中，各用實(shí)線(xiàn)表示的矩形波導(dǎo)111和用虛線(xiàn)表示的矩形波導(dǎo)112連接對(duì)應(yīng)的微波施加器(未示出)，它設(shè)在帶有一個(gè)膜形成空間116的膜形成腔體的側(cè)面，其中兩個(gè)微波施加器通過(guò)膜形成空間相對(duì)置放。例如，在圖10中，矩形波導(dǎo)111位于前面而矩形波導(dǎo)112位于后面。標(biāo)志“0”代表卷起形狀(即包括膜形成腔的移動(dòng)的襯底板101的圓周墻)的中心位置。線(xiàn)A-A′代表包含一對(duì)卷動(dòng)滾筒102和103間的一根中心軸的面。線(xiàn)H-H′代表與所述A-A′面垂直的面。由一個(gè)平行于含矩形波導(dǎo)主邊緣面的平面B-B′與平面H-H′構(gòu)成的夾角為θ1。這一角θ1被認(rèn)為是矩形波導(dǎo)111的觸發(fā)角。由一個(gè)平行于含矩形波導(dǎo)112的主邊緣平面的平面C-C′與平面H-H′構(gòu)成的夾角為θ2。這個(gè)角θ2被認(rèn)為是矩形波導(dǎo)112的設(shè)置角。在角θ1和θ2都超過(guò)180°的情況下，矩形波導(dǎo)111和112是與角度小于180°的情況關(guān)于平面H-H′對(duì)稱(chēng)的。因而它們的配置關(guān)就與角度小于180°的情況是相同的。
類(lèi)似地，當(dāng)角θ1和θ2相互替換時(shí)，其配置關(guān)系不變。
在此，由滾筒102卷起來(lái)的襯底板部分和由滾筒103卷繞起來(lái)的襯底板部分之間的距離被設(shè)定為空隙L。
放電是在表1所示的條件下進(jìn)行的，並如表2所示改變?chǔ)?和θ2以檢查微波等離子體產(chǎn)生的穩(wěn)定性及微波泄漏情況。
微波泄漏的檢查是由一個(gè)置于上述兩個(gè)滾筒102和103間的空隙前5Cm左右的微波探測(cè)器來(lái)探測(cè)的。
得到的評(píng)估結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2所示，得出以下結(jié)論。
即，膜形成空間中產(chǎn)生微波等離子體的穩(wěn)定性及微波向膜形成腔體外泄漏的情況，根據(jù)對(duì)照矩形波導(dǎo)設(shè)置的微波施加器角度的不同有很大的變化。更具體地，當(dāng)角θ1或θ2為0°的情況下微波的泄漏量最大并且放電的狀態(tài)極不穩(wěn)定。在角θ1或θ2約為15°的情況下，雖然微波泄漏量相對(duì)很小，但放電狀態(tài)仍很不穩(wěn)定。在角θ1或θ2大于30°的情況下，微波不再泄漏并產(chǎn)生了穩(wěn)定的放電。但是，當(dāng)由角θ1或θ2形成的角度為180°或0°時(shí)，即兩個(gè)分別含矩形波導(dǎo)的一個(gè)主邊緣的平面相互平行時(shí)，由于反常振蕩需使微波能源噪聲變大，引起放電不穩(wěn)定並有一定量的微波泄漏。
在襯底板不動(dòng)的情況下進(jìn)行了放電試驗(yàn)，又在襯底板以1.2m/分的速度傳送的情況下進(jìn)行放電試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種情況下的放電穩(wěn)定性沒(méi)有明顯區(qū)別。
通過(guò)改變膜形成原料氣體種類(lèi)、改變膜形成原料氣體的流速、改變所加的微波能量強(qiáng)度、改變所加的偏置電壓、改變卷成的圓筒腔體的內(nèi)直徑、改變膜形成空間的內(nèi)壓來(lái)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。然而，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些情況下的放電穩(wěn)定性及微波泄漏量均沒(méi)有顯著區(qū)別。
試驗(yàn)2在本試驗(yàn)中，通過(guò)改變圖10中的空隙L來(lái)研究使用與試驗(yàn)1相同的MW-PCVD裝置時(shí)微波等離子體生成的穩(wěn)定性及生成的膜的厚度分布。
間隙L按表3所示改變。在表1所示的每一種條件情況下，進(jìn)行10分鐘放電，除非膜形成腔體內(nèi)部壓力變化到表3所示情形以及θ1和θ2角為45°應(yīng)當(dāng)注意，所述內(nèi)部壓力並不是由抽空裝置有目的地調(diào)整的，而是由于增大空隙L提高了電導(dǎo)而產(chǎn)生的。
在任何一種情況下，都啟動(dòng)溫度控制機(jī)構(gòu)106a至106e(圖1)使襯底板101在膜形成空間一側(cè)的溫度控制在約250°左右，且襯底板101以35m/分的傳送速度移動(dòng)。
放電狀態(tài)是由目測(cè)進(jìn)行評(píng)估的。膜的厚度分布是通過(guò)用膜厚計(jì)來(lái)測(cè)量選定的寬度方向的10個(gè)位置以及縱向的間隔20Cm的各位置處的膜的厚度進(jìn)行評(píng)估的。評(píng)估的結(jié)果如表3所示。
根據(jù)本試驗(yàn)得到的結(jié)果，得出下述結(jié)論，即(ⅰ)膜形成腔體內(nèi)部壓力可以通過(guò)改變空隙L來(lái)改變，而不用調(diào)節(jié)抽空裝置，從而引起生成膜的厚度明顯改變特別是位于形成膜腔體的膜形成空間的襯底板在其寬度方向的厚度分布變化;(ⅱ)即使在短形波導(dǎo)被設(shè)置在試驗(yàn)1給出的不產(chǎn)生微波泄漏的角度情況下，當(dāng)空隙L變得相當(dāng)大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生微波漏出;(ⅲ)當(dāng)空隙L被理想地調(diào)節(jié)到小于1/2微波波長(zhǎng)或更理想地調(diào)到小于 1/4 微波波長(zhǎng)時(shí)，從空隙泄漏出的微波量可望保持很小。
還發(fā)現(xiàn)，只要襯底板持續(xù)地以一個(gè)固定的傳送速度移動(dòng)，襯底板上縱向膜的厚度分布可保持在一理想狀態(tài)。
如表3所示，在本試驗(yàn)中獲得的具有良好的評(píng)估結(jié)論的淀積膜的第3號(hào)至第5號(hào)樣本中，4號(hào)樣本在所有評(píng)估項(xiàng)中有最令人滿(mǎn)意的結(jié)果，其淀積速率約為100A/秒。另外，根據(jù)淀積在襯底板上膜的量與送入膜形成腔體內(nèi)的膜形成原料氣體量之比計(jì)算出的氣體利用率為55%。
進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)，在放電條件中改變微波強(qiáng)度、改變偏壓、改變圓筒(成膜腔體)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部直徑等會(huì)使膜的厚度分布和放電穩(wěn)定性產(chǎn)生微小的變化，但不會(huì)影響解決空隙L的大小引起的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題。
試驗(yàn)3在本試驗(yàn)中，用與試驗(yàn)1中相同的方式來(lái)研究改變卷筒結(jié)構(gòu)(膜形成腔體)的內(nèi)部直徑等的情況下，微波等離子體產(chǎn)生的穩(wěn)定性及生成膜的厚度分布。
膜形成腔體的內(nèi)部直徑的改變?nèi)绫?所列。放電是根據(jù)表1所示條件下進(jìn)行的，其中角θ1和θ2的設(shè)置角都是45°在每一種情況下，進(jìn)行10分鐘放電，同時(shí)使成膜空間處的襯底板的表面溫度保持在250℃並使襯底板以35cm/分的傳送速度移動(dòng)。
放電狀態(tài)是根據(jù)目視結(jié)果進(jìn)行評(píng)估的。膜的厚度是根據(jù)用膜厚計(jì)來(lái)測(cè)量寬度方向選定的10個(gè)位置和縱向間隔20Cm選的各位置的膜的厚度來(lái)進(jìn)行評(píng)估的。
得到的評(píng)估結(jié)果如表4所示。
根據(jù)本試驗(yàn)所得到的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)如下事實(shí)即(ⅰ)當(dāng)膜形成的腔體內(nèi)直徑改變而保持膜生成的其它放電條件不變時(shí)，放電狀態(tài)會(huì)相應(yīng)地改變，從而引起淀積在所述板的膜在其襯底板的寬度方向上發(fā)生顯著的變化;(ⅱ)只要所述膜以恒定傳送速度移動(dòng)，所述膜的縱向厚度分布是令人滿(mǎn)意的;以及(ⅲ)除其它因素外，諸如微波強(qiáng)度、偏置電壓、膜形成空間的壓力等的放電參數(shù)的變化會(huì)影響生成的膜的厚度分布並也會(huì)影響放電的穩(wěn)定性。
試驗(yàn)4在本試驗(yàn)中，用與試驗(yàn)1中相同的方式來(lái)研究當(dāng)使膜形成空間的壓力保持在一個(gè)預(yù)定值時(shí)如果改變送入的膜形成料氣體的流速和改變所加的微波能量強(qiáng)度，產(chǎn)生的微波等離子體的穩(wěn)定性如何變化。
膜形成空間的壓力及膜形成原料氣體流速按表5所示進(jìn)行改變。放電是在表1所示的條件下進(jìn)行的，其中角θ1及θ2的設(shè)置角為60°。
所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。表5中，標(biāo)志“◎”表示放電保持穩(wěn)定的情況;標(biāo)志“0”表示放電中有微小的不平衡情況，但這時(shí)的放電情況保持在一個(gè)理想的可接受狀態(tài);標(biāo)志“△”表示放電中產(chǎn)生了顯著的不平衡性，但放電情況保持在一個(gè)實(shí)際可接受的狀態(tài)。
根據(jù)所得到的結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)下述事實(shí)。即(ⅰ)當(dāng)加到膜形成空間的微波能量減小時(shí)，膜形成空間的壓力減小，或者說(shuō)H2氣體(作為一種膜形成原料氣體)的流速減小，放電變得不穩(wěn)定或者有時(shí)會(huì)不產(chǎn)生放電;及(ⅱ)另一方面，當(dāng)微波能量的強(qiáng)度提高時(shí)，所述壓力上升，或者SiH4氣體(作為膜形成原料氣體)的流速上升、產(chǎn)生穩(wěn)定的理想的放電。
進(jìn)一步，這個(gè)放電試驗(yàn)還在襯底不動(dòng)的情況以及襯底板以1.2m/分的速度移動(dòng)的情況下進(jìn)行。結(jié)果是，這兩種情況之間沒(méi)有顯著的差別。
試驗(yàn)5
在本試驗(yàn)中，研究當(dāng)以試驗(yàn)1同樣的方式來(lái)改變襯底板的寬度時(shí)，產(chǎn)生微波等離子體的穩(wěn)定性和生成的膜厚度分布。
襯底板寬度按表6所示改變。對(duì)于矩形波導(dǎo)，采用EIAJ，WR1-32型矩形波導(dǎo)而不用EIAJ，WR1-26型的。角θ1和θ2的觸發(fā)角均為60°其余的放電條件如表1所示。在每一種情況下，進(jìn)行10分鐘放電，這時(shí)位于膜形成腔體中的襯底板的表面溫度控制在250℃並使襯底板以50cm/分的傳送速度移動(dòng)。
在制備表6所示的第15至第17號(hào)的各樣本情況中，只用一個(gè)施加器。
得到的關(guān)于放電狀態(tài)以及膜的厚度分布的評(píng)估結(jié)果如表6所示。
根據(jù)本試驗(yàn)所得的結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)如下事實(shí)，即(ⅰ)當(dāng)襯底復(fù)板的寬度改變時(shí)，引起產(chǎn)生微波等離子體的穩(wěn)定性變化並引起襯底板上膜的厚度分布的變化;(ⅱ)當(dāng)只從膜形成腔體的一側(cè)向成膜空間施加微波能量時(shí)，微波等離子體的產(chǎn)生很不穩(wěn)定;及(ⅲ)當(dāng)從膜形成腔體的兩側(cè)向膜形成空間施加微波能量時(shí)，上述情況(ⅱ)中引出的問(wèn)題消失。
作為進(jìn)一步的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)改變諸如送入的膜形成原料種類(lèi)、其流速、加的微波能量的強(qiáng)度、偏置電壓、膜形成空間的壓力等一些放電參數(shù)，對(duì)微波等離子體生成的穩(wěn)定性以及膜的厚度分布會(huì)產(chǎn)生一定的影響。
試驗(yàn)6在本試驗(yàn)中，通過(guò)采用具有圖5所示構(gòu)造的MW-PCVD裝置(后面將在“裝置實(shí)施例22”中進(jìn)行描述)、通過(guò)在隔絕容器500(見(jiàn)圖5)中引入一個(gè)具有圖15所示構(gòu)造的偏壓施加裝置，來(lái)研究當(dāng)在一個(gè)SUS430BA襯底板上進(jìn)行膜生成並當(dāng)所加的偏置電壓改加在一個(gè)鎳質(zhì)偏壓施加管1503(該管還可用來(lái)作為進(jìn)氣管，見(jiàn)圖15(a)〕上時(shí)，產(chǎn)生微波等離子體的可控制性和對(duì)微波等離子體電位的影響以及生成的膜的質(zhì)量。
DC偏壓在-300V+300V的范圍內(nèi)以10V的間隔改變。角θ1和θ2的設(shè)置角為45°。對(duì)每一種情況，放電在表7所示條件下進(jìn)行10分鐘，其中位于膜形成空間的襯底板表面的溫度控制在250℃，襯底板以60cm/分的傳送速度移動(dòng)。
首先可用普通方法來(lái)觀察偏壓施加管與襯底板間的電流一電壓特性。
作為結(jié)果，我們得到圖16中所示圖表。圖16中，Z軸表示施加的偏壓值，Y軸為產(chǎn)生的偏流值。
然后，按照探針測(cè)試方法，使用一根帶有直徑0.3mm長(zhǎng)3mm(暴露部分)的鎢絲的探針，測(cè)出加偏壓后等離子體電位Vb，從而得到等離子體電位相對(duì)于其未加偏壓時(shí)電位V0的變化率△Vb(＝Vb/Vo)所得到的結(jié)果綜合起來(lái)由圖17中的圖表示出。所述探針置子靠近膜形成空間的中央位置處，它離帶有移動(dòng)的襯底板的圓周墻的內(nèi)壁表面有約5Cm的距離。
根據(jù)本試驗(yàn)得到的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)。即(ⅰ)盡管使用的放電原料氣體種類(lèi)及其流速會(huì)產(chǎn)生一定的變化，但當(dāng)偏壓小于-200V或大于200V時(shí)，膜形成空間中會(huì)引起放電異常(如產(chǎn)生火花)并且難以使放電保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài);(ⅱ)然而，當(dāng)使放電條件固定，隨著偏壓的增大電流一電壓特性表現(xiàn)出線(xiàn)性增大關(guān)系，等離子體的電位也表現(xiàn)出線(xiàn)性增大的關(guān)系;(ⅲ)通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兯拥钠珘褐涤锌赡芊€(wěn)定地和重復(fù)地使等離子體電位控制在一個(gè)理想狀態(tài)。
從含有淀積膜的襯底板切下幾塊尺寸為5mm×5mm的試驗(yàn)樣本，用超高分辨率低加速的FE-SEM(S-900型的FE-SEM，日立公司產(chǎn)品)對(duì)它們表面狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)。即，對(duì)于所加偏壓的范圍為-300V到+10V條件下生成的膜，可發(fā)現(xiàn)幾百乃至幾千埃( )的明顯的表面粗糙;對(duì)于所加偏壓范圍為10V-180V條件下生成的膜，可以發(fā)現(xiàn)隨著所加的偏壓值的增大，其表面光潔度呈改善趨勢(shì);對(duì)于所加偏壓超過(guò)180V條件下生成的膜，隨著偏壓值的增大，膜表面呈現(xiàn)變糙和粗糙度加大的趨勢(shì);對(duì)于所加偏壓超過(guò)200V條件下生成的膜，會(huì)伴隨著出現(xiàn)針孔並且在其生成過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)異常的放電情況。
另外還發(fā)現(xiàn)下述事實(shí)，即，當(dāng)所加的微波能量強(qiáng)度在某一預(yù)定值保持不變時(shí)，如果帶有一個(gè)較大的電離截面的原料氣體(如SiH4)的流速增加，則電流一電壓特性的傾角變大，但如果帶有一個(gè)較小的電離截面的原料氣體(如H2氣體)的流速增加，所述傾角變小。
比較試驗(yàn)1在此比較試驗(yàn)中，重復(fù)試驗(yàn)6的過(guò)程，但將原來(lái)的鎳質(zhì)的偏壓施加管1503替換成一個(gè)新的鋁質(zhì)偏壓施加管，該管還可起進(jìn)氣管的作用。
用與試驗(yàn)6中相同的方式觀察其電流-電壓特征。然而，當(dāng)偏壓從)伏加到+60伏時(shí)，鋁的偏壓施加管開(kāi)始是變形，最終熔斷。類(lèi)似地分別用了銅和黃銅做成偏壓施加管，都出現(xiàn)了上述問(wèn)題。
進(jìn)一步，分別提供了一些高熔點(diǎn)金屬材料如不銹鋼、鈦、釩、鉭、鉬、及鎢制成的偏壓施加管以及鋁土陶瓷材料制的偏壓施加管。用上述的每一種材料的偏壓施加管重復(fù)試驗(yàn)6的步驟。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在使用不銹鋼制成的偏壓施加管的情況下，管子在偏壓加到超過(guò)+120V開(kāi)始變形并最終熔斷。
對(duì)于其余的偏壓施加管的情況，測(cè)量結(jié)果類(lèi)似試驗(yàn)6得到的結(jié)果，每種情況得到的結(jié)果都沒(méi)有上面所述問(wèn)題。
比較試驗(yàn)2重復(fù)試驗(yàn)6的過(guò)程，但是采用0.8mm厚的聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)作襯底板而不用SUS430BA薄板，進(jìn)而觀察電流-電壓特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論偏壓加在正側(cè)還是負(fù)側(cè)流過(guò)的電流值都與試驗(yàn)6所得的結(jié)果相似，但放電開(kāi)始異常的電壓約為-100V或+100V。通過(guò)目測(cè)觀察其狀態(tài)，得到以下事實(shí)。即，在偏壓施加管與襯底板壓卷滾筒之間產(chǎn)生了火花;這是由一種稱(chēng)之為起電(Charge up)現(xiàn)象引起的，這不僅是因?yàn)榻^緣的襯底板而且因?yàn)榱魅胨龅膶?dǎo)電滾筒的電流過(guò)大。
另外，用與試驗(yàn)6中相同的方式來(lái)觀察大量生成在上述絕緣襯底板上的模樣本的表面狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有樣本都有幾百埃到幾千埃( )的明顯粗糙，而與加在膜生成過(guò)程中偏壓的變化無(wú)關(guān)。
比較試驗(yàn)3重復(fù)試驗(yàn)6的過(guò)程，但偏壓施加管1503在膜形成空間116的位置(參見(jiàn)圖10)安排分別改為(H-H′方向、O-H方向、O-C方向及O-H′方向)的離“0”處30mm、60mm和90mm。
重復(fù)試驗(yàn)6的過(guò)程，但偏壓施加管1503在膜形成空間116的位置安排(見(jiàn)圖10)分別改在H-H′方向、O-H方向、O-C方向及O-H′方向，距離“0”點(diǎn)30mm、60mm和90mm處。
在每一種情況下觀察電流-電壓的特征。
對(duì)于O-H′方向，觀察120mm和150mm的情況，方法與上面所述的相同。
結(jié)果，在O-H′、O-H、O-C和O-C′方向上的30mm和60mm處所得到的結(jié)果與試驗(yàn)6中得到的類(lèi)似。在所述方向上的90mm處，盡管放電開(kāi)始出現(xiàn)異常的電壓有所不同，但除此以處所得的結(jié)果與試驗(yàn)6所得的結(jié)果相似。另一方面，對(duì)所有O-H′方向的120mm和150mm處的情況，膜形成原料氣體未能分送入膜形成空間，因此等離子體產(chǎn)生得不穩(wěn)。同時(shí)加偏壓時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)偏流，并且不可能控制等離子體的電位。
試驗(yàn)7本試驗(yàn)中采用與試驗(yàn)6中相同的MW-PCVD裝置來(lái)研究當(dāng)通過(guò)偏壓施加管1503加一個(gè)如表8所示波形和頻率的偏壓時(shí)，產(chǎn)生微波等離子體的可控制性以及對(duì)等離子體和生成的膜的質(zhì)量所提供的影響。為了完成微波等離子體的放電從而在膜形成空間的襯底板上生成淀積膜，這里采用了與試驗(yàn)6中所用的條件相同的條件。
作為加入的偏壓，可以通過(guò)一同軸電纜在偏壓施加管1503上加入經(jīng)過(guò)將HP8116A(Hewlett-Packard公司產(chǎn)品)函數(shù)生成件提供的眾多波形輸出進(jìn)行放大得到電壓信號(hào)、經(jīng)過(guò)一高精度功率放大器放大得到電壓信號(hào)、或整流電路裝置輸出的電壓信號(hào)。
評(píng)價(jià)放電狀態(tài)、等離子體電位的變化率和等離子體電位可控制性。得到的結(jié)果如表8所示。
從這些結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)相對(duì)較寬的頻帶上，加某一頻率的偏壓會(huì)有明顯的效果。
還有，改變最大的振幅電壓(Vp_p)的結(jié)果與試驗(yàn)6中發(fā)現(xiàn)的趨勢(shì)相似，在試驗(yàn)6中改變的是DV電壓。同時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)諸如起火花這樣的異常放電主要是因?yàn)樵黾恿俗畲笳穹妷?Vp-p)。
通過(guò)這些試驗(yàn)結(jié)果，得到以下事實(shí)。即，除了DC偏壓外，各種偏壓均可用來(lái)控制膜形成空間生成的等離子體的電位。只要適當(dāng)改變電壓，通過(guò)在偏壓施加管上加上這樣的偏壓就可以很容易地、穩(wěn)定地和重復(fù)地控制等離子體的電位。
試驗(yàn)8重復(fù)試驗(yàn)6的步驟，但試驗(yàn)6中用的偏壓施加裝置替換成圖15(b)所示的裝置，該置有一個(gè)獨(dú)立地提供在膜形成腔體1501中的偏壓施加棒1504，從而考察電流電壓特征。
得到的結(jié)果與試驗(yàn)6中得到的結(jié)果相似。
并且發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象。即，既使在膜形成腔體中分別獨(dú)立地提供一根偏壓施加棒1504和一根進(jìn)氣管1505的情況下〔見(jiàn)圖15(b)〕，可以通過(guò)適當(dāng)改變加在所述偏壓棒上的偏壓，容易地、穩(wěn)定地和重復(fù)性地控制膜形成腔體產(chǎn)生的微波等離子體的電位。
試驗(yàn)9重復(fù)試驗(yàn)6的步驟，但試驗(yàn)6中用的偏壓施加裝置換成圖15(C)中所示的構(gòu)造，它包括一根接地管1505，該管能夠起為膜形成腔體1501中提供的送氣管的作用，從而考察電流-電壓的特征。
得到的結(jié)果與試驗(yàn)6中得到的結(jié)果相似。
與試驗(yàn)6的情況比較可發(fā)現(xiàn)如下事實(shí)。即，當(dāng)移動(dòng)的襯底板與使襯底板卷起的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)滾筒之間的銜接部分出現(xiàn)放電異常時(shí)，使放電開(kāi)始異常(如起火花)的電壓發(fā)生了改變;能夠使生成的膜有一個(gè)光滑的表面的偏壓成為負(fù)極性的，其范圍是從-10V到-180V，其中等離子體保持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài);同時(shí)通過(guò)使用一個(gè)裝入膜形成腔體的能夠起進(jìn)氣管作用的接地管，可以容易地、穩(wěn)定地和重復(fù)地控制產(chǎn)生的微波等離子體的電位。
試驗(yàn)10重復(fù)試驗(yàn)6的步驟，但試驗(yàn)6中的偏壓施加裝置換成了圖15(d)所示的構(gòu)造，它帶有兩個(gè)分立地安置在膜形成腔體1501中的偏壓施加棒1504和1506，腔體中獨(dú)立地裝有一個(gè)進(jìn)氣管1505，對(duì)這時(shí)的電流-電壓特征進(jìn)行考察。
在本試驗(yàn)中，對(duì)偏置棒1504加一DC偏壓，同時(shí)對(duì)偏置棒1506加一大小為上述偏壓的 1/4 的DC偏壓來(lái)考察膜形成空間中產(chǎn)生的微波等離子體的可控性、等離子體的電位以及對(duì)生成的膜產(chǎn)生的影響。
得到的結(jié)果與試驗(yàn)6得到的結(jié)果相似，並發(fā)現(xiàn)下述事實(shí)。即，只出現(xiàn)了很微弱的放電異常，(如起火花);等離子體的穩(wěn)定性得以改進(jìn);可以很容易地、穩(wěn)定地和重復(fù)地控制微波等離子體的電位。
試驗(yàn)11在本試驗(yàn)中，研究的是當(dāng)具有與試驗(yàn)7所用的同樣波形和頻率的偏壓分別加在試驗(yàn)10中所用的偏壓施加裝置的偏置棒1504上時(shí)，微波等離子體的可控性、等離子體電位及對(duì)生成膜的影響。
在所有情況下，諸如起火花這樣的放電異常出現(xiàn)得很微弱、異常放電開(kāi)始的電壓被降低、微波等離子體的穩(wěn)定性有所改善，同時(shí)得到了與試驗(yàn)6中得到的結(jié)果類(lèi)似的結(jié)果。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在膜生成過(guò)程中，通過(guò)采用許多分立地安置在膜形成腔體內(nèi)的偏壓施加載棒並獨(dú)立地在每個(gè)棒上加一偏壓，有可能容易地、穩(wěn)定地和重復(fù)地控制微波等離子體的電位。
實(shí)驗(yàn)12和13重復(fù)實(shí)驗(yàn)8和9的過(guò)程，只是在每一種情況下采用與實(shí)驗(yàn)7相同的偏壓。
結(jié)果，所得效果與實(shí)驗(yàn)8和9相似。
本發(fā)明的發(fā)明者對(duì)以上實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)一步研究后有以下發(fā)現(xiàn)首先，在本發(fā)明的MW-PCVD方法和MW-PCVD裝置中，建立能在單個(gè)參數(shù)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定地保持微波等離子體的均勻性的最佳條件是困難的，因?yàn)樵诙喾N參數(shù)的復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)的情況下，將保持微波等離子體的穩(wěn)定性和均勻性，這些參數(shù)例如為微波施加器的形狀，與所說(shuō)施加器相連的波導(dǎo)管的種類(lèi)，所說(shuō)波導(dǎo)管的排列，膜形成時(shí)的膜形成空間的氣壓，微波能量，約束的微波等離子體的等級(jí)，放電空間的形狀和大小，等々。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些趨勢(shì)和條件，它們能達(dá)到保持微波等離子體的穩(wěn)定性和均勻性的目的，以便在本發(fā)明的大面積及長(zhǎng)襯底上連續(xù)不斷地形成所需的半導(dǎo)體淀積膜。
也就是說(shuō)，膜形成時(shí)的膜形成腔內(nèi)的壓力最好是在1.5m Torr至100m Torr之間，在3m Torr至50m Torr之間則更好。
至于微波能量，最好是在250×2W至3000×2W之間，在300×2W至1000×2W之間則更好。
至于突出的及彎曲的筒形部分(即膜形成腔)的內(nèi)直徑，最好是在7至45cm之間，在8至35cm之間則更好。至于構(gòu)成上述膜形成腔的圓周墻的基片腹板的寬度，最好為大約60cm，在一對(duì)微波施加器的情況下，大約50cm則更好。
如前所述，當(dāng)從微波等離子體區(qū)域中泄漏出來(lái)的微波量變大時(shí)，在所說(shuō)區(qū)域內(nèi)的微波等離子體相應(yīng)地變得不穩(wěn)定。
因此，為了避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，在活動(dòng)的襯底腹板的兩個(gè)支撐彎曲部分之間的間隙L為一個(gè)最基本的重要因素。
由此看來(lái)，間隙L最好做成小于微波波長(zhǎng)的 1/2 ，小于 1/4 則更好。
在本發(fā)明中，為了在膜形成時(shí)將微波等離子體的電位控制在理想狀態(tài)，最好是在微波等離子體受到約束的膜形成腔內(nèi)加一個(gè)偏壓施加裝置，并向所說(shuō)偏壓施加裝置施加一個(gè)DC、PC(脈動(dòng)電流)或具有任意波形和頻率以及最大電壓幅度的AC偏壓。使偏壓施加裝置同時(shí)也作為送氣裝置是可能的。當(dāng)然，也可以在膜形成腔內(nèi)另外提供一臺(tái)送氣裝置。
另外，還可能通過(guò)向本發(fā)明中的構(gòu)成膜形成腔的園周墻的襯底腹板施加一個(gè)偏壓來(lái)將微波等離子體的電位控制在理想狀態(tài)。
在一個(gè)施加DC偏壓的最佳實(shí)施例中，電壓最好在+10V至+180V之間。這時(shí)，襯底腹板上形成的膜的特性變得非常優(yōu)越。
下面更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的MW-PCVD方法和MW-PCVD裝置。
在本發(fā)明的MW-PCVD方法中，如前所述，由開(kāi)頭和末尾的支撐彎曲裝置彎曲和突出移動(dòng)的襯底腹板，并在兩裝置之間沿軸向留有一預(yù)定的間隙，由此形成膜形成腔的筒形園周壁。為了在膜形成腔中均勻地產(chǎn)生和約束微波等離子體，通過(guò)所說(shuō)腔的一側(cè)或兩側(cè)沿與所說(shuō)腔的內(nèi)壁表面平行的方向?qū)⑽⒉芰枯椛溥M(jìn)所說(shuō)的腔，使之被約束在所說(shuō)的腔中。
在襯底腹板的寬度相對(duì)比較窄的情況下，即使微波能量?jī)H僅從一側(cè)輻射進(jìn)膜形成腔，膜形成腔中產(chǎn)生的微波等離子體也能保持均勻狀態(tài)。然而，在襯底腹板的寬度超過(guò)一個(gè)微波波長(zhǎng)的情況下，考慮到保持微波等離子體的均勻性的需要，應(yīng)該將微波能量從膜形成腔的兩側(cè)輻射進(jìn)去。當(dāng)然，為了將膜形成腔中產(chǎn)生的微波等離子體保持在一個(gè)均勻的狀態(tài)下，輻射進(jìn)去的微波能量就必須在膜形成腔中充分傳播。這樣，膜形成腔的膜形成空間需要有一個(gè)類(lèi)似于波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。并且由活動(dòng)襯底腹板構(gòu)成的膜形成腔的園周墻的內(nèi)壁要有一個(gè)合乎要求的導(dǎo)電率，它使得具有所需密度的電流流動(dòng)。為此，襯底腹板最好由導(dǎo)電材料做成。在任何情況下，位于膜形成空間中的襯底腹板的表面都應(yīng)該是導(dǎo)電的。在采用絕緣腹板作為襯底腹板的情況下，位于膜形成腔中的絕緣部件的表面要涂一層導(dǎo)電層。
作為彎曲和突出移動(dòng)襯底形成的膜形成腔的筒形部分兩側(cè)的每一側(cè)的形狀最好是圓的。但也可以是其它合適的形狀，如橢圓、矩形等。在任何情況下，圓筒形部分兩側(cè)的每一側(cè)的形狀決定構(gòu)成的膜形成腔的整個(gè)形狀，這樣，一側(cè)的形狀和另一側(cè)的形狀需要相對(duì)平緩，彼此對(duì)稱(chēng)。
前面說(shuō)過(guò)的移動(dòng)襯底腹板的前端和末端彎曲部分間的間隙L的形狀可以是均勻的，但也可以是不均勻的。
為了在膜形成空間中傳播所加的微波能量并由此穩(wěn)定地重復(fù)產(chǎn)生微波等離子體以及將微波等離子體保持并控制在一個(gè)理想的狀態(tài)，微波施加器中的微波發(fā)射方式應(yīng)該是單一模式。
具體說(shuō)來(lái)，這種單一模式是TE10模式、TE11模式、EH1模式、TM11模式、TM01模式，等等。其中TE10模式、TE11模式和EH1模式最符合要求。
然而，使用兩種或兩種以上的模式也是可以的。
微波能量以上述模式經(jīng)能傳輸所說(shuō)微波能量的波導(dǎo)管傳至微波施加裝置。然后，傳至微波施加裝置的微波能量通過(guò)密封裝在所說(shuō)裝置頂部的微波透射部件(它可作為膜形成腔的一個(gè)側(cè)壁)輻射進(jìn)膜形成空間，同時(shí)，經(jīng)送氣裝置將膜形成原料氣體送入膜形成空間，在那里經(jīng)輻射進(jìn)的微波能量的作用，膜形成原料氣體分解，產(chǎn)生等離子體，在包括環(huán)繞膜形成空間的移動(dòng)基片腹板的園周墻的內(nèi)表面形成淀積膜。
利用一個(gè)包括真空泵在內(nèi)的抽氣裝置經(jīng)上述間隙L將膜形成空間抽真空，使其在膜形成時(shí)具有預(yù)定的真空度。
需要設(shè)計(jì)間隙L的大小，使其具有足夠的抽空氣導(dǎo)率，并且輻射進(jìn)的微波能量又不會(huì)從膜形成腔中泄漏出去。
更詳細(xì)地說(shuō)，膜形成腔中裝有微波施加裝置，在所述微波施加裝置中傳播的微波電場(chǎng)的方向和包括始端支撐彎曲裝置(以后稱(chēng)為始端彎曲滾軸)的中心軸和末端支撐彎曲裝置(以后稱(chēng)為末端彎曲滾軸)的中心軸的表面，互相之間并不平行。在膜形成腔中裝有多個(gè)微波施加裝置的情況下，也是這樣。
在始端彎曲滾軸和末端彎曲滾軸之間沿軸向形成的間隙L的最大開(kāi)口寬度最好小于微波波長(zhǎng)的 1/2 ，小于 1/4 則更好。在膜形成腔中相對(duì)裝配兩個(gè)微波施加裝置的情況下，應(yīng)該預(yù)先考慮到不要使一個(gè)微波施加裝置輻射的微波能量被另一個(gè)微波施加裝置吸收，并到達(dá)所說(shuō)的后一個(gè)施加器的微波能量源，損壞所說(shuō)的能量源，或產(chǎn)生相反作用，例如產(chǎn)生不正常的微波振蕩。特別是，兩個(gè)微波施加裝置必須這樣排列，使得在兩個(gè)微波施加裝置之間傳播的微波電場(chǎng)方向互相之間不平行。
在一個(gè)單獨(dú)的微波施加裝置通過(guò)膜形成腔的一側(cè)表面裝入該腔的情況下，所說(shuō)膜形成腔的另一側(cè)表面必須這樣構(gòu)造，以便使微波能量不至于通過(guò)該表面而泄漏。
為此，另一側(cè)表面要用導(dǎo)電部件密封，或用具有許多孔的金屬網(wǎng)部件或開(kāi)口的金屬?gòu)?fù)蓋，孔的尺寸最好小于 1/2 微波波長(zhǎng)，小于 1/4 則更好。
對(duì)于輻射進(jìn)膜形成空間的微波能量有這樣一種趨勢(shì)，即雖然它取決于提供的膜形成原料的種類(lèi)，但當(dāng)與微波透射部件(微波透射窗口)的距離增加時(shí)，所說(shuō)微波能量在與膜形成空間的氣壓(內(nèi)部壓力)相互干擾時(shí)受到衰減。因此，在采用較寬的襯底腹板時(shí)，為了在襯底腹板的寬方向上產(chǎn)生均勻的微波等離子體，需要使內(nèi)部壓力保持在一個(gè)足夠低的值，并且通過(guò)采用至少兩個(gè)相對(duì)放置的微波施加裝置從膜形成腔的兩側(cè)，將微波能量輻射進(jìn)膜形成腔。在任何情況下，微波施加裝置需要垂直安裝在膜形成腔的側(cè)面，以便由所說(shuō)施加裝置輻射進(jìn)所說(shuō)膜形成腔的微波能量沿平行于所說(shuō)膜形成腔的園周墻的方向傳播。微波施加裝置應(yīng)該位于膜形成腔的側(cè)面位置，與園周墻的距離相等。
然而，在膜形成腔的彎曲的園周墻的形狀不對(duì)稱(chēng)的情況下，對(duì)安裝在膜形成腔側(cè)面的微波施加裝置的位置沒(méi)有任何特殊的限制。當(dāng)多個(gè)微波施加裝置相對(duì)排列時(shí)，并不要求它們的中心軸在同一條直線(xiàn)上。
由移動(dòng)襯底腹板形成的彎曲形狀需要總是保持不變，不會(huì)因始端和末端彎曲滾軸而引起折皺、松動(dòng)、滑向一邊等，這樣，產(chǎn)生的微波等離子體的穩(wěn)定性和均勻性就能按需要保持不變。
為了固定膜形成腔的園周墻的彎曲形狀，可以采用一個(gè)或一個(gè)以上的支撐裝置。就這一方面的問(wèn)題更詳細(xì)點(diǎn)說(shuō)，即通過(guò)在膜形成空間的邊緣或/和膜形成腔的外部設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)支撐裝置來(lái)支撐構(gòu)成膜形成腔園周墻的移動(dòng)襯底腹板。
在膜形成空間邊緣設(shè)置支撐裝置的情況下，必須使支撐裝置與移動(dòng)襯底腹板接觸的部分盡可能小，在該襯底腹板上，要形成一層膜。例如，這種支撐裝置需要這樣來(lái)設(shè)置，使得一個(gè)或多個(gè)支撐裝置能夠滑動(dòng)支撐移動(dòng)襯底腹板的每一個(gè)邊緣部分。
至于襯底腹板，應(yīng)采用這樣的腹板部件，它具有充分的易彎曲性，能夠被始端和末端滾軸的每一個(gè)按需要彎曲，以形成所需的突出和彎曲形狀(圓筒形)，成為膜形成腔的園周墻，并能將所說(shuō)圓筒形穩(wěn)定地保持在一個(gè)理想的狀態(tài)。
當(dāng)膜形成時(shí)，由送氣裝置送入膜形成腔的膜形成原料氣體由排氣裝置排出，以將膜形成空間保持在理想的壓力之下。
在本發(fā)明的MW-PCVD方法中，可以通過(guò)使用一個(gè)偏壓施加裝置向膜形成空間施加一個(gè)偏壓，從而像如前所述那樣控制按要求產(chǎn)生的微波等離子體的電位。在這種情況下，偏壓施加裝置最好這樣放置，至少一部分能與膜形成空間中所產(chǎn)生的微波等離子體接觸。
也可將偏壓施加裝置設(shè)計(jì)成同時(shí)兼作送氣裝置。在這種情況下，需要將偏壓施加裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成包括一個(gè)儲(chǔ)氣容器、流速控制器、送氣管道等組成的送氣系統(tǒng)，它從電氣方面與偏壓施加系統(tǒng)絕緣，以免由于偏壓施加系統(tǒng)產(chǎn)生的偏壓造成對(duì)所說(shuō)送氣系統(tǒng)的損害。將兩個(gè)系統(tǒng)絕緣的位置最好靠近膜形成空間。
在任何情況下，偏壓施加裝置與微波等離子體接觸的那部分最好進(jìn)行過(guò)導(dǎo)電處理，以便能通過(guò)那兒施加偏壓。至于用作導(dǎo)電處理的材料，需要是一種不會(huì)引起變形、損害、熔斷等的材料。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，偏壓施加裝置那部分是通過(guò)在具有高熔點(diǎn)的金屬或陶瓷上涂敷上一層具有高熔點(diǎn)的金屬構(gòu)成的。
在膜形成空間中放置同時(shí)也用作送氣裝置的偏壓施加裝置的情況下，對(duì)它的位置并沒(méi)有什么具體限制，只要至少一部分與所產(chǎn)生的微波等離子體接觸就行，因?yàn)槲⒉ǖ入x子體起近似均勻?qū)w的作用。
然而，從避免異常放電等情況出現(xiàn)的觀點(diǎn)來(lái)看，理想的是將偏壓施加裝置置于膜形成空間中與園周墻內(nèi)表面相距大于10mm、最好是大于20mm的位置。
如前所述，偏壓施加裝置可由單一偏壓棒或若干偏壓棒組成。
在任何這些情況下，對(duì)于構(gòu)成偏壓棒的材料和偏壓棒放置在膜形成空間中的位置，應(yīng)與上述兼作送氣裝置的偏壓施加裝置一樣給予同樣充分的考慮。至于單獨(dú)安裝在膜形成空間的送氣裝置，從避免出現(xiàn)異常放電和在膜形成空間中提供均勻的等離子體電位出發(fā)，最好所說(shuō)送氣裝置是由介電材料制成的。然而，當(dāng)施加一個(gè)相對(duì)低的偏壓時(shí)，對(duì)構(gòu)成送氣裝置的材料沒(méi)有什么特別限制。
在單一偏壓器或一個(gè)兼作送氣裝置的偏壓施加裝置被安裝在膜形成空間的情況下，可以使用一個(gè)DC、PC、AC偏壓或其中兩個(gè)或兩個(gè)以上組合成的偏壓。
同樣，在使用若干個(gè)偏壓棒的情況下，可對(duì)這些偏壓棒的每一個(gè)施加同樣或不同的偏壓。在這種情況下，也可以使用一個(gè)DC、PC、AC偏壓或其中兩個(gè)或兩個(gè)以上組合成的偏壓。在幾種偏壓一起使用的情況下，有以下理想的效果能被控制的等離子體電位范圍擴(kuò)大了，微波等離子體的穩(wěn)定性和再生性進(jìn)一步得到提高，所獲得的膜的特性進(jìn)一步得到改善，最后得到的膜幾乎沒(méi)有缺陷。
那些具有正弦波形、矩形波形、不連續(xù)波形、脈沖波形以及其中兩種或兩種以上的波形的組合的電壓能用作AC電壓。
那些具有由上述AC電壓的半波整流或全波整流組成的波形、壓縮波形(lump wave form)等的電壓能用作PC電壓。
至于作為要施加的偏壓的DC電壓或最大幅度電壓，則是取決于要形成具有理想特性的膜的條件以及在上述膜上造成缺陷的條件。上述電壓可自膜形成的開(kāi)始階段直到膜形成終止的最后階段一直保持穩(wěn)定在預(yù)定值。然而，為了控制要形成的膜的特性和避免在上述膜上出現(xiàn)缺陷，最好是連續(xù)地或周期性地改變上述電壓。當(dāng)在膜形成腔內(nèi)產(chǎn)生了異常放電如電火花時(shí)，偏壓會(huì)突然改變。為了避免發(fā)生這種情況，需要在電氣方面檢測(cè)上述變化、降低偏壓或停止施加偏壓和將偏壓退回到初始電平。這個(gè)過(guò)程可以人工方式進(jìn)行。然而，最好是在偏壓施加裝置的控制電路內(nèi)配上自動(dòng)控制電路。
在本發(fā)明中，如前所述，偏壓施加裝置可以設(shè)計(jì)成這樣將構(gòu)成膜形成腔園周墻的襯底腹板作為上述裝置。在這種情況下，在膜形成腔內(nèi)裝入一個(gè)接地電極。接地電極可以設(shè)計(jì)成兼作送氣裝置。
至于在本發(fā)明中使用的襯底腹板，如前所述，分別由導(dǎo)電材料制成的腹板部件或由一個(gè)在其表面涂敷了一層導(dǎo)電膜的絕緣部件組成的其它腹板部件可以被選擇使用。在任何情況下，這樣的襯底腹板需要顯示出具有在膜形成時(shí)襯底腹板加熱和保持的溫度下保證是足夠的電流密度的導(dǎo)電性，最佳實(shí)施例是金屬腹板和半導(dǎo)體腹板。
為了簡(jiǎn)化將形成一層或多層半導(dǎo)體層的襯底腹板分成若干部分的過(guò)程，襯底腹板可帶有分別在其表面包括一種絕緣材料的若干區(qū)域。
所說(shuō)絕緣區(qū)域的面積比較大的情況下，當(dāng)控制等離子體電位時(shí)，不在上述絕緣區(qū)域上形成膜。然而，在所說(shuō)絕緣區(qū)域的面積極小的情況下，在這些小的絕緣區(qū)域會(huì)形成與在導(dǎo)電表面形成的膜差不多的膜。
在本發(fā)明的MW-PCVD方法中，為了穩(wěn)定地產(chǎn)生具有理想均勻性的微波等離子體，從而在活動(dòng)的襯底腹板上形成理想的半導(dǎo)體膜，對(duì)每一個(gè)膜形成參數(shù)都有一個(gè)最佳條件。然而，因?yàn)檫@些膜形成參數(shù)從組成關(guān)系來(lái)講是非常復(fù)雜地相互關(guān)聯(lián)的，這些參數(shù)如膜形成腔的形狀和容積、膜形成原料氣體的種類(lèi)及其流速、膜形成腔的內(nèi)壓力、微波能量的數(shù)量、微波的匹配、偏壓等，所以，很難統(tǒng)一這些膜形成參數(shù)。
本發(fā)明的MW-PCVD方法與已知MW-PCVD方法明顯的區(qū)別點(diǎn)是膜形成腔的園周墻是由一個(gè)移動(dòng)的襯底腹板構(gòu)成的和在上述園周墻的內(nèi)表面上連續(xù)地有一層膜，其中襯底腹板起膜形成腔的一個(gè)結(jié)構(gòu)部件的作用。作為結(jié)構(gòu)部件作用意味著在物理和化學(xué)上隔離了膜形成的大氣空間，即將膜形成空間與和膜形成無(wú)關(guān)的其它大氣空間隔離。更具體地說(shuō)，是指形成具有不同氣體成分或不同狀態(tài)的大氣，控制氣流方向或形成不同壓力的大氣。
MW-PCVD方法就是在大面積和長(zhǎng)的襯底腹板上連續(xù)地形成理想的均勻的半導(dǎo)體淀積膜，這是通移動(dòng)該腹板建立一個(gè)筒形部分以作為膜形成腔的同時(shí)將上述基片腹板支撐彎曲和突出，膜形成腔的周?chē)谑怯山?jīng)彎曲和突出并有膜形成空間的上述襯底腹板構(gòu)成的;將膜形成原料氣體送入膜形成空間，同時(shí)，對(duì)上述膜形成空間施加微波能量并將膜形成空間抽空，以產(chǎn)生微波等離子體，約束微波等離子體與產(chǎn)生時(shí)相同，這樣在由移動(dòng)襯底腹板組成的上述園周墻的內(nèi)表面連續(xù)形成上述半導(dǎo)體膜。這樣，基本膜板本身起到結(jié)構(gòu)部件的作用，將膜形成空間和與膜形成無(wú)關(guān)的空間隔離，它還起到基片的作用，在其表面形成膜。
在這方面，與膜形成空間隔離的大氣處于這樣一種狀態(tài)，其氣體成分、狀態(tài)、壓力等均與膜形成空間明顯地不同。
另一方面，在已知的MW-PCVD方法中，要形成膜的襯底是放置在膜形成腔內(nèi)的一個(gè)襯底支架上的，因此襯底起到將在膜形成腔內(nèi)產(chǎn)生的膜形成先質(zhì)淀積在其上的部件的作用。這是本發(fā)明的MW-PCVD方法與已知的MW-PCVD方法的明顯不同點(diǎn)。
在已知的RF等離子CVD方法或測(cè)射法中，將要在其上形成膜的襯底偶爾也用作電極以產(chǎn)生并保持放電，但并不起充分約束等離子體的作用。在這種情況下的基片不起結(jié)構(gòu)部件的作用，不像在本發(fā)明中將膜形成空間和與膜形成無(wú)關(guān)的空間充分隔離。
在本發(fā)明的MW-PCVD方法中，為了使膜形成只在膜形成空間進(jìn)行，要使構(gòu)成膜形成空間的園周墻的襯底腹板所形成的膜形成空間隔離的空間內(nèi)的氣體成份和狀態(tài)與膜形成空間內(nèi)的成份和狀態(tài)不同。例如，膜形成空間外的空間的大氣可以由不能促進(jìn)膜形成的氣體或包含從膜形成空間排出氣體的氣體組成。在膜形成時(shí)，如前所述，微波等離子體只限定在膜形成空間。在這種情況下，為了改進(jìn)微波等離子體在膜形成空間的穩(wěn)定性和再生性以及防止在襯底腹板以外的部分淀積上一層膜，防止上述微波等離子體泄漏到膜形成空間以外是非常重要的。為此，這樣做是有效的(a)給膜形成空間的壓力和膜形成空間以外的空間的壓力造成差別;(b)在膜形成空間以外的空間形成由具有一個(gè)小的離子化橫切面的惰性氣體或H2氣體或(c)有意放置防止微波等離子體從膜形成空間泄漏出來(lái)的裝置。在(c)的情況下，如前所述，利用前述導(dǎo)電部件來(lái)封閉連接膜形成空間與膜形成空間間隙是有效的。除此之外，用前述金屬網(wǎng)或具有若干孔的板來(lái)復(fù)蓋上述空間也是有效的。
當(dāng)使得膜形成空間以外的空間的壓力明顯地低于膜形成空間的壓力或當(dāng)使得前者的壓力高于后者，就可以有效地避免在膜形成腔以外的空間產(chǎn)生微波等離子體。
按照上述MW-PCVD方法，可以在大面積和長(zhǎng)的襯底上連續(xù)形成具有均勻厚度、良好的一致性的理想的半導(dǎo)體淀積膜，并且改進(jìn)氣體的利用率和提高的產(chǎn)出率。
以下就適用于本發(fā)明的MW-PCVD方法的MW-PCVD裝置進(jìn)行說(shuō)明。
如前所述，本發(fā)明的MW-PCVD裝置的基本構(gòu)成包括至少有一個(gè)具有彎曲的園周墻的大體上封閉的圓筒狀膜形成腔，其園周墻通過(guò)由一對(duì)用來(lái)支撐彎曲上述襯底腹板的滾軸從釋放機(jī)構(gòu)縱向移動(dòng)到卷收機(jī)構(gòu)時(shí)彎曲和突出襯底腹板構(gòu)成的，該對(duì)滾軸平行放置，在縱向留出預(yù)定的空隙，該膜形成腔有一個(gè)膜形成空間;至少有一個(gè)微波施加裝置，該裝置至少與上述膜形成腔的兩側(cè)面中一個(gè)相連，上述微波施加裝置能在與上述園周墻平行方向?qū)⑽⒉芰枯椛溥M(jìn)膜形成空間;將上述膜形成空間抽真空的裝置;將膜形成原料送入膜形成空間的裝置;和加熱或冷卻上述襯底腹板的裝置。MW-PCVD裝置還可包括向膜形成空間施加偏壓的裝置。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，在襯底腹板外部裝置的結(jié)構(gòu)部件作用的可以是大氣。然而，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，上述外部是由一個(gè)適當(dāng)?shù)姆忾]裝置來(lái)封閉的，使其與外部空氣隔離。具體地說(shuō)，膜形成腔可以通過(guò)一個(gè)機(jī)械封閉裝置利用密封圈、密封墊雙曲螺旋面(helicoflex)、磁性材料等與外界空氣隔離。在這種情況下，其結(jié)構(gòu)要使襯底腹板能在結(jié)構(gòu)性地封閉的同時(shí)連續(xù)地移動(dòng)。也可以在膜形成腔的外部放置一個(gè)封閉容器，它能形成包括一種對(duì)在膜形成腔內(nèi)將要形成的膜不會(huì)產(chǎn)生任何消極影響或只產(chǎn)生積極影響的稀釋氣體的大氣。除此之外，可在膜形成腔外部放置能將上述外部抽成真空的其它封閉容器。
本發(fā)明的MW-PCVD裝置可以包括水平地放置的若干個(gè)上述膜形成腔。在這種情況下，可給每個(gè)膜形成腔配上述密封容器。此外，也可以對(duì)全部膜形成腔進(jìn)行上述密封。
本發(fā)明的MW-PCVD裝置可包括一個(gè)或多個(gè)其它膜形成裝置。在這種情況下，最好是每?jī)蓚€(gè)裝置通過(guò)比如氣體門(mén)裝置連接。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，可以使膜形成腔外部的壓力處于減壓或增壓狀態(tài)。然而，為了防止由移動(dòng)的膜形成腔襯底腹板組成的周?chē)谟捎谀ば纬汕坏膲毫εc上述腔外部的壓力之間的差造成的變形，可以在膜形成腔內(nèi)放置一個(gè)適當(dāng)?shù)妮o助結(jié)構(gòu)部件。作為這樣一個(gè)輔助部件，可以是圖示的用金屬、陶瓷或增強(qiáng)塑料制成的網(wǎng)眼部件。在這種情況下，由上述網(wǎng)眼部件之一組成的輔助結(jié)構(gòu)部件沿著膜形成腔園周墻內(nèi)表面安裝。當(dāng)輔助結(jié)構(gòu)網(wǎng)眼部件在膜形成腔內(nèi)按此方式安裝時(shí)，由上述網(wǎng)眼部件遮擋的周?chē)趦?nèi)表面部分幾乎難以接觸微波等離子體，因此，只能稍微淀積上一點(diǎn)膜?？紤]到這點(diǎn)，需將所說(shuō)的輔助結(jié)構(gòu)網(wǎng)眼部件設(shè)計(jì)成在園周墻內(nèi)表面上不會(huì)產(chǎn)生上述遮擋部分。
可以將輔助結(jié)構(gòu)網(wǎng)眼部件設(shè)計(jì)成以與襯底腹板在膜形成時(shí)移動(dòng)的速度相同的速度旋轉(zhuǎn)，由此在所說(shuō)的襯底腹板上有目的地形成一個(gè)網(wǎng)眼模式。
如前所述，要在其上淀積一層膜的襯底腹板最好是在MW-PCVD工藝形成膜時(shí)的高溫下既不變形也不失真，該襯底腹板有充足的強(qiáng)度并且是導(dǎo)電的。作為這樣一個(gè)襯底腹板，可用如不銹鋼、鋁、鋁合金、鐵、鐵合金、銅、銅合金等金屬或合金制成的腹板部件，兩種或數(shù)個(gè)這些金屬組合制成的腹板部件，和以濺射法、蒸發(fā)法或鍍膜法等對(duì)其表面涂敷一層不同金屬的薄膜的任何上述腹板部件組成的腹板部件。
除這些腹板部件外，還可舉出由樹(shù)脂制成的抗熱板，如聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯對(duì)酞酸鹽、環(huán)氧樹(shù)脂等，或其它由上述樹(shù)脂和玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、金屬纖維等組成的板，它們的表面分別以鍍膜法、蒸發(fā)法、濺射法等涂敷上一層金屬、合金導(dǎo)電膜或透明的導(dǎo)電氧化膜，如ITO。
具有導(dǎo)電表面的任何這些腹板部件可有一個(gè)包括SiO2，Si3N4，Al2O3，AlN的絕緣膜或在其部分表面的一個(gè)上述抗熱區(qū)域。
從成本、儲(chǔ)存空間等觀點(diǎn)出發(fā)，用在本發(fā)明中的襯底腹板是越薄越好，只要它能被彎成一個(gè)具有理想強(qiáng)度的圓筒形以構(gòu)成本發(fā)明的膜形成腔的園周墻。
通常，襯底腹板的厚度以在0.01至5mm范圍內(nèi)為好，在0.02至2mm內(nèi)則更好，而在0.05至1mm內(nèi)則最佳。
至于襯底腹板的寬度，對(duì)此應(yīng)予以充分考慮在由移動(dòng)襯底腹板構(gòu)成周?chē)诘哪ば纬汕粌?nèi)，均勻的微波等離子體應(yīng)按縱向(即，按移動(dòng)襯底腹板的寬度方向)穩(wěn)定地和反復(fù)地提供，并且圓筒形部分的形狀應(yīng)保持穩(wěn)定。通常，其范圍以5至100Cm內(nèi)為好，在10至80Cm內(nèi)則更好。
至于襯底的長(zhǎng)度，沒(méi)有任何特別的限定。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，如前所述，基本要求是移動(dòng)襯底腹板要合乎要求地彎曲和突出，以提供一個(gè)圓筒形部分作為膜形成腔的園周墻，這是通過(guò)一個(gè)能將自釋放機(jī)構(gòu)送來(lái)的襯底腹板首先彎曲和突出，并同時(shí)支撐地傳送該襯底腹板向上的始端滾軸(以下稱(chēng)“始端滾軸”)和一個(gè)能將襯底腹板最終彎曲并同時(shí)支撐地將襯底腹板縱向傳送到一個(gè)卷收機(jī)構(gòu)的末端滾軸(以下稱(chēng)“末端滾軸”)，并在兩個(gè)滾軸之間縱向留出一個(gè)預(yù)定寬度的間隙。
圓筒形部分的兩個(gè)側(cè)面的每一面分別被提供一個(gè)支撐傳送旋轉(zhuǎn)環(huán)以將圓筒形部分保持在理想狀態(tài)，其中圓筒形部分的兩個(gè)側(cè)端部分之一是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)之一以使襯底腹板在上述旋轉(zhuǎn)環(huán)表面接觸的方式來(lái)支撐的。襯底腹板是通過(guò)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)上述兩個(gè)滾軸或/和兩個(gè)環(huán)來(lái)移動(dòng)的。在通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)移動(dòng)襯底腹板的情況下，可以如所說(shuō)的那樣使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)，可以用一對(duì)帶齒的旋轉(zhuǎn)環(huán)。在這種情況下，需要給襯底腹板的兩側(cè)部分提供與兩個(gè)帶齒的旋轉(zhuǎn)環(huán)突出部分對(duì)應(yīng)的孔。此外，可以將襯底腹板從兩個(gè)環(huán)上滑動(dòng)傳送過(guò)去，而不使它們旋轉(zhuǎn)。要求兩個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)的每個(gè)都形狀相同。最合乎要求的是真正的圓形。然而，它們可以是其它形狀的，如橢圓形、矩形等。
在MW-PCVD裝置中，為了防止襯底腹板在傳輸過(guò)程中發(fā)生松動(dòng)、起皺、滑向一邊等，保持襯底腹板的傳輸速度穩(wěn)定是一個(gè)重要因素。為此，要提供一個(gè)檢測(cè)襯底腹板運(yùn)輸速度的檢測(cè)機(jī)構(gòu)和一個(gè)根據(jù)自上述檢測(cè)機(jī)構(gòu)到支撐地傳送機(jī)構(gòu)的信號(hào)來(lái)自動(dòng)控制襯底腹板的傳輸速度的傳輸速度控制機(jī)構(gòu)。用這些機(jī)構(gòu)控制要在襯底腹板上形成的半導(dǎo)體膜的厚度也是有效的。
在任何情況下，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)環(huán)的每一個(gè)的放置都不可避免地在膜形成時(shí)暴露在微波等離子體之中。因此，會(huì)擔(dān)心其表面也淀積上一層膜和該膜又從其轉(zhuǎn)移，在由膜形成腔的移動(dòng)襯底腹板組成的園周墻的內(nèi)表而淀積成一層膜，這樣形成的膜會(huì)帶有缺陷，如針孔。因此，要求旋轉(zhuǎn)環(huán)不僅具有充分的抗熱能力，還要有抗腐蝕能力。還要求旋轉(zhuǎn)環(huán)幾乎不會(huì)在其上淀積上一層膜或能緊固住反復(fù)淀積在其上的膜而不使其轉(zhuǎn)移?？紤]到這一點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)環(huán)必需用特選材料制成以滿(mǎn)足上述要求。
具體地說(shuō)，旋轉(zhuǎn)環(huán)由自以下材料中選出的材料制成，這些材料包括不銹鋼、鎳、鈦、釩、鎢、鉬、鈮以及兩種或多種這些金屬的合金。由這些材料制成的旋轉(zhuǎn)環(huán)表面可通過(guò)火焰噴涂法、蒸發(fā)法、濺射法、離子注入法、CVD鍍膜法等形成一涂層，它包括一種陶瓷材料，如礬土、石英、鎂、二氧化鋯或氮化硅。旋轉(zhuǎn)環(huán)可由上述陶瓷材料中的一種或包括這些陶瓷材料的兩種或多種混合制成。旋轉(zhuǎn)環(huán)的表面可以是一個(gè)鏡子般的表面或一個(gè)不平的表面，這取決于相關(guān)的因素，如淀積在其上的膜的應(yīng)力。
要有意地在膜剝落并在膜形成腔內(nèi)擴(kuò)散前去掉淀積在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的膜。去掉上述膜最好通過(guò)干腐蝕或在真空條件下分解上述膜，然后，進(jìn)行化學(xué)或物理處理，如濕腐蝕或小球噴凈法。上述始端和末端滾軸設(shè)計(jì)成分別有與上述那對(duì)旋轉(zhuǎn)環(huán)比較大的與襯底腹板接觸的面積。這樣，滾軸與襯底腹板的熱交換效果就大。因此，必需充分考慮到移動(dòng)襯底腹板不被始端和末端彎曲滾軸不合乎要求地加熱和冷卻。為此，要給上述滾軸配上一個(gè)合適的溫度控制機(jī)構(gòu)。也可以給上述滾軸配上一個(gè)合適的傳送應(yīng)力檢測(cè)機(jī)構(gòu)。為了保持滾軸的傳輸速度穩(wěn)定，這是有效的。為了防止在由滾軸支撐地彎曲時(shí)移動(dòng)襯底腹板發(fā)生傾斜、扭曲、滑向一邊等情況，可給上述滾軸配上一個(gè)冠狀機(jī)構(gòu)。
作為膜形成腔園周墻的上述圓筒形部分的設(shè)定還包括微波施加裝置的末端部分。如前所述，考慮到在膜形成腔內(nèi)均勻地產(chǎn)生微波離子體并保證在膜形成腔園周墻內(nèi)表面形成的膜的均勻性，微波施加裝置最好置于圓筒形部分兩個(gè)側(cè)面之一的中心位置。
上述圓筒形部分的每一個(gè)側(cè)面的內(nèi)徑?jīng)Q定了微波的傳播方式和要提供微波等離子體的區(qū)域的容量。具體地說(shuō)，在由膜形成腔的移動(dòng)襯底腹板構(gòu)成的園周墻內(nèi)表面形成的膜的厚度取決于上述內(nèi)表面在上述微波等離子區(qū)域中傳輸時(shí)暴露于該區(qū)域的那段時(shí)間，園周墻內(nèi)表面與確定膜形成空間全部表面的面積比將由襯底腹板的寬度決定。結(jié)果，將決定氣體利用率。
為了將微波等離子體保持在上述微波等離子體區(qū)域，微波功率密度(W/Cm3)將參照以下相互關(guān)系決定，這些相互關(guān)系有要用的膜形成原料氣體的種類(lèi)、其流速、內(nèi)部壓力、來(lái)自微波施加裝置的微波能量的輻射狀態(tài)、上述微波能量的傳播能力、微波等離子體區(qū)域的絕對(duì)容量等。這樣，要產(chǎn)生上述微波功率密度是極端困難的。
對(duì)要在膜形成腔園周墻內(nèi)表面形成的膜厚度可通過(guò)用一片襯底蓋板復(fù)蓋部分上述內(nèi)表面來(lái)進(jìn)行控制。
至于用在本發(fā)明中的襯底腹板，在必要時(shí)可在其上有一導(dǎo)電層。例如，在連續(xù)備制一個(gè)太陽(yáng)能電池的情況下，當(dāng)使用用導(dǎo)電材料制作的襯底腹板時(shí)，沒(méi)必要在其上涂敷一導(dǎo)電層，因?yàn)閷?dǎo)電襯腹板本身具有作為電流輸出電極的能力。然而，當(dāng)使用用絕緣材料比如合成樹(shù)脂制作的基片時(shí)，需要在其表面涂敷一能作為電流輸出極的導(dǎo)電層，在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，要在其上形成一半導(dǎo)體膜。這樣的導(dǎo)電層可通過(guò)的金屬電鍍、蒸發(fā)或?yàn)R射方式在絕緣襯底腹板表面涂敷一導(dǎo)電材料而形成，這些材料是Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、W、Fe、V、Cr、Cu、不銹鋼、黃銅、鎳鉻合金、SnO2、In2O3、ZnO、SnO2-In2O3(ITO)或TCO。
在任何情況下，任何這些襯底腹板可在其表面斷斷續(xù)續(xù)地有一絕緣層部分，以便將產(chǎn)品分成若干單獨(dú)的元件的操作。
為了改進(jìn)在襯底表面上長(zhǎng)波長(zhǎng)光線(xiàn)的反射率，或?yàn)榱吮苊庖r底的組成部分分子與在其上形成的淀積膜在基片和淀積膜之間相互擴(kuò)散，或?yàn)榱朔乐钩霈F(xiàn)短路，可在基片上加一適當(dāng)?shù)膶?，它由與基片組成部分分子或?qū)щ妼咏M成部分分子不同的一種金屬構(gòu)成。
在制備一種光線(xiàn)自襯底邊照射型的太陽(yáng)能電池的情況下，當(dāng)使用一相對(duì)透明的腹板部件作為襯底腹板時(shí)，要事先在其表面涂敷一層由上述導(dǎo)電氧化材料或金屬構(gòu)成的薄導(dǎo)電層。
襯底腹板可以具有均勻表面或具有細(xì)小不規(guī)則的不均勻表面。
在襯底腹板為后者的情況下，細(xì)小不規(guī)則可由若干個(gè)圓形的、圓錐形的、棱錐形的陷窩組成，其中陷窩的最大高度(Rmax)最好是在500至5000
。
用這樣的襯底腹板制備的太陽(yáng)能電池就會(huì)使光線(xiàn)不規(guī)則地反射，增加了在其表面被反射的光線(xiàn)的光路徑長(zhǎng)度。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，微波施加裝置的后部配有一個(gè)微波透射部件，上述微波透射部件由一個(gè)耐壓結(jié)構(gòu)通過(guò)膜形成腔的側(cè)面與之牢牢地連接。具體地說(shuō)，這部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成圓形、矩形、鐘形、雙線(xiàn)形或圓錐形。
至于在要傳播微波方向的上述微波透射部件的厚度，其決定應(yīng)使得在透射部件處的微波反射最小，并充分注意到制成上述透射部件的介電材料的介電常數(shù)。
例如，在透射部件為平板形時(shí)，理想的厚度為微波波長(zhǎng)的 1/2 。
構(gòu)成微波透射部件的介電材料最好是能允許來(lái)自微波施加裝置的微波能量以最小損耗輻射進(jìn)入膜形成腔，并且密封性能極佳，能阻止空氣流入膜形成腔。
這樣的材料有玻璃或細(xì)陶瓷，如石英、鋁礬土、氮化硅、氧化鈹、氧化鎂、氮化硼等。
在MW-PCVD裝置中，為了防止微波透射部件由于微波能量或等離子能量而受到損害，可配上一個(gè)用于均勻地冷卻上述微波透射部件的適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)。
可用作上述冷卻機(jī)構(gòu)的可以是向微波透射部件外表面吹冷風(fēng)的冷卻機(jī)構(gòu)、或一個(gè)用冷空氣、水、油或氟利昂來(lái)冷卻微波透射部件的冷卻微波施加裝置的機(jī)構(gòu)。
在這種情況下，當(dāng)微波透射部件被冷卻并保持在足夠低的溫度時(shí)，即使對(duì)膜形成腔施加相對(duì)高功率的微波能量，它也不會(huì)受到損害，其中可以合乎要求地產(chǎn)生高電子密度的微波等離子體。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，置于膜形成空間內(nèi)并與其中的微波等離子體接觸的微波透射部件的表面也在反復(fù)進(jìn)行膜形成時(shí)淀積上一層膜。在這種情況下，這取決于在微波透射部件表面淀積的膜的種類(lèi)和特性，但通常自微波施加裝置輻射的微波能量被上述淀積膜吸收或反射掉了，引起輻射入膜形成腔內(nèi)的微波能量的減少。結(jié)果，有時(shí)會(huì)發(fā)生微波等離子體不能保持穩(wěn)定的情況，因此，引起膜淀積率的降低，所形成的膜的特性有缺陷。為了避免發(fā)生這種情形，需要長(zhǎng)期用干腐蝕、濕腐蝕或機(jī)械清潔裝置來(lái)清潔微波透射部件。通過(guò)干腐蝕淀積在其上的膜并同時(shí)保持膜形成腔的真空，可以合乎要求地進(jìn)行微波透射部件的清潔。此外，微波透射部件的清潔工作也可以以下方式進(jìn)行，即，將整個(gè)包含微波透射部件的微波施加裝置傳送到一個(gè)與膜形成腔相連的負(fù)載鎖定室，但不中斷膜形成腔內(nèi)的真空，微波透射部件在負(fù)載鎖定室內(nèi)由干腐蝕或機(jī)械清潔裝置進(jìn)行清潔，包含清潔過(guò)的微波透射部件的整個(gè)裝置送回膜形成腔。還可以用一個(gè)新的微波透射部件替換其上有淀積膜的微波透射部件。
再者，還可以使微波透射部件保持在合乎要求的狀態(tài)，不被淀積上一層膜，做法是沿著在膜形成空間內(nèi)的微波透射部件表面連續(xù)地移動(dòng)一張由相當(dāng)于構(gòu)成微波透射部件的介電材料的介電材料制造的板，以防止在上述表面淀積上一層膜，并從膜形成腔內(nèi)取出已淀積上一層膜的板。
微波施加裝置有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，其作用是在合乎要求的狀態(tài)下，輻射來(lái)自微波功率源的微波能量到膜形成腔，從而利用上述微波能量的作用，將送氣裝置提供的膜形成原料氣體分解，以穩(wěn)定地產(chǎn)生在膜形成腔移動(dòng)襯底腹板構(gòu)成的園周墻內(nèi)表面形成半導(dǎo)體膜的等離子體，并在合乎要求的狀態(tài)下保持等離子體的衡定。
微波施加裝置的技術(shù)規(guī)格可與微波透射部件相同。事實(shí)上，微波施加裝置的技術(shù)規(guī)格可不同于微波透射部件的技術(shù)規(guī)格。
關(guān)于微波施加裝置的大小和形狀最好設(shè)計(jì)成在上述微波施加裝置中的微波傳播模式為單一模式，以便使微波能量在膜形成腔內(nèi)有效地傳播，從而穩(wěn)定地產(chǎn)生、保持和控制微波等離子體。
然而，在微波等離子體產(chǎn)生參數(shù)，如膜形成原料氣體的種類(lèi)、內(nèi)部壓力、微波功率等，經(jīng)正確地確定時(shí)，可以使用若干種模式。
建立以單一模式的微波傳播模式，這些模式有例如TE10模式，TE11模式、EH1模式，TM11模式和TM01模式。在這些模式中，TE10模式、TE11模式和EH1模式最為理想。能以上述模式傳播微波能量的波導(dǎo)管與微波施加裝置連接。在最佳實(shí)施例中，要使波導(dǎo)管中的微波傳播模式與微波施加裝置的模式相等。
上述波導(dǎo)管種類(lèi)應(yīng)根據(jù)要使用的微波的頻帶和傳播模式，做出正確的決定。其截止頻率最好小于要使用的頻率。
可用的波導(dǎo)管有，如JIS、EIAJ、IEC或JAN標(biāo)準(zhǔn)的矩形波導(dǎo)管、圓形波導(dǎo)管和橢圓波導(dǎo)管。除此以外，可以用具有一個(gè)寬96mm、高27mm的矩形橫切面的波導(dǎo)管。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，來(lái)自微波功率源的微波經(jīng)過(guò)上述微波施加裝置有效地輻射進(jìn)入膜形成腔，以使與所謂反射波有關(guān)的難題能理想地得到解決，并且不用如微波線(xiàn)路中的三短截線(xiàn)式調(diào)諧器或E-H調(diào)諧器這樣的微波匹配電路就能保持放電的相對(duì)穩(wěn)定。
然而，在擔(dān)心放電開(kāi)始前會(huì)引起強(qiáng)烈的反射波或放電開(kāi)始后由異常放電引起上述強(qiáng)烈的反射波的情況下，最好配上上述微波匹配電路，以保護(hù)微波功率源。
在本發(fā)明的MW-PCVD裝置中，膜形成腔的上述始端和末端彎曲滾軸之間留有上述空隙，經(jīng)過(guò)上述空隙，通過(guò)一個(gè)排氣裝置將膜形成空間抽真空，以使膜形成空間在膜形成時(shí)保持在預(yù)定的壓力。
上述空隙的大小需設(shè)計(jì)成有充足的排氣導(dǎo)率并使輻射進(jìn)入膜形成腔的微波能量不會(huì)從上述腔中泄漏。
具體地說(shuō)，微波施加裝置應(yīng)這樣放置包含上述始端彎曲滾軸的中心軸和上述末端彎曲滾軸的中心軸的面不與要在上述微波施加裝置內(nèi)傳播的微波的電場(chǎng)方向平行，即上述波導(dǎo)管應(yīng)這樣放置包含上述波導(dǎo)管長(zhǎng)邊或長(zhǎng)軸的面不與包含上述始端和末端彎曲滾軸的面平行。
即使是在使用若干個(gè)上述微波施加裝置將微波能量輻射入膜形成腔的情況下，有必要將每個(gè)上述微波施加裝置按上述方式放置。
如上所述，始端和末端彎曲滾軸之間的上述空隙的縱向最大寬度小于 1/2 微波波長(zhǎng)為好，或者小于1/4微波波長(zhǎng)則更佳。
進(jìn)一步說(shuō)，如果提供給膜形成腔的多個(gè)前述微波施加裝置在所述腔中相對(duì)放置，那么就需要將每個(gè)裝置排列成不致引起這樣的問(wèn)題，即一個(gè)微波施加裝置所輻射的微波能量被另一個(gè)微波施加裝置所接收并因而使后一個(gè)微波施加裝置所接收的微波能量進(jìn)入該后一個(gè)微波施加裝置的微波功率源從而損壞該功率源或者引起微波功率振蕩之異常。具體講，這些微波施加裝置應(yīng)該這樣來(lái)排列微波能量在一個(gè)微波施加裝置中傳播的電場(chǎng)方向與微波能量在另一個(gè)微波施加裝置中傳播的電場(chǎng)方向是不平行的。換句話(huà)說(shuō)，和一個(gè)微波施加裝置相連的、包含有波導(dǎo)長(zhǎng)邊(或長(zhǎng)軸)的一個(gè)面與和另一個(gè)微波施加裝置相連的、包含有波導(dǎo)長(zhǎng)邊(或長(zhǎng)軸)的另一個(gè)面是不平行的。
在本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備中，當(dāng)微波能量只通過(guò)膜形成腔的一側(cè)面輻射入所述腔的時(shí)候，需要設(shè)計(jì)另一側(cè)面使微波能量不會(huì)通過(guò)該側(cè)面而泄漏出去。為此，此一側(cè)面要用導(dǎo)電構(gòu)件蓋住，或者用象金屬網(wǎng)那樣的有孔構(gòu)件蓋住，或者用沖孔板蓋住，該板上有許多的孔，每個(gè)孔最好小于1/2微波波長(zhǎng)，若小于1/4微波波長(zhǎng)則更好，這樣可防止微波能量從那里泄漏到膜形成腔的外面去。
在MW-PCVD設(shè)備中，正如上面所述，能夠給膜形成腔提供一個(gè)偏壓施加裝置以便控制等離子體的電位。
下面參考圖15(a)至圖15(d)闡述在本發(fā)明MW-PCVD設(shè)備中偏壓施加裝置的結(jié)構(gòu)和配置。
圖15(a)至圖15(d)分別是提供給MW-PCVD設(shè)備的在圖2中用數(shù)字217表示的偏壓施加裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖。每一張圖中的偏壓施加裝置的結(jié)構(gòu)都表示圖10中H-H′方向的剖視。
圖15(a)表示偏壓施加裝置還作為送氣裝置的典型例子。
在圖15(a)中，作為膜形成腔的園周墻的襯底腹板1501，在電氣上是接地的，當(dāng)用支持彎曲滾軸1502來(lái)保持它的筒形狀時(shí)，此腹板被移動(dòng)。數(shù)字1503是能用作送氣管的偏壓施加管。數(shù)字1510是一個(gè)從儲(chǔ)氣箱(圖上未畫(huà)出來(lái))延伸過(guò)來(lái)的供氣管，它通過(guò)一個(gè)隔離接頭1509連接到偏壓施加管1503。數(shù)字1507是一個(gè)產(chǎn)生偏壓的電源，在電氣上連接到偏壓施加管1503。作為電源的1507，可以利用市場(chǎng)上能買(mǎi)到的直流電源(DC)或者交流電源(AC)。除了這兩種電源，也可利用能夠施加所選偏壓的電源系統(tǒng)，它們可以有不同的波形和頻率，例如，波形從經(jīng)由精密功率放大器放大的函數(shù)發(fā)生器輸出。
需要建立一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)總是用記錄儀監(jiān)控偏壓和偏流值并將獲得的數(shù)據(jù)送到控制電路以改善微波等離子區(qū)的穩(wěn)定性和再生性且控制異常放電的發(fā)生。
偏壓施加管1503在膜形成腔中的安放位置沒(méi)有任何特別的限制，只要偏壓施加管位于能接觸到所產(chǎn)生的微波等離子體就行。
從防止發(fā)生異常放電的觀點(diǎn)，一個(gè)最佳實(shí)施例中，偏壓施加管1503最好位于與園周墻1501的內(nèi)表面相隔10mm以上的位置，相隔20mm以上更好。
因?yàn)槠珘菏┘庸?503也用于把膜形成原料氣體饋送到膜形成空間中去，所以所述管需要有許多氣體釋放孔或者氣體釋放縫，它們能夠均勻(最好是在軸向方向)地噴出膜形成原料氣體。
至于偏壓施加管1503的直徑和長(zhǎng)度可以按所提供的所需電流密度來(lái)設(shè)計(jì)。管的表面積要盡可能地小，只要能保證電流密度即可，以防止膜在其上沉積，膜上的沉積將引起對(duì)由移動(dòng)襯底構(gòu)成的園周墻內(nèi)表面上所成膜的污染，還會(huì)引起氣體利用率的減小。
圖15(b)和圖15(d)分別是典型結(jié)構(gòu)例子的說(shuō)明性示圖，其中獨(dú)立的偏壓施加裝置和獨(dú)立的送氣裝置分別安置在膜形成腔中。
在圖15(b)的情況中，裝有一個(gè)偏壓棒1504。在圖15(d)的情況中，分別裝有第一偏壓棒1504和第二偏壓棒1506。在兩種情況的任何一種情況下都可能安裝一個(gè)或多個(gè)附加的偏壓棒。
在圖15(d)的情況中，兩個(gè)加偏壓電源1507和1508可以有不同的規(guī)格，也可以是相同的規(guī)格。
這兩種情況的任何一種中，膜形成原料氣體是通過(guò)送氣管1505加到膜形成空間中去的。
送氣管1505需要由絕緣材料制成，以防止異常放電并提供均勻的等離子體電位。不過(guò)，該管也能由導(dǎo)電材料制成，此時(shí)，必需使供氣管在電氣上是接地的。
圖15(c)表示了一種典型例子，其中偏壓加在作為膜形成腔園周墻的襯底腹板上，加偏壓電源在電氣上連接到襯底腹板1501上，且供氣管1505由導(dǎo)電材料制成，在電氣上接地。在這種情況下，可以使用絕緣材料制成的供氣管1505并提供一個(gè)接地電極。
此時(shí)，所述供氣管在膜形成腔中安放的位置沒(méi)有任何特別的限制，只要該管位于能夠接觸到微波等離子體的位置就行。
正如上面所描述的，本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備可包含一個(gè)或多個(gè)其它的膜形成真空容器。在這種情況下，每個(gè)真空容器相互之間由氣門(mén)裝置隔離，這些氣門(mén)裝置允許襯底腹板在真空狀態(tài)下從一個(gè)裝置輸送到另一個(gè)裝置。在MW-PCVD設(shè)備中，膜形成腔(或真空容器)的內(nèi)部需要保持這樣的一種壓力，其性能要接近泊松(pashen)修正曲線(xiàn)的最小值。因此，與本發(fā)明膜形成腔(或真空容器)相連的另一個(gè)真空容器的內(nèi)部壓力常常和本發(fā)明的膜形成腔(真空容器)的壓力相當(dāng)或較大。因此，這就要求所述氣門(mén)裝置起到防止在一個(gè)真空容器中的膜形成原料氣體彌散到另一個(gè)真空容器中去的作用。為了設(shè)計(jì)氣門(mén)裝置以滿(mǎn)足這個(gè)要求，可以利用在美國(guó)專(zhuān)利NO.4438723的說(shuō)明中所披露的氣門(mén)裝置原理。在這方面特別要提出的是要求氣門(mén)裝置保持相對(duì)應(yīng)的壓力差約為106。作為排氣泵，要用有高排氣容量的排氣泵，如油擴(kuò)散泵，渦輪分子泵，機(jī)械增壓泵等等。
氣門(mén)裝置的截面形式要求是槽形或者類(lèi)似槽形。其標(biāo)尺的合適設(shè)計(jì)是依據(jù)由已知電導(dǎo)計(jì)算方程式所獲得的結(jié)果。這與所用排氣泵的全長(zhǎng)和排氣容量有關(guān)。
為了有效地將一個(gè)真空容器與另一個(gè)真空容器隔離開(kāi)，要求使用門(mén)氣?？捎米鏖T(mén)氣是稀有氣體，如Ar、He、Ne、Kr、Xe、Rn等等，以及為了稀釋膜形成原料的稀釋氣體如H2。這些門(mén)氣的流動(dòng)速率能夠依據(jù)整個(gè)氣門(mén)的電導(dǎo)率以及所用排氣泵的排氣容量(利用圖14(a)或圖14(b)所示的壓力梯度)來(lái)確定。在圖14(a)的情況下，可理解為壓力最大的位于氣門(mén)中心部分附近，因此，門(mén)氣從中心部分向前分開(kāi)流向位于兩側(cè)的各自相鄰的真空容器。在圖14(b)的情況下，可理解為有壓力最小點(diǎn)位于氣門(mén)中心部分附近，因此，門(mén)氣隨膜形成原料氣體一起從相鄰的真空容器通過(guò)中心部分排出。就此而論，這兩種情況的每一種都可以防止相鄰真空容器中氣體的相互彌散。實(shí)際上，測(cè)量質(zhì)譜儀彌散出來(lái)的氣體總量或者分析最終沉積膜的成分可以找到最佳的狀態(tài)。
在本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備中，在本發(fā)明的膜形成腔以外的其它的真空容器中膜的形成能夠用已知的膜形成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如RFV等離子體CVD法，濺射法，反應(yīng)濺射法，離子電鍍法，光感應(yīng)CVD法，熱感應(yīng)CVD法，MO-CVD法，MBE法，HR-CVD法等等。也可以用類(lèi)似于本發(fā)明與MW-PCVD法的微波等離子體CVD法。
用在MW-PCVD設(shè)備中的微波頻率最好是2.45GHz，不過(guò)也可以用其它頻率的微波。
為了提供穩(wěn)定的放電，要求振蕩系統(tǒng)連續(xù)振蕩。要求它的紋波寬度最好是占可用輸出范圍的30%以?xún)?nèi)，在10%以?xún)?nèi)更好。
為了獲得高質(zhì)量的半導(dǎo)體膜，要求連續(xù)進(jìn)行膜的形成而不打開(kāi)膜形成腔去接觸空氣。但是，所用的襯底腹板長(zhǎng)度有一個(gè)限度。因此，需要用適當(dāng)?shù)倪B接方法，如焊接，將一個(gè)新的襯底腹板連接到原先所用的襯底腹板上。這是能夠?qū)崿F(xiàn)的，例如，在一個(gè)包含釋放機(jī)構(gòu)或者卷收機(jī)構(gòu)的腔室附近的處理室中進(jìn)行。
下面闡述在膜生成時(shí)對(duì)襯底腹板的處理。
圖13(a)至圖13(j)分別是襯底腹板處理腔室的外形示圖和在膜形成時(shí)襯底腹板的動(dòng)作情況。
在圖13中，1301a表示第一個(gè)襯底腹板處理腔室，被安置在釋放襯底腹板的那一側(cè);1301b表示第二個(gè)襯底腹板處理腔室，被安放在卷收襯底腹板的那一側(cè)，其中有一對(duì)滾軸1307a或一對(duì)滾轉(zhuǎn)1307b，分別由含氟橡膠制成，還有一對(duì)切割刀片1308a或1308b，一個(gè)焊接夾具1309a或1309b。
即是說(shuō)，圖13(a)表示了通常的膜形成情況，其中，襯底腹板在箭頭方向移動(dòng)，而滾軸1307a、切割刀片1308a和焊接夾具1309a與襯底腹板1302不接觸。數(shù)字1310代表與起始襯底腹板容器(圖上未畫(huà)出)相連的導(dǎo)管(氣門(mén))。數(shù)字1311代表與第一個(gè)膜形成腔(A)相連的導(dǎo)管(氣門(mén))。
圖13(b)表示在完成一卷襯底膜板的膜形成步驟之后換上一個(gè)襯底腹板的第一步。首先，襯底腹板1302停止移動(dòng)，然后滾軸1307a且虛線(xiàn)位置移動(dòng)到圖上所示的位置(沿圖上箭頭方向)并進(jìn)而與襯底腹板1302和襯底腹板處理腔室1301a的墻緊緊接觸。在這種情況中，起始襯底腹板容器與第一膜形成腔之間用操作氣門(mén)使氣體密閉的方法而隔離開(kāi)來(lái)。然后，一對(duì)切割刀片1308a沿箭頭方向動(dòng)作，切斷襯底腹板1302。切割刀片1308a可構(gòu)造成機(jī)械式、電氣的或者是熱切割刀。
圖13(c)表示了切斷和隔開(kāi)的襯底腹板1303被卷收到起始襯底腹板容器那一側(cè)的情形。
上述的切割和卷收步驟能夠在起始襯底腹板容器內(nèi)部在真空狀態(tài)下或在泄漏到大氣中的狀態(tài)下進(jìn)行。
圖13(d)表示的步驟是提供新的襯底腹板1304并與前一個(gè)襯底腹板1302相連接。1304和1302先是在端面接觸上，然后用焊接夾具1309a將它們焊接上。
圖13(e)表示的情形是第一襯底腹板容器(未畫(huà)出)的內(nèi)部被抽真空，相對(duì)于膜形成腔的壓力差有效地減小，其后，一對(duì)滾軸1307a離開(kāi)襯底腹板1302，1302和1304被卷收。
然后，我們來(lái)描述在卷收襯底腹板一側(cè)的操作情況。
圖13(f)表示了通常的膜形成情況，各個(gè)夾具被安放得基本上與圖13(a)所描述的那些是對(duì)稱(chēng)的。
圖13(g)表示的步驟是在完成膜形成之后取出一卷襯底腹板，在那里放一個(gè)空軸以卷收下一個(gè)膜形成步驟所用的襯底腹板。
首先，襯底腹板停止移動(dòng)，一對(duì)滾軸1307b從虛線(xiàn)所示的位置沿圖上箭頭所示的方向移動(dòng)，進(jìn)而與襯底腹板1302和第二襯底腹板處理腔室1301b的墻緊緊接觸。在此情形下，上述的終端襯底腹板容器與膜形成腔用控制氣門(mén)使氣體密閉的方法隔離開(kāi)來(lái)。然后，一對(duì)切割刀片1308b沿箭頭方向移動(dòng)，切斷襯底腹板1302。切割刀片1308b可以是機(jī)械的、電的或熱切割刀中的任一種。
圖13(h)表示的情形是在完成膜形成步驟之后，切割的襯底腹板被卷收到終端襯底腹板容器那一側(cè)。
上述的切割步驟和卷收步驟能夠在終端襯底腹板容器的內(nèi)部在抽空狀態(tài)下或者泄漏到大氣中的狀態(tài)下進(jìn)行。
圖13(i)表示的步驟是提供一個(gè)備用的襯底腹板1306，附在新的卷收軸上作卷收用，并與1302相連接。襯底腹板1306和1302先是在端面相互接觸，然后利用焊接夾具1309b焊接。
圖13(j)表示的情形是終端襯底腹板容器(未畫(huà)出)的內(nèi)部被抽空，有效地減小了與膜形成腔(B)之間的壓力差，其后，滾軸1307b離開(kāi)襯底腹板1302和第二襯底腹板處理腔室1301b，襯底腹板1302和1306就被卷收。
正如圖13所示，可以在保持膜形成腔為真空狀態(tài)下很容易換一個(gè)襯底腹板，所以操作效率能夠被顯著地改善。另外，由于膜形成腔內(nèi)部不暴露在大氣壓力中，所以膜形成腔的內(nèi)壁不會(huì)有任何機(jī)會(huì)被水弄濕，從而能夠制成高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件。
按照本發(fā)明，能夠以高沉積率連續(xù)地在大面積長(zhǎng)襯底上生成所希望的高質(zhì)量非晶或結(jié)晶的半導(dǎo)體膜，并獲得高產(chǎn)量。
作為這樣的半導(dǎo)體膜，能夠被提到的有例如，所謂Ⅳ族半導(dǎo)體膜-包括Si、Ge、C等等;所謂Ⅳ族合金半導(dǎo)體膜-包括SiGe、SiC、SiSn等等;所謂Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體膜-包括GaAs、GaP、GaSb、InP、InAs等等;以及所謂Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體膜-包括ZnSe、ZnS、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe等等。
為了形成本發(fā)明中的這些半導(dǎo)體膜，作為膜形成原料氣體，能夠利用已知的氣態(tài)化合物或容易氣化的化合物，這些化合物能有助于生成這樣的半導(dǎo)體膜，如氫化物、鹵化物或者生成半導(dǎo)體膜的組成成分的一種或多種有機(jī)金屬化合物。
一種或多種這些膜形成原料氣體通過(guò)前述的供氣裝置或通過(guò)能用作供氣裝置的前述偏壓施加裝置在膜形成的時(shí)候引入膜形成腔。
可以在膜形成原料氣體中混入適當(dāng)?shù)南∮袣怏w或者稀釋的氣體并引入膜形成腔?？捎米鬟@些稀有氣體的是，例如，He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等等?？捎米鬟@些稀釋氣體的是，例如，H2、HF、HCl等等。
在本發(fā)明中，關(guān)于價(jià)電子或者用結(jié)合一個(gè)控制元素的價(jià)電子的禁帶寬或者在膜生成時(shí)控制進(jìn)入膜的元素的禁帶寬，可以控制在前述襯底腹板上連續(xù)生成的半導(dǎo)體膜。在這種情況下，當(dāng)混合上述稀有氣體或稀釋氣體時(shí)能夠?qū)⒛芙o予這樣的元素的原料氣體獨(dú)立地引入膜形成腔或者與膜形成原料氣體一起引入。
在本發(fā)明中，如前所述，引入膜形成腔的膜形成原料氣體在微波能量的作用下被分解以產(chǎn)生在前述襯底附板上引起生成膜的先驅(qū)物。
現(xiàn)在，參考附圖，詳細(xì)地闡述本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備。描述將不限制在本發(fā)明之范圍內(nèi)。
設(shè)備的實(shí)例1圖1是按照本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備的第一個(gè)實(shí)施例之結(jié)構(gòu)透視圖。
在圖1中，襯底腹板101以箭頭所示方向連續(xù)移動(dòng)，同時(shí)被支撐地彎曲和凸出，這是藉助起始有支撐的遞送滾軸102和終端有支撐的遞送滾軸103來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以提供一個(gè)筒形部分，作為有膜形成空間的膜形成腔的圓周墻，所述筒形部分的兩端由一對(duì)有支撐的遞送環(huán)104和105支撐著，所以所述筒形部分的形狀被保持在所希望的狀態(tài)。數(shù)字106a至106e是溫控機(jī)構(gòu)，用于加熱或冷卻襯底腹板，裝在由移動(dòng)襯底腹板所組成的所述園周墻的外表面之上。溫控機(jī)構(gòu)106a至106e這樣來(lái)設(shè)計(jì)它們中的每一個(gè)都可以獨(dú)立地工作(這部分在圖上未畫(huà)出)。
數(shù)字107是微波施加器。被連接到膜形成腔116的一側(cè)面上。同樣，數(shù)字108是另一個(gè)微波施加器，被連接到膜形成腔116的另一側(cè)面。微波施加器107和108每個(gè)都在它的端面部分有一個(gè)微波透射部件109和110，這樣，它就將膜形成腔116的側(cè)面密封起來(lái)。在圖1中，為了說(shuō)清楚，微波透射部件109以側(cè)面打開(kāi)的狀態(tài)來(lái)表示。
微波施加器107和108每個(gè)都通過(guò)矩形波導(dǎo)管111或112連接到微波功率源(未畫(huà)出)。
兩個(gè)微波施加器107和108在膜形成空間兩側(cè)相對(duì)地排列，這樣，包括所述矩形波導(dǎo)管111和112之一的長(zhǎng)邊在內(nèi)的每個(gè)面都不會(huì)與包括滾軸102和103之一的中心軸在內(nèi)的每個(gè)面在膜形成空間正交，并且，包括一個(gè)波導(dǎo)管長(zhǎng)邊在內(nèi)的面也不會(huì)與包括另一個(gè)波導(dǎo)管長(zhǎng)邊在內(nèi)的面平行。
數(shù)字113是伸進(jìn)膜形成空間的供氣管。
供氣管113通過(guò)一個(gè)流量控制裝置(未畫(huà)出)連接到一個(gè)或多個(gè)含有膜形成原料氣體的容器中。
數(shù)字114是一個(gè)排氣管，通過(guò)一個(gè)排氣閥門(mén)(未畫(huà)出)連接到一個(gè)排氣泵上(未畫(huà)出)。
數(shù)字115a和115b是兩個(gè)隔開(kāi)的通道，用在這種情況下另一種膜形成腔(真空容器)連接到本發(fā)明的膜形成腔。
為了始終保持前述筒形部分的形狀處于所希望的狀態(tài)，起始和終端有支撐的遞送滾軸102和103的每一個(gè)都包含一個(gè)遞送速度檢測(cè)裝置和一個(gè)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)裝置(這兩個(gè)檢測(cè)裝置都未畫(huà)出來(lái))，用于檢測(cè)和控制遞送速度和張力。
關(guān)于前述微波施加裝置(107或108)的構(gòu)造將參考圖3來(lái)闡述。
圖3是用在本發(fā)明的MW-PCVD設(shè)備中微波施加裝置典型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖。
數(shù)字300是一個(gè)微波施加器，從微波功率源(未畫(huà)出)延伸過(guò)來(lái)的矩形波導(dǎo)管連接到這個(gè)微波施加器上。數(shù)字305是微波施加器300的外園柱環(huán)形墻，數(shù)字304是其內(nèi)環(huán)形墻。數(shù)字309是一個(gè)冷卻空間，含有冷卻介質(zhì)如水、氟利昂、油或冷卻的空氣，這些介質(zhì)能再循環(huán)。
數(shù)字302是一個(gè)微波透射部件，用固定環(huán)306固定在外園柱環(huán)形墻305的一個(gè)端面上。
數(shù)字301是另一個(gè)微波透射部件，它被安放在前述微波透射構(gòu)件302上，同時(shí)被用一個(gè)金屬封閉構(gòu)件312固定在內(nèi)園柱環(huán)形墻304上。冷卻空間309的一個(gè)所述端面用所述的金屬封閉構(gòu)件312封閉起來(lái)。數(shù)字310是一個(gè)O型環(huán)，用于將所述冷卻空間309的另一個(gè)端面封閉起來(lái)。微波透射構(gòu)件301具有一對(duì)微波匹配圓形板303a和303b，裝在它的表面。含有通道311的阻波凸緣307被連接到外園柱環(huán)形墻305的另一個(gè)端面。
數(shù)字313和314是兩個(gè)孔，用來(lái)將已冷卻的空氣再循環(huán)送入微波施加器300的內(nèi)側(cè)以冷卻所述的內(nèi)側(cè)。在微波施加器300的微波傳播方向上，內(nèi)側(cè)的直徑和內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)度被適當(dāng)?shù)貨Q定，這樣它就能起到波導(dǎo)管的作用。也就是說(shuō)，希望內(nèi)側(cè)直徑設(shè)計(jì)成這樣禁止頻率變得比微波頻率小，不過(guò)要盡可能地大，只要多數(shù)傳輸模在其中不能建立就行。希望所述的內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成這樣在其中不能提供駐波。至于微波施加器300的內(nèi)側(cè)形狀，并不限制它非是園形的不可，它可以是棱形的。
設(shè)備的實(shí)施例2可能提出這樣的情況，設(shè)備實(shí)例1中所示的設(shè)備被放在隔離容器中。
隔離容器能夠取任何一種形狀，只要它能夠?qū)D1所示的MW-PCVD設(shè)備封閉起來(lái)。其中包括立方體形狀，矩形的象平行導(dǎo)管一樣的形狀或者園形的形狀都是可選的。
在任何情況下，膜形成腔和隔離容器之間所保持的空間中要提供一個(gè)輔助的供氣管，在其中，壓控氣體(象稀有氣體或氫氣)通過(guò)所述的供氣管送到上述的空間中以防止在其中發(fā)生放電?？梢酝ㄟ^(guò)膜形成腔的排氣管或者用獨(dú)立的排氣裝置將上述的空間抽空。
設(shè)備的實(shí)例3能夠?qū)υO(shè)備實(shí)例1所示的設(shè)備提出部分修正，其中，圓形微波施加器裝置由棱形微波施加器裝置來(lái)代替。
棱形微波施加器裝置的截面尺寸可以和波導(dǎo)管的尺寸相等，也可以不同。
所述尺寸可以如所希望的那樣大，只要多數(shù)模不能在其中建立就行。
設(shè)備的實(shí)例4能夠?qū)υO(shè)備實(shí)例2所示的設(shè)備提出部分修正，其中園形微波施加器裝置由象設(shè)備實(shí)例3所描述一樣的棱形微波施加器裝置來(lái)代替。
設(shè)備的實(shí)例5和6能夠?qū)υO(shè)備實(shí)例1所示的設(shè)備提出部分修正，對(duì)實(shí)例2所示的設(shè)備亦提出部分修正，其中每個(gè)實(shí)例中的園形微波施加裝置由橢園形微波施加裝置來(lái)代替。
設(shè)備的實(shí)例7能夠提出一個(gè)包括設(shè)備實(shí)例2所示設(shè)備在內(nèi)的MW-PCVD設(shè)備，它包括一個(gè)送出襯底腹板101的襯底饋送腔室401和一個(gè)卷收所述基板的空載腔室402，如圖4所示，所述的襯底饋送腔室通過(guò)氣門(mén)421連接到一個(gè)隔離腔室400，隔離腔室400中包含了圖1所示的膜形成腔，所述的空載腔室402通過(guò)氣門(mén)422連接到所述的隔離腔室400。
正如圖4所示，襯底饋送腔室401內(nèi)有一個(gè)釋放輪403和一個(gè)饋送滾軸405，釋放輪403上卷著襯底腹板101?？蛰d腔室402內(nèi)有一個(gè)卷收輪404和一個(gè)饋送滾軸406。401和402每個(gè)腔室內(nèi)都有一個(gè)溫度控制機(jī)構(gòu)412或413，以對(duì)襯底腹板101加熱或制冷，每個(gè)腔室還被提供有一個(gè)排氣管410和411，排氣管上有槽形閥門(mén)407或408以調(diào)節(jié)抽空度。
腔室401和402的每一個(gè)都被提供有一個(gè)壓力測(cè)量?jī)x414和415。
在襯底饋送腔室401中，能夠提供一個(gè)合適的保護(hù)板饋送裝置以在所傳送襯底腹板的背面饋送一層保護(hù)板。類(lèi)似地，在空載腔室402中。能夠提供一個(gè)合適的保護(hù)板饋送裝置以在襯底腹板101上所形成的膜的表面饋送一層保護(hù)板。作為這樣的保護(hù)板，能夠提出的是一層由耐熱樹(shù)脂制成的薄膜板，如聚酰亞胺樹(shù)脂、多氟聚乙烯纖維或者一層薄玻璃布板。數(shù)字416和417是門(mén)氣供氣管。數(shù)字418和419分別是排氣管，以排出門(mén)氣，有時(shí)排出膜形成原料氣體。
這里提及一個(gè)如圖6所示的MW-PCVD設(shè)備，它是對(duì)設(shè)備實(shí)施例4所示設(shè)備的修改，即是在襯底供應(yīng)室401和MW-PCVD設(shè)備400之間附加地設(shè)置一個(gè)如圖1所示的同樣的MW-PCVD設(shè)備400a;在所述設(shè)備400和缷載室402之間也附加上一個(gè)如圖1所示的同樣的MW-PCVD設(shè)備400b。這個(gè)設(shè)備適用于連續(xù)制出多層半導(dǎo)體器件。
在圖6中，加有標(biāo)記“a”或標(biāo)記“b”的數(shù)字標(biāo)號(hào)是用來(lái)區(qū)別單獨(dú)設(shè)置的三種MW-PCVD設(shè)備400，400a，400b。數(shù)字標(biāo)號(hào)601至604表示氣門(mén)。數(shù)字標(biāo)號(hào)605至608的表示門(mén)氣體供給管。數(shù)字標(biāo)號(hào)609至612表示門(mén)氣體排氣管。
設(shè)備實(shí)施例9和10這里提及對(duì)設(shè)備實(shí)施例7中所述設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例8中所述設(shè)備的部分修改，在這個(gè)實(shí)施例中的每一種情況下園筒形微波施加器裝置由在設(shè)備實(shí)施例3所述的設(shè)備中所使用的棱柱形微波施加器裝置相同的裝置來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例11和12這里提及對(duì)設(shè)備實(shí)施例7中所述設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例8中所述設(shè)備的部分修改，在這兩個(gè)實(shí)施例中的每一種情況下園筒形微波施加器裝置用橢園形微波施加器裝置來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例13這里提及圖8所示的MW-PCVD設(shè)備，它包括了對(duì)設(shè)備實(shí)施例4所述設(shè)備的修改，其中，在襯底供應(yīng)室401和MW-PCVD設(shè)備設(shè)備400之間附加地設(shè)置一個(gè)已知的射頻等離子區(qū)CVD設(shè)備;在所述400和卸載室402之間也附加一個(gè)。這個(gè)設(shè)備適用于連續(xù)制出多層半導(dǎo)體器件。
在圖8中，數(shù)字標(biāo)號(hào)801和802表示真空容器。數(shù)字標(biāo)號(hào)803和804表示射頻功率施加陰極。數(shù)字標(biāo)號(hào)805和806表示進(jìn)氣管，也可當(dāng)作加熱器。數(shù)字標(biāo)號(hào)807和808表示用以對(duì)襯底101加熱的鹵燈。數(shù)字標(biāo)號(hào)809和810表示陽(yáng)極。數(shù)字標(biāo)號(hào)811和812表示排氣管。
設(shè)備實(shí)施例14和15這里提及在設(shè)備實(shí)施例1中所述的MW-PCVD設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例2中所述的MW-PCVD設(shè)備的部分修改，其中園筒形微波施加器裝置只連接到膜形成室的一側(cè)面，而另一側(cè)面用前述的封閉金屬部件來(lái)密封，以防止微波能量的泄漏。
設(shè)備實(shí)施例16圖2是本發(fā)明的具有偏壓施加裝置的MW-PCVD設(shè)備的典型實(shí)施例組成部分的透視圖。襯底腹板201在箭頭所示方向上連續(xù)地移動(dòng)，同時(shí)由一起始承載輸送滾輪202和一終止承載輸送滾輪203承載地彎曲和突出來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以提供一個(gè)圓柱部分，成為具有膜形成空間的膜形成室216的圓周墻，所述圓柱部分的兩側(cè)部由一對(duì)承載輸送環(huán)204和205支撐著，所以所述圓柱部分的形狀可保持在所希望的狀態(tài)下。數(shù)字標(biāo)號(hào)206a至206e是溫度控制機(jī)構(gòu)，用以對(duì)基極201加熱和冷卻，它設(shè)置在移動(dòng)中的襯底腹板201的所述圓周墻外表面之上。
溫控機(jī)構(gòu)206a至206e設(shè)計(jì)得使它們中的每一個(gè)都能夠獨(dú)立地工作(這部分未畫(huà)出)。數(shù)字標(biāo)號(hào)207是微波施加器，被連接到膜形成室216的一側(cè)面。同樣，數(shù)字標(biāo)號(hào)208是另一個(gè)微波施加器，被連接到形成室216的另一側(cè)面。微波施加器207和208的每一個(gè)都有各一個(gè)微波傳輸構(gòu)件209或210裝在它的端部，這樣它就將膜形成室216的端面密密地封閉起來(lái)。在圖2中，為了說(shuō)清楚，微波傳輸構(gòu)件209以側(cè)面被打開(kāi)的狀態(tài)來(lái)表示。微波施加器207和208的每一個(gè)通過(guò)矩形波導(dǎo)管211或212連接到微波電源(圖上未畫(huà)出)。兩個(gè)微波施加器207和208通過(guò)膜形成空間相對(duì)而立地設(shè)置，這樣，包括所述兩個(gè)矩形波導(dǎo)管211和212之一的長(zhǎng)底在內(nèi)的每個(gè)面都不會(huì)與包括所述滾筒202和203之一的中心軸在內(nèi)的每個(gè)面在膜形成空間正交，并且，包括一個(gè)矩形波導(dǎo)管長(zhǎng)邊在內(nèi)的面與包括另一個(gè)矩形波導(dǎo)管長(zhǎng)邊在內(nèi)的面也不會(huì)在生成膜空間平行。
數(shù)字標(biāo)號(hào)213表示偏壓施加棒，能用作進(jìn)氣管。偏壓施加棒通過(guò)引線(xiàn)220在電氣上接到偏壓電源219。
數(shù)字標(biāo)號(hào)218是從氣體罐(未畫(huà)出)延伸過(guò)來(lái)的形成膜的原料氣體供給導(dǎo)管。
進(jìn)氣管218通過(guò)一個(gè)絕緣接頭217連接到偏壓供給管213上，管213能用作進(jìn)氣管。構(gòu)成形成室216圓周墻的移動(dòng)中的襯底腹板201在電氣上是接地的。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述圓周墻的整個(gè)內(nèi)表面是均勻地接地的，例如，用一個(gè)電刷(未畫(huà)出)使?jié)L輪202和203，環(huán)204和205以及所述的圓周墻在電氣上緊緊接觸。數(shù)字標(biāo)號(hào)214是排氣管，通過(guò)一個(gè)排氣閥門(mén)(未畫(huà)出)連接到排氣泵(未畫(huà)出)上。
數(shù)字標(biāo)號(hào)215a和215b是兩個(gè)隔離通道，在另一種膜形成室(真空容器)連接到本發(fā)明的膜形成室的情況下使用。
起始和終止的承載輸送滾輪202和203中的每一個(gè)都包括有一個(gè)輸送速度檢測(cè)裝置和一個(gè)抗拉強(qiáng)度檢測(cè)裝置(這兩個(gè)裝置未畫(huà)出)以檢測(cè)和控制輸送速度和抗拉強(qiáng)度，使前述園柱部分的形狀始終保持在所需的狀態(tài)下。
每個(gè)前述微波施加器裝置(207，208)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備實(shí)施例1中所描述的相同。
在以上描述的情況中，圖15(a)所示的組成結(jié)構(gòu)被用作偏壓施加裝置。不過(guò)，這可以用圖15(b)至圖15(d)、中所示的任何一種組成結(jié)構(gòu)來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例17這里提及設(shè)備實(shí)施例16所述的設(shè)備放在一個(gè)隔離容器中。
隔離容器能取任何形狀，只要它能將圖2所示的MW-PCVD設(shè)備封閉起來(lái)。其中包括立方體形狀、矩形的平行導(dǎo)管狀的形狀或園筒形狀都是可選用的。
在任何一種情況中，在膜形成室216和隔離容器之間所保持的空間中要提供一個(gè)輔助的進(jìn)氣管，在其中，壓力控制氣體(象稀有氣體或氫氣)通過(guò)所述的進(jìn)氣管送到上述的空間中，以防止在其中發(fā)生放電。上述空間可以通過(guò)形成室216的排氣管或單獨(dú)的排氣裝置抽真空。
每個(gè)前述微波施加器裝置(207，208)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備實(shí)施例1中所描述的相同。
在以上描述的情況中，圖15(a)所示的結(jié)構(gòu)用作偏壓施加裝置。不過(guò)，這可以用圖15(b)至圖15(d)所示的結(jié)構(gòu)來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例18這里提到對(duì)設(shè)備實(shí)施例16中所述的設(shè)備的部分修改，其中園筒形微波施加器裝置用棱邊形微波施加器裝置來(lái)代替。
棱邊形微波施加器裝置的截面尺寸可以與波導(dǎo)管尺寸相同，也可以不同。
如果需要所述的尺寸可以加大，只要多模式不能在其中建立就行。
設(shè)備實(shí)施例19這里提到對(duì)設(shè)備實(shí)施例17中所述的設(shè)備的部分修改，其中園筒形微波施加器裝置用設(shè)備實(shí)施例18中所描述的、相同的棱邊形微波施加器裝置來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例20和21這里提到對(duì)設(shè)備實(shí)施例16中所述的設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例17中所述設(shè)備的部分修改，在每種情況中，其中園筒形微波施加器裝置由橢園形微波施加器裝置來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例22這里提及包括設(shè)備實(shí)施例17所述設(shè)備的MW-PCVD設(shè)備，它包括一個(gè)用以釋放襯底腹板201的襯底腹板供應(yīng)室501和一個(gè)用以卷收所述襯底腹板的卸載箱室502，如圖5所示。所述的襯底供應(yīng)室通過(guò)氣門(mén)521連接到一個(gè)包含圖2所示膜形成室的隔離室500;所述的卸載室502通過(guò)氣門(mén)522連接到隔離室500。
每個(gè)前述微波施加器裝置(207，208)的組成結(jié)構(gòu)與設(shè)備實(shí)施例1中所描述的相同。
在以上描述的情況中，圖15(a)所示的組成結(jié)構(gòu)用作為偏壓施加裝置。不過(guò)，這可以用圖15(b)至圖15(d)中所示的任何一種組成結(jié)構(gòu)來(lái)代替。
如圖5所示，襯底供應(yīng)室501包含有其上卷繞的襯底腹板201的一個(gè)釋放輪503和一個(gè)饋送滾輪505，卸載室502包含有一個(gè)卷收輪504和一個(gè)饋送滾輪506。室501和502的每一個(gè)都有溫度控制機(jī)構(gòu)512或513，用以對(duì)襯底腹板201加熱或冷卻，還有排氣管510或511，管上有隙縫閥507或508，用以調(diào)節(jié)抽空度。
室501和502的每一個(gè)都有一個(gè)壓力表514或515。
在襯底供應(yīng)室501中，能夠提供一個(gè)合適的保護(hù)板饋送裝置，用以對(duì)所傳送襯底腹板的背面饋送一保護(hù)板。同樣，在卸載室502中，能夠提供一個(gè)合適的保護(hù)板饋送裝置，用以對(duì)襯底腹板201上形成的膜的表面饋送一保護(hù)板。作為這樣的保護(hù)板，這里提及一層由耐熱樹(shù)脂制成薄膜板，如聚酰氨亞胺樹(shù)脂、多氟聚乙烯纖維或在一層薄玻璃布板。數(shù)字標(biāo)號(hào)516和517是門(mén)氣體供給管。數(shù)字標(biāo)號(hào)518和519分別是排氣管，用以排出入門(mén)氣體，有時(shí)排出生成膜的原料氣體。
設(shè)備實(shí)施例23這里提及圖7所示的MW-PCVD設(shè)備，它包括對(duì)設(shè)備實(shí)施例22所述設(shè)備的修改。
MW-PCVD設(shè)備包括第一個(gè)MW-PCVD設(shè)備500a，具有與圖2所示相同的結(jié)構(gòu);第二個(gè)MW-PCVD設(shè)備500，它包括對(duì)圖2所示設(shè)備的部分修改，其中，圖15(a)所示結(jié)構(gòu)的偏壓施加裝置由圖15(b)所示結(jié)構(gòu)的偏壓施加裝置來(lái)代替;以及第三個(gè)MW-PCVD設(shè)備500b，具有與圖2所示相同的結(jié)構(gòu)。
三個(gè)MW-PCVD設(shè)備的任何一個(gè)的偏壓施加裝置能夠用圖15(a)至圖15(d)所示的結(jié)構(gòu)中任選一個(gè)來(lái)代替。
在這個(gè)實(shí)例中，MW-PCVD設(shè)備適用于連續(xù)制出多層半導(dǎo)體器件。
在圖7中，加有標(biāo)記“a”或標(biāo)記“b”的數(shù)字標(biāo)號(hào)用來(lái)區(qū)別三個(gè)MW-PCVD設(shè)備400，400a，400b。數(shù)字標(biāo)號(hào)701至704是氣門(mén)。數(shù)字標(biāo)號(hào)705至708是門(mén)氣供給管。數(shù)字標(biāo)號(hào)709至712是門(mén)氣排放管。數(shù)字標(biāo)號(hào)713是進(jìn)氣管。
設(shè)備實(shí)施例24和25這里提及對(duì)設(shè)備實(shí)例22中所示的設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例23中所述設(shè)備的部分修改，在這兩種情況的每一種中，園筒形微波施加器裝置由設(shè)備實(shí)施例18所示設(shè)備中所用的相同的棱邊形微波施加器來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例26和27這里提及對(duì)設(shè)備實(shí)例20所示設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例21所述設(shè)備的部分修改，在這兩種情況的每一種中，園筒形微波施加器裝置由一個(gè)橢園形微波施加器來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例28這里提及圖9所示的MW-PCVD設(shè)備，它是對(duì)設(shè)備實(shí)施例22所述設(shè)備的修改，其中，在襯底腹板供應(yīng)室501和MW-PCVD設(shè)備500之間附加設(shè)置一個(gè)已知的射頻等離子CVD設(shè)備，還在所述設(shè)備500和卸載室502之間附加設(shè)置一個(gè)這樣設(shè)備，該設(shè)備適用于連續(xù)制出多層半導(dǎo)體器件。
在圖8中，數(shù)字標(biāo)號(hào)901和902是真空容器。數(shù)字標(biāo)號(hào)903和904是射頻功率施加陰極。數(shù)字標(biāo)號(hào)905和906是進(jìn)氣管，也能當(dāng)作加熱器。數(shù)字標(biāo)號(hào)907和908是對(duì)襯底腹板201進(jìn)行加熱的鹵燈。數(shù)字標(biāo)號(hào)909和910是陽(yáng)極。數(shù)字標(biāo)號(hào)911和912是排氣管。
在以上描述的情況中，圖15(a)所示的結(jié)構(gòu)當(dāng)作偏壓施加裝置。不過(guò)它可以由圖15(b)至圖15(d)中任何一個(gè)所示的結(jié)構(gòu)來(lái)代替。
設(shè)備實(shí)施例29和30這里提及對(duì)設(shè)備實(shí)施例16所述MW-PCVD設(shè)備的部分修改和對(duì)設(shè)備實(shí)施例17所述的MW-PCVD設(shè)備的部分修改，其中園筒形微波施加器裝置只連接到膜形成室的一側(cè)面，而其另一側(cè)面則用前述的密封金屬件封閉起來(lái)，以防止微勃能量的泄漏。
其它的設(shè)備實(shí)施例除了上面提出的那些實(shí)施例之外，這里還提及其它的設(shè)備實(shí)施例，如下所述(1)對(duì)設(shè)備實(shí)施例8中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，每個(gè)隔離容器400，400a和400b用一個(gè)或兩個(gè)前述不同形狀的微波施加器裝置來(lái)提供。
(2)對(duì)設(shè)備實(shí)施例8中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，三個(gè)室單元重復(fù)二次或三次。
(3)對(duì)設(shè)備實(shí)施例8中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中附加上一個(gè)已知射頻等離子CVD設(shè)備的三個(gè)室單元重復(fù)二次或三次。
(4)對(duì)設(shè)備實(shí)施例1或2中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，將兩個(gè)或多個(gè)微波施加器裝置提供給膜形成室的每個(gè)側(cè)面，以提供一個(gè)比較大的微波等離子區(qū)，其結(jié)果是生成比較厚的半導(dǎo)體膜而不必改變襯底腹板的輸送速度。
(5)對(duì)設(shè)備實(shí)施例23中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，每個(gè)隔離容器500，500a，500b由一個(gè)或兩個(gè)前述不同形狀的微波施加器裝置來(lái)提供。
(6)在設(shè)備實(shí)施例23中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修正，其中，三個(gè)箱室單元重復(fù)二次或三次。
(7)對(duì)設(shè)備實(shí)施例2中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，附加上已知的射頻等離子CVD設(shè)備的三個(gè)室單元重復(fù)二次或三次。
(8)對(duì)設(shè)備實(shí)施例16或17中所描述的MW-PCVD設(shè)備的修改，其中，將兩個(gè)或多個(gè)微波施加器裝置提供給膜形成室的每個(gè)側(cè)面，以提供一個(gè)比較大的微波等離子區(qū)，其結(jié)果是生成比較厚的半導(dǎo)體膜，而不必改變襯底腹板的輸送速度。
按照本發(fā)明，不同類(lèi)型的半導(dǎo)體器件可連續(xù)而有效地制成。
作為這些半導(dǎo)體器件的典型代表例子，這里提及圖12(a)、圖12(b)、圖12(c)和圖12(d)所示結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。
圖12(a)中所示的太陽(yáng)能電池是光從透明電極120b那一側(cè)射入類(lèi)型的。
圖12(a)中所示的太陽(yáng)能電池1200包括一個(gè)襯底1201、一個(gè)下部電極1202、一n型半導(dǎo)體層1203、一i型半導(dǎo)體層1204、一p型半導(dǎo)體層1205、一透明電極1206和一個(gè)梳狀收集電極1207。
圖12(b)中所示的太陽(yáng)能電池1200′是光從透明電極1201那一側(cè)射入類(lèi)型的。
圖12(b)中所示的太陽(yáng)能電池1200′包括一透明電極1201、一透明電極1206、一p型半導(dǎo)體層1205、一i型半導(dǎo)體層1204、一n型半導(dǎo)體層1203和一個(gè)下部電極1202。
圖12(c)所示的太陽(yáng)能電池是一種所謂的串級(jí)型的，包括一個(gè)第一PIN結(jié)光生伏打單元1211和具有在帶隙或/和層厚方面不同于前述元件1211的i型層的第二PIN結(jié)光生伏打單元1212，兩個(gè)單元1211和1212從襯底1201的那一側(cè)依次疊起來(lái)。對(duì)于這個(gè)太陽(yáng)能電池，光是從透明電極1206的那一側(cè)射入的。
圖12(c)所示的串級(jí)型太陽(yáng)能電池包括一個(gè)襯底1201、要一個(gè)下部電極1202、第一光生伏打單元1211(它包括一n型半導(dǎo)體層1203、一i型半導(dǎo)體層1204和一個(gè)p型半導(dǎo)體層1205)，第二光生伏打單元1212(它包括一n型半導(dǎo)體層1208、一i型半導(dǎo)體層1209和一個(gè)p型半導(dǎo)體層1210)，一個(gè)透明電極1206和一個(gè)梳狀收集電極1207。
圖12(d)所示的太陽(yáng)能電池是所謂的三單元型的，它包括第一PIN結(jié)光生伏打單元1220、第二PIN結(jié)光生伏打單元1221和第三PIN結(jié)光生伏打單元1222，這三個(gè)單元1220、1221和1222從襯底1201的那一側(cè)依次疊起來(lái)，其中，所述的三個(gè)單元中的每一個(gè)單元的i型層在帶隙或/和層厚方面是互不相同的。對(duì)于這種太陽(yáng)能電池，光從沉積在頂部單元(第三光生伏打1222)上的透明電極1206的那一側(cè)射入的。
圖12(d)所示的太陽(yáng)能電池包括一個(gè)襯底1201、一個(gè)下部電極1202、第一光生伏打單元1220(它包括一個(gè)n型半導(dǎo)體層1203、一i型半導(dǎo)體層1204和一個(gè)p型半導(dǎo)體層1205)，第二光生伏打單元1212(它包括一n型半導(dǎo)體層1214、一i型半導(dǎo)體層1215和一個(gè)p型半導(dǎo)體層1216)、第二光生伏打單元1222(它包括一個(gè)n型半導(dǎo)體層1217、一個(gè)i型半導(dǎo)體層1218和一個(gè)p型半導(dǎo)體層1219)、一個(gè)透明電極1206和一個(gè)梳狀收集電極1207。
對(duì)于上述太陽(yáng)能電池中的任何一種，n型半導(dǎo)體層的位置可以由p型半導(dǎo)體層來(lái)代替。
下面將闡述本發(fā)明的PIN結(jié)光生伏打元件中的襯底、每個(gè)組成部分的半導(dǎo)體層和每個(gè)組成部分的電極。
襯底作為襯底腹板(圖12中的襯底1201)希望使用那種可按要求彎曲以提供上述圓柱形部分作為膜形成腔的圓周墻。該襯底可以是導(dǎo)電的或是電絕緣的，它可以是透明的，或是不透明的。在制造光從襯底一側(cè)入射進(jìn)去的太陽(yáng)能電池時(shí)，該襯底腹板必須是透明的。具體地說(shuō)，如前所述，這些腹板部件可以有選擇地使用。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)襯底腹板用作為制造上述太陽(yáng)能電池的襯底時(shí)，能在改進(jìn)氣體的利用率和高產(chǎn)量下大量生產(chǎn)任何一種上述太陽(yáng)能電池。
電極對(duì)于由本發(fā)明提供的太陽(yáng)能電池，根據(jù)要制造的太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，選用適當(dāng)?shù)碾姌O。作為這樣的電極，此處稱(chēng)為下部電極、上部電極(透明電極)以及收集電極。所述的上部電極是指置于光入射面上的電極，所述的下部電極是指跨過(guò)上下兩電極之間的半導(dǎo)體層與上部電極相對(duì)的面上放置的電極。
下面對(duì)這些電極予以說(shuō)明。
(ⅰ)下部電極對(duì)于本發(fā)明的PIN結(jié)構(gòu)光電元件，依據(jù)是否使用透明元件還是不透明元件作襯底1201來(lái)確定光的入射面。
在這種結(jié)合方式中，根據(jù)所用襯底1201的類(lèi)型適當(dāng)?shù)卮_定下部電極1201所放置的位置。例如，在用如金屬元件那樣不透明元件作襯底1201時(shí)，產(chǎn)生光電電動(dòng)勢(shì)的光從透明電極1206一側(cè)射入。
于是，在太陽(yáng)能電池具有如圖12(a)，12(c)及12(d)所示結(jié)構(gòu)時(shí)，把下電極淀積在襯底1201及n-型半導(dǎo)體層1203之間。
在圖12(b)情況下，用透明元件作襯底1201，并且光從襯底1201這一側(cè)入射。在這種結(jié)合方式中，起輸出光電流作用的下部電極1202被置于襯底1201的上面的半導(dǎo)體層的上表面上。在用電絕緣元件作襯底1201時(shí)，起輸出光電流作用的下部電極被放置在襯底1201與n型半導(dǎo)體層1203之間。
電極1202可以是從由Ag、Au、Pt、Ni、Cr、Cu、Al、Ti、Zn、Mo以及W組成的小組中選出的一種金屬的薄膜。使用已知的真空電極技術(shù)、電子束淀積技術(shù)或反應(yīng)濺射技術(shù)，適當(dāng)?shù)匦纬缮鲜鼋饘俦∧?。但是?duì)于光電元件來(lái)說(shuō)，考慮到這種形成的金屬薄膜應(yīng)是無(wú)阻元件。在這方面，構(gòu)成電極1202的金屬薄膜希望具有片電阻50Ω或小于50Ω為好，最好具有10Ω或低于10Ω。
另外，可以在下部電極1202及n型半導(dǎo)體層1203之間放上一層由導(dǎo)電材料如氧化鋅構(gòu)成的阻擴(kuò)散層，(圖中未示出)。
用上述方式放置該阻擴(kuò)散層時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)如下(a)它可以阻止構(gòu)成電極1202的金屬元素?cái)U(kuò)散到n型半導(dǎo)體層1203內(nèi);(b)因?yàn)橛幸欢ǖ淖柚?，所以可以避免短路，否則由于針孔及其類(lèi)似東西在下部電極1202及透明電極1206之間出現(xiàn)穿透上下電極間的短路，以及(c)它還起到與薄膜形成多次干涉作用并在光射入光電元件里時(shí)把它限制住。
(ⅱ)上部電極(透明電極)希望透明電極1206的透光率高于85%，因此它起到讓半導(dǎo)體層有效地吸收陽(yáng)光或熒火的作用。此外，從防止光電元件內(nèi)阻變得太大即破壞其性能出發(fā)，希望汽電阻為100Ω或低于100Ω。
根據(jù)上述，希望透明電極1206包括從SnP2，In2O3、ZnO、CdO、CdO2SnO2以及ITO(In2O3+SnO2)的一組中選出的一種氧化物的薄膜或從Au、Al、Cu的這一組中選出的一種金屬的半透明薄膜。
在圖12(a)、12(c)及12(d)的情況下，把透明電極1206淀積在P型半導(dǎo)體層1205上，而在圖12(b)情況下，它被淀積在襯底1201上。
在任一種情況下，都必須用上述選出的與該半導(dǎo)體層或襯底附著得極好的薄膜成份構(gòu)成透明電極1206。
包括這種薄膜的透明電極1206可以用已知的電阻加在淀積技術(shù)、電子束加熱淀積技術(shù)、反應(yīng)濺射技術(shù)或噴涂技術(shù)來(lái)形成。
(ⅲ)收集電極本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的收集電極1207被淀積在透明電極1206上，其目的是為了減少該透明電極的表面電阻。
希望收集電極1207包括Ag、Cr、Ni、Al、Ag、Au、Ti、Pt、Cu、Mo、W或其合金的金屬薄膜?？梢杂冒ǘ喾N這樣的金屬薄膜堆積的元件來(lái)構(gòu)成收集電極1207。
要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)收集電極1207的形狀及面積以便足夠的光射到半導(dǎo)體層。
就形狀來(lái)說(shuō)，希望在光電元件的整個(gè)光接收面上均勻分布。至于面積，在光接收區(qū)的優(yōu)選實(shí)施例中希望相當(dāng)于15%或以下，或在最佳實(shí)施例中相當(dāng)于10%或以下。
構(gòu)成收集電極1207的元件希望其片電阻為50Ω或以下為好，最好在10Ω或以下。
i型半導(dǎo)體層上述任何一種太陽(yáng)能電池的i型半導(dǎo)體層可由合適的無(wú)摻雜的半導(dǎo)體膜來(lái)形成。
可用作這種無(wú)摻雜半導(dǎo)體膜是所謂第Ⅳ族半導(dǎo)體膜或第Ⅳ組半導(dǎo)體合金膜如α-Si∶H、α-Si∶F、α-Si∶H∶F、α-SiC∶H、α-SiC∶F、α-SiC∶F、α-SiGe∶H、α-SiGe∶F、α-SiGe∶H∶F、多晶Si∶H、多晶Si∶F、多晶Si∶H∶F的膜等。
除了這些半導(dǎo)體膜之外，所謂第Ⅱ-Ⅳ組或第Ⅲ-Ⅴ組的化合物半導(dǎo)體膜也可使用。
n型半導(dǎo)體膜及p型半導(dǎo)體膜在用n型雜質(zhì)的i型半導(dǎo)體層情況中，所說(shuō)的任何膜摻雜所得的n型半導(dǎo)體膜可以構(gòu)成上述任何太陽(yáng)能電池的n型半導(dǎo)體層。
同樣，在用p型雜質(zhì)的i型半導(dǎo)體層情況中，所說(shuō)的由任何膜摻雜所得的p型半導(dǎo)體膜都可構(gòu)成上述任何太陽(yáng)能電池的p型半導(dǎo)體層。
參照下面的膜形成實(shí)例，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)和效果。
但是，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明絕非僅限于這些實(shí)例。
膜形成例1用前面的裝置施實(shí)例7中所述的MW-PCVD(微波等離子體化學(xué)氣相淀積)裝置(圖4)將非晶硅膜連續(xù)地淀積在一個(gè)面積大而冗長(zhǎng)的襯底腹板上。
其上繞著由寬45cm，厚0.25mm長(zhǎng)200m的SUS430BA(不銹鋼)制作的干凈的襯底腹板101的釋放軸(reel)403安置在襯底供應(yīng)室401里。襯底腹板101從釋放軸放出，它穿過(guò)氣門(mén)421、隔離罐400的傳送機(jī)構(gòu)、以及氣門(mén)422，并把它固定在卸載室402的卷收軸404上。其中調(diào)節(jié)襯底腹板不要有任何松的部分。
成為膜形成腔的圓周墻的圓柱部分的尺寸以及上述間距L如表9所示。作為對(duì)微波施加器裝置這里使用表9所示的一種情況。首先用旋轉(zhuǎn)泵(未示出)分別把襯底供應(yīng)室401，隔離罐400以及卸載室402抽真空。然后用機(jī)械增壓泵(未示出)分別把這三個(gè)室抽空到10-3壬。
用隔離罐400里的溫度控制機(jī)構(gòu)105a及106b把襯底腹板101加熱到250℃左右并保持在該溫度。用油擴(kuò)散泵(未示出)使隔離罐內(nèi)的內(nèi)部壓力調(diào)到真空度低于5×10-6壬。此后，SiH4氣、SiF4氣以及氫氣經(jīng)進(jìn)氣管道(未示出)分別以流速450sccm，5sccm以及100sccm(每秒立方厘米)送入膜形成空間。調(diào)節(jié)排氣管420上的隙閥409的開(kāi)啟度來(lái)控制膜形成空間的氣壓到5m Torr(毫壬)并保持在5毫壬。當(dāng)二種氣體的流速及氣壓分別達(dá)到穩(wěn)定之后，將微波能的電流接通，通過(guò)一對(duì)微波施加器裝置107和108以有效功率0.85kw(X2)，向膜形成空間輻射微波能量(2.45GHz)，使室內(nèi)出現(xiàn)放電，從而在膜形成空間里形成等離子區(qū)。在這種情況下，沒(méi)有等離子區(qū)泄漏出隔離容器400。并且沒(méi)有微波能量發(fā)生泄漏。然后用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖中未畫(huà)出)分別讓起始的和終止的承載傳送輪102及103以及一對(duì)承載傳送環(huán)104及105開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，以0.6m/min的速度輸襯送底腹板。
并且把作為入門(mén)氣體的氫氣以50sccm的流速經(jīng)門(mén)氣體供氣管416及417送入氣門(mén)421及422。并且氣門(mén)421及422用油擴(kuò)散泵經(jīng)排氣管418及419抽真空，使其內(nèi)的真空度達(dá)到并保持在1毫壬。
膜的形成約用30分鐘。由于用了冗長(zhǎng)的襯底腹板，因此在完成了本例的膜形成之后，接著作下一個(gè)膜。本例的膜形成完了之后，卷在卷收軸上的襯底腹板101由卸載室402里的溫控機(jī)構(gòu)冷卻，從卸載室402里取出該襯底腹板。
此后，對(duì)本例淀積在襯底腹板101上的膜測(cè)試其橫向和縱向上的厚度分布率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該厚度分布率在5%以?xún)?nèi)。作為淀積速率的測(cè)試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，平均速度為125 /sec。還有，用常規(guī)的反射法檢查從襯底腹板上切下來(lái)的膜樣品的紅外吸收光譜。發(fā)現(xiàn)可辨別的峰值2000cm-1以及630cm-1處這表示是α-Si∶H∶F膜。同樣，用RHEED(商品名TEM-100SX，JEOL公司的產(chǎn)品)測(cè)試該膜樣品的結(jié)晶度，該膜樣品呈現(xiàn)出暈輪圖案，并發(fā)現(xiàn)它是非晶質(zhì)的。再有，用EMGA-100型氫含量分析儀(Horiba，Seisakusho Kabushiki Kaisha的產(chǎn)品)測(cè)試膜樣品中的氫原子含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其值為20±2原子百分比。
膜形成例2
在完成膜形成例1的膜形成之后，停止輸入所用氣體。用與膜形成例1中一樣的方式把隔離罐400抽真空，使其內(nèi)部的真空度低于5×10-6壬。除了把SiH4氣體，GeH4氣體，SiF4氣體以及氫氣分別以流速100sccm，80sccm，3sccm及100sccm送入膜形成空間;膜形成空間的真空度保持在10毫壬;微波能的功率為0.5kw(X2)，，襯底腹板以30cm/分的輸送速率移動(dòng)之外，重復(fù)制膜形成例1的膜形成的工藝過(guò)程，從而在襯底腹板上形成非晶Si-Ge膜。然后，用與膜形成例1中一樣的方式取出由此得到膜。對(duì)于由此得出的膜，以與膜形成例1相同的方式分別測(cè)試橫向和縱向膜厚分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。其結(jié)果如下膜厚度分布率在5%以?xún)?nèi)，淀積速率平均為49 /sec;紅外吸收光譜可辨峰值2000cm-1、1880cm-1、以及630cm-1處，這表明是α-SiGe∶H∶F膜;結(jié)晶度暈輪圖案，這表明是非晶質(zhì)膜;氫含量15±2原子百分比。
膜形成例3完成膜形成例2的膜形成后，停止輸入所用氣體。用為制膜例1一樣的方式把隔離罐400抽真空，使其內(nèi)的真空度低于5×10-6。
除了把SiH4氣體、CH4氣體、SiF4氣體以及氫氣分別以流量140sccm，20sccm，5sccm及300sccm送入膜形成空間，膜形成空間的氣壓保持在22毫壬，以及微波能的功率為1.1kw(x2)之外，重復(fù)膜形成例1中的膜形成工藝過(guò)程，因此在襯底腹板上形成非晶質(zhì)的碳化硅膜。
用與膜形成例1中一樣的方式取出由此得出的膜。
用與膜形成例1中一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚度在橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
得到的結(jié)果如下膜厚度分布率5%以?xún)?nèi);淀積速率平均為42A/sec。紅外吸收光譜可辨峰值在2080cm-1、1250cm-1、996cm-1、777cm-1和660cm-1處，這表明是α-Sic∶H∶F膜;結(jié)晶度暈輪圖案，這表明它是非晶質(zhì)膜;氫含量為14±2原子百分比。
膜形成例4完成膜形成例3的膜形成過(guò)程之后，停止輸入所用氣體。用與膜形成例1一樣的方式把隔離罐400抽真空，使其內(nèi)的真空度小于5×10-6壬。
除了把SiH4氣體、BF3氣體(用H2氣稀釋到3000ppm)SiF4氣體以及氫氣分別以流量220sccm，40sccm，25sccm及600sccm送入膜形成空間，膜形成室的氣壓保持在7毫壬，微波能的功率為1.2kw(x2)之外，重復(fù)膜形成例1的膜形成工藝過(guò)程，由此在襯底腹板上形成p型結(jié)晶硅膜。
用為膜形成例1一樣的方式把由此得出的膜取出。
用與膜形成例1一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
得到的結(jié)果如下膜厚分布率在5%以?xún)?nèi)，淀積速率平均為60 /sec，紅外吸收光譜可辨峰值在2100cm-1及630cm-1處，這表明是微晶Si∶H∶F∶B膜，結(jié)晶度環(huán)形用電子束蒸發(fā)法在這十個(gè)樣品的每一個(gè)上鍍上一層厚80 金膜作為金屬層1105。然后用導(dǎo)線(xiàn)連接器把一對(duì)電流輸出端子1106及1107制在其上。
用HP4140B測(cè)試每個(gè)樣品的二極管特性。
結(jié)果，十個(gè)樣品的每一個(gè)都呈現(xiàn)出所需的二極管系數(shù)(n＝1.2±0.05)以及±1V的整流比約為6位數(shù)字。從所得結(jié)果看到，十個(gè)樣品中的任何一個(gè)都超過(guò)肖特基結(jié)型二極管所需的二極管特性。
膜形成例8在該例中用圖6所示的三個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置制造一種如圖12(a)所示結(jié)構(gòu)的PIN結(jié)型光電元件。
這里使用PET襯底腹板作為圖6中的襯底腹板101。
把PET襯底腹板放在連續(xù)濺射裝置里，在其內(nèi)由濺射銀靶(99.99%)在該襯底腹板上形成厚為1000 的銀膜作為導(dǎo)電層。隨后，用濺射ZnO靶(99.99%)在已形成的銀膜上形成一個(gè)厚為1.2um的ZnO膜作為下部電極1202。
把這個(gè)已疊層上了銀薄膜的ZnO薄膜的襯底腹板用與膜形成例1中一樣的方式放到具有如圖6所示結(jié)構(gòu)的膜形成室式的MW-PCVD裝置里。
這時(shí)隔離罐400里的圓柱形部分的內(nèi)徑尺寸為20cm，如表10所示。同樣隔離罐400a及400b的圓柱形部分的內(nèi)徑大小為10cm及9cm。表10所列情況用于隔離罐400里的膜形成室的每對(duì)微波施加器裝置107及108。同樣表11所列數(shù)據(jù)用于裝在圖案，表示是一種無(wú)定向多晶膜，氫含量4±2原子百分比。
膜形成例5完成膜形成例4的膜形成過(guò)程后，停止輸入所用氣體。用于膜形成例1中一樣的方式把隔離罐400抽真空，使其內(nèi)的真空達(dá)到小于5×10-6壬。
除了把SiH4氣體、PH3氣體(用氫氣稀釋到1%)、SiF4氣體以及氫氣分別以流量320sccm，27sccm、5sccm，及50sccm送到膜形成空間;膜形成空間的氣壓保持在8毫壬，微波能的功率為0.8kw(x2)之外，重復(fù)膜形成例1中的膜形成的工藝過(guò)程，因此在襯底腹板上形成n型非晶硅。
用與膜形成例1中一樣的方式取出由此得到的膜。
用與膜形成例1中一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度及氫含量。
所得結(jié)果如下膜厚分布率在5%以?xún)?nèi)，淀積速率平均為86 /sec;紅外吸收光譜可辨峰值在2000cm-1，及630cm-1處，這表明α-Si∶H∶F∶P膜，結(jié)晶度，暈輪圖案，這表明是非晶膜;氫含量22±2原子百分比。
膜形成例6除了用由寬45mm、厚0.9mm長(zhǎng)100m的聚乙烯對(duì)苯二酸酯構(gòu)成的襯底腹板(以下稱(chēng)為PET襯底腹板)代替原襯底腹板以及讓該P(yáng)ET襯底腹板組成的膜形成腔的圓周墻保持在210℃之下，重復(fù)膜形成例1的膜形成工藝過(guò)程，由此在PET襯底腹板上形成非晶硅式把SUS430BA襯底腹板裝在該裝置內(nèi)，在其內(nèi)用Cr靶(純度99.98%)在該襯底腹板的表面上厚為1300A的Cr膜作為下部電極。
然后，用與膜形成例1中一樣的方式把上面有了鉻層襯底腹板放到圖4所示的MW-PCVD裝置里，其中該襯底腹板應(yīng)這樣放置其上形成鉻層的面朝下。在起始的和終止的承載傳送輪之提供間距L如表9所示。表9所列數(shù)據(jù)用于每對(duì)微波施加器裝置。
襯底供應(yīng)腔401、隔離罐400、卸荷腔都要預(yù)先分別用施轉(zhuǎn)真空泵抽真空(未示出)。然后用機(jī)械增壓泵(未示出)分別把這三個(gè)容器的真空度抽到10-3壬左右。
用隔離罐400內(nèi)的溫度控裝置106a及106b把襯底加熱到250℃并保持在這一溫度下。
利用油擴(kuò)散泵(圖中未畫(huà)出)調(diào)節(jié)隔離罐的內(nèi)部壓力，使其真空度低于5×10-6壬。
然后把SiH4氣體、SiF4氣體、PH3/H2氣體(＝1%)以及H2氣經(jīng)進(jìn)氣管(未示出)分別以流量300sccm、4sccm、55sccm以及40sccm送到膜形成空間。調(diào)節(jié)排氣管420上的隙閥的開(kāi)啟度來(lái)控制膜形成空間氣壓并讓它保持在5毫壬左右。
在四種氣體的流速及氣壓都穩(wěn)定之后，接通微波能電源(未示出)，由一對(duì)微波施加器裝置107及108向膜形成空間以有效功率0.8kw(x2)輻射微波能(2.45GH2)，其內(nèi)出現(xiàn)放電，從而在膜形成空間里形成等離子區(qū)。然后，分別用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未畫(huà)出)讓起始和終止的承載輸送輪102和103以及一對(duì)承載輸送的環(huán)104和105分別地開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，以60cm/min的速度從圖4中膜。
用與膜形成例1中一樣的方式取出由此得到的膜。
用與膜形成例1中一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度和氫含量。
得到如下結(jié)果膜厚分布率在5%以?xún)?nèi)，淀積速率平均速率為120 /sec;紅外吸收光譜可辨峰在2000cm-1及630cm-1處，這表明是α-Si∶H∶F膜，結(jié)晶度暈輪圖案，表明是非晶膜;氫含量25±2原子百分比。
把在PET襯底腹板上形成的上述膜切開(kāi)，得到20個(gè)膜樣品。
用常規(guī)的熱電阻蒸發(fā)法在每個(gè)樣品上鍍上一個(gè)寬250um、長(zhǎng)5mm的鋁梳狀隙縫電極。為了得到亮導(dǎo)電率σp(S/cm)和暗導(dǎo)電率σp(s/cm)，用HP4140B測(cè)量在AM-1燈(100mw/cm2)輻照下的樣品的亮電流和在黑暗狀態(tài)下的暗電流。
結(jié)果是20個(gè)樣品的每一個(gè)的亮導(dǎo)電率都在(5.5±0.5)×10-5s/cm范圍內(nèi)，20個(gè)樣品的每一個(gè)的暗導(dǎo)電率都在(1.5±0.5)×10-11s/cm范圍內(nèi)、膜形成例7在該例中，用圖4所示的MW-PCVD裝置制造結(jié)構(gòu)如圖11所示的肖特基結(jié)型二極管。
圖11中所示的肖特基結(jié)型二極管包括襯底1101，下部電極1102，n+型半導(dǎo)體層1103，非摻雜半導(dǎo)體層1104，金屬層1105以及一對(duì)電流輸出端子1106及1107。
首先，提供一個(gè)連續(xù)濺射裝置，并且用與膜形成例1中一樣的方的左方向右方輸送襯底腹板5分鐘。在這種情況下，把作為入門(mén)氣體的氫氣以50sccm的流速經(jīng)入門(mén)氣體供給管416及417送入氣門(mén)421及422。用油擴(kuò)散泵(未示出)經(jīng)排氣管418及419把氣門(mén)421及422抽真空，使其內(nèi)的真空達(dá)到并保持在1.5毫壬。
結(jié)果，當(dāng)在襯底腹板上預(yù)先形成了作為下部電極1102的鉻層上形成摻p的n+型α-Si∶H∶F膜作為n+型半導(dǎo)體層。然后，暫停施加微波能和輸入膜形成的原料氣體。并停止輸送襯底腹板。
然后，把隔離罐400抽真空，真空度低于5×10-6壬。
按照上面的膜形成工藝過(guò)程，把SiH4氣體、SiF4氣體以及H2氣體分別以流量320sccm，6sccm，60sccm送到膜形成空間，膜形成空間的氣壓保持在6毫乇。然后把微波能(2.45GH2)以有效功率0.7kw(x2)輻射到膜形成空間里。在微波等離子體產(chǎn)生時(shí)，把襯底腹板以60cm/sec的速度從右向左移動(dòng)。膜形成持續(xù)5.5分鐘完成。
結(jié)果，在預(yù)先形成的n+型α-Si∶H∶F膜上形成了非摻雜n+-型α-Si∶H∶F膜作為非摻雜半導(dǎo)體層1104。
完成上述膜形成之后，停止加微波能，停止輸入膜形成的原料氣體和停止輸送襯底腹板。排除隔離罐400里的剩余氣體。在襯底腹板冷卻到實(shí)溫時(shí)，把襯底從襯底供應(yīng)腔401里取出，該腔在最后的膜形成時(shí)作為卸荷室。
把其上疊了上述三層的襯底腹板任意切碎成10個(gè)尺寸一樣大小的樣品。
隔離罐400a里的膜形成室式的各對(duì)微波發(fā)生裝置107a及108a;以及隔離罐400b里的每對(duì)微波發(fā)生裝置107b及108b。
在分別處于用于隔離容器400a及400b的表11條件下的三個(gè)容器的每一個(gè)都有微波放電。在三個(gè)膜形成室的每一個(gè)的放電狀態(tài)都達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，襯底腹板開(kāi)始以55cm/min的輸送速度從左向右移動(dòng)。因此，以與膜形成例7中一樣的方式，連續(xù)地在移動(dòng)的襯底上，分別在表11所示條件下，在隔離室400a的膜形成室里形成摻磷的n型α-Si∶H∶F膜作為n型半導(dǎo)體層1203，在表10所列條件下在隔離室400的膜形成室里形成非摻雜α-Si∶H∶F膜作為i型半導(dǎo)體層1204以及在表11所列膜形成條件下在隔離罐400b的膜形成室里形成摻硼的p+型微晶Si∶H∶F膜作為p型半導(dǎo)體層1205。
在由上述ZnO薄膜構(gòu)成的下部電極上層疊了上述n型、i型及p+型半導(dǎo)體層的襯底腹板在卸載室402里冷卻到室溫后把它取出。把該襯底腹板裝到反應(yīng)濺射裝置里，在這里在襯底腹板上形成700 厚的ITO膜作為透明電極1206。然后，把產(chǎn)品切成多個(gè)樣品，每個(gè)大小為35cm×70cm。然后用電子束蒸發(fā)法對(duì)所得的每個(gè)樣品于其表面鍍上一個(gè)由厚為1um的銀膜構(gòu)成的梳狀收集電極。
這樣，得到多個(gè)PIN結(jié)型太陽(yáng)能電池組件。
對(duì)于每個(gè)樣品，在AM1.5m的燈(100MW/cm2)照射下評(píng)估其光電特性。結(jié)果，每個(gè)組件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于8.3%。這些組件間的特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，用AM1.5的燈(100MW/cm2)連續(xù)地照射每個(gè)組件500小時(shí)，并測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換率。結(jié)果，對(duì)于所有組件其開(kāi)始時(shí)的光電轉(zhuǎn)換率與照射500小時(shí)后的轉(zhuǎn)換效率間的差在10%以?xún)?nèi)。
把這些組件適當(dāng)?shù)亟M合在一起可得到一個(gè)電源系統(tǒng)。得到這些合成系統(tǒng)的輸出功率為3kw。
膜形成例9除了代替作為i型半導(dǎo)體層的α-Si∶H∶F之外，重復(fù)膜形成例8中的過(guò)程來(lái)制造一種結(jié)構(gòu)如圖12(a)所示的PIN型光電元件，用與膜形成例2中一樣的方式形成非摻雜α-SiGe∶H∶F膜，其中襯底腹板保持在200℃，并且以52cm/min的輸送速率移動(dòng)襯底。
用與膜形成例8中一樣的方式加工由此得到的產(chǎn)品，這樣，得到多個(gè)太陽(yáng)能電池模件。
在AM1.5(100MW/cm2)的燈照射下測(cè)量每個(gè)樣品的光電特性。結(jié)果每個(gè)組件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于7.3%。它們中間的特性質(zhì)的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
另外用AM1.5的燈(100MW/cm2)把每個(gè)模件連續(xù)地照500小時(shí)，并檢查其轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果是對(duì)所有模件來(lái)說(shuō)，其最初的光電轉(zhuǎn)換效率與光照500小時(shí)后的轉(zhuǎn)換效率之間的差在5%以?xún)?nèi)。
把這些組件適當(dāng)?shù)亟M合在一起，可得到一個(gè)電源系統(tǒng)。這種合成系統(tǒng)的輸出功率大于3kw。
膜形成例10
除了代替作為i型半導(dǎo)體層的α-Si∶H∶F膜之外，重復(fù)膜形成例8的過(guò)程制造一種PIN結(jié)光電元件，用與膜形成例3中一樣的方式形成非摻雜α-SiC∶H∶F膜，其中襯底腹板保持在200℃，并且以50cm/min的輸送速度移動(dòng)襯底腹板。
用與膜形成例8中的一樣方式加工這個(gè)由此得出的產(chǎn)品，由此得到多個(gè)太陽(yáng)能電池模件。
在AM1.5的燈(100MW/cm2)的照射下評(píng)估它們的光電特性。結(jié)果每個(gè)組件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于6.6%。它們當(dāng)中的特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
另外，用AM1.5的燈(100MW/cm2)把每個(gè)模件連續(xù)照500小時(shí)，并檢查它們的光電轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果是對(duì)所有組件其最初的光電轉(zhuǎn)換效率與光照500小時(shí)后的效率之間的差在10%以?xún)?nèi)。
把這些模件加以適當(dāng)?shù)慕M合可得到一個(gè)電源系統(tǒng)。這種合成系統(tǒng)的輸出功率約為3KW。
膜形成例11在該例中，用圖6所示的三個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置的改進(jìn)形式制造一種結(jié)構(gòu)如圖12(c)所示的光電元件，其中另外分別把與隔離罐400a相當(dāng)?shù)牡谝桓綦x罐400a′，與隔離罐400相當(dāng)?shù)牡诙綦x罐400′以及與隔離罐400b相當(dāng)?shù)牡谌綦x罐400b′放在隔離罐400b及卸載室402之間，并用氣門(mén)把這三個(gè)隔離罐彼此連在一起。
用與在膜形成例1中用的一樣的SUS430BA作的襯底腹板作襯底腹板101。
首先用與膜形成例8中一樣的方式在襯底腹板表面上鍍上一層原為1.2um的ZnO膜作為下部電極1202。
然后把該襯底腹板放到上述改進(jìn)過(guò)的六個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置中。在表12所列條件下以膜形成例9中一樣的方式利用以隔離罐400a及400b構(gòu)成的第一單元形成下部單元1211，并在表12所列條件下以與膜形成例8一樣的方式，利用由隔離罐400a′、400′及400b′構(gòu)成的第二單元上形成上部單元1212。
用與膜形成例8中一樣的方式，對(duì)上述產(chǎn)物于其最上一層的表面上鍍一層作為透明電極的ITO薄膜。
把這樣得到的最后產(chǎn)物切成尺寸為35cm×70cm大小的多個(gè)樣品。
以與膜形成例8中一樣的方式對(duì)每一樣品在其作為透明電極1206的ITO膜的表面上鍍上一個(gè)作為收集電極的梳狀銀膜。
由此得到許多PIN結(jié)型太陽(yáng)能電池。
對(duì)于每個(gè)樣品，在AM1.5的燈(100MW/cm2)照射下評(píng)價(jià)其光電特性。結(jié)果是每個(gè)組件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于10.3%。組件間的特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，用AM1.5的燈(100MW/cm2)連續(xù)地照射每個(gè)模件500小時(shí)，并檢查其光電轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果是，對(duì)所有組件其初始光電轉(zhuǎn)換效率與光照500小時(shí)后的光電轉(zhuǎn)換效率的差在9%以?xún)?nèi)。
把這些模件適當(dāng)?shù)亟M合可得到一個(gè)電源系統(tǒng)，這種合成系統(tǒng)所輸出功率約為3KW。
膜形成例12在該例中，用與膜形成例11中一樣的六個(gè)膜形成室式MW-PCVD裝置制造一種光電元件。
這里用與膜形成例1中用的一樣的SUS430BA作的襯底腹板作為襯底腹板101。
用與膜形成例8中一樣的方式先在襯底腹板表面鍍上一層作為下部電極1202的原為1.2um的ZnO膜。
然后把該襯底腹板放在6個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置。用與膜形成例8一樣的方式，在表13所列條件下利用由隔離罐400a，400及400b組成的第一單元形成下部單元1211并且以與膜形成例10中一樣的方式在表13條件下利用由隔離罐400a′，400′及400b′組成的第二單元形成上部單元1212。
用與膜形成例8中一樣的方式在該產(chǎn)物的最上一層的表面鍍上一層作為透明電極的ITO薄膜。
把這樣得到的產(chǎn)品均成大小為35×70cm的多個(gè)樣品。
對(duì)于每一樣品用與膜形成例8一樣的方式在作為透明電極1206的ITO膜的表面上鍍上一層作為收集電極1207的梳狀銀膜。
因此得到許多PIN結(jié)型太陽(yáng)能電池組件。
對(duì)于每個(gè)模件在AM1.5的燈(100MW/cm2)照射下評(píng)定其光電特性。結(jié)果是每個(gè)模件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于10.2%，模件間的特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
其次用AM1.5的燈(100MW/cm2)連續(xù)地照射每個(gè)組件500小時(shí)，并檢查其光電特性。結(jié)果是所有模件的開(kāi)始的轉(zhuǎn)換效率與光照500小時(shí)后的轉(zhuǎn)換效率之差在9%以?xún)?nèi)。
適當(dāng)?shù)匕堰@些模件組合在一起得到一個(gè)電源系統(tǒng)，得到這種合成系統(tǒng)的輸出功率大于3kw。
膜形成例13在該例中，用在膜形成例1中用的六個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置的改進(jìn)形式制作一種三層單元式光電元件，其中還把與隔離罐400a相當(dāng)?shù)牡谝桓綦x罐400a″，與隔離罐400相當(dāng)?shù)牡诙綦x罐400″以及與隔離罐400b相當(dāng)?shù)母綦x罐400b″放在隔離罐400b′及卸載室402之間，用氣門(mén)(未示出)把這三個(gè)隔離罐彼此相連。
這里用與在膜形成例1用的一樣的SUS430BA作的襯底腹板作為襯底腹板101。
用與膜形成例8中一樣的方式首先在襯底腹板的表面鍍上一層作為下部電極1202的厚1.2um的ZnO膜。
然后把該襯底腹板放到上述改進(jìn)的九個(gè)膜形成室式的MW-PCVD裝置里。以與膜形成例9中一樣的方式在表14所列條件下，利用由隔離罐400a，400及400b組成的第一單元形成下部單元1220，以及用與膜形成例8中一樣的方式在表14所列條件下利用由隔離罐400a′，400′及400b′組成的第二單元形成中間單元1221，以及用與膜形成例10中一樣的方式在表14所列條件下利用由隔離罐400a″，400″及400b″組成的第三單元形成上部單元1222。
把這樣得到的產(chǎn)品切成尺寸為35cm×70cm大小的多個(gè)樣品。
用與膜形成例8一樣的方式讓每個(gè)樣品在其作為透明電極的ITO膜的表面鍍上一個(gè)作為收集電極的梳狀銀膜。
由此得到多個(gè)PIN結(jié)型太陽(yáng)能電池。
在AM1.5的燈(100MW/cm2)照射下評(píng)估每個(gè)模件的光電特性。結(jié)果是每個(gè)組件的光電轉(zhuǎn)換效率都大于10.4%。模件間的特性不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
另外，用AM1.5的燈(100MW/cm2)連統(tǒng)地照射每個(gè)組件500小時(shí)，并測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果是最初的光電轉(zhuǎn)換效率與光照500小時(shí)后的轉(zhuǎn)換效率之差對(duì)所有組件都在8.5%以?xún)?nèi)。
把這些模件適當(dāng)?shù)亟M合得到電源系統(tǒng)，這種合成系統(tǒng)的輸出功率約為3KW。
膜形成例14用在前面的裝置施實(shí)例22中所說(shuō)的MW-PCVD裝置連續(xù)地在面積大而冗長(zhǎng)的襯底腹板上形成非晶硅膜。
把繞上了由寬45cm，厚0.25mm長(zhǎng)200mSUS430BA作的干凈的襯底腹板101的釋放軸放在襯底腹板供應(yīng)室501中。把襯底腹板201從釋放軸503放出，它通過(guò)氣門(mén)421，隔離罐500和氣門(mén)502的輸送機(jī)構(gòu)，并且它被繞在卸載室502里的卷收軸504上。調(diào)節(jié)襯底腹板201不要有任何松的部分。
膜形成室圓周墻的園柱部分的尺寸及始末輸送軸202及203間的間距L如表15所示。同樣，表15所列的數(shù)據(jù)用于每對(duì)微波發(fā)生裝置207及208。
用機(jī)械增壓泵(未示出)預(yù)先分別把襯底腹板供應(yīng)室501，隔離罐500以及卸載室抽真空，真空度到10-3乇。用溫度控制機(jī)構(gòu)206a及206b把隔離罐500中的襯底腹板201加熱并保持在250℃左右。用油擴(kuò)散泵(未示出)把隔離罐500內(nèi)的氣壓控制在5×10-6乇以下。
然后，經(jīng)鎳制施偏壓管213(還起輸送氣體作用)把SiH4氣體、SiH4氣體以及H2氣體分別以流速400sccm，45sccm，80sccm送到膜形成空間。通過(guò)調(diào)節(jié)排氣管520上的隙縫閥509的開(kāi)啟程度，把膜形成空間的氣壓控制在和保持在4.5乇左右。在三種氣體的流速及該氣壓都達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，起動(dòng)微波電源，從而通過(guò)一對(duì)微波施加器207及208以0.7KW(X2)的有效功率向膜形成空間輻射微波能(2.45GH2)，其中出現(xiàn)放電，從而在膜形成空間里形成等離子區(qū)。在這種情況下，沒(méi)有把等離子區(qū)泄漏出膜形成空間，并且沒(méi)有測(cè)出任何漏出隔離罐500的微波。
然后接通偏壓電源219，把+80V直流偏壓加到偏壓施加管213上，流過(guò)該管的偏置電流為6.8A，并且用眼觀察到等離子區(qū)的亮度有所增加。
接著用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)分別讓始、末承載傳送輪202及203以及一對(duì)承載傳送環(huán)204及205開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而以40cm/min的輸送速度輸送襯底腹板201，在這當(dāng)中等離子體是穩(wěn)定的，并且沒(méi)有看到偏壓和偏置電流的變化。
在上述中，把作入門(mén)氣體的H2氣經(jīng)門(mén)氣供氣管516和517以50sccm的流速送到氣門(mén)521及522。并且用油擴(kuò)散泵(未示出)經(jīng)排氣管518和519把氣門(mén)521和522抽真空，使其內(nèi)的真空達(dá)到并保持在1毫乇。
完成膜形成用30分鐘。因?yàn)橛萌唛L(zhǎng)的襯底腹板，因此作完本例的膜之后可以作下個(gè)膜。本例的膜形成完成之后，把卷在卷收軸504上的，并用卸載室502里的溫度控制機(jī)構(gòu)513冷卻的襯底腹板201從卸載室502里取出。
然后，測(cè)試本例的在襯底腹板201上淀積的膜的厚度沿橫向和縱向上的分布率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)厚度分布率在5%以?xún)?nèi)。測(cè)試淀積速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平均淀積速率為100 /sec。其次經(jīng)用常規(guī)的反射法測(cè)試從最終產(chǎn)品上切下的膜樣品的紅外吸收光譜，發(fā)現(xiàn)可辨峰值在2000cm-1及630cm-1處表明α-Si∶H∶F的膜。同樣，用RHEED(商品名JEM-100SX，JEOL的產(chǎn)品)測(cè)試膜樣品的結(jié)晶度，結(jié)果，樣品呈現(xiàn)出暈輪圖案，發(fā)現(xiàn)它是非晶質(zhì)的。再有用氫含量分析儀EMGA-1100(Horiba Seisa-kusho，Kabushik，Kaisha的產(chǎn)品)測(cè)試樣品中的氫含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其值為21±2原子百分比。
另外，用機(jī)械方法取下在襯底腹板201上形成的約為5cm2的正方形非晶質(zhì)硅膜。測(cè)出其體積。并把它放到型號(hào)為JES-REZX(JEOL的產(chǎn)品)的ESR儀上測(cè)出自旋密度。結(jié)果，該自旋密度為2.5×1015個(gè)自旋/cm3。這表明該膜無(wú)缺陷。
此外，把具有非晶質(zhì)硅膜的襯底腹板切成1cm×1cm大小的5個(gè)樣品。用反應(yīng)濺射法給每個(gè)樣品的表面鍍上一層1500 厚的ITO(In2O3+SnO2)膜。
把每個(gè)最終樣品放到一種恒光電流儀(CAN KABUSH-IKI，KAISHA的產(chǎn)品)上，讓光從ITO這一側(cè)射入到測(cè)量Urbask尾的傾斜度。五個(gè)樣品中的任何一個(gè)都具有值48±1meV。
從這個(gè)結(jié)果得到，該膜是無(wú)缺陷的。
膜形成例15膜形成例14的膜形成完成之后。停止輸入其中使用的各種氣體。以與膜形成例14中一樣的方式把隔離罐500抽真空，使其內(nèi)部真空低于5×10-6乇。除了把SiH4氣體、GeH4氣體、SiF4氣體以及H2氣體分別以流速120sccm，100sccm，4sccm以及60sccm送入膜形成空間;膜形成空間的氣壓保持在9毫乇;微波能的功率為0.5KW(x2)有效功率，襯底腹板201以25cm/min的輸送速度移動(dòng)之外，重復(fù)膜形成例14中的過(guò)程，由此在襯底腹板上形成非晶鍺膜。
在上述情況中，偏壓施加管213上加上了+40V的偏壓，其中流過(guò)偏置電流6.2A，并用眼睛看到等離子體的亮度有所增加。
用與膜形成例14中一樣的方式把由此得到的膜取出來(lái)。
用與膜形成例14中一樣的方式測(cè)試該膜的膜厚度沿橫向和縱向上的分布率，淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
得到如下結(jié)果膜厚度分布率在5%以?xún)?nèi)，淀積速率平均為52A0/sec，紅外吸收光譜可辨峰在2000cm-1，1800cm-1及630cm-1處，這表明是SiGe∶H∶F;結(jié)晶性暈輪圖案，這表明是非晶膜;氫含量14±2原子百分比。
此外，用與膜形成例14一樣的方式測(cè)試該膜的自旋密度和Urback尾的傾斜度。
得到如下結(jié)果自旋密度4.5×1015個(gè)自旋/cm3，這表明膜是無(wú)缺陷的;Urback尾的傾斜度54±1mev，這表明是膜是無(wú)缺陷的。
膜形成例16完成膜形成例15的膜形成過(guò)程之后，停止輸入所用各種氣體。用與膜形成例14中一樣的方式把隔離罐500抽真空使其內(nèi)的真空度低于5×10-6乇。除了把SiH4氣體、CH4氣體、SiF4氣體以及氫氣分別以流速160sccm，23sccm，5sccm以及250sccm輸入膜形成空間;膜形成空間的氣壓保持在23毫乇;微波能的功率調(diào)到1.0KW(XZ)有效功率之外，重復(fù)膜形成例14中的過(guò)程，由此在襯底腹板上形成非晶碳化硅膜。
在上述過(guò)程中，把+50V直流偏壓加到偏壓施加管213上，流過(guò)其中的偏置電流為6.6A，并且用眼睛看到等離子體的亮度有所增加。
用與膜形成例14中一樣的方式把由此得到的膜取出。
用與膜形成例14中一樣的方式測(cè)試該膜的膜厚度沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
得到如下結(jié)果膜厚度分布率在5%以?xún)?nèi);淀積速率平均為41A0/sec;紅外吸收光譜可辨峰值2080cm-1，1250cm-1，960cm-1，777cm-1和660cm-1處，這表明是SiC∶H∶F膜;結(jié)晶度暈輪圖樣，這表示是非晶膜，氫含量15±2原子百分比。
其次，用與膜形成例14中一樣的方式測(cè)試該膜的自旋密度以及Urback尾的傾斜度。
得到如下結(jié)果自旋密度8.0×1015個(gè)自旋/cm3，這表明該膜無(wú)缺陷，Urback(尾拜克)尾的傾斜度為57±1mev，這說(shuō)明該膜是無(wú)缺陷的。
膜形成例17完成膜形成例16的膜形成過(guò)程之后，停止輸送使用的氣體。用與膜形成例14中一樣的方式把隔離罐500抽真空，使其內(nèi)的真空度低于5×10-6乇。除了把SiH4氣體、BF3/H2氣體(＝300ppm)、SiF4氣體、H2氣分別以流速200sccm，38sccm，25sccm和550sccm輸入膜形成空間;膜形成空間的氣壓保持在6.5毫乇;微波能的功率調(diào)到1.1KW(XZ)有效功率之外，重復(fù)膜形成例14中的膜形成的過(guò)程，借此，在襯底腹板上形成摻硼的p-型微晶硅膜。
在上述過(guò)程中，把+120V的直流偏壓加到偏壓施加管213上，流過(guò)其中的偏置電流為6.6A。用眼睛觀察到等離子體的亮度有所增加。
用與膜形成例14中一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度及氫含量。
結(jié)果如下膜厚分布率在5%以?xún)?nèi);淀積速率平均為48AO/sec，紅外吸收光譜可辨峰值在2100cm-1，630cm-1處，這表明是微晶Si∶H∶F膜;結(jié)晶度環(huán)形圖案，表明是無(wú)定向多晶膜;氫含量4±2原子百分比。
此外，任意切割形成了上述膜的襯底腹板，得到5個(gè)尺寸都為5mm×5mm的樣品。
用S-900型(日立公司生產(chǎn))超高分辨率低加速度的FE-掃描電鏡觀察5個(gè)樣品中的每一個(gè)的表面狀態(tài)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5個(gè)樣品中的任何一個(gè)都有所要求的光滑表面，沒(méi)有任何不希望的不平整性。
膜形成例18完成膜形成例17的膜形成之后，停止輸入所用氣體。用與膜形成例14中一樣的方式把隔離罐500抽真空，使其內(nèi)的真空度低于5×10-6乇。除了把SiH4氣體、PH3/H2氣體(＝1%)、SiF4氣體以及氫氣分別以流速280sccm、24sccm、5sccm及40sccm輸入膜形成空間;膜形成空間的氣壓保持在7毫乇;微波能的功率調(diào)到0.75KW(XZ)有效功率之外，重復(fù)膜形成過(guò)程，由此在襯底腹板上形成摻磷的n-型非晶硅膜。
在上述過(guò)程中，把+180V的直流偏壓加到偏壓施加管213上，其中流過(guò)7.0A偏置電流，用眼睛觀察到等離子體的亮度有所增加。
用與膜形成例14中一樣的方式取出由此得出的膜。
用與膜形成例14中一樣的方式分別測(cè)試該膜的膜厚度沿橫向和縱向上的分布率、淀積速率、紅外吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
得到如下結(jié)果膜厚分布率在5%以?xún)?nèi);淀積速率平均為65AO/sec;紅外吸收光譜可辨峰值在2000cm-1及630cm-1處，這表明是α-Si∶H∶F非晶膜;結(jié)晶度暈輪圖樣，這表明是非晶膜;氫含量21±2原子百分比。
此外，把在其上形成了上述膜的襯底腹板隨意切割成5個(gè)尺寸為5×5mm的樣品。
用S-900型(日立產(chǎn)品)超高分辨率低加速的FE-掃描電鏡5個(gè)樣品中的每一個(gè)的表面狀態(tài)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)樣品的任何一個(gè)都有所要求的光滑表面，沒(méi)有任何不期望有的不平整性。
膜生成例19除了用PET襯底腹板替代SUS430BA襯底腹板之外，重復(fù)膜生成例14的工藝過(guò)程。PET襯底腹板按如下方式處理在膜生成時(shí)，將所述的襯底腹板保持在溫度210℃中，借此在所述的襯底腹板上連續(xù)地生成一層非晶質(zhì)硅膜。
亦即，在這里提供了一個(gè)PET襯底腹板，寬45cm、厚0.9mm、長(zhǎng)100m，然后在其表面上施加2μm厚的鋁膜，在該鋁膜上將生成一層膜，其中在部分膜處分別地形成多個(gè)梳狀隙縫電極，每個(gè)電極寬70μm、長(zhǎng)10mm、縱向間隔20cm。這個(gè)用來(lái)作為襯底腹板。
在膜生成期間，將+80V直流偏壓加到偏壓施加管213上，管內(nèi)流過(guò)6.7A偏置電流，用眼可觀察等離子亮度的某些增加。
由此生成的膜以與膜生成例14相同的方式被取出。
按與膜生成例14相同的方式對(duì)由此生成的膜分別檢查橫向和縱向上膜厚度分布率、淀積速率、紅外線(xiàn)吸收光譜、結(jié)晶度以及氫含量。
結(jié)果得出以下數(shù)據(jù)。即，膜厚度分布率5%以?xún)?nèi);淀積速率平均95A/秒;紅外線(xiàn)吸收光譜在2000cm-1和630cm-1處可辨認(rèn)峰值(這表示a-Si∶H∶F膜);結(jié)晶度暈輪型式(這表示非晶質(zhì)膜);以及氫含量24±2%(原子)。
在多個(gè)隙縫電極上形成的膜隨機(jī)地被切開(kāi)以得到20個(gè)膜樣品，每個(gè)膜樣品含有一個(gè)隙縫電極。用Hp4140B測(cè)量每個(gè)樣品在AM-1光(100mw/cm2)照射下的光電流值和黑暗中的暗電流值，以得出亮導(dǎo)電率δp(s/cm)和暗導(dǎo)電率δd(s/cm)。其結(jié)果是，20個(gè)樣品中的每個(gè)的亮導(dǎo)電率在(3.5±0.5)×10-5s/cm范圍之內(nèi)，20個(gè)樣品中的每個(gè)的暗導(dǎo)電率在(1.0±0.5)×10-11s/cm范圍之內(nèi)。
此外，以與膜生成例14相同的方式測(cè)試生成膜的Urback尾的傾斜。
其結(jié)果是，Urback尾傾斜為50±1mev，這意味著該膜很少伴有缺陷。
膜生成例20～24在各個(gè)膜生成例14～18的中，膜的生成是通過(guò)改變偏壓(如表16所示)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在五種情況中的每種情況下得到的膜以與膜生成例14～18相同的方式來(lái)評(píng)估。
得出的評(píng)估結(jié)果共同示于表16內(nèi)。
在五種情況的每一種情況下，等離子被穩(wěn)定地維持住，沒(méi)產(chǎn)生異常放電。于是，得到一個(gè)所需的、特性?xún)?yōu)良的半導(dǎo)體膜。
膜生成例25～29在膜生成例14～18的每個(gè)之中，偏壓施加裝置由圖15(d)中所示的偏壓施加裝置取代，+30V直流電壓加到第一偏置棒上，另一不同的偏壓加到第二偏置棒上，如表17中所示。
在五種情況中的每種情況下得到的膜以與膜生成例14～18相同的方式來(lái)評(píng)估。
得出的評(píng)估結(jié)果共同示于表17中。
在五種情況的每一種情況下、等離子被穩(wěn)定地維持住，沒(méi)產(chǎn)生異常放電。于是一個(gè)所需的、特性?xún)?yōu)良的半導(dǎo)體膜得到了。
膜生成例30在此例中，使用圖5所示的MW-PCVD裝置制備如圖11所示結(jié)構(gòu)的肖特基結(jié)型二極管。
圖11所示的肖特基結(jié)型二極管包括襯底1101、下部電極1102、n型半導(dǎo)體層1103、非攙雜半導(dǎo)體層1104、金屬層1105、以及一對(duì)電流輸出端子1106和1107。
首先，要提供一個(gè)連續(xù)濺射裝置，按照與膜生成例14相同的方式將-SUS430BA襯底腹板置于上述裝置中，其中鉻靶(純度99.98%)用于淀積1300A厚度鉻膜，成為在該襯底腹板表面上的下部電極1102。
然后，將其上具有上述鉻層的襯底腹板以與膜生成例14相同的方式放在圖5所示的MW-PCVD裝置內(nèi)，其中，上述襯底腹板被設(shè)置得使其上形成的鉻層朝下。在起始的和終止的承載傳送輪之間的間距L按表15中所示的數(shù)據(jù)來(lái)制作。對(duì)于每對(duì)微波施加器裝置，這里使用的一對(duì)如表15所示。
襯底供應(yīng)室501、隔離罐500、卸荷室502利用旋轉(zhuǎn)真空泵(圖中未畫(huà)出)分別地暫時(shí)抽真空。這三個(gè)容器然后再用機(jī)械增壓泵(圖中未畫(huà)出)分別抽真空抽到真空度約為10-3Torr(乇)。
由隔離罐500中的溫度控制機(jī)構(gòu)206a和206b使襯底加熱到并維持在溫度約250℃。
使用油擴(kuò)散泵(圖中未畫(huà)出)將隔離罐的內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)使真空度低于5×10-6乇。
然后，通過(guò)偏壓施加管213(能夠作為進(jìn)氣管)將SiH4氣、SiF4氣、pH3/H2氣(＝1%)以及氫氣分別以流速280sccm、4sccm、50sccm和35sccm送入膜生成空間。膜生成空間的氣體壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)排氣管520的隙閥509的開(kāi)啟度，被控制和維持在約7.5m Torr(毫乇)。
在這四種氣體的流速和氣體壓力分別變得穩(wěn)定之后，使微波能源(未示出)接通，由一對(duì)微波施加器裝置207和208，將微波能量(2.45GHz)以有效功率0.8KW(×2)輻射到膜生成空間中。同時(shí);將+80V直流偏壓加在偏壓施加管213上，其內(nèi)流過(guò)的偏置電流為6.9A。
在等離子變得穩(wěn)定之后，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖中未畫(huà)出)使起始的和終止的承載傳送輥202和203以及一對(duì)承載傳送環(huán)204和205分別開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以50厘米/分的速度將襯底從圖5的左側(cè)用5分鐘傳送到右側(cè)。在這種情況下，氫氣作為入門(mén)氣體經(jīng)過(guò)入門(mén)氣體進(jìn)氣管516和517以流速50sccm饋入氣門(mén)521和522。利用油擴(kuò)散泵(圖中未畫(huà)出)通過(guò)排氣管518和519將氣門(mén)521和522抽真空，以使其內(nèi)部到達(dá)并維持在真空度1.5m Torr(毫乇)。
其結(jié)果是，在作為下部電極1102的鉻層上(這是早先在襯底腹板上形成的)形成攙雜P的n型a-Si∶H∶F膜作為n型半導(dǎo)體層1103。然后，微波能的應(yīng)用和形成膜的原材料氣體的引入被中止，而且襯底的傳送也被停止。
隔離罐500被抽真空使真空度低于5×10-6Torr(乇)。
在上面的膜生成中接下去的工藝過(guò)程是將SiH4氣、SiF4氣和氫氣分別以流速350sccm、6.5sccm和65sccm送入膜生成空間。膜生成空間的氣體壓力維持在約6.5m Torr(毫乇)。然后，使微波能量(245GHz)以有效功率0.7kw(×2)輻射到膜生成空間里面去。同時(shí)，施加+80V直流偏壓，其內(nèi)流過(guò)偏置電流6.5A。在產(chǎn)生的等離子變得穩(wěn)定之后，將襯底腹板以67厘米/分的傳送速度從右側(cè)反向地傳送到左側(cè)。膜生成進(jìn)行3.7分鐘。
其結(jié)果是，在先前生成的n型a-Ri∶H∶F膜上生成一層非攙雜的a-Si∶H∶F膜來(lái)作為非攙雜的半導(dǎo)體層1104。
在上述的膜生成完成之后，微波能量的施加、生成膜的原材料氣體的引入和襯底腹板的傳送全部結(jié)束。排放隔離罐500中的剩余氣體。在襯底腹板冷卻到室溫之后，將襯底腹板從襯底供應(yīng)室501中取出來(lái)，該室在最后膜生成的情況下用作為卸荷室。
其上敷有上述三層的襯底腹板隨機(jī)地被切開(kāi)以得到大小相同的十個(gè)樣品。
使用電子束蒸發(fā)方法將十個(gè)樣品的每個(gè)都敷加80A厚度的(AU)膜。然后利用導(dǎo)線(xiàn)連接器來(lái)提供一對(duì)電流輸出端子1106和1107。
利用HP4140B對(duì)以上制出的每個(gè)樣品測(cè)試二極管特性。
其結(jié)果是，十個(gè)樣品中的每一個(gè)都顯示出所需的二極管因數(shù)(n＝1.2±0.04)，±1V時(shí)的整流比約為6位數(shù)字。從所得到的結(jié)果可以看出十個(gè)樣品中的任何一個(gè)都具有肖特基結(jié)型二極管所需的優(yōu)良的二極管特性。
膜生成例31
在本例中，利用圖7所示的三個(gè)膜生成室MW-PCVD裝置制造圖12(a)所示結(jié)構(gòu)的PIN結(jié)型光生電壓元件。
這里使用PET襯底腹板作為襯襯腹板201。
將PET襯底腹板置于連續(xù)濺射裝置內(nèi)，其內(nèi)通過(guò)濺射銀靶(99.99%)，在所述的襯底腹板上形成一層1000A厚的銀膜，作為導(dǎo)電層。隨后，在先前形成的銀膜上再形成一層1.2μm厚的氧化鋅膜，作為下部電極1202。
其上疊置著銀薄膜和氧化鋅薄膜的襯底腹板以與膜生成例28相同的方式置于具有圖7所示組成部分的三個(gè)膜生成室MW-PCVD裝置內(nèi)。
在這種情況下，隔離罐500內(nèi)提供的圓筒狀部分內(nèi)部直徑如表18所示為22厘米。同樣，隔離腔500a的圓筒狀部分的大小和隔離腔500b的圓筒狀部分的大小制成為內(nèi)直徑為10厘米和9厘米。一對(duì)微波施加器裝置207和208中的每個(gè)提供給隔離罐500內(nèi)的膜生成腔，表18中所示的一種在這里被使用。同樣，微波施加器裝置對(duì)207a和208a中的每一個(gè)提供給隔離罐500a中的膜生成腔，微波施加器裝置對(duì)207b和208b中的每一個(gè)也提供到隔離罐500b中，這里所使用的已示于表19中。
在隔離罐500用的表18和隔離罐500a和500b用的表19中所示的各項(xiàng)條件下在這里的三個(gè)膜生成腔中的每一個(gè)內(nèi)產(chǎn)生微波放電。在表19所示的條件下，在隔離罐500a的膜生成腔內(nèi)，形成一層n型a-Si∶H∶F膜成為n型半導(dǎo)體層1203。在表18所示的條件下，在隔離罐500的膜生成腔內(nèi)形成一層非攙雜的a-Si∶H∶F膜成為i型半導(dǎo)體層1204。在表19中所示的條件下，在隔離罐500b的膜生成腔內(nèi)形成一層P+型微晶體Si∶H∶F膜成為P-型半導(dǎo)體層1205。
具有疊置在包括上述氧化鋅薄膜的下部電極上的上述n型、i型和P+型半導(dǎo)體層的襯底腹板在卸載室402內(nèi)冷卻到室溫，然后從該室中取出來(lái)。將這個(gè)襯底腹板置于一個(gè)反應(yīng)性的(reactive)濺射裝置內(nèi)，在其上形成一層700A厚的ITO膜作為透明的電極1206。然后將由此得到的產(chǎn)物切開(kāi)以得到多個(gè)樣品，每個(gè)樣品的尺寸為35厘米×70厘米。然后對(duì)已得到的多個(gè)樣品中的每一個(gè)用電子束蒸發(fā)法在其表面上施加一個(gè)梳狀的收集電極，該電極包括一個(gè)約1微米厚的銀膜。
這樣，在這里得到了多個(gè)PIN結(jié)型太陽(yáng)能電池模件(Solar cell module)。
對(duì)于它們之中的每一個(gè)都要在AM1.5燈(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。其結(jié)果是，每個(gè)模件都顯示出高于8.5%光電轉(zhuǎn)換效率。在這些模件之間的特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率，其結(jié)果是，在所有的模件用光照射500小時(shí)以后，在起始的光電轉(zhuǎn)換效率和最后的光電轉(zhuǎn)換效率之間的差別是在9.5%以?xún)?nèi)。
與未施加任何偏壓而制成的太陽(yáng)能電池模件相比，對(duì)由于短路等原因造成缺陷率進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果是，人們看到在本例中得到的太陽(yáng)能電池模件優(yōu)越性超過(guò)上述太陽(yáng)電池模件達(dá)20%以上。
在本例中得到的上面的模件進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合可以得出一個(gè)電源系統(tǒng)，人們知道這樣得出的系統(tǒng)可輸出約3kw的功率。
膜生成例32這里制備具有圖12(a)所示結(jié)構(gòu)的PIN結(jié)型光生電壓元件。重復(fù)膜生成例31的生產(chǎn)工藝過(guò)程，但不用a-Si∶H∶F膜作為i型半導(dǎo)體層，而是以與膜生成例15相同的方式生成一層非攙雜的a-SiGe∶H∶F膜，其中襯底腹板保持在溫度200℃，襯底腹板以51厘米/分的傳送速度運(yùn)動(dòng)，并且，在膜生成時(shí)，施加170V峰-峰(500Hz)的正弦波偏壓。
生成產(chǎn)物，以與膜生成例31相同的方式制造多個(gè)太陽(yáng)電池模件。
對(duì)于每個(gè)模件，在AM1.5光(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。其結(jié)果是，每個(gè)模件呈現(xiàn)出的光電轉(zhuǎn)換效率大于6.8%。在這些模件之間特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果是，在光照射500小時(shí)以后所有這些模件在起始的光電轉(zhuǎn)換效率與最后的光電轉(zhuǎn)換效率之間的差別在9.5%以?xún)?nèi)。在與沒(méi)施加任何偏壓下所制造的太陽(yáng)能電池模件所做的比較中，測(cè)試由于短路等原因造成的缺陷率，作為結(jié)果，人們發(fā)現(xiàn)在本例中得出的太陽(yáng)能電池模件優(yōu)于上述太陽(yáng)能電池模件20%以上。
在本例中得出的以上模件適當(dāng)?shù)丶右越M合可以得到一個(gè)電源系統(tǒng)，人們發(fā)現(xiàn)由此得到的系統(tǒng)輸出功率約3kw。
膜生成例33這里要制備具有圖12(a)所示結(jié)構(gòu)的PIN結(jié)型光生電壓元件，重復(fù)膜生成例31的生產(chǎn)工藝過(guò)程，但不用a-Si∶H∶F膜作為i型半導(dǎo)體層，這里以與膜生成例16相同的方式形成一層非攙雜的a-SiC∶H∶F膜，其中襯底腹板保持在溫度200℃，襯底腹板以36厘米/分的傳送速度運(yùn)動(dòng)，并且在膜生成時(shí)，施加(1兆赫茲)160V峰-峰的三角波偏壓。
生成產(chǎn)物，以與膜生成例31相同的方式制造出多個(gè)太陽(yáng)電池模件。
對(duì)于每個(gè)模件，在AM1.5光(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。作為結(jié)果，每個(gè)模件都呈現(xiàn)出大于6.8%的光電轉(zhuǎn)換效率。在這些模件之間特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果，在光照射500小時(shí)以后，對(duì)于所有這些模件在起始的光電轉(zhuǎn)換效率與最后的光電轉(zhuǎn)換效率之間的差別在9.5%以?xún)?nèi)。
在與沒(méi)施加任何偏壓制造的太陽(yáng)電池模件的比較中測(cè)試出由于短路等原因造成的缺陷率，作為結(jié)果，可以看出在本例中得到的太陽(yáng)電池模件優(yōu)于上述的太陽(yáng)電池模件20%以上。
將在本例中得出的以上這些模件適當(dāng)?shù)亟M合，可以得到一個(gè)電源系統(tǒng)。可以發(fā)現(xiàn)由此得出的系統(tǒng)輸出功率約為3kw。
膜生成例34在本例中，要制備具有圖12(c)所示結(jié)構(gòu)的光生電壓元件，利用了圖7所示的修改的三個(gè)膜生成腔MW-PCVD裝置，其中第一隔離罐500a′等同于隔離罐500a，第二隔離罐500′等同于隔離罐500，第三隔離罐500b′等同于隔離罐500b。上述第一、第二、第三隔離罐附加地設(shè)置在隔離罐500b與卸荷室502之間，并且這三個(gè)隔離罐利用氣體門(mén)相互連接(圖中未畫(huà)出)。
作為襯底腹板201，這里使用由SUS430BA制成的襯底腹板，這與膜生成例14中所使用的襯底腹板相同。
首先，在襯底腹板的表面上敷加一層1.2μm原的氧化鋅膜，作為下部電極1202。
然后，將襯底腹板置于上述改進(jìn)的六個(gè)膜生成腔MW-PCVD裝置內(nèi)。以與膜生成例32相同的方式并且在表20所示的條件下利用包括隔離罐500a、500和500b的第一單元形成下部單元1211，爾后，以與膜生成例31相同的方式在表20所示的條件下利用包括隔離罐500a′、500′和500b′的第二單元形成上部單元1212。
在由此得出的產(chǎn)物的頂層表面上敷加一層ITO薄膜，作為透明電極1206。
將這樣得到的產(chǎn)物切開(kāi)，得出多個(gè)樣品，每個(gè)大小35cm×70cm。
在每個(gè)樣品的作為透明電極的ITO膜的表面上敷加一層梳狀的銀膜作為收集電極1207。
對(duì)于每個(gè)樣品，在AM1.5光(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。作為結(jié)果，每個(gè)模件呈現(xiàn)出的光電轉(zhuǎn)換效率大于10.4%。在這些模件之間特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，并測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。作為結(jié)果，在光照射500小時(shí)以后，所有這些模件在起始的光電轉(zhuǎn)換效率與最后的光電轉(zhuǎn)換效率之間的差別在9.0%以?xún)?nèi)。
在與沒(méi)施加任何偏壓下制造的太陽(yáng)能電池模件相比較中測(cè)試由于短路等造成的缺陷率，作為結(jié)果，可以看出在本例中得出的太陽(yáng)電池模件優(yōu)于上述的太陽(yáng)能電池組件20%以上。
將在本例中得出的以上模件適當(dāng)?shù)亟M合，可以得到一個(gè)電源系統(tǒng)?？梢灾烙纱说贸龅南到y(tǒng)輸出功率約3kw。
膜生成例35在本例中要制造具有圖12(c)所示結(jié)構(gòu)的光生電壓元件，使用與膜生成例34相同的六個(gè)膜生成腔MW-PCVD裝置。
作為襯底腹板201，這里使用由SUS430BA制造的襯底腹板，這與膜生成例14中所使用的襯底腹板相同。
首先，在襯底腹板的表面上敷加一層1.2μm厚的氧化鋅膜作為下部電極1202。
然后，將襯底腹板置于上述的修改的六個(gè)膜生成腔的MW-PCVD裝置中。以與膜生成例31相同的方式，在表21所述的條件下，使用包括隔離罐500a、500和500b的第一單元形成下部單元1211，再以與膜生成例33相同的方式，在表21所示的條件下，使用包括隔離罐500a′、500′、和500b′的第二單元形成上部單元1212。
在由此得出的產(chǎn)物的頂層表面上敷加一層ITO薄膜作為透明電極。
將這樣得到的產(chǎn)物切開(kāi)，以得出多個(gè)樣品，每個(gè)樣品的大小是35cm×70cm。
在每個(gè)樣品作為透明電極1206的ITO膜的表面上敷加一層梳狀的銀膜，作為收集電極1207。
對(duì)于每個(gè)樣品，在AM1.5光(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。其結(jié)果是，每個(gè)模件呈現(xiàn)出光電轉(zhuǎn)換效率大于10.3%。在這些模件之間特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，并測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果是，在光照射500小時(shí)以后所有這些模件的起始的充電轉(zhuǎn)換效率與最后的充電轉(zhuǎn)換效率之間的差別在9%以?xún)?nèi)。
在與沒(méi)施加任何偏壓下制造的太陽(yáng)電池模件的比較中測(cè)試由于短路等造成的缺陷率。其結(jié)果是，可以發(fā)現(xiàn)，在本例中得到的太陽(yáng)電池模件優(yōu)于上述的太陽(yáng)電池模件20%以上。
將在本例中得到的以上模件適當(dāng)?shù)亟M合，可以得出一個(gè)電源系統(tǒng)?？梢园l(fā)現(xiàn)由此得到的系統(tǒng)輸出功率約3kw。
膜生成例36在本例中要制造具有圖12(d)所示結(jié)構(gòu)的三層單元型的光生電壓元件，利用在膜生成例34中所使用的修改的六個(gè)膜生成腔的MW-PCVD裝置，其中，第一隔離罐500a″等同于隔離罐500a、第二隔離罐500a″等同于隔離罐500、第三隔離罐500b″等同于隔離罐500b，上述第一、第二、第三隔離罐附加地設(shè)置在隔離罐500b′與卸荷室502之間，這三個(gè)隔離罐由氣體門(mén)相互連接(圖中未畫(huà)出)。
作為襯底腹板201，這里使用由SUS430BA制作的襯底腹板，這與膜生成例14中使用的襯底腹板相同。
首先，在襯底腹板的表面上敷加一層1.2μm厚的氧化鋅膜作為下部電極1202。
然后，將襯底腹板置于上述修改的九個(gè)膜生成腔的MW-PCVD裝置內(nèi)。以與膜生成例32相同的方式，在表22所示的條件下，利用包括隔離罐500a、500和500b的第一單元形成下部單元1220。以與膜生成例31相同的方式，在表22所示的條件下，利用包括隔離罐400a′、400′和400b′的第二單元形成中部單元1221。然后，以與膜生成例33相同的方式，在表22所示的條件下，利用包括隔離罐400a″、400″和400b″的第三單元形成上部單元1222。
將這樣得出的產(chǎn)物切開(kāi)，可得到多個(gè)樣品，每個(gè)樣品的大小為35cm×70cm。
在每個(gè)樣品的作為透明電極1206的ITO膜的表面上，用以與膜生成例8相同的方式，敷加一層梳狀的銀膜作為收集電極1207。
對(duì)于每個(gè)樣品，在AM1.5光(100mw/cm2)的照射下評(píng)估其光生電壓特性。作為結(jié)果，每個(gè)模件呈現(xiàn)出的光電轉(zhuǎn)換效率大于10.5%。在這些模件之間特性的不均勻性在5%以?xún)?nèi)。
此外，每個(gè)模件用AM1.5光(100mw/cm2)連續(xù)照射500小時(shí)，并且測(cè)試其光電轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果是，在光照射500小時(shí)以后，所有這些模件的起始光電轉(zhuǎn)換效率與最后的光電轉(zhuǎn)換效率之間的差別在8.5%以?xún)?nèi)。
在與沒(méi)施加任何偏壓下制造的太陽(yáng)電池模件相比較中測(cè)試由于短路等原因造成的缺陷率。其結(jié)果是，可以發(fā)現(xiàn)在本例中得出的太陽(yáng)電池模件優(yōu)于上述太陽(yáng)電池模件20%以上。
將在本例中得出的以上這些模件適當(dāng)?shù)亟M合可以得到一個(gè)電源系統(tǒng)。可以發(fā)現(xiàn)，由此得到的系統(tǒng)輸出功率約為3kw。
表1
表2
表2(續(xù))
表5
表7
表10
表11
＊ 在彎曲的結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表12(待續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表12(續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表13(待續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度。
表13(續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表14(待續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表14(續(xù)1)
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度表14(續(xù)2)
＊)彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度
表18
注作為偏壓施加裝置，圖15(b)中所示的一個(gè)被使用。
表19
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩，用以精細(xì)控制要生成的膜的厚度。
表20(待續(xù))
＊)在彎曲的結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜之厚度。
表20(續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜的厚度。
表21(待續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)內(nèi)提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜的厚度表21(續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜之厚度表22(待續(xù))
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜之厚度表22(續(xù)1)
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成膜的厚度表22(續(xù)2)
＊)在彎曲結(jié)構(gòu)中提供一個(gè)襯底罩用以精細(xì)地控制待生成的膜的厚度
權(quán)利要求
1.利用微波等離子CVD過(guò)程連續(xù)地生成大面積的、功能性的淀積膜的方法，所述的方法包括以下步驟使一個(gè)襯底腹板在縱向上連續(xù)地運(yùn)動(dòng)；通過(guò)將上述運(yùn)動(dòng)中的襯底腹板彎曲和突出以形成一個(gè)圓柱狀部分，作為在運(yùn)動(dòng)途中膜生成腔的圓周墻，來(lái)建立一個(gè)基本上封閉的膜生成腔，該腔體具有一個(gè)膜生成空間；由一供氣裝置將生成膜的原料氣體引入到上述的膜生成空間內(nèi)；同時(shí)，利用微波施加器裝置將微波能量輻射到上述的膜生成空間內(nèi)，以在上述的膜生成空間內(nèi)產(chǎn)生微波等離子，借此，在暴露在上述微波等離子中的上述連續(xù)運(yùn)動(dòng)中的圓周墻的內(nèi)表面上連續(xù)地生成一功能性的淀積膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的圓柱狀部分形成是借助于一對(duì)承載傳送輥，上述輪輥之間的在縱向上留有所需寬度的間隙時(shí)，通過(guò)承載地彎曲運(yùn)動(dòng)中的襯底腹板而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的微波施加器裝置至少提供到該膜生成腔的一側(cè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的微波施加器裝置至少提供到該膜生成腔的一側(cè)，以使微波能量在與上述腔的圓周?chē)鷫Φ膬?nèi)表面平行的方向上輻射到上述腔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的微波能量經(jīng)過(guò)固定在該微波施加器裝置上的一個(gè)微波傳輸部件輻射到該膜生成腔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的微波傳輸部件密封地連接到該膜生成腔的至少一側(cè)表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)微波施加器裝置被提供到該膜生成腔兩側(cè)表面的每一個(gè)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的至少兩個(gè)微波施加器裝置通過(guò)上述膜生成腔中的膜生成空間相對(duì)地設(shè)置，以使所述的兩個(gè)微波施加器裝置之中的一個(gè)接收不到另一個(gè)微波施加器裝置輻射出的微波能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的輻射到上述膜生成空間內(nèi)的微波能量可防止從該膜生成腔中泄漏出去。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的膜生成空間從隙縫抽真空。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將要在其上生成膜的襯底腹板是導(dǎo)電性的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的微波施加器裝置含有一矩形波導(dǎo)或一橢圓形波導(dǎo)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的微波施加裝置含有由一矩形波導(dǎo)和一橢圓形波導(dǎo)組成的小組中選定的一個(gè)波導(dǎo)，在所述的微波施加器裝置中至少有一個(gè)微波施加器裝置要被提供到上述膜生成腔兩側(cè)表面之中的每個(gè)表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的至少兩個(gè)微波施加器裝置通過(guò)上述膜生成腔中的膜生成空間相對(duì)地設(shè)置，以使包含一個(gè)微波施加器裝置的波導(dǎo)的主邊或主軸的面不平行于包含另一個(gè)微波施加器裝置的波導(dǎo)的主邊或主軸的面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括控制微波等離子電位的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中控制微波等離子電位的步驟是利用與襯底腹板相隔離的偏壓施加裝置執(zhí)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的偏壓施加裝置放置在上述膜生成空間內(nèi)，以使所述裝置至少一部分與產(chǎn)生的微波等離子相接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中具有直流、交流或脈動(dòng)流的偏壓加到偏壓施加裝置上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的偏壓施加裝置還作為進(jìn)氣裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的偏壓施加裝置包括一個(gè)或多個(gè)偏置棒。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中控制微波等離子電位的步驟是通過(guò)將偏壓加到上述襯底腹板上來(lái)執(zhí)行的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中進(jìn)氣裝置在電氣上接地，并且放置在上述膜生成空間內(nèi)，以使至少部分的上述裝置與產(chǎn)生的微波等離子接觸。
23.適合于連續(xù)地生成大面積的、長(zhǎng)的功能性的淀積膜的一種微波等離子CVD裝置，包括至少一個(gè)基本上密封的圓柱形的膜生成腔，該腔具有一彎曲的圓周墻，該墻是通過(guò)使運(yùn)動(dòng)中的襯底腹板彎曲和突出來(lái)形成的，上述襯底腹板靠一對(duì)滾筒從釋放機(jī)構(gòu)到卷收機(jī)構(gòu)在縱向上運(yùn)動(dòng)，上述一對(duì)滾筒用以承載地將上述襯底腹板彎曲，兩滾筒相互平行地設(shè)置并在縱向上兩滾筒之間留有一個(gè)預(yù)定的間隙;至少一個(gè)微波施加器裝置與上述膜生成腔的兩側(cè)表面之中的至少一個(gè)相連接，它能將微波能量在平行于微波傳輸方向的方向上輻射到上述的膜生成腔中去，并在上述的膜生成腔內(nèi)產(chǎn)生微波等離子;用以使上述膜生成腔內(nèi)抽真空的裝置;用以將生成膜的原料氣體引入到上述膜生成腔內(nèi)的裝置;以及用以加熱或冷卻上述襯底腹板的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，還包括用以將偏壓施加到上述膜生成腔內(nèi)的裝置。的進(jìn)一步發(fā)展，國(guó)際能源署已建議到2005年將火力發(fā)電廠排放的二氧化碳量減少20%。與此相對(duì)照，發(fā)展中國(guó)家的人口將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，因而對(duì)電力的需求還會(huì)增長(zhǎng)。此外，隨著電子設(shè)備的不斷發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家的生活方式會(huì)更加現(xiàn)代化，最終使人均消耗的電力增加。綜上所述，現(xiàn)在供電問(wèn)題已成為一個(gè)需要討論的世界性課題。在這種情況下，公眾的注意力已集中到利用太陽(yáng)能電池發(fā)電的系統(tǒng)上，并且就此做了各種研究，這是因?yàn)樘?yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)具有各種優(yōu)點(diǎn)，它是一種清潔的發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)有上述與放射污染、地球轉(zhuǎn)暖和環(huán)境污染有關(guān)的問(wèn)題;發(fā)電所需的能源陽(yáng)光在地球上到處都有，并且不存在將能源集中的問(wèn)題;發(fā)電設(shè)備容易制造并能獲得相對(duì)高的發(fā)電效率。為了使太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)能提供社會(huì)所需的電量，起碼要求要用的太陽(yáng)能電池具有足夠高的光電轉(zhuǎn)換效率，能顯示太陽(yáng)能電池的特性并能大量生產(chǎn)。為了提供每個(gè)家庭所需的電力，需要能夠輸出3KW的電力的一個(gè)太陽(yáng)能電池。在這種情況下，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率必須達(dá)到10%。這就要求太陽(yáng)能電池的面積為大約30m2。如果要滿(mǎn)足100，000個(gè)家庭的供電需要，就要求太陽(yáng)能電池的面積為3，000，000m2。為此，公眾的注意力已集中到一種非晶硅太陽(yáng)能電池上，這種電池是通過(guò)在一相對(duì)廉價(jià)的襯底上(例如玻璃或金屬板上)引起形成膜的原料氣例如硅烷氣輝光放電而涂一層半導(dǎo)體覆膜，例如非晶硅半導(dǎo)體膜而制備的。它可以大量生產(chǎn)，并能以比單晶硅太陽(yáng)能電池低的價(jià)格供應(yīng)市場(chǎng)。對(duì)這種非晶硅太陽(yáng)能電池，人們已提出了各種建議。在使用太陽(yáng)能電池的發(fā)電系統(tǒng)的情況下，通常使用多個(gè)單元組件串聯(lián)成行來(lái)形成一個(gè)能獲得所需電流或電壓的單元。對(duì)每個(gè)模件來(lái)說(shuō)，要求既沒(méi)有斷路也沒(méi)有旁路。還要求各模件穩(wěn)定輸出一均勻的電壓或電流，為了滿(mǎn)足這些要求，就要保證作為最重要元件的每個(gè)模件的半導(dǎo)體層能具有所要求的均一特性。此外，為了能夠容易地設(shè)計(jì)模件并簡(jiǎn)化將模件組裝成單元的過(guò)程，一定要提供一種大面積的半導(dǎo)體膜，這種膜要具有均勻的厚度和質(zhì)量，并能顯示出均勻的半導(dǎo)體特性。這樣就能大量生產(chǎn)太陽(yáng)能電池并能極大地降低生產(chǎn)成本。在太陽(yáng)能電池中，作為基本構(gòu)成元件的半導(dǎo)體層配接成一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)，如PN結(jié)或PIN結(jié)。這些半導(dǎo)體結(jié)可以通過(guò)層迭具有不同導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層來(lái)獲得，或者通過(guò)在具有同一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體層中的一層等離子體注入或熱擴(kuò)散不同導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜物來(lái)獲得?，F(xiàn)在將就前述非晶硅太陽(yáng)能電池詳細(xì)說(shuō)明這種情況。眾所周知，輝光放電被限制在一種由形成膜用的原料氣體如硅烷氣(SiH4)以及一種能提供例如磷化氫(PH3)或乙硼烷(B2H6)的摻雜物的原料氣體構(gòu)成的氣體混合物中的形成具有所要求導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體膜。當(dāng)用這種方式在一襯底上連續(xù)形成多個(gè)分別具有不同導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體膜時(shí)，這些半導(dǎo)體膜配接成所需的半導(dǎo)體結(jié)。為此，人們已提出各種各樣的方案，在各獨(dú)立的形成膜用的腔中分別形成各半導(dǎo)體膜，將它們層迭在一襯底上，在相互層迭的每對(duì)膜間形成所希望的半導(dǎo)體結(jié)，從而獲得非晶硅太陽(yáng)能電池。例如，美國(guó)專(zhuān)利4，400，409公開(kāi)了一種連續(xù)等離子體
全文摘要
微波等離子CVD方法用以連續(xù)地形成大面積的長(zhǎng)的功能性淀積膜，包括使一襯底腹板從釋放機(jī)構(gòu)到卷收機(jī)構(gòu)在縱向連續(xù)地運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)中將襯底腹板彎曲和突出形成一圓柱形部分作為膜生成腔的圓周墻；將原料氣體由供氣裝置引入到上述膜生成腔內(nèi)；同時(shí)利用微波施加器裝置將微波能量輻射到上述膜生成腔內(nèi)，以在上述的膜生成腔內(nèi)產(chǎn)生微波等離子，借此在暴露在上述微波等離子中的上述連續(xù)運(yùn)動(dòng)的圓周墻的內(nèi)墻表面上形成淀積膜。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1048568SQ9010331
公開(kāi)日1991年1月16日 申請(qǐng)日期1990年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月28日
發(fā)明者松山深照, 狩谷俊光, 藤岡靖, 武井哲也, 中川克巳, 金井正博, 越前裕 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社