專利名稱：通過等離子體cvd方法形成沉積膜的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基底上形成沉積膜的裝置和方法，其中該基底置于真空室內(nèi)，以使它與置于所述真空室內(nèi)的放電能量施加電極相對(duì)，通過在所述基底和所述電極之間產(chǎn)生等離子體而使存在于所述真空室內(nèi)的原材料氣體分解，從而在所述的基底上沉積膜。
作為采用光電元件的一種典型的電子器件，太陽能電池是應(yīng)當(dāng)提及的，它能把太陽光能或別的光能轉(zhuǎn)化為電能。由于太陽能電池具有例如安全、易于控制和可用作一種不會(huì)產(chǎn)生CO2累積就能提供清潔能量的能源等優(yōu)點(diǎn)，最近公眾的注意力已經(jīng)集中到采用太陽能電池的能量產(chǎn)生系統(tǒng)。
另外，已經(jīng)提出能夠用于包括太陽能電池在內(nèi)的電子器件生產(chǎn)的各種非晶體半導(dǎo)體材料。在這些非晶體半導(dǎo)體材料中，注意力已經(jīng)固定在非晶體硅(a-Si)半導(dǎo)體材料上，這是由于這種材料具有這樣的優(yōu)點(diǎn)它們易于形成于一個(gè)大面積的薄膜，相對(duì)于它們的組分來說具有較大的設(shè)計(jì)自由度；從它們的電學(xué)和光學(xué)特性而言，它們?cè)诖蠓秶卸家子诳刂疲?，它們適宜于作為包括太陽能電池在內(nèi)的各種電子器件的成分。特別是，含有這種a-Si半導(dǎo)體材料的膜(以下稱為“a-Si膜”)比含有晶體硅半導(dǎo)體材料的膜(以下稱為“晶體硅膜”)更有利，即a-Si膜對(duì)太陽光能量分布峰值附近的一個(gè)能量值具有比晶體硅膜更大的吸收率，a-Si膜能夠在比形成晶體硅膜的成膜溫度還低的溫度(基底溫度)下形成，而且，通過輝光放電，a-Si膜可以由含硅的原材料中直接在一個(gè)給定的基底上形成。基于這個(gè)理由，已經(jīng)普遍認(rèn)為這種a-Si膜適合于作為一種太陽能電池成分，而且實(shí)際上，它已經(jīng)廣泛地用于太陽能電池的生產(chǎn)中。
現(xiàn)在，對(duì)于已被認(rèn)為是將來能源措施中重要的一部份的太陽能電池來說，在研究和發(fā)展方面亟待降低生產(chǎn)成本且提高性能。為了以理想的低生產(chǎn)成本進(jìn)行太陽能電池的生產(chǎn)，人們的注意力固定在能夠易于形成為薄膜的非晶體硅(a-Si)半導(dǎo)體材料上。迄今為止，已經(jīng)提出各種在性能方面具有較高光電轉(zhuǎn)換效率的a-Si半導(dǎo)體膜。然而，這些a-Si半導(dǎo)體膜在降低生產(chǎn)成本方面仍然是不足的。作為此方面的一個(gè)原因，要提及的一個(gè)問題是它們的成膜速度(沉積速度)很低。例如在通過輝光放電沉積方法生產(chǎn)p-i-n結(jié)型太陽能電池的情形中，它的i-型半導(dǎo)體層通常以0.1到2/秒的較低的沉積速度形成。在此情形中，為了完全形成厚度為4000的這種i-型半導(dǎo)體層，需要花費(fèi)大約30分鐘到2個(gè)小時(shí)這樣一段較長(zhǎng)的時(shí)間。作為一種以高沉積速度形成這樣一種厚度較大的a-Si半導(dǎo)體層的方法，已經(jīng)嘗試在其中采用100％SiH4氣體或100％Si2H6氣體。另外，日本特許公報(bào)No.56850/1993描述了可以通過縮短能量施加電極與能夠用作電極的基底之間的距離來增加沉積膜的沉積速度。
另外，日本特許公開公報(bào)No.232434/1994公開了一種利用卷裝進(jìn)出型成膜裝置大量生產(chǎn)一種光電元件(太陽能電池)的方法。這種卷裝進(jìn)出型成膜裝置包含多個(gè)成膜真空腔，這些真空腔具有通過氣門而相互連通的放電空間，該氣門設(shè)置在每相鄰的成膜真空腔之間，以使一個(gè)成膜真空腔的放電空間中的內(nèi)部氣體與另一個(gè)成膜真空腔的放電空間中的內(nèi)部氣體相隔開，所述多個(gè)成膜真空腔的每一個(gè)都具有一個(gè)從電源延伸出來的放電能量施加電極，從原材料氣體提供系統(tǒng)中延伸出來的一個(gè)原材料氣體引入裝置，與真空泵相連的排氣裝置，其中的片狀基底相繼通過每一個(gè)成膜真空腔和每一個(gè)氣門，基于每個(gè)成膜真空腔而在所述的片狀基底上形成一個(gè)包括非晶體硅材料或其他材料的功能性沉積膜，并且，在其上相繼形成多層功能性沉積膜的所述片狀基底由一個(gè)拉緊裝置拉緊而纏繞在其上。采用這種卷裝進(jìn)出型成膜裝置的方法其光電元件(太陽能電池)的生產(chǎn)率高。
目前，在依靠等離子體CVD使非晶體硅沉積膜形成于置于沉積腔中的基底的情形中，在原材料氣體進(jìn)入沉積室的沉積室區(qū)域附近，所產(chǎn)生的等離子體含有較大量的未分解的原材料氣體，并且因此而可能使在所述的沉積室區(qū)域附近的所述基底上形成的沉積膜變得膜厚度不均勻或具有較差的膜特性。而且，在沉積室被排空的沉積室區(qū)域附近，所產(chǎn)生的等離子體可能變得無序，結(jié)果導(dǎo)致形成于所述基底上的沉積膜會(huì)有所損壞。特別是在使用上述的利用卷裝進(jìn)出型成膜裝置的情形中，在原材料氣體通過原材料引入裝置進(jìn)入該成膜真空腔(放電空間)處的每個(gè)成膜真空腔區(qū)域附近，以及在成膜真空腔通過排氣裝置被排空的每個(gè)成膜真空腔區(qū)域附近，分別在片狀基底上形成的沉積膜也可能具有以上所述的那種缺陷，這種有缺陷的沉積膜導(dǎo)致形成一個(gè)n/i界面和i/p界面，這極大地影響所生產(chǎn)的光電元件(太陽能電池)的性能。
為了避免這種缺陷沉積膜形成于片狀基底，有一種公知的方法就是在每個(gè)成膜真空腔中設(shè)置一個(gè)如圖9所示的開口調(diào)節(jié)元件，以覆蓋成膜真空腔的前述區(qū)域，即這種缺陷沉積膜形成于片狀基底的區(qū)域。
但是，如前所述，在通過縮短能量施加電極與前述的基底之間的間距而試圖增加沉積膜形成于基底(或片狀基底)上的沉積速度的情形中，可能會(huì)使能量施加電極與開口調(diào)節(jié)元件之間的距離變得比能量施加電極與基底之間的距離(b)還小(參見圖9)。
在這種情況下容易產(chǎn)生不利影響，例如在能量施加電極與基底之間的距離很小的部分周圍，就容易在原材料氣體流中發(fā)生象停滯或堆積這樣的紊流，由此阻止薄膜的沉積或/和產(chǎn)生含有聚硅烷粉末的灰塵。
此外，由于該開口調(diào)節(jié)元件還充當(dāng)接地電極，所以，在能量施加電極與開口調(diào)節(jié)元件之間的距離減小的情況下，能量施加電極與基底之間的距離最終的結(jié)果是相應(yīng)地減小，由此，可能使得沉積膜在基底上的沉積速度局部增大。
基于已有技術(shù)中的前述缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種利用等離子體CVD的成膜裝置的改進(jìn)，該裝置包括一個(gè)基本密封的真空腔，它的內(nèi)部能被抽真空；一個(gè)用于將放電能引入所述真空腔的能量施加電極，把所述的能量施加電極設(shè)置成與置于所述真空腔內(nèi)的基底相對(duì)；和一個(gè)用于調(diào)節(jié)位于所述真空腔中的所述基底的成膜面積的開口調(diào)節(jié)元件。這樣，甚至在為了增加在所述基底上形成的所述沉積膜的沉積速度而縮短所述的能量施加電極與所述基底之間的距離時(shí)，也可以穩(wěn)定且連續(xù)地在所述基底上形成高品質(zhì)的沉積膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種采用所述等離子體CVD成膜裝置的成膜方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種這樣的成膜裝置，它包括至少一個(gè)基本密封的真空腔，它的內(nèi)部能被抽真空；一個(gè)用于將放電能引入所述真空腔的能量施加電極；一個(gè)原材料氣體引入部分，原材料氣體通過它引入到所述的真空腔內(nèi)；和一個(gè)排氣部分，所述的真空腔通過它排空，所述的能量施加電極被設(shè)置成與位于所述真空腔內(nèi)的基底相對(duì)，該真空腔中的放電能量通過所述的能量施加電極引入，以在所述的能量施加電極與所述基底之間的放電空間產(chǎn)生等離子體，來分解通過所述原材料氣體引入部分所引入的原材料氣體，從而，在所述基底上形成膜的沉積，其特征在于至少所述的原材料氣體引入部分或所述的排氣部分設(shè)有一個(gè)用于阻擋所述等離子體的開口調(diào)節(jié)元件，而且，所述的開口調(diào)節(jié)元件與所述的能量施加電極之間有一段距離，該距離大于所述的能量施加電極與所述的基底之間的最短距離。
本發(fā)明的又一目的是提供一種采用前面所述的成膜裝置的成膜方法，其中從所述原材料氣體引入部分流向所述排氣部分的所述原材料氣體由在所述能量施加電極與所述基底之間的所述放電空間中產(chǎn)生的所述等離子體分解，從而在所述基底上形成膜的沉積。


圖1是本發(fā)明的一種成膜裝置實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的一種位置排布實(shí)例的橫截面示意圖；圖3是本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的另一種位置排布實(shí)例的橫截面示意圖；圖4是本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的再一種位置排布實(shí)例的橫截面示意圖；圖5還是本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的又一種位置排布實(shí)例的橫截面示意圖；圖6是在以下描述的對(duì)比例1中的基底上形成的沉積膜的厚度分布示意圖，其中所述的厚度分布由等厚線表示；圖7是在以下描述的實(shí)施例1中的基底上形成的沉積膜的厚度分布示意圖，其中所述的厚度分布由等厚線表示；圖8是以下將描述的實(shí)施例1-3中所獲得的沉積膜的沉積速度分布的曲線圖；圖9是在傳統(tǒng)的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的一種位置排布實(shí)例的橫截面示意圖。
本發(fā)明將消除現(xiàn)有技術(shù)中所發(fā)現(xiàn)的上述缺點(diǎn)，并達(dá)到以上所述的目的。
正如前面所述，本發(fā)明包括一種改進(jìn)的成膜裝置和一種采用所述的成膜裝置的成膜方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種典型的成膜裝置的實(shí)施例包括至少一個(gè)內(nèi)部能夠被抽空的基本密封的真空腔；一個(gè)用于把放電能量引入所述真空腔的能量施加電極；一個(gè)用來將原材料氣體引入所述真空腔的原材料氣體引入部分；和一個(gè)用來將所述真空腔抽空的排氣部分，所述的能量施加電極被設(shè)置成與位于所述真空腔內(nèi)的基底相對(duì)，該真空腔中的放電能量通過所述的能量施加電極引入，以在所述的能量施加電極與所述基底之間的放電空間產(chǎn)生等離子體，來分解通過所述原材料氣體引入部分所引入的原材料氣體，從而，在所述基底上形成膜的沉積，其特征在于至少所述的原材料氣體引入部分或所述的排氣部分設(shè)有一個(gè)用于阻擋所述等離子體的開口調(diào)節(jié)元件，而且，所述的開口調(diào)節(jié)元件與所述的能量施加電極之間有一段距離，該距離大于所述的能量施加電極與所述的基底之間的最短距離。
本發(fā)明提供一種采用前面所述的成膜裝置的成膜方法，其特征在于從所述原材料氣體引入部分流向所述排氣部分的所述原材料氣體由所述能量施加電極與所述基底之間的所述放電空間中產(chǎn)生的所述等離子體分解，從而在所述基底上形成膜的沉積。
在本發(fā)明的成膜裝置中，優(yōu)選把位于基底一側(cè)的能量施加電極的側(cè)部的面做成一個(gè)斜面形狀，使得所述能量施加電極的厚度向所述能量施加電極的所述側(cè)部的端部逐漸減小，所述的能量施加電極位于基底的背面(例如參見圖2中的標(biāo)記201)。另外，位于所述能量施加電極一側(cè)的開口調(diào)節(jié)元件的表面優(yōu)選被做成一個(gè)斜面形狀，使得所述開口調(diào)節(jié)元件的厚度向真空腔的開口部逐漸減小，所述的基底在此開口處曝露在該真空腔內(nèi)部(放電空間)，其中，所述的開口調(diào)節(jié)元件的斜面形狀優(yōu)選與前述的能量施加電極的斜面形狀相對(duì)(例如參見圖5中的標(biāo)記501和503)。
在本發(fā)明中，甚至在為了增加所述沉積膜在所述基底上的沉積速度而縮短所述的能量施加電極和與該能量施加電極相對(duì)的所述基底之間的距離時(shí)，由于給開口調(diào)節(jié)元件與能量施加電極間提供了一個(gè)距離，而且，如上所述，該距離大于能量施加電極與基底之間的距離，所以，在原材料氣體流中不會(huì)發(fā)生象停滯或堆積這樣的紊流，而且，也不會(huì)產(chǎn)生含有聚硅烷粉末的灰塵，從而穩(wěn)定且連續(xù)地在所述基底上形成高品質(zhì)的沉積膜。
另外如上所述，在本發(fā)明中，優(yōu)選把位于基底一側(cè)的能量施加電極的側(cè)部的面做成一個(gè)斜面形狀，使得所述能量施加電極的厚度向所述能量施加電極的所述側(cè)部的端部逐漸減小，所述的能量施加電極位于基底的背面。而且，位于所述能量施加電極側(cè)的開口調(diào)節(jié)元件的表面優(yōu)選做成一個(gè)斜面形狀，使得所述開口調(diào)節(jié)元件的厚度向真空腔的開口部逐漸減小，所述的基底在此開口處曝露于接受該真空腔內(nèi)部(放電空間)，其中，所述的開口調(diào)節(jié)元件的斜面形狀最好與前述的能量施加電極的斜面形狀相對(duì)。
通過采用以上所述的這種結(jié)構(gòu)，能量施加電極與基底之間的距離就不大可能有很大的變化。據(jù)此，等離子體在真空腔的放電空間中總是以穩(wěn)定的狀態(tài)產(chǎn)生而不會(huì)無序，分別在位于原材料氣體引入部分附近區(qū)域的基底和在位于排氣部分附近區(qū)域的基底上形成的沉積膜不會(huì)厚度不均。
順便提一下，如上所述，當(dāng)基底作為一個(gè)電極時(shí)，能量施加電極作為它的反向電極。通過采用含有以下電源組中選出的放電能量，可以在真空腔(放電腔)產(chǎn)生直流等離子體、低頻等離子體、高頻等離子體或VHF等離子體，從而，引入到真空腔中的原材料氣體分解，在基底上產(chǎn)生作為半導(dǎo)體膜的功能性沉積膜的沉積，其中所述的電源組中包括通過能量施加電極提供的直流電源、振蕩頻率在5KHz至500KHz以下范圍的低頻電源、振蕩頻率在500KHz至30MHz以下范圍的高頻電源和振蕩頻率在30MHz至約500MHz范圍的VHF電源。
基底可以是由例如玻璃或其它類似的半透明絕緣材料制成的元件或由例如不銹鋼或其它類似的非半透明導(dǎo)電材料制成的元件。另外，基底可以是含有柔性絕緣材料或由不銹鋼或類似材料制成的柔性導(dǎo)電元件的拉伸片狀基底，其中所述的柔性絕緣材料例如在其上形成一層電導(dǎo)薄膜的聚合物膜或類似材料。
在本發(fā)明中，對(duì)于主要為增加在基底上形成沉積膜的沉積速度這一目的，則能量施加電極與基底之間的距離優(yōu)選50mm或更小。對(duì)為產(chǎn)生具有高穩(wěn)定性的等離子體且同時(shí)增加在基底上形成沉積膜的沉積速度這一目的，則能量施加電極與基底之間的距離優(yōu)選大于5mm或更優(yōu)選10mm到30mm的范圍是適宜的。
圖1是一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖，表示一種作為本發(fā)明的成膜裝置實(shí)例的一種電容耦合型成膜裝置的主要部分。
對(duì)于圖1所示的成膜裝置中的開口調(diào)節(jié)元件(111)，采用在圖2-5所示的任何一種成膜裝置中的適當(dāng)開口調(diào)節(jié)元件(203,303,403,503)。
圖1中，為了簡(jiǎn)化的目的，僅示意出一個(gè)真空室(真空腔)。
圖1中，附圖標(biāo)記102表示一種長(zhǎng)方體形狀的真空室(真空腔)，它位于放在真空室102每一側(cè)的相鄰真空室之間，其中真空室102通過氣門103與每個(gè)相鄰的真空室連通，氣門103設(shè)置一個(gè)分離氣體引入管117。通過分離氣體引入管117引入含有例如H2氣或He氣的分離氣體，可以把真空室102中的大氣壓和內(nèi)壓(氣壓)與位于與真空室102相鄰的每個(gè)鄰近的真空室中的相分開。
位于左側(cè)(如圖)的鄰近真空室可以是具有與真空室102相同結(jié)構(gòu)的真空室或從中傳送基底的基底一裝載真空室。同樣，位于右側(cè)(如圖)的鄰近真空室可以是具有與真空室102相同結(jié)構(gòu)的真空室或取走基底的基底一卸載真空室。
附圖標(biāo)記105表示一種長(zhǎng)方體形狀的放電腔，它置于真空室102中。附圖標(biāo)記101表示一個(gè)從位于真空室102左側(cè)(如圖)的鄰近真空室(未示出)傳送來的片狀基底，該基底通過氣門103進(jìn)入真空室102，在此，所述的片狀基底覆蓋放電腔105的頂部開口表面，然后，把所述的片狀基底101從真空室102中移出，經(jīng)過真空室102右側(cè)的氣門103，進(jìn)入位于真空室102右側(cè)(如圖)的鄰近真空室(未示出)。
給放電腔105設(shè)置一個(gè)氣體供給管107，用于將原材料氣體引入該放電腔。所述的氣體供給管107從原材料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(未示出)延伸出來。還為放電腔105設(shè)置了一個(gè)排氣管108，所述的排氣管通過一個(gè)節(jié)流閥(未示出)連接到真空管上(未示出)。所述的排氣管108有一個(gè)開口于放電腔105外的排氣部分110。
附圖標(biāo)記106表示一個(gè)設(shè)置于放電腔105中的能量施加電極，使所述的能量施加電極106與片狀基底101的表面相對(duì)，該網(wǎng)狀電極的表面朝向放電腔105的內(nèi)部空間，當(dāng)所述的片狀基底101充當(dāng)一個(gè)電極時(shí)，所述的能量施加電極106充當(dāng)它的反向電極。
在此，能量施加電極106優(yōu)選具有如圖2中附圖標(biāo)記201、圖3中附圖標(biāo)記301或圖4中附圖標(biāo)記401所示的橫截面圖的形狀，詳細(xì)的描述將在以后對(duì)這些附圖的描述中進(jìn)行。
在這個(gè)實(shí)施例中，能量施加電極106與高頻電源電連接。附圖標(biāo)記109表示一個(gè)設(shè)置于放電腔105中的能量施加電極106后側(cè)的塊狀加熱器。
附圖標(biāo)記113-1表示一種含有一個(gè)燈加熱元件的預(yù)加熱裝置，它如圖1所示位于真空室102中；附圖標(biāo)記113-2表示一種含有一個(gè)燈加熱元件的常規(guī)加熱裝置，它如圖1所示也位于真空室102中；附圖標(biāo)記115-1表示一個(gè)預(yù)加熱裝置113-1的反射器，附圖標(biāo)記115-2表示一個(gè)常規(guī)加熱裝置113-2的反射器，附圖標(biāo)記115表示預(yù)加熱裝置113-1和常規(guī)加熱裝置113-2整體的反射器；附圖標(biāo)記114表示一個(gè)熱電偶。預(yù)加熱裝置113-1用于在片狀基底進(jìn)入放電腔105之前臨時(shí)加熱片狀基底101，常規(guī)加熱裝置113-2用于真正加熱被臨時(shí)加熱過的片狀基底，以使它達(dá)到放電腔105中膜形成所需要的預(yù)定溫度。
附圖標(biāo)記118表示一個(gè)沿著為片狀基底101提供的氣門103的通道而設(shè)置的磁輥。附圖標(biāo)記116表示一個(gè)用于支撐該片狀基底101的支撐輥。附圖標(biāo)記112表示真空室102的蓋。附圖標(biāo)記111表示用于調(diào)節(jié)放電腔105開口的開口調(diào)節(jié)元件。附圖標(biāo)記104表示能量施加電極106的基礎(chǔ)部件。
現(xiàn)在，把片狀基底101傳送到放電腔105中的同時(shí)，通過預(yù)加熱裝置113-1進(jìn)行臨時(shí)加熱，在放電腔105中通過常規(guī)加熱裝置113-2進(jìn)行真正的加熱，并且使之保持在預(yù)定的溫度，同時(shí)通過熱電偶114來調(diào)節(jié)該片狀基底的溫度，打開高頻電源(未示出)，通過能量施加電極106為放電腔105提供含有高頻能量的放電能，以使在放電腔中已有的原材料氣體中產(chǎn)生輝光放電，在該放電腔中產(chǎn)生等離子體使得原材料氣體分解，從而，在面向放電腔105內(nèi)部空間(放電空間)設(shè)置的片狀基底101表面形成適宜的功能性沉積膜(一種適宜的半導(dǎo)體膜)。特別是，在這種情況下，從原材料氣體供應(yīng)系統(tǒng)(未示出)提供的所述原材料氣體通過氣體供給管107引入放電腔105，原材料氣體通過塊狀加熱器109在此被加熱。同時(shí)，原材料氣體以與片狀基底101傳送方向平行的方向流動(dòng)之后，在能量施加電極106上流過，然后，原材料氣體通過排氣管108排出放電腔105外，然后排出放電室102外，其中，通過分離氣體引入管117引入氣門103并流入放電腔105的的部分分離氣體以及引入放電腔105的部分原材料氣體通過設(shè)置在排氣管108的排氣口110排出。
以下，將參考附圖描述本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底之間的相互位置關(guān)系。
圖2是表示一種本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底之間的位置關(guān)系實(shí)例的橫截面示意圖；圖3是表示另一種本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底之間的位置關(guān)系實(shí)例的橫截面示意圖；圖4是表示又一種本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底之間的位置關(guān)系實(shí)例的橫截面示意圖；圖5表示再一種本發(fā)明的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底之間的位置關(guān)系實(shí)例的橫截面示意圖。
在圖2-5中，附圖標(biāo)記101表示基底(相應(yīng)于圖1中的片狀基底101)，附圖標(biāo)記105表示放電腔(相應(yīng)于圖1中的放電腔105)，附圖標(biāo)記107表示氣體供給管(相應(yīng)于圖1中的氣體供給管107)，附圖標(biāo)記108表示排氣管(相應(yīng)于圖1中的排氣管108)，附圖標(biāo)記202表示電源。
圖2中，附圖標(biāo)記201表示能量施加電極(相應(yīng)于圖1中的能量施加電極106)，它與電源202電連接，附圖標(biāo)記203表示開口調(diào)節(jié)元件(相應(yīng)于圖1中的開口調(diào)節(jié)元件111)。如圖2所示，能量施加電極201具有這樣的形狀，它位于基底任何一側(cè)端部的基底側(cè)上的表面具有斜面形狀204(它形成一個(gè)斜面)，所述的斜面形狀是從基底側(cè)向下傾斜，使得能量施加電極的厚度從基底側(cè)向下逐漸減小。另外，如圖2所示，設(shè)置兩個(gè)開口調(diào)節(jié)元件203，一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載入口處，從而從上面覆蓋放電腔的原材料氣體引入部分，在此氣體供給管107打開以把原材料氣體引入放電腔，另一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載出口處，從而從上面覆蓋放電腔的排氣部分，在此排氣管108打開以排空放電腔內(nèi)部。
圖2中，“a”和“c”的每個(gè)表示能量施加電極201與開口調(diào)節(jié)元件203之間的最短距離，“b”表示基底101和與基底101的表面相對(duì)的能量施加電極201的水平面之間的距離(平均距離)。
圖3中，附圖標(biāo)記301表示能量施加電極(相應(yīng)于圖1中的能量施加電極106)，它與電源202電連接，附圖標(biāo)記303表示開口調(diào)節(jié)元件(相應(yīng)于圖1中的開口調(diào)節(jié)元件111)。如圖3所示，能量施加電極301具有這樣的形狀，它位于基底任何一側(cè)端部的基底側(cè)上的表面具有階梯狀傾斜形狀304(它形成一個(gè)階梯狀斜面)，所述的階梯狀傾斜形狀是從基底側(cè)向下階梯式傾斜，使得能量施加電極的厚度從基底側(cè)向下階梯式減小。另外，如圖3所示，設(shè)置兩個(gè)開口調(diào)節(jié)元件303，一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載入口處，從而從上面覆蓋放電腔的原材料氣體引入部分，在此氣體供給管107打開以把原材料氣體引入放電腔，另一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載出口處，從而從上面覆蓋放電腔的排氣部分，在此排氣管108打開以排空放電腔內(nèi)部。
圖3中，“a”和“c”的每個(gè)表示能量施加電極301與開口調(diào)節(jié)元件303之間的最短距離，“b”表示基底101和與基底101的表面相對(duì)的能量施加電極301的水平面之間的距離(平均距離)。
圖4中，附圖標(biāo)記401表示能量施加電極(相應(yīng)于圖1中的能量施加電極106)，它與電源202電連接，附圖標(biāo)記403表示開口調(diào)節(jié)元件(相應(yīng)于圖1中的開口調(diào)節(jié)元件111)。如圖4所示，能量施加電極401具有這樣的形狀，它位于基底任何一側(cè)端部的基底側(cè)上的表面具有彎曲傾斜形狀404(它形成一個(gè)彎曲斜面)，所述的彎曲傾斜形狀是從基底側(cè)向下彎曲式傾斜，使得它相對(duì)于開口調(diào)節(jié)元件的最短距離總是一個(gè)常數(shù)。另外，如圖4所示，設(shè)置兩個(gè)開口調(diào)節(jié)元件403，一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載入口處，從而從上面覆蓋放電腔的原材料氣體引入部分，在此氣體供給管107打開以把原材料氣體引入放電腔，另一個(gè)設(shè)于放電腔105的基底裝載出口處，從而從上面覆蓋放電腔的排氣部分，在此排氣管108打開以排空放電腔內(nèi)部。
圖4中，“a”和“c”的每個(gè)表示能量施加電極401與開口調(diào)節(jié)元件403之間的最短距離，“b”表示基底101和與基底101的表面相對(duì)的能量施加電極401的水平面之間的距離(平均距離)。
本發(fā)明中的能量施加電極最好含有如圖2-4所示的任一種結(jié)構(gòu)的能量施加電極。
只要能覆蓋真空腔(放電腔)的上述原材料氣體引入部分或上述的排氣部分，開口調(diào)節(jié)元件(203,303,403)可以做成一種適宜的形狀，例如開口調(diào)節(jié)元件可以是具有如圖5所示的斜面的形狀，其中所示的開口調(diào)節(jié)元件503具有一個(gè)與能量施加電極501(它與圖2中的能量施加電極201相同)的斜面504相對(duì)的斜面505。
圖5中，“a”和“c”的每個(gè)表示能量施加電極501與開口調(diào)節(jié)元件503之間的最短距離，“b”表示基底101和與基底101的表面相對(duì)的能量施加電極501的水平面之間的距離(平均距離)。
在圖2-5中所示的任何一種實(shí)施例中，能量施加電極(201,301,401,501)與開口調(diào)節(jié)元件(203,303,403,503)之間總保持一個(gè)恒定距離(a,c)[它們之間的最短距離(a,c)]，因此，在膜形成過程中原材料氣體流不會(huì)變得無序。而且，能量施加電極(201,301,401,501)與基底(101)之間總保持恒定距離(b)[它們之間的平均距離(b)]，因而，在放電腔(105)中產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的均勻等離子體，而不會(huì)變得無序。據(jù)此，可以在基底上形成高質(zhì)量的沉積膜。
另外，圖9是一個(gè)橫截面示意圖，它表示在傳統(tǒng)的成膜裝置中能量施加電極、開口調(diào)節(jié)元件和基底的位置關(guān)系的一種實(shí)例。圖9中，附圖標(biāo)記101表示基底(相應(yīng)于圖1中的片狀基底101)，附圖標(biāo)記105表示放電腔(相應(yīng)于圖1中的放電腔102)，附圖標(biāo)記107表示氣體供給管(相應(yīng)于圖1中的氣體供給管107)，附圖標(biāo)記108表示排氣管(相應(yīng)于圖1中的排氣管108)，附圖標(biāo)記901表示能量施加電極，它與電源202電連接，附圖標(biāo)記903表示開口調(diào)節(jié)元件，能量施加電極901做成如圖9所示的沒有傾斜部分的板狀。
以下，將參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更為詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)知道，這些實(shí)施例僅用于舉例而不用于限定本發(fā)明的范圍。
在以下的每個(gè)實(shí)施例中，利用圖1所示的成膜裝置，采用以上所述的任一種位置排布，進(jìn)行膜的形成。
實(shí)施例1在這個(gè)實(shí)施例中，在圖1所示的成膜裝置中采用圖2所示的位置排布。如圖2所示的位置排布，使得每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件203與能量施加電極201之間的距離(a,c)變得大于能量施加電極201與基底101之間的距離(b)。能量施加電極201包括圖2所示結(jié)構(gòu)的能量施加電極，它與基底相對(duì)的表面在原材料氣體引入部分一側(cè)(氣體供給管107側(cè))具有一個(gè)斜面部分204，并在排氣部分(排氣管108側(cè))具有斜面部分204。
前述的能量施加電極采用圖1所示的成膜裝置中的能量施加電極。根據(jù)采用圖1所示的成膜裝置的上述成膜工藝形成膜。特別是，含有SiH4氣和H2氣的混合氣體通過氣體供給管107流入放電腔105，具有13.56MHz頻率的高頻能通過能量施加電極201引入放電腔，產(chǎn)生等離子體，從而在片狀基底101上非晶體硅膜的形成持續(xù)5分鐘。在這個(gè)實(shí)施方式中，為了使在片狀基底上形成的所述非晶體硅膜具有高沉積速度，使能量施加電極201與基底101之間的距離(b)[參見圖2]為20mm。
在這個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于如圖1所示的成膜裝置中的能量施加電極106，可以采用圖3所示形狀的能量施加電極，它與基底101相對(duì)的表面在原材料氣體引入側(cè)(氣體供給管107側(cè))具有階梯狀斜面部分304，并在排氣部分側(cè)(排氣管108側(cè))具有階梯狀斜面部分304。
對(duì)比例1對(duì)于圖1所示的成膜裝置中的能量施加電極106采用圖9所示形狀的能量施加電極901，它與基底101相對(duì)的表面在原材料氣體引入側(cè)(氣體供給管107側(cè))和在排氣部分側(cè)(排氣管108側(cè))不具有斜面部分，從而在所述的片狀基底101上形成非晶體硅膜，除此之外，重復(fù)實(shí)施例1的過程。
評(píng)價(jià)對(duì)于對(duì)比例1中所獲得的非晶體硅膜，用傳統(tǒng)的方式來檢測(cè)其厚度分布。圖6是一個(gè)表示所檢測(cè)到的該非晶體硅膜厚度分布的示意圖，其中的厚度分布用等厚線表示。
同樣，檢測(cè)實(shí)施例1中所獲得的非晶體硅膜的厚度分布。圖7是一個(gè)表示所檢測(cè)到的該非晶體硅膜厚度分布的示意圖，其中的厚度分布用等厚線表示。
如圖6所示，在對(duì)比例1中可以發(fā)現(xiàn)在位于原材料氣體引入部分附近區(qū)域的基底的表面部分和位于排氣部分附近區(qū)域的基底的表面部分上，沉積的不是膜，而是聚硅烷粉末601(灰塵)，而且，在所述基底的其它表面部分形成的膜產(chǎn)生嚴(yán)重的厚度不均勻分布。基于此種情況的這個(gè)理由，可以考慮到由于能量施加電極901與基底101之間的窄距離(b)[參見圖9]和能量施加電極901與開口調(diào)節(jié)元件903之間的距離變得太窄，其結(jié)果是使得原材料氣體流和所產(chǎn)生的等離子體變得無序，并產(chǎn)生聚硅烷粉末。
另一方面，如圖7所示，在實(shí)施例1中，可以發(fā)現(xiàn)在位于原材料氣體引入部分附近區(qū)域的基底的表面部分和位于排氣部分附近區(qū)域的基底的表面部分上，沉積的是令人滿意的膜，而不會(huì)沉積聚硅烷粉末，且在基底的其它表面部分形成的膜不會(huì)產(chǎn)生令人不滿意的不均勻的厚度分布。
實(shí)施例2在這個(gè)實(shí)施例中，在圖1所示的成膜裝置中采用圖4所示的位置排布。如圖4所示的位置排布，使得每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件403與能量施加電極401之間的距離(a,c)變得基本上與能量施加電極401與基底101之間的距離(b)相等。能量施加電極401包括圖4所示形狀的能量施加電極，它與基底相對(duì)的表面在原材料氣體引入部分一側(cè)(氣體供給管107側(cè))具有一個(gè)彎曲的斜面部分404，在排氣部分(排氣管108側(cè))具有彎曲斜面部分404。
前述的能量施加電極采用圖1所示的成膜裝置中的能量施加電極106。根據(jù)采用圖1所示的成膜裝置的上述成膜工藝形成膜。特別是，含有SiH4氣和H2氣的混合氣體通過氣體供給管107流入放電腔105，具有13.56MHz頻率的高頻能通過能量施加電極401引入放電腔，產(chǎn)生等離子體，從而在片狀基底101上非晶體硅膜的形成持續(xù)5分鐘。在這個(gè)實(shí)施方式中，為了使在片狀基底上形成的所述非晶體硅膜具有高沉積速度，使能量施加電極401與基底101之間的距離(b)[參見圖4]為20mm。
評(píng)價(jià)1．在這個(gè)實(shí)施例中，不產(chǎn)生聚硅烷粉末，而且可以發(fā)現(xiàn)在該實(shí)施例中所得到的非晶體硅膜具有如圖7所示的厚度分布，它不具有令人不滿意的不均勻的厚度分布。
2．檢測(cè)實(shí)施例1中所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布，也檢測(cè)實(shí)施例2(此實(shí)施例)中所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布，檢測(cè)結(jié)果以曲線方式示于圖8中，其中同時(shí)示出了以下將要描述的實(shí)施例3所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布。
對(duì)比實(shí)施例2和實(shí)施例1的沉積速度可以看出在位于原材料氣體引入部分附近區(qū)域和位于排氣部分附近區(qū)域，實(shí)施例2的沉積速度稍有增加，但不是被突然改變的。對(duì)于這種情況的原因，認(rèn)為這是由每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件403與能量施加電極401之間的距離(a,c)與能量施加電極401與基底101之間的距離(b)相等而引起的，減小了所產(chǎn)生等離子體的無序狀態(tài)。
實(shí)施例3在這個(gè)實(shí)施例中，在圖1所示的成膜裝置中采用圖5所示的位置排布。如圖5所示的位置排布，使得每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件503與能量施加電極501之間的距離(a,c)基本上與能量施加電極501與基底101之間的距離(b)相等。能量施加電極501包括圖5所示形狀的能量施加電極，它與基底相對(duì)的表面在原材料氣體引入部分一側(cè)(氣體供給管107側(cè))具有一個(gè)斜面部分504，在排氣部分(排氣管108側(cè))具有斜面部分504，而且，每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件503包括由一個(gè)具有圖5所示形狀的開口調(diào)節(jié)元件，它具有一個(gè)與所述的能量施加電極的斜面部分504相對(duì)的斜面505。
前述的能量施加電極501采用圖1所示的成膜裝置中的能量施加電極106，而且，在圖1所示的成膜裝置中的兩個(gè)開口調(diào)節(jié)元件的每一個(gè)都采用前述的開口調(diào)節(jié)元件503。
根據(jù)采用圖1所示的成膜裝置的上述成膜工藝形成膜。特別是，含有SiH4氣和H2氣的混合氣體通過氣體供給管107流入放電腔105，具有13.56MHz頻率的高頻能通過能量施加電極501引入放電腔，產(chǎn)生等離子體，從而在片狀基底101上非晶體硅膜的形成持續(xù)5分鐘。在這個(gè)實(shí)施方式中，為了使在片狀基底上形成的所述非晶體硅膜具有高沉積速度，使能量施加電極501與基底101之間的距離(b)[參見圖5]為20mm。
評(píng)價(jià)1．在這個(gè)實(shí)施例中，不產(chǎn)生聚硅烷粉末，而且可以發(fā)現(xiàn)在該實(shí)施例中所得到的非晶體硅膜具有如圖7所示的厚度分布，它不具有令人不滿意的不均勻的厚度分布。
2．檢測(cè)實(shí)施例3(此實(shí)施例)中所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布，其檢測(cè)結(jié)果以曲線方式示于圖8中，其中同時(shí)示出了實(shí)施例1所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布和實(shí)施例2所得到的非晶體硅膜的沉積速度分布。
對(duì)比實(shí)施例3和實(shí)施例1或2的沉積速度可以看出在位于原材料氣體引入部分附近區(qū)域和位于排氣部分附近區(qū)域，實(shí)施例3的沉積速度增大，但不是被突然改變的。對(duì)于這種情況的原因，認(rèn)為這是由每個(gè)開口調(diào)節(jié)元件503與能量施加電極501之間的距離(a,c)與能量施加電極501與基底101之間的距離(b)相等而引起的，減小了所產(chǎn)生等離子體的無序狀態(tài)，也減少了原材料氣體流的無序狀態(tài)。
如上所述，本發(fā)明在于一種成膜裝置的改進(jìn)，它包括一個(gè)基本上密封的真空腔，其內(nèi)部能夠被抽真空；一個(gè)能量施加電極，用于將放電能引入所述的真空腔；一個(gè)原材料氣體引入部分，通過它可以把原材料氣體引入所述的真空腔；一個(gè)排氣部分，通過它將所述的真空腔排空；和一個(gè)開口調(diào)節(jié)元件，用于阻擋所述的原材料氣體引入部分或所述排氣部分，所述的能量施加電極放在位于所述真空腔中的基底的相對(duì)位置，其中，通過所述的能量施加電極引入放電能，在所述的能量施加電極與所述基底之間的放電空間產(chǎn)生等離子體，來分解通過原材料氣體引入部分引入的原材料氣體，從而在所述的基底上形成膜的沉積，其中位于所述開口調(diào)節(jié)元件附近的所述能量施加電極的一側(cè)端部被做成斜面或階梯狀或其它形狀，并把所述開口調(diào)節(jié)元件做成具有斜面或類似形狀的表面，該面與所述能量施加電極的所述側(cè)端部相對(duì)，從而使所述能量施加電極與所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離(a,c)基本相等或大于所述能量施加電極與所述基底之間的距離(b)。通過這種結(jié)構(gòu)，即使為了增加在基底上形成沉積膜的沉積速度而使所述的能量施加電極與所述基底之間的距離變窄時(shí)，真空腔中的原材料氣體流也不會(huì)變得無序，而且，真空腔中所產(chǎn)生的等離子體也不會(huì)無序。特別是，在能量施加電極與開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離(a,c)基本上與能量施加電極與基底之間的距離(b)相等的結(jié)構(gòu)中(參見實(shí)施例2)，盡管能量施加電極的形狀有些復(fù)雜，但是真空腔中所產(chǎn)生的等離子體的無序狀態(tài)被大為減小，結(jié)果是可以在更大的面積上獲得均勻的沉積速度分布。并且，采用如下的結(jié)構(gòu)，即在位于開口調(diào)節(jié)元件附近的能量施加電極的一側(cè)端部具有一種斜面，開口調(diào)節(jié)元件具有與所述能量施加電極的傾斜側(cè)端部相對(duì)的一種傾斜狀表面，而且，能量施加電極與開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離(a,c)與能量施加電極與基底之間的距離(b)基本上相等(參見實(shí)施例3)，不僅極大地減小真空腔中所產(chǎn)生的等離子體的無序狀態(tài)，而且得到平穩(wěn)的原材料氣體氣流而不出現(xiàn)無序狀態(tài)，其結(jié)果是可以在更大的區(qū)域獲得更為均勻的沉積速度分布。據(jù)此，可以在適宜的基底上穩(wěn)定而連續(xù)地形成作為半導(dǎo)體膜的高質(zhì)量功能性膜。這使得以一個(gè)合理的生產(chǎn)成本大量生產(chǎn)例如太陽能電池的薄膜半導(dǎo)體器件成為可能。
另外，在以上所述的每個(gè)實(shí)施例中，采用的是卷裝進(jìn)出型成膜裝置的情況進(jìn)行描述的，但是，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也可以用于批量型成膜裝置中。
權(quán)利要求
1.一種成膜裝置，包括一個(gè)基本上密封的真空腔，其內(nèi)部能夠被抽真空；一個(gè)具有適宜厚度的能量施加電極，用于將放電能引入所述的真空腔；一個(gè)原材料氣體引入部分，通過它可以把原材料氣體引入所述的真空腔；和一個(gè)排氣部分，通過它將所述的真空腔排空；所述的能量施加電極被設(shè)置成與所述真空腔中的基底相對(duì)；其中通過所述的能量施加電極引入放電能，在所述的能量施加電極與所述基底之間的放電空間產(chǎn)生等離子體，以分解通過原材料氣體引入部分引入的原材料氣體，從而在所述的基底上形成膜的沉積，其特征在于至少所述的原材料氣體引入部分或所述的排氣部分設(shè)有一個(gè)厚度適宜的用于阻擋所述等離子體的開口調(diào)節(jié)元件，而且使所述的能量施加電極與所述的開口調(diào)節(jié)元件放置的位置滿足a或c≥b的等式，其中，a是所述能量施加電極與在所述原材料氣體引入部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離，c是所述能量施加電極與在所述排氣部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離，b是所述基底和與所述基底表面相對(duì)的所述能量施加電極的水平面之間的平均距離。
2.如權(quán)利要求1所述的成膜裝置，其中位于所述基底側(cè)的所述能量施加電極的一個(gè)側(cè)端部分的面具有一個(gè)傾斜的形狀，使得所述的能量施加電極的厚度向所述能量施加電極的所述側(cè)部的下端部減小。
3.如權(quán)利要求2所述的成膜裝置，其中位于所述能量施加電極側(cè)的所述開口調(diào)節(jié)元件的一個(gè)表面具有一個(gè)傾斜的形狀，使得所述的開口調(diào)節(jié)元件的厚度向所述真空腔的開口部逐漸減小，所述的基底在所述真空腔的開口部曝露于所述真空腔內(nèi)部。
4.一種成膜方法，它采用的成膜裝置包括一個(gè)基本上密封的真空腔，其內(nèi)部能夠被抽真空；一個(gè)具有適宜厚度的能量施加電極，用于將放電能引入所述的真空腔；一個(gè)原材料氣體引入部分，通過它可以把原材料氣體引入所述的真空腔；和一個(gè)排氣部分，通過它將所述的真空腔排空，其中一個(gè)基底位于所述的真空腔中，通過所述的能量施加電極引入放電能，在所述的能量施加電極與所述基底之間的放電空間產(chǎn)生等離子體，以分解通過原材料氣體引入部分引入的原材料氣體，從而在所述的基底上形成膜的沉積，其特征在于至少所述的原材料氣體引入部分或所述的排氣部分設(shè)有一個(gè)厚度適宜的用于阻擋所述等離子體的開口調(diào)節(jié)元件，而且使所述的能量施加電極與所述的開口調(diào)節(jié)元件放置的位置滿足a或c≥b的等式，其中，a是所述能量施加電極與在所述原材料氣體引入部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離，c是所述能量施加電極與在所述排氣部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離，b是所述基底和與所述基底表面相對(duì)的所述能量施加電極的水平面之間的平均距離。
5.如權(quán)利要求4所述的成膜方法，其中位于所述基底側(cè)的所述能量施加電極的一個(gè)側(cè)端部分的面具有一個(gè)傾斜的形狀，使得所述的能量施加電極的厚度向所述能量施加電極的所述側(cè)部的下端部減小。
6.如權(quán)利要求5所述的成膜方法，其中位于所述能量施加電極側(cè)的所述開口調(diào)節(jié)元件的一個(gè)表面具有一個(gè)傾斜的形狀，使得所述的開口調(diào)節(jié)元件的厚度向所述真空腔的開口部逐漸減小，所述的基底在所述真空腔的開口部曝露于所述真空腔內(nèi)部。
全文摘要
一種成膜裝置,包括一個(gè)真空腔,一個(gè)能量施加電極,一個(gè)通過它可以把原材料氣體引入所述真空腔的原材料氣體引入部分,和一個(gè)通過它將所述的真空腔排空的排氣部分,所述的能量施加電極被設(shè)置成與所述真空腔中的用于成膜的基底相對(duì),其特征在于至少所述的原材料氣體引入部分或所述的排氣部分設(shè)有一個(gè)厚度適宜的用于阻擋所述等離子體的開口調(diào)節(jié)元件,而且使所述的能量施加電極與所述的開口調(diào)節(jié)元件放置的位置滿足a或c≥b的等式,其中,a是所述能量施加電極與在所述原材料氣體引入部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離,c是所述能量施加電極與在所述排氣部分處設(shè)置的所述開口調(diào)節(jié)元件之間的最短距離,b是所述基底和與所述基底表面相對(duì)的所述能量施加電極的水平面之間的平均距離。一種采用所述成膜裝置的成膜方法。
文檔編號(hào)C23C16/54GK1315587SQ01111320
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2001年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
發(fā)明者矢島孝博, 金井正博, 幸田勇藏, 宍戶健志 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社