專利名稱:輝光放電分解裝置的制作方法
本發(fā)明涉及到一種輝光放電分解裝置，和用在這種輝光放電分解裝置中的一種半導(dǎo)體薄膜的制備。
在一種傳統(tǒng)的輝光放電分解裝置中，在標(biāo)號3表示的接地電極上，水平地設(shè)置一塊基片4，其中，射頻(RF)電極1，加熱器5，以及其他部件都以圖1所示的方式設(shè)置。標(biāo)號10表示一個進(jìn)氣孔，氣體從中進(jìn)入腔內(nèi)。標(biāo)號11表示一個抽氣孔，通過這個抽氣孔，可用抽氣機(jī)將氣體抽出。在這樣的裝置中，可以把一種半導(dǎo)體薄膜大面積地淀積到一塊基片上，但是，在射頻電極的背面，會產(chǎn)生附加放電。為了避免這種在背面的放電，必須象圖1所示的那樣，設(shè)置一個遮屏7，但是這樣的遮屏?xí)?dǎo)致不穩(wěn)定性的輝光放電。
圖2所示的裝置是用來進(jìn)行雙面淀積的，它不需要遮屏。在這種裝置中，在接地電極31和32上，垂直地設(shè)置了基片41和42，由標(biāo)號1所表示的射頻電極處在這些接地電極的中間。在射頻電極(以下亦稱之為RF電極)1的兩側(cè)都發(fā)生輝光放電。如果需要的話，可用加熱器51和52對基片41和42進(jìn)行加熱。在這樣的裝置中，盡管設(shè)置了兩塊基片，也只能設(shè)置一個RF電極1，一個射頻電源(以下亦稱之為RF電源)9和一個匹配電路8。然而，這種裝置表現(xiàn)出了一定的缺陷。其中，當(dāng)要求兩側(cè)具有彼此相差較大的淀積速率時，無法對基片上的淀積速率進(jìn)行獨立的控制。
為了對加在各個RF電極上的功率進(jìn)行控制，可以設(shè)計出如圖3所示的裝置，在這種裝置中，在腔的中部設(shè)置了兩塊基片，兩個RF電極11和12分別對著它們，并設(shè)置了兩個獨立的RF電源91和92，以及匹配電路81和82。通過對每個電輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了對放電的分別控制，從而實現(xiàn)了對淀積速率的控制。然而，在向各個電極提供射頻能量的RF電源之間，可能會出現(xiàn)干擾。此外，由于需要兩個RF電源和兩個匹配電路，因此，上面所公開的裝置是很復(fù)雜的，因而需要過高的費(fèi)用，并且受到了某些限制。
本發(fā)明的一個目的，就是要提供一種輝光放電分解裝置，這種輝光放電分解裝置帶有一個RF電源和一個匹配電路，通過對加在各個電極上的射頻功率進(jìn)行分別控制，這種輝光放電分解裝置在各個基片上可以給出不同或是相同的淀積速率。
上述問題的解決，是通過提供一種輝光放電分解裝置，這種輝光放電分解裝置包括RF電源、匹配電路和包含至少一個電元件的控制電路。對匹配電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，以使之從RF電源接收射頻能量;對控制電路進(jìn)行適當(dāng)連接，以使之從匹配電路接收射頻能量。對該控制電路的輸出端進(jìn)行適當(dāng)連接，以向RF電極供應(yīng)射頻能量。
通過控制各個RF電極上的等離子體，可以在這種輝光放電分解裝置中，在各個基片上，以不同或相同的速率，進(jìn)行薄膜淀積。這種控制是通過調(diào)節(jié)控制電路來進(jìn)行的。該控制電路向各個RF電極提供射頻能量。
采用本發(fā)明的輝光放電分解裝置，可以借助一個RF電源，一個匹配電路和一個控制電路，在各個基片上以不同或相同的速率，進(jìn)行薄膜淀積。
圖1是水平設(shè)置的輝光放電分解裝置的示意圖，這種輝光放電分解裝置是用于單面淀積的;
圖2是傳統(tǒng)的雙基片型輝光放電分解裝置的示意圖，該裝置用于進(jìn)行雙面淀積;
圖3是包括兩個獨立射頻系統(tǒng)的輝光放電分解裝置的示意圖;
圖4是本發(fā)明的輝光放電分解裝置的一種實施例的示意圖;
圖5、6、7和8分別是控制電路的示意圖;
圖9是射頻導(dǎo)電盤的電元件的示意圖;
圖10是匹配電路的示意圖;
圖11和12是包含多套RF電極、基片、和加熱器的裝置設(shè)置的說明圖。
現(xiàn)在結(jié)合圖4來說明本發(fā)明的裝置。在圖4中，標(biāo)號11和12所表示的RF電極是并聯(lián)設(shè)置的，并借助絕緣器2而彼此絕緣。包含可變電容61和固定電容62的控制電路在反應(yīng)腔外同RF電極11和12相連。RF電源9產(chǎn)生出射頻能量，該射頻能量通過匹配電路8被分成兩部分，從而將分解后的射頻能量分別加到RF電極11和12上。在RF電極11和12上方，與這些RF電極平行地設(shè)置了接地電極31和32?；?1和42分別設(shè)置在接地電極31和32上。由標(biāo)號51和52表示的加熱器可以被用來對基片41和42進(jìn)行加熱。就RF電極11和12來說，絕緣器2可以用其他部件所代替，只要該部件能夠固定這些電極之彼此絕緣。
在圖4所示的實施例當(dāng)中，通過調(diào)節(jié)分別與RF電極相連的電容，對淀積速率進(jìn)行了分別控制。
作為例子，調(diào)節(jié)電容的方法可以是，在試驗淀積之后檢查薄膜厚度的方法，用目測來檢測輝光放電強(qiáng)度的方法，用光發(fā)射頻譜學(xué)(Optical Emission Spectroscopy，簡稱OES)檢測輝光放電強(qiáng)度的方法等等。在最后一種情況下，調(diào)節(jié)是通過手動操作或者自動操作來進(jìn)行的。自動控制操作是借助同檢測器和伺服電機(jī)結(jié)合在一起的自動機(jī)械裝置來進(jìn)行的。在這些方法中，采取自動機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)是最可取的方法。
控制電路包括電元件，如圖4中的串聯(lián)電容，同RF電極串聯(lián)，或是并聯(lián)接地的一對電容或電感。圖5、6、7和8是這些電路連接的說明圖。還可以設(shè)計出其他的電元件組合。例如，只有一個元件連接到一個RF電極上，而另一個RF電極則直接接到匹配電路的支路上。
總之，能夠?qū)Π娫目刂齐娐愤M(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制來自匹配電路的射頻功率，并將這些射頻能量加到RF電極上。
作為例子，本發(fā)明中的電感器可以是螺線圈，或是射頻導(dǎo)電盤，該射頻導(dǎo)電盤具有與其所取形狀相對應(yīng)的電感。圖9顯示的是后一種情況，其中電感器是一對射頻導(dǎo)電銅盤。依照盤的形狀和長度，其電感值可以在一定范圍內(nèi)變化。
當(dāng)對電容或電感進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使等離子體強(qiáng)度發(fā)生變化或相等時，整個電路的電參量也發(fā)生變化。因此，必須在所使用的射頻功率條件下，對匹配電路再次進(jìn)行調(diào)節(jié)，在大多數(shù)情況下，匹配電路包含有可變電容。圖10顯示了一種典型匹配電路的說明圖。
盡管在本公開中所作的說明，還可以對“匹配電路”進(jìn)行這樣的定義，從而使之既包含上述的匹配電路，又包含上述的控制電路。
對受到絕緣器2絕緣的RF電極11和12之間的距離，進(jìn)行適當(dāng)選擇，以使之達(dá)到最優(yōu)化。例如，在通常的情況下，可以將其選定在1至200毫米(mm)之間。從等離子體的穩(wěn)定性和均勻性的角度改慮，RF電極同基片之間的距離可取為5至50毫米(mm)，最好是在10至30毫米(mm)之間。
RF電極的面積最好不大于1平方米(m2)。當(dāng)需要更大面積時，可以采用多個RF電極，這些電極的每一個的面積都限制在1平方米(m2)之內(nèi)。在圖11中，顯示出了這種RF電極裝置。利用這樣的裝置可以進(jìn)行大面積的淀積，其中的各個RF電極在電路上都是串聯(lián)的。如同前面描述中所指出的，在以圖1至12所顯示的方式安置的平行盤式電極中，每個RF電極的面積都限制在1平方米(m2)之內(nèi)。
這個裝置可以包含基片運(yùn)載裝置，該基片運(yùn)載裝置用來在淀積之前之后或進(jìn)行之中，進(jìn)行基片的運(yùn)送，基片可以在某種程度上或向左和右進(jìn)行運(yùn)送，并同RF電極保持一定距離。在這種移動過程中，基片自然應(yīng)當(dāng)平行地朝向RF電極。另外，基片可以沿著一個方向進(jìn)行運(yùn)動，并同RF電極保持一定距離，這種實施例的一個例子，就是一種多腔淀積裝置，其中將一個腔中的基片運(yùn)送到另一腔中。當(dāng)要要在一段很長的連續(xù)基片(該長連續(xù)基片正從一個腔移入另一個腔)上連續(xù)地淀積薄膜時，這種沿一個方向的運(yùn)送是最可取的。
為了得到均勻的薄膜的厚度，最好的辦法是將基片左右移動，就象上面所描述的那樣。RF電極和基片可以垂直、水平或傾斜地設(shè)置，只要它們彼此處在平行狀態(tài)。然而，采用垂直設(shè)置可以淀積出質(zhì)地優(yōu)良的薄膜，因為垂直設(shè)置能夠防止灰塵落到基片上。
如果需要的話，可以用加熱器對基片進(jìn)行加熱?；瑴囟鹊倪x擇，是根據(jù)薄膜的成份，或是淀積出的薄膜的使用目的來進(jìn)行的。在通常的條件下，其溫度最好取在50°至400°之間。
如上所述，本發(fā)明中的裝置由RF電極、基片和加熱器組成。在這樣的裝置中，RF電極，基片和加熱器構(gòu)成了淀積的基本裝置。本發(fā)明的裝置可具有多套這種基本裝置，如圖12所示，這些基本裝置的套數(shù)可以是1至100，在本發(fā)明中，最好是1至10。
在利用輝光放電等離子體進(jìn)行薄膜淀積的裝置中，可以采用任何型式的裝置，然而，當(dāng)采用多腔裝置時，在每個腔中都可以采用本發(fā)明的工藝來制備薄膜，其中連續(xù)地淀積出半導(dǎo)體的P、i和n型層。在這個實施例中，多腔裝置在將各腔分開的隔墻上，帶有狹縫或閘閥，以便把基片送入相鄰的腔中。可以用差動抽氣機(jī)(differential evacuator)來抽掉腔中的氣體。這種差動抽氣機(jī)可以在基片從一個腔轉(zhuǎn)向下一個腔的過程中，連續(xù)地抽出氣體。如果在這種多腔裝置中設(shè)置了差動抽氣機(jī)，就可以在不用打開或關(guān)閉閘閥的情況下，將基片連續(xù)地從一個腔移到另一腔。多腔裝置的這種功能，使可制造性得到了增加。
采用本發(fā)明的裝置來制備非晶半導(dǎo)體薄膜的方法如下在包含有0.01至5(Torr)的惰性氣體、摻雜氣體、硅化物、碳酸鹽和氮化物的氣體環(huán)境中，以1至100兆赫(MHz)的射頻頻率，在淀積區(qū)域的射頻功率密度為0.003至0.2瓦/厘米2(W/cm2)(當(dāng)需要微晶薄膜時，功率為0.1至5W/cm2)的條件下，進(jìn)行輝光放電，并在基片上淀積出0.005至100微米(μm)的薄膜。
采用本發(fā)明的這種工藝，可以在大面積的基片上進(jìn)行一致而均勻的淀積。另外，由于該裝置中輝光放電等離子體的穩(wěn)定性，因而避免了附加放電，從而使射頻能量得到了有效的利用。
在本發(fā)明的設(shè)置中，對射頻能量的利用得到了充分的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置?？梢灾谱鞒龆喾N電元件的薄膜，這些電元件諸如具有異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)的太陽能電池、P-i-n二極管、P-n二極管、傳感器、薄膜晶體管(TFT)、和電荷耦合器件(CCD)。還可以作出用于電子照像術(shù)的敏化膜，LSI鈍化膜、用于印刷電路的隔離膜，或其他產(chǎn)品。特別地，由于本裝置中等離子體的穩(wěn)定性，因而采用本發(fā)明的工藝，可以在大面積上制備出具有高效率的非晶硅太陽能電池，這種非晶硅太陽能電池的效率大于10%。
下面，對依照本發(fā)明的例子進(jìn)行描述。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不受例子的限制，并且在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行變形和修正。
例1利用圖4所示的輝光放電分解裝置來制備薄膜。
利用4毫米(mm)厚的絕緣器，對RF電極(500mm×560mm)進(jìn)行絕緣。通過匹配電路，將射頻能量加到電容器上。射頻頻率為13.56兆赫(MHz)，固定電容器的電容為520PF，而可變電容器的電容為500PF(最大值)。在40平方厘米(cm2)的透明ITO/SnO2-玻璃基片上制備出了一個P-i-n半導(dǎo)體薄膜。該基片的溫度為200℃。
首先，在包含有0.05%克分子濃度的B2H6的CH4(50%克分子濃度)和SiH4(50%克分子濃度)的混合氣體下，淀積出100埃(
)的P型層。隨后，淀積出6000埃(
)的i型層，最后，在包含0.2%克分子濃度的PH3的混合氣體下，淀積出500埃(
)的n型層。固定和可變電容器的電容分別為250和350PF。
在其上面，利用電子束發(fā)射淀積出一層厚度為1000埃(
)的鋁，作為背電極(baching electrocle)。利用100mW/cm2的太陽模擬器，對用上述方法制作的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率分別地進(jìn)行測量。其轉(zhuǎn)換效率平均為11%，最高為11.7%，最低為10.4%。淀積速率為每秒10埃(
)。在兩塊基片上所得到的薄膜的厚度是一樣的。
例2制備薄膜的方法與例1相同，但可變電容器的電容從10至500PF變化。在表1中顯示了制備在兩塊基片上的所得到的薄膜的淀積速率。
權(quán)利要求
1.輝光放電分解裝置，該輝光放電分解裝置利用輝光放電分解來在基片上淀積薄膜，其改進(jìn)包括接地電極，基片、RF電極、射頻電源、至少包括一個電元件的控制電路和匹配電路；每個所述基片都被設(shè)置在所述接地電極上，該接地電極彼此平行地設(shè)置在各個RF電極上所述RF電極是平行設(shè)置的，并且互相電絕緣；對所述匹配電路進(jìn)行了適當(dāng)連接，以使之從射頻電源接受射頻能量；對所述控制電路進(jìn)行了適當(dāng)連接，以使之從匹配電路接受射頻能量；對控制電路的輸出端進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪B接，以便向RF電極提供射頻能量。
2.權(quán)利要求
1的裝置，其中控制電路包含固定電容和可變電容。
3.權(quán)利要求
1的裝置，其中控制電路包含固定電感和可變電感。
4.權(quán)利要求
1的裝置，其中提供了1至100套基本裝置，每個所述基本裝置都包含RF電極和接地電極。
5.權(quán)利要求
1的裝置，其中利用一種基片運(yùn)送裝置來運(yùn)送基片，這種基片運(yùn)送裝置對基片進(jìn)行運(yùn)送并使基片同RF電極保持一定距離。
6.權(quán)利要求
1的裝置，其中射頻能量的頻率為1至100兆赫(MHZ)。
7.權(quán)利要求
1的裝置，其中設(shè)置了用于加熱基片的加熱器。
8.權(quán)利要求
2的裝置，其中電容器同RF電極串聯(lián)連接。
9.權(quán)利要求
2的裝置，其中電容器并聯(lián)接地。
10.權(quán)利要求
3的裝置，其中電感器同RF電極串聯(lián)連接。
11.權(quán)利要求
3的裝置，其中電感器并聯(lián)接地。
12.權(quán)利要求
5的裝置，其中基片進(jìn)行左右移動并同RF電極保持一定距離。
13.權(quán)利要求
5的裝置，其中基片向一個方向移動并同RF電極保持一定距離。
14.在一種包含接地電極、基片RF電極、一個RF電源、一個匹配電路和一個控制電路的裝置中，利用輝光放電分解來在基片上淀積薄膜的方法，其改進(jìn)包括借助控制電路來對射頻功率進(jìn)行獨立的控制，并通過提供這種受到獨立控制的射頻功率來在基片上制作薄膜，從而使等離子體在各個RF電極上都受到了控制。
15.權(quán)利要求
14的方法，其中對射頻功率進(jìn)行控制，以便在每塊基片上都制作出均勻的薄膜。
專利摘要
帶有接地電極、基片、RF電極、射頻電源、帶有至少一個電元件的控制電路和匹配電路的輝光放電分解裝置?；疾⑿醒b在設(shè)置在各個RF電極上的接地電極上，各RF電極并行設(shè)置并彼此絕緣；匹配電路從射頻電源接收射頻能量；控制電路從匹配電路接收射頻能量，并向RF電極提供射頻能量；通過提供受到控制電路獨立控制的射頻功率，在基片上制作出薄膜，從而使等離子體在各電極上都受到控制。
文檔編號C23C14/54GK85104968SQ85104968
公開日1987年1月7日 申請日期1985年6月29日
發(fā)明者太和田喜久, 中山威久, 田井雅彥, 生地望 申請人:鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan