專利名稱：在放置于射頻等離子體之外的襯底上形成薄膜的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是描述一種具有大面積、高速率沉積硅薄膜的真空鍍膜的裝置和方法。特別是涉 及到一種將基板放置于等離子體之外的依靠等離子體蝕刻效應(yīng)而形成薄膜的技術(shù)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是目前急需的一種能量來源，屬高科技領(lǐng)域范圍內(nèi)。高性能大面積的基于薄膜硅 的電子或光電產(chǎn)品，通常是使用標(biāo)準(zhǔn)的采用兩個(gè)平行電極的射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 法而制成。在這種方式中被用來鍍膜的基板通常是被放在接地的正電極上，從而使得基板鍍 膜的表面直接暴露于等離子體下，所以在高速率沉積時(shí)需要高功率的等離子體激發(fā)狀態(tài)下所 鍍的硅薄膜由于高能量離子的不斷轟擊而出現(xiàn)質(zhì)量下降的問題。同時(shí)在大面積鍍膜時(shí)傳統(tǒng) RF-PECVD需要源源不斷向反應(yīng)室中提供含有硅的原氣體，而在大型反應(yīng)室中原氣體的分布很 難達(dá)到理想的均勻度，使得在高速鍍膜時(shí)，膜的厚度和其他性能的非均勻性變得十分明顯。 現(xiàn)在工業(yè)上所使用的大型PECVD設(shè)備，雖然可以解決上述問題，但這類設(shè)備的高度復(fù)雜性和 昂貴的成本使得它們不適用于生產(chǎn)低成本的薄膜材料和器件。發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請(qǐng)人擬訂了本發(fā)明的首要目的本發(fā)明提供了一種在高速率沉積狀態(tài) 下具有良好的在大面積上的均勻性的硅薄膜沉積設(shè)備和方法。本發(fā)明進(jìn)一步目的是，利用向基板上施加電勢(shì)的方法，有效的控制高速率沉積的硅薄膜 的性能。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用一個(gè)由三個(gè)平行電極構(gòu)成的對(duì)通常的RF-PECVD系統(tǒng) 加以改變的鍍膜系統(tǒng)，這三個(gè)平行的平板狀電極分別為用來激發(fā)等離子體的負(fù)電極，與負(fù)電 極相對(duì)的網(wǎng)狀或有很多孔洞的接地正電極，及放置于正電極后面的載有基板的第三電極。在 正電極和負(fù)電極相對(duì)的表面上預(yù)先鍍有硅材料，其均勻性及其他性能無關(guān)緊要。在鍍膜過程 中具有蝕刻性的氣體混合物被引入反應(yīng)室內(nèi)，在界于正負(fù)電極之間的等離子體作用下，正負(fù) 電極表面的硅材料被蝕刻而分離成為氣態(tài)基子，并以擴(kuò)散的方式穿過網(wǎng)狀正電極，達(dá)到第三 電極表面最終導(dǎo)致硅薄膜在基板上的形成。其原因是蝕刻氣體被激發(fā)后的平均擴(kuò)散程度遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于氣態(tài)硅基子，所以在基板表面的蝕刻強(qiáng)度相比于等離子體區(qū)域要微弱得多。值得強(qiáng)調(diào)的 是本發(fā)明所使用的薄膜硅沉積方法完全不需要在鍍膜時(shí)提供含有硅的氣體材料，而硅的來源可以完全由己鍍?cè)谡?fù)電極上的硅層來提供，這與通常的CVD鍍膜方式(包括PECVD)具有 極大的區(qū)別。在這個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生鍍膜前期材料的等離子區(qū)域與薄膜生長(zhǎng)區(qū)域相分離，從而使 生長(zhǎng)的薄膜不直接受到等離子體過程的影響。并且依據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，等離子體輝光放電的 強(qiáng)度可以大大的提高，從而達(dá)到提高鍍膜速率的目的，因?yàn)樗褂玫幕灞环胖糜谳x光放電 區(qū)域之外，從而避免鍍膜表面被高能量離子不斷沖擊而造成的損壞。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1顯示利用蝕刻方法鍍膜的三級(jí)射頻輝光放電系統(tǒng)。圖2顯示第三級(jí)電勢(shì)可變化的利用蝕刻方法鍍膜的三級(jí)射頻輝光放電系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供的鍍膜裝置，由放置于真空箱內(nèi)的三個(gè)平行電極板構(gòu)成，三個(gè)電 極板分別是負(fù)電極88 (射頻電極)，正電極77，和第三電極也就是基板電極3。其中正電極 是由網(wǎng)狀或帶有許多孔的金屬板構(gòu)成，這些孔76完全穿透電極板77，且具有足夠高的密度， 使得界于負(fù)電極88和正電極77之間的氣狀物質(zhì)可以比較自如的穿過正電極而達(dá)到第三電極 3的表面。在鍍膜之前負(fù)正電極和負(fù)電極相對(duì)的表面都已經(jīng)鍍有硅材料9,這種硅材料的厚度、 均勻性和其他性質(zhì)都無關(guān)緊要，唯一的要求是該硅材料的純度要達(dá)到所需的要求。在鍍膜過程中具有蝕刻性能的氣體被引入真空室內(nèi)，這類氣體包括氫氣，第七類元素的氣體(氟和氯 等等，或它們的混合物)。室內(nèi)的氣壓維持在大氣壓的1/2000到2/100之間，這時(shí)在負(fù)電極 上施加一個(gè)射頻電能89，使得正負(fù)電極之間31產(chǎn)生并維持等離子體狀態(tài)，也就是射頻輝光 放電。負(fù)電極上的硅層9和正電極上的硅材料99被等離子體蝕刻而形成氣狀的硅基子，與兩 個(gè)平行電極的射頻輝光放電過程不同的是，這些硅基子可以穿過正電極上的孔洞76而達(dá)到并 沉積在第三電極的表面，從而形成硅薄膜8。由于基板被放置于等離子體區(qū)域之外，所以等 離子體的強(qiáng)度可以被極大的提高，而不會(huì)使薄膜沉積表面受到高能量離子的轟擊，而影響沉 積于基板上的硅薄膜的性能。也就是說在極強(qiáng)的等離子體激發(fā)下正負(fù)電極上的硅材料可以被 很快的蝕刻、剝離，從而提供高密度的薄膜前期物質(zhì)，而大大提高鍍膜的速率。第三電極可 以接地也可以具有懸浮電勢(shì)，也就是說完全絕緣的材料同導(dǎo)電材料一樣可以被用做基板。雖 然所提供的氣體不含有帶硅的物質(zhì)，但是在正負(fù)極上的硅材料被具有腐蝕性的等離子體不斷 剝落，而被源源提供到基板附近，達(dá)到鍍膜的效果。只要正負(fù)電極之間的等離子體電場(chǎng)足夠 均勻，則被蝕刻而產(chǎn)生的硅基子的濃度也會(huì)足夠均勻，從而達(dá)到即使在高速率下也可以在大 面積上得到均勻的硅薄膜的效果。而這種均勻性完全不依賴于像鍍膜真空室中提供氣體的分布均勻性，而在傳統(tǒng)的鍍膜系統(tǒng)中硅薄膜的均勻性在很大程度上取決于含有硅物質(zhì)的原氣體 的分布狀態(tài)。圖2顯示了本發(fā)明的另一種實(shí)施方法，其工作原理與圖1的系統(tǒng)相似，其區(qū)別是在孔狀 正電極77和裝有基板的第三電極3之間加上了一個(gè)可調(diào)的直流電壓83 (偏壓)。在鍍膜過 程中，射頻電力89被施加于負(fù)電極88之上，從而導(dǎo)致負(fù)電極與接地正電極之間的區(qū)域31形 成等離子體，并使得蝕刻氣體將鍍?cè)谪?fù)電極上的硅材料9和鍍?cè)谡姌O上的硅材料99被蝕刻、 剝離而形成氣態(tài)基子，其后這些硅基子穿過正電極上的孔洞76，擴(kuò)散向第三電極并沉積在第 三電極也就是基板之上，形成硅薄膜8。該薄膜的性質(zhì)及生長(zhǎng)速率可以通過對(duì)施加在基板上 的可調(diào)電勢(shì)83的調(diào)節(jié)而使其發(fā)生改變。由于第三電極也就是基板的電勢(shì)必須可以由外界施加 的電壓而得到控制，所以在這種實(shí)施過程中所選用的基板必須具有足夠的導(dǎo)電性，或至少其 表面具有與可調(diào)電勢(shì)83直接相連的導(dǎo)電膜。本發(fā)明提出的使用三個(gè)電極的蝕刻所導(dǎo)致的硅薄膜沉積的設(shè)備和技術(shù)手段，獨(dú)創(chuàng)性強(qiáng)， 簡(jiǎn)單易行，對(duì)于大規(guī)模提高基于硅薄膜的光電器件的生產(chǎn)效率具有十分重大的意義。
權(quán)利要求
1. 一個(gè)依賴于等離子體蝕刻效應(yīng)的薄膜沉積裝置，其特征在于是三個(gè)電極構(gòu)成的射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD)鍍膜系統(tǒng)，其所述電極分別為表面上鍍有硅材料的負(fù)電極，表面上鍍有硅材料的網(wǎng)狀或有高密度窟窿的正電極，及放置于所述正電極后面的載有基板的第三電極。所述的正電極具有足夠的穿透性，從而使得產(chǎn)生于所述正電極和所述負(fù)電極之間的硅類鍍膜前期物質(zhì)可以達(dá)到第三電極的表面。該系統(tǒng)在向基板鍍膜時(shí)不需要外界提供含硅的原材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的依賴于等離子體蝕刻效應(yīng)的薄膜沉積裝置而進(jìn)行硅薄膜沉積的方法，其特征由下列步驟顯示a) 在所述的正電極和所述的負(fù)電極表面鍍上硅材料，包括非晶硅，微晶硅，和它們 的合金；b) 在所述的第三電極面向所述網(wǎng)狀正電極的一面放置被用來鍍膜的基板；c) 在PECVD反應(yīng)室注入被等離子體激發(fā)后對(duì)硅具有蝕刻性的氣體混合物，包括氫 氣、含氟或含氯的氣體，或上述氣體的混合物；d) 向負(fù)電極上施加射頻電力(RF電力)，使得所述負(fù)電極和所述正電極之間產(chǎn)生 并維持等離子體狀態(tài)，并將指電極上的硅材料蝕刻、剝離，這些活性的含硅的基 子與擴(kuò)散的方式穿過透射性的正電極，達(dá)到并沉積在置于所述第三電極上的基板 表面；e) 所述的沉積于基板上的硅薄膜的性質(zhì)，可以通過施加于所述的正電極和所述的第 三電極之間的直流電壓而改變。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一個(gè)依賴于等離子體蝕刻效應(yīng)的薄膜沉積方法，其特征在于使用的所述基板為鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種完全新穎的薄膜沉積的方法，特別是一個(gè)方法采用具有三個(gè)平行電極的RF-PECVD系統(tǒng)的鍍膜方法。此方法將基板放置于通常盛有基板的等離子體區(qū)域之外。在兩個(gè)平行的用于產(chǎn)生等離子體的電極板上事先鍍有硅材料，該材料在具有蝕刻性的等離子體激發(fā)下從電極上被剝離掉，并以擴(kuò)散的方式透過網(wǎng)狀的正電極而達(dá)到并沉積在置于正電極后面的基板上。這種鍍膜方式的優(yōu)點(diǎn)包括它不依賴于外界提供的硅原材料，從而達(dá)到良好的大面積鍍膜的均勻性，而且即使在使用大功率，從而得到很高的增長(zhǎng)速率時(shí)，薄膜的性能也不會(huì)受到具有很強(qiáng)轟擊性的等離子體的影響。
文檔編號(hào)C23C16/52GK101235488SQ20071000257
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者李沅民, 昕 馬 申請(qǐng)人:北京行者多媒體科技有限公司