專利名稱：非同步脈沖式制備功能薄膜的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空鍍膜領(lǐng)域，特別涉及到 一種使用化學(xué)氣相沉積法通過
非連續(xù)性的脈沖式(pulsed)高頻激發(fā)等離子體來制備功能薄膜的方法和系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電是獲得有利于環(huán)境的可再生能源的重要途徑之一，薄膜 太陽能電池代表著光伏技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)?；诠璞∧さ奶柲茈姵鼐哂械统?本，便于大面積制造集成的優(yōu)點(diǎn)。
其中多晶硅薄膜太陽能電池，成本較低，轉(zhuǎn)換效率較高。因此，多晶硅 薄膜電池將會(huì)在太陽能電池市場(chǎng)上占據(jù)重要地位。目前制備多晶硅薄膜電池 的薄膜多采用化學(xué)氣相沉積法。
而氫化非晶硅薄膜太陽能電池成本低，重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大 規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定 性不高。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換效率問題，那么，非晶硅 太陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一 。納米硅太陽能電池是新 近發(fā)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。氫化非晶硅 (hydrogenated amorphous silicon, a-Si)和纟內(nèi)米珪(nano-crystalline silicon, nc-Si) 等的基于氫化硅的薄膜通常是用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法 (RF-PECVD )在大面積基板上獲得。
為了提高上述真空鍍膜系統(tǒng)的生產(chǎn)量，在一個(gè)給定的等離子體反應(yīng)箱 中， 一般同時(shí)在盡可能多的基板上進(jìn)行沉積。在此提出了一個(gè)等離子體反應(yīng) 箱的概念，使得在等離子體反應(yīng)箱中可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)電極，以在多個(gè)區(qū)域 中產(chǎn)生等離子體，在多個(gè)電池基板(或用于生長(zhǎng)其它功能薄膜的基板)上進(jìn)
行沉積。
圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的這類PECVD等離子體反應(yīng)箱中電極的排列。 在一個(gè)真空室(即，等離子體反應(yīng)箱)內(nèi)部，置有多個(gè)接地的板狀正電極7和多個(gè)用來產(chǎn)生等離子體的板狀負(fù)電極(即，功率電極(power-electrode) 或帶電電極)8A、 8B、 8C、 8D等等。這些板狀正、負(fù)電極相互平行間隔放 置且間距相等，這些平行板狀電極的首尾均為正電極7。被鍍膜的電池基板 平行放在任一正電極7以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極8A (8B、 8C、
8D.......)相對(duì)的兩面之間。當(dāng)外界提供的電力9A、 9B、 9C、 9D等等分
別施加于負(fù)電極8A、 8B、 8C、 8D等等時(shí)，等離子體在相鄰的正負(fù)電極之 間的區(qū)域31中形成，并在電池基板上鍍膜。
傳統(tǒng)的生長(zhǎng)工藝使用連續(xù)激發(fā)等離子體的鍍膜過程，也就是說在平行的 正電極和負(fù)電極之間的輝光放電是依靠連續(xù)地向負(fù)電極提供電能的方法維 持的。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是在使用大功率電能生長(zhǎng)氫化硅薄膜時(shí)，等離子 體中的離子和聚合化的硅顆粒密度隨著氫化硅薄膜的生長(zhǎng)速率的提高而增
大，從而導(dǎo)致顆粒和粉末沉積于真空反應(yīng)室的內(nèi)表面上，并進(jìn)入所鍍薄膜而 影響其光電質(zhì)量。這種顆粒和粉末也往往造成大面積光電器材結(jié)構(gòu)上的缺 陷，比如分流短路。這個(gè)問題在廣為采用的相對(duì)低溫生產(chǎn)氫化硅太陽能電池 時(shí)尤為明顯。
另外一個(gè)嚴(yán)重的問題是，在同樣的激發(fā)頻率(例如13.56MHz)下，連 續(xù)的RF (射頻)功率同時(shí)供給到全部負(fù)電極。由于相鄰的負(fù)電極間距較小 (不超過8厘米)，使RF輻射泄漏并耦合到鄰近的等離子體區(qū)和電極中，在 等離子體形成區(qū)31中耗散的RF功率彼此互相作用產(chǎn)生干擾。RF干擾隨功 率的提高而更為嚴(yán)重。RF干擾導(dǎo)致的不均衡射頻電場(chǎng)和不均勻薄膜沉積將 嚴(yán)重地影響大面積沉積薄膜的性能和外觀。對(duì)于這種功能薄膜部件的生產(chǎn)來 說，性能和產(chǎn)量都受到不佳影響。
到目前為止，仍然沒有找到簡(jiǎn)單有效的方案來解決在等離子體反應(yīng)箱中 的RF干擾(干涉)問題。因此企盼找到解決等離子體反應(yīng)箱中的RF干擾 問題的新方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述考慮，申請(qǐng)人擬訂了本發(fā)明的首要目的提供一種非連續(xù)性的 脈沖式(pulsed)高頻激發(fā)等離子體的方法和系統(tǒng)，從而消除等離子體反應(yīng) 箱(plasma-box)中相鄰激發(fā)(帶電)電極同時(shí)以同一頻率供電時(shí)所產(chǎn)生的干 擾現(xiàn)象。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種在薄膜沉積過程中使用脈沖 調(diào)制式功率并準(zhǔn)確控制^^沖波的等離子體激發(fā)方法。在一個(gè)包含多個(gè)負(fù)電極
的等離子反應(yīng)器中，在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)過程中，向負(fù)電 極提供的用于激發(fā)等離子體的射頻或極高頻的電能被周期性地調(diào)制，以脈沖 形式向多個(gè)負(fù)電極(激發(fā)電極)提供射頻或極高頻(甚高頻)電功率。脈沖的 頻率范圍為300Hz - 50kHz,且每周期內(nèi)脈沖的寬度("開"態(tài))不大于半 個(gè)調(diào)制周期，最好小于三分之一周期。施加于鄰近負(fù)電極的脈沖式功率的脈 峰("開"態(tài))彼此間相互錯(cuò)開。當(dāng)一個(gè)負(fù)電極的電源處于"開"態(tài)時(shí)，鄰近 的負(fù)電極的電源處于"閉"態(tài)，使由它們所驅(qū)動(dòng)的等離子體區(qū)域不在同一個(gè) 瞬間受到激發(fā)。所以，在鄰近等離子體區(qū)之間的干擾被排除。當(dāng)射頻功率的 脈沖寬度被控制得相對(duì)窄時(shí)，這種脈沖"開"態(tài)的時(shí)間控制可以延伸至多個(gè) 鄰近電極。沉積的均勻度和重復(fù)性都可以有很大的提高。同樣，在提高沉積 率的同時(shí)，脈沖式RFPECVD也降^f氐了顆粒/粉末的形成。這項(xiàng)發(fā)明尤其適 用于在大型基板上同步沉積的、包含許多個(gè)平行電極的巨型等離子體反應(yīng)
/ 々相。
除了以上所述的避免干涉的功效外，脈沖供能可以使高質(zhì)量的薄膜以高
速率沉積，同時(shí)減少在等離子體中形成的顆粒和粉末。這樣的話，在等離子
的生長(zhǎng)過程中可以施加更大的有效功率，從而以更高.的速率生長(zhǎng)出原子結(jié)構(gòu)
更為緊湊的薄膜。該方法特別適用于等離子體反應(yīng)箱的PECVD過程，在多
個(gè)基板上同時(shí)生長(zhǎng)氫化硅薄膜，包括非晶硅、準(zhǔn)納米硅、納米硅以及它們的
有摻雜或者無摻雜的合金。 一個(gè)直接的應(yīng)用就是在大面積玻璃板上生成基于 氫化薄膜硅的光伏器件。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部使用 化學(xué)氣相沉積法批量化地制備功能薄膜的方法，其中在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi) 部，平行地放置i+l個(gè)板狀的接地的正電極和i個(gè)板狀的用來產(chǎn)生等離子體 的負(fù)電極，這些平行板狀正、負(fù)電極相互平行間隔放置且間距相等，這些平 行板狀電極的首尾均為正電極，用于在其上產(chǎn)生功能薄膜的基板平行放在任 一正電極以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極相對(duì)的兩面之間，其中分別向i 個(gè)負(fù)電極提供用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能，所述i個(gè)高頻電能分別被 進(jìn)行脈沖調(diào)制，使得在調(diào)制脈沖的"開"態(tài)，向負(fù)電極提供高頻電能，在調(diào) 制脈沖的"關(guān)"態(tài)，不向負(fù)電極提供高頻電能，其中，調(diào)制脈沖寬度不大于T/i (T為調(diào)制周期)，并且施加于向任何負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖 都相對(duì)于施加于向其相鄰負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖而時(shí)間移動(dòng)T/i, 使得在任何一個(gè)瞬間，最多只有一個(gè)負(fù)電極被提供高頻電能而處于激發(fā)狀態(tài)， i為自然數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種使用化學(xué)氣相沉積法批量化地制備功 能薄膜的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括等離子體反應(yīng)箱，在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi) 部，平行地放置i+l個(gè)板狀的接地的正電極和i個(gè)板狀的用來產(chǎn)生等離子體 的負(fù)電極，這些平行板狀正、負(fù)電極相互平行間隔放置且間距相等，這些平 行板狀電極的首尾均為正電極，用于在其上產(chǎn)生功能薄膜的基板平行放在任 一正電極以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極相對(duì)的兩面之間，其中分別向i 個(gè)負(fù)電極提供用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能，所述i個(gè)高頻電能分別被 進(jìn)行脈沖調(diào)制，使得在調(diào)制脈沖的"開"態(tài)，向負(fù)電極提供高頻電能，在調(diào) 制脈沖的"關(guān)"態(tài)，不向負(fù)電極提供高頻電能，其中，調(diào)制脈沖寬度不大于 T/i (T為調(diào)制周期)，并且施加于向任何負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖 都相對(duì)于施加于向其相鄰負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖而時(shí)間移動(dòng)T/i, 使得在任何一個(gè)瞬間，最多只有一個(gè)負(fù)電極被提供高頻電能而處于激發(fā)狀態(tài)， i為自然數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)能夠提高等離子體反應(yīng)箱中PECVD 大面積鍍膜的均勻性、穩(wěn)定性和重復(fù)性。


由以下結(jié)合附圖的說明，將會(huì)更詳細(xì)地理解本發(fā)明的示范性實(shí)施例，其
中
圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的具有多個(gè)平行電極的PECVD等離子體鍍膜反 應(yīng)箱中兩類電極的排列關(guān)系。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于兩個(gè)帶電電極的周期性脈沖式功 率施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于三個(gè)帶電電極的周期性脈沖式功 率施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于分組的多個(gè)帶電電極的周期性脈 沖式功率施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
附圖示出了本發(fā)明的示范性實(shí)施例，對(duì)它們進(jìn)行參考以便獲得對(duì)本發(fā) 明、其優(yōu)點(diǎn)及借助本發(fā)明的實(shí)施而實(shí)現(xiàn)的目的的充分理解。在下文中，將通 過參考附圖解釋本發(fā)明的示范性實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。在附圖中相似或 相同的參考數(shù)字表示相似或相同的元件。
本發(fā)明涉及對(duì)包括RF和VHF的高頻率PECVD方法在用于批量式等離 子體反應(yīng)箱的PEVCD系統(tǒng)中生長(zhǎng)薄膜中的改進(jìn)。與傳統(tǒng)的高頻率PECVD
離子體的射頻或極高頻的電能，從而使施加于鄰近負(fù).電極的脈沖式功率的脈 峰("開，，態(tài))彼此間相互錯(cuò)開，進(jìn)而排除或減少在鄰近等離子體形成區(qū)之間 的RF電場(chǎng)干擾。
將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于兩個(gè)帶電電極的脈沖功率調(diào)制方法應(yīng)用于 在圖1所示的批量式PECVD反應(yīng)箱中，以在等離子體PECVD反應(yīng)器中生 長(zhǎng)薄膜。
在圖1所示的批量式PECVD反應(yīng)箱中，置有三個(gè)接地的板狀正電極7 和兩個(gè)用來產(chǎn)生等離子體的板狀負(fù)電極(即，功率電極(power-electrode ) 或帶電電極)8A、 8B。這些板狀正、負(fù)電極相互平行間隔放置且間距相等， 這些平行板狀電極的首尾均為正電極7。被鍍膜的基板平行放在任一正電極 7以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極8A 、 8B相對(duì)的兩面之間。當(dāng)外界提供 的電力9A、 9B分別施加于負(fù)電極8A、 8B時(shí)，等離子體在相鄰的正負(fù)電極 之間的區(qū)域31中形成，并在基板上鍍膜。
在PECVD鍍膜過程中，反應(yīng)箱中的多個(gè)負(fù)電極可以同時(shí)在多個(gè)區(qū)域內(nèi) 產(chǎn)生等離子體，從而同時(shí)在多個(gè)基板上鍍上各類功能薄膜。每個(gè)負(fù)電極的功 率都由 一個(gè)獨(dú)立的射頻電源及相關(guān)的阻抗匹配器來提供。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于兩個(gè)帶電電極的周期性脈沖式功率施加過 程中，向兩個(gè)負(fù)電極(power-electrode,激發(fā)電極)提供的用于激發(fā)等離子 體的射頻或極高頻的電功率，即高頻電源9A、 9B，都被周期性地調(diào)制，且 具有相同的調(diào)制周期及如圖2所示的脈沖形式。
施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系如圖2所示，傳遞高頻能量的脈沖的寬度(時(shí)間)1不大于半個(gè)周期，
也就是不大于停滯傳遞高頻能量的脈沖的寬度(時(shí)間)2。而調(diào)制頻率介于 300 Hz-50kHz之間，最好介于1 kHz - 10kHz。
最重要的是，根據(jù)圖2所示的脈沖調(diào)制方式，施加于任意負(fù)電極的脈沖 式功率的脈峰("開"態(tài))彼此相互錯(cuò)開而并不重疊。即在同一時(shí)間內(nèi)，脈沖 調(diào)制的高頻能量不同時(shí)到達(dá)兩個(gè)負(fù)電極。圖2所示為在功率通道9A和功率 通道9B中的功率脈沖的時(shí)間錯(cuò)位。通道9A的"開"態(tài)1與通道9B的"關(guān)" 態(tài)2相重合，反之亦然。由于在兩個(gè)負(fù)電極的功率脈沖中沒有重疊，所以在 功率通道9A和9B之間沒有RF功率場(chǎng)的干擾。由于負(fù)電極8A、 8B不在 同 一時(shí)刻被激發(fā)，所以避免了射頻電場(chǎng)干擾所至的等離子體沉積的不均勻性 和不穩(wěn)定性。
這種避免相鄰負(fù)電極之間干涉的方法，可以被延伸到第二個(gè)鄰近的負(fù)電 極。以圖1所示的批量式PECVD反應(yīng)箱中，置有四個(gè)接地的板狀正電極7 和三個(gè)用來產(chǎn)生等離子體的^反狀負(fù)電極(即，功率電極(power-electrode) 或帶電電極)8A、 8B和8C為例，如果負(fù)電極8A、 8B和8C中的任何兩 個(gè)不在同一時(shí)刻被激發(fā)，則它們之間的干涉就不存在。為了做到這一點(diǎn)，向 三個(gè)負(fù)電極(power-electrode,激發(fā)電極)提供的用于激發(fā)等離子體的射頻 或極高頻的電功率，即高頻電源9A、 9B和9C,都被周期性地調(diào)制，且具 有相同的調(diào)制周期及如圖3所示的脈沖形式。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于三個(gè)帶電電極的周期性脈沖式功 率施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系。
如圖3所示，每個(gè)供應(yīng)電源9A、 9B和9C的脈沖寬度必須小于調(diào)制周 期的l/3(在圖3中，周期為時(shí)間1加上時(shí)間2)。而調(diào)制頻率介于450 Hz-75kHz之間，最好介于1.5kHz - 15kHz。
在圖3中可見，每個(gè)功率通道的脈沖都相對(duì)于其他通道的脈沖而適度移 動(dòng)。圖3所示為在功率通道9A、 9B和9C中的功率脈沖的時(shí)間錯(cuò)位。通道 9A的"開"態(tài)1與通道9B、 9C的"關(guān)"態(tài)2相重合，通道9B的"開"態(tài) 1與通道9A、 9C的"關(guān)"態(tài)2相重合，通道9C的"開"態(tài)1與通道9A、 9B并的"關(guān)"態(tài)2相重合。因而在任何瞬間，3個(gè)相鄰的功率通道中最多只 '有一個(gè)是處于"開"態(tài)。
根據(jù)圖3所示的脈沖調(diào)制方式，施加于任一負(fù)電極的脈沖式功率的脈峰("開"態(tài))-波此相互^l昔開而并不重疊。即在同一時(shí)間內(nèi)，3個(gè)相鄰的功率通
道中最多只有一個(gè)是處于"開"態(tài)，脈沖調(diào)制的高頻能量只能到達(dá)3個(gè)相鄰 的功率通道中脈沖調(diào)制處于"開"態(tài)的那個(gè)功率通道的負(fù)電極，而不同時(shí)到 達(dá)任意兩個(gè)的負(fù)電極。
根據(jù)圖3所示的脈沖調(diào)制方式，由于在任一負(fù)電極的功率調(diào)制脈沖中沒 有"開"態(tài)的重疊，所以在通道9A、 9B和9C中任意二者之間沒有RF功率 場(chǎng)的干擾。由于負(fù)電才及8A 、 8B、 8C中^f壬意兩個(gè)均不在同一時(shí)刻^C激發(fā)， 所以避免了射頻電場(chǎng)千擾所至的等離子體沉積的不均勻性和不穩(wěn)定性。
與以上的描述相同，對(duì)于圖1所示的批量式PECVD反應(yīng)箱中，置有N+1 (N = 2, 3， 4,......)個(gè)接地的板狀正電極和N個(gè)用來產(chǎn)生等離子體的板
狀負(fù)電極的情況，可以使用相同的脈沖功率調(diào)制傳輸方式(相同的調(diào)制周期 T和脈沖寬度)。只要脈沖寬度不大于T/N (T為調(diào)制周期)，則施加于任
任何一個(gè)瞬間，最多只有一個(gè)負(fù)電極是處于激發(fā)狀態(tài)("開"態(tài))。由于沒有 重疊的等離子體的激發(fā)，所以N個(gè)負(fù)電極任意二者之間的干擾就不會(huì)發(fā)生。 其中調(diào)制頻率介于(150*N) Hz- (25*N) kHz之間，最好介于(0.5*N) kHz - ( 5*N) kHz。
對(duì)于上述N個(gè)負(fù)電極的情況，如果N的數(shù)量較大，則被脈沖調(diào)制的電 源數(shù)量也較大，而且在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明前述的脈沖功率調(diào)制方法時(shí)，因?yàn)槎?個(gè)負(fù)電極是相續(xù)而不同時(shí)地被施加激發(fā)功率，所以會(huì)降低每一個(gè)電源的實(shí)際 工作時(shí)間，亦即降低每一個(gè)負(fù)電極的所相應(yīng)的基板上薄膜沉積的速率。這是 不實(shí)用的。
因此，對(duì)于數(shù)量較大的N個(gè)負(fù)電極的情況，可以將N個(gè)負(fù)電極以i個(gè) 負(fù)電極為單位按照排列的順序依次分組為n個(gè)組，即第1、 2.....i負(fù)電極為第
一組，第i+l、 i+2.....2i負(fù)電極為第二組......第n*i-i+l、 n*i-i+2…,.N負(fù)電極
為第n組，其中N^n"。這樣，圖1所示的批量式PECVD反應(yīng)箱中正、負(fù)
電極的排列順序?yàn)檎姌O、第1,負(fù)電極、正電極、第12負(fù)電極、正電極.......
第li負(fù)電極、正電極、第2,負(fù)電極、正電極、第22負(fù)電極、正電極.......
正電極、第n,負(fù)電極、正電極、第n2負(fù)電極、正電極.......正電極、第rii
負(fù)電極。其中第xy負(fù)電極表示第x組第y個(gè)負(fù)電極，x-l，2,..…n,y=l, 2,……i。
對(duì)于每一組所包含的i個(gè)負(fù)電極應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明前述的脈沖功率調(diào)制方法，其中調(diào)制脈沖的頻率相同。
對(duì)于分組的所有負(fù)電極而言，施加于任意相鄰i個(gè)負(fù)電極的脈沖式功率 的脈峰("開"態(tài))彼此相互錯(cuò)開而不重疊。即在同一時(shí)間內(nèi)，任意相鄰的i 個(gè)負(fù)電極中最多只有一個(gè)是處于"開"態(tài)，脈沖調(diào)制的高頻能量只能到達(dá)任 意相鄰的i個(gè)相鄰的功率通道中脈沖調(diào)制處于"開"'態(tài)的那個(gè)功率通道的負(fù) 電極。
由于在任意相鄰的i個(gè)負(fù)電極中的任一負(fù)電極的功率調(diào)制脈沖中沒有 "開，，態(tài)的重疊，所以在所有N個(gè)通道中，在一定范圍內(nèi)鄰近的負(fù)電極以及 任意相鄰的負(fù)電極不在同一時(shí)刻被激發(fā)，所以減少了射頻電場(chǎng)干擾，進(jìn)而降 低了射頻電場(chǎng)干擾所至的等離子體沉積的不均勻性和不穩(wěn)定性。
在具體實(shí)踐中，對(duì)N和i的確定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)要求來折 衷地確定，以使射頻電場(chǎng)干擾所至的等離子體沉積的不均勻性和不穩(wěn)定性降 到最低。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于分組的多個(gè)帶電電極的周期性脈 沖式功率施加過程中激發(fā)脈波之間的時(shí)間關(guān)系。其中N二4， i=2。
在圖2-4中，調(diào)制脈沖的"開"態(tài)對(duì)應(yīng)于高電平，"關(guān)"態(tài)對(duì)應(yīng)于低電 平，但是本發(fā)明不限于此，也可以"開"態(tài)對(duì)應(yīng)于低電平，"關(guān)"態(tài)對(duì)應(yīng)于 高電平。
在本發(fā)明中，使接地電極從負(fù)電極中分離同樣也是有利的。將負(fù)電極隔 離開的接地正電極制造成比負(fù)電極大的多，接地電極的隔板或者是屏蔽作用 可以降低相鄰等離子區(qū)的高頻率干擾。
根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于等離子體反應(yīng)箱的PECVD過程，在多個(gè) 基板上同時(shí)生長(zhǎng)氫化硅薄膜，包括非晶硅、準(zhǔn)納米硅、納米硅以及它們的 有摻雜或者無摻雜的合金。 一個(gè)直接的應(yīng)用就是在大面積玻璃板上生成基于 氫化薄膜硅的光伏器件。
根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)能夠提高等離子體反應(yīng)箱中PECVD 大面積鍍膜的均勻性、穩(wěn)定性和重復(fù)性。
技術(shù)人員會(huì)理解可以在此做出形式和細(xì)節(jié)上的各種變化，而不會(huì)脫離由以下 權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部使用化學(xué)氣相沉積法批量化地制備功能薄膜的方法，其中在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部，平行地放置i+1個(gè)板狀的接地的正電極和i個(gè)板狀的用來產(chǎn)生等離子體的負(fù)電極，這些平行板狀正、負(fù)電極相互平行間隔放置且間距相等，這些平行板狀電極的首尾均為正電極，用于在其上產(chǎn)生功能薄膜的基板平行放在任一正電極以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極相對(duì)的兩面之間，其特征在于分別向i個(gè)負(fù)電極提供用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能，所述i個(gè)高頻電能分別被進(jìn)行脈沖調(diào)制，使得在調(diào)制脈沖的“開”態(tài)，向負(fù)電極提供高頻電能，在調(diào)制脈沖的“關(guān)”態(tài)，不向負(fù)電極提供高頻電能，其中，調(diào)制脈沖寬度不大于T/i，并且施加于向任何負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖都相對(duì)于施加于向其相鄰負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈沖而時(shí)間移動(dòng)T/i，使得在任何一個(gè)瞬間，最多只有一個(gè)負(fù)電極被提供高頻電能而處于激發(fā)狀態(tài)，其中，T為調(diào)制周期，i為自然數(shù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部， 依排列序包含n組負(fù)電極，每組負(fù)電極有i個(gè)負(fù)電極，其中對(duì)于向每組負(fù)電 極提供的用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能進(jìn)行同樣的脈沖調(diào)制，n為大于1的自然凄t。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)制脈沖的頻率在0.5H kHz - 5*i kHz之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于向多個(gè)負(fù)電極提供用于激發(fā)等離子體的高頻電能的頻率是射頻或更高的頻率。'
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于向多個(gè)負(fù)電極提供用于激 發(fā)等離子體的高頻電能的頻率是13.56 MHz。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于 將負(fù)電極隔離開的接地正電極比負(fù)電極大。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在等離 子體反應(yīng)箱的沉積過程中，在多個(gè)基板上同時(shí)生長(zhǎng)的薄膜是氫化硅薄膜，包 括非晶硅、準(zhǔn)納米硅、納米硅以及它們的有摻雜或者無摻雜的合金薄膜。
8. —種使用化學(xué)氣相沉積法批量化地制備功能薄膜的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括等離子體反應(yīng)箱，在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部，平行地放置i+l個(gè)板 狀的接地的正電極和i個(gè)板狀的用來產(chǎn)生等離子體的負(fù)電極，這些平行板狀 正、負(fù)電極相互平行間隔放置且間距相等，這些平行板狀電極的首尾均為正 電極，用于在其上產(chǎn)生功能薄膜的基板平行放在任一正電極以及與其相鄰的一個(gè)或兩個(gè)負(fù)電極相對(duì)的兩面之間，其特征在于分別向i個(gè)負(fù)電極提供用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能，所述i個(gè)高 頻電能分別被進(jìn)行脈沖調(diào)制，使得在調(diào)制脈沖的"開"態(tài)，向負(fù)電極提供高 頻電能，在調(diào)制脈沖的"關(guān)"態(tài)，不向負(fù)電極提供高頻電能，其中，調(diào)制脈沖寬度不大于T/i，并且施加于向任何負(fù)電極提供的高頻 電能的調(diào)制脈沖都相對(duì)于施加于向其相鄰負(fù)電極提供的高頻電能的調(diào)制脈 沖而時(shí)間移動(dòng)T/i，使得在任何一個(gè)瞬間，最多只有一個(gè)負(fù)電極被提供高頻 電能而處于激發(fā)狀態(tài)，其中，T為調(diào)制周期，i為自然數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于在該等離子體反應(yīng)箱內(nèi)部， 依排列序包含n組負(fù)電極，每組負(fù)電極有i個(gè)負(fù)電極，其中對(duì)于向每組負(fù)電 極提供的用于激發(fā)等離子體的i個(gè)高頻電能進(jìn)行同樣的脈沖調(diào)制，n為大于1 的自然凄t。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)制脈沖的頻率在0.5*i kHz - 5*i kHz之間。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于向多個(gè)負(fù)電極提供用于激 發(fā)等離子體的高頻電能的頻率是射頻或更高的頻率。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于向多個(gè)負(fù)電極提供用于激 發(fā)等離子體的高頻電能的頻率是13.56 MHz。
13. 如權(quán)利要求8-12中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于 將負(fù)電極隔離開的接地正電極比負(fù)電極大。
14. 如權(quán)利要求8-12中任一權(quán)利要求所述的系'統(tǒng)，其特征在于在等 離子體反應(yīng)箱的沉積過程中，在多個(gè)基板上同時(shí)生長(zhǎng)的薄膜是氫化硅薄膜， 包括非晶硅、準(zhǔn)納米硅、納米硅以及它們的有摻雜或者無摻雜的合金薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及均勻沉積薄膜的方法和系統(tǒng)。等離子體反應(yīng)器中包含多個(gè)外界電源驅(qū)動(dòng)的負(fù)電極。PECVD過程中，以脈沖的形式周期性地向多個(gè)負(fù)電極提供射頻或極高頻電能，脈沖頻率為300Hz-50kHz，脈沖寬度不大于半周期。施加于鄰近負(fù)電極的脈沖式功率的脈峰(“開”態(tài))彼此相互錯(cuò)開。當(dāng)一負(fù)電極的電源處于“開”態(tài)時(shí)，其鄰近的負(fù)電極的電源處于“閉”態(tài)，由它們所驅(qū)動(dòng)的等離子體區(qū)域不在同時(shí)受到激發(fā)，排除在鄰近等離子體區(qū)之間的干擾。當(dāng)脈沖寬度控制得較窄時(shí)，這種脈沖“開”態(tài)時(shí)間控制可延至多個(gè)鄰近電極。本發(fā)明極大地提高沉積的均勻度和重復(fù)性，降低了射頻PECVD過程中粒子/粉末的形成。尤其適于在大型基板上同步沉積的、包含許多個(gè)平行電極的巨型等離子體反應(yīng)箱。
文檔編號(hào)C23C16/54GK101555593SQ20081009118
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者李沅民, 楊與勝 申請(qǐng)人:福建鈞石能源有限公司