專利名稱：用于沉積均一硅薄膜的設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例 一般涉及一種氣體分配板組件，以及在處理室中制造 該組件的方法。
背景技術(shù)：
光電(PV)組件或太陽(yáng)能電池(solar cell)為將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?DC ) 電力的組件。PV電池或太陽(yáng)能電池一般具有一或多個(gè)p-i-n接合區(qū) (junction),各個(gè)接合區(qū)包括在半導(dǎo)體材料內(nèi)的兩個(gè)不同區(qū)域， 一側(cè)表示 為p型區(qū)，另一側(cè)則為n型區(qū)。當(dāng)PV電池的p-i-n接合區(qū)暴露于太陽(yáng)光(由 來(lái)自光子的能量組成)，太陽(yáng)光則透過(guò)PV效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。PV太陽(yáng)能 電池產(chǎn)生特定量的電力，而電池是鋪設(shè)成模塊，且其大小是足以傳送期望 的系統(tǒng)電力量。PV模塊的產(chǎn)生是通過(guò)將數(shù)個(gè)PV太陽(yáng)能電池連接，并接著 利用特定的框架及連接件而將其結(jié)合成面板。
PV太陽(yáng)能電池一般包括一形成于大透明基板上的光電轉(zhuǎn)換單元。光電 轉(zhuǎn)換單元包括接續(xù)設(shè)置在透明基板上的p型、本征型(i型)及n型硅層。 可用于形成光電轉(zhuǎn)換單元的硅薄膜包括多晶硅、微晶硅(|Jc-Si)及非晶硅 (a-Si)薄膜。通常使用等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)來(lái)將硅薄膜 沉積在透明基板上。PECVD工藝的進(jìn)行通過(guò)將前體氣體或氣體混合物導(dǎo)入 包括有透明基板的真空腔室中。前體氣體或氣體混合物由分配板供應(yīng)朝向 透明基板的表面。RF功率施加至分配板及/或設(shè)置在腔室中的基板支撐組 件，以在前體氣體或氣體混合物中形成等離子，由此，在透明基板的表面 上沉積具有期望薄膜特'性的硅層。
當(dāng)對(duì)于較大太陽(yáng)能電池基板的需求持續(xù)增加時(shí)，在PECVD工藝期間 維持在大基板表面上方的均一等離子及/或工藝氣體流已變得更趨重要。由 于工藝非均一性所造成沉積在大基板上的薄膜之中央與邊緣部位之間的薄 膜特性變異，其對(duì)于生產(chǎn)大及高效率的太陽(yáng)能電池造成重大挑戰(zhàn)。隨著基
6板尺寸增加，邊緣與中央特性的變異導(dǎo)致更多的問(wèn)題產(chǎn)生。
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一薄膜特性分布的薄膜的改良設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有界定在基板支撐組件與氣體分配板之間的梯度間隔， 且用于沉積供太陽(yáng)能電池應(yīng)用的硅薄膜的設(shè)備及方法。在一實(shí)施例中，一
種沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的薄膜的設(shè)備包括 一處理室； 一基板支撐
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配板，設(shè)置于處理室中而位于基板支撐件上方，其中氣體分配板的一底表
面具有一周圍，且周圍包括邊緣及角落，其中氣體分配板的角落相較于氣
體分配板的邊緣而較為接近基板支撐件。
在另 一 實(shí)施例中， 一種沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的薄膜的設(shè)備包括 一處理室； 一基板支撐件，設(shè)置于處理室中，且基板支撐件并配置以在其 上支撐一四邊形基板；以及一氣體分配板，設(shè)置于處理室中而位于基板支 撐件上方，其中氣體分配板的一底表面具有一周圍，且周圍包括邊緣及角 落，其中氣體分配板的邊緣為凹形。
在又一 實(shí)施例中， 一種在一腔室中沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的 一硅 薄膜的方法包括將一基板提供至一腔室中，且腔室具有一氣體分配板， 該氣體分配板面向一基板支撐件，其中氣體分配板的角落與基板支撐件之 間的 一 間隔小于氣體分配板的 一 邊緣的 一 中點(diǎn)與基板支撐件之間的 一 間 隔；將一工藝氣體流經(jīng)氣體分配板；以及將一硅薄膜沉積在基板上。
在又一實(shí)施例中， 一種在一腔室中沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的一硅 薄膜的方法包括將一基板提供至一腔室中，該腔室具有一氣體分配板， 該氣體分配板面向一基板支撐組件，其中氣體分配板及基板支撐組件具有 界定于其間的一梯度間隔；將一氣體混合物通過(guò)數(shù)個(gè)形成穿過(guò)氣體分配板 的孔洞并進(jìn)入腔室中，其中氣體混合物的硅烷氣體與氫氣的比例為1: 20-1: 200;以及沉積一硅薄膜于基板上。


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乃繪示如附圖式。
圖1，繪示根據(jù)本發(fā)明的處理室的一實(shí)施例的概要剖面視圖。
圖2，繪示根據(jù)本發(fā)明的具有彎曲表面的氣體分配板的示范性實(shí)施例 的剖面一見(jiàn)圖。
圖3A~ B,繪示在制造具有彎曲表面的氣體分配板110的制作流程的
不同階段下的氣體分配板的剖面視圖。
圖4,繪示形成在氣體分配板中的孔洞的一實(shí)施例。
圖5A F,繪示在板中具有不同結(jié)構(gòu)的第二鉆孔的孔洞。
圖6,繪示包括在板600中具有不同結(jié)構(gòu)的孔洞的彎曲氣體分配板600
的另一實(shí)施例。
圖7,繪示由設(shè)置在腔室中的彎曲基板支撐組件產(chǎn)生梯度間隔的另一 實(shí)施例。
圖8，繪示由設(shè)置在腔室中的彎曲基板支撐組件產(chǎn)生梯度間隔的另一 實(shí)施例。
圖9A-9B，繪示彎曲氣體分配板的另一實(shí)施例的平面視圖。 為便于了解，圖式中相同的組件符號(hào)表示相同的組件。某一實(shí)施例采
用的組件當(dāng)不需特別詳述而可應(yīng)用到其它實(shí)施例。
須注意的是，雖然所附圖式揭露本發(fā)明特定實(shí)施例，但其并非用以限
定本發(fā)明的精神與范圍，任何熟習(xí)此技藝者，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾而
得等效實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供沉積用于大面積應(yīng)用(例如太陽(yáng)能電池)的硅薄膜的方法 及設(shè)備。在一實(shí)施例中，該設(shè)備在氣體分配板與基板支撐組件之間界定有 一邊緣(edge)至角落(corner)的梯度間隔(gradient spacing )。在基
板表面與氣體分配板之間產(chǎn)生的梯度間隔提供對(duì)于透過(guò)氣體分配板而至基 板表面的工藝氣體及其所產(chǎn)生的等離子在邊緣至角落的分配情形的彈性控200880019012. 1 制。受控的梯度間隔可增進(jìn)調(diào)整沉積在基板上的薄膜的厚度及/或輪廓
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度間隔亦提供工藝控制特性，其協(xié)助控制在基板寬度上的薄膜特性變異。
圖1為等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室100的一實(shí)施例的概 要剖面視圖，而太陽(yáng)能電池或其它大面積組件的 一 或多個(gè)薄膜是在腔室 100中形成。 一適合的等離子輔助化學(xué)氣相沉積腔室是購(gòu)自加州圣克拉拉 的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)?？深A(yù)期其它沉積腔室(包括 購(gòu)自其它制造商)亦可用于實(shí)施本發(fā)明。
腔室100 —般包括壁102及底部104,而壁102及底部104是限制出 一工藝容積106。氣體分配板110及基板支撐組件130則界定工藝容積 106。工藝容積106是透過(guò)穿設(shè)于壁102的閥108而進(jìn)出，由此，基板140 可傳輸進(jìn)出腔室100。
基板支撐組件130包括基板承接表面132以及軸桿134,基板承接表 面132是用以將基板140支撐于其上。軸桿134耦接至升舉系統(tǒng)136，而 升舉系統(tǒng)136是用于使基板支撐組件130在基板傳輸及處理位置之間上升 及下降。遮蔽框133是可選擇性地在處理過(guò)程中設(shè)置在基板140的周圍， 以預(yù)防基板140邊緣的沉積現(xiàn)象。升舉銷138是可移動(dòng)地穿設(shè)于基板支撐 組件130，并適以使基板140與基板承接表面132間隔開(kāi)。基板支撐組件 130亦可包括加熱及/或冷卻組件139，其是用以將基板支撐組件130維持 在期望溫度?；逯谓M件130亦可包括接地帶(grounding strap) 131, 以提供基板支撐組件130周圍的RF接地。接地帶的實(shí)例是揭露于2000 年2月15日公告的美國(guó)專利第6,024,044號(hào)(Law等人)，以及于2006 年12月20日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/613,934號(hào)(Park等人)，上述 二案是將其整體并入本文以做為參考。
氣體分配板110是在其周圍通過(guò)懸掛件114而耦接至背板112。氣體 分配板110亦可通過(guò)一或多個(gè)中央支撐件116而耦接至背板112，以協(xié)助 預(yù)防氣體分配板110的下垂及/或控制氣體分配板110的平直度/曲率 (curvature)。在一實(shí)施例中，氣體分配板110可以為具有不同尺寸的不 同結(jié)構(gòu)。在一示范性實(shí)施例中，氣體分配板110為四邊形氣體分配板。氣
9體分配板110具有一下游表面150,其具有形成于其中且面向設(shè)置在基板 支4享會(huì)且件130上的基才反14G的上表面118的凄丈個(gè)孑L洞111。在一買施例中， 孔洞111具有不同的形狀、數(shù)量、密度、尺寸及跨越氣體分配板110的分 布?？锥?11的直徑可經(jīng)選擇而介于約0.01英寸~約1英寸。氣體源120 是耦接至背板112,以提供氣體穿過(guò)背板112，并接著穿過(guò)形成在氣體分 配板110中的孔洞111而至工藝容積106。
真空泵109是耦接至腔室100以維持工藝容積106在期望壓力下。 RF功率源122是耦接至背板112及/或氣體分配板110，以提供RF功率 而在氣體分配板110及基板支撐組件130之間產(chǎn)生電場(chǎng)，由此，氣體分配 板110與基板支撐組件130之間的氣體可產(chǎn)生為等離子?？墒褂枚鄠€(gè)RF 頻率，例如介于約0.3 MHz-約200 MHz之間的頻率。在一實(shí)施例中，RF 功率源是在13.56 MHz的頻率下提供。氣體分配板的實(shí)例是揭露于2002 年11月12日公告的美國(guó)專利第6,477,980號(hào)(White等人)、2005年 11月17日公開(kāi)的美國(guó)專利公開(kāi)第20050251990號(hào)(Choi等人)，以及 2006年3月23日公開(kāi)的美國(guó)專利公開(kāi)第2006/0060138號(hào)(Keller等人)， 此處是將上述各案的整體并入本文以做為參考。
在一實(shí)施例中，氣體分配板110的下游表面150的邊緣為彎曲的，由 此，氣體分配板110的邊緣及角落與基板承接表面132之間則界定出 一距 離梯度，并最終使氣體分配板110與基板140的表面118之間界定出一距 離梯度。彎曲表面150的形狀(例如凸?fàn)?、平面或凹?是經(jīng)選擇以符 合特定的工藝需求。舉例來(lái)說(shuō)，已發(fā)現(xiàn)薄膜特性的均一性并不必然地相應(yīng) 于橫跨基板寬度的厚度均一性。更特定的說(shuō)，已發(fā)現(xiàn)跨越基板寬度的結(jié)晶 部分均一性(crystal fraction uniformity)不與薄膜厚度均一性相關(guān)。結(jié)晶 部分的非均一性是在基板的角落較為普遍。因此，可使用邊緣至角落的間 隔梯度以調(diào)整跨越基板邊緣的薄膜特性均一性，由此校正在基板角落的特 性為非均一性的情形。另外，邊緣至中央的間隔亦可經(jīng)控制，則可由此控 制基板邊緣及中央之間的薄膜特性分布均一性。在一實(shí)施例中，是使用具 有凹形彎曲邊緣的氣體分配板110,以使氣體分配板110的邊緣之中央部 分與基板表面118的距離遠(yuǎn)于氣體分配板110的角落與基板表面118的距
10離，由此，可減少沿著基板140的邊緣(相對(duì)于基板角落)提供的氣流量，
則可調(diào)整形成在基板140上的薄膜輪廊及薄膜特性。在另 一 實(shí)施例中，可 使用具有凸?fàn)顝澢吘壍臍怏w分配板110,以使氣體分配板110的角落與 基板表面118之間的間隔大于氣體分配板110的邊緣與基板表面118之間 的間隔，由此增加沿著基板140角落(相較于基板邊緣)提供的氣流量， 因而調(diào)整形成在基板140上的薄膜輪廓及薄膜特性。
遠(yuǎn)程等離子源124 (例如感應(yīng)耦合遠(yuǎn)程等離子源)亦可耦接于氣體源 與背板之間。在處理基板過(guò)程之間，清潔氣體是在遠(yuǎn)程等離子源124內(nèi)激 發(fā)，以遠(yuǎn)程提供用于清潔腔室組件的等離子。清潔氣體亦可進(jìn)一步由功率 源122提供至氣體分配板110的RF功率所激發(fā)。適合的清潔氣體包括但 不限于為NF3、 F2及SFs。遠(yuǎn)程等離子源的實(shí)施例是揭露于1998年8月4 日公告的美國(guó)專利第5,788,778號(hào)(Shang等人)，在此將其并入以做為 參考。
在一實(shí)施例中，可以在腔室100中處理的基板140的表面積為10,000 cm2或更高，例如40，000 cm2或更高，例如約55,000 cm2或更高。應(yīng)了 解在處理基板之后，是將其切割以形成較小的太陽(yáng)能電池或其它組件。
在一實(shí)施例中，可設(shè)置有加熱及/或冷卻組件139，以提供沉積過(guò)程中 的基板支撐組件溫度為約40(TC或更低，例如介于約100。C 約40(TC,
或介于約15trc ~約30crc，例如約20crc。
在沉積過(guò)程中，設(shè)置在基板承接表面132上的基板的頂表面與氣體分 配斗反110之間的才示稱間隔(nominal spacing ) —溝殳可在400密爾(mil) ~ 約1200密爾之間變化，例如400密爾~約800密爾，或跨越氣體分配板 110的其它距離，以提供期望的沉積結(jié)果。在使用具有凹形下游表面的氣 體分配板110的示范性實(shí)施例中，氣體分配板110的邊緣的中央部分與基 板承接表面132之間的間隔為約400密爾~約1400密爾，而氣體分配板 110的角落與基板承接表面132之間的間隔為約300密爾~約1200密爾。 為了沉積硅薄膜，則提供硅系(silicon-based )氣體及氫系 (hydrogen-based)氣體。適合的硅系氣體包括但不限于為硅烷(SiH4 )、 二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4 )、四氯化硅(SiCI4 ) 、 二氯硅烷(SiH2CI2)
ii及其組合。適合的氫系氣體包括但不限于為氫氣(H2) 。 p型硅層的p型 摻質(zhì)可各自包括第III族元素，例如硼或鋁。在一實(shí)施例中，是使用硼來(lái)作 為p型摻質(zhì)-含硼來(lái)源的實(shí)例包括三甲基硼(TMB) 、 二硼烷(B2H6)、 BF3、 B(C2H5)3、 BH3、 BFs及B(CH3)3以及相似的化合物。在一實(shí)施例中， 是使用TMB作為p型摻質(zhì)。n型硅層的n型摻質(zhì)可各自包括第V族的元素， 例如磷、砷或銻。含磷來(lái)源的實(shí)例包括膦及相似的化合物。摻質(zhì)一般是與 載氣一同提供，載氣例如為氫氣、氬氣、氦氣及其它適合化合物。在此處 所述的工藝方法中，是提供氫氣的總流速。因此，若提供氫氣作為載氣， 例如用于摻質(zhì)，則應(yīng)由氫氣的總流速減去載氣流速以判定應(yīng)提供多少額外 的氫氣至腔室中。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例而具有一彎曲面的氣體分配板110的示 范實(shí)施例。氣體分配板110具有面向背板112的上側(cè)220以及面向基板支 撐組件130的相對(duì)下游側(cè)150。在一實(shí)施例中，氣體分配板110的下游側(cè) 150是相對(duì)于基板支撐組件130的表面132而具有凹形表面。氣體分配板 110的彎曲下游側(cè)150具有一中央部分210,其相較于氣體分配板110的 邊緣部分208更往內(nèi)延伸而遠(yuǎn)離基板承接表面132。氣體分配板110的下 游側(cè)150的周圍包括邊緣部分208及氣體分配板110的四個(gè)角落。當(dāng)氣體 分配板110的下游側(cè)150為彎曲時(shí)，氣體分配板110的角落則較為接近基 板支撐組件130的上表面132。
另外參照繪示于圖9A中的氣體分配板902的一實(shí)施例，氣體分配板 902的周圍包括角落922、 924、 926、 928以及邊緣906、 908、 910、 912。 應(yīng)注意穿設(shè)于氣體分配板902的孔洞基于清楚說(shuō)明本發(fā)明的故而并未繪示 出。氣體分配板902的邊緣906的中央914是相對(duì)于邊緣908、 910與氣 體分配板902的角落922、 924、 926、 928而與基板支撐組件130相隔較 遠(yuǎn)。相較于穿設(shè)于邊緣906之中央914的孔洞，穿設(shè)于角落922、 924、 926、 928的孔洞的長(zhǎng)度凈交長(zhǎng)，因jt匕具有車支大的流導(dǎo)(flow conductance)， 由此，相較于流經(jīng)角落922、 924、 926、 928的工藝氣體量，則有較多的 工藝氣體傳送通過(guò)氣體分配板902的邊緣906的中央914。已發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用 等離子輔助CVD工藝沉積多晶硅時(shí)，使用具有邊緣至中央間隔梯度的氣體分配板可獲得較高的結(jié)晶體積及/或部分均 一性(相較于板周圍具有均 一 間
隔的氣體分配板)。雖然圖9A繪示邊緣至角落之間隔梯度是僅由板902 的二邊緣界定出，然，圖9B繪示氣體分配扭_ 904的另 一 實(shí)施例，其間隔 梯度是沿著4個(gè)邊緣950、 952、 954、 956相較于角落960、 962、 964、 966而界定出。另外，雖然所示的氣體分配板902、 904是面對(duì)基板而具 有間隔梯度，且氣體分配板902、 904的平坦面是面朝上，然，亦可預(yù)期 氣體分配板902、 904的平坦面為朝向基板，或是氣體分配板902、 904 的兩面皆包括邊緣至角落的間隔梯度。
參照?qǐng)D2，中央部分210的下游表面至基板支撐表面132的距離206 是大于邊緣部分208至基板支撐表面132的距離204,因而形成一凹形表 面。中央部分210的下游表面與基板支撐表面132之間的距離206是控制 在約400密爾~約1400密爾，且邊緣部分208的下游表面至基板支撐表 面132的距離204則控制在約300密爾~約1200密爾。在另一實(shí)施例中， 中央部分210的下游表面的距離206與邊緣部分208的距離204之間的長(zhǎng) 度差異是控制在約50密爾~約500密爾。
數(shù)個(gè)孔洞111是形成在板110中，并具有形成在氣體分配板110的上 側(cè)220及下游側(cè)150的開(kāi)口。孔洞111可具有不同結(jié)構(gòu)、形狀、特征及數(shù) 量，以符合不同的工藝需求。在圖2所示的實(shí)施例中，孔洞111包括第一 鉆孔212及第二鉆孔214,其是一同形成流體信道以允許來(lái)自氣體源120 的氣體通過(guò)其中而到達(dá)基板支撐組件130。第一鉆孔212具有形成在氣體 分配板110的上側(cè)220的上方開(kāi)口 230。第一鉆孔212延伸一第一深度 226，而第一深度226是由上方開(kāi)口 230延伸至下方開(kāi)口 232。下方開(kāi)口 232耦接至第二鉆孔214的上方開(kāi)口 234。第二鉆孔214具有一第二深度 228，而第二深度228是由上方開(kāi)口 234延伸至形成在氣體分配板110的 下游表面150上的下方開(kāi)口 236。雖然圖2所繪示的實(shí)施例提供的孔洞111 包括第一鉆孔212及第二鉆孔214，但亦可預(yù)期孔洞111可以為單一平直 孔洞或是視需要的任何其它結(jié)構(gòu)的孔洞。
在一 實(shí)施例中，第二鉆孔214的直徑238是選擇在一 不會(huì)產(chǎn)生中空陰 極效應(yīng)(hollow cathode effect)的范圍內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，在沉積的過(guò)程中，是產(chǎn)生等離子以使腔室中所供應(yīng)的氣體混合物產(chǎn)生離子化，且當(dāng)鉆孔具有
特定直徑時(shí)，等離子可進(jìn)入第二鉆孔214中。第二鉆孔214形成所選范圍 的直徑時(shí)，等離子可存在于氣體分配板110的第二鉆孔214屮，由此，會(huì) 增加電子發(fā)射、電子的振蕩移動(dòng)及氣體離子化，因而造成所謂的中空陰極 效應(yīng)，使得等離子在處理過(guò)程中殘留。相反的，第二鉆孔214是經(jīng)選擇而 具有小于一范圍的較小直徑或是大于一范圍的較大直徑，等離子則無(wú)法殘 留在第二鉆孔214中，藉以預(yù)防等離子殘留在第二鉆孔214中，并減少不 期望的過(guò)度反應(yīng)及/或過(guò)度沉積現(xiàn)象。在一實(shí)施例中，第二鉆孔214的直徑 238是介于約0.01英寸~約0.8英寸之間。
在期望有中空陰極效應(yīng)的實(shí)施例中，第二鉆孔214的直徑238是經(jīng)選 擇以具有介于約0.05英寸~約0.5英寸的直徑，其是足以允許中空陰極效 應(yīng)于其中產(chǎn)生。
當(dāng)下游表面150為彎曲而具有凹形表面時(shí)，形成于氣體分配板110之 中央部分210的第二鉆孔214的深度228小于形成在氣體分配板110的邊 緣部分208中的第二鉆孔214的深度240。在氣體分配板110的下游表面 150具有不同結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，例如凸?fàn)畋砻?，則第一鉆孔與第二鉆孔的 長(zhǎng)度、深度、直徑亦會(huì)改變。在期望有中空陰極梯度(HCG)(例如鉆孔 具有不同長(zhǎng)度或直徑以產(chǎn)生跨越板110的梯度)及間隔梯度的部分其它實(shí) 施例中，彎曲的下游表面150不但提供板110與基板支撐組件130之間的 間隔梯度，亦加工第二鉆孔214以形成不同長(zhǎng)度，由此可同時(shí)產(chǎn)生期望之 中空陰極梯度以及至基板表面之間隔梯度。
當(dāng)下游表面150與基板支撐組件130之間的距離隨著跨越基板支撐表 面132而逐漸改變時(shí)，配置以沉積在基板表面的薄膜亦會(huì)改變。沉積不同 薄膜可在腔室中應(yīng)用不同的RF功率、氣體流、前體物種及工藝壓力，以 使工藝進(jìn)行。當(dāng)?shù)入x子跨越腔室而具有不同分布時(shí)，沉積在基板表面上的 薄膜可具有不同輪廓。另外，由RF功率所產(chǎn)生的駐波效應(yīng)(standing wave effect)可以影響腔室中的等離子與離子的分布以及氣體流，由此，產(chǎn)生跨 越基板表面的等離子非均一性。在氣體分配板110的彎曲下游表面150與 基板支撐表面132之間產(chǎn)生的梯度間隔提供補(bǔ)償腔室中非均一的等離子及/或氣體與離子分布的一種方式，藉以提供調(diào)整薄膜輪廓及薄膜特性均一性 的方法，以符合不同的工藝條件。
圖3A及3B是繪示在不同制造階段的氣體分配板110的剖面視圖。數(shù) 個(gè)孔洞111是預(yù)鉆入板110中，如圖3A所示?？锥?11具有第一鉆孔212、 218及第二鉆孔214、 216形成在完整的板110中，如上方圖2所述。形 成在板110的中央部分310的第一鉆孔212及第二鉆孔214是與形成在邊 緣部分312的第一鉆孔218及第二鉆孔216相同。板110具有一平坦的下 游表面302，其是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工或是形成為凹形表面306。機(jī)械加工工藝 是將一部分的板110自板110的下游表面302移除，則產(chǎn)生板110的凹形 表面306,且板110之中央部分310較邊緣部分312來(lái)得薄，如圖3B所 示。將板110安裝于腔室100中時(shí)，板110的彎曲表面306是使得彎曲表 面306與基板支撐組件130之間的距離呈現(xiàn)逐漸改變。彎曲表面306與原 本平坦表面(以虛線302表示)之間產(chǎn)生的弦深度304為約0.05英寸~ 約1英寸，由此，可使得彎曲表面306至其面向的基板支撐組件130之間 的距離為逐漸改變。彎曲表面306與原本平坦表面(以虛線302表示)之 間形成的弦深度304是相對(duì)于板110的尺寸而來(lái)得小。在一實(shí)施例中，最 大的弦深度304是控制在不超過(guò)板110的特有長(zhǎng)度的約3%的一長(zhǎng)度，例 如介于約0.1 % ~約2.0% 。為了對(duì)照矩形或圓形板的弦深度304，特有長(zhǎng) 度是視為「等效半徑(equivalent radius )」。針對(duì)圓形擴(kuò)散器，等效半徑 是等于板的半徑。針對(duì)方形或矩形板，等效半徑為對(duì)角線的一半。在板"O 的尺寸為約2200 mm x 1870 mm的實(shí)施例中，等效半徑為約1440 mm， 且最大弦深度304為約28.4 mm。
于一實(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)機(jī)械加工工藝之后，可改變第二鉆孔214的結(jié) 構(gòu)。當(dāng)較大量的板110的中央部分310經(jīng)過(guò)機(jī)械加工以產(chǎn)生彎曲表面306 時(shí)，部分的第二鉆孔214可經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，而使得第二鉆孔214的深度及 /或長(zhǎng)度減少。因此，在中央部分310中經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的第二鉆孔214的長(zhǎng) 度及/或深度是短于在邊緣部分208中的第二鉆孔216的長(zhǎng)度及/或深度。
于另一實(shí)施例中，在板110的彎曲表面306經(jīng)過(guò)機(jī)械加工之后，再鉆 設(shè)孔洞320。應(yīng)注意孔洞鉆設(shè)工藝及機(jī)械加工工藝的順序可根據(jù)不同的工
15藝需求而改變。
于另一實(shí)施例中，可在板110上進(jìn)行熱退火工藝以在其下游表面上形
成彎曲表面。可將板110提供至一封閉區(qū)(例如熔爐)中，以對(duì)板110 進(jìn)行熱處理。當(dāng)板110經(jīng)過(guò)加熱及軟化之后，板110可通過(guò)重力而拉伸， 并下垂以形成板110的下游表面的期望彎曲表面。不同的制造方法是揭露 于2006年10月12日所公開(kāi)的美國(guó)公開(kāi)第2006/0228496號(hào)(Choi等人) 中。用于形成彎曲表面的熱退火工藝是可用在期望板110上形成較小曲率 的實(shí)施例中，其是相對(duì)于圖3A及3B中所描述的機(jī)械加工工藝所形成的表 面曲率。
圖4繪示形成在氣體分配板400中的孔洞412的實(shí)施例?？赏ㄟ^(guò)不同 的方式而在板400中形成孔洞412，以使其具有不同深度、直徑及形狀等。 在一 實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(CNC )機(jī)械加工而在板400中形成 孔洞412。具有期望結(jié)構(gòu)的孔洞412分布可預(yù)鉆設(shè)于板400中。在一實(shí)施 例中， 一部分的孔洞是預(yù)鉆入部分的板中，接著，在板400的剩余部位鉆 設(shè)其它的孔洞，直到完成跨越板400的期望分布。在一實(shí)施例中，孔洞412 包括具有第一深度402的第一鉆孔408，其是連接至具有第二深度404的 第二鉆孔410。第二鉆孔410是形成在配置以于處理過(guò)程中面向基板支撐 組件130的板400的下游表面414。在一實(shí)施例中，第一鉆孔408的深度 介于約0.2英寸~約2英寸，且第二鉆孔410的深度為介于約0.1英寸~ 約1英寸。第二鉆孔410的直徑406是選擇在不會(huì)造成中空陰極效應(yīng)的期 望范圍內(nèi)。在一實(shí)施例中，第二鉆孔410的直徑406是選擇在小于約0.05 英寸的范圍，則等離子不會(huì)停留在第二鉆孔410中而產(chǎn)生中空陰極效應(yīng)。 在另一實(shí)施例中，第二鉆孔410的直徑406是選擇在大于約0.5英寸的范 圍，以預(yù)防在第二鉆孔410中的電子振蕩，因而防止在第二鉆孔410中產(chǎn) 生中空陰極效應(yīng)。在期望存在有中空陰極效應(yīng)的部分實(shí)施例中，第二鉆孔 410的直徑408可控制在約0.05英寸~約0.5英寸之間。
圖5A 5F是繪示形成在板中而具有不同第二鉆孔501 -506結(jié)構(gòu)的 孔洞507-512。第二鉆孔501 ~ 506可具有不同結(jié)構(gòu)，例如方形(501 )、 梯形壁(502)、圓錐形(503)、往外展開(kāi)的喇叭形(504)、多梯形壁
16(505)、圓形往外展開(kāi)的喇叭形(506)等?？梢愿淖兊谝汇@孔513-518 的深度以符合不同工藝需求。
圖6是繪示形成在板600中而具有不同結(jié)構(gòu)的孔洞608的彎曲氣體分 配板600的另一實(shí)施例。孑L洞608具有第一鉆孔606及第二鉆孔602，兩 者是以形成于其間的孔604連接。第一鉆孔606是形成在板600的上方部 分，并具有形成于板600的上側(cè)612的第一開(kāi)口 610。第二鉆孔602是形 成在板600的下游側(cè)614，并具有朝向基板支撐組件130開(kāi)啟的開(kāi)口 616。 第二鉆孔602的開(kāi)口 616可以為呈期望角度而向外展開(kāi)的喇叭形，藉以協(xié) 助跨越基板表面的工藝氣體的均 一分布。第二鉆孔602的結(jié)構(gòu)是以 一方式 控制，而不會(huì)在其中產(chǎn)生中空陰極效應(yīng)?？蛇x擇地，第二鉆孔602的結(jié)構(gòu) 可采任 一 方式控制以產(chǎn)生或預(yù)防中空陰極效應(yīng)。
圖7是繪示由設(shè)置在腔室100中的彎曲基板支撐組件702產(chǎn)生梯度間 隔的實(shí)施例。基板支撐組件702具有一彎曲表面704,例如凸?fàn)畋砻?，?中央部分708較邊緣部分706來(lái)得厚，且角落720較邊緣部分706來(lái)得薄。 可選擇地，基板支撐組件702具有凹形或凸?fàn)畹幕逯伪砻妗Ｅe例來(lái)說(shuō)， 中央部分708可彎曲至高于邊緣部分706的一高度。凸?fàn)畹幕逯谓M件 702亦可協(xié)助預(yù)防空氣捕捉于基板與基板表面之間。當(dāng)基板支撐組件702 為彎曲狀，基板支撐組件702與設(shè)置在腔室中的氣體分配板716之間的距 離是經(jīng)選擇以獲得期望的工藝結(jié)果。在一實(shí)施例中，基板支撐組件702之 中央部分708與氣體分配板716之間的距離710是大于基板支撐組件702 的邊緣部分706與板716之間的距離714,反的亦然。在一實(shí)施例中，基 板支撐組件702的中央部分708與邊緣部分706之間的厚度差異(即，不 論中央部分705較邊緣部分706為厚或薄)是介于約0.05英寸~約0.5 英寸。在圖7所示的實(shí)施例中，氣體分配板716具有一彎曲下游表面，其 是面向基板支撐組件706的凸?fàn)畋砻??？蛇x擇地，氣體分配板716可具有 不同結(jié)構(gòu)形式，其是經(jīng)選擇以符合不同的工藝需求。舉例來(lái)說(shuō)，具有第一 下游表面的氣體分配板是與凹形或凸?fàn)畹幕逯伪砻嬉煌褂??；逯?撐組件702與氣體分配板716的表面曲率可以視需要而為不同的組合。
在圖8所繪示的示范實(shí)施例中，可以通過(guò)設(shè)置在腔室100中的彎曲基板支撐組件802產(chǎn)生梯度間隔，腔室100具有一氣體分配板816，且板816 具有實(shí)質(zhì)平坦的下游表面812。當(dāng)基板支撐組件802是彎曲而具有凸?fàn)畋?面804，且其中央部分808較邊緣部分806及角落820來(lái)得厚，則基板支 撐組件802之中央部分808與氣體分配板816之間的距離810會(huì)小于基板 支撐組件802的邊緣部分806與板816之間的距離814;而邊緣部分806 與氣體分配板816之間的距離814則小于角落820與板816之間的距離。 可選擇地，氣體分配板816與基板支撐組件802可以為任何結(jié)構(gòu)的形式， 亦可針對(duì)所需的特定工藝而為結(jié)構(gòu)的任何組合。
在使用彎曲氣體分配組件及/或彎曲基板支撐組件而沉積用于太陽(yáng)能 電池應(yīng)用的硅薄膜的示范性實(shí)施例中，沉積工藝是可配置以沉積非晶或微 晶層。微晶層可以為用于太陽(yáng)能電池組件而形成在p-i-n接合區(qū)中的i型層。 p-i-n接合區(qū)可以形成在玻璃基板上，而基板上具有第一透明導(dǎo)電氧化物 (TCO)層。再者，第二TCO層可設(shè)置在p-i-n接合區(qū)的上方以形成期望 的太陽(yáng)能電池組件?？蛇x擇地，微晶層可以用于形成其它組件。在沉積本 征型微晶硅層的一實(shí)施例中，硅烷氣體與氫氣的比例為1: 20- 1: 200的 氣體混合物可以供應(yīng)至腔室100中。氣體分配板與基板支撐組件所界定的 梯度間隔是經(jīng)選擇以具有介于約0.05英寸~約0.5英寸的弦深度?？蛇x擇 地，梯度間隔可經(jīng)選擇以使氣體分配板與基板支撐組件之間的距離為約 300密爾~約1400密爾。硅烷氣體的供應(yīng)流速為約0.5 sccm/L 約5 sccm/L。氫氣的供應(yīng)流速為約40 sccm/L~約400 sccm/L。在部分實(shí)施例 中，于沉積過(guò)程中，硅烷流速可以由第一流速上升至第二流速。在部分實(shí) 施例中，于沉積過(guò)程中，氫氣流速可以由第一流速下降到第二流速。300 mi川Watts/cm2或更大，且較佳為600 milliWatts/cm2或更大的RF功率可 提供至氣體分配板。在部分實(shí)施例中，于沉積過(guò)程中，功率密度由第一功 率密度下降至第二功率密度。腔室壓力維持在約1托(Torr) 約100托， 例如約3托-約20托，例如約4托~約12托?？蛇x擇地，沉積過(guò)程中的 壓力可以分段為一或多個(gè)步驟，例如在處理經(jīng)過(guò)一段預(yù)定時(shí)間之后，由第 一壓力上升至第二壓力。i型微晶硅層的沉積速率為約200 A/min或更高， 較佳為500 A/min。用于沉積微晶本征層的方法及設(shè)備是揭露于2006年6月23日所申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/426,127號(hào)，專利名稱為「沉積用于 光電組件的微晶硅薄膜的方法及設(shè)備(Methods and Apparatus for Depositing a Microcrystalline Silicon Film for Photovoltaic Device )」,
在此將其整體并入以做為參考，且其并不與本發(fā)明所揭露者產(chǎn)生不一致。 微晶硅本征層的結(jié)晶部分為約20% ~約80% ，例如約55% ~約75% 。
因此，本發(fā)明提供用于沉積適于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的硅薄膜的設(shè)備，該 設(shè)備在基板支撐組件與氣體分配板之間產(chǎn)生梯度間隔。改良的設(shè)備是有利 地提供對(duì)于沉積在基板上的薄膜的輪廓及特性的較佳控制，因而增加薄膜 品質(zhì)、光電轉(zhuǎn)換效率及組件效能。更特定的說(shuō)，相較于習(xí)知應(yīng)用，本發(fā)明 在基板角落的結(jié)晶體積及結(jié)晶部分比率是有改善。
惟本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，仍 應(yīng)屬本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種沉積適用于太陽(yáng)能電池(solar cell)應(yīng)用的薄膜的設(shè)備，包括處理室；基板支撐件，設(shè)置于該處理室中，該基板支撐件并配置以在其上支撐四邊形基板；以及氣體分配板，設(shè)置于該處理室中而位于該基板支撐件上方，其中該氣體分配板的底表面具有周圍，該周圍包括邊緣及角落，且其中該氣體分配板的該些角落相較于該氣體分配板的該些邊緣而較為接近該基板支撐件。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該氣體分配板的該底表面更包括中 央部分，該中央部分是相較于該氣體分配板的該些邊緣而與該基板支撐件 之間有較大的間隔。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該基板支撐件更包括 彎曲上表面。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，更包括 數(shù)個(gè)孔洞，形成穿過(guò)該氣體分配板。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中該些孔洞的直徑介于約0.01英寸~ 約1英寸。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該氣體分配板具有中央厚度，該中 央厚度大于該氣體分配板的該些邊緣的厚度。
7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該氣體分配板具有彎曲下游表面。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該彎曲表面是位于該氣體分配板上，且具有約0.05英寸~約1英寸的弦深度(chord depth )。
9. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該彎曲表面是形成在該氣體分配板 上，且具有弦深度，該弦深度不超過(guò)該氣體分配板的長(zhǎng)度的約3%。
10. —種沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的薄膜的設(shè)備，包括 處理室；基板支撐件，設(shè)置于該處理室中，該基板支撐件并配置以在其上支撐 四邊形基板；以及氣體分配板，設(shè)置于該處理室中而位于該基板支撐件上方，其中該氣 體分配板的底表面具有周圍，該周圍包括邊緣及角落，且其中該氣體分配 板的該些邊緣為凹形。
11. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中該氣體分配板的該些角落的厚 度大于該氣體分配板的該些邊緣的中點(diǎn)的厚度，且其中該氣體分配板的中 央的厚度小于該些邊緣的該中點(diǎn)的厚度。
12. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中該氣體分配板更包括數(shù)個(gè)形成穿過(guò)該氣體分配板的孔洞，其中沿著該氣體分配板的該些邊 緣的該些孔洞的流導(dǎo)(flow conductance)大于位于該些角落的該些孔洞 的流導(dǎo)，且小于位于該氣體分配板的中央的該些孔洞的流導(dǎo)。
13. —種沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的一硅薄膜的方法，包括 將基板提供至處理室中，該處理室具有氣體分配板，該氣體分配板面向基板支撐件，其中該氣體分配板的角落與該基板支撐件之間的間隔小于該氣體分配板的邊緣的中點(diǎn)與該基板支撐件之間的間隔；將工藝氣體流經(jīng)該氣體分配板；以及 將硅薄膜沉積在該基板上。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中上述的將該工藝氣體流經(jīng)該氣 體分配板的步驟更包括預(yù)防一等離子放電形成在該氣體分配板的孔洞中，而該工藝氣體是通 過(guò)該孔洞而提供至該處理室中。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該硅薄膜為微晶硅層。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中上述的將該工藝氣體流經(jīng)該氣 體分配板的步驟更包括將含有硅的氣體混合物供應(yīng)通過(guò)數(shù)個(gè)形成穿過(guò)該氣體分配板的孔洞， 該些孔洞的直徑為約0.01英寸~約1英寸。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中上述的供應(yīng)該氣體混合物的步 驟更包括供應(yīng)比例為1: 20~ 1: 200的硅烷氣體與氫氣。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該微晶硅層為沉積在p型層上 的i型層，且其適于應(yīng)用在太陽(yáng)能電池組件中。
19. 一種沉積適用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的硅薄膜的方法，包括 將基板提供至處理室中，該處理室具有氣體分配板，該氣體分配板面向基板支撐組件，其中該氣體分配板及該基板支撐組件具有界定于其間的 邊》彖至角落的斗弟度間隔(gradient spacing );將氣體混合物通過(guò)數(shù)個(gè)形成穿過(guò)該氣體分配板的孔洞并進(jìn)入該處理室 中，其中該氣體混合物的硅烷氣體與氫氣的比例為1: 20- 1: 200;以及沉積硅薄膜于該基板上。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中該梯度間隔由面向該基板支撐 組件的該氣體分配板的彎曲表面所界定。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中該梯度間隔由面向該氣體分配 板的該基板支撐組件的彎曲表面所界定。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中該硅薄膜為微晶硅層。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中該微晶硅層為沉積在p型層上 的i型層，且其適于應(yīng)用在太陽(yáng)能電池組件中。
全文摘要
本發(fā)明提供具有界定在基板支撐組件與氣體分配板之間的梯度間隔，且用于沉積供太陽(yáng)能電池應(yīng)用的硅薄膜的設(shè)備及方法。在一實(shí)施例中，一種沉積用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的薄膜的設(shè)備包括一處理室；一基板支撐件，設(shè)置于處理室中，且配置以在其上支撐一四邊形基板；以及一氣體分配板，設(shè)置于處理室中而位于基板支撐件上方，其中氣體分配板的一底表面具有一周圍，且周圍包括邊緣及角落，其中氣體分配板的角落是相較于氣體分配板的邊緣而較為接近基板支撐件。
文檔編號(hào)C23C16/00GK101688297SQ200880019012
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者B·S·派克, J·M·懷特, 元泰景, 崔壽永 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司