專利名稱：用于遠程等離子體源輔助的含硅膜沉積的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及用于形成太陽能電池的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及用于形成在太陽能電池應(yīng)用中使用的非晶和微晶硅層的裝置和方法。
背景技術(shù)：
光伏(PV)器件或太陽能電池是將太陽光轉(zhuǎn)換成直流(DC)電力的器件。通常的薄膜PV器件或薄膜太陽能電池具有一個或多個p-i-n結(jié)。每個p-i-n結(jié)包括p型層、本征型層以及η型層。當太陽能電池的p-i-n結(jié)暴露于(由來自光子的能量組成的)太陽光時，太陽光經(jīng)由PV效應(yīng)而被轉(zhuǎn)換成電力。太陽能電池可以鋪設(shè)成更大的太陽能陣列。通常，薄膜太陽能電池包括有源區(qū)或光電轉(zhuǎn)換單元、以及被設(shè)置成前電極和/或 后電極的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)膜。光電轉(zhuǎn)換單元包括P型硅層、η型硅層、以及夾在P型硅層和η型硅層之間的本征型(i型)硅層。包括微晶硅膜(μ c-Si)、非晶硅膜(a-Si)、多晶硅膜(Poly-Si)等的多種類型的硅膜可以被用于形成光電轉(zhuǎn)換單元的P型層、η型層和/或i型層。背側(cè)電極可以包括一個或多個導(dǎo)電層。非晶硅膜和微晶硅膜目前都被用于形成太陽能電池。但是，在用于沉積這些膜的當前的生成設(shè)備和方法中存在問題。例如，在常規(guī)熱化學(xué)氣相沉積和等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝中，硅和氫的低能氣相結(jié)合導(dǎo)致形成聚合的硅與氫結(jié)構(gòu)，這會導(dǎo)致產(chǎn)生顆粒、膜沉積不充分、以及在物理和電氣上低劣并不穩(wěn)定的沉積膜。因此，需要改進的用于沉積非晶和微晶硅膜的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，用于沉積含硅膜的方法包括遠離處理室產(chǎn)生氫自由基；將氫自由基的流動引導(dǎo)至處理室的處理區(qū)域中，其中襯底設(shè)置在處理區(qū)域中；將含硅氣體的流動引導(dǎo)至處理室的處理區(qū)域中；和在襯底上沉積硅膜。遠程產(chǎn)生的氫自由基在到達處理區(qū)域之前不與含硅氣體混合。在另一實施例中，用于沉積含硅膜的方法包括在遠程等離子體源中建立氬氣的流動；在遠程等離子體源內(nèi)激發(fā)出等離子體；在遠程等離子體源中建立氫氣的流動以使得形成氫自由基的流動；將氫自由基的流動傳送到處理室的處理區(qū)域中，其中，襯底位于處理區(qū)域中；產(chǎn)生進入到處理室的處理區(qū)域中的含硅氣體的流動；和在襯底上沉積硅膜。氫自由基在到達處理室的處理區(qū)域之前不與含硅氣體混合。在本發(fā)明的另一實施例中，用于沉積含硅膜的裝置包括處理室，其具有在處理室內(nèi)限定出處理區(qū)域的多個壁、噴頭以及襯底支撐件；含硅氣體源，其經(jīng)由設(shè)置成穿過噴頭的多個第一氣體通道而連接到處理區(qū)域；遠程等離子體源，其連接到氫氣源并構(gòu)造成在遠程等離子體源內(nèi)產(chǎn)生多個氫自由基；視線管，其將遠程等離子體源連接到處理室，其中視線管包括惰性材料；和供給管，其將視線管連接到處理區(qū)域以使得由供給管傳送的氫自由基在進入處理區(qū)域之前不與含硅氣體混合。


可以參照實施例對上文簡要總結(jié)的本發(fā)明進行更具體地描述，以便于詳細地理解本發(fā)明的上述特征，實施例中的一些在附圖中示出。然而應(yīng)當注意，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例并且因此不被認為是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明可以允許有其他等效實施例。圖I是可以部分地使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法和裝置形成的單結(jié)非晶硅太陽能電池的簡化示意圖。圖2是可以部分地使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法和裝置形成的多結(jié)太陽能電池的另一實施例的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沉積非晶和微晶膜的處理室的示意性橫截面圖。圖4是根據(jù)另一實施例的用于分別將來自遠程等離子體源的氫自由基(hydrogen radical)和來自處理氣體源的處理氣體輸送到處理室的處理區(qū)域中的噴頭的示意性橫截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于氫自由基產(chǎn)生的處理流的示意圖。為便于理解，盡可能使用相同的附圖標記來表示附圖中共有的相同元件?？梢韵氲揭粋€實施例中公開的元件可以被有利地利用在其他實施例中，而不用專門詳述。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例一般地涉及用于在形成太陽能電池期間沉積非晶和微晶硅膜的改進裝置和方法。在一個實施例中，提供方法和裝置以用于產(chǎn)生氫自由基并將氫自由基直接引入到處理室的處理區(qū)域中以與含硅前驅(qū)體反應(yīng)而在襯底上進行膜沉積。在一個實施例中，氫自由基通過遠程等離子體源產(chǎn)生并經(jīng)由視線路徑(line of sight path)被直接引入到處理區(qū)域中，以使得氫自由基到達處理區(qū)域之前的能量損失最小化。視線路徑可以包括由非反應(yīng)性材料(例如電介質(zhì)或陶瓷材料)形成的管。在某些構(gòu)造中，期望對管加熱以減少可能的能量傳輸?shù)焦懿⒎乐箤渥杂苫诒灰氲教幚韰^(qū)域中之前吸附到管的表面上。圖I是可以部分地使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法和裝置形成的單結(jié)非晶硅太陽能電池100的簡化示意圖。單結(jié)太陽能電池100定向成朝著光源或太陽輻射101。太陽能電池100 —般地包括襯底102 (例如玻璃襯底、聚合物襯底、金屬襯底或其他適合的襯底)，薄膜形成于該襯底上。在一個實施例中，襯底102是尺寸為約2200mmX 2600mmX 3mm的玻璃襯底。太陽能電池100還包括形成于襯底102上的第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層110(例如，氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO))、形成于第一 TCO層110上的第一 p_i_n結(jié)120、形成于第
一p-i-n結(jié)120上的第二 TCO層140、以及形成于第二 TCO層140上的后解除層150。在一個構(gòu)造中，第一 p-i-n結(jié)120可以包括P型非晶硅層122、形成于p型非晶硅層122上的本征型非晶硅層124、以及形成于本征型非晶硅層124上的η型非晶硅層126。在一個示例中，P型非晶硅層122可以形成達到約60 A到約300 A之間的厚度，本征型非晶硅層124可以形成達到約1，500 A到約3，500 A之間的厚度，η型非晶硅層126可以形成達到約100 A到約500 A之間的厚度。后接觸層150可以包括但不限于鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、金(Au)、銅(Cu)、鉬(Pt)、其合金或其組合。圖2是太陽能電池200的實施例的示意圖，太陽能電池200是定向成朝著光或太陽輻射101的多結(jié)太陽能電池。太陽能電池200包括襯底102(例如玻璃襯底、聚合物襯底、金屬襯底或其他適合的襯底)，薄膜形成于該襯底上。太陽能電池200還可以包括形成于襯底102上的第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層210、形成于第一 TCO層210上的第一 p-i-n結(jié)220、形成于第一 p-i-n結(jié)220上的第二 p-i_n結(jié)230、形成于第二 p-i_n結(jié)230上的第
二TCO層240、以及形成于第二 TCO層240上的后解除層250。第一 p-i-n結(jié)220可以包括p型非晶硅層222、形成于p型非晶硅層222上的本征型非晶娃層224、以及形成于本征型非晶娃層224上的η型微晶娃層226。在一個不例中,P型非晶硅層222可以形成達到約60 A到約300 A之間的厚度，本征型非晶硅層224可以形成達到約1，500 A到約3，500 A之間的厚度，η型微晶半導(dǎo)體層226可以形成達到約100 A 到約400 A之間的厚度。第二 p-i-n結(jié)230可以包括P型微晶硅層232、形成于p型微晶硅層232上的本征型微晶娃層234、以及形成于本征型微晶娃層234上的η型非晶娃層236。在一個實施例中，在沉積本征型微晶硅層234之前，可以在P型微晶硅層232上形成本征微晶硅種子層233。在一個示例中，P型微晶硅層232形成達到約100 A到約400 A之間的厚度，本征型微晶硅層234可以形成達到約10，000 A到約30，000 A之間的厚度，η型非晶硅層236可以形成達到約100 A到約500 A之間的厚度。在一個實施例中，本征微晶硅種子層233可以形成達到約50 A到約500 A之間的厚度。后接觸層250可以包括但不限于鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、金(Au)、銅(Cu)、鉬(Pt)、其合金或其組合?，F(xiàn)有沉積各種非晶和微晶硅膜以形成太陽能電池100、200的方法包括將氫基氣體(例如氫氣(H2))和硅基氣體(例如硅烷(SiH4))的混合物引入到等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)處理室的處理區(qū)域中，將氣體混合物激發(fā)成等離子體，并在襯底102上沉積期望的膜。在該處理期間，兩種類型的鍵形成并沉積在襯底上，即Si-H鍵和Si-H2鍵。發(fā)現(xiàn)H2鍵是不期望的，因為這些鍵在沉積的膜中形成顆?；蛉毕?，導(dǎo)致低效低質(zhì)量的鍵和膜沉積。因此，期望在沉積處理期間增加Si-H鍵形成并減少Si-H2形成。此外，期望減少硅聚合成長鏈聚合物，這也導(dǎo)致在沉積的膜中形成缺陷以及沉積的膜的不穩(wěn)定性。本發(fā)明的實施例通過直接將氫自由基與硅基氣體分開引入到處理室的處理區(qū)域中來實現(xiàn)這些結(jié)果，以使得氫自由基與硅基氣體結(jié)合以在沉積處理期間產(chǎn)生與現(xiàn)有方法和裝置相比顯著更多的Si-H鍵。常規(guī)等離子體處理技術(shù)使用單一電容或電感耦合等離子體源以將能量傳輸?shù)皆O(shè)置在處理室的處理區(qū)域中的處理氣體(例如硅烷和氫氣)的組合，相信使用常規(guī)等離子體處理技術(shù)不能有效地或充分地將RF功率耦合到處理氣體混合物中的氫原子以產(chǎn)生期望百分比的反應(yīng)性氫自由基來在沉積的硅層中形成與Si-H2鍵相比更有利的Si-H鍵。在一個示例中，相信單一電容耦合等離子體源(例如，設(shè)置在襯底上方的RF驅(qū)動噴頭)只能將硅烷和氫氣混合物中約10-20%的氫原子轉(zhuǎn)換成氫自由基。因此，通過使用將能量傳輸?shù)桨◤倪h程等離子體源傳輸?shù)臍渥杂苫蛷膯为毜臍怏w源傳輸?shù)暮铓怏w的處理氣體混合物的電容或電感耦合等離子體源的組合，可以極大地改進沉積的膜質(zhì)量和沉積的膜的電氣特性。例如，本發(fā)明的實施例獲得將大約30-70%的氫自由基傳輸?shù)教幚硎遥c之相對現(xiàn)有技術(shù)為10-20%。應(yīng)當注意本文使用的術(shù)語“氫自由基”表示單一的、高反應(yīng)性的、中性氫原子。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于沉積非晶和微晶膜的處理室300的示意性橫截面圖。在一個實施例中，室300包括壁302、底部304、噴頭310、和襯底支撐件330，這些部件共同限定處理區(qū)域306。處理區(qū)域306可經(jīng)由閥308訪問，以使得襯底102可以被傳送進出室300。襯底支撐件330包括用于支撐襯底102的襯底接收表面332以及連接到舉升系統(tǒng)336的桿334，舉升系統(tǒng)336構(gòu)造成升高和降低襯底支撐件330。遮蔽框架333可以可選地被放置在襯底102的邊緣上。舉升銷338可移動地設(shè)置成穿過襯底支撐件330以使得襯底102移動到達和離開襯底接收表面332。襯底支撐件330還可以包括加熱和/或冷卻元件330以將襯底支撐件330保持在期望的溫度。襯底支撐件330還可以包括接地帶331以在襯底支撐件330的邊緣上提供RF接地。噴頭310在其邊緣處通過懸掛件314連接到背板312。噴頭310還可以通過一個或多個中心支撐件316連接到背板，以幫助防止中間下垂和/或控制噴頭310的平直度/彎曲度。氣體源320構(gòu)造成供應(yīng)處理氣體(含硅氣體)穿過氣體供給管345。在一個實施 例中，氣體供給管345是構(gòu)造成將處理氣體穿過噴頭310中的多個氣體通道311供給到處理區(qū)域306的環(huán)形管。氫氣源390流體連接到遠程等離子體源324 (例如電感耦合遠程等離子體源)。遠程等離子體源324還經(jīng)過視線管347和中央供給管349而流體連接到處理區(qū)域306。視線管347將遠程等離子體源324流體連接到中央供給管349。本文使用的術(shù)語“視線”是為了表示遠程等離子體源324和處理室300之間的短距離以使得可能的氫自由基重組或吸附在管的表面上最小化。在一個實施例中，視線管347提供用于氫自由基的直接路徑，其中沒有任意尖銳彎曲。在一個實施例中，視線管347提供用于氫自由基的直接路徑，其中沒有任意彎曲。視線管347包括由惰性材料(例如，藍寶石、石英或其他陶瓷材料)制成的管，以防止由遠程等離子體源324提供的氫自由基被吸附和/或重組。此外，可以提供加熱器套351，以進一步防止由遠程等離子體源324提供的氫自由基在傳送到處理區(qū)域306中之前被吸附和/或重組。視線管347和中央供給管349構(gòu)造成為在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基提供到達處理區(qū)域306中的直接的短路徑。在一個實施例中，如圖3所示，中央供給管349構(gòu)造成將在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基直接傳送經(jīng)過噴頭310中的中央開口 353而到達處理區(qū)域306中。在一個實施例中，處理室300還包括清潔氣體遠程等離子體源395，清潔氣體遠程等離子體源395流體連接到位于噴頭310后方的氣體室397，并且還經(jīng)過形成于噴頭310中的氣體通道311而連接到處理區(qū)域306。清潔氣體遠程等離子體源395連接到清潔氣體源396，清潔氣體源396能夠?qū)⑶鍧崥怏w傳送到清潔氣體遠程等離子體源395，以使得能夠形成具有能量的清潔氣體以在沉積處理之間清潔噴頭310和其他腔室組件的表面。通常的清潔氣體包括含鹵素氣體(例如NF3、F2、Cl2、或其他氣體)，這些氣體用于在沉積處理之前的時間段中去除形成于腔室組件上的部分的沉積材料。應(yīng)理解，如圖3所示，盡管一般需要定位清潔氣體遠程等離子體源395的出口 398以確保噴頭310和腔室組件的表面可以在腔室清潔處理期間被有效地清潔，但是根據(jù)本發(fā)明的實施例這一般不是在沉積處理期間傳輸供使用的氫自由基的有利位置。如圖3所示，出口 398的位置一般不利于將氫自由基引入到處理區(qū)域306中，因為很可能通過形成的氫自由基和從處理氣體源320傳輸?shù)那膀?qū)體氣體的反應(yīng)而在氣體室397中形成氣相顆粒，這將在噴頭310后方和內(nèi)部提供不期望的沉積。圖4是根據(jù)另一實施例的用于分別將來自遠程等離子體源324的氫自由基和來自處理氣體源320的處理氣體輸送到處理室300的處理區(qū)域306中的噴頭410的示意性橫截面圖。在本實施例中，中央供給管349流體連接到噴頭410內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域405。內(nèi)部區(qū)域405轉(zhuǎn)而流體連接到多個通道412，多個通道412將噴頭410的內(nèi)部區(qū)域405流體連接到處理室300的處理區(qū)域306。在此構(gòu)造中，氫自由基被從遠程等離子體源324傳送經(jīng)過視線管347和中央供給管349而進入到噴頭410的內(nèi)部區(qū)域405中。從這里，氫自由基穿過多個通道412被平均地分配到處理區(qū)域306中。同時，處理氣體(例如硅烷)被從氣體源320傳送經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭410中的多個氣體通道311而進入到處理區(qū)域306中。RF功率源322耦接到背板312和/或噴頭310、410，以向噴頭310、410提供RF功率，以使得在噴頭310、410與襯底支撐件330或室壁302之間產(chǎn)生電場。因此，在處理區(qū)域306中產(chǎn)生電容耦合等離子體以用于在襯底102上沉積膜。真空泵309也經(jīng)由節(jié)流閥380連接到處理室300以將處理區(qū)域306控制在期望的壓力下。 不考慮具體實施例，氣體源320、遠程等離子體源324和噴頭310、410構(gòu)造成使得在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基只在處理區(qū)域306中被引導(dǎo)到處理氣體，以防止在處理室300的其他區(qū)域中不期望的混合和不期望的沉積。此外，氫自由基被直接傳送到處理區(qū)域306中以使得氫原子在與設(shè)置在處理區(qū)域306中的處理氣體混合之前的重組或能量損失最小化。因此，使不期望的Si-H2鍵最小化，并且使期望的Si-H鍵最大化，以提供更有效的硅膜沉積。在一個實施例中，氫自由基在一個或多個遠程等離子體源(例如圖3和圖4所示的遠程等離子體源324)內(nèi)產(chǎn)生。在一個實施例中，氫自由基從直接連接到處理區(qū)域306的單一遠程等離子體源產(chǎn)生。在另一實施例中，氫自由基從各自直接連接到處理區(qū)域306的多個遠程等離子體源產(chǎn)生。在一個實施例中，多個遠程等離子體源324沿著噴頭310、410均勻地間隔開，以使得通過控制來自均勻間隔開的遠程等離子體源324中每一者的氣體流率和遠程等離子體源功率，可以將均勻的氫自由基流動傳送至處理區(qū)域306中。在另一實施例中，多個遠程等離子體源324沿著噴頭310間隔開呈期望的圖案并以期望的方式受到控制，以將非均勻的氫自由基流動提供至處理區(qū)域306中以改善沉積處理結(jié)果的某些方面。在一個實施例中，根據(jù)在處理室300中處理的襯底102的尺寸，一個或多個遠程等離子體源可以具有從約IOkW到約40kW或更大的額定功率輸出。在一個實施例中，使用約14W/cm2到約18W/cm2之間的RF功率。圖5示出工藝步驟500的示例，工藝步驟500用于例如在開始沉積處理時開始在遠程等離子體源324中形成氫自由基。在一個實施例中，首先在框510處建立到遠程等離子體源324的氬氣流率。在一個實施例中，氬氣流率設(shè)置在約400sCCm/L到約750sCCm/L之間。在框520，氬氣在遠程等離子體源內(nèi)被激發(fā)成等離子體，并且處理室300中的節(jié)流閥380被打開。然后，在框530，以約O. 4sccm/L/s到約40sccm/L/s之間的流率將氫氣供應(yīng)到遠程等離子體源324。氫氣的流率可以連續(xù)地升高而達到約40sCCm/L到約205sCCm/L之間的穩(wěn)態(tài)流動。在框540，氬氣的流動的流率從約O. 4sccm/L/s降低到約17sCCm/L/s，直到氬氣的流動達到期望點以使得在遠程等離子體源324的出口處存在氫自由基的穩(wěn)定流為止。在一個實施例中，IS氣的流動例如當在從約O. ITorr到約ITorr的處理室壓力下使用時下降到零。在另一實施例中，氬氣的流動例如當在高于約IT0rr的處理室壓力下使用時持續(xù)處于低流率僅用于維持產(chǎn)生氫自由基。在一個實施例中，當在襯底102上所執(zhí)行的沉積處理期間處理室300的處理區(qū)域306中的成分和/或壓力變化時，期望調(diào)節(jié)輸送到遠程等離子體源324中的等離子體產(chǎn)生區(qū)域的壓力、氣體流率和/或氣體的比率(例如載氣(例如氬氣)與氫的比率)，以防止在該處產(chǎn)生的等離子體消失。下面提供根據(jù)本發(fā)明的用于使用圖3和圖4的處理室300來形成圖I和圖2的太陽能電池100和200中包含的非晶和微晶硅層的沉積方法的示例。向處理室300提供表面積為10，OOOcm2或更大的襯底，優(yōu)選為40，OOOcm2或更大，更加優(yōu)選地為55，OOOcm2或更大。在一個實施例中，設(shè)置加熱和/或冷卻元件339以在沉積期間提供約400攝氏度或更低的襯底支撐溫度，優(yōu)選為約150攝氏度至約400攝氏度之間。設(shè)置在襯底接收表面332上的襯底102的上表面與噴頭310、410在沉積期間的間距可以在約200mil到約I, OOOmil 之間。 為沉積硅膜，一般通過氣體源320來提供硅基氣體。使得的硅基氣體包括但不限于硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)及其組合。P型層的P型摻雜劑可以各自包括第III族元素，例如硼或鋁。含硼來源的示例包括三甲基硼(TMB)、乙硼烷(B2H6)和類似化合物。η型硅層的η型摻雜劑可以各自包括第V族元素，例如磷、砷或銻。含磷來源的示例包括磷化氫和類似化合物。通常利用載氣(例如氫、氬、氦和其他適合的化合物)來提供摻雜劑。下面舉例說明根據(jù)本發(fā)明的實施例可以用于在圖3和圖4所示的一個或多個處理室300中形成串聯(lián)電池(例如圖2中所示的太陽能電池200)的工藝步驟的示例。在一個實施例中，在一個處理室300中接收上面沉積有前TCO層110的襯底102。通過從氣體源320以約lsccm/L到約10sccm/L之間的流率提供娃燒氣體并使該娃燒氣體經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而進入到處理區(qū)域306中，可以在襯底102上形成P型非晶硅層122。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中?？梢砸约sO. 005sccm/L到約O. 05sccm/L之間的流率與硅烷一起提供三甲基硼。也可以以約lsccm/L到約15sCCm/L之間的流率提供甲烷?？梢韵驀婎^310、410提供約15mW/cm2到約200mW/cm2之間的RF功率以在處理區(qū)域306 (圖3)中在襯底102的表面上方形成等離子體。在襯底102上方形成的等離子體包括被輸送經(jīng)過噴頭310、410的硅烷氣體和從遠程等離子體源324輸送的氫自由基。處理室300的壓力可以被維持在約O. ITorr到約20Torr之間,優(yōu)選在約ITorr到約4Torr之間。然后，襯底102可以被傳送到與處理室300類似地構(gòu)造的另一處理室中，以在p型非晶娃層122上沉積本征型非晶娃層124。在一個實施例中，娃燒氣體被從氣體源320以約O. 5sccm/L到約7sccm/L之間的流率提供，經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而到達處理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中?？梢韵驀婎^310、410提供約15mW/cm2到約250mW/cm2之間的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約O. 5Torr到約5Torr之間。然后，在襯底102仍然處于處理室300中時，在本征型非晶硅層124上沉積η型微晶硅層126。在一個實施例中，硅烷氣體被從氣體源320以約O. lsccm/L到約0.8sCCm/L之間(例如約O. 35sccm/L)的流率提供，經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而到達處理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中?？梢砸约sO. 0005sccm/L到約O. 06sccm/L之間的流率與娃燒一起提供磷化氫?？梢韵驀婎^310、410提供約100mW/cm2到約900mW/cm2之間的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約ITorr到約IOOTorr之間，優(yōu)選在約3Torr到約20Torr之間。然后,襯底102被移動到另一處理室300以在η型微晶娃層126上沉積ρ型微晶硅層132。在一個實施例中，硅烷氣體被從氣體源320以約O. lsccm/L到約O. 8sccm/L之間的流率提供，經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而到達處 理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中。可以以約O. 0002sccm/L到約O. 0016sccm/L之間的流率與硅烷一起提供三甲基硼?？梢韵驀婎^310、410提供約50mW/cm2到約700mW/cm2之間的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約ITorr到約IOOTorr之間，優(yōu)選在約3Torr到約20Torr之間。然后,襯底102被傳送到另一處理室300中以在ρ型微晶娃層132上沉積本征型微晶硅種子層133。在一個實施例中，硅烷氣體經(jīng)過從約20秒到約300秒(例如在約40秒到約240秒之間)的時間段而逐漸從零點提高到第二設(shè)定點(例如在約2. 8sccm/L到約5. 6sCCm/L之間)。提高的硅烷流被從氣體源320提供，經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而到達處理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中。RF功率也可以與硅烷流類似地從約O瓦特/cm2提高到約2瓦特/cm2，以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約ITorr到約12Torr之間。認為在形成本征型微晶硅種子層133中硅烷流的逐漸提高有助于硅原子均勻地粘附和分布在襯底102的表面上，從而形成具有期望的膜特性的本征型微晶硅種子層133。硅原子在襯底102的表面上的均勻粘附提供良好的成核位置，以用于后來的原子在該位置上成核。形成于襯底102上的均勻成核位置提高后續(xù)形成于襯底102上的膜的結(jié)晶性。因此，到處理區(qū)域306中的硅烷流的逐漸提高使得解離的硅原子能夠具有充足的時間來被逐漸吸收在襯底102的表面上，從而提供具有均勻分布硅原子的表面，該表面提供成核位置，這促進后續(xù)沉積的層的改進的結(jié)晶性。然后，在處理室300中在本征型微晶硅種子層133上沉積本征型微晶硅層134。硅烷氣體被從氣體源320以約O. lsccm/L到約O. 8sccm/L之間的流率提供，經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而到達處理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中。可以向噴頭310、410提供約300mW/cm2或更大(優(yōu)選為600mW/cm2或更大)的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約ITorr到約IOOTorr之間，優(yōu)選在約3Torr到約20Torr之間。最后，在襯底仍然位于處理室300中時，在襯底201上的本征型微晶硅層124上沉積η型非晶娃層126。在一個實施例中，可以通過首先以第一娃燒流率沉積可選的第一 η型非晶硅層、然后以低于第一硅烷流率的第二硅烷流率在第一可選的η型非晶硅層上沉積第二 η型非晶硅層，來沉積η型非晶硅層136?？梢酝ㄟ^從氣體源320以約lsccm/L到約10sccm/L之間(例如約5. 5sccm/L)的流率提供娃燒氣體并使該娃燒氣體經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而進入到處理區(qū)域306中，來沉積第一可選的η型非晶硅層。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306·中?？梢砸约sO. 0005sccm/L到約O. 0015sccm/L之間(例如O. 0095sccm/L)的流率與硅烷一起提供磷化氫?？梢韵驀婎^310、410提供約25mW/cm2到約250mW/cm2之間的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約O. ITorr到約20Torr之間，優(yōu)選在約O. 5Torr到約4Torr之間。第二 η型非晶硅層沉積可以包括從氣體源320以約O. lsccm/L到約5sCCm/L之間(例如約O. 5sccm/L到約3sccm/L之間(例如約1.42sccm/L))的流率提供娃燒氣體并使該硅烷氣體經(jīng)過氣體供給管345并經(jīng)過噴頭310、410中的多個氣體通道311而進入到處理區(qū)域306中。同時，根據(jù)上文參照圖5提供的描述在遠程等離子體源324中產(chǎn)生的氫自由基被提供經(jīng)過視線管347、中央供給管349以及噴頭310、410而進入到處理區(qū)域306中。可以以約 O. 01sccm/L 到約 O. 075sccm/L 之間(例如約 O. 015sccm/L 到約 O. 03sccm/L 之間(例如約O. 023sccm/L))的流率提供磷化氫。可以向噴頭310、410提供約25mW/cm2到約250mW/cm2之間(例如60mW/cm2)的RF功率以將能量傳輸給處理區(qū)域306中的硅烷和氫自由基混合物。處理室300的壓力可以被維持在約O. ITorr到約20Torr之間，優(yōu)選在約O. 5Torr到約4Torr之間，例如約I. 5Torr0因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例可以通過在遠程等離子體源中產(chǎn)生氫自由基并將氫自由基直接傳輸?shù)教幚硎业奶幚韰^(qū)域中以與含硅氣體結(jié)合來提供在太陽能電池中每個含硅層。直接就愛那個氫自由基提供到處理區(qū)域中以與含硅氣體反應(yīng)會產(chǎn)生超過現(xiàn)有技術(shù)沉積方法的改進的鍵合結(jié)構(gòu)、沉積效率和沉積膜穩(wěn)定性。盡管上文涉及本發(fā)明的實施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以獲得本發(fā)明的其他和進一步的實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于沉積含硅膜的方法，其包括 遠離處理室產(chǎn)生氫自由基； 將所述氫自由基的流動引導(dǎo)至所述處理室的處理區(qū)域中，其中，襯底設(shè)置在所述處理區(qū)域中；和 將含硅氣體的流動引導(dǎo)至所述處理室的所述處理區(qū)域中，其中，所述氫自由基在到達所述處理室的所述處理區(qū)域之前不與所述含硅氣體混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括與所述氫自由基一起將氬等離子體的流動傳送到所述處理區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在遠程等離子體源中產(chǎn)生所述氫自由基。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述遠程等離子體源經(jīng)過包括惰性材料的視線管而傳送到所述處理室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在將所述氫自由基從所述遠程等離子體源傳送到所述處理室期間加熱所述視線管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，由所述處理室的襯底支撐件、噴頭和壁來限定所述處理區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括將所述含硅氣體從氣體源經(jīng)過設(shè)置成穿過所述噴頭的多個第一氣體通道而傳送到所述處理區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述視線管經(jīng)過所述噴頭的中央開口而傳送到所述處理區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述視線管經(jīng)過所述噴頭的內(nèi)部區(qū)域和所述噴頭中的多個第二氣體通道而傳送到所述處理區(qū)域中，所述多個第二氣體通道將所述噴頭的所述內(nèi)部區(qū)域與所述處理室的所述處理區(qū)域連接。
10.一種用于沉積含硅膜的方法，其包括 在遠程等離子體源中建立氬氣的流動； 在所述遠程等離子體源內(nèi)激發(fā)出等離子體； 在所述遠程等離子體源中建立氫氣的流動以使得形成氫自由基的流動； 將所述氫自由基的流動傳送到處理室的處理區(qū)域中，其中，襯底位于所述處理區(qū)域中；和 產(chǎn)生進入到所述處理室的所述處理區(qū)域中的含硅氣體的流動，其中，所述氫自由基在到達所述處理室的所述處理區(qū)域之前不與所述含硅氣體混合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在建立氫氣的流動期間增加氫氣流動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在建立所述氫氣的流動之后降低氬氣的流動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述遠程等離子體源經(jīng)過包括惰性材料的視線管而傳送到所述處理室的所述處理區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，由所述處理室的襯底支撐件、噴頭和壁來限定所述處理區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將所述含硅氣體從氣體源經(jīng)過設(shè)置成穿過所述噴頭的多個第一氣體通道而傳送到所述處理區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述視線管經(jīng)過所述噴頭的中央開口而傳送到所述處理區(qū)域中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述氫自由基從所述視線管經(jīng)過所述噴頭的內(nèi)部區(qū)域和所述噴頭中的多個第二氣體通道而傳送到所述處理區(qū)域中，所述多個第二氣體通道將所述噴頭的所述內(nèi)部區(qū)域與所述處理室的所述處理區(qū)域連接。
18.一種用于沉積含硅膜的裝置，其包括 處理室，其具有在所述處理室內(nèi)限定出處理區(qū)域的多個壁、噴頭以及襯底支撐件； 含硅氣體源，其經(jīng)由設(shè)置成穿過所述噴頭的多個第一氣體通道而連接到所述處理區(qū)域； 遠程等離子體源，其連接到氫氣源并構(gòu)造成在所述遠程等離子體源內(nèi)產(chǎn)生多個氫自由基; 管，其將所述遠程等離子體源連接到所述處理室，其中所述管包括惰性材料；和供給管，其將所述管連接到所述處理區(qū)域以使得由所述供給管傳送的所述氫自由基在進入所述處理區(qū)域之前不與含硅氣體混合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述噴頭具有中央開口，所述中央開口流體連接到所述供給管并構(gòu)造成將所述氫自由基直接引導(dǎo)至所述處理區(qū)域中。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述噴頭具有內(nèi)部區(qū)域和多個第二氣體通道，所述內(nèi)部區(qū)域流體連接到所述供給管并構(gòu)造成接收所述氫自由基，所述多個第二氣體通道設(shè)置在所述噴頭中并將所述噴頭的所述內(nèi)部區(qū)域與所述處理室的所述處理區(qū)域流體連接。
全文摘要
本發(fā)明提供用于在形成太陽能電池期間沉積非晶和微晶硅膜的裝置和方法。在一個實施例中，提供方法和裝置以產(chǎn)生氫自由基并將氫自由基直接引導(dǎo)至處理室的處理區(qū)域中以與含硅前驅(qū)體反應(yīng)而在襯底上進行膜沉積。在一個實施例中，氫自由基由遠程等離子體源產(chǎn)生并被直接引導(dǎo)經(jīng)過視線路徑到達處理區(qū)域中，以使得氫自由基在到達處理區(qū)域之前的能量損失最小化。
文檔編號H01L21/205GK102892922SQ201080065504
公開日2013年1月23日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者安納馬萊·拉克師馬納, 方俊, 唐建設(shè), 達斯廷·W·霍, 福蘭斯馬爾·斯楚彌特, 艾倫·曹, 湯姆·周, 布賴恩·西-元·施赫, 哈里·K·波奈卡恩提, 克里斯·埃博斯帕希爾, 原錚 申請人:應(yīng)用材料公司