CN101265573B - 薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种薄膜沉积方法，包括：在反应室中等距、平行、间隔交替放置激励电极板和接地电极板；将基板卡固于所述激励电极板和接地电极板的两侧表面；将所述基板加热至预定温度；向所述反应室中引入反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积薄膜。本发明的薄膜沉积方法能够大幅度提高薄膜沉积、特别是大面积薄膜沉积的效率，并可降低沉积层之间的交叉污染。

Description

薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种薄膜沉积的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体制造工艺被不断地应用于新型太阳能电池的制造中。目前，市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加，在这些新型太阳能电池中，薄膜太阳能电池、特别是大面积薄膜太阳能电池的开发已受到世界范围的广泛关注。薄膜太阳能电池用硅量极少，更容易降低成本。同时，它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的情况下，薄膜太阳电池已成为太阳能电池发展的新趋势和新热点。

薄膜太阳能电池是多层器件，不同层在整个结构中具有不同特点和作用。一个典型的薄膜太阳能电池通常具有由p、i和n型半导体硅薄膜组成的p-i-n结构，其中p、i和n分别为p型掺杂、i型(非掺杂的层)和n型掺杂的薄膜硅层。这个p-i-n三层组合称为一个光电单元，或一个“结”。单结光电器件含有单一的光电单元，而多结光电器件(多结太阳能电池)含有两个或更多个叠加在一起紧密相连的光电单元。掺杂层p层和n层在i层之间建立一个内部电场。基于硅的i层直接将入射光能转换成电能。将基于薄膜硅的p-i-n硅半导体层夹在导电薄膜电极和透明材料基板(例如玻璃)之间，就形成了一个完整的太阳能电池。

在薄膜太阳能电池的制造过程中，一个重要工艺即为在薄膜沉积装置中实施等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在太阳能电池基板表面沉积薄膜硅层。图1为说明现有技术中薄膜的沉积方式示意图。如图1所示，在真空室10中，置有两个极性相反的平行板状电极，分别为激励电极11和接地电极12，它们之间的区域17是等离子体的激励形成区域。激励电极11置于盒罩16中，盒罩16中用来控制等离子体区域和反应气体(源气体混合物)的流向。在盒罩16上开有进气口19，用来为等离子体沉积区提供含有需沉积物质的反应气体。真空室10具有出气口18，用于将反应后的气体从真空室10中排出。激励电极板11通常设有适当密度的通孔，其背后放置一个与盒罩16相连的喷淋板13，以便让反应气体被输送并均匀分布在整个等离子体区域17，因此激励电极11上不能放置基板，基板15通常被放置在接地电极12表面。为了使沉积的膜层具有良好的均匀性，载有基板15的接地电极12背面置有一个加热器14以将基板15的温度保持在一个所需的范围内。生成等离子体的通行手段是采用射频(RF)功率源为激励电极11提供能量，将反应气体激发为等离子体，从而在基板15表面沉积上含有源气体物质的膜层。

由于上述方法一次只能对一个和接地电极12大小相当的基板15沉积膜层，因此其生产效率受到了限制。此外，由于环绕等离子体区域的盒罩16的内壁、真空室10的部分内壁和激励电极11直接暴露在等离子体辉光放电中，在沉积薄膜太阳能电池的p层或n层膜时，p型硼掺杂的硅材料或n型磷掺杂的硅材料会在激励电极11、真空室10和盒罩16的内壁上聚积，当在同一个真空室10中沉积非掺杂硅i层时，从暴露表面上的沉积层释放的相关残留掺杂剂会对i层造成严重的交叉污染，从而影响光电转换单元的性能。为了克服交叉污染问题，现有的方法是配备分别专用于沉积非掺杂型和掺杂型薄膜硅的沉积室，在多个不同的含有独立等离子体反应器的真空室中分别沉积i层，p层和/或n层。这样的多个真空室不可互换使用，这大大增加了制造成本，降低了生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜沉积方法，能够大幅度提高薄膜沉积的生产效率和产能，并可降低沉积层之间的交叉污染。

为达到上述目的，本发明提供的薄膜沉积方法，包括：

在反应室中等距、平行、间隔交替放置激励电极板和接地电极板；

将基板卡固于所述激励电极板和接地电极板的两侧表面；

将所述基板加热至预定温度；

向所述反应室中引入反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积薄膜。

所述方法还包括向反应室内引入另一种反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积另一层所需的薄膜的步骤。

在各所述激励电极板的两侧均设置所述接地电极板，利用射频激励源为所述激励电极板提供射频能量。

在所述反应室顶部设置喷淋板。

在所述激励电极板和接地电极板的上、下端部设置卡固部件，用于卡固需要沉积薄膜的基板。

所述卡固部件为卡槽或滚轮。

所述基板为大面积太阳能电池基板。

所述反应气体的流量为10～100000sccm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的薄膜沉积方法在反应室中等距、平行、间隔、交替地设置激励电极板和接地电极板，激励电极板的数量可以根据设计要求设定为任何整数个，相应数量的接地电极板布置于激励电极板的两侧，在每个激励电极板和接地电极板的两侧表面都放置与电极板面积相当的需要沉积薄膜的基板，因此本发明的薄膜沉积方法能够同时对多块基板进行薄膜沉积，大大提高了产能；此外，由于需要沉积薄膜的基板的面积与电极板面积相当且均附着于激励电极板和接地电极板两侧，因此激励电极板、接地电极板的表面暴露于等离子体环境下的面积非常小，硅薄膜在这些部位的积聚率大大降低，大幅度减少了交叉污染的机会，可进行多轮次的薄膜沉积而不需要进行清理，从而大大缩短了操作中的停产时间，提高了生产效率，降低了制造成本。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为说明现有技术中薄膜的沉积方式示意图；

图2为根据本发明实施例的薄膜沉积方法流程图；

图3为基于本发明薄膜沉积方法的反应室示意图；

图4为基于本发明薄膜沉积方法的反应室立体示意图；

图5为说明实施本发明薄膜沉积方法的示意图；

图6为说明基板卡固方式的示意图；

图7为说明太阳能电池基板安装方式的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

图2为根据本发明实施例的薄膜沉积方法流程图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。如图2所示，本发明的薄膜沉积方法首先在反应室中等距、平行、间隔交替放置激励电极板和接地电极板(S201)，然后将基板卡固于激励电极板和接地电极板的两侧表面(S202)；将基板加热至预定温度(S203)；随后向反应室内引入反应气体(源气体混合物)，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积薄膜(S204)；在接下来的工艺步骤中，向反应室内再引入另一种反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积另一层所需的薄膜(S205)。在向反应室内引入反应气体之前，需要对反应室抽真空，以排出反应室中的空气；在引入另一种反应气体之前，需要将剩余的前一种反应气体排出干净。

图3为基于本发明薄膜沉积方法的反应室示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。如图3所示，基于本发明薄膜沉积方法的反应室101包括顶部的上横梁112和下横梁111，在上横梁112的上方还具有喷淋板110。激励电极板104和接地电极板106等距、平行、间隔交替设置在上横梁112和下横梁111之间，且优选为垂直排列。反应室101底部还具有支撑部件120。支撑部件120优选为轮式，这样可将反应室101方便地移动。激励电极板104的数量根据设计要求可以是任何整数个，例如4、5、6、7、8……等等，图中以5个激励电极104为例，接地电极板106相应设置于激励电极板104的两侧。接地电极板106直接与上横梁112和下横梁111连接，下横梁111和上横梁112均为金属，并与金属侧壁102相连。激励电极板104通过绝缘部件108与上横梁112和下横梁111连接，从而保证了激励电极板104和接地电极板106之间的绝缘。

图4为基于本发明薄膜沉积方法的反应室立体示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。如图4所示，反应室101包括金属侧壁102，与金属侧壁102相连的下横梁111和与喷淋板110连接的上横梁112(图中未示出)。下横梁111和上横梁112之间等距、平行、间隔、交替设置激励电极板104和接地电极板106。反应室101顶部具有喷淋板110，其上均匀开有通孔115，反应气体通过喷淋板110上的通孔115后能够更加均匀地进入激励电极板104和接地电极板106之间的反应空间。

图5为说明实施本发明薄膜沉积方法的示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明的保护范围。如图5所示，本发明的薄膜沉积方法，在反应室101中等距、平行、间隔交替放置激励电极板104和接地电极板106，接地电极板106直接与上横梁112和下横梁111连接，下横梁111和上横梁112均为金属，并与金属侧壁102相连，从而使侧壁102也可作为接地电极板使用。激励电极板104通过绝缘部件108连接于上横梁112和下横梁111上，因而能够保证激励电极板104和接地电极板106之间的电气绝缘。激励电极板104、接地电极板106的两侧表面以及侧壁102内表面均为平坦表面，因此在激励电极板104和接地电极板106的两侧表面以及侧壁102内表面均可放置与电极板面积相当的需要沉积硅薄膜的基板(太阳能电池基板)121。基板121通过卡固部件119固定附着在激励电极板104、接地电极板106的两侧表面以及侧壁102的内表面。将反应室101推至温箱中进行预热，以便将基板121加热至预定的温度，例如100～250℃；随后，将预热后的反应室101置于箱体100中。当然，也可以在箱体100中直接对反应室101进行加热。箱体100是一个具有门的可封闭的箱体，将门关闭后对箱体100抽真空，以排出空气。所述箱体100顶部具有进气口114，侧壁具有出气口118。通过进气口114向反应室101中通入反应气体(源气体混合物)，所述反应气体的流量为10～100000sccm，优选为100～20000sccm。射频激励源117为并联连接的各激励电极板104输入射频能量。通常情况下，射频激励源117的输出端接有适配器(图中未示出)。在本发明的其他优选实施例中，也可以分别为每个激励电极板104单独配备射频激励源117。当反应气体通过进气口114进入反应室101顶部的气体容置部116后，经喷淋板110流入到反应室101内的激励电极板104与接地电极板106之间的反应空间，反应气体在所述反应空间内被激励为等离子体，从而在各个基板表面分别沉积薄膜层。反应后剩余的气体经反应室101底部空间由出气口118排出。图中箭头所示方向为所述气体流动方向。在接下来的工艺步骤中，可以向反应室101内再引入另一种反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板121表面沉积另一层所需的薄膜。在引入另一种反应气体之前，需要将剩余的前一种反应气体排出干净。

本发明的方法中，激励电极板104和接地电极板106的面积可以根据实际产品基板尺寸的需要相应地增加，因此本发明的方法特别适用于大面积薄膜的沉积，特别是大面积薄膜太阳能电池的制造。由于激励电极板104、接地电极板106两侧和反应室侧壁102内侧表面的面积与太阳能电池基板的面积相当，因此这些表面暴露于等离子体环境下的面积非常小，薄膜沉积物质在这些部位聚积得很少，因而大幅度降低了交叉污染的机会，可以进行多轮次、不同种类源气体的薄膜沉积而无需对反应室进行清理或更换反应室。

图6为说明基板卡固方式的示意图；所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明的保护范围。如图6所示，卡固部件119位于电极板(以接地电极板106为例，同样适用于激励电极板104)的端部，卡固部件119的形式可以是卡槽或滚轮，本实施例中优选为滚轮。太阳能电池基板121卡固于滚轮119和接地电极板106之间的凹槽中。图7为说明太阳能电池基板安装方式的示意图。在接地电极板106(以接地电极板106为例，同样适用于激励电极板104)的两个端部分别装有若干个滚轮式卡固部件119，所述滚轮式卡固部件119和接地电极板106之间具有凹槽，基板121插入所述凹槽中，并沿箭头所示方向随着滚轮的转动推入各个凹槽中。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种薄膜沉积方法，包括：

在反应室中等距、平行、间隔交替放置激励电极板和接地电极板；

将基板卡固于所述激励电极板和接地电极板的两侧表面；

将所述基板加热至预定温度；

向所述反应室中引入反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积薄膜；其中，

所述基板的面积与电极板的面积相当且均附着于激励电极板和接地电极板两侧。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：所述方法还包括向反应室内引入另一种反应气体，并将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积另一层薄膜的步骤。

3.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：在各所述激励电极板的两侧均设置所述接地电极板，利用射频激励源为所述激励电极板提供射频能量。

4.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：在所述反应室顶部设置喷淋板。

5.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：在所述激励电极板和接地电极板的上、下端部设置卡固部件，用于卡固需要沉积薄膜的基板。

6.根据权利要求5所述的薄膜沉积方法，其特征在于：所述卡固部件为卡槽或滚轮。

7.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：所述基板为大面积太阳能电池基板。

8.根据权利要求1所述的薄膜沉积方法，其特征在于：所述反应气体的流量为10～100000sccm。

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