CN101265574B

CN101265574B - 薄膜沉积装置和薄膜沉积方法

Info

Publication number: CN101265574B
Application number: CN2008100846289A
Authority: CN
Inventors: 李沅民; 杨与胜
Original assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.; Fujian Golden Sun Solar Technic Co., Ltd.
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: CN101265574A

Abstract

本发明公开了一种薄膜沉积装置和薄膜沉积方法，所述薄膜沉积装置中等距、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；在各个激励电极板和接地电极板之间放置需要进行双面沉积薄膜的基板；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，在所述基板表面沉积薄膜。本发明能够对大面积基板进行单面和双面的批量沉积，能够大幅度提高薄膜沉积的效率和产能，并降低交叉污染。

Description

薄膜沉积装置和薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于制造薄膜太阳能电池的薄膜沉积装置和薄膜沉积方法。

背景技术

目前，大面积硅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，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，硅晶太阳能电池必然为硅薄膜太阳能电池所取代。薄膜太阳能电池是多层器件，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)工艺在基板表面沉积薄膜硅层。图1为传统的薄膜沉积装置结构示意图。如图1所示，传统的薄膜沉积装置激励等离子体的电能以电容耦合的方式导入一对平行电极之间的狭窄区域而产生辉光放电。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原材料气体(源气体混合物)的流向。在盒罩16上开有进气口19，用来为等离子体区提供原材料气体。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，以便让含硅的源气体混合物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15，基板15通常被放置在接地电极12表面。为了使沉积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。目前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，将反应源气体激励为等离子体，从而在基板15表面沉积上含有源气体物质的膜层。

由于上述具有平行电极的薄膜沉积装置一次只能在一个基板15的一个表面沉积膜层，因此生产效率较低。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，在沉积例如p层或n层时，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，从暴露表面上的镀膜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，现有的方法中通常是为各薄膜层配备专用的沉积室，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装置和薄膜沉积方法，能够大幅度提高在基板表面沉积薄膜的效率和产能，并降低交叉污染。

为达到上述目的，本发明提供的薄膜沉积装置包括金属上横梁、下横梁和与所述上横梁、下横梁连接的金属侧壁，所述上横梁和下横梁之间具有第一电极板和第二电极板，各所述第一电极板和第二电极板彼此电绝缘且等距、平行、间隔交替排列，在所述各个第一电极板和第二电间具有第一电极板和第二电极板，各所述第一电极板和第二电极板彼此电绝缘且等距、平行、间隔交替排列，在所述各个第一电极板和第二电极板之间的上横梁和下横梁上设置凹槽，放置需要双面沉积薄膜的基板。

所述第一电极板为激励电极板，所述第二电极板为接地电极板，各所述激励电极板两侧均具有所述接地电极板。

所述接地电极板直接与所述上横梁和下横梁连接，所述激励电极板通过绝缘部件连接至所述上横梁和下横梁。

所述反应室顶部还包括喷淋板。

所述电极板的上、下端部具有卡固部件，用于卡固需要沉积薄膜的太阳能电池基板。

所述卡固部件为卡槽或滚轮。

相应地，本发明提供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；

在激励电极板、接地电极板的两侧表面和反应室侧壁内表面放置基板；

在各个激励电极板和接地电极板之间放置需要进行双面沉积薄膜的基板；

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，在所述基板表面沉积薄膜。

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薄膜的步骤。

所述反应气体的流量为10～100000sccm。

所述反应气体的流量为100～20000sccm。

本发明在反应室中等距、平行、间隔、交替设置激励电极板和接地电极板，反应室侧壁也作为接地电极板使用，使每个激励电极板的两侧都具有接地电极板，激励电极板的数量根据设计要求可以是任何整数个。激励电极板和接地电极板的两侧表面以及反应室侧壁内表面均为平坦表面，使得激励电极板和接地电极板的两侧表面以及反应室侧壁内表面都可放置与电极板面积相当的需要沉积薄膜的基板。此外，本发明在激励电极板和接地电极板之间的横梁上设置凹槽，用于在激励电极板和接地电极板之间放置基板，因此本发明不但可以对激励电极板和接地电极板的两侧表面以及反应室侧壁内表面的基板进行单面沉积薄膜，还能够对激励电极板和接地电极板之间的基板进行双面沉积薄膜，可以形成双面太阳能电池，增加了产品类型，大大提高了产能和工艺灵活性。根据实际产品面积的需要，激励电极板和接地电极板的面积可以相应增加，因此，本发明特别适合于制造大面积薄膜太阳能电池；由于基板的面积与电极板面积相当且均附着于激励电极板、接地电极板两侧和反应室侧壁内表面，因此激励电极板、接地电极板和反应室侧壁内表面暴露于等离子体环境下的面积很小，沉积物质在这些部位的积聚率大大降低，能够大幅度降低交叉污染，可进行多轮次薄膜硅的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，降低了生产成本。

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为传统的用于制造薄膜太阳能电池的装置结构示意图；

图2为本发明的薄膜沉积装置结构示意图；

图3为本发明的薄膜沉积装置的立体结构示意图；

图4为说明利用本发明薄膜沉积装置沉积薄膜的工作状态的示意图；

图5为说明基板安装方式的示意图；

图6为说明太阳能电池基板安装方式的侧面结构示意图；

图7为本发明薄膜沉积方法的流程图。

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为本发明的薄膜沉积装置结构示意图。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2所示，本发明的薄膜沉积装置包括上横梁112和下横梁111，上横梁112位于喷淋板110下方。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。每个激励电极板104的两侧都具有接地电极板106。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4个激励电极板104为例，接地电极板106相应布置于激励电极板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，侧壁102也作为接地电极板使用。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。所述连接的方式可采用本领域技术人员公知的方式，例如螺钉连接、铆接、焊接等。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薄膜的基板。本发明的薄膜沉积装置在激励电极板104和接地电极板106之间的上横梁112和下横梁111上开有凹槽113，用于放置需要双面沉积薄膜的基板。所述薄膜沉积装置还包括支撑部120，支撑部120优选为轮式，便于移动。

图3为本发明的薄膜沉积装置的立体结构示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。图中未示出支撑部120。如图3所示，所述薄膜沉积装置包括金属侧壁102，与金属侧壁102相连的下横梁111和上横梁112(图中未示出)，以及安装在上横梁112上方的喷淋板110。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。在激励电极板104和接地电极板106之间的上横梁112和下横梁111上开有凹槽(图中未示出)。所述薄膜沉积装置顶部具有喷淋板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4为说明利用本发明薄膜沉积装置沉积薄膜的工作状态的示意图。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4所示，在薄膜沉积装置的激励电极板104和接地电极板106的两侧表面以及侧壁102内表面，通过卡固部件119将基板(薄膜太阳能电池基板)121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。在激励电极板104和接地电极板106之间的凹槽113中放置需要进行双面沉积薄膜的基板122。对基板121和122进行预热，使得基板达到预定的温度，例如110～250℃，然后将薄膜沉积装置推入箱体100中，箱体100是一个具有门的可封闭的箱体。也可以在箱体100中直接对薄膜沉积装置进行加热，使基板达到所需温度。将门关闭后对箱体100内抽真空，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。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。在本发明的其他实施例中，也可以分别为每个激励电极板104单独配备射频激励源117，以增加可靠性。对箱体100抽真空后，向箱体100中通入具有一定压力和流量的源物质反应气体，通过进气口114进入气体容置部116，经喷淋板110流入到所述装置内的激励电极板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发为等离子体，从而在各个基板121表面沉积薄膜层，在各个基板122的双面沉积薄膜。反应后的剩余气体经箱体100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。

图5为说明基板安装方式的示意图。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5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。基板121卡固于滚轮119和接地电极板106之间的凹槽中。图6为说明太阳能电池基板安装方式的侧面结构示意图。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。

图7为本发明薄膜沉积方法的流程图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明的保护范围。本发明的薄膜沉积方法与本发明的薄膜沉积装置相对应，其步骤中所述的反应室即为本发明的薄膜沉积装置，如图7所示，在本发明的薄膜沉积方法的一个实施例中，如实线箭头所示，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)；然后在激励电极板、接地电极板的两侧表面和反应室侧壁内表面放置基板(S202)；在各个激励电极板和接地电极板之间再放置需要进行双面沉积的基板(S203)；将基板加热至预定温度(S204)；随后向反应室内引入反应气体(源气体混合物)，反应气体的流量为10～100000sccm，优选为100～20000sccm；将反应气体激发为等离子体，在基板表面沉积薄膜(S205)；在接下来的工艺步骤中，可以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(S206)。当然，如本领域技术人员所公知，在引入反应气体之前需要将反应室中的空气排出；在沉积另一层薄膜之前，需要将前次沉积薄膜的剩余反应气体排出干净。在本发明方法的另一个实施例中，如图中虚线箭头方向所示，在执行完步骤S202之后，可以不放置需要进行双面沉积薄膜的基板，即直接执行步骤S204，仅对基板单面沉积薄膜。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。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。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，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

1.一种薄膜沉积装置，所述装置包括金属上横梁、下横梁和与所述上横梁、下横梁连接的金属侧壁，其特征在于：所述上横梁和下横梁之间具有第一电极板和第二电极板，各所述第一电极板和第二电极板彼此电绝缘且等距、平行、间隔交替排列，在所述各个第一电极板和第二电极板之间的上横梁和下横梁上设置凹槽，放置需要双面沉积薄膜的基板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一电极板为激励电极板，所述第二电极板为接地电极板，各所述激励电极板两侧均具有所述接地电极板。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述接地电极板直接与所述上横梁和下横梁连接，所述激励电极板通过绝缘部件连接至所述上横梁和下横梁。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应室顶部还包括喷淋板。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电极板的上、下端部具有卡固部件，用于卡固需要沉积薄膜的太阳能电池基板。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述卡固部件为卡槽或滚轮。

7.一种薄膜沉积方法，包括：

将所述基板加热至预定温度；

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求7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。

10.根据权利要求9所述的薄膜沉积方法，其特征在于：所述反应气体的流量为100～20000sccm。