CN102197458A - 多处气体馈送装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例大致提供用于将处理气体导入处理腔室中数个位置处的装置与方法。在一个实施例中，喷气头的中央区以及喷气头的角落区供给来自中央气源的处理气体，中央气源具有调控中央区中气流的第一质流控制器，以及调控角落区中气流的第二质流控制器。在另一实施例中，喷气头的中央区供给来自第一气源的处理气体，以及喷气头的角落区供给来自第二气源的处理气体。在另一实施例中，喷气头的中央区供给来自第一气源的处理气体，以及喷气头的每一角落区供给来自个别气源的处理气体。
Description
技术领域
本发明实施例提供用于将处理气体馈送至基材上多处的装置与方法。
背景技术
随着对较大太阳能板与平面显示器需求的持续增加，故基材以及用于处理基材的腔室的大小亦须增加。一种用于将材料沉积至太阳能板或平面显示器的基材上的方法为等离子体增强化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。在等离子体辅助化学气相沉积中，处理气体通常经由中央气体馈送口引导至处理腔室中的喷气头各处。处理气体扩散通过喷气头，并藉由施加至喷气头的RF电流引燃成等离子体。等离子体笼罩设置在腔室的处理区中基材，并于基材的表面上沉积薄膜。随着基材大小的增加，设置在基材上的膜的均匀性变得愈趋困难。因此，现有技术仍需开发用于改善喷气头表面各处处理气体的均匀性的装置与方法。
发明内容
在本发明的一个实施例中，一种处理设备包含喷气头；背板，其与该喷气头相邻，使得气室形成在该背板与该喷气头之间；第一气源，其与穿过该背板的中央区形成的开口流体连通；以及第二气源，其与穿过该背板的角落区形成的开口流体连通。在另一实施例中，一种处理设备包含喷气头；背板，其与该喷气头相邻，使得气室形成在该背板与该喷气头之间，其中该气室包含中央区以及复数个角落区；第一气源，与该气室的中央区流体连通；第一质流控制器，其与该第一气源以及该气室的中央区流体连通；第二气源，其与该气室的至少一角落区流体连通；以及第二质流控制器，其与该第二气源以及该气室之该至少一角落区流体连通。
在另一实施例中，一种处理设备包含喷气头；背板，其与该喷气头并列，使得气室形成在该背板与该喷气头之间，其中该气室包含中央区以及复数个角落区；气源，与该气室的中央区以及角落区流体连通；第一质流控制器，其与该气源以及该气室的中央区流体连通；以及第二质流控制器，其与该气源以及该气室的该些角落区的至少一者流体连通。
在又一实施例中，一种用于沉积薄膜的方法包含将第一气体混合物导入气室的中央区中，该气室形成在处理设备的背板以及喷气头之间；将第二气体混合物导入该气室的角落区中；以及在扩散通过该喷气头前，实质上防止该第一气体混合物与该第二气体混合物混合。
附图说明
为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来理解本发明简短概述于上的特定描述。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不被视为其的范围的限制因素，因为本发明可允许其它等效实施例。
图1A是可使用本发明实施例形成的单一接点非晶或微晶硅太阳能电池的简化示意图。
图1B为太阳能电池的实施例的示意图，其中该太阳能电池为朝向光或太阳能辐射定向的多接面太阳能电池。
图2是可根据本发明一个实施例使用的处理腔室的示意剖面视图。
图3是根据本发明一个实施例，处理腔室的背板的示意等角视图。
图4是根据本发明的一个实施例，处理腔室的背板的示意等角视图。
图5是根据本发明一个实施例，处理腔室的背板的示意等角视图。
图6是根据本发明一个实施例，背板的示意底部视图。
具体实施方式
本发明的实施例大致提供用于将处理气体导入处理腔室中数个位置处的装置与方法。在一个实施例中，喷气头的中央区以及喷气头的角落区供给来自中央气源的处理气体，中央气源具有调控中央区中气流的第一质流控制器，以及调控角落区中气流的第二质流控制器。在另一实施例中，喷气头的中央区供给来自第一气源的处理气体，以及喷气头的角落区供给来自第二气源的处理气体。在另一实施例中，喷气头的中央区供给来自第一气源的处理气体，以及喷气头的每一角落区供给来自个别气源的处理气体。藉由独立地将处理气体馈送至喷气头的不同区域，可控制通过喷气头的处理气体的比例与气流，以提供基材表面各处改善的均匀性。本发明的部分实施例对用于太阳能电池制造的沉积微晶硅膜有显著效益。
本发明参照处理大面积基材的化学气相沉积系统(例如可得自加州圣塔克拉拉市应用材料公司的等离子体辅助化学气相沉积系统)进行下述说明。然而，当知可在其它系统构造中使用该装置与方法。
可使用本发明实施例形成的太阳能电池100示例图示于图1A-1B中。图1A为可使用后述本发明实施例形成的单一接点太阳能电池100的简化示意图。如图1A所示，单一接点太阳能电池100朝向光源或太阳能辐射101定位。太阳能电池100一般包含具有薄膜形成于其上的基材102，例如玻璃基材、聚合物基材、金属基材或其它合适的基材。在一个实施例中，基材102为玻璃基材，大小约2200mmx2600mmx3mm。太阳能电池100更包含第一透明导电氧化物(TCO)层110(例如，氧化锌(ZnO)、氮化锡(SnO))形成在基材102上、第一P-I-N接面区120形成于第一TCO层110上、第二TCO层140形成于第一P-I-N接面区120上，以及背接触层150形成于第二TCO层140上。为了藉由提高光陷化(trapping)改善光吸收，可藉由湿式、等离子体、离子及/或机械处理选择地织构化(textured)基材及/或一或多个形成于其上的薄膜。举例而言，在图1A中所示的实施例中，第一TCO层110经织构化，而后续沉积于其上的薄膜大致遵循其下方表面的地形。在一个构造中，第一P-I-N接面区120包含p型非晶硅层122、形成于p型非晶硅层122上的本质型非晶硅层124以及形成于本质型非晶硅层124上的n型非晶硅层126。在一个示例中，p型非晶硅层122可形成约
至约
间的厚度，本质型非晶硅层124可形成约至约
间的厚度，而n型非晶硅层126可形成约
至约间的厚度。背接触层150包含但不限于选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、其合金及其组合所组成的群组的材料。
图1B为太阳能电池100的实施例的示意图，太阳能电池100为朝向光或太阳能辐射101定向的多接面太阳能电池。太阳能电池100包含具薄膜形成于其上的基材102，例如玻璃基材、聚合物基材、金属基材或其它合适的基材。太阳能电池100更包含形成于基材102上的第一透明导电氧化物(TCO)层110、形成于第一TCO层110上的第一P-I-N接面区120、形成于第一P-I-N接面区120上的第二P-I-N接面区130、形成于第二P-I-N接面区130上的第二TCO层140、以及形成于第二TCO层140上的背接触层150。在图1B所示的实施例中，第一TCO层110经织构化，且后续沉积于其上的薄膜大致遵循其下方表面的地形。第一P-I-N接面区120可包含p型非晶硅层122、形成于p型非晶硅层122上的本质型非晶硅层124以及形成于本质型非晶硅层124上的n型微晶硅层126。在一个示例中，p型非晶硅层122可形成约
至约
间的厚度，本质型非晶硅层124可形成约至约
间的厚度，以及n型微晶硅层126可形成约至约
间的厚度。第二P-I-N接面区130包含p型微晶硅层132、形成于p型微晶硅层132上的本质型微晶硅层134，以及形成于本质型微晶硅层134上的n型非晶硅层136。在一个示例中，p型微晶硅层132可形成约
至约
间的厚度，本质型微晶硅层134可形成约
至约
间的厚度，以及n型非晶硅层136可形成约至约间的厚度。背接触层150包含但不限于选自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、其合金及其组合所组成的群组的材料。
图2为可根据本发明一个实施例使用的处理腔室200的示意剖面视图。处理腔室200包含腔室主体202，其包围用于将基材206支承于其上的基座204。基材206包含例如用于太阳能面板制造、平面显示器制造、有机发光显示器制造等等的玻璃或聚合物基材。
基材206可放在腔室主体202中横越自气体分配喷气头208开始的处理区232的基座204上。基材206可经由穿过腔室主体202设置的流量阀开口216，进出处理腔室200。
气体分配喷气头208可具有面对处理区232与基材206的下游面210。气体分配喷气头208亦可具有相对于下游面210设置的上游面212。复数个气体通道214从上游面212至下游面210延伸穿过气体分配喷气头208。
处理气体可从第一气源228导入处理腔室200中。处理气体从第一气源228经由气管230通过背板220的中央区。气体散布在形成于背板220与气体分配喷气头208的上游面212间的气室222中。处理气体接着扩散通过气体分配喷气头208至处理区232中。
RF功率源224在气管230处耦接至处理腔室200。当使用RF功率时，RF电流流经背板220、突出部218以及气体分配喷气头208的下游面210，在该处其将处理区232中的处理气体引燃成等离子体。
难以在大面积基材上沉积一致且均匀的膜。尤其是，当在大面积多角形基材的表面上沉积膜时，角落区处通常增加了均匀性困难度。因此，在本发明之一实施例中，处理气体经由背板220的角落区个别导至喷气头的角落区208。
图3为根据本发明一个实施例，处理腔室300的背板320的示意等角视图。在一个实施例中，气源328将处理气体供应至处理腔室300。来自气源328的处理气体可通过背板320的中央区321而供应。经过背板320的中央区321的处理气体气流可经由质流控制器350调控。
在一个实施例中，来自气源328的处理气体可通过背板320的复数个角落区322而提供。通过背板320的角落区322的处理气体其气流及/或压力，可藉由一或多个质流控制器351调控。在一个实施例中，单一质流控制器351调控通过角落区322的处理气体的气流。在另一实施例中，通过每一角落区322的处理气体的气流，经由不同的质流控制器351调控。
在一个实施例中，处理气体包含一或多个前驱物气体。处理气体以第一流速输送至背板320的中央区321。另外，处理气体以第二流速输送至角落区322。因此，可最佳化输送至中央区321的处理气体流速对输送至角落区的处理气体流速的比例，以于设置在处理腔室300中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
在一个实施例中，处理气体可以不同流速输送至每一角落区322。因此，可最佳化输送经过中央区321的处理气体流速对输送经过每一角落区322的处理气体流速的比例，以于设置在处理腔室300中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
虽然角落区322描绘成在背板320的角落处，一或多个角落区322亦可沿着背板320的边缘延伸。如此一来，亦可最佳化至边缘区的处理气流，以处理腔室壁的不对称，例如流量阀开口。
图4为根据本发明一个实施例，处理腔室400的背板420的示意等角视图。在一个实施例中，处理气体可经由复数个气源供应至处理腔室400。来自第一气源的处理气体428可通过背板420的中央区421而供应。通过背板420的中央区421的处理气体其气流及/或压力可经由质流控制器450调控。
在一个实施例中，来自第二气源429的处理气体可通过背板420的复数个角落区422而供应。通过背板420的角落区422的处理气体其气流及/或压力，可藉由一或多个质流控制器451来调控。在一个实施例中，单一质流控制器451调控通过角落区422的处理气体的气流及/或压力。在另一实施例中，通过每一角落区422的处理气体的气流及/或压力经由不同的质流控制器451调控。
在一个实施例中，来自第一气源428处理气体包含一或多个前驱物气体，而来自第二气源429的处理气体包含一或多个前驱物气体。在一个实施例中，第一处理气体混合物由第一气源428提供，而第二处理气体混合物则由第二气源429提供。
在本发明一个实施例中，微晶硅层沉积在基材上，例如如在图1B中所示的本质型微晶硅层134。在一个实施例中，第一处理气体混合物包含在约1∶90至约1∶110间的硅基气体对氢气比例，例如约1∶100。在一个实施例中，第二处理气体混合物包含在约1∶115至约1∶125间的硅基气体对氢气比例，例如约1∶120。因此，可最佳化处理气体中前驱物气体的比例，以在设置在处理腔室400中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
在另一实施例中，处理腔室400可用来将非晶硅层与微晶层两者沉积于相同基材上，以形成太阳能电池，例如图1B中所图示的太阳能电池100。举例而言，来自第一气源428处理气体可通过背板420的中央区421而供应，以在一个处理步骤中，形成设置在处理腔室400中的基材上的非晶硅层，例如形成图1B中所图示的太阳能电池100的本质型非晶硅层124。之后，来自第二气源429的处理气体可通过背板420的复数个角落区422而供应，以形成设置在处理腔室400中的基材上的微晶硅层，例如形成于图1B中所示的本质型微晶硅层134。
在一个实施例中，来自第一气源的第一处理气体可以第一流速输送至背板420的中央区421。另外，第二处理气体可以第二流速输送至角落区422。因此，可最佳化输送至中央区421的处理气体流速对输送至角落区的处理气体流速的比例，以在设置在处理腔室400中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
在一个实施例中，处理气体可以不同流速输送至每一角落区422。因此，可最佳化输送经过中央区421的处理气体流速对输送经过每一角落区422的处理气体流速的比例，以在设置在处理腔室400中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
虽然角落区422描绘成在背板420的角落处，一或多个角落区422亦可沿着背板420的边缘延伸。如此一来，亦可最佳化至边缘区的处理气流，以处理腔室壁的不对称，例如流量阀开口。
图5为根据本发明的一个实施例，处理腔室500的背板520的示意等角视图。在一个实施例中，处理气体可经由复数个气源供应至处理腔室500。来自第一气源的处理气体528可通过背板520的中央区521而供应。通过背板520的中央区521的处理气体其气流及/或压力可经由质流控制器551调控。
在一个实施例中，来自第二气源529的处理气体可通过背板520的第一角落区522而供应。来自第三气源541的处理气体可通过背板520的第二角落区523而供应。来自第四气源542的处理气体可通过背板520的第三角落区524而供应。来自第五气源543的处理气体可通过背板520的第四角落区525而供应。
在一个实施例中，通过背板520的第一角落区522、第二角落区523、第三角落区524以及第四角落区525的处理气体其气流及/或压力各可藉由质流控制器551来调控。
在一个实施例中，来自每一气源528、529、541、542以及543的处理气体包含一或多个前驱物气体。在一个实施例中，不同的处理气体混合物则是自每一个不同的气源528、529、541、542以及543供应。
在本发明的一个实施例中，微晶硅层沉积在基材上，例如在图1B中所示的本质型微晶硅层134。在一个实施例中，第一处理气体混合物藉由第一气源528供应，并包含在约1∶90至约1∶110间的硅基气体对氢气比例，例如约1∶100。在一个实施例中，第二、第三、第四以及第五处理气体混合物分别藉由第二气源529、第三气源541、第四气源542以及第五气源543供应。在一个实施例中，第二、第三、第四以及第五气体混合物各包含约1∶115至约1∶125间的硅基气体对氢气比例。举例而言，第二、第三、第四以及第五气体混合物分别包含1∶116、1∶118、1∶122以及1∶124的硅基气体对氢基气体比例。因此，可最佳化处理气体中的前驱物气体比例，以于设置在处理腔室500中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
在一个实施例中，来自第一气源的第一处理气体以第一流速输送至背板520的中央区521。另外，第二、第三、第四以及第五处理气体以第二流速输送至角落区522、523、524以及525。因此，可最佳化供应至中央区521的处理气体流速对供应至角落区522、523、524以及525的处理气体流速的比例，以于设置在处理腔室500中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
在一个实施例中，处理气体可以不同的流速输送至各个角落区522、523、524与525。因此，可最佳化通过中央区521的处理气体流速对通过每一角落区522、523、524与525的处理气体流速的比例，以在设置在处理腔室500中的基材各处提供改善的沉积均匀性。
虽然角落区522、523、524与525描绘成在背板520的角落处，一或多个角落区522、523、524与525亦可沿背板520的边缘延伸。如此一来，亦可最佳化至边缘区的处理气流，以处理腔室壁的不对称，例如流量阀开口。
图6为根据本发明一个实施例，背板620的示意底部视图。背板620具有穿过中央区621中的背板而形成的中央开口660。中央开口660耦接至气体供应器，例如气源328、428或528。另外，背板620具有穿过每一角落区622中的背板而形成的角落开口665。在一个实施例中，每一角落开口665耦接至单一气体供应器，例如气源328或429。在一个实施例中，每一角落开口665耦接至不同的气体供应器，例如气源529、541、542与543。如前述，此构造能将不同于角落区622的气体混合物导入中央区621中。另外，此构造能使气体混合物以不同于角落区622的流速及/或压力导入中央区621中。
在一个实施例中，阻障件670提供在中央区621与每一角落区622之间，以在背板620与设置于其下的喷气头间的每一个别区域中，提供个别的气室。在一个实施例中，阻障件670贴附至背板620，并朝向坐落在背板620下的喷气头延伸。在一个实施例中，阻障件670贴附至坐落在背板620下的喷气头或与其接触。在另一实施例中，阻障件670的延伸恰短于坐落在背板620下的喷气头。这些构造确保提供至角落区622中的气体混合物扩散通过坐落在背板620下的喷气头，而不与提供至中央区621中的气体混合物显著混合。因此，输送至角落区621的所需气体混合物控制了设置在喷气头下的基材角落区的沉积，进而改善基材表面各处沉积均匀性以及控制。
在所述与图3、4与5相关的实施例中，自气源328、428、429、528、529、541、542、543与544供应的气体混合物乃以硅基气体与氢气的混合物呈现。于该些实施例中，硅基气体包含单硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)等。另外，气体混合物包含额外的气体，例如载气或掺杂剂。在一个实施例中，气体混合物包含硅基气体、氢气以及p型掺杂剂或n型掺杂剂。合适的p型掺杂剂包括含硼源，例如三甲基硼(TMB(或B(CH3)3))、二硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)等。合适的n型掺杂剂包括含磷源，例如膦(phosphine)与类似的化合物。于其它实施例中，气体混合物包含在处理腔室中设置的基材上沉积所需膜所必需的其它气体。
尽管上文关于本发明的特定实施例，但可设想出本发明其它或进一步的实施例，而不背离其基本范围，其范围如权利要求的范围所界定。
Claims (15)
1.一种处理设备，其包含：
喷气头；
背板，其与所述喷气头相邻，使得气室形成在所述背板与所述喷气头之间；
第一气源，其与穿过所述背板的中央区形成的开口流体连通；以及
第二气源，其与穿过所述背板的角落区形成的开口流体连通。
2.根据权利要求1所述的处理设备，还包含第一质流控制器，其与所述第一气源流体连通，以控制通过所述穿过背板的中央区所形成的开口的气流，其中，所述第二气源与穿过所述背板的每一角落区形成的开口流体连通。
3.根据权利要求2所述的处理设备，还包含第二质流控制器，其与所述第二气源流体连通，以控制通过所述穿过背板的每一角落区所形成的开口的气流。
4.根据权利要求2所述的处理设备，还包含复数个第二质流控制器，其中，每一第二质流控制器与所述第二气源流体连通。
5.根据权利要求2所述的处理设备，还包含阻障件，其设置在所述气室的中央区以及所述气室的每一角落区之间，其中，每一阻障件贴附至所述背板。
6.一种处理设备，其包含：
喷气头；
背板，其与所述喷气头相邻，使得气室形成在所述背板与所述喷气头之间，其中，所述气室包含中央区以及复数个角落区，并且其中，阻障件设置在所述气室的中央区以及所述气室的每一角落区之间；
第一气源，其与所述气室的中央区流体连通；
第一质流控制器，其与所述第一气源以及所述气室的中央区流体连通；
第二气源，其与所述气室的至少一个角落区流体连通；以及
第二质流控制器，其与所述第二气源以及所述气室的至少一个角落区流体连通。
7.根据权利要求6所述的处理设备，还包含复数个质流控制器，其中，所述气室的每一角落区具有与之流体连通的第二质流控制器。
8.根据权利要求6所述的处理设备，还包含复数个第二气源，其中，所述气室的每一角落区具有与之连通的第二气源。
9.根据权利要求8所述的处理设备，还包含复数个质流控制器，其中，所述气室的每一角落区具有与之流体连通的第二质流控制器。
10.一种处理设备，其包含：
喷气头；
背板，其与所述喷气头并列，使得气室形成在所述背板与所述喷气头之间；
阻障件，其贴附至所述背板，并设置在所述气室的中央区以及所述气室的每一角落区之间；
气源，其与所述气室的中央区以及角落区流体连通；
第一质流控制器，其与所述气源以及所述气室的中央区流体连通；以及
第二质流控制器，其与所述气源以及所述气室的角落区的至少一者流体连通。
11.根据权利要求10所述的处理设备，其中，所述第二质流控制器与所述气室的角落区中的每一者流体连通。
12.根据权利要求10项所述的处理设备，还包含复数个第二质流控制器，其中，所述气室的每一角落区与所述第二质流控制器中的一者流体连通。
13.一种用于沉积薄膜的方法，其包含：
将第一气体混合物导入气室的中央区中，所述气室形成在处理设备的背板以及处理设备的喷气头之间；
将第二气体混合物导入所述气室的角落区中；以及
在扩散通过所述喷气头前，实质上防止所述第一气体混合物与所述第二气体混合物混合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二气体混合物导入所述气室的每一角落区中。
15.根据权利要求13所述的方法，还包含将第三气体混合物导入所述气室的第二角落区中。
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