CN102575348A - 薄膜沉积装置和用于其的方法 - Google Patents

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Abstract

用于沉积薄膜的方法，包括：-提供膨胀热等离子体羽(116)，其包括至少一种待沉积的化学成分；-在等离子体羽内指定第一(130a)和第二(130c)沉积区，使得第一和第二沉积区具有彼此不同的化学成分的相对含量；-提供基片(120)，并沿基片传输路径(126)传输所述基片通过等离子体羽，基片传输路径(126)具有基片传输路径方向(T)；以及-提供掩膜(128)，其至少部分布置在等离子体羽中并掩蔽基片传输路径的一部分以避免其上被沉积，其中，所述基片传输路径的掩蔽部分以基片传输路径的方向延伸并桥接至少第一沉积区，而其开始或终止于第二沉积区。

Description

薄膜沉积装置和用于其的方法
技术领域
本发明涉及通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的薄膜沉积领域，更具体地涉及通过使用膨胀热等离子体的PECVD来沉积薄膜。
背景技术
在过去的几年中，氢化氮化硅(SiNx:H)已广泛地用于高效太阳能电池的生产。这是因为其在同一时间完成多个功能的能力，这简化了生产工艺。
在典型的商用硅太阳能电池生产进程中，约100nm的氢化氮化硅薄层通过等离子体增强化学气相沉积工艺沉积在n-p结上。氮化硅层不仅用作抗反射涂层，还影响到SiNx:H-Si界面处正电荷的聚集，这有助于表面钝化。另外，它将氢引入位于薄等离子体损伤表面层(plasma-damagedsurface layer)内的电池的硅中。SiNx:H沉积后，可通过抗反射涂层丝网印刷或烧制金属接触(金属接点，metal contact)。金属由此渗入涂层中以形成低阻欧姆接触，而氢则扩散入电池主体(本体，bulk)中以钝化杂质和缺陷。氢化氮化物层的多重目的角色因而要求其为低吸收的抗反射涂层，作为在金属化中用于控制的屏障，以及促进能够钝化电池表面和主体的有利电子工艺。因此，精心设计SiNx:H的沉积工艺是尤为重要的，以此优化太阳能电池的光学和电子特性。
可采用诸如电感耦合等离子体(ICP)和膨胀热等离子(ETP)的各种技术进行PECVD。已证明ETP源是以每秒几十纳米的沉积速度沉积薄的、密集且高质的SiNx:H层的优良选择。然而，研究显示，通过将膜直进地(straightforwardly)移动通过ETP源的等离子体羽而沉积在基片(substrate)上的膜，其表现出的光学和电子特性则并非最佳。
因此，本发明的目的是提供基于ETP(ETP-based)的薄膜沉积组件(assembly)和方法，它们能够沉积层，如上述抗反射涂层，其具有改善的光学和/电子特性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种薄膜沉积组件。该薄膜沉积组件包括沉积室，其包括至少一个膨胀热等离子(ETP)源。ETP源被设置为产生包括多个沉积区的等离子体羽(等离子体羽辉，plasma plume)。每个沉积区具有不同于相邻沉积区的化学成分的相对组成。薄膜沉积组件还包括基片传输系统，其被设置为沿基片传输路径传输至少一个基片穿过等离子体羽。基片传输路径具有基片传输路径方向。薄膜沉积组件还包括掩膜。掩膜在操作期间至少部分地布置在等离子体羽中并且成形为掩蔽基片传输路径的一部分以避免其上被沉积。传输路径的掩蔽部分以基片传输路径的方向延伸且桥接(bridge)(沿此方向)至少第一沉积区，而所述掩蔽部分的(上游或下游)末端位于第二沉积区。
根据本发明的另一方面，提供一种用于沉积薄膜的方法。该方法包括提供膨胀热等离子体羽，其包括至少一种待沉积的化学成分，且在等离子体羽中指定(designating)至少第一和第二沉积区，使得第一和第二沉积区具有彼此不同的化学成分的相对含量。该方法还包括提供基片并沿具有基片传输路径方向的基片传输路径传输所述基片通过等离子体羽。该方法还包括提供掩膜，其至少部分地布置在等离子体羽中并掩蔽基片传输路径的一部分以避免其上被沉积，其中，基片传输路径的所述掩蔽部分以基片传输路径的方向延伸并桥接(沿此方向)至少第一沉积区，而所述掩蔽部分的(上游或下游)末端位于第二沉积区。在沿基片传输路径传输过程中，基片穿过基片传输路径的掩蔽部分。
已发现由ETP源如级联电弧等离子体(cascaded arc plasma)源产生的等离子体羽的化学组成在空间上存在差异。依照一种并不成熟的简化概念，可将等离子体羽想成圆锥形等离子体环境，其顶点靠近ETP源的等离子体流出开口，而其底部在基片传输路径上。从圆锥形羽的中心轴向外看，等离子体环境的相对化学组成改变。在这种简化的概念中，因而可将羽说成是包括同心布置的区，每个区具有特定的相对化学组成，其不同于毗邻的区。特定区负责沉积层或膜的一部分，该层或膜的一部分具有反映其各自化学组成的组成。因此它们被指定为“沉积区”。
本发明受到以下认识的启发：某些沉积区包括比其它(沉积区)更加有利的组成(尤其相对于待沉积的层的某些部分)。例如，如上所解释的，在硅太阳能电池中，氮化硅抗反射涂层的较低(例如首先沉积的)部分优选富含氢。因此，优选掩蔽被输送入等离子体羽中的基片避免具有低氢含量的沉积区的沉积，并优选在其到达富含氢的沉积区时首次暴露基片。在实际设置中，等离子体羽的内部中心(inner core)可含有最高水平的氢(或通常地：具有导致期望的层特性的相对有利的化学组成)。这种情况下，掩膜可用于桥接(bridge)(一个或多个)外部沉积区，即：通过在基片传输路径上形成(投射，casting)保护阴影而掩蔽基片传输路径以避免外部沉积区的沉积。这使得基片能够首先被传输到羽中心(与内部沉积区相对应)而不会经受外部沉积区的沉积：在基片行进经过这些外部区域时，其是在掩膜的阴影下行进的。因此，掩膜对基片所暴露的沉积环境提供了空间控制。同时(顺便提及的)，这种空间控制可有利地用于高产量的在线加工线(in-line processing line)(其中基片是可移动的)，其必然与沉积气氛本身的时间变化有所不同，而这种时间变化在批量方法(其中基片是固定的)中是常见的。
应注意的是，对沉积区的有意指定和划界并不是绝对的，而是基于实际(at hand)应用和等离子体羽的空间化学组成和几何学。通常，等离子体羽的相对化学组成(包括例如相对氢含量)横穿等离子体羽并因此贯穿其有限区域可连续变化。然而沉积区可进行有意的限定，例如根据空间均值或不同于毗邻沉积区的相对含量(例如氢、氮和/或硅的相对含量)的范围。这种限定各自沉积区的相对含量的范围可根据期望进行选择，由此，范围限值可典型地通过理论计算或实验而确定。沉积区可以例如限定为具有至少x％氢含量和y％至z％氮含量的等离子体羽的区域，其中，数字x、y和z基于实际应用进行选择。另外，级联ETP源典型地产生含有相对良好限定的对称化学组成的等离子体羽，这使它们尤其适于与所述掩膜一起使用。即使在使用级联ETP源的情况下，仍然会因为例如毗邻ETP源之间的干扰或与壁或沉积室内其他结构的相互作用而出现化学成分空间分布的不对称。这种情况下，可能不易确定沉积区的形状和界限以及由此不以确定掩膜的期望形式，而依靠反复试验可能是可选的途径。应注意的是，不同沉积区可能不仅仅在化学组成上不同；它们也可能，例如，在(平均)温度或密度上不同。
本领域技术人员应理解的是，本发明不限于太阳能电池制造中的SiNx:H层的沉积，并且其适用于广泛的基于ETP的薄膜沉积工艺，如二氧化硅(SiOx)或非晶Si沉积。在每种情况下，掩膜可用于掩蔽基片传输路径的一部分-并因此在沿其下游传输时，(掩蔽)穿过基片传输路径的所述掩蔽部分的基片的一部分-避免多个沉积区的所选部分的沉积。因此，基片传输路径的掩蔽部分只要延伸通过至少一个沉积区(在沿着基片传输路径的该点处，其对沉积工艺的贡献是不合乎需要的)，便可延伸于等离子体羽的(上游)外部和(下游)沉积区之间、等离子体羽内的两个沉积区之间、或(上游)沉积区和等离子体羽的(下游)外部之间。
根据本发明的薄膜沉积组件的一个实施方式，第一沉积区是位于等离子体羽外部的外围沉积区。
外围沉积区可理解为边缘(outlying)沉积区，部分地受限于等离子体羽的外周，以及因此至少部分地受限于位于等离子体羽影响之外的空间区域。假使等离子体羽包括多个截面基本上同心(不一定为圆形，可为例如椭圆形)的沉积区，外围区将包围至少一个其它沉积区。由于外围沉积区易含有不平衡的(不稳定的，unbalanced)化学组成，可能经常需要阻止它们作用于新的层，或至少阻止它们提供第一作用(贡献，contribution)。通过掩膜桥接外围沉积区可使基片能够被输入或输出等离子体羽的中心，而不会首先暴露于外围区。
根据薄膜沉积组件的另一实施方式，基片传输路径的掩蔽部分桥接第一沉积区的一部分，该部分布置在第二沉积区的一部分的上游，其中，基片传输路径的掩蔽部分终止于后者部分(latter portion)。
如果层中首先沉积的部分的组成极为重要，且上游区具有的相对化学组成相比于更下游区较为不利，合乎期望的是，桥接一个或多个上游沉积区(相对于一个或多个下游区；上游和下游的指定是相对于基片沿基片传输路径的传输方向)。恰当的实例仍然是上述情形，其中，硅基片优选首先布置于等离子体羽的氢富集的中心沉积区，这意味着必须桥接外围沉积区的一部分，中心区的上游。应理解的是，除了示例性太阳能电池之外的应用可能不会优选首先沉积富含氢的层部分，而是优选富含其它某种物质的首先(沉积)层。
根据进一步的实施方式，掩膜是片状构件(plate-like member)。例如可由金属板经济地制造掩膜并用常规技术按照期望使其成形。在有利细节中，掩膜可延伸穿过基片传输路径，具有上游边缘和下游边缘，所述下游边缘具有一个或多个凸出(projection)的轮廓(profile)，该凸出在操作期间延伸入等离子体羽中以便均等地掩蔽基片传输路径的多个部分避免其上被沉积。这种掩膜是高效的、制造成本低，且使得能够依照沉积区的精确局部形状掩蔽基片传输路径中宽度方向(width-wise)并置的部分(juxtaposed portions)。已证明具有多个凸出在以下情形中特别有用：其中，多个ETP源以或多或少不稳定的方式彼此干扰。
事实上，从上述仅存在一个ETP源的情形类推，本发明也可应用于包括多个ETP源的薄膜沉积组件。这种情况下，不同的ETP源均可产生等离子体羽，由此两个或更多个所述等离子体羽可重叠或相互作用以形成复合等离子体羽(compound plasma plume)或包括多个沉积区的等离子体环境。多个ETP源可邻近彼此而布置(以垂直于基片传输路径的方向观察)，例如从而扩宽基片传输路径，因此使得能够处理较宽的基片，或连续(in succession)布置(沿基片传输路径方向观察)。连续排列的ETP源无需产生相同的等离子体羽；实际上，它们可有利地例如在以下方面不同：总体相对化学组成、等离子流速、总体等离子密度(overall plasma density)和等离子体羽被遮掩以掩蔽基片传输路径的一部分的方式，由此，连续等离子体羽之间的差异可特别用于产生具有分层或其它期望结构的薄膜。例如，上游ETP源(可能提供有掩膜)可提供用于沉积待沉积的薄膜的第一部分，而下游ETP源(其也可能提供有适合的掩膜)可提供用于沉积所述薄膜的第二部分。连续ETP源的数量可随意选择，且仅受限于待沉积薄膜的要求。可通过调整ETP源的工艺设定(以及由此上述等离子体羽的特征)和采用上述掩膜，准确地控制分层的精细结构，例如氢梯度、密度分布和薄膜内层的厚度。
通过对本发明某些实施方式的详细描述，结合附图(其用于解释说明，而非限制本发明)，可更加充分地理解本发明的这些和其它特征及优势。
附图说明
图1是基于级联ETP源的已知薄膜沉积组件的示意性截面后视图；
图2是图1所示的装置沿截面A-A观察的示意性截面顶视图；
图3是根据本发明的示例性薄膜沉积组件的示意性截面顶视图；以及
图4是图3所示的示例性薄膜沉积组件的示意性截面侧视图。
具体实施方式
图1是已知薄膜沉积组件1(背面，因为传输方向T垂直地指向附图的平面内)的示意性截面后视图。图2是沿图1中指示的截面A-A观察的相同组件1的示意性截面顶视图。薄膜沉积组件1提供有常规的低压PECVD沉积室2，其上安装有高压DC(直流)级联电弧等离子体源4。该等离子体源4的基本操作在例如以埃因霍温理工大学(University ofTechnology of Eindhoven)(荷兰)名义的US 4871580中有一些详细描述，而本文中仅作简要描述。等离子体源4包括延长的(elongate)等离子体通道12，以相互绝缘的水冷(water-cooled)级联板10划界。等离子体通道12的入口侧存在阴极(cathode)6，而在接近沉积室2的出口侧则提供阳极(anode)8。连接至阴极6和阳极8的DC电源(power supply)(未示出)控制级联电弧(cascaded arc)的放电。正常情况下，等离子体源4以典型地非沉积(然而有时沉积)气体(如Ar、Ar-H2、Ar-N2、H2、N2等)的高流速(high flow)例如每分钟多标准立升操作，从而在等离子体点燃时产生几十巴的压力。在等离子体中，产生可用于下游前体气体(precursor gas)分解的反应性物质(reactive species)。等离子体通过阳极8内的喷嘴14从级联电弧等离子体源4发射出来并膨胀进入沉积室2中，沉积室2典型地处于几十毫巴的压力下。由于等离子体源4和沉积室2中的压力存在巨大差异，等离子体被加速进行超声膨胀。在距喷嘴6几厘米处，产生驻激波(stationary shock)，之后，等离子体亚声速膨胀以形成合理地良好定向的等离子体羽16。依赖所用的气体混合物，级联电弧等离子体源4能够输送大流量的多种类型的反应性离子物质和原子物质，例如Ar+、H、N等。
级联电弧等离子体源4还提供有两个气体注入通道18、19，它们被设置为将一种或多种期望的前体气体引入等离子体中。注入到等离子体中的任何分子前体气体均会分解(离解，dissociate)并被膨胀等离子体羽16带走用于沉积。图1所示的气体注入通道18末端结束于等离子体源4的阳极8，并且因此可认为是其一个组成部分。气体注入通道呈注射环(injection ring)或喷头19的形式，其布置于喷嘴14下方一定距离处，膨胀等离子体羽穿过其中。为了沉积氢化氮化硅(SiNx:H)膜的目的，可通过气体注入通道18注入氨(NH3)，而通过注射环19将硅烷(SiH4)注入等离子体中。本文中，用于将(前体)气体注入等离子体中的气体注入通道被认为是等离子体源的一部分，与它们的注入点的具体位置无关。
等离子体羽116的沉积发生在基片20上，基片20通过基片传输系统22沿基片传输路径26以传输方向T传输。基片传输路径26运行穿过沉积室2，并穿过等离子体羽16(的底部)。虽然基片传输路径26被示为直的，但应考虑到的是，基片传输路径可以具有任何期望的不同形状，如圆形或曲形(meandering)，并且在每个点上具有传输方向T，其取决于路径的局部方向。基片传输系统22可包括多个可移动的基片载运器24，每一个用于支承一个或多个基片20。其可以是任何适合的类型，并且例如形成EP1365040(以申请人的名义的欧洲专利)中描述的磁力传动系统(magnetic drive system)的实施。为了简洁，图1和2仅示出了由一个基片载运器24支承的一个基片20，由此，从图2可以看出，基片20位于等离子体羽16的上游。然而，应理解的是，在实际情形中，多个基片载运器24(其中每一个可运载多个基片20)可紧密连续地沿基片传输路径26移动，以便用于高生产量的在线(in-line)沉积组件。
已知的薄膜沉积组件1的特征在于掩膜28。该掩膜28在其两侧上沿基片传输路径26的旁边延伸，并且主要目的是阻止基片载运器24侧部在通过等离子体羽16时其上被沉积。
图2也示出了沉积区30中的等离子体羽的分区(division)。总共绘制了3个示例性的沉积区30a、30b、30c。然而，应强调的是，膨胀热等离子体羽16中的该沉积区30的存在和影响先前并没有认识到，因此，它们不属于此处概述的已知技术。沉积区30仅在图2中示出，以说明当基片20传输通过等离子体羽16时会发生什么(状况)。基片表面的两小部分(补片，patches)已被标出，分别为20a和20b。这两小部分20a和20b均靠近基片20的前缘(leading edge)，其中表面小部分20a大约位于前缘的半分处(halfway)，而表面小部分20b则位于更靠近边侧。在基片20进入等离子体羽16时，其前缘首先暴露于外围沉积区30a。沉积在基片20上以及因此沉积在表面小部分20a和20b上的薄膜层的第一部分，便由该区30a沉积。当基片20朝传输方向T移动时，表面小部分20a进一步相继暴露于沉积区30b、30c、30b和30a，而表面小部分20b则相继暴露于沉积区30a+30b的结合(combination)(它同时行进通过这两个区)，并随后暴露于沉积区30a。
以下是关于该实例值得指出的几点。首先，由于沉积区30a、30b和30c的特征在于彼此不同的相对化学组成，表面小部分20a、20b各自沉积的薄膜在内部将会分层，或至少表现出化学组成上的梯度。对于很多应用而言，只要能控制分层参数，例如不同(成分)组成的层的顺序，这并不是重要的问题。第二，由于基片表面区域20a、20b的小部分并非以相同的沉积区顺序行进通过，表面小部分20a上沉积的薄膜与表面小部分20b上沉积的薄膜具有不同的分层模式(分层图案，stratification pattern)。贯穿基片具有不同结构和化学组成的薄膜是典型地不合乎期望的，并且这种情况可代表变化的膜特性，以及因此在至少一些部位上其特性并非最佳。第三，应认识到的是，一个沉积区可包含比其它区更有利的化学成分的组成。因此，可能需要从沉积工艺中消除一个或多个组成较为不利的沉积区，以便优化薄膜的最终组成因此优化其光学和电子特性。
可想到多种消除不良沉积区的方法。这些方法当中，一些可能涉及重新设计(redesigning)级联电弧等离子体源，以优化在产生的等离子体羽内的沉积区的空间设置，这是相当复杂的工艺。本发明提出一种可替换的成本更加有效的解决方案。可采用掩膜来掩蔽基片避免其在通过等离子体羽时(暴露于)一个或多个沉积区。掩膜可用于完全遮挡某些沉积区，或用于决定基片(或基片表面小部分)暴露于不同区的顺序。
通过举例，在图3和4中示意性示出根据本发明的薄膜沉积组件100。该薄膜沉积组件100在某些方面与参照图1和2讨论的组件1相似，但是存在一些关键性差异，且这些差异将于下文进行讨论。
薄膜沉积组件100可设置为在基片120上部沉积氢化氮化硅(SiNx:H)层，该基片可已经处理为包括其上可生长氮化物层的n-p结。沉积可由通过高压直流级联电弧等离子体源104(与图1更详尽示出的等离子体源相似)产生的膨胀热等离子体羽116发生。氨(NH3)和硅烷(SiH4)可用作前体气体，并在离开源104的等离子体通道时被注入等离子体中。研究显示，等离子体羽116的中心沉积区，以130c标示，可包括有利的硅(Si)、氢(H)和氮(N)的相对化学组成，其使得可沉积满足上述背景技术部分阐述的要求的层部分。另一方面，沉积区130a和130b可具有较为不利的相对化学组成，不足以在基片120的n-p结和待生长的氢化氮化硅层的主体之间形成边界。然而，后者沉积区130a、130b的化学组成可足以形成其自身的主体。于是，目的在于保证基片120首先暴露的沉积区为沉积区130c，而对氮化物层的后续作用可由沉积区130a、130b提供。
为此目的，提供掩膜128。掩膜128，可形成为片状构件，可包括垂直于基片传输路径126的方向T延伸并横跨所述传输路径126的基部(base portion)。掩膜128还可包括至少一个与所述基部连接并延伸入等离子体羽116(这里，至少部分地以基片传输路径126的方向T)的凸出129。至少一个凸出129可成形为掩蔽基片传输路径126的一部分127而以避免其上被等离子体羽116的沉积区130a、130b的外部上游部分沉积。因此，至少一个凸出129可延伸通过外部区130a、130b二者的上游部分，并终止于中心区130c。凸出129的下游边缘的形状可与沉积区130c的上游轮廓相符，以便最大化基片120在该区的总暴露(范围)。也就是说，包括至少一个凸出129的轮廓的掩膜128的下游边缘可以至少部分地为弧形，优选地与沉积区130c的(此处：椭圆形，更特别为圆形)弧形上游轮廓一致。
假使掩膜128的特征为多于一个的凸出129，那么每个凸出可掩蔽基片传输路径126的一部分而避免其上被沉积。凸出129的形状不必相同；事实上，根据等离子体羽116的设置，它们可相差甚远。每个凸出129，根据待遮挡的沉积区的(局部)形状，例如，可具有不规则或参差不齐的形状。凸出129可典型地包括一个或多个弧形(例如非直的)边缘部分。应理解的是，不同凸出129可遮挡(一个或多个)不同沉积区(的部分)；即：凸出129不必全部涉及相同的(一个或多个)沉积区。
如所述，掩膜128的目的可以是保证沿基片传输路径126以方向T传输的基片120首先被中心沉积区130c沉积，以及允许在更下游的沉积区130b、130a进行后续沉积。为实现该目的，掩膜128可整体延伸于等离子体羽116上游半部(上游一半，upstream half)(如图3和图4所示)，其中，上游半部可限定为延伸穿过羽116几何中心的直线的上游部分，并且沿与传输路径126的方向T垂直的方向。因此，根据本发明该方面的掩膜128可称作“半掩膜(half-mask)”。作为一种概念，“半掩膜”应与延伸穿过整个等离子体羽并在其中具有一个或多个孔提供用于均等的多个“沉积窗”的掩膜区分开。正常情况下，这种后者掩膜可遮挡孔上游和下游的沉积区的沉积，从而造成例如含有适合构成待生长的层或膜的主体的化学组成的沉积材料被浪费。至于此处所用的术语，应注意的是，孔可被称作受限于或界定于掩膜的“内部边缘”，而术语“上游边缘”和“下游边缘”可通常解释为外部、圆周边缘或界定掩膜128的边缘部分。
如本领域技术人员所理解，“半掩膜”的使用不限于等离子体羽的上游半部。半掩膜也可应用于等离子体羽的下游半部，例如用以控制待生长的膜的上部(upper part)的结构/化学组成。因而这种下游半掩膜可包括上游和下游边缘，其中，上游边缘(相对于传输方向T的上游)可包括一个或多个凸出的轮廓，该突出在操作期间延伸入等离子体羽中并成形为掩蔽基片传输路径的等量(equal number)部分以避免其上被沉积。
根据另一实施方式，根据本发明的薄膜沉积组件可包括至少两个ETP源。从传输方向T观察，两个ETP源可相继排列，以便第一ETP源布置于第二ETP源的上游。在这种实施方式中，掩膜可布置在由第一和第二源产生的等离子体羽(的中心)之间的位置处，使得掩膜能够掩蔽基片传输路径的部分而避免被任一羽中的沉积区沉积。例如，掩膜的上游边缘(相对于基片传输方向T的上游)可包括一个或多个凸出的轮廓，该凸出延伸入第一上游ETP源等离子体羽的下游半部，和/或掩膜的下游边缘可包括一个或多个凸出的轮廓，该凸出延伸入第二下游ETP源的上游半部。因此，掩膜可用作两个等离子体羽的半掩膜。
在一般的实施方式中，本发明可因此提供用于薄膜沉积组件，包括沉积室，其包括至少一个ETP源，所述ETP源被设置为产生等离子体羽，所述等离子体羽包括多个沉积区，每个沉积区具有与相邻沉积区不同的化学成分的相对组成。该组件还可包括基片传输系统，其被设置为沿具有基片传输路径方向的基片传输路径传输至少一个基片穿过等离子体羽。该组件也可包括掩膜，其延伸穿过基片传输路径并具有上游边缘和下游边缘，其中，掩膜在操作期间至少部分地布置于等离子体羽中，并且其中，下游和/或上游边缘包括一个或多个凸出的轮廓，该凸出在操作期间延伸入等离子体羽中且成形为掩蔽基片传输路径的等量部分避免其上被沉积，其中，每个基片传输路径的所述掩蔽部分沿基片传输路径的方向延伸并桥接至少一个沉积区，而所述各个掩蔽部分的末端位于另一沉积区。掩膜可优选地为“半掩膜”，其仅延伸于等离子体羽上游或下游半部，且不包括任何孔，至少在组件操作期间在位于等离子体羽内的位置处不包括任何孔。掩膜的下游边缘可优选地包括弧形(例如非直)部分，其可“跟随”待遮挡的局部沉积区或沉积区部分的形状。应理解的是，此处描述的组件的实施方式可在细节上作必要的修改而应用于将薄膜沉积到基片上的方法中。
再次参照图3和4。凸出129的宽度、中心区130c的宽度和基片120的宽度彼此相适应，以便传输路径126的掩蔽部分127和第二沉积区130c的宽度基本上等于或大于基片120的宽度，所述宽度沿传输路径126的方向T的横向测量。该设置允许整个基片120被送入中心区130c而不暴露于外部沉积区130a、130b。于是，基片120的上表面可沿基片传输路径126在一种方便的直线运动(pass)下首先暴露于沉积区130c。
图2和图3的对比说明了已知掩膜28和根据本发明的掩膜128之间的关键性差别。掩膜128具有沿基片传输部分126的方向T的桥接功能。其掩蔽基片传输路径126的一部分127-并因此掩蔽穿过基片传输路径126的所述部分127的基片120的一部分-从而避免其上被一个或多个所选沉积区130a、130b沉积，一个或多个所选沉积区130a、130b的边界已通过计算、模拟或实验而确立。相比之下，已知掩膜28(因完全不同的目的而发展，与等离子体羽16内的沉积区30概念没有关联)不能实现桥接功能。虽然其沿基片传输路径方向T延伸，却并未将第一沉积区与第二沉积区(或等离子体羽的周边)连接以提供用于布置在二者之间的跨第三沉积区的“阴影桥”。
本领域技术人员应理解的是，图3和4所示的薄膜沉积组件100的实施方式仅用于示例。不同实施方式的很多方面可以改变。这些方面包括等离子体羽116的截面形状(其不必为圆形)、等离子体源104的数量(多个源可一起操作以形成复合等离子体羽或环境)、有意指定的沉积区130的数量和形状、掩膜128的形状及其各个凸出129的数量和形状等。
虽然上文已部分参考附图描述了本发明的说明性实施方式，应理解的是，本发明不限于这些实施方式。通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明中，能够理解和实现所公开实施方式的改变。在整个说明书中提及“一种实施方式”或“实施方式”意思是指与该实施方式相关的所述具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书的不同地方出现短语“在一种实施方式中”或“在实施方式中”，不一定全部涉及同一实施方式。另外，应注意的是，一种或多种实施方式的具体特征、结构或特性可以任何适合的方式组合以形成新的、未明确描述的实施方式。
元件列表
1           已知薄膜沉积组件
2           PECVD沉积室
4           级联电弧等离子体源
6           阴极
8           阳极
10          级联板
12          等离子体通道
14          喷嘴
16          等离子体羽
18          气体注入通道
19          注射环/喷头
20          基片
20a、20b    基片表面区域的小部分(补片，patch)
22          基片传输系统
24          基片载运器
26          基片传输路径
28          侧边掩膜
30          沉积区
..+100    根据本发明的薄膜沉积组件的/内的相应元件
127       基片传输路径的掩蔽部分
128       掩膜
129       掩膜的凸出
T         传输方向/基片传输路径的方向。

Claims (19)

1.一种薄膜沉积组件(100)，包括：
-沉积室(102)，包括至少一个膨胀热等离子体(ETP)源(104)，所述ETP源被设置为产生等离子体羽(116)，所述等离子体羽包括多个沉积区(130a、130b、130c)，每个沉积区具有与相邻沉积区不同的化学成分的相对组成；
-基片传输系统(122)，被设置为沿基片传输路径(126)传输至少一个基片(120)通过所述等离子体羽(116)，所述基片传输路径(126)具有基片传输路径方向(T)；以及
-掩膜(128)，在操作过程中至少部分地布置于所述等离子体羽(116)中，并且成形为掩蔽所述基片传输路径(126)的一部分(127)以避免其上被沉积，其中，所述基片传输路径的所述掩蔽部分以所述基片传输路径的方向(T)延伸并桥接至少第一沉积区(130a、130b)，而所述掩蔽部分的末端位于第二沉积区(130c)。
2.根据权利要求1所述的薄膜沉积组件，其中，所述掩膜(128)是基本上片状构件。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜沉积组件，其中，所述掩膜(128)延伸穿过所述基片传输路径(126)，并且其中，所述掩膜具有上游边缘和下游边缘，所述上游边缘和/或下游边缘具有一个或多个凸出(129)的轮廓，所述凸出(129)在操作期间延伸入所述等离子体羽(116)中以便均等地掩蔽所述基片传输路径的多个部分以避免其上被沉积。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述掩膜(128)的上游和/或下游边缘的轮廓至少部分为弧形。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述掩膜(128)仅延伸入所述等离子体羽(116)的下游半部或上游半部。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述第一沉积区(130a)是位于所述等离子体羽(116)外部的外围沉积区。
7.根据权利要求1-6或2中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述基片传输路径(126)的掩蔽部分(127)桥接所述第一沉积区(130a、130b)的一部分，所述第一沉积区(130a、130b)的一部分布置于所述第二沉积区(130c)的一部分的上游，其中，所述基片传输路径的所述掩蔽部分(127)终止于后者部分。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的薄膜沉积组件，其被设置为沉积氢化氮化硅(SiNx:H)层，并且其中，所述第二沉积区(130c)相比于所述第一沉积区(130a、130b)具有更高的氢相对含量。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述传输路径(127)的掩蔽部分和所述第二沉积区(130c)被定尺寸，使得它们各自的宽度基本上等于或大于所述基片(120)的宽度，由此允许整个基片(120)被输入或输出所述第二沉积区(130c)，而不暴露于所述第一沉积区(130a、130b)，所述宽度沿所述基片传输路径(126)的所述方向(T)的横向测量。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的薄膜沉积组件，其中，所述ETP源(104)被设置为产生等离子体羽(116)，所述等离子体羽(116)包括多个基本上同心的沉积区(130a、130b、130c)。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的薄膜沉积组件，还包括：
-第二ETP源，布置在至少一个ETP源(104)的下游，使得沿所述基片传输路径(126)传输的基片(120)至少部分地连续暴露于由所述两个ETP源产生的等离子体羽；并且
其中，由所述两个ETP源产生的所述等离子体羽在以下中的至少一方面是不同的：总体相对化学组成、等离子体流速、总体等离子体密度和所述等离子体羽被遮掩以掩蔽所述基片传输路径的所选部分的方式。
12.一种用于沉积薄膜的方法，包括：
-提供膨胀热等离子体羽(116)，包括至少一种待沉积的化学成分；
-在所述等离子体羽(116)中指定至少第一(130a)和第二(130c)沉积区，使得所述第一和第二沉积区具有彼此不同的化学成分的相对含量；
-提供基片(120)，并沿基片传输路径(126)传输所述基片通过所述等离子体羽(116)，所述基片传输路径(126)具有基片传输路径方向(T)；
-提供掩膜(128)，所述掩膜(128)至少部分地布置在所述等离子体羽(116)中并掩蔽所述基片传输路径(126)的一部分以避免其上被沉积，其中，所述基片传输路径的所述掩蔽部分以所述基片传输路径的方向(T)延伸并桥接至少所述第一沉积区(130a)，而所述掩蔽部分的末端位于第二沉积区(130c)，并且
其中，所述基片，在沿所述基片传输路径传输的过程中，穿过所述基片传输路径的所述掩蔽部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述掩膜(128)延伸穿过所述基片传输路径(126)，并且其中，所述掩膜具有上游边缘和下游边缘，所述上游边缘和/或下游边缘具有一个或多个凸出(129)的轮廓，所述凸出(129)在操作期间延伸入所述等离子体羽(116)中以便均等地掩蔽所述基片传输路径的多个部分以避免其上被沉积。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述掩膜(128)的上游和/或下游边缘的轮廓至少部分为弧形。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中，所述掩膜(128)仅延伸入所述等离子体羽(116)的下游半部或上游半部。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中，所述第一沉积区(130a)基本上包围所述第二沉积区(130c)。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中，所述基片传输路径(126)的掩蔽部分(127)桥接所述第一沉积区(130a)的一部分，所述第一沉积区(130a)的一部分位于所述第二沉积区(130c)的一部分的上游，其中，所述基片传输路径的所述掩蔽部分终止于后者部分。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其中，所述传输路径(127)的掩蔽部分和所述第二沉积区(130c)被定尺寸，使得它们各自的宽度基本上等于或大于所述基片(120)的宽度，由此允许整个基片(120)被输入或输出所述第二沉积区(130c)，而不暴露于所述第一沉积区(130a、130b)，所述宽度沿所述传输路径(126)的所述方向(T)的横向测量。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中，待沉积的所述薄膜是氢化氮化硅(SiNx:H)膜，并且其中，所述沉积区的指定是基于硅(Si)、氮(N)和氢(H)中的一种或多种的相对含量。
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