CN103388134B - 容性耦合等离子体增强化学气相沉积制备厚度均匀薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
容性耦合等离子体增强化学气相沉积制备厚度均匀的薄膜的方法，涉及薄膜制备技术领域。将射频源与平行极板间的连接导线更换为较粗的连接导线或铜柱，即增加功率馈入端面积，从而使功率馈入端的面积大幅度增加，降低平行板电极间真空电势差分布的非均匀度。不需要购买和安装新的部件，不存在改良过程中很难实现的情况，它保证了改良方法的可行性，大大降低了改良的成本。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜制备技术领域，特别是涉及容性耦合等离子体增强化学气相沉积（CCP-PECVD）技术。
背景技术
容性耦合等离子体增强化学气相沉积（CCP-PECVD）技术被广泛应用于大规模生产硅薄膜光伏太阳能电池行业。为了提高太阳能电池的转换效率，在薄膜太阳能电池的制备中，逐步兴起了使用甚高频容性耦合等离子体化学气相沉积的方法。该方法提高了等离子体密度，减小了离子直接轰击衬底的能量，提高了沉积速度。但是，实际生产发现由于电势驻波效应导致薄膜非均匀性严重影响了薄膜质量。为了减小薄膜的非均匀性，瑞士L.Sansonnens提出准平面电路模型，研究VHF-PECVD技术与RF-PECVD技术产生的电势分布不均匀度的区别，提出了高频源多点馈入的方法提高电势分布的均匀性，但是电势分布均匀性还是较差。2006年他又提出改变PECVD平板电极为透镜电极的想法，使电势分布均匀性达到工业生产的需要。但是，特殊的电极导致腔体的设计复杂化维护困难，生产成本高，不利于产业发展。2010年美国M.J.Kushner小组提出将电导率完全相同的平板电极变为电导率分块变化的分级式电极，并且通过流体模型模拟得到了工作腔内电场分布和电子能量分布，但是该设备最大的问题是制作电极十分困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种应用容性耦合等离子体增强化学气相沉积（CCP-PECVD)制备厚度均匀薄膜的新方法。
本发明所采用的技术方案是：将射频源与平行极板间的连接导线更换为较粗的连接导线或铜柱，即增加功率馈入端面积，从而使功率馈入端的面积大幅度增加，降低平行板电极间真空电势差分布的非均匀度。
更有选增加功率馈入端面积的同时，还要保证功率馈入端的形状与平行极板的形状一致，使平行板电极间真空电势差分布具有良好的对称性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是在不改变原装置的内部结构的基础上，仅仅采用增加功率馈入端面积的方法就直接提高了薄膜厚度的均匀性。不需要购买和安装新的部件，不存在改良过程中很难实现的情况，它保证了改良方法的可行性，大大降低了改良的成本。
实验发现当射频源的频率在30MHz到120MHz区间内，该方法都是十分有效的。如果平行极板是圆形时，功率馈入端的直径和圆形极板的直径比在1%到5%的区间内变化，该方法都是有效的。如果平行极板是方形时，功率馈入端也应制成方形，功率馈入端的边长和方形极板的边长比在0.5%到5%的区间内变化，该方法都是有效的。
附图说明
图1为容性耦合等离子体增强化学气相沉积示意图，
1等离子体放电室、2平行电极、3甚高频射频电源、4功率馈入端、等离子体5区域、6衬底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实例1
在等离子体放电室1中，装有一对直径为80cm的圆形平板电极2，其中两个电极都不接地。先将衬底加热到300℃，再向等离子体放电室1内充入NH3、SiH4、N2气体，其进气量分别为3.55升/分钟、1.875升/分钟、0.15升/分钟,腔内气压保持在10Torr。由甚高频射频电源3在两平行板电极2之间施加甚高频电磁场，使NH3、SiH4气体分子与电子碰撞电离，诱发等离子体放电。两平行极板间的距离db为4cm，上极板与腔壁之间的距离dt为1cm。在60MHz甚高频射频源的作用下，使NH3、SiH4电离形成等离子体区域5。离子在电场作用下沉积在衬底表面，形成Si3N4薄膜。将衬底6放置在底电极上，沉积时间为20分钟，薄膜平均厚度为77nm，最厚的地方为85nm，最薄的地方69nm。薄膜厚度的非均匀度为10.4%。我们将和平行电极2连接的金属铜导线由1mm粗的线换成1cm，即功率馈入端由直径为1mm的圆形接触面变为直径为1cm的圆形接触面（即功率馈入端的直径和圆形极板的直径比为1.25%）。更换后，沉积得到的薄膜平均厚度为75nm，最厚的地方为80nm，最薄的地方69nm。薄膜厚度的非均匀度为7.6%。制备出的单层薄膜厚度的均匀度提高了2.8%。
实例2
在等离子体放电室1中，装有一对边长为80cm的正方形平板电极2，其中两个电极都不接地。先将衬底加热到300℃，再向等离子体放电室1内充入NH3、SiH4、N2气体，其进气量分别为3.55升/分钟、1.875升/分钟、0.15升/分钟,腔内气压保持在10Torr。由甚高频射频电源3在两平行板电极2之间施加甚高频电磁场，使NH3、SiH4气体分子与电子碰撞电离，诱发等离子体放电。两平行极板间的距离db为4cm，上极板与腔壁之间的距离dt为1cm。在60MHz甚高频射频源的作用下，使NH3、SiH4电离形成等离子体区域5。离子在电场作用下沉积在衬底表面，形成Si3N4薄膜。将衬底6放置在底电极上，沉积时间为20分钟，薄膜平均厚度为80nm，最厚的地方为89nm，最薄的地方64nm。薄膜厚度的非均匀度为16.3%。我们将和平行电极2连接的金属导线由1mm粗的铜线换成1cm粗的导线，即功率馈入端由直径为1mm的圆形接触面变为边长为1cm的正方形接触面（即功率馈入端的边长和极板的直边长比为1.25%）。更换后，沉积得到的薄膜平均厚度为73nm，最厚的地方为82nm，最薄的地方68nm。薄膜厚度的非均匀度为9.3%。制备出的单层薄膜厚度的均匀度提高了7.0%。
可见，如果制备叠层电池其均匀性会大幅度提高，具有重要意义。
Claims (1)
1.容性耦合等离子体增强化学气相沉积制备厚度均匀的薄膜的方法，其特征在于，将射频源与平行极板间的连接导线更换为较粗的连接导线或铜柱，即增加功率馈入端面积，从而使功率馈入端的面积大幅度增加，降低平行板电极间真空电势差分布的非均匀度；
如果平行极板是圆形时，功率馈入端的直径和圆形极板的直径比在1％到5％的区间内变化；如果平行极板是方形时，功率馈入端也应制成方形，功率馈入端的边长和方形极板的边长比在0.5％到5％的区间内变化；
增加功率馈入端面积的同时，还要保证功率馈入端的形状与平行极板的形状一致，使平行板电极间真空电势差分布具有良好的对称性；射频源的频率在30MHz到120MHz区间。
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