CN1544689A

CN1544689A - 多片大面积化学浴沉积装置

Info

Publication number: CN1544689A
Application number: CNA2003101109130A
Authority: CN
Inventors: 伟蔡; 蔡伟; 冯良桓; 蔡亚平; 郑家贵; 李卫; 黎兵
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2004-11-10

Abstract

本发明名称为“多片大面积化学浴沉积装置”，属于半导体薄膜规模化生产设备。本发明为实施化学浴方法，解决一次沉积多片大面积薄膜中的技术关键，具有如下特点：用不锈钢作反应槽，内壁涂覆高化学稳定性高分子材料；使用数个有不同旋转方向的搅拌器，安装在不同深度；反应槽底部有凹形过滤器，废液经过滤后排放；水浴只起保温、控温作用，溶液的加热由石英加热器进行。本发明适用于化学浴沉积半导体薄膜的规模化制造。

Description

多片大面积化学浴沉积装置

一、技术领域

本发明属于半导体薄膜规模化生产的设备

二、背景技术

半导体薄膜已成为电子技术、光电子技术中的重要材料，制备半导体薄膜已经发展了几十种方法。最常用的方法是真空蒸发、共蒸发、反应蒸发、近空间升华、磁控溅射、分子束外延、原子层外延、溶胶-凝胶、电沉积、化学气相沉积(CVD)等。化学气相沉积中又可分为低压CVD、金属有机化合物CVD、热丝CVD、热壁CVD等。最近又发展了化学浴沉积(CBD)方法。这是一种湿法技术，适用于制造化合物半导体薄膜，其优点是沉积温度低、制造成本低、装置简单，而制成的膜致密、均匀、性能优良，已成功用来制造硫化镉和其它II-VI族化合物半导体薄膜，化学浴沉积的硫化镉薄膜已用于碲化镉薄膜太阳电池、铜铟硒太阳电池。

对于实验室里所用的化学浴方法，已有较多的报道。其基本装置的剖面如图1所示。

A为带旋转磁铁的电炉；B为水浴容器；C为传热液体介质，如水、油等；D为化学浴容器，一般为硬质玻璃或石英玻璃烧杯；E为旋转磁棒作搅拌用；f为温度计，可以是接点式温度计与加热控制器相连结；G为反应溶液入口，可以是一般的漏斗或滴定管；H为沉积薄膜的衬底；I是电机，带动样品旋转。在有的报道中，没有水浴缸B，化学浴直接被电炉加热；在大多数报道中，没有电机I，样品H不旋转；在有的报道中，A为有超声波功能的电炉。

半导体薄膜在某些应用中，如作太阳电池，作为大面积显示器、发光器的功能层。要求发展能沉积大面积薄膜的化学浴技术，而且要求成本低的规模化生产技术。面对这样的要求，上述装置有如下不足：

(1)化学浴容器将增大很多倍。因玻璃容器易碎，热导率低等缺点，用来作容器已不再适宜。

(2)为了实施规模化制造，要求样品面积与反应液体之体积比尽可能高，因此应同时沉积很多片产品。对于大多数用途，产品的衬底为方形。因此，圆形化学浴不再适用。

(3)当用方形化学浴容器和多片大面积样品的放入，对反应溶液的搅拌必须改进。这个改进既要保证大面积上所沉积薄膜的均匀性，又要保证放置于不同位置的衬底上能沉积出相同厚度、相同品质的薄膜。良好的搅拌既保证反应溶液温度的均匀性，也保证反应溶液组份的均匀性。

(4)在实验室的研究中，反应结束后的废液排放十分简单，但对大面积容器应有特别的设计。

这样，为了解决大面积规模化制造中出现的问题，特提出本发明

三、发明内容

本发明的化学浴结构如图2所示。其具体要点如下：

1、用金属板作化学浴容器。所选用的的金属，既要有足够的强度，更要有很强的耐酸、碱腐蚀能力，因此，以不锈钢为宜。

2、考虑到容器的内表面绝不能参与容器内所进行的化学反应的反应。因为，任何杂质进入半导体薄膜，都会影响它的性质与功能。本发明提出对容器内壁敷涂一层高分子材料，这些材料应有高的强度、高的热稳定性和化学稳定性。如：聚苯硫醚、尼龙66、改性环氧树脂等。

3、对于大的、方形的化学浴容器，在放入很多样品后，搅拌的充分性表现在既要产生对流，也要产生湍流。为此，本发明提出至少要设置两个搅拌器，它们的旋转的方向应相反，它们的转轴可以平行，也可以互相垂直或者成任何角度。此外，如果搅拌器旋转的方向相同，则通过搅拌器叶片形状的变化，应让它们推动液体流动的方向相反。

4、搅拌器可以安置在容器壁，也可以安置在容器盖上。但考虑到用水浴加热，搅拌器若安装在容器壁上，密封的问题难于解决。因此，搅拌器应安装在顶盖上，通过调整转轴的长度，使搅拌器处于深浅不同的位置。

1、通过水浴对大面积的水加热需要很长的时间，所以，反应溶液的加热以石英加热器进行。石英加热器与水浴有管道连接，按反应过程的需要，石英加热器可以为1个或多于1个。水浴的作用则成为对反应溶液保温和控温，因此对水浴的加热通过温度控制器执行。

2、考虑到反应废液可能有沉淀，而此沉淀又不能直接排放，本发明在水浴槽底部设置一凹形过滤器；过滤器通过阀门与抽吸泵相连，也可以不用抽吸泵。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

(1)能沉积大面积半导体薄膜，比如：可0.2m²面积的薄膜，或相当于19时显示屏面积的薄膜。

(2)能一次沉积多片薄膜。如，当水浴内腔容积为400×400×500mm³时，可沉积300×400mm²的样品18～24片。

(3)搅拌更为充分，能保证放置样品后溶液的温度和组份的均匀性。

(4)总体功能大为改进。如：附有对高纯浴液加热的装置，让水浴主要起保温和控温作用；通过过滤器来排放废液，基本做到沉淀物与溶液分离。

四、附图说明

图1为现有化学浴的结构图

图2为本发明化学浴的结构图

图3搅拌器的一种平面布置

图4搅拌器的一种平面布置

五、具体实施方式

根据图2所示的化学浴结构，可以按如下方式实施本发明：

实施例1：化学浴容器D用不锈钢制造，底面中部有锥形状的凹槽V，凹槽底部接出水口，出水口通过阀门与抽吸泵相连。凹槽底部有一滤网J，采用玻璃砂过滤器。D内壁有聚苯硫醚层K。D上有蒸盖板L，L与D有相同的结构，也用相同的材料制成。M1、M2和M3为搅拌器，叶片用玻璃制造。M1和M2向上推动溶液，M3向下推动溶液，见图3。滴定管G安置在M1的上方。N为石英加热器，功率可以调节，它是一个内有螺旋形管道的石英容器，加热丝穿过螺旋形管道，溶液从容器中通过。C为水浴的加热介质，如纯净的水。加热器P1和P2安装在加热介质内部，P1为底部加热器，P2为侧面加热器。F为接点式温度计，它为温度控制装置提供温度信号，以控制对P1和P2加热。Q1为入水管及阀门，冷的加热介质由此处进入水浴。Q2为出水管及阀门，可以放出水浴中的加热介质。R为水浴的环形盖，用薄铝板制成。S为水浴的缸体，用铝板制成，其保温外壳用塑料，如聚氯乙烯制成。

实施例2：在实施例1中，锥形凹槽V，可以呈球面或圆柱状。滤网J可以是专用的微孔高分子滤膜。D内壁的高分子涂层可以是改性环氧树脂，其玻化点显著高于溶液反应的温度。例如，在沉积硫化镉时，反应温度在80～90℃之间，这层高分子塑料层的玻化温度宜在150℃以上，并且应是非水溶性物。搅拌器是四个，分别靠近两个相对的侧壁，如图4中的M1、M2、M4、M5。搅拌器的叶片可以用高分子塑料制造，如尼龙66，聚四氟乙烯，聚苯硫醚等。水浴加热器P1和P2分别由两个电源供电；或者，不用侧面加热器P2。在化学浴侧面，离底面1/4～2/4高度处，有一个出水口W，没有沉淀的反应溶液由此处放出。

Claims

1、一种沉积半导体薄膜的化学浴沉积槽，其特征是一次能在多片大面积衬底上能沉积半导体薄膜。

2、如权利要求1所述的化学浴沉积槽，其特征是有两个以上的搅拌器，它们推动液体的方向相反，其叶片所处的深度可以不同。

3、如权利要求1所述的化学浴沉积槽，其特征是槽体用不锈钢制造，内壁用非水溶性的耐温耐蚀高分子涂层。这种涂层的玻化温度应在150℃以上，如聚苯硫醚、改性环氧树脂等。

4、权利要求1所述的化学浴沉积槽，其特征是槽体的底部有一个凹形的漏斗，形状是锥形，也可以是半球面或圆柱体。漏斗底部有一个滤网，它可以是玻璃制成，也可以用微孔塑料薄膜制成。