CN201183822Y

CN201183822Y - 薄膜沉积装置

Info

Publication number: CN201183822Y
Application number: CNU2008200082745U
Authority: CN
Inventors: 杨与胜; 张迎春
Original assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.; GS-Solar (Beijing) Company Limited
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2018-03-14

Abstract

公开了一种薄膜沉积装置，所述装置包括箱体、反应室和射频激励源，所述反应室置于所述箱体内部，所述箱体具有气体进入口和气体排出口，所述反应室包括金属上横梁、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，反应气体由所述进入口进入所述第一电极板和第二电极板之间的空间，并经所述气体排出口排出箱体。本实用新型的薄膜沉积装置能够大幅度提高薄膜沉积、特别是大面积薄膜沉积的效率，并可降低沉积层之间的交叉污染。

Description

薄膜沉积装置

技术领域

本实用新型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。

背景技术

随着太阳能电池制造和应用技术的快速发展，市场对具有更大面积、更轻更薄且生产成本更低的太阳能电池的需求日益提高。薄膜太阳能电池、特别是大面积基板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，更容易降低成本。同时，它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。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，不同层在整个结构中具有不同特点和作用。一个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)工艺在太阳能电池基板表面沉积薄膜硅层。图1为传统的薄膜沉积装置的结构示意图。如图1所示，传统的薄膜沉积装置的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。每个激励电极通常只有一个相应的镀膜表面。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反应气体(源气体混合物)的流向。在盒罩16上开有进气口19，用来为等离子体沉积区提供含有需沉积物质的反应气体。真空室10具有出气口18，用于将剩余气体从真空室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，以便让反应气体被均匀输送到整个等离子体区域17，因此激励电极11上不能放置基板，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，将反应气体激发为等离子体，从而在基板15表面沉积上含有源气体物质的膜层。

上述具有平行电极的薄膜沉积装置一次只能处理一块放置在接地电极上的基板。由于一次只能对一个和接地电极12大小相当的基板15沉积膜层，因此该装置的生产效率受到了限制。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，在沉积薄膜太阳能电池的p层或n层膜时，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种薄膜沉积装置，能够大幅度提高薄膜沉积的生产效率和产能，并可降低沉积层之间的交叉污染。

为达到上述目的，本实用新型提供的薄膜沉积装置，所述装置包括箱体、反应室和射频激励源，所述反应室位于所述箱体内部，所述箱体具有气体进入口和气体排出口，所述反应室包括金属上横梁、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。

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，各所述激励电极板和接地电极板的侧面均为平坦表面，所述射频激励源连接至所述激励电极板。

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基板。

所述卡固部件为卡槽或滚轮。

所述第一电极板和第二电极板之间的距离为10～50mm。

所述激励电极板的数量为大于或等于4的整数。

各所述激励电极板两侧均具有所述接地电极板。

所述侧壁为接地电极板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的薄膜沉积装置在反应室中等距、平行、间隔、交替地设置激励电极板和接地电极板，反应室侧壁也为接地电极板，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，接地电极板相应布置于激励电极板的两侧。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，因此本实用新型的薄膜沉积装置能够同时在多块基板表面沉积薄膜，因此大大提高了产能；此外，激励电极板和接地电极板的面积可以根据实际产品的基板尺寸需要相应地增加，因此，本实用新型的薄膜沉积装置特别适合于在大面积基板表面沉积薄膜，特别适合于制造大面积薄膜太阳能电池；而且，由于需要沉积薄膜的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非常小，在这些部位薄膜的积聚率大大降低，大幅度减少了交叉污染的机会，可进行多轮次的薄膜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，提高了生产效率，降低了制造成本。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、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，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为传统的薄膜沉积装置的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的薄膜沉积装置结构示意图；

图3为本实用新型薄膜沉积装置的反应室立体结构示意图；

图4A至图4B为说明反应室中电极设置方式的示意图；

图5为根据本实用新型实施例的薄膜沉积装置剖面结构示意图；

图6为图5中a区域所示结构的示意图；

图7为说明太阳能电池基板安装方式的侧面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

图2为根据本实用新型实施例的薄膜沉积装置结构示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。如图2所示，根据本实用新型实施例的薄膜沉积装置包括箱体100和反应室101，反应室101可通过支撑部120置于所述箱体100内部，在进行薄膜沉积时箱体100内部为真空状态，以使反应室101处于真空环境中。支撑部120优选为轮式，这样可将反应室101直接推入箱体100内。在所述箱体100顶部开有进气口114，侧壁开有出气口118。具有一定流量和压力的反应气体通过进气口114进入反应室101顶部的气体容置部116。在本实用新型优选实施例中，所述反应室101顶部还具有喷淋板110，反应气体经喷淋板110后可更加均匀地进入反应室101内的反应空间。反应室101还包括上横梁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5个激励电极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。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。所述激励电极板104和接地电极板106之间的距离为10～50毫米，优选为20毫米。

图3为本实用新型薄膜沉积装置的反应室立体结构示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。如图3所示，所述反应室101包括金属侧壁102，与金属侧壁102相连的下横梁111和与喷淋板110连接的上横梁112(图中未示出)。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。反应室101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4A至图4B为说明反应室中电极板安装方式的示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。如图4A和图4B所示，接地电极板106直接固定在下横梁111和上横梁112上，而激励电极板104通过绝缘部件108固定在下横梁111和上横梁112上，使得激励电极板104和接地电极板106之间为电绝缘。

图5为根据本实用新型实施例的薄膜沉积装置剖面结构示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。如图5所示，所述装置包括箱体100和反应室101，在所述箱体100顶部具有进气口114，侧壁具有出气口118。各激励电极板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，为说明方便直观起见，图中上横梁112未示出。具体来说，每个激励电极板104两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，本实施例以5个激励电极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，从而使侧壁102也可作为接地电极板使用。激励电极板104通过绝缘部件108连接于上横梁112和下横梁111上，因而能够保证激励电极板104和接地电极板106之间的电气绝缘。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硅薄膜的基板(太阳能电池基板)121。基板121通过卡固部件119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。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。通常情况下，射频激励源117的输出端接有适配器(图中未示出)。在本实用新型的其他优选实施例中，也可以分别为每个激励电极板104单独配备射频激励源117，以增加装置的可靠性。当具有一定压力和流量的反应气体通过进气口114进入反应室101顶部的气体容置部116后，经喷淋板110流入到反应室101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励为等离子体，从而在各个基板表面分别沉积薄膜层。反应后剩余的气体经反应室底部空间由出气口118排出。图中箭头所示方向为所述气体流动方向。

图6为图5中a区域所示局部结构示意图。所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。如图6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。太阳能电池基板121卡固于滚轮119和接地电极板106之间的凹槽中。图7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。

本实用新型的装置中，激励电极板104和接地电极板106的面积可以根据实际产品基板尺寸的需要相应地增加，因此本实用新型的薄膜沉积装置特别适用于大面积薄膜的沉积，特别适用于大面积薄膜太阳能电池的制造。由于激励电极板104、接地电极板106两侧和反应室侧壁102内侧表面的面积与太阳能电池基板的面积相当，因此这些表面暴露于等离子体环境下的面积非常小，薄膜沉积物质在这些部位聚积得很少，大幅度降低了交叉污染的机会。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型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实用新型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，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1、一种薄膜沉积装置，所述装置包括箱体、反应室和射频激励源，所述反应室位于所述箱体内部，所述箱体具有气体进入口和气体排出口，其特征在于：所述反应室包括金属上横梁、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。

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，各所述激励电极板和接地电极板的侧面均为平坦表面，所述射频激励源连接至所述激励电极板。

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：所述激励电极板和接地电极板的上、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、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一电极板和第二电极板之间的距离为10～50mm。

8、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述激励电极板的数量为大于或等于4的整数。

9、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：各所述激励电极板两侧均具有所述接地电极板。

10、根据权利要求1或9所述的装置，其特征在于：所述侧壁为接地电极板。