等离子体增强化学气相沉积方法
阅读：965发布：2020-05-12
专利汇可以提供等离子体增强化学气相沉积方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 等离子体 增强 化学气相沉积 方法，包括：提供 等离子体增强化学气相沉积 设备，包括腔室，所述腔室内放置有待处理的 基板 ；提供含氢气体和含 硅 气体；第一解离源用于对所述含氢气体进行解离获得氢活性基；第二解离源用于对所述含硅气体进行解离获得含硅活性基；所述氢活性基与所述含硅活性基反应在所述待处理的基板上形成含硅 薄膜 ；其中，所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率。本发明中，第一解离源和第二解离源分别用于对含氢气体和含硅气体进行解离，且所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率，可以同时充分解离含氢气体和含硅气体，最大程度的利用解离源的 能量 ，提高沉积速率和薄膜 质量 。，下面是等离子体增强化学气相沉积方法专利的具体信息内容。
1.一种等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，包括：
提供一等离子体增强化学气相沉积设备，所述等离子体增强化学气相沉积设备包括腔室，所述腔室内放置有待处理的基板；
向所述等离子体增强化学气相沉积设备提供含氢气体和含硅气体；
第一解离源用于对所述含氢气体进行解离获得活性较高的氢活性基；
第二解离源用于对所述含硅气体进行解离获得活性较高的含硅活性基；
所述活性较高的氢活性基与所述含硅活性基反应在所述待处理的基板上形成含硅薄膜；
其中，所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率。
2.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述第一解离源的解离功率大于或者等于2万瓦。
3.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述第二解离源的解离功率大于或者等于2千瓦。
4.如权利要求2所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含氢气体进行的解离化程度大于或等于80％。
5.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含硅气体和所述含氢气体的流量比例范围为1∶3～1∶1。
6.如权利要求5所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含硅气体的流量为0.2～5标准升/分钟。
7.如权利要求5所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含氢气体的流量为0.5～10标准升/分钟。
8.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，包括：所述含氢气体在所述腔室外进行解离，所述含硅气体在所述腔室内进行解离。
9.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，包括：所述含氢气体在所述腔室内进行解离，所述含硅气体在所述腔室外进行解离。
10.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，包括：所述含氢气体和所述含硅气体均在所述腔室外进行解离。
11.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述腔室具有顶壁，所述顶壁设置有第一进气口以及气体喷淋头，所述气体喷淋头具有若干进气通道，所述含硅气体或者含氢气体依次通过所述第一进气口及所述气体通道进入所述腔室。
12.如权利要求11所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述腔室具有侧壁，所述腔室侧壁设置有第二进气口，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口进入所述腔室。
13.如权利要求11所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述腔室具有4个侧壁，至少两个所述侧壁相对设置，且设置有第二进气口，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口进入所述腔室。
14.如权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含硅薄膜为非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。
15.如权利要求1至14任一项所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述含硅气体为硅烷，所述含氢气体为氢气。
16.如权利要求1至14中任一项所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述第一解离源为远程等离子解离源或远程热丝解离源。
17.如权利要求1至14中任一项所述的等离子体增强化学气相沉积方法，其特征在于，所述第二解离源为射频信号解离源或者微波解离源。
等离子体增强化学气相沉积方法
技术领域
背景技术
[0002] 薄膜太阳能电池是在玻璃、石英或塑料等基板上沉积很薄(几微米至几十微米)的光电材料形成的一种太阳能电池。薄膜太阳能电池弱光条件下仍可发电，其生产过程能耗低，具备大幅度降低原料和制造成本的潜力，再者，市场对薄膜太阳能电池的需求正逐渐增长，因而，薄膜太阳能电池技术成为近年来的研究热点，在公开号为CN1820358的中国专利申请中就公开了一种薄膜太阳能电池的技术方案。
[0003] 现有技术中通常采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，PECVD)方法沉积非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。参考图1，示出了现有技术PECVD装置一实施例的示意图。所述PECVD装置主要包括：腔室103、气体喷淋头101、电源104和基座102，其中气体喷淋头101和基座102位于腔室103内。其中，所述气体喷淋头101为具有若干小孔的极板，与电源104相连，所述基座102接地，腔室103顶壁设置有进气口117，反应气体通过所述进气口117进入腔室103，并通过气体喷淋头101使反应气体在腔室103内均匀扩散。
[0004] 在PECVD沉积非晶硅薄膜或微晶硅薄膜的过程中，将器件基板105置于基座102上，向反应腔室103中通入硅烷及氢气，电源104向气体喷淋头101通入射频信号以产生辉光放电，从而在气体喷淋头101和基座102之间形成等离子体，等离子体中的电子与硅烷反应产生活性基，所述活性基扩散至器件基板105，吸附于所述器件基板105上，形成非晶硅或多晶硅薄膜。
[0005] 但是现有技术中，存在着在器件基板105上沉积薄膜的沉积速率较低，且薄膜质量不高的问题。
发明内容
[0006] 本发明解决的技术问题是提供了一种等离子体增强化学气相沉积方法，以提高薄膜的沉积速率，进一步提高薄膜质量。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种等离子体增强化学气相沉积方法，包括：
[0008] 提供一等离子体增强化学气相沉积设备，所述等离子体增强化学气相沉积设备包括腔室，所述腔室内放置有待处理的基板；
[0009] 向所述等离子体增强化学气相沉积设备提供含氢气体和含硅气体；
[0010] 第一解离源用于对所述含氢气体进行解离获得解活性较高的氢活性基；
[0011] 第二解离源用于对所述含硅气体进行解离获得含硅活性基；
[0012] 所述氢活性基与所述含硅活性基反应在所述待处理的基板上形成含硅薄膜；
[0013] 其中，所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率。
[0014] 可选的，所述第一解离源的解离功率大于或者等于2万瓦。
[0015] 可选的，所述第二解离源的解离功率大于或者等于2千瓦。
[0016] 可选的，所述第所述含氢气体的解离化程度大于或等于80％。
[0017] 可选的，所述含硅气体和所述含氢气体的流量比例范围为1∶3～1∶1。
[0018] 可选的，所述含硅气体的流量为0.2～5标准升/分钟。
[0019] 可选的，所述含氢气体的流量为0.5～10标准升/分钟。
[0020] 可选的，包括：所述含氢气体在所述腔室外进行解离，所述含硅气体在所述腔室内进行解离。
[0021] 可选的，包括：所述含氢气体在所述腔室内进行解离，所述含硅气体在所述腔室外进行解离。
[0022] 可选的，包括：所述含氢气体和所述含硅气体均在所述腔室外进行解离。
[0023] 可选的，所述腔室具有顶壁，所述顶壁设置有第一进气口以及气体喷淋头，所述气体喷淋头具有若干进气通道，所述含硅气体或者含氢气体依次通过所述第一进气口及所述气体通道进入所述腔室。
[0024] 可选的，所述腔室具有侧壁，所述腔室侧壁设置有第二进气口，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口进入所述腔室。
[0025] 可选的，所述腔室具有4个侧壁，至少两个所述侧壁相对设置，且设置有第二进气口，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口进入所述腔室。
[0026] 可选的，所述含硅薄膜为非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。
[0027] 可选的，所述含硅气体为硅烷，所述含氢气体为氢气。
[0028] 可选的，所述第一解离源为远程等离子解离源或远程热丝解离源。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0031] 因为解离含氢气体的功率高于含硅气体的功率，如果采用同一个解离源对含氢气体和含硅气体进行解离，为了提高所述氢活性基的数量，实际上所述含氢气体与所述含硅气体的比例很高，导致解离源的功率大部分用于解离含氢气体，使得含硅气体解离不足，降低沉积速率和薄膜质量，造成解离源能量的浪费。本发明第一解离源和第二解离源分别用于对含氢气体和含硅气体进行解离，且所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率，可以同时充分解离含氢气体和含硅气体，最大程度的利用解离源的功率，这样可以相应的增加含硅气体的流量来提高薄膜的沉积速率；
[0032] 进一步地，现有技术中由于所述含氢气体与所述含硅气体的比例很高，导致薄膜的含氢量较高，降低薄膜质量，本发明较高功率的第一解离源用于对所述含氢气体进行充分解离，减小了所述含氢气体与所述含硅气体的比例，降低了所述基板上形成的含硅膜层中氢含量，提高薄膜质量。并通过打断硅与氢之间形成的弱键，使得薄膜的硅网络更加驰豫；
[0033] 进一步地，所述含氢气体或者含硅气体之一可以在腔室外进行解离，施加在所述腔室上可以为其中一个解离源，降低所述腔室内被施加的电场强度，降低较强电场对腔室内薄膜的损伤，较佳地，是将解离功率较高的含氢气体放置于腔室外进行解离；
[0034] 还可以将含氢气体和含硅气体均在腔室外进行解离，避免施加在所述腔室上的电场强度对薄膜的损伤；
[0035] 最后，通过使所述含硅气体或含氢气体依次通过第一进气口和气体喷淋头通入所述腔室，可以使得气体在所述腔室内均匀扩散；同时所述含硅活性基或氢活性基则通过所述第二进气口进入所述腔室，所述第二进气口未对应设置有气体喷淋头，则含硅活性基或氢活性基不通过气体喷淋头进入所述腔室，避免含硅活性基或者氢活性基通过气体喷淋头造成的损耗，提高含硅活性基或氢活性基的利用率。附图说明
[0036] 图1为现有技术等离子体增强化学气相沉积装置的结构示意图；
[0037] 图2为本发明一个实施例的等离子体增强化学气相沉积方法示意图；
[0038] 图3为本发明又一实施例的等离子体增强化学气相沉积方法示意图；
[0039] 图4为本发明又一实施例的等离子体增强化学气相沉积方法示意图。
具体实施方式
[0040] 现有技术存在着在器件基板上沉积形成的薄膜沉积速率较低，且薄膜质量不高的问题。
[0041] 针对上述问题，发明人发现其原因如下：因为在器件基板上进行薄膜沉积时，需要同时向腔室内部通入含硅气体和含氢气体的混合气体，如硅烷和氢气的混合气体，并在反应腔室内部对硅烷和氢气进行解离，为了维持合适的薄膜质量，硅烷和氢气的比例需要维持在一定的水平。但是用于解离硅烷和氢气的功率不相同，与硅烷相比较，对氢气进行解离的功率较高，所以在不改变射频信号功率的前提下，一般通过增加混合气体中的氢气含量，以达到所需要的氢离子量。导致解离能量大部分都用于解离氢气，只有少部分用于解离硅烷，造成硅烷的解离率降低。最终导致薄膜的沉积速率低，薄膜的氢含量较高，降低了薄膜的质量。
[0042] 为解决上述问题，本发明提供一种等离子体增强化学气相沉积方法，包括：提供一等离子体增强化学气相沉积设备，所述等离子体增强化学气相沉积设备包括腔室，所述腔室具有顶壁、侧壁和底壁，位于所述腔室底壁放置有待处理的基板；向所述等离子体增强化学气相沉积设备提供含氢气体和含硅气体；第一解离源用于对所述含氢气体进行解离获得活性较高的氢活性基；第二解离源用于对所述含硅气体进行解离获得含硅活性基；所述氢活性基与所述含硅活性基反应在所述待处理的基板上形成含硅薄膜；其中，所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率。
[0043] 因为解离含氢气体的功率高于含硅气体的功率，如果采用同一个解离源对含氢气体和含硅气体进行解离，需要增加含氢气体的流量来增加活性氢原子的数量，这将导致解离源的功率大部分用于解离含氢气体，使得含硅气体解离不足，降低沉积速率本发明中第一解离源和第二解离源分别用于对含氢气体和含硅气体进行解离，且所述第一解离源的功率大于所述第二解离源的功率，可以同时充分解离含氢气体和含硅气体，最大程度的利用解离源的功率，提高沉积速率和薄膜质量。
[0044] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0045] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0046] 下面结合附图对本发明一个实施例的等离子体增强化学气相沉积方法进行说明。本实施例中，所述含氢气体在腔室外进行解离，所述含硅气体在腔室内进行解离。如图2所示，提供一等离子体增强化学气相沉积设备，所述沉积设备包括：腔室201，所述腔室包括顶壁、侧壁和底壁；气体喷淋头211，位于腔室201内的顶壁附近位置；基座212，位于腔室
201的底壁上，所述基座212表面放置有待处理的基板202；第一解离源220，其位于腔室
201外；第二解离源213，位于腔室201外；所述第二解离源213为电源。其中，所述气体喷淋头211为具有若干气体通道的极板，所述气体喷淋头211与所述第二解离源213连接，所述基座212接地。
201的底壁上，所述基座212表面放置有待处理的基板202；第一解离源220，其位于腔室
201外；第二解离源213，位于腔室201外；所述第二解离源213为电源。其中，所述气体喷淋头211为具有若干气体通道的极板，所述气体喷淋头211与所述第二解离源213连接，所述基座212接地。
[0047] 腔室201顶壁设置有进气口203，所述进气口203还连接有第一解离源220，反应气体或反应离子可以通过所述进气口203进入腔室201，并通过气体喷淋头211使得反应气体在腔室201内均匀扩散，进而在所述待处理基板202上形成含硅薄膜，所述含硅薄膜为非晶硅薄膜或微晶硅薄膜。
[0048] 如图2所示，向所述等离子体增强化学气相沉积设备提供含氢气体和含硅气体，并且第一解离源220和第二解离源213分别用于对所述含氢气体和含硅气体进行解离。其中，所述第一解离源220的功率大于第二解离源213的功率。所述第一解离源220的解离功率大于或者等于2万瓦，第二解离源213的解离功率大于或者等于2千瓦。本实施例中，所述含氢气体为氢气，所述含硅气体为硅烷。
[0049] 继续参考图2，所述用第一解离源220解离后的氢活性基通过与第一解离源220连接的进气口203，再通过所述气体喷淋头211进入所述腔室201内。所述第一解离源220为远程等离子解离源或远程热丝解离源。
[0050] 还包括通过进气口203及气体喷淋头211将含硅气体引入所述腔室201内，所述第二解离源213使在所述腔室201内所述含硅气体解离，并与第一解离源220提供的氢活性基进行反应，在所述待处理基板202上形成含硅薄膜。
[0051] 进一步地，为了维持合适的薄膜质量，本实施例中，所述硅烷和氢气的流量比例范围为1∶3～1∶1。为了对较难进行解离的氢离子进行充分解离，所述第一解离源220使所述含氢气体的解离化程度大于或等于80％，本实施例中，所述第一解离源220使氢气的解离化程度达到90％。
[0052] 其中，所述含硅的流量为0.2～5标准升/分钟，所述含氢气体的流量为0.5～10标准升/分钟。本实施例中，硅烷的流量为1标准升/分钟，氢气的流量为2.5标准升/分钟。
[0053] 进一步地，本实施例中，所述第二解离源213为射频信号解离源，作为其他实施例，所述第二解离源213还可以为微波解离源。
[0054] 本发明中，因为用于解离含氢气体的功率高于含硅气体的功率，较高功率的第一解离源220用于对含氢气体进行解离，可以充分解离含氢气体，并且独立于第一解离源220的第二解离源213用于对含硅气体进行解离，所述含硅气体的解离程度不受含氢气体的影响，也可以得到充分解离，所以可以提高含硅气体的流量，提高形成薄膜的速度；
[0055] 进一步地，现有技术中对含硅气体如硅烷进行解离后，由含氢气体的解离率较低。为提高氢原子的数量，所以实际上含氢气体与含硅气体的比例的很高，导致薄膜的含氢量较高，降低薄膜质量。本发明中，较高功率的第一解离源220用于对所述含氢气体进行充分解离，提高含氢气体的解离率。由于含氢气体如氢气具有较高的解离率，所以降低了含氢气体与含硅气体的比例，也即降低了氢气与硅烷的比例，这样降低在所述基板上形成的含硅膜层中氢含量，提高薄膜质量。同时活性的氢活性基通过打断硅与氢之间形成的弱键，使得薄膜的硅网络更加驰豫。
[0056] 本实施例中，所述含氢气体通过腔室201外的第一解离源220进行解离，所述含硅气体在腔室201内进行解离，施加在所述腔室201上的仅为其中一个解离源，降低所述腔室201被施加的电场强度，进而降低较强电场对腔室201内薄膜的损伤。
[0057] 作为其他实施例，所述含氢气体还可以在腔室201内进行解离，所述含硅气体还可以在腔室201外进行解离；较佳地，是将解离功率较高的含氢气体放置于腔室201外进行解离，降低较强电场对腔室201内薄膜的损伤。
[0058] 作为再一个实施例，还可以将所述含氢气体和含硅气体同时在腔室201外进行解离，然后将电离后的氢活性基和含硅活性基通入腔室201，避免施加在所述腔室上的电场强度对薄膜的损伤。
[0059] 参考图2，上述实施例中等离子体增强化学气相沉积中，进入腔室201内的气体或离子均通过气体喷淋头211。通过所述气体喷淋头211可以使得通入的含硅气体在腔室201内分布均匀，但是当由第一解离源220解离的氢活性基经过所述气体喷淋头211时，将重新复合为氢气，导致含氢活性基的数量减少，降低氢活性基的利用率。
[0060] 为解决上述问题，本发明对上述等离子体增强化学气相沉积法进行改进，参考图3，提供一等离子体增强化学气相沉积设备，包括：腔室301，所述腔室包括顶壁、侧壁和底壁；气体喷淋头311，位于腔室301内的顶壁附近位置；基座312，位于腔室301的底壁上，所述基座312表面放置有待处理的基板302；第一解离源和第二解离源313均位于腔室301外；所述第二解离源313为电源。其中，所述气体喷淋头311为具有若干气体通道的极板，所述气体喷淋头311与所述第二解离源313连接，所述基座312接地。
[0061] 其中，所述腔室301顶壁具有一个或一个以上第一进气口303，所述第一进气口303对应设置于气体喷淋头311，反应气体依次通过所述第一进气口303及气体喷淋头311的气体通道进入所述腔室303。本图仅仅示出了一个第一进气口。
[0062] 所述腔室301具有侧壁，所述腔室301的侧壁设置有第二进气口，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口进入所述腔室301。
[0063] 本实施例中，所述腔室301具有4个侧壁，其中至少两个所述侧壁相对设置，且设置有第二进气口304，所述含硅活性基或者所述氢活性基通过所述第二进气口304进入所述腔室301。所述第二进气口304还连接有第一解离源320，反应离子通过所述第二进气口304进入所述腔室301。本图仅仅示出了两个位于两侧的第二进气口304，位于侧壁的对称设计的第二进气口304可以使得通入腔室301内的反应离子分布均匀。
[0064] 如图3所示，向所述等离子体增强化学气相沉积设备提供含氢气体和含硅气体，并第一解离源320和第二解离源313分别使所述含氢气体和含硅气体解离，其中，所述第一解离源320的功率大于第二解离源313的功率。所述第一解离源320的解离功率大于或者等于2万瓦，第二解离源313的解离功率大于或者等于2千瓦。所述含氢气体可以为氢气，所述含硅气体可以为硅烷。
[0065] 其中，氢活性基通过第二进气口304进入所述腔室301，避免了通过气体喷淋头311时造成的氢活性基复合损失，提高氢活性基的利用率；含硅气体通过第一进气口303进入所述腔室301，并通过气体喷淋头311使得所述含硅气体可以在腔室301内均匀扩散。
[0066] 进一步，如图4所示，所述第二进气口304b还可以设置在腔室301的顶壁上，且与所述第二进气口304b下方对应的腔室301内没有形成气体喷淋头311。通过所述第二进气口304b进入所述腔室301的氢活性基不会经过所述气体喷淋头311，降低了氢活性基的复合可能性，提高氢活性基的利用率。
[0067] 作为其他实施例，所述第二进气口还可以用以通入解离后的含硅活性基，避免气体喷淋头对含硅活性基的含量的损耗；所述第二进气口还可以用于通入含氢气体，通过气体喷淋头对气体进行均匀扩散。
[0068] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0069] 因为解离含氢气体的功率高于含硅气体的功率，如果用同一个解离源使含氢气体和含硅气体解离，为提高氢活性基的数量，实际上含氢气体与含硅气体的比例很高，将导致解离源的功率大部分用于解离含氢气体，使得含硅气体解离不足，降低沉积速率，造成解离源能量的浪费。本发明中，较高功率的第一解离源220用于对所述含氢气体进行充分解离，提高含氢气的解离率。由于含氢气体具有较高的解离率，所以降低了含氢气体与含硅气体的比例，这样降低在所述基板上形成的含硅膜层中氢含量，提高薄膜质量。同时活性的氢活性基并通过打断硅与氢之间形成的弱键，使得薄膜的硅网络更加驰豫。同时由于含硅气体单独解离，所以我们能提高含硅气体的流量，极大的提高薄膜沉积速率。在具体的实施方式中，所述含硅气体为硅烷，所述含氢气体为氢气。
[0070] 进一步地，所述含氢气体或者含硅气体之一可以在腔室外进行解离，施加在所述腔室上可以为其中一个解离源，降低所述腔室内被施加的电场强度，降低较强电场对腔室内薄膜的损伤，较佳地，是将解离功率较高的含氢气体放置于腔室外进行解离；
[0071] 还可以将含氢气体和含硅气体均在腔室外进行解离，避免施加在所述腔室上的电场强度对薄膜的损伤；
[0072] 最后，通过使所述含硅气体或含氢气体依次通过第一进气口和气体喷淋头通入所述腔室，可以使得气体在所述腔室内均匀扩散；同时含硅活性基或氢活性基则通过第二进气口进入所述腔室，所述第二进气口未对应设置有气体喷淋头，则含硅活性基或氢活性基不通过气体喷淋头进入所述腔室，避免含硅活性基或者氢活性基通过气体喷淋头造成的损耗，提高含硅活性基或氢活性基的利用率。
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