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辉光放电分解装置

阅读：567发布：2020-05-12

IPRDB可以提供辉光放电分解装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且带有接地电极、基片、RF电极、射频电源、带有至少一个电元件的控制电路和匹配电路的辉光放电分解装置、基片都并行装在设置在各个RF电极上的接地电极上，各RF电极并行设置并彼此绝缘；匹配电路从射频电源接收射频能量；控制电路从匹配电路接收射频能量，并向RF电极提供射频能量；通过提供受到控制电路独立控制的射频功率，在基片上制作出薄膜，从而使等离子体在各电极上都受到控制。，下面是辉光放电分解装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.通过辉光放电分解在基片上沉积薄膜的装置，其包括：一个射频电源9，一个匹配电路8，以及由两个接地电极31、32，两个射频电极11、12和至少含有一个电元件的控制电路所构成的单元，接地电极31、32与射频电极11、12相对设置，基片41、42被设置于接地电极31、32上并与所述的射频电极相对，所述的两个射频电极11与12相互平行，匹配电路8与射频电源9相联，控制电路从匹配电路8接受射频能量并通过其输出端将射频能量输送给射频电极。

2.权利要求1的装置，其中控制电路包括一固定电容和一可变电容。

3.权利要求1的装置，其中控制电路包含一固定电感和一可变电感。

4.权利要求1的装置，其中该装置包括1至100套所述单元。

5.权利要求1的装置，其中射频能量的频率为1至100兆赫（MHz）。

6.权利要求1的装置，其中设置了用于加热基片的加热器。

7.权利要求2的装置，其中电容器同射频电极串联连接。

8.权利要求2的装置，其中电容器并联接地。

9.权利要求3的装置，其中电感器同射频电极串联连接。

10.权利要求3的装置，其中电感器并联接地。

说明书全文

本发明涉及到一种辉光放电分解装置，和用在这种辉光放电分解装置中的一种半导体薄膜的制备。

在一种传统的辉光放电分解装置中，在标号3表示的接地电极上，水平地设置一块基片4，其中，射频（RF）电极1，加热器5，以及其他部件都以图1所示的方式设置。标号10表示一个进气孔，气体从中进入腔内。标号11表示一个抽气孔，通过这个抽气孔，可用抽气机将气体抽出。在这样的装置中，可以把一种半导体薄膜大面积地淀积到一块基片上，但是，在射频电极的背面，会产生附加放电。为了避免这种在背面的放电，必须象图1所示的那样，设置一个遮屏7，但是这样的遮屏会导致不稳定性的辉光放电。

图2所示的装置是用来进行双面淀积的，它不需要遮屏。在这种装置中，在接地电极31和32上，垂直地设置了基片41和42，由标号1所表示的射频电极处在这些接地电极的中间。在射频电极（以下亦称之为RF电极）1的两侧都发生辉光放电。如果需要的话，可用加热器51和52对基片41和42进行加热。在这样的装置中，尽管设置了两块基片，也只能设置一个RF电极1，一个射频电源（以下亦称之为RF电源）9和一个匹配电路8。然而，这种装置表现出了一定的缺陷。其中，当要求两侧具有彼此相差较大的淀积速率时，无法对基片上的淀积速率进行独立的控制。

为了对加在各个RF电极上的功率进行控制，可以设计出如图3所示的装置，在这种装置中，在腔的中部设置了两块基片，两个RF电极11和12分别对着它们，并设置了两个独立的RF电源91和92，以及匹配电路81和82。通过对每个电输出功率进行调节，实现了对放电的分别控制，从而实现了对淀积速率的控制。然而，在向各个电极提供射频能量的RF电源之间;可能会出现干扰。此外，由于需要两个RF电源和两个匹配电路，因此，上面所公开的装置是很复杂的，因而需要过高的费用，并且受到了某些限制。

本发明的一个目的，就是要提供一种辉光放电分解装置，这种辉光放电分解装置带有一个RF电源和一个匹配电路，通过对加在各个电极上的射频功率进行分别控制，这种辉光放电分解装置在各个基片上可以给出不同或是相同的淀积速率。

上述问题的解决，是通过提供一种辉光放电分解装置，这种辉光放电分解装置包括：一个射频电源，一个匹配电路8，以及由两个接地电极31、32，两个射频电极11、12和至少含有一个电元件的控制电路所构成的单元，接地电极31、32与射频电极11、12相对设置，基片41、42被设置于接地电极31、32上并与所述的射频电极相对，所述的两个射频电极11与12相互平行，匹配电极8与射频电源9相联，控制电路从匹配电路8接受射频能量并通过其输出端将射频能量输送给射频电极。

通过控制各个RF电极上的等离子体，可以在这种辉光放电分解装置中，在各个基片上，以不同或相同的速率，进行薄膜淀积。这种控制是通过调节控制电路来进行的。该控制电路向各个RF电极提供射频能量。

采用本发明的辉光放电分解装置，可以借助一个RF电源，一个匹配电路和一个控制电路，在各个基片上以不同或相同的速率，进行薄膜淀积。

图1是水平设置的辉光放电分解装置的示意图，这种辉光放电分解装置是用于单面淀积的;

图2是传统的双基片型辉光放电分解装置的示意图，该装置用于进行双面淀积;

图3是包括两个独立射频系统的辉光放电分解装置的示意图;

图4是本发明的辉光放电分解装置的一种实施例的示意图;

图5、6、7和8分别是控制电路的示意图;

图9是射频导电盘的电元件的示意图;

图10是匹配电路的示意图;

图11和12是包含多套RF电极、基片、和加热器的装置设置的说明图。

现在结合图4来说明本发明的装置。在图4中，标号11和12所表示的RF电极是并联设置的，并借助绝缘器2而彼此绝缘。包含可变电容61和固定电容62的控制电路在反应腔外同RF电极11和12相连。RF电源9产生出射频能量，该射频能量通过匹配电路8被分成两部分，从而将分解后的射频能量分别加到RF电极11和12上。在RF电极11和12上方，与这些RF电极平行地设置了接地电极31和32。基片41和42分别设置在接地电极31和32上。由标号51和52表示的加热器可以被用来对基片41和42进行加热。就RF电极11和12来说，绝缘器2可以用其他部件所代替，只要该部件能够固定这些电极之彼此绝缘。

在图4所示的实施例当中，通过调节分别与RF电极相连的电容，对淀积速率进行了分别控制。

作为例子，调节电容的方法可以是，在试验淀积之后检查薄膜厚度的方法，用目测来检测辉光放电强度的方法，用光发射频谱学（Optical Emission Spectroscopy，简称OES）检测辉光放电强度的方法等等。在最后一种情况下，调节是通过手动操作或者自动操作来进行的。自动控制操作是借助同检测器和伺服电机结合在一起的自动机械装置来进行的。在这些方法中，采取自动机械装置进行调节是最可取的方法。

控制电路包括电元件，如图4中的串联电容，同RF电极串联，或是并联接地的一对电容或电感。图5、6、7和8是这些电路连接的说明图。还可以设计出其他的电元件组合。例如，只有一个元件连接到一个RF电极上，而另一个RF电极则直接接到匹配电路的支路上。

总之，能够对包含电元件的控制电路进行调节，以控制来自匹配电路的射频功率，并将这些射频能量加到RF电极上。

作为例子，本发明中的电感器可以是螺线图，或是射频导电盘，该射频导电盘具有与其所取形状相对应的电感。图9显示的是后一种情况，其中电感器是一对射频导电钢盘。依照盘的形状和长度，其电感值可以在一定范围内变化。

当对电容或电感进行调节，以使等离子体强度发生变化或相等时，整个电路的电参量也发生变化。因此，必须在所使用的射频功率条件下，对匹配电路再次进行调节，在大多数情况下，匹配电路包含有可变电容。图10显示了一种典型匹配电路的说明图。

尽管在本公开中所作的说明，还可以对“匹配电路”进行这样的定义，从而使之既包含上述的匹配电路，又包含上述的控制电路。

对受到绝缘器2绝缘的RF电极11和12之间的距离，进行适当选择，以使之达到最优化。例如，在通常的情况下，可以将其选定在1至200毫米（mm）之间。从等离子体的稳定性和均匀性的角度考虑，RF电极同基片之间的距离可取为5至50毫米（mm），最好是在10至30毫米（mm）之间。

RF电极的面积最好不大于1平方米（m2）。当需要更大面积时，可以采用多个RF电极，这些电极的每一个的面积都限制在1平方米（m2）之内。在图11中，显示出了这种RF电极装置。利用这样的装置可以进行大面积的淀积，其中的各个RF电极在电路上都是串联的。如同前面描述中所指出的，在以图1至12所显示的方式安置的平行盘式电极中，每个RF电极的面积都限制在1平方米（m2）之内。

这个装置可以包含基片运载装置，该基片运载装置用来在淀积之前之后或进行之中，进行基片的运送，基片可以在某种程度上或向左和右进行运送，并同RF电极保持一定距离。在这种移动过程中，基片自然应当平行地朝向RF电极。另外，基片可以沿着一个方向进行运动，并同RF电极保持一定距离，这种实施例的一个例子，就是一种多腔淀积装置，其中将一个腔中的基片运送到另一腔中。当要在一段很长的连续基片（该长连续基片正从一个腔移入另一个腔）上连续地淀积薄膜时，这种沿一个方向的运送是最可取的。

为了得到均匀的薄膜的厚度，最好的办法是将基片左右移动，就象上面所描述的那样。RF电极和基片可以垂直、水平或倾斜地设置，只要它们彼此处在平行状态。然而，采用垂直设置可以淀积出质地优良的薄膜，因为垂直设置能够防止灰尘落到基片上。

如果需要的话，可以用加热器对基片进行加热。基片温度的选择，是根据薄膜的成份，或是淀积出的薄膜的使用目的来进行的。在通常的条件下，其温度最好取在50°至400°之间。

如上所述，本发明中的装置由RF电极、基片和加热器组成。在这样的装置中，RF电极，基片和加热器构成了淀积的基本装置。本发明的装置可具有多套这种基本装置，如图12所示。这些基本装置的套数可以是1至100，在本发明中，最好是1至10。

在利用辉光放电等离子体进行薄膜淀积的装置中，可以采用任何型式的装置，然而，当采用多腔装置时，在每个腔中都可以采用本发明的工艺来制备薄膜，其中连续地淀积出半导体的P、i和n型层。在这个实施例中，多腔装置在将各腔分开的隔墙上，带有狭缝或闸阀，以便把基片送入相邻的腔中。可以用差动抽气机（differential evacuator）来抽掉腔中的气体。这种差动抽气机可以在基片从一个腔转向下一个腔的过程中，连续地抽出气体。如果在这种多腔装置中设置了差动抽气机，就可以在不用打开或关闭闸阀的情况下，将基片连续地从一个腔移到另一腔。多腔装置的这种功能，使可制造性得到了增加。

采用本发明的装置来制备非晶半导体薄膜的方法如下：在包含有1.33至665帕（Pa）的惰性气体、掺杂气体、硅化物、碳酸盐和氮化物的气体环境中，以1至100兆赫（MHz）的射频频率，在淀积区域的射频功率密度为0.003至0.2瓦/厘米（W/cm2）（当需要微晶薄膜时，功率为0.1至5W/cm2）的条件下，进行辉光放电，并在基片上淀积出0.005至100微米（μm）的薄膜。

采用本发明的这种工艺，可以在大面积的基片上进行一致而均匀的淀积。另外，由于该装置中辉光放电等离子体的稳定性，因而避免了附加放电，从而使射频能量得到了有效的利用。

在本发明的设置中，对射频能量的利用得到了充分的改进。根据本发明的设置，可以制作出多种电元件的薄膜，这些电元件诸如具有异质结或同质结的太阳能电池、P-i-n二极管、P-n二极管、传感器、薄膜晶体管（TFT）、和电荷耦合器件（CCD）。还可以作出用于电子照像术的敏化膜，LSI钝化膜、用于印刷电路的隔离膜，或其他产品。特别地，由于本装置中等离子体的稳定性，因而采用本发明的工艺，可以在大面积上制备出具胡高效率的非晶硅太阳能电池，这种非晶硅太阳能电池的效率大于10%。

下面，对依照本发明的例子进行描述。

应当理解的是，本发明并不受例子限制，并且在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明进行变形和修正。

例1利用图4所示的辉光放电分解装置来制备薄膜。

利用4毫米（mm）厚的绝缘器，对RF电极（500mm×560mm）进行绝缘。通过匹配电路，将射频能量加到电容器上。射频频率为13.56兆赫（MHz），固定电容器的电容为250PF，而可变电容器的电容为500PF（最大值）。在40平方厘米（cm2）的透明ITO/SnO2-玻璃基片上制备出了一个P-i-n半导体薄膜。该基片的温度为200℃。

首先，在包含有0.05%克分子浓度的B2H6的CH4（50%克分子浓度）和SiH4（50%克分子浓度）的混合气体下，淀积出100埃（）的P型层。随后，淀积出6000埃（）的i型层，最后，在包含0.2%克分子浓度的PH3的混合气体下，淀积出500埃（）的n型层，固定和可变电容器的电容分别为250和350PF。

在其上面，利用电子束发射淀积出一层厚度为1000埃（）的铝，作为背电极（baching electrocle）。利用100mW/cm2的太阳模拟器，对用上述方法制作的太阳能电池的转换效率分别地进行测量。其转换效率平均为11%，最高为11.7%，最低为10.4%。淀积速率为每秒10埃（）。在两块基片上所得到的薄膜的厚度是一样的。

例2制备薄膜的方法与例1相同，但可变电容器的电容从10到500PF变化。在表1中显示了制备在两块基片上的所得到的薄膜的淀积速率。

表1可变电容器的电容（PF）淀积速率（埃/秒即A/sec）朝向与固定电容器朝向与可变电容器相连相连的RF电极的的RF电极的基片上的基片上的淀积淀积10 4.6 1.5100 3.7 2.6350 3.1 3.15500 2.2 4.0

标题	发布/更新时间	阅读量
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