成膜装置及其用它生产非晶硅化合物薄膜的方法制造方法及图纸

一种包括一高频涂敷电极和一接地电极的成膜装置。高频涂敷电极具有一带有峰和谷的不平坦表面。通过将硅基气体送进该装置，在高频涂敷电极和接地电极之间产生辉光放电应将基片放在产生辉光放电的环境中，而将非晶硅薄膜高速地、均匀地形成在基片上。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由辉光放电方法连续地生产薄膜的成膜装置，尤其是一种以高的速度均匀地形成一种具有良好性能的半导体薄膜的装置。由辉光放电使硅化合物分解或光分解所获得的非晶硅半导体薄膜具有良好的将光能转变成电能的能力，而被用来作光生伏打装置。它不仅在日常仪器，诸如便携式电子计算器中，而且在产生电能的太阳能电池方面的利用已备受重视。为此目的，需要生产价格低廉的、大面积的太阳能电池。非晶硅太阳能电池的面积可能比较被容易增大，但是，对于增大它们面积的措施的研究还是不足的。在用一种包括有常规的电容耦合型平行板电极的成膜装置以高的成膜速度均匀地形成良好性能的半导体薄膜时，会产生一些问题。首先，在该装置中，为在其上面形成薄膜的基片被安放在被施加高频的电极(高频涂敷电极)和接地电极之间。在这种情况下，除非保证在高频涂敷电极的平面内辉光放电的均匀性，否则是不能获得箔膜的均匀性的。其次，当要在一块大面积的基片上形成薄膜时，高频涂敷电极的面积自然应当做得比基片的面积更大。但是在大面积电极中，将产生对高频电流固有的趋肤效应而使高频电流不能有效而均匀的被导入。而且，上述的趋肤效应和建立在电力线上的端效应将使得在高频涂敷电极的边缘部分产生强的辉光放电，而使薄膜的形成速度变得不均匀。而且，使得所产生的薄膜的性能也变成不均匀。特别是，在高速成膜条件下，高频涂敷电极边缘部分的辉光放电越强，这样的问题就越明显。本专利技术的目的在于提供一种成膜装置，该装置由于在高频涂敷电极和接地电极之间产生一高密度的等离子区而能以高的成膜速度在基片上形成一层均匀的半导体薄膜。根据本专利技术，所提供的一种在基片上形成薄膜的装置，包括一高频涂敷电极和一接地电极，所说的高频涂敷电极具有一个带凸峰和凹谷的不平坦的表面。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种形成非晶硅薄膜的方法，该方法包括将一种硅基气体送进上述装置中，在高频涂敷电极和接地电极之间产生辉光放电，将基片安放在产生辉光放电的环境中，并从而将非晶硅薄膜形成在基片上。以下为附图简要说明。附图说明图1表示本专利技术的成膜装置的略图;图2是本专利技术成膜装置中电极部分的放大的断面图;图3至图5表示在高频涂敷电极表面上三种凸峰和凹谷安排例子的透视图;图6表示一个多高频涂敷电极系统的透视图;图7至图13是除图2所示以外的实施例中成膜装置的电极部分的放大图;而图14和图15是在各个加工例子中基片位置的图示说明，在这些位置中对成膜速度的分布进行测量，两个相邻测量点之间的距离是5mm。图1是本专利技术的成膜装置30的略图，包括一高频涂敷电极10，一接地电极20和一高频电源5。高频涂敷电极10有一由凸峰50和凹谷60构成的表面。基片40放置在非平坦的高频涂敷电极和接地电极之间产生的辉光放电的环境中。而一种薄膜，特别是一种半导体薄膜，被形成的该基片40上。图2是放大比例的电极部分的断面图。W代表凸峰的宽度;L为凹谷的宽度;而H是凸峰的高度。在本专利技术的装置中，高频涂敷电极表面的不平坦形状不加以特殊地限制。例如，按图3所示，峰和谷可排列成同心圆的形式，或如图4所示，它们可以排列成同心正方形的方式。它们也可如图5所示那样，排列成按予定间隔互相平行的一组直线。图2中所示的峰高H，也就是高频涂敷电极的不平坦表面中凹陷部分的深度，至少是高频涂敷电极隆起部分(凸峰)顶点和基片之间距离D(电极距离)的1/5，而使之等于或大于D更好。因为在高速成膜条件下，在薄膜形成期间要求提高电压，但是如果峰高H比电极距离D的1/5更小，则所形成的这种隆起和凹陷状态的电极表面所产生的影响是不大的。电极距离D为10mm至500mm，最好约为20mm至100mm。薄膜的均匀度也受到该装置形状的影响，例如受到高频涂敷电极和接地电极间的距离以及高频涂敷电极和基片间距离的影响。装置形状的影响可以通过将高频涂敷电极的凸峰高度调节到至少为电极距离D的1/5，最好是使之等于或大于距离D，而几乎完全被消除。另一方面，在图2所示的高频涂敷电极的不平坦表面中，峰宽W，即隆起部分的宽度比电极距离D小，较好是0.1mm至50cm，最好是0.1mm至10cm。如果峰宽W比电极距离D大，则电极的不平坦表面对进行均匀成膜的影响是不大的，但不是所希望的。装置形状的影响可以通过将高频涂敷电极的峰宽调至低于电极距离D而几乎完全被消除。同样，在这时，对高频涂敷电极和接地电极间的距离以及高频涂敷电极和基片间的距离也没有特殊地限制。图2中所示的高频涂敷电极的不平坦表面中凹谷的宽度L等于或大于电极距离D，而较好是0.5mm至50cm，最好是0.5mm至10cm。如果宽度L过宽，则高频涂敷电极的不平坦表面对完成均匀成膜的影响是不大的。在本专利技术中，高频涂敷电极的表面最好形成这样的一种不平坦形状，其凹谷宽度L等于或大于峰宽W。本专利技术人发现，为了薄膜形成，在凹陷部分产生一高浓度的等离子区是特别合适的，而在薄膜形成时利用凹陷部分中的高密度等离子区是完全可行的。峰的数量和谷的数量各自约为1至100，较好是2至50。本专利技术中，围绕高频涂敷电极设置的接地屏蔽罩70并不是必不可少的。但是，由于绕高频电极设置一接地屏蔽罩，就能够有效地对准相对的接地电极或基片放电。在装配接地屏蔽罩时，要将接地屏蔽罩和高频涂敷电极间的距离调节到0.1mm至2mm，最好约为0.5mm。其具体例子示于图2和图3中。在本专利技术中，电极的大小不受限制，而当电极的面积投射到一平面上时，它约为5cm×5cm(或直径5cm)至约为100cm×200cm。对于制造高频涂敷电极或接地电极的材料没有特别地限制，考虑到所形成的半导体薄膜中杂质的含量，电导性和热稳定性，则不锈钢如SUS316和SUS304，以及铝是较合适的材料。制造反应器的材料也不受限制。较合适的材料是不锈钢、镍、镍合金、铝和铝合金。考虑到易于加工和耐腐融，不锈钢(例如SUS316和SUS304)，铝和铝合金更合适。反应器的壁可涂敷含氟树脂。本专利技术中，制造基片的材料也不受限制。能有效地用作基片的材料包括玻璃薄板，具有透明电导涂层如锡的氧化物或铟锡氧化物(ITO)涂层的玻璃薄板、陶瓷板、薄金属板，例如铝、铬或不锈钢(SUS316和SUS304)薄板，上面蒸镀有金属，例如蒸镀有铝、铬或不锈钢(SUS316和SUS304)的陶瓷板，聚合物，例如聚乙烯对苯二酸盐，或聚吡唑的薄膜，不锈钢板，和多晶或单晶硅薄片。本专利技术的成膜装置可以是一次投料型装置，更佳的是连续投料型装置。连续投料的成膜装置除了有一次投料型成膜装置的功能外，还有将基片运送到成膜室而不破坏真空度的功能。它至少包括一个基片装载室和一基片卸载室，或一个同时充当基片卸载室的基片装载室，或执行这些功能的基片装载装置或基片卸载装置。半导体薄膜被形成在保持不动或正在不断传输的基片上。成膜室是一个装备有反应气体导入装置和气体排出装置的金属反应器，它至少装备有加热基片用的加热装置，一个具有不平坦表面的高频涂敷电极、一个接地电极和移动基片夹持装置(基片支座)用的运送装置。基片夹持装置是一种当基片通过诸如插入的方法固定在它上面时，用来运送基片的运送装置、关于将基片固定到基片支座上的方法没有特别的限制，只要基片的主要表面暴露出来而能使薄膜形成在其上面就可以。通常，基片夹持装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基片上形成薄膜的装置，包括一高频涂敷电极和一接地电极，所说的高频涂敷电极是具有一带有凸峰和凹谷的不平坦表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：五十岚孝司，福田信弘，
申请(专利权)人：三井东化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]