使用分子氟的化学气相沉积腔室清洁制造技术

本发明专利技术涉及使用分子氟作为清洁物质清洁PECVD腔室的方法和设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及清洁化学气相沉积（CVD）腔室，特别是等离子体增强化学气相沉积（PECVD）腔室的新方法及其设备。技术背景无定形薄膜和微晶薄膜用于制造光伏器件，并通常使用化学气相沉积技术来沉积。具体而言，PECVD方法从气态物质出发，通过以下步骤在基材的表面沉积上固态薄膜：将前体反应气体注入PECVD腔室，然后利用由射频（RF）或DC放电形成的等离子体将所述气体裂解成活性离子或自由基（即解离的中性反应性元素）。使用PECVD法制造器件包括沉积硅、氧化硅、氮化硅、金属氧化物和其它材料的薄膜。这些沉积过程在腔室中留下沉积物，必须定期清洁该沉积物。已知几种清洁PECVD腔室的方法。一种此类方法是原位激活清洁，其中将清洁气体注入腔室中并且激发等离子体。由等离子体形成的离子和自由基与硅沉积物在腔室的侧壁和莲蓬头上发生反应。然而，原位等离子体激活可导致等离子体引发的损坏及设备和部件寿命的减少。另外，由于电弧的风险，需要避免高压。另一种腔室清洁方法是使用远程等离子体源激活清洁气体。清洁气体首先通过位于腔室外部的等离子体源，在该等离子体源中清洁气体发生解离，自由基进入腔室以进行清洁。与原位激活相比，以这种方式可实现更高的气体解离，因此可改进清洁效率。然而，使用远程等离子体源需要附加的设备，这会增加相当大的设备和操作成本。另外，气流通常受到远程等离子体源参数的限制，从而增加了清洁时间和成本。另一种腔室清洁方法包括在高温条件下热清洁腔室，所述高温通常为600-900℃或更高，当使用诸如NF3或SF6的气体时，需要约900℃的温度。这些高温通常远高于沉积过程需要的温度，所需温度调节增加了清洁时间和成本。另一种腔室清洁方法是在高压条件下热清洁，例如大于50毫巴，使用与氩气或氮气混合的分子氟。该清洁方法需要的高温和高压与在沉积过程中采用的温度和压力明显不同，因此也增加了由于所需温度和压力调节而造成的清洁时间和成本。另外，该清洁方法可能需要附加的泵系统，从而增加了设备和操作成本。所有上述清洁方法都出现了到达腔室屏蔽区域的困难，因为腔室的体积与维持射频场的功率和能力直接相关。因此，不能到达或有效清洁腔室的所有区域，特别是受到屏蔽，免受射频场影响的那些区域。本领域仍然需要改进清洁PECVD腔室的设备和方法。
技术实现思路
本专利技术提供用于清洁PECVD腔室的改进的方法和设备，其克服了现有技术方法和设备的缺点。具体而言，本专利技术使用分子氟清洁所述腔室。附图简要说明图1是显示本专利技术有效性的质谱测量图。图2是显示在使用氟自由基清洁腔室的操作中预期压力增加的图。图3是显示在根据本专利技术使用分子氟清洁腔室的操作中压力增加的图。图4是显示在根据本专利技术清洁腔室的操作中压力变化的图。图5是显示在根据本专利技术清洁腔室的操作中压力变化的特写图。专利技术详述本专利技术使用分子氟进行PECVD腔室清洁。这些PECVD腔室用于沉积光伏器件的硅（无定形和微晶）。通常，该沉积过程在低至160℃的温度下进行，并且不需要原位或远程等离子体激活。根据本专利技术，为了清洁PECVD腔室，在预定的压力下将氟引入所述腔室中。腔室的清洁仅由分子氟与在PECVD腔室的内壁和设备上沉积的硅反应来完成。清洁所需的时间取决于预定的压力和表面温度。根据本专利技术，我们发现可以在基础压力下清洁PECVD腔室，所述基础压力通过完全打开从腔室至泵前级管道的阀门获得。获得低至350毫托（0.47毫巴）的压力。进一步实验显示，在适于工业应用并与目前可用清洁技术有竞争力的时间内，5-9托的清洁过程压力提供了有效、彻底的腔室清洁。根据本专利技术使用分子氟清洁腔室还可通过与其它方法结合来促进。例如，可用原位等离子体或远程等离子体源至少部分地激发分子氟。另外，可进行腔室的动态和静态处理。当进行动态清洁时，腔室中的压力保持不变，将所述清洁气体（分子氟）连续进料至腔室中，并从腔室中连续被排除。在该方式中，分子氟气体在腔室中连续地再生，并且通过清洁形成的SiFx被排除。在静态清洁处理中，用清洁气体填充腔室达某一压力，并且不进行气体排除。在预定的时间段后，打开腔室阀门，并将清洁产物气体排除。静态清洁的原理是填充腔室，等待清洁气体反应完全，然后排除产物气体。在静态清洁操作中，气体利用达到最大，但必须使用足够的清洁气体以清洁所有的硅沉积物。动态和静态清洁过程的结合可提供优异的结果且最有益。如图1所示，本专利技术清洁PECVD腔室的能力由质谱测量证实。具体而言，根据本专利技术使用直接分子氟作为清洁剂进行腔室清洁，随后使用本领域现有远程等离子体源进行标准清洁步骤，以激活所述清洁剂。图1的质谱结果显示，在本专利技术的直接分子氟清洁后有极少量的硅残留，从而证明了本专利技术清洁方法的效率。如上所述，已知可使用解离的氟化分子从反应腔室除去硅膜，所述解离的氟化分子可通过使用原位发生器（即腔室中的射频或微波发生器）或通过使用远程等离子体源将含氟气体解离而获得。根据以下一般反应，使氟自由基或离子与硅反应以形成SiF4：2F2(g)+Si(s)→SiF4(g)。在常规清洁操作中，腔室的压力不是固定的，而是在清洁步骤中经历压力变化。具体而言，在主要清洁过程中，所有的氟自由基与硅反应形成稳定状态或接近平衡，仅有轻微的压力增加。然而，当硅已从腔室的一些区域除去时，并非所有的氟自由基可与硅反应，并且腔室的压力经历突然增加。该突然增加后，在几乎所有的硅已反应的点稳定化。压力变化的顺序如图2所示。本专利技术使用分子氟的清洁过程通常在设置用来优化清洁速率的固定压力下进行。我们发现设置的腔室压力越高，腔室清洁越快。我们预期，在本专利技术的清洁过程中产生的腔室压力顺序将类似于图2所示的氟自由基清洁中的情况。具体而言，想要保持固定的腔室压力，肯定需要使用一个补偿装置消除随着硅被消耗而产生的增加的压力。因此，本专利技术在带有压力调节系统（例如改变连接腔室与泵管线的阀门的孔大小（aperture））的情况下运行。然而，在根据本专利技术运行实验的过程中，未观察到所述压力调节系统的移动。本专利技术使用分子氟的清洁过程也在基础压力（即没有设置固定的腔室压力）下进行测试运行。对于这些实验，清洁时间是延长的。在这些测试运行中，腔室内也未观察到明显的压力增加。该过程的该压力曲线如图3所示。由质谱测量证实了腔室的清洁，并且验证了在延长的清洁时间后无残留的硅膜存在。这些结果产生了使用分子氟的清洁过程的新机理解释。具体而言本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.25 US 61/376,7751.一种清洁化学气相沉积腔室的方法，该方法包括：
将分子氟引入所述腔室中；
使所述分子氟与所述腔室中不希望有的沉积物反应；以及
排除所述腔室中的气体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔室是等离子体增强化学
气相沉积腔室。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述清洁过程中所述腔室保
持在固定的压力下。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述固定的压力为5-9托。
5.一种清洁化学气相沉积腔室的方法，该方法包括：
将分子氟引入所述腔室中；
使所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC·西高，黄应享，P·A·斯托克曼，R·霍格尔，S·彼得里，
申请(专利权)人：琳德股份公司，
类型：
国别省市：