[發明專利]用于光伏和其它低溫化學氣相沉積工藝的硅薄膜的分子氟蝕刻

無效

• 申請號: 200980155955.1
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN102292169A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: P·A·斯托克曼;R·A·霍格爾
• 申請（專利權）人: 琳德股份公司
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒

技術領域

本發明涉及清除用于光伏用途的無定形和微晶硅薄膜的新方法及用該方法形成的器件。

背景技術

清除用于光伏制造的無定形和微晶硅薄膜的方法主要由用于液晶顯示器(LCD)和半導體器件的方法修改得到。制造后兩種器件要求反應室溫度高于280℃并通常包括使幾種不同種類薄膜形成層；例如，除了硅膜，還可能形成SiO₂、Si₃N₄、SiO_xN_y、金屬及金屬氧化物薄膜。在制造條件的范圍內，分子氟不會與非硅薄膜快速反應。因此，不適宜用分子氟清除這些非硅薄膜。升高反應室溫度至高于制造溫度有利于反應，但在使用的時間和能量上是不經濟的。

為了克服與使用分子氟有關的溫度問題，人們使用氟自由基來除去薄膜。氟自由基可如下形成：由分子氟或含氟氣體例如NF₃或SF₆通過原位活化或外部遙控等離子源(RPS)活化以產生氟自由基。使用氟自由基時，可完成反應室清除的速率由含氟氣體的速率及活化效率決定。因此，清除步驟會占據整個制造周期的大部分，導致制造能力下降且需要過多的加工。另外，含氟氣體活化所需的設備(特別是RPS單元)會明顯增加制造工藝的費用，并且被認為是麻煩的故障點，這會降低制造工藝的有效的可工作時間。

另外，由原位活化或RPS活化生成的氟自由基活性高且不是非常有選擇性的，因此會對密封部件、射頻(RF)發生器及其它制造室內部或相關的重要設備造成損壞。并且，RPS活化和原位活化必需在有限制的(1imited)氟自由基源，在氟自由基的分布是高度各向異性的條件下進行。為了清除反應室內更難以到達的地方，這導致所謂的“過蝕刻(overetch)”的要求，即一段時間產生的氟自由基大大超過清除所需的化學計量。

美國專利6,880,591(Goto等)認為分子氟可用于硅工藝中的反應室清除，但其針對高溫情況且用于LCD顯示器工藝。特別是，Goto等提出分子氟的使用溫度應遠高于LCD生產所用的溫度；即在280℃到400℃之間，較好為約450℃。據信選用這些高溫以補償用Goto等工藝所提供的低分壓(例如低于1mbar)。應注意到Goto等發現用分子氟清除并不是完全有效的，且需要與原位活化和/或RPS活化聯用。

還注意到，除了分子氟之外的含氟氣體如NF₃、SF₆和C_xF_y化合物在低于500℃和工業應用中的低于900℃的溫度并不是硅薄膜的有效清除劑。

MEMS器件的制造也為硅薄膜光伏工業提供了指導。通常，在MEMS制造中，使用分子氟的目的是為了使器件不必用來自硅基體的化合物(如SiO₂和Si₃N₄)制造。特別是，通過在低溫(如室溫)和相對的高壓(如250mbar)下用分子氟蝕刻，可完全除去組成基體的硅薄膜，而分子氟不會與器件部件發生任何有害反應。然而在更高溫度下，相比其它化合物，分子氟對硅的選擇性下降，因此，在提高的溫度下分子氟的效果降低。(見Arana等“用于MEMS微型機械的硅在氟氣體中的各向同性蝕刻(Isotropic?etching?of?silicon?in?fluorine?gas?for?MEMS?micromachine)”，J.Micromech.Microeng.，第17卷，第384-392頁，2007年)。

本領域仍有改進用于光伏用途的無定形和微晶硅薄膜的清除的設備和方法的需要。

發明內容

本發明提供了清除用于光伏用途的無定形和微晶硅薄膜的改進技術和設備。更詳細地，本發明提供了克服了上述缺點的使用分子氟清除薄膜的方法和設備。

具體實施方式

本發明涉及使用分子氟蝕刻用于光伏用途的硅薄膜。以上所述的關于LCD和MEMS工藝的缺點可以避免。特別是，生產薄膜光伏器件的方法是在低于生產薄膜晶體管LCD器件的方法的溫度下進行的。例如，光伏工藝通常在50℃到300℃下進行。在此溫度范圍內分子氟可與硅很好反應。依照本發明，在沉積溫度和1毫巴至1000毫巴的分壓的條件下使用分子氟加快了清除，因此提高了生產率。可有效使用低于MEMS生產所用的壓力。