[發明專利]容性耦合等離子體增強化學氣相沉積制備厚度均勻薄膜的方法

有效

• 申請號: 201310308952.5
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103388134A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 王波;胡德志;嚴輝;張銘;王如志;宋雪梅;侯育冬;朱滿康;劉晶冰;汪浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C16/517
• 分類號: C23C16/517
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及薄膜制備技術領域，特別是涉及容性耦合等離子體增強化學氣相沉積（CCP-PECVD）技術。

背景技術

容性耦合等離子體增強化學氣相沉積（CCP-PECVD）技術被廣泛應用于大規模生產硅薄膜光伏太陽能電池行業。為了提高太陽能電池的轉換效率，在薄膜太陽能電池的制備中，逐步興起了使用甚高頻容性耦合等離子體化學氣相沉積的方法。該方法提高了等離子體密度，減小了離子直接轟擊襯底的能量，提高了沉積速度。但是，實際生產發現由于電勢駐波效應導致薄膜非均勻性嚴重影響了薄膜質量。為了減小薄膜的非均勻性，瑞士L.Sansonnens提出準平面電路模型，研究VHF-PECVD技術與RF-PECVD技術產生的電勢分布不均勻度的區別，提出了高頻源多點饋入的方法提高電勢分布的均勻性，但是電勢分布均勻性還是較差。2006年他又提出改變PECVD平板電極為透鏡電極的想法，使電勢分布均勻性達到工業生產的需要。但是，特殊的電極導致腔體的設計復雜化維護困難，生產成本高，不利于產業發展。2010年美國M.J.Kushner小組提出將電導率完全相同的平板電極變為電導率分塊變化的分級式電極，并且通過流體模型模擬得到了工作腔內電場分布和電子能量分布，但是該設備最大的問題是制作電極十分困難。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種應用容性耦合等離子體增強化學氣相沉積（CCP-PECVD)制備厚度均勻薄膜的新方法。

本發明所采用的技術方案是：將射頻源與平行極板間的連接導線更換為較粗的連接導線或銅柱，即增加功率饋入端面積，從而使功率饋入端的面積大幅度增加，降低平行板電極間真空電勢差分布的非均勻度。

更有選增加功率饋入端面積的同時，還要保證功率饋入端的形狀與平行極板的形狀一致，使平行板電極間真空電勢差分布具有良好的對稱性。

與現有技術相比，本發明的有益效果是在不改變原裝置的內部結構的基礎上，僅僅采用增加功率饋入端面積的方法就直接提高了薄膜厚度的均勻性。不需要購買和安裝新的部件，不存在改良過程中很難實現的情況，它保證了改良方法的可行性，大大降低了改良的成本。

實驗發現當射頻源的頻率在30MHz到120MHz區間內，該方法都是十分有效的。如果平行極板是圓形時，功率饋入端的直徑和圓形極板的直徑比在1%到5%的區間內變化，該方法都是有效的。如果平行極板是方形時，功率饋入端也應制成方形，功率饋入端的邊長和方形極板的邊長比在0.5%到5%的區間內變化，該方法都是有效的。

附圖說明

圖1為容性耦合等離子體增強化學氣相沉積示意圖，

1等離子體放電室、2平行電極、3甚高頻射頻電源、4功率饋入端、等離子體5區域、6襯底。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。

實例1

在等離子體放電室1中，裝有一對直徑為80cm的圓形平板電極2，其中兩個電極都不接地。先將襯底加熱到300℃，再向等離子體放電室1內充入NH₃、SiH₄、N₂氣體，其進氣量分別為3.55升/分鐘、1.875升/分鐘、0.15升/分鐘,腔內氣壓保持在10Torr。由甚高頻射頻電源3在兩平行板電極2之間施加甚高頻電磁場，使NH₃、SiH₄氣體分子與電子碰撞電離，誘發等離子體放電。兩平行極板間的距離d_b為4cm，上極板與腔壁之間的距離d_t為1cm。在60MHz甚高頻射頻源的作用下，使NH₃、SiH₄電離形成等離子體區域5。離子在電場作用下沉積在襯底表面，形成Si₃N₄薄膜。將襯底6放置在底電極上，沉積時間為20分鐘，薄膜平均厚度為77nm，最厚的地方為85nm，最薄的地方69nm。薄膜厚度的非均勻度為10.4%。我們將和平行電極2連接的金屬銅導線由1mm粗的線換成1cm，即功率饋入端由直徑為1mm的圓形接觸面變為直徑為1cm的圓形接觸面（即功率饋入端的直徑和圓形極板的直徑比為1.25%）。更換后，沉積得到的薄膜平均厚度為75nm，最厚的地方為80nm，最薄的地方69nm。薄膜厚度的非均勻度為7.6%。制備出的單層薄膜厚度的均勻度提高了2.8%。

實例2