[发明专利]在放置于射频等离子体之外的衬底上形成薄膜的技术

说明书

技术领域

本发明是描述一种具有大面积、高速率沉积硅薄膜的真空镀膜的装置和方法。特别是涉及到一种将基板放置于等离子体之外的依靠等离子体蚀刻效应而形成薄膜的技术。

背景技术

太阳能是目前急需的一种能量来源，属高科技领域范围内。高性能大面积的基于薄膜硅的电子或光电产品，通常是使用标准的采用两个平行电极的射频等离子体增强化学气相沉积法而制成。在这种方式中被用来镀膜的基板通常是被放在接地的正电极上，从而使得基板镀膜的表面直接暴露于等离子体下，所以在高速率沉积时需要高功率的等离子体激发状态下所镀的硅薄膜由于高能量离子的不断轰击而出现质量下降的问题。同时在大面积镀膜时传统RF-PECVD需要源源不断向反应室中提供含有硅的原气体，而在大型反应室中原气体的分布很难达到理想的均匀度，使得在高速镀膜时，膜的厚度和其他性能的非均匀性变得十分明显。现在工业上所使用的大型PECVD设备，虽然可以解决上述问题，但这类设备的高度复杂性和昂贵的成本使得它们不适用于生产低成本的薄膜材料和器件。

发明内容

基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的：本发明提供了一种在高速率沉积状态下具有良好的在大面积上的均匀性的硅薄膜沉积设备和方法。

本发明进一步目的是，利用向基板上施加电势的方法，有效的控制高速率沉积的硅薄膜的性能。

为了达到上述发明目的，本发明采用一个由三个平行电极构成的对通常的RF-PECVD系统加以改变的镀膜系统，这三个平行的平板状电极分别为用来激发等离子体的负电极，与负电极相对的网状或有很多孔洞的接地正电极，及放置于正电极后面的载有基板的第三电极。在正电极和负电极相对的表面上预先镀有硅材料，其均匀性及其他性能无关紧要。在镀膜过程中具有蚀刻性的气体混合物被引入反应室内，在界于正负电极之间的等离子体作用下，正负电极表面的硅材料被蚀刻而分离成为气态基子，并以扩散的方式穿过网状正电极，达到第三电极表面最终导致硅薄膜在基板上的形成。其原因是蚀刻气体被激发后的平均扩散程度远远小于气态硅基子，所以在基板表面的蚀刻强度相比于等离子体区域要微弱得多。值得强调的是本发明所使用的薄膜硅沉积方法完全不需要在镀膜时提供含有硅的气体材料，而硅的来源可以完全由已镀在正负电极上的硅层来提供，这与通常的CVD镀膜方式(包括PECVD)具有极大的区别。在这个系统中产生镀膜前期材料的等离子区域与薄膜生长区域相分离，从而使生长的薄膜不直接受到等离子体过程的影响。并且依据本发明的设计，等离子体辉光放电的强度可以大大的提高，从而达到提高镀膜速率的目的，因为所使用的基板被放置于辉光放电区域之外，从而避免镀膜表面被高能量离子不断冲击而造成的损坏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1显示利用蚀刻方法镀膜的三级射频辉光放电系统。

图2显示第三级电势可变化的利用蚀刻方法镀膜的三级射频辉光放电系统。

具体实施方式