[发明专利]使用分子氟的化学气相沉积腔室清洁

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

本发明提供用于清洁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，本发明使用分子氟清洁所述腔室。

附图简要说明

图1是显示本发明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是显示在根据本发明使用分子氟清洁腔室的操作中压力增加的图。

图4是显示在根据本发明清洁腔室的操作中压力变化的图。

图5是显示在根据本发明清洁腔室的操作中压力变化的特写图。

发明详述

本发明使用分子氟进行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。

根据本发明，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。

根据本发明，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。