專利名稱：可獲得均勻電場的大面積vhf-pecvd反應(yīng)室異形電極的制作方法
可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電極
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅薄膜太陽電池和平板顯示領(lǐng)域中的薄膜晶體管矩陣的技術(shù)領(lǐng) 域，特別是一種可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電極。
背景技術(shù)：
近年來已有報道證明，應(yīng)用甚高頻(VHF)技術(shù)到PECVD的方法可以增加薄膜 的沉積速率，并且研究結(jié)果表明VHF-PECVD完全適合微晶硅薄膜和非晶硅薄膜 的高速沉積。然而，VHF-PECVD的應(yīng)用研究通常是在小尺寸PECVD反應(yīng)室中進行的， 因而并不能直接應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中。射頻電容耦合平行板電極反應(yīng)室被廣 泛用于非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜的等離子增強化學(xué)氣相沉積或者 薄膜刻蝕；面積超過lm2的矩形PECVD反應(yīng)室被用來生產(chǎn)光伏太陽電池以及用于大 面積平板顯示器的薄膜晶體管矩陣。這些工業(yè)應(yīng)用對薄膜厚度的不均勻性要求較 高?？傮w上，這些反應(yīng)室用標(biāo)準(zhǔn)13.56MHz激發(fā)頻率來驅(qū)動，但人們對使用更高的 頻率(甚高頻技術(shù)，VHF)有濃厚的興趣。采用VHF激發(fā)等離子體，能夠減小等離 子體鞘層厚度和電壓從而降低電子溫度、降低轟擊襯底的離子能量，增大了輸送 到生長表面的離子流量，既能提高沉積速率又能增大薄膜中晶粒的顆粒尺寸，并 且與常規(guī)的非晶/微晶硅薄膜太陽電池制備工藝具有良好的技術(shù)兼容性。因此，人 們對VHF-PECVD在工業(yè)上的應(yīng)用產(chǎn)生很大的興趣。
在射頻平行板反應(yīng)室中沉積或刻蝕的過程中，許多因素可以導(dǎo)致薄膜橫向生 長非均勻性的產(chǎn)生。這包括基底和電極的非理想接觸、基底的幾何形狀、不恰當(dāng) 的氣體流量分布、等離子體中存在粉塵顆粒污染、電極的不對稱，以及各種靜電 學(xué)和電磁場效應(yīng)等。由于在等離子體的參數(shù)和反應(yīng)室的設(shè)計中，這些效應(yīng)在各種 激發(fā)頻率下均有顯著的影響，而通常通過反應(yīng)室的合理設(shè)計和適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)調(diào) 整可以得到部分或全部解決。然而，隨著應(yīng)用于大面積反應(yīng)室的激發(fā)頻率提高時， 在傳統(tǒng)的電容耦合平行板電極反應(yīng)室或應(yīng)用梯型電極的反應(yīng)室中，電勢駐波效應(yīng) 和功率饋入連接端的電勢對數(shù)奇點效應(yīng)嚴(yán)重影響了電勢分布的均勻性。由于等離 子體的存在所引起的波長衰減或惡化效應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)室的尺寸大約是處于激發(fā)頻率 下自由空間中的波長A。(在13. 56 MHz下A 。/4=5. 53m,在100 MHz時僅為O. 75m)
的四分之一時，駐波非均勻性已經(jīng)變得重要。要想得到均勻的等離子體來實現(xiàn)均 勻的沉積或刻蝕，必須對反應(yīng)室(主要是其中的電極)進行合理的設(shè)計來抑制反 應(yīng)室中的電磁駐波效應(yīng)。因此，獲得電場均勻的大面積VHF-PECVD電極設(shè)計，具有 重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在為解決現(xiàn)有技術(shù)的這些問題，而提供一種可獲得均勻電場的大 面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電極，該電極可以獲得實用化的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室，
提供電場均勻的電極設(shè)計方案，進而促進低成本硅薄膜太陽電池的產(chǎn)業(yè)化進程。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的設(shè)計了一種可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異 形電極。它包括功率電極板和功率饋入端口，其特征在于所述功率電極板在功率饋入 端口附近設(shè)有對應(yīng)的附加電極片，所述附加電極片平行于功率電極板水平面，所述附 加電極片連接在功率電極板的功率電極面的邊緣。
所述功率饋入端口可以為兩端、四端、六端或八端相對對稱設(shè)置在功率電極 的與電極平面垂直的兩個側(cè)面或四個側(cè)面上。
所述功率電極板的功率電極面可以是單面或雙面的。
所述功率饋入端口可以是水平設(shè)置在與功率電極板平面垂直的側(cè)面上。 所述功率饋入端口也可以是垂直設(shè)置在功率電極板電極面的相背的另一面上。
所述功率饋入端口可為點接觸式或為線接觸式饋入。
所述附加電極片可以是弧形(圓弧或橢圓弧)或是矩形等其它形狀。
所述附加電極片與功率電極板可以是整體的，也可以是分體連接上去的。
本發(fā)明采用這種異形電極可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室，反應(yīng)室 包括接地反應(yīng)室，功率電極，接地電極，功率傳輸線與功率饋入端口。所述功 率電極板在功率饋入端口附近設(shè)有對應(yīng)的附加電極片，所述附加電極片平行于功 率電極板水平面，所述附加電極片的厚度小于功率電極板，所述附加電極片連接 在功率電極板的功率電極面的邊緣。
本發(fā)明的異形功率電極可以在任意激發(fā)頻率和任意面積大小的PECVD反應(yīng) 室中采用。這種異形功率電極利用電極功率饋入端口的附加電極改變電極表面電 流分布，可以抑制電極饋入端，口辨近電勢的對數(shù)奇點效應(yīng)。本發(fā)明通過優(yōu)化大面
積甚高頻功率源饋入方式、電極形狀等，解決了大面積電極板電位分布均勻性， 是研發(fā)大面積VHF-PECVD薄膜沉積和刻蝕系統(tǒng)的可靠保證，可有力推動硅薄膜電池 和薄膜晶體管矩陣技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程。


圖1為大面積異形平行板電極PECVD反應(yīng)室示意圖； 圖2為大面積異形平行板電極及功率饋入端口分布示意圖； 圖3為大面積異形平行板電極平面示意圖4為弧形異形電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為弧形異形電極平面示意圖6為弧形異形平行板電極間真空電場分布理論計算結(jié)果；
圖7為矩形I異形電極結(jié)構(gòu)示意圖8為矩形I異形電極平面示意圖9為矩形I異形平行板電極間真空電場分布理論計算結(jié)果；
圖10為矩形II異形電極結(jié)構(gòu)示意圖11為矩形II異形電極平面示意圖12為矩形II異形平行板電極間真空電場分布理論計算結(jié)果；
圖13為弧形背饋入式異形電極結(jié)構(gòu)示意圖14為弧形背饋入式異形電極平面示意圖15為弧形背饋入式異形平行板電極間真空電場分布理論計算結(jié)果。具體實施方式

以下結(jié)合本發(fā)明的實施例參照附圖進行詳細敘述。
本發(fā)明采用的大面積異形平行板電極的VHF-PECVD反應(yīng)室主要由接地不銹 鋼反應(yīng)室R、放置襯底的接地電極G、襯底S、異形平行板功率電極P、電源功率傳 輸線L1、 L2及連接端口D1、 D2、 D3、 D4組成，如附圖l、 2所示。
本發(fā)明重新設(shè)計的功率電極板結(jié)構(gòu)中，功率電極板在功率饋入端口附近設(shè)有 對應(yīng)的附加電極片，附加電極片平行于功率電極板水平面，附加電極片的厚度小 于功率電極板，附加電極片連接在功率電極板的功率電極面的邊緣。如附圖2、 3 所示。電極側(cè)面四端對稱功率饋入方式，功率傳輸線與功率電極的連接端口D1、 D4和D2、 D3分別位于功率電極相對的兩個側(cè)面，同時在功率饋入四個端口D1、
D2、 D3和D4附近面向襯底一側(cè)附加了四個附加電極片。依據(jù)功率電極饋入端口位 置設(shè)計的異形平行板電極，可以改變功率饋入端口附近電流分布，由此來影響電 極間電勢分布的均勻性。
對于功率饋入方式，本發(fā)明可以采用電極點接觸式饋入，也可以是線型接觸 式饋入。可以采用四端對稱饋入方式，實際應(yīng)用中可根據(jù)電極尺寸也可以采用兩 端、六端、八端等饋入方式。
對于功率電極的附加電極片設(shè)計
根據(jù)反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)，功率電極板與襯底相對的平面為電極平面，附加電極片 則連接在其邊緣。如果是雙面電極，即功率電極有兩個平面都用來進行處理等離 子體薄膜沉積或刻蝕，功率電極的這兩個相對襯底的平面邊緣都需連接附加電極 片。附加電極片的形狀可以是圓弧形、矩形、半橢圓形以及其它形狀等等。附加 電極片對稱地連接在功率饋入端口 一側(cè)的電極平面邊緣處。
實施例1
弧形異形電極結(jié)構(gòu)示意圖(圖4所示)。
本例中矩形平行板電極長L=120cm，寬W=80cm，高H=10cm，采用側(cè)面四 端對稱饋入方式，四個功率饋入端口中心位于電極L長邊側(cè)面的水平中線位置， 兩端口中心相距70cm;每個端口一側(cè)附加一圓弧形電極，與矩形電極構(gòu)成一個平 面，這一平面在反應(yīng)室中與襯底平面正對。圓弧形電極的半徑為15cm，厚度lcm， 高度為9cm?；⌒萎愋坞姌O平面形狀如圖5所示。
應(yīng)用40.68MHz的激發(fā)頻率電源，四端等相位、等振幅功率饋入。采用本例 設(shè)計的異形電極結(jié)構(gòu)的PECVD反應(yīng)室，其電極間電場分布在40.68MHz激發(fā)頻率 下的理論計算結(jié)果如圖6所示。圖中可以看出電場分布非均勻性大約在±4%， 這一結(jié)果顯然小于通常沉積薄膜厚度非均勻性在±10%之內(nèi)的要求。
實施例2
矩形I異形電極結(jié)構(gòu)(圖7所示)。
本例中矩形平行板電極長L-120cm，寬W=80cm，高H=10cm，采用側(cè)面四 端對稱饋入方式，四個功率饋入端口中心位于電極L長邊側(cè)面的水平中線位置， 兩端口中心相距70cm;每個端口一側(cè)附加一小矩形電極，與大面積矩形電極構(gòu)成 一個平面，這一平面在反應(yīng)室中與襯底平面正對。小矩形電極的長30cm,寬8cm， 厚度為lcm，其長外邊緣不及功率電極的長度邊緣。矩形I異形電極平面形狀如8所示。
應(yīng)用40.68MHz的激發(fā)頻率電源，四端等相位、等振幅功率饋入。采用本例 設(shè)計的矩形I異形電極結(jié)構(gòu)的PECVD反應(yīng)室，其電極間電場分布在40.68MHz激 發(fā)頻率下的理論計算結(jié)果如圖9所示。圖中可以看出電場分布非均勻性大約在 ±4%，這一結(jié)果顯然小于通常沉積薄膜厚度非均勻性在±10%之內(nèi)的要求。
實施例3
矩形II異形電極結(jié)構(gòu)(圖10所示)
本例中矩形平行板電極長L=120cm,寬W=80cm，高H=10cm，采用側(cè)面四 端對稱饋入方式，四個功率饋入端口中心位于電極L長邊側(cè)面的水平中線位置， 兩端口中心相距70cm;每個端口一側(cè)附加一小矩形電極，與大面積矩形電極構(gòu)成 一個平面，這一平面在反應(yīng)室中與襯底平面正對。小矩形電極的長為40cm，寬 8.5cm，厚度lcm，其長外邊緣與功率電極的長度邊緣重疊。矩形II異形電極平 面形狀如圖11所示。
應(yīng)用40.68MHz的激發(fā)頻率電源，四端等相位、等振幅功率饋入。采用本例 設(shè)計的矩形II異形電極結(jié)構(gòu)的PECVD反應(yīng)室，其電極間電場分布在40.68MHz 激發(fā)頻率下的理論計算結(jié)果如圖12所示。圖中可以看出電場分布非均勻性大約 在±4。％，這一結(jié)果顯然小于通常沉積薄膜厚度非均勻性在±10%之內(nèi)的要求。
實施例4
弧形背饋入式異形電極結(jié)構(gòu)(圖13所示)。
本例中矩形平行板電極長L=120cm，寬W=80cm,高H=10cm，采用背面邊 緣四端對稱饋入方式，四個功率饋入端口中心位于電極L長邊背面的邊緣位置， 功率傳輸線與電極平面垂直，兩端口中心相距70cm;每個端口的另一側(cè)附加一圓 弧形電極，與矩形電極構(gòu)成一個平面，這一平面在反應(yīng)室中與襯底平面正對。圓 弧形電極的半徑15cm，厚度lcm，高度為8cm。該弧形背饋入式異形電極平面形 狀如圖14所示。
應(yīng)用40.68MHz的激發(fā)頻率電源，四端等相位、等振幅功率饋入。采用本例 設(shè)計的異形電極結(jié)構(gòu)的PECVD反應(yīng)室，其電極間電場分布在40.68MHz激發(fā)頻率 下的理論計算結(jié)果如圖15所示。圖中可以看出電場分布非均勻性大約在±4%， 這一結(jié)果顯然小于通常沉積薄膜厚度非均勻性在±10%之內(nèi)的要求。
權(quán)利要求
1、一種可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電極，包括功率電極板和功率饋入端口，其特征在于所述功率電極板在功率饋入端口附近設(shè)有對應(yīng)的附加電極片，所述附加電極片平行于功率電極板水平面，所述附加電極片連接在功率電極板的功率電極面的邊緣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電 極，其特征在于所述功率饋入端口可以為兩端、四端、六端或八端相對對稱設(shè)置 在功率電極的與電極平面垂直的兩個側(cè)面或四個側(cè)面上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形 電極，其特征在于所述功率電極板的功率電極面是單面或雙面的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電 極，其特征在于所述功率饋入端口水平設(shè)置在與功率電極板平面垂直的側(cè)面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形 電極，其特征在于所述功率饋入端口垂直設(shè)置在功率電極板電極面的相背的另一 面上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形 電極，其特征在于所述功率饋入端口為點接觸式或線接觸式饋入。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電 極，其特征在于所述附加電極片是弧形或矩形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電 極，其特征在于所述附加電極片與功率電極板是整體的，或是分體連接上去的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD反應(yīng)室異形電極。它的功率電極板在功率饋入端口附近設(shè)有對應(yīng)的附加電極片，所述附加電極片平行于功率電極板水平面，所述附加電極片的厚度小于功率電極板，所述附加電極片連接在功率電極板的功率電極面的邊緣。本發(fā)明的異形功率電極可以在任意激發(fā)頻率和任意面積大小的PECVD反應(yīng)室中采用。這種異形功率電極利用電極功率饋入端口的附加電極改變電極表面電流分布，可以抑制電極饋入端口附近電勢的對數(shù)奇點效應(yīng)。
文檔編號C23C16/50GK101187015SQ200710150228
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者任慧志, 侯國付, 張建軍, 張曉丹, 熊紹珍, 耿新華, 洪 葛, 薛俊明, 許盛之, 穎 趙, 魏長春 申請人:南開大學(xué)