[发明专利]一种大面积微波等离子体化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波等离子体化学气相沉积装置，特别涉及一种大面积微波等离子体化学气相沉积装置。

背景技术

化学气相沉积是通过气态前驱物之间的化学反应在基底上沉积膜的工艺，在工业界应用十分广泛。化学气相沉积过程中，气态前驱物在腔室中发生反应，并在基底上长膜，除构成膜的物质为固态外，其他的生成物必须都为气态，以被气流带走，为了形成良好的结合力，膜和基底物质的蒸气压必需足够低，否则易形成致密度低的膜。典型的化学气相沉积实现过程是将基底暴露在一种或者多种不同的前驱物(气态物质)下，在基底表面发生化学反应产生需要沉积的薄膜，化学反应产生的气态副产品被气流带走。气态前驱物质和基底表面需要具有足够的活性，在基底表面发生的化学反应才能进行，为此可以使用加热的办法，使基底表面的化学成膜反应在较高温度下进行。然而有些基底如玻璃和塑料等不能承受太高的温度，在这些基底表面镀膜必须在较低温度下进行，为了在这些基底上镀膜，可以在基底所在的区域产生等离子体以提高气态前驱物质和基底表面的活性，使得发生在基底表面的化学成膜反应能在较低温度下进行，这种工艺通常被称为等离子体增强(或辅助)化学气相沉积。

等离子体又叫做离化气体或电浆，由带负电的自由电子，带正电的离子，以及未离化的原子或/和分子组成。等离子体增强化学气相沉积中，等离子体的出现改变了基底表面的性质和气体的活性，使得沉积薄膜可以在较低温度下实现。硅薄膜太阳电池和薄膜晶体管液晶显示器等领域需在较低温度下在大面积基底上沉积非晶硅和微晶硅薄膜，工业上通常使用射频(如13.56MHz)或者甚高频(如27.12MHz或40.68MHz等)放电技术产生等离子体，利用硅烷和氢气的混和物作为前驱气体制备本征非晶硅或微晶硅膜，在混和气体中加入含磷或硼的气源实现硅膜的改性掺杂。然而，用这些技术沉积非晶硅或微晶硅薄膜时，沉积速度通常只有极为影响生产效率。依照等离子体增强化学气相沉积硅薄膜的生长速率经验公式dXdt[SiH4]σvthNe]]>知，硅膜生长速率由硅烷分子的浓度[SiH₄]，阈值能量以上电子受硅烷分子散射的截面σ，阈值能量以上电子的速度v_th，以及阈值能量以上电子的密度N_e决定。从经验公式可以看出，为了提高硅膜的沉积速度，可增加硅烷分子的浓度或提高等离子体中阈值能量以上自由电子的密度。然而，用射频(如13.56MHz)和甚高频(如27.12MHz或40.68MHz等)等离子体增强化学气相沉积制备硅膜时，增加硅烷分子的浓度会导致所沉积硅膜的质量恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服射频或甚高频等离子体增强化学气相沉积制备硅膜时，增加硅烷分子的浓度会导致所沉积硅膜的质量恶化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明利用提高等离子体中阈值能量以上自由电子密度的方法，提供了一种大面积微波等离子体化学气相沉积装置，包括一微波源，一渐变波导管，以及至少一矩形波导管，所述的微波源、渐变波导管、矩形波导管依次连接，一上端由石英玻璃板密封的一主腔体位于矩形波导管下方，矩形波导管具有一带有微波馈入孔的微波馈入窗口，所述微波馈入窗口与石英玻璃板贴合，至少一布气管通入主腔体内，主腔体内具有一用来装载基底的载物装置，所述矩形波导管与所述基底对应放置，以及一连接主腔体的真空系统。

通过上述技术手段，本发明的大面积微波等离子体化学气相沉积装置能达到以下效果：

(1)、能形成大面积范围内均匀稳定的微波等离子体；

(2)、可根据功率等参数调节微波发射面；

(3)、基底表面和石英玻璃板之间的距离可调节；

(4)、相对射频放电技术，本发明使用的微波放电技术产生的等离子体具有等离子体的存在空间大，自由电子密度高，且无电极污染等特点，在光伏行业和半导体行业的薄膜制备领域具有很高的利用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明微波等离子体化学气相沉积装置的结构示意图；