[实用新型]常压等离子发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种等离子发生装置，尤指一种常压等离子发生装置。

背景技术

等离子体被称为物质的第四态。众所周知，在气压恒定的条件下，处于热平衡的固体随着温度升高会变成液体。如果温度继续升高，液体就会变成气体。当气体温度足够高时，气体中的分子就会分解为原子气。除了偶尔发生碰撞之外，这些原子会在空间中随机地向各个方向自由运动。如果温度再进一步升高，原子就会分解为带电的自由粒子(电子和正离子)，此时物质进入等离子状态。

由于等离子放电可以产生具有化学活性的物质，所以被广泛用于材料表面的处理。在集成电路制造工艺中，等离子可用于对晶圆表面进行刻蚀、沉积、注入等处理。具体来说，例如通过CF₄等离子放电对硅晶圆表面进行刻蚀从而将掩膜板上的图形转移到硅晶圆上，通过O₂等离子体放电在硅晶圆上形成二氧化硅薄膜，通过BF₄等离子放电向硅晶圆中掺杂硼原子等。

等离子体表面处理工艺的另一主要应用领域是薄膜太阳能电池的制造。薄膜太阳能电池被称为第二代太阳能电池，其弥补了传统的单晶硅电池制造成本高的缺陷，因此近年来薄膜太阳能电池取得了飞速发展。典型的薄膜太阳能电池包括多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。制造上述两种薄膜太阳能电池时均可采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺对衬底进行镀膜。制造多晶硅薄膜电池时，使SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄或SiH₄等原料气体产生等离子放电，并使反应生成的多晶硅沉积在加热的Si、SiO₂、Si₃N₄等衬底材料上从而形成薄膜。同样地，制造非晶硅薄膜太阳能电池时，使经H₂稀释的SiH₄产生等离子放电，并使反应生产的非晶硅沉积在玻璃、不锈钢片等衬底上从而形成薄膜。

现有技术中的等离子发生装置的基本模型如图1所示，其包括一腔体10，于腔体10内设有连接到射频电源11的二金属平板电极12、12’，待处理的衬底放置于其中一平板电极12上。腔体10的侧壁上还开设有进气口13以及出气口14。配合使用输气装置(图中未示)将原料气体经由进气口13向腔体10内输送，配合使用泵浦装置(图中未示)将内废气经由出气口14从腔体10内抽出。通过射频电源11的激励，可使腔体10内部在低压、真空的工作环境下使二金属平板电极12、12’间的原料气体产生等离子放电，从而对基片表面进行处理。

然而，上述装置的结构不能满足在正常大气压的工作环境下进行等离子放电。其原因在于，在低压条件下(p≈1mTorr～1Torr)，腔体10内原料气体温度可以保持在200～500℃，而在高压条件下(p＝760Torr)，腔体10内原料气体温度可以达到10000℃。因此，不仅会对等离子发生装置本身造成损坏，同时还会使二金属平板电极产生金属污染物，从而对原料气体造成污染。

因此，为了克服上述现有技术中的缺陷，出现了一种新的适合用于常压下的等离子发生装置，如图2所示。该等离子发生装置20包括单端开口的二石英管21、22，一感应线圈23，一用于向石英管21内部输送原料气体的第一输气管24，一用于向石英管22内部输送冷却气体的第二输气管25。该石英管22有间隙地套设于石英管21外，且二石英管21、22的开口端方向相同。该感应线圈23螺旋缠绕于石英管22的外管壁。通过在感应线圈23两端连接电源装置(图中未示)，从而使石英管21内部的原料气体产生等离子放电，所产生的反应生成物通过石英管21的开口端沉积在衬底表面。如前所述，在常压的工作环境下，原料气体由于产生等离子放电会使其达到相当高的温度，因此在石英管22中通入冷却气体可降低石英管21的温度，从而达到冷却的效果。

然而，虽然上述等离子发生装置20能够在一定程度上降低了石英管21的管壁温度，但是仅靠冷却气体对充满高温原料气的石英管21进行降温的效果有限。另一方面，在薄膜太阳能电池的制造中，待镀膜的玻璃衬底通常具有一定面积(一般长为125厘米、宽为30厘米)，但等离子发生装置20中石英管21、22的开口端呈圆形，因此限制了等离子发生装置20在玻璃衬底上一次镀膜的面积，且不能均匀地进行镀膜，从而降低了制造薄膜太阳能电池的效率和质量。

鉴于上述现有技术的缺陷，有必要提出一种新的技术方案以克服上述缺陷。