[实用新型]等离子体辅助化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种化学气相沉积装置及设备，尤其指一种使用于面板显示器制造，或是太阳能薄膜生产中用于大尺寸基材的等离子体辅助化学气相沉积装置以及包括该装置的设备。

背景技术

随着高科技产业的快速发展，等离子体辅助化学气相沉积技术一直以来受到各界广泛的重视及应用，特别是在半导体组件工艺上的产品提升有着举足轻重的地位。举凡TFT-LCD中多晶硅薄膜的制作，或是太阳能电池中硅芯片基材与薄膜太阳能基板的制作，皆须使用等离子体辅助化学气相沉积的装置来进行。

决定未来太阳能电池能否日益普及的三大因素为：一、成本与价格，二、模块的效率，三、产能规模与利用率。为求尽速促成太阳能电池的普遍化，经由不断尝试并开发出更先进的相关工艺设备是重要且必要的手段。

然而影响薄膜(amorphous silicon)太阳能电池效能的关键因素在于关键的PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体辅助化学气相沉积)技术，主要的问题点有(1)均匀度问题：因为不是整片硅晶圆，所以薄膜均匀度会引响效能。(2)材料本身缺陷问题：因为薄膜材料特性，表面的悬垂键(dangling bonds)的数目较多，一般使用氢气可以填补悬垂键空缺，但过量的氢气却适得其反。在大量批次式PE-CVD设备中不易控制工艺条件。(3)接口(interface)问题：目前业界提供的大都为p-i-n结构的工艺，其中i-层(i-layer)为硅纳米晶体(nanocrystalline silicon，grainsize：10～100nm)，可作为吸光材料，且可以将薄膜太阳能电池的光电转换效率有效提升，但是由于硅纳米晶体的晶粒较小，表面积较大，表面的悬垂键(dangling bonds)的数目较多，因此会妨碍薄膜太阳能电池的效率进一步提升，一般使用SiNx或是Al₂O₃薄膜，在i-层(硅纳米晶体)的表面包覆一层绝缘层，可以有效降低表面悬垂键的密度，进一步提高薄膜太阳能电池的效率。目前大量批次式无此工艺。(4)污染问题：大量批次式PE-CVD设备，使用同一个真空反应腔体进行p-i-n结构沉积，其中掺杂气体B₂H₆或是PH₃无法完全清除干净，会交替污染。影响薄膜层的纯度。(5)串联结构式的新世代技术，大量批次式PE-CVD设备无法同时备制。

化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)为一种利用化学反应形成薄膜的镀膜方式。而等离子体辅助化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)则属于化学气相沉积的范畴，其主要工艺是将气体或单体通入真空腔，利用等离子体加速气体及单体的化学反应，同时于基材表面沉积薄膜。

如图1A，为一公知的等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)装置的示意图。一般的等离子体辅助化学气相沉积装置包含有：一反应腔10；一电极11与一承载板16，一支撑衍架17，皆配置于反应腔10内，此承载板16同时具有加热功能；一进气装置12与一排气装置13；以及射频(RF)电源供应源14(用以提供电极11一射频电源)。当欲增加沉积的膜厚时，虽然可由提高射频源的频率来达成，但却容易产生驻波效应(standing wave)。另外，由于承载板16与电极11间的距离为工艺参数中的一个重要条件，因此公知PECVD装置是于反应腔10下方装设调整马达18以使承载板16可上下移动。但此调整马达再加上承载板16原本所需的加热及排气等机构，使得反应腔10下方的机械零件占了非常大的体积，因此造成PECVD装置的整体厚度无法减少；同时因承载板长期加热易产生变形，需有一个以上的支撑衍架17来支撑固定，且因加热承载台为可动式的结构体，易在移动时产生摇晃偏转等位置偏差，导致电极与基板的距离偏差而使沉膜厚度的均匀度大受影响。故，当必须应用于大量生产、提高沉积膜厚、同时具有承载板与电极距离可调式的功能、以及具有使装置整体厚度减少的优点时，传统的装置则必须再作改良，否则无法达成需求。

目前业界所使用在TFT-LCD中多晶硅薄膜的制作，或是太阳能电池中硅芯片基材与薄膜太阳能基板的制作的等离子体辅助化学气相沉积装置主要包括：连续式PECVD装置、批次式PECVD装置、堆叠批次式、多腔集束式PECVD装置等。