[发明专利]可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室瓦片式功率电极

说明书

【技术领域】

本发明涉及硅薄膜太阳电池和平板显示领域中的薄膜晶体管矩阵技术领域，特别是一种可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室瓦片式形状功率电极。

【背景技术】

近年来，已有报道应用甚高频(VHF)技术到PECVD的方法可以增加薄膜的沉积速率，并且研究结果表明：采用VHF激发等离子体，能够减小等离子体鞘层厚度和鞘层电压，从而降低电子温度、降低轰击衬底的离子能量；能够增大输送到生长表面的离子流量，提高沉积速率；同时又能增大薄膜中晶粒的颗粒尺寸，并且与常规的非晶/微晶硅薄膜太阳电池制备工艺具有良好的技术兼容性。因此，人们对VHF-PECVD在非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池工业化生产中应用产生很大的兴趣。

在工业上，射频13.56MHz驱动的电容耦合平行板电极PECVD反应室被广泛用于非晶硅薄膜、二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜的等离子增强化学气相沉积或者薄膜刻蚀；面积超过1m²的矩形PECVD反应室被用来生产光伏太阳电池以及用于大面积平板显示器的薄膜晶体管矩阵。这些工业应用对薄膜厚度的非均匀性要求较高。在射频平行板电极反应室中沉积或刻蚀的过程中，许多因素可以导致薄膜横向生长非均匀性的产生。这包括基底和电极的非理想接触、基底的几何形状、不恰当的气体流量分布、等离子体中存在粉尘颗粒污染、电极的不对称，以及各种静电学和电磁场效应等。考虑到等离子体的参数和反应室的设计，这些效应在各种激发频率下均有显著的影响，但通常通过反应室的合理设计和适当的工艺参数调整可以得到部分或全部解决。

然而，随着应用于大面积反应室的激发频率提高时，对于传统的电容耦合平板电极反应室，其电场驻波效应严重影响了电极间电场分布的均匀性。在40.68MHz激发频率情况下，平行板电极间的真空电场分布呈中央区域强边缘弱的状态。考虑到由于等离子体的存在所引起的波长衰减或恶化效应，当反应室的尺寸大约是处于激发频率下自由空间中的波长λ₀(在13.56MHz下λ₀/4＝5.53m，在100MHz时仅为0.75m)的四分之一时，驻波效应已经显得更加严重。要想得到均匀的等离子体来实现均匀的沉积或刻蚀，需要对反应室，特别是其中的功率电极结构及其功率馈入方式进行合理的设计。因此，获得电场均匀的大面积VHF-PECVD电极设计，具有重要的现实意义和应用价值。

目前，VHF技术主要是在实验室的小尺寸PECVD反应室应用，而在工业化生产中的大面积PECVD反应室仅有国外少数几家公司采用，如瑞士欧瑞康(Oerlikon)公司采用40.68MHz激发频率的倒扣碗状弧面电极大面积VHF-PECVD反应室；日本三菱重工(MHI)采用60MHz激发频率的梯形电极大面积VHF-PECVD反应室；日本石川岛播磨重工业公司(IHI)的大面积VHF-PECVD反应室，采用了85MHz激发频率的“U”形电极。这些大面积VHF-PECVD反应室及其功率电极的设计各有特色，也各有缺点。本发明的可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室瓦片式功率电极结构区别目前国内外已有的功率电极结构。

【发明内容】

本发明的目的是为解决现有技术的问题，提供一种可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室功率电极。该电极的形状及功率馈入方式设计，可以解决由电场非均匀分布所引起的等离子体非均匀性的问题，并可以获得实用化的大面积VHF-PECVD反应室，进而促进低成本硅薄膜太阳电池的产业化进程。

本发明为实现上述目的，设计了一种可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室瓦片式功率电极，包括功率电极板和功率馈入连接端口，其特征在于所述功率电极板的板面为单面或双面的内凹弧形曲面，弧形曲面轴向与功率馈入连接端口平行；所述功率馈入连接端口为偶数个点，对称设置在功率电极板的端面上。

本发明的有益效果是：可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD反应室瓦片式功率电极利用与衬底S正对的瓦片状弧形曲面，修正了电极间驻波效应对电场分布均匀性的影响，使电场分布均匀性得到的改善。本发明解决了大面积VHF-PECVD反应室电极间电场分布的均匀性问题，为研发大面积VHF-PECVD薄膜沉积和刻蚀系统奠定了基础，可有力推动硅薄膜电池和薄膜晶体管矩阵技术产业化进程。

【附图说明】

图1单面瓦片式功率电极PECVD反应室结构示意图；

图2两点馈入条形单面瓦片式功率电极结构示意图；

图3四点馈入单面瓦片式功率电极结构示意图；

图440.68MHz激发频率下四点功率馈入瓦片式功率电极曲面深度分布图；