具有可重置沉积区域的化学气相沉积装置

摘要

本发明涉及一种用于多个衬底上的等离子体辅助化学气相沉积的装置，包括：‑腔室(2)，配置为执行等离子体辅助化学气相沉积，‑托架(4)，包括n个堆叠的板(P1，P2)，每个板支撑至少一个衬底，板(P1，P2)由导电材料制成并且彼此电绝缘，‑连接到腔室的气体供应和排放装置(6)，‑发电机(8)，‑在发电机和板之间的电连接电路(10)，包括开关装置(C1、C2)，使得至少在一个开关状态下，两个相邻的板具有相同的极性并且两个相邻的板具有相反的极性。

说明书

技术领域和背景技术

本发明涉及具有可重置沉积区域的等离子体增强化学气相沉积装置。

等离子体增强化学气相沉积或PECVD是一种用于从气态在衬底上沉积薄层的工艺。

例如，这种沉积在制造光伏电池领域实施，用于在衬底(例如由硅制成的)上沉积介电层。

等离子体增强化学气相沉积过程以如下方式进行。化学反应发生在气体形成等离子体之后。例如，通过向一种或几种气体施加由射频源(40kHz至440kHz)产生的放电激励，来从这一种或几种气体中产生等离子体。

例如，电容放电激励通过在两个电极之间施加交流或射频电流来进行。在管的顶部注入气体，等离子体随时间的熄灭和点燃允许获得沿着管的沉积的良好的均匀性。低频激励(40kHz至440kHz)需要几百伏特才能维持放电。这些高电压导致表面的高能离子轰击。操作压力在100mTorrs(毫托)至2000mTorrs之间。

在硅光伏电池的制造中，采用等离子体沉积来进行前表面和后表面以及抗反射层的钝化处理。氮化硅(SiNx)广泛用于利用硅烷(SiH

PECVD沉积也广泛用于沉积氧化铝(AlOx)层以钝化具有PERC结构(钝化发射极和背面电池)的光伏电池的后面。

例如，在工业制造的情况下，使用包括堆叠在彼此顶部的多个板的托架(nacelle)以形成电极，这些板彼此电气隔离。每个板形成对一个或多个衬底的支撑，在衬底上需要执行沉积。

为了执行沉积，通过高频发生器将相反极性施加到两个相邻的板。然后在两个相邻的电极之间产生电场，使等形成离子体并沉积在由板支撑的衬底上。

该沉积装置的操作导致所有衬底上的沉积同时发生。然而，可以认为能够只在布置在托架中的部分衬底上进行沉积。

此外，如上所述，在光伏电池的情况下，可以在衬底的两个面上沉积多种不同类型的层。然后期望提供一种允许在衬底的两面上执行差异化沉积的装置。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种PECVD沉积装置，其允许在布置在托架中的衬底上完成沉积方面具有更大的自由度。

上文提出的目的是通过PECVD沉积装置实现的，该PECVD沉积装置包括配置为进行PECVD沉积的腔室、至少一个托架、为板供电的至少一个发电机以及发电机和板之间的电连接装置，至少一个托架包括相互叠加并且彼此电气隔离的多个导电板，连接装置包括开关装置，其允许在开关状态下至少一个板具有与直接相邻的板相同的极性。位于具有相同极性的这两个板之间的区域不是电场所在的位置，并且在该区域中不产生等离子体。然后在位于此区域的衬底上不发生沉积。

沉积装置包括至少三个3板，因此两个相邻的板可以具有相同的极性，并且两个相邻的板可以具有相反的极性。

由于本发明，因此可以至少部分地使板的极化个性化，并且因此至少部分地使沉积个性化。然后可以根据需要来至少部分地配置沉积区域。

非常有利的是，连接装置被配置为允许修改两个板中的一个的极性，并且每个板至少被穿过有一个通孔。因此，衬底的两个面暴露于腔室中的环境，并且可以通过沉积被覆盖。通过单独管理至少部分板的极性，在沉积阶段可以只在衬底的一面上执行沉积。这一点在制造光伏电池并且尤其是在硅光伏电池中尤为引人关注，其包括前面上的最终抗反射层和后面上的最终钝化层。

此外，有孔的板的优点是无需在衬底的两个不同面上的两个沉积阶段之间处理衬底。

在一种操作模式下，可以考虑只极化一组板，以便只在这些板之间容纳的衬底上执行沉积。

然后，本发明的一个目的是用于多个衬底上的等离子体增强化学气相沉积的装置，其包括配置为进行等离子体增强化学气相沉积的腔室、包括旨在支撑至少一个衬底的n个叠加的板的至少一个托架、连接到腔室的气体供应装置和排放装置、发电机、发电机和板之间的电连接电路，这些板由导电材料制成并且彼此电气隔离。该连接电路包括开关装置，使得至少在一个开关状态下，两个相邻的板具有相同的极性并且两个相邻的板具有相反的极性。

在一个实施例中，开关装置具有开关状态，其中相邻的板具有相反的极性。

连接电路可以包括发电机和至少m(0≤m)个板之间的直接电连接，以及发电机和n-m个板之间的具有开关装置的电连接。

相当有利的是，至少部分板包括形成用于衬底的空间的至少一个孔，孔包括用于支撑衬底的外边缘的装置。例如，支撑装置包括凸耳。

连接电路可以包括用于控制与将要执行的沉积相关的开关装置的装置。

例如，板定向成使得衬底在托架内是水平的。

本发明的另一目的是用于等离子体增强化学气相沉积装置的板，该板由导电材料制成并且包括形成用于衬底的空间的至少一个通孔，该孔包括用于支撑衬底的外边缘的装置。例如，支撑装置包括凸耳。

本发明的另一个目的是一种实施根据本发明的沉积装置的等离子体增强化学气相沉积方法，包括：

a)在板上设置衬底。

b)根据将要执行的沉积选择开关装置的开关状态。

c)供应气体。

d)使板极化。

e)在具有相反极性的板之间形成等离子体，并且在全部或部分的衬底上沉积材料层。

f)停止极化。

该沉积方法可以包括在停止极化后：

a’)清洗腔室以移除先前沉积阶段的剩余气体，

b’)根据将要执行的沉积选择开关装置的开关状态。

c’)供应气体。

d’)使板极化。

e’)在具有相反极性的板之间形成等离子体，并且在全部或部分的衬底上沉积材料层。

f’)停止极化。

可以对每个沉积的附加层重复步骤a’)至步骤f’)。

当板包括形成用于衬底的空间的至少一个孔并且衬底包括第一面和第二面时，在阶段a)期间可以装载衬底使得由两个相邻的板支撑的衬底的第一面朝向彼此，或者其第表面朝向彼此。

附图说明

本发明将在以下说明的基础上从附图中得到更好的理解：

图1是根据一个实施例的PECVD沉积装置的示意图，

图2是在处于第一连接状态下的沉积装置中实施的托架示例和连接电路示例的示意图，

图3A和图3B分别是具有衬底和不具有衬底的包含孔的板的示例的立体视图，

图4是能够形成等离子体的两个相邻的板的极化的示例的图示，

图5是不能够形成等离子体的两个相邻的板的极化的示例的图示，

图6表示处于第二连接状态的图2中的托架和连接电路。

具体实施方式

更具体地，以下描述涉及一种PECVD沉积装置，其中衬底水平布置。本发明还适用于衬底竖直布置的PECVD装置。

在图1中，可以看到PECVD沉积装置的示意图，其包括带有检修门的密闭腔室2、旨在于沉积阶段期间容纳在腔室2内并且可以从腔室出来以至少装载/卸载衬底的托架4。

托架4包括板P1，P2，P3，…，Pn。在所表示的示例中，n＝8。N至少等于3。一般来说，n在70至100之间的范围内。板相互叠加，以便在每对板之间形成空间E1，E2，…，En-1。

板由导电材料制成并且旨在形成电极，在电极之间可以出现电场。例如，板由石墨制成。

板彼此电气隔离。例如，电绝缘间隔件(例如由氧化铝制成的)，插置在每一对板之间。间隔件还确保了板之间的间距以形成空间E1，E2，…，En-1。

例如，板之间的距离包括在8mm至12mm之间。

该装置还包括用于输入形成等离子体并执行沉积的气体的流体供应连接件6.1，以及用于在沉积阶段之后排出气体的流体连接件6.2。优选地，从顶部供应并从底部排出，使气体能够穿过托架。

该装置还包括用于为托架4的板供电的至少一个发电机8。例如，发电机8为射频电压发电机或交流电发电机。该沉积装置还包括在发电机的正极(“+”)端子和负极(“-”)端子与托架的板之间的电连接电路10。

例如，射频发电机的频率在40kHz至440kHz之间，并且两个电极之间的电压在50伏特至500伏特之间。

在图2中，可以看到电连接电路10的详细示例。

在该示例中，连接电路10包括将正极(“+”)端子直接连接到板P2、P6的电连接器12、将负极(“-”)端子直接连接到板P4、P8的电连接器14。

连接电路还包括通过开关装置C1、C2将正极(“+”)端子连接到板P1、P3、P5、P7的电连接器16以及通过开关装置C1、C2将正极(“+”)端子连接到板P1、P3、P5、P6的电连接器18。

根据开关装置的位置，板P1、P3、P5、P7可以全部连接到正极(“+”)端子，或者全部连接到负极(“-”)端子，或者部分连接到正极(“+”)端子并且部分连接到负极(“-”)端子。

在该示例中并且非常有利的是，板P2…Pn-1(图3A和图3B中为P2)包括穿过板的厚度的通孔20，并且旨在容纳在其表面上应发生沉积的衬底S。板P1和PN(图2中为P8)是固体的，以避免具有包含无法执行沉积的面的衬底。在该示例中，板P1是固体的且不支撑任何衬底，而板P8是固体的并且支撑衬底。

可替代地，所有的板都是完全相同的。然后对板P1和P8的衬底进行特殊处理。

开口20包括对衬底的支撑。在所表示的示例中，由从开口20的边缘突出的凸耳22形成支撑。凸耳的实施减少了未暴露于等离子体的表面。在所表示的示例中，开口和衬底是方形的。可替代地，衬底是四角切割的方形，称之为“伪方形”。

仍然可替代地，衬底呈盘状，并且开口呈圆形。

优选地，开口的形状使得衬底基本上完全地密封它们。

在图2中，可以看到衬底安装在板中。由于这些板，每个衬底的两个面F1、F2或前面和后面因此都可用于沉积。此外，由于这些开口20，每个板的阻抗降低，这允许提高沉积速率，实际上，在相同的射频功率下，电极端子处的电压会更高。每个板的热质量也减少了，这允许减少设置托架温度的时间。

现在将描述根据本发明的沉积装置的操作。

考虑处于图2中开关状态下的开关C1和C2。

板P2至P8已装载有衬底S。优选地，装载衬底使得由两个相邻的板所承载的衬底的相同面朝向相同的空间En。例如，由板支撑的衬底的前面与相邻的板承载的衬底的前面朝向相同的空间。因此，由于本发明和该特别定向，由相同材料制成的层可以同时沉积在两个相邻板的两个衬底的相同面上。

衬底的面F1在板P3、P5和P7上向上朝向，在板P2、P4、P6和P8上向下朝向。

腔室内部供应有气体，例如硅烷(SiH

各个板在时间点t的极化状态如图2所示。

相邻的板P1和P2呈正极性。

相邻的板P5和P6呈正极性。

相邻的板P3和P4呈负极性。

相邻的板P5和P6呈负极性。

在图4中，可以看到图形表示的施加在两个相邻的板(例如P2和P3)上的电压V根据时间t的变化，允许其间可以产生等离子体的板的极化状态。在任何时候，两个板都处于相反极性。这种状态对应于成对的板P2-P3、P4-P5、P6-P7。

在图5中，可以看到图形表示的施加在两个相邻的板(例如P2和P3)上的电压V根据时间t的变化，这两个相邻板的极化状态不允许形成等离子体。在任何时候，两个板都处于相同极性。这种状态对应于成对的板P1-P2、P3-P4、P5-P6、P7-P8。

只有当两个相邻的板之间出现电场时，才能产生等离子体。考虑到上述极化，等离子体只在空间E2、E4、E6中产生。然后在板P2、P3、P4、P5、P6和P7的衬底的面F1上发生沉积。

在其他衬底的其他面上不发生沉积。

在图6中，可以看到处于另一种连接状态的开关C1和C2，这意味着板P1、P3、P5、P7处于另一种极化状态。

相邻的板P2和P3呈正极性。

相邻的板P6和P7呈正极性。

相邻的板P4和P5呈负极性。

相邻的板P1和P8呈负极性。

在这种开关状态下，等离子体将在空间E1、E3、E5和E7中产生。

然后在板P2、P3和P4、P5以及P6、P7和P8的衬底的面F2上发生沉积。

应当理解，在从图2的开关状态切换到图6的开关状态时，可以在衬底的面F1和F2上沉积相同材料或不同材料。

得益于本发明，在制造光伏电池的情况下，可以在每个衬底的两个面F1，F2上沉积钝化层(例如由来自硅烷和一氧化二氮(N

有利地是，连接电路包括用于根据衬底的两个面上的沉积周期以编程方式控制开关C1和C2的切换的装置。因此，操作者在整个沉积周期内不需要干预沉积装置。

根据本发明的穿孔的板和连接电路的优点是允许在衬底的两个面上进行所有沉积，而无需翻转衬底，这代表相当可观的时间节省和能量节省。事实上，在现有技术的PECVD装置中，所有的板都是固体的，每个面上的沉积意味着翻转衬底。然而，翻转意味着清洗腔室、打开腔室并在处理之前使托架冷却。与沉积时间相比，这个时间非常长。得益于本发明，沉积可以连续进行而无需打开腔室。此外，因为腔室可以保持高温而可以实现节省能量。

在所表示的示例中，制作孔使得当板叠加时它们沿竖直方向对齐，但这种配置不是限制性的。事实上，两个相邻的板的衬底可以不面向彼此。

这种连接电路配置允许只实施两个开关。但不允许修改所有板的极性。

在另一个实施例中(未示出)，连接电路包括与每个板相关联的开关，该开关允许单独修改每个板的极性并且因此允许单独管理每个沉积空间。连接电路然后可以被配置为能够实现同时在所有面上沉积，这有利于在光伏电池的前面和后面上沉积介电层。

应当理解，连接电路的允许修改托架的至少一个板的极性使其具有与相邻的板相同的极性或者相反的极性的任何配置都入在本发明的范围内。

该装置的操作被描述为允许在沉积阶段在衬底的任何一个面上执行沉积。

应当注意，开关的开关状态在两次连续沉积之间可以保持不变。

在固体板的情况下，优选地，这些板包括在其较大的表面上的突出(例如尖峰)，以支撑衬底。

如上所述，本发明还适用于衬底竖直布置的PECVD装置。在这种情况下，板是竖直的并且包括用于竖直保持衬底的装置。连接电路类似于上述中的一个。

该装置还可以操作从而在由位于托架的一个或多个区域中的板承载的衬底的两个面上进行沉积，例如，位于托架的顶部部分的板的衬底，然后这些板具有交替的极性，并且底部部分中的所有板具有相同的极性。

因此，根据本发明的装置的特点是在完成沉积、特别是沉积的连续性方面具有很大的灵活性。此外，该装置允许在衬底的不同面上连续地进行多次沉积而无需处理衬底，这代表了相当可观的时间节省和能量节省。