专利名称：一种等离子体增强化学气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及等离子体增强化学气相沉积设备领域，具体涉及一种等离子体增强化学气相沉积设备的射频电流传输装置。
背景技术：
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)包括传统的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以及近年来发展起来的VHF-PECVD (甚高频等离子体增强化学气相沉积)等。传统的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)作为一种成熟的镀膜方法，已经广泛地应用在太阳能电池、半导体器件及大规模集成电路的制造中。目前，传统的PECVD镀膜设备通常采用的射频电源频率为13. 56MHz。但是，传统的PECVD镀膜设备和工艺已经满足不了各个领域高速发展的要求。例如，传统的PECVD技术的沉积温度过高、沉积速率过慢等缺点限制了其在玻璃基板的太阳能薄膜(玻璃基板熔点较低，所需膜厚较厚)制备中的应用。近年来发展起来的VHF-PECVD (甚高频等离子体增强化学气相沉积)则能很好解决传统PECVD存在的技术问题。采用甚高频射频电源激发等离子体，能够增大等离子体密度，减小等离子体鞘层厚度和电压，从而降低电子温度、降低轰击衬底的离子能量，增大了输送到生长表面的离子流量，既提高沉积速率又能降低衬底温度。当把激发电源的频率从13. 56MHz提高到70MHz时，a_S1:H薄膜的沉积速率则从3A/S增加到20A/S，同时降低了a-S1: H薄膜的内应力，避免了厚膜从衬底上脱落等现象。因此，VHF-PECVD技术越来越受到人们的青睐，已经应用在大面积硅基太阳能薄膜的生产中。
将等离子体的激发电源的频率从13. 56MHz提高到甚高频范围30 300MHz，则对PECVD设备的设计和制造提出了更高的要求。例如，在传统PECVD设备中，包括射频电源、镀膜室以及与镀膜室连通的输气管。射频电源(13. 56MHz)与镀膜室内的电极之间的连接方式为普通铜导线，对普通铜导线的形状、尺寸和材料等均没有特别严格的要求。但是，这种铜导线连接方式并不适用甚高频电源。交流电通过导体时，各部分的电流密度不均匀，表现出趋肤效应，电流集中在临近铜导线外表的一薄层内，大大增加了铜导线的有效电阻。频率越高，趋肤效应越显著，使得甚高频电流在导线型传输线中传输效率很低，衰减很大。在VHF-PECVD设备中，趋肤效应使高功率的甚高频电流在传输过程中损耗很大，这不仅降低了电源功率的有效使用率，也增大了铜导线的发热量。
实用新型内容本实用新型提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，通过设置射频电流传输装置，可以降低高功率的甚高频及高频电流在传输过程中的发热量，提高电源功率的有效使用率。—种等离子体增强化学气相沉积设备，包括射频电源、镀膜室以及与镀膜室连通的输气管，所述射频电源与镀膜室内的电极通过射频电流传输装置连接，所述射频电流传输装置包括设有冷却介质进口和冷却介质出口的导电管，所述导电管一端与射频电源连接，另一端与镀膜室内的电极连接。通过采用导电管，一方面可以使电流密度均匀，减小趋肤效应，减小导体的有效电阻，另一方面从导电管上设置的冷却介质进口和冷却介质出口通入冷却介质，从而减小甚高频及高频电流在传输过程中的热量，因此，通过两方面可以减小甚高频及高频电流在传输过程中的损耗，从而提高电源功率的有效利用率。冷却介质可采用绝缘介质和非绝缘介质，一般绝缘介质的购买和使用成本均较高，非绝缘介质如普通水，其价格便宜，易于获取，使用也方便，但是其具有导电性，需要对设备进一步优化。作为优选，所述射频电流传输装置与所述输气管采用分体设计，所述射频电流传输装置与所述输气管分开设置，所述导电管的外壁设有绝缘层，导电管内通循环冷却水(去离子水)，冷却水将射频电流经过导体所产生的热量导出。作为优选，所述射频电流传输装置与输气管采用合体设计，所述输气管的外径小于所述导电管的内径，所述输气管置于所述导电管内，所述输气管伸入所述导电管的一端与所述镀膜室内的电极连通，所述输气管的另一端从所述导电管伸出；所述导电管的外壁包裹有绝缘层。在此合体设计结构中，导电管和输气管的两管壁之间通入循环冷却水(去离子水)，冷却水将射频电流经过导电管所产生的热量导出。气体传输和电流传输合体结构的电流传输装置，可以保证镀膜室内气体的均匀性，同时也保证了等离子的均匀性。此种设置节约了空间也使得装置结构最简化。进一步优选，所述输气管 从所述导电管伸出的一端包裹有绝缘层，方便固定，并且固定后可绝缘。
进一步优选，所述导电管的轴线与所述输气管的轴线重合，使得导电管和输气管的两管壁之间的冷却介质流通空间均匀分布，从而有利于减小甚高频及高频电流在传输过程中的热量。上述两种设计的等离子体增强化学气相沉积设备中，导电管的内壁均可根据需要设置绝缘层，不设置绝缘层时，可选用绝缘介质，如去离子水，设置绝缘层时，冷却介质可选用绝缘介质或非绝缘介质。作为优选，所述导电管上的冷却介质进口位于该导电管的底部，所述导电管上的冷却介质出口位于该导电管的顶部，从而具有更好的冷却效果。所述输气管为金属管或塑料管，作为优选，所述输气管为不锈钢管，不锈钢管具有耐酸、碱、盐等腐蚀的能力，可以提高输气管的使用寿命。所述导电管为具有导电性和导热性的金属材料，作为优选，所述导电管为铜导管或者银导管，铜导管和银导管均具有良好的导电性和导热性，有利于甚高频及高频电流的通过并且有利于释放甚高频及高频电流在传输过程中的热量。所述绝缘层为具有绝缘和耐热功能的材料，作为优选，所述绝缘层为聚四氟乙烯绝缘层或者陶瓷绝缘层，聚四氟乙烯绝缘层和陶瓷绝缘层均具有良好的绝缘和耐热功能，有利于增加射频电流传输装置的使用稳定性和使用寿命。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果本实用新型等离子体增强化学气相沉积设备，设置了射频电流传输装置，射频电流传输装置包括设有冷却介质进口和冷却介质出口的导电管，导电管一端与射频电源连接，另一端与镀膜室内的电极连接。导电管可以使电流密度均匀，减小趋肤效应，减小导体的有效电阻，从导电管上设置的冷却介质进口和冷却介质出口通入冷却介质，可以减小甚高频及高频电流在传输过程中的热量，因此，可以减小甚高频及高频电流在传输过程中损耗，从而提高电源功率的有效使用率，其结构简单，易于方便实施。
图1为本实用新型分体设计的等离子体增强化学气相沉积设备的内部结构示意图；图2为本实用新型合体设计的等离子体增强化学气相沉积设备的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型等离子体增强化学气相沉积设备作进一步详细描述。如图1所示，为本实用新型分体设计的等离子体增强化学气相沉积设备，包括射频电源3、镀膜室4 (镀膜室4只画出了部分，未全部画出)、置于镀膜室4内的电极2以及与电极2连通的输气管7,输气管7上相对于与电极2连通一端的另一端为进气口 6,射频电源3与电极2通过射频电流传输装置连接，电极2为设置在镀膜室4内的电极组件。射频电流传输装置包括设有冷却介质进口 5和冷却介质出口的导电管8，导电管8 —端与射频电源3连接，另一端与电极2连接，冷却介质进口 5位于导电管8的底部，冷却介质出口位于导电管8的顶部，冷却介质出口位于图1的背面，因而在图中没有表现出来。输气管7与射频电流传输装置采用分体设计，输气管7与射频电流传输装置分开，导电管8的内壁和外壁均设有绝缘层9。导电管8设置完绝缘层9后固定在镀膜室4的腔体上，输气管7也固定在镀膜室4的腔体上。输气管7为不锈钢管，导电管8为铜导管或银导管。通过导电管8外壁的绝缘层9可以将导电管8与镀膜室4及环境系统隔开，导电管8内壁的绝缘层9可以将导电管8与循环冷却水隔开。导电管8内通绝缘冷却介质或非绝缘冷却介质时内壁设置绝缘层9，导电管8内通绝 缘冷却介质时内壁可不设置绝缘层9。绝缘层9为聚四氟乙烯绝缘层或者陶瓷绝缘层。导电管8内流通的是循环冷却水，循环冷却水通过冷却介质进口 5进入导电管8中，循环冷却水吸收射频电源3产生的电流在输入导电管8的过程中所产生的热量后从冷却介质出口流出。如图2所示，为本实用新型合体设计的等离子体增强化学气相沉积设备，包括射频电源3、镀膜室4 (镀膜室4只画出了部分，未全部画出)、置于镀膜室4内的电极2以及与电极2连通的输气管7,输气管7上相对于与电极2连通一端的另一端为进气口 6,射频电源3与电极2通过射频电流传输装置连接，电极2为设置在镀膜室4内的电极组件。射频电流传输装置包括设有冷却介质进口 5和冷却介质出口的导电管8，导电管8 —端与射频电源3连接，另一端与镀膜室2内的电极连接，冷却介质进口 5位于导电管8的底部，冷却介质出口位于导电管8的顶部，冷却介质出口位于图2的背面，因而在图中没有表现出来。射频电流传输装置与输气管7采用合体设计，输气管7的外径小于导电管8的内径，输气管7置于导电管8内，导电管8的轴线与输气管7的轴线重合，输气管7伸入导电管8的一端与镀膜室4内的电极2连通，输气管7的另一端从导电管8伸出，输气管7从导电管8伸出的一端以及导电管8外壁包裹有绝缘层9,输气管7从导电管8伸出的一端以及导电管8外壁包裹绝缘层9后，固定在镀膜室4的腔体上。输气管7为不锈钢管。导电管8为铜导管或者银导管。绝缘层9为聚四氟乙烯绝缘层或者陶瓷绝缘层。通过导电管8外壁包裹的绝缘层9可以将导电管8与镀膜室4及环境系统隔开,通过输气管7从导电管8伸出的一端包裹的绝缘层9可以将输气管7与进气口 6外的气体装置及环境系统隔开。导电管8内通绝缘冷却介质或非绝缘冷却介质时内壁设置绝缘层9,导电管8内通绝缘冷却介质时内壁可不设置绝缘层9。输气管7和导电管8之间形成的空腔内流通的是循环冷却水，循环冷却水通过冷却介质进口 5进入，循环冷却水吸收过射频电源3输入导电管8的电流所产生的热量后从冷却介质出口流出。以上所述的具体实施方式
对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之 内。
权利要求1.一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括射频电源、镀膜室以及与镀膜室连通的输气管，其特征在于，所述射频电源与镀膜室内的电极通过射频电流传输装置连接，所述射频电流传输装置包括设有冷却介质进口和冷却介质出口的导电管，所述导电管一端与射频电源连接，另一端与镀膜室内的电极连接。
2.根据权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述射频电流传输装置与所述输气管分开设置，所述导电管的外壁设有绝缘层。
3.根据权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述输气管的外径小于所述导电管的内径，所述输气管置于所述导电管内，所述输气管伸入所述导电管的一端与所述镀膜室内的电极连通，所述输气管的另一端从所述导电管伸出；所述导电管的外壁包裹有绝缘层。
4.根据权利要求3所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述输气管从所述导电管伸出的一端包裹有绝缘层。
5.根据权利要求3所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述导电管的轴线与所述输气管的轴线重合。
6.根据权利要求Γ5任一项所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述导电管上的冷却介质进口位于该导电管的底部，所述导电管上的冷却介质出口位于该导电管的顶部。
7.根据权利要求Γ5任一项所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述输气管为不锈钢管。
8.根据权利要求Γ5任一项所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述导电管为铜导管或者银导管。
9.根据权利要求2 4任一项所述的等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述绝缘层为聚四氟乙烯绝缘层或者陶瓷绝缘层。
专利摘要本实用新型公开了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括射频电源、镀膜室以及与镀膜室连通的输气管，所述射频电源与镀膜室内的电极通过射频电流传输装置连接，所述射频电流传输装置包括设有冷却介质进口和冷却介质出口的导电管，所述导电管一端与射频电源连接，另一端与镀膜室内的电极连接。本实用新型通过设置射频电流传输装置，可以降低高功率的甚高频及高频电流在传输过程中的发热量，减小甚高频及高频电流在传输过程中损耗，提高电源功率的有效使用率，其结构简单，易于方便实施。
文档编号C23C16/44GK202898532SQ20122045521
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者葛芳芳, 李艳玲, 黄峰 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所