阅读说明：本技术 用于pecvd设备的原位清洗方法及对应的pecvd设备 (In-situ cleaning method for PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) equipment and corresponding PECVD equipment ) 是由 吴科俊 张津燕 马哲国 陈金元 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供用于PECVD设备的原位清洗方法及相应的PECVD设备。所述方法包括：第一步骤,向PECVD设备的反应腔室通入含氟清洗气体并将其压强调节至第一压强,开启射频发生器并持续第一预设时间；第二步骤,持续通入含氟清洗气体并将反应腔室压强调节至第二压强,保持射频发生器持续开启第二预设时间；第三步骤,持续通入含氟清洗气体并将其压强调节至第三压强,保持射频发生器持续开启第三预设时间；第四步骤,持续通入含氟清洗气体并将其压强调节至第四压强,保持射频发生器持续开启第四预设时间；以及第五步骤,持续通入含氟清洗气体并将其压强调节至第五压强,保持射频发生器持续开启第五预设时间；其中第一至第五压强依次减小。本发明能有效提高清洗效率。(The invention provides an in-situ cleaning method for PECVD equipment and corresponding PECVD equipment. The method comprises the following steps: the method comprises the following steps that firstly, fluorine-containing cleaning gas is introduced into a reaction chamber of PECVD equipment, the pressure of the fluorine-containing cleaning gas is adjusted to a first pressure, and a radio frequency generator is started and is continued for a first preset time; continuously introducing fluorine-containing cleaning gas, adjusting the pressure of the reaction chamber to a second pressure, and keeping the radio frequency generator continuously started for a second preset time; a third step of continuously introducing the fluorine-containing cleaning gas, adjusting the pressure of the fluorine-containing cleaning gas to a third pressure, and keeping the radio frequency generator continuously started for a third preset time; step four, continuously introducing fluorine-containing cleaning gas, adjusting the pressure of the fluorine-containing cleaning gas to a fourth pressure, and keeping the radio frequency generator continuously started for a fourth preset time; and a fifth step of continuously introducing the fluorine-containing cleaning gas, adjusting the pressure of the fluorine-containing cleaning gas to a fifth pressure, and keeping the radio frequency generator continuously started for a fifth preset time; wherein the first to fifth pressures are reduced in sequence. The invention can effectively improve the cleaning efficiency.)

用于PECVD设备的原位清洗方法及对应的PECVD设备

技术领域

本发明涉及PECVD设备领域，特别涉及用于PECVD设备的原位清洗方法及对应的PECVD设备。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备通常用于在诸如半导体基板、液晶面板和太阳能电池(高效异质结太阳能电池)上沉积薄膜。PECVD设备在运行一段时间后，其反应腔室内壁及腔室内的载板上会沉积预定厚度的硅膜(包括本征/掺杂硅膜多晶硅/非晶硅等)层，此时通常会对PECVD设备进行无需拆卸的原位清洗，以去除上述沉积的硅膜层。

现有技术中PECVD设备进行原位清洗主要包括如下步骤：首先，在反应腔室内通入NF₃等含氟清洗气体，开启射频发生器提供射频功率，以电离含氟清洗气体，电离出的F活性基与硅膜反应，生成被泵抽走排出的氟化硅气体。原位清洗的清洗速率与等离子体中F活性基浓度密切相关，当清洗气体流量和射频功率匹配固定时，NF₃电离成F活性基的电离效率与清洗气体的压强具有直接的线性关系。

电离效率与清洗气体的压强具有直接的线性关系可参照G.Bruno在1994年6月发表在期刊“Journal of Vacuum Science&Technology A Vacuum Surfaces and Films”上、题为“对非晶硅沉积反应器进行NF₃等离子体清洗的研究(Study of the NF₃ plasmacleaning of reactors for amorphous silicon deposition)”的文章，该文章在图9及其描述中指出，在0.6毫巴(mbar)左右时NF₃电离效率最高，随着清洗气体压强的减少，NF₃电离效率也将随之逐渐降低。

对于大面积PECVD反应腔室的原位清洗，由于“负载效应(loading effect)”的存在，其清洗速率不仅取决于等离子中的F活性基浓度，还受限于传送到大面积腔室内壁或载板上硅膜表面的等离子状态，研究发现等离子状态对提高大面积PECVD反应腔室内壁及硅片载板的清洗效率的影响更加显著。但上述现有技术在考虑原位清洗的清洗速率时，并未将等离子状态考虑为清洗速率的影响因素。

因此，如何提供一种用于PECVD设备的原位清洗方法以提高大面积PECVD腔壁及载板的硅膜层原位清洗的效率，已成为业内亟待解决的技术问题。

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种用于PECVD设备的原位清洗方法，所述PECVD设备包括反应腔室和射频发生器，所述方法包括以下步骤：第一步骤，向所述反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第一压强，开启所述射频发生器并持续第一预设时间；第二步骤，持续向所述反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第二压强，保持所述射频发生器持续开启第二预设时间；第三步骤，持续向所述反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第三压强，保持所述射频发生器持续开启第三预设时间；第四步骤，持续向所述反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第四压强，保持所述射频发生器持续开启第四预设时间；以及第五步骤，持续向所述反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第五压强，保持所述射频发生器持续开启第五预设时间；其中所述第一压强、第二压强、第三压强、第四压强和第五压强从大到小依次减小。

在一实施例中，所述第一压强为0.55mbar～小于0.65mbar，所述第二压强为0.45mbar～小于0.55mbar，所述第三压强为0.35mbar～小于0.45mbar；所述第四压强为0.25mbar～小于0.35mbar；所述第五压强为0.15mbar～小于0.25mbar。

在一实施例中，在所述第一步骤至第五步骤中，通过所述射频发生器将含氟清洗气体电离成含氟等离子体，所述含氟等子体与覆盖在所述反应腔室内壁和设置在所述反应腔室内的载板表面上的硅膜层发生反应，所述反应腔室内壁和载板表面的面积总和不小于500mm×500mm。

在一实施例中，所述硅膜层包括本征多晶硅、本征非晶硅、磷/硼掺杂的多晶硅、磷/硼掺杂的非晶硅、硅碳膜以及硅氧膜。

在一实施例中，在第二步骤中，所述含氟等子体经过所述第一预设时间和第二预设时间对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的60％～小于70％，第一步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与第二步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同。

在一实施例中，在第三步骤中，所述含氟等子体经过所述第一预设时间、第二预设时间和第三预设时间对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的70％～小于85％，第二步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与第三步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同。

在一实施例中，在第四步骤中，所述含氟等子体经过所述第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间和第四预设时间对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的85％～小于100％，第三步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与第四步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同或不同。

在一实施例中，在第五步骤中，所述含氟等子体在对所述反应腔室内壁和载板表面100％全部覆盖的情况下对两者进行清洗，第四步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与第五步骤中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同或不同。

在一实施例中，所述第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间和第五预设时间五者为全部相同，或者所述第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间和第五预设时间中至少两者不相同。

在一实施例中，所述含氟清洗气体包括NF₃、CF₄、SF₆、C₂F₆、C₃F₈中的任意一种或任意多种的混合物、以及氩气和氧气中的一种或多种。

在一实施例中，所述含氟清洗气体包括NF₃和氩气，所述NF₃的流量为1000～10000标准毫升/分，所述氩气的流量为100～2000标准毫升/分。

本发明还提供一种用于异质结太阳能电池的PECVD设备，其包括反应腔室、射频发生器、用于向反应腔室馈送含氟清洗气体的供气模块、以及与反应腔室相连通用于调节反应腔室压力的压力调节模块，所述PECVD设备还包括用于执行上述任一实施例所述的原位清洗方法的清洗控制器，所述清洗控制器控制所述供气模块向所述反应腔室通入含氟清洗气体，所述清洗控制器控制所述压力调节模块将所述反应腔室的压强调节至第一压强、第二压强、第三压强、第四压强或第五压强，所述清洗控制器控制开启所述射频发生器并对应持续第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间或第五预设时间。

与现有技术中并没有将到达待清洗表面的等离子状态考虑为清洗效率的影响因素相比，本发明的用于PECVD设备的原位清洗方法将清洗分成反应腔室压强从大到小依次减小的第一步骤至第五步骤的五个步骤，在每一步骤中均向反应腔室通入含氟清洗气体，并将反应腔室的压强调节至相应压强且开启射频发生器并持续相应时间。本发明通过对反应腔室采用压强从大到小的组合清洗，使NF₃电离率最大化，同时不断增大含氟等离子体的覆盖面积，能有效提高大面积PECVD腔壁及载板上硅膜层的清洗效率，并能有效推动异质结太阳能电池的量产化进程。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为用于PECVD设备的原位清洗方法实施例的流程示意图。

图2为本发明的PECVD设备的组成结构示意图。

具体实施方案

以下结合附图和

具体实施方式

对本发明作详细描述，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。

参见图1，其显示了本发明的用于PECVD设备的原位清洗方法10实施例的流程图。结合参见图2，图1中的无需打开PECVD设备的原位清洗方法10适用于：图2所示的PECVD设备2的反应腔室20的内壁(主要是侧壁和顶壁)200和设置在反应腔室20内的载板3表面上的硅膜层达到预定厚度时，该预定厚度对应若继续增厚将会影响在PECVD设备中沉积硅膜层的质量时的硅膜层厚度。所述硅膜层包括本征多晶硅、本征非晶硅、磷/硼掺杂的多晶硅、磷/硼掺杂的非晶硅、硅碳膜和硅氧膜等；其中所述本征多晶硅和本征非晶硅是由硅烷(SiH₄)沉积形成，磷掺杂的多晶硅/非晶硅是由磷烷(PH₃)和硅烷沉积形成，硼掺杂的多晶硅/非晶硅是由硼烷(B₂H₆)和硅烷沉积形成，硅碳膜和硅氧膜是由硅烷、二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)沉积形成。

参见图2，所述PECVD设备可为用于异质结太阳能电池的PECVD设备2，PECVD设备2包括反应腔室20、射频发生器21、供气模块22、排气管路23、压力调节模块24、上电极25、下电极26和清洗控制器27。供气模块22用于向反应腔室20馈送反应气体或含氟清洗气体，排气管路23用于排放反应腔室20中的气体，压力调节模块24与反应腔室20相连通用于调节反应腔室20的压力，上电极25与射频发生器21电性连接，下电极26直接与地电性连接，压力调节模块24可经由排气管路23与反应腔室20相连通，载板3置放在下电极26上，载板3具有多个用于承载硅片的承载区30。

射频发生器21(即射频电源)可采用电容耦合(CCP)射频源或高频源将反应气体或含氟清洗气体等离子体化。清洗控制器27用于执行如图1所示的原位清洗方法，清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至相应的清洗压强，还控制射频发生器21开启并持续相应的预设时间。

在使用PECVD设备2沉积异质结太阳能电池的非晶硅薄膜的过程中，反应腔室20的内壁200(主要是侧壁和顶壁)和设置在反应腔室20内的载板3表面(除硅片承载区30外)上会形成硅膜层，在硅膜层达到预定厚度时，就需要使用图1中的原位清洗方法进行清洗，即通入清洗气体去除硅膜层。

继续参见图1，所述方法10首先进行步骤S100，向PECVD设备的反应腔室通入含氟清洗气体，将反应腔室的压强调节至第一压强，开启PECVD设备的射频发生器并持续第一预设时间。

所述含氟清洗气体包括NF₃、CF₄、SF₆、C₂F₆、C₃F₈中的任意一种或任意多种的混合物、以及氩气和氧气中的一种或多种。在本实施例中，所述含氟清洗气体包括NF₃和氩气，所述NF₃的流量为1000～10000标准毫升/分(sccm)，所述氩气的流量为100～2000标准毫升/分；所述第一压强为0.55mbar～小于0.65mbar。

在步骤S100中，由清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至第一压强，还控制射频发生器21开启并持续第一预设时间。

在步骤S100中，通过射频发生器将含氟清洗气体电离成含氟等离子体，所述含氟等子体与覆盖在所述反应腔室内壁和设置在所述反应腔室内的载板表面上的硅膜层发生反应，所述反应腔室内壁和载板表面的面积总和不小于500mm×500mm。

所述方法10接着进行步骤S110，持续向反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第二压强，保持所述射频发生器持续开启第二预设时间。所述含氟等子体经过第一预设时间和第二预设时间(即完成步骤S100和S110)对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的60％～小于70％，例如达两者总面积的60％～68％或60％～69％，即可对两者总面积的60％～小于70％进行清洗，步骤S100中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与步骤S110中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同。在本实施例中，所述第二压强为0.45mbar～小于0.55mbar。

在步骤S110中，由清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至第二压强，还控制射频发生器21开启并持续第二预设时间，从而对覆盖在所述反应腔室内壁和载板表面总面积的60％～小于70％(例如68％或69％)区域上的硅膜层进行清洗。

所述方法10接着进行步骤S120，持续向反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第三压强，保持所述射频发生器持续开启第三预设时间。在本实施例中，所述第三压强为0.35mbar～小于0.45mbar。在步骤S120中，所述含氟等子体经过所述第一预设时间、第二预设时间和第三预设时间(即完成步骤S100、S110和S120)对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的70％～小于85％，例如达两者总面积的70％～83％或70％～84％，步骤S110中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与步骤S120中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同或不同。

在步骤S120中，由清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至第三压强，还控制射频发生器21开启并持续第三预设时间，从而对覆盖在所述反应腔室内壁和载板表面总面积的70％～小于85％(例如83％或84％)区域上的硅膜层进行清洗。

所述方法10接着进行步骤S130，持续向反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第四压强，保持所述射频发生器持续开启第四预设时间。在步骤S130中，所述含氟等子体经过所述第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间和第四预设时间(即完成步骤S100、S110、S120和S130)对所述反应腔室内壁和载板表面的覆盖面积达两者总面积的85％～小于100％，例如达两者总面积的85％～98％或85％～99％，步骤S120中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与步骤S130中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应可以相同或不同。在本实施例中，所述第四压强为0.25mbar～小于0.35mbar。

在步骤S130中，由清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至第四压强，还控制射频发生器21开启并持续第四预设时间，从而对覆盖在所述反应腔室内壁和载板表面总面积的85％～小于100％(例如98％或99％)区域上的硅膜层进行清洗。

所述方法10接着进行步骤S140，持续向反应腔室通入含氟清洗气体，将所述反应腔室的压强调节至第五压强，保持所述射频发生器持续开启第五预设时间。在步骤S140中，所述含氟等子体在对所述反应腔室内壁和载板表面100％全部覆盖的情况下对两者进行清洗，步骤S130中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率与步骤S140中的含氟清洗气体流量和射频发生器功率对应相同或不同。在本实施例中，所述第五压强为0.15mbar～小于0.25mbar。

在步骤S140中，由清洗控制器27控制供气模块22向反应腔室20通入含氟清洗气体，并控制压力调节模块24将反应腔室20的压强调节至第五压强，还控制射频发生器21开启并持续第五预设时间，从而对覆盖在所述反应腔室内壁和载板表面总面积的100％全部区域上的硅膜层进行清洗。

上述步骤S100至S140中的所述第一压强、第二压强、第三压强、第四压强和第五压强从大到小依次减小。上述步骤S100至S140中的第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间和第五预设时间五者可以为全部相同，或者所述第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间和第五预设时间五者中至少两者不相同，五者也可以各不相同，可以根据实际清洗效果进行调整。

本发明的用于PECVD设备的原位清洗方法将清洗分成反应腔室压强从大到小依次减小的第一步骤至第五步骤的五个步骤，在每一步骤中均向反应腔室通入含氟清洗气体，并将反应腔室的压强调节至相应压强且开启射频发生器并持续相应时间。本发明通过对反应腔室采用压强从大到小的组合清洗，使NF₃电离率最大化，同时不断增大含氟等离子体的覆盖面积，能有效提高大面积PECVD腔壁及载板上硅膜层的清洗效率，并能有效推动异质结太阳能电池的量产化进程。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。