材料的沉积制造技术

通过一真空系统用来连续地在材料上沉积的装置和方法．所提供的盒式载体用于双衬底和激励电极．减少系统的污染和所加涂层的混合掺杂．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料的沉积，特别是涉及用于太阳能电池的半导体层的沉积。在多层器件的制造中，顺序排列的半导体层逐层堆积，其中每一层对于整体结构各起着特殊的作用。在典型的太阳能电池的情况下，该结构是一种分层薄片，其中，含有一个本征材料的中间层，它被夹在“n”型材料和“p”型材料各自的外层之间。在一个反应容器中，每一层都可以由一种适当的气体混合物沉积出来。反应可以各种方式进行。例如，非晶硅可以由含有稀释剂和添加剂(即“掺杂剂”)的低等级和高等级的硅烷气体混合物来形成的，而“掺杂剂”是根据欲制备的薄层的设定特性来选用的。在任何情况下，各层必须按顺序形成。因而，反应容器首先可以用来制备太阳能电池的外层，即一个“n”型层或者一个“p”型层。然后，该容器被抽真空，在已形成的“n”型层或“p”型层上面，制备一个本征层，或“i”型层。遗憾的是，在通常情况下，由于交叉污染，在“i”型层中产生了一定量的不良掺杂。特别是，就非晶硅太阳能电池而言，当乙硼烷被用来作为形成P型层的气体掺杂剂时，乙硼烷不可能从该真空系统中被完全清除，从而，使明显剂量的硼进入“i”型层中。结果，使硼在“i”型层表面聚集，并延伸到“i”型层中达几百个埃。遍及整个“i”型层，还有一种不良的残余掺杂效应。其结果，使太阳能电池在激发光谱的某个部分上的灵敏度降低。于是导至电池的光电能量转换效率的减少，电池的兰色灵敏度会被明显地削弱。通常，容器的长期运行可能会导致半导体薄膜材料的沉积，可能含有粉末，这是人们所不希望的。这种沉积会增加交叉污染，并产生讨厌的剥落，这种剥落会造成沉积薄膜中的针孔。虽然用加强排气和冲洗或者用反掺杂的方法可以减少污染，但这些工艺成本高，耗时而且并不总是可靠。另外，反掺杂工艺对制备太阳能电池各层的质量有不良影响。为消除这种不良沉积，对于容器必须进行周期性冲洗。就某些容器的形状来说，这样清洗操作是非常困难的。另外，典型的容器仅仅提供一个衬底表面，它或者是阴极，或者是阳极，在它上面可以沉积出高质量的，苻合器件要求的非晶硅。由于阴极和阳极之间的表面积有很大的差别，这一系统是不对称的。这种不对称性，实际上不可能在两者表面同时形成符合器件要求的沉积。该沉积系统的另一个常见的缺点是，衬底两端的沉积厚度常常不均匀，并且衬底周围的厚度也常常有明显的差异。这种厚度的变化是很大的缺点。因此，本专利技术的一个目的就是促进材料的沉积，特别是按顺序的多层材料的沉积。亦即是促进构成太阳能电池的非晶硅层的沉积。本专利技术的另一个目的是使硅的效应提高，并在薄层的形成过程中，限制薄层之间的交叉污染。其中一个类似的目的是为了制备多层结构的非晶硅的层状结构。另一个相应目的是限制多层结构中本征层的不良掺杂，特别是对于非晶硅太阳能电池而言。本专利技术的另一个相应目的是削弱在形成某一层时所使用的气体掺杂剂对其邻接层的影响程度，特别是对于非晶硅太阳能电池的“i”型层而言。还有另一个相应目的是特别克服在多层结构中不良性的转移掺杂，这种掺杂会降低太阳能电池的光谱灵敬度。本专利技术的另一个目的是清除清洗容器的必要性。还有另一个目的是消除由于聚集的沉积物的剥落而产生的薄膜不均匀性和“针孔”。本专利技术的更进一步的目的是限制对排气和清洗的需要，以减少在多层结构形成期间所造成的交叉污染。本专利技术的更进一步的目的是为避免对薄层的反掺杂的需要，以克服由于有害掺杂剂的误入而产生的有害效应。本专利技术还有另一个目的是在某个规定式样的容器中获得更高的生产能力，即增加表面面积，这取决于每单位时间内所获得的符合器件要求的沉积数量。相应的目的是同时在阴极和阳极衬底上获得符合器件要求的沉积量。另一方面，还要减少容器壁的漏气，使整个衬底上有较均匀的温度分布，在整个衬底上获得厚度和其它特性都适当均匀的材料沉积。还有其它的目的就是获得一个系统，它可以被用来进行化学汽相沉积和辉光放电沉积;采用能使电极上产生均匀沉积的加热对称表面的方法，可在活动衬底的较大的百分比面积上获得垂直方向的沉积，而没有横向污染。为实现上述目的和相应的目的，本专利技术提出了一种方法和装置，该装置由一个或多个盒式载体组成，每个载体包括一个或多个衬底，该装置被用来获得特定的材料沉积物，该沉积物是来源于被引入到盒式载体中的一种指定的气体混合物。每一个盒式载体包含有侧壁，该侧壁是相互分离的，并且又被端壁相互连结。衬底被放置在该载体中，至少与一个侧壁相靠，气体混合物被引入到该载体中，在衬底上产生设定的材料沉积物。该载体又被放置在一个总体的反应容器中，该容器被抽真空，并且根据载体中发生的反应，从外部加热载体。由于反应是在载体中进行的，所以可免去对容器的周期性清洗。另外，在选择反应容器的几何形式样时，只需考虑如何促进所设定的反应，而无需考虑便于清洗的结构特点。此外，由于容器上没有沉积物，并且沉积物只密封在盒式载体的内表面和衬底上，这就至少消除了容器中的一种交叉污染源以及不良的剥落现象。由于清除了容器中的沉积物，薄膜的不均匀性以及由堆集状沉积物的剥落所造成的“针孔”也随之而消除了。再则，采用与容器相配合的活动盒式载体可以允许表面面积增加，该表面面积的大小与单位时间内所获得的设定薄膜的沉积数量有关。为此目的，盒式载体包含有一个内部的阴极或其它的供电部件，该供电部件被一个或多个将在其上制备沉积物的衬底所覆盖。就等离子体沉积或者类似等离子体沉积而言，一个类似的衬底被靠放在辅助的导电构件，即阳极上，结果，两个衬底之间所建立起来的供电场即取代了，例如一个阴极和一个衬底之间的电场，或一个衬底和一个阳极之间的电场。按照本专利技术的一种方式，装有盒式载体的容器可以被划分为许多区段。在每个分段进行预定的沉积。按照这种方式，装有衬底的每一个盒式载体移动着逐次通过容器的各个连续区段。这种方式也允许一个盒式载体与另一个盒式载体相互连结，以至在盒式载体通过该容器移动期间，每一个盒式载体占据一个区段，当盒式载体的联结体每前进一个分段距离时，每个载体就进入下一个区段。按照本专利技术的另一种方式，每一盒式载体被延长，沿着它的长边方向容纳一个或多个衬底，盒式载体的宽度(它的延长边之间的距离)明显小于它的长度和高度。该载体在它的侧壁之间的区域中含有一个电极，侧壁形成了一个相对于该电极的等电位外壳，侧壁极为平整和平行，衬底被安放在每个侧壁旁边，以接收来源于气体混合物的沉积，该气体混合物是被引入到容器内并且进入密封的盒式载体内部。电极也最好有相对方向的平整表面，它平行于侧壁，并夹在另一对衬底之间，以接收来自气体混合物的沉积。特别是，该电极起着二等分载体的作用，被等分的载体对形成沉积物的气体混合物有独立的进口和出口。本专利技术的一个更为重要的特点是每个盒式载体中的等离子屏蔽设施。该屏蔽的目的是确保沉积的边缘有恒定的沉积厚度。没有这种等离子屏蔽，在中心电极(阴极)周围边缘附近常会出现剧烈放电，导致在衬底边缘附近产生较厚的沉积。本专利技术中，屏蔽层接地并设置在距离电极周围边缘约1/8英吋处，即比放电暗区厚度的1或2倍小。在这些条件下，屏蔽层与电极之间没有放电现象发生;因此，强烈的边缘放电(以及边缘沉积物的增加)被抑制了。在本专利技术的方法的实际应用方面，提供了多个活动载体的容器，其中每个载体至少含有一个衬底。对于具有四边形横截面的盒式载体而言，每个容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于材料沉积的盒式载体，其特征包括；多个侧壁，它含有一个隔离的区间，多个端壁，它与所述的侧壁相联结，一个衬底，它位于所述的载体中，靠在一个上述的侧壁上，一种装置，它用于将气体混合物引入到上述的区间，以允许来源于气体混合物 的沉积物沉积到上述的衬底上。一种装置，它用于从所述的区间中排出所述的气体混合物。

【技术特征摘要】
所陈述的那样去制作。权利要求1.一种用于材料沉积的盒式载体，其特征包括；多个侧壁，它含有一个隔离的区间，多个端壁，它与所述的侧壁相联结，一个衬底，它位于所述的载体中，靠在一个上述的侧壁上，一种装置，它用于将气体混合物引入到上述的区间，以允许来源于气体混合物的沉积物沉积到上述的衬底上。一种装置，它用于从所述的区间中排出所述的气体混合物。2.按照权利要求1的载体，其特征在于，所述的区间包含有垂直设置的电极，所述的侧壁相对于所述电极形成一个等电位外壳。3.按照权利要求1的载体，其特征在于，所述的侧壁是平整的和平行的，每个侧壁旁设置了一个衬底，以接受来源于上述气体混合物的沉积。4.按照权利要求2的载体，其特征在于，所述的电极有两个相对的平整的表面，该表面与上述的侧壁平行，侧壁上靠有衬底，以用于接受来源于上述气体混合物的沉积。5.按照权利要求1的载体，其特征在于，上述的气体混合物至少含有一种硅烷和/或锗烷，并且，上述的沉积物是非晶硅和/或非晶锗。6.按照权利要求1的载体，其特点在于，上述的容器是具有相对平行侧面的四面体。7.按照权利要求2的载体，其特征在于，上述电极起着二等分上述载体的作用。8.按照权利要求7的载体，其特征在于，被等分的载体具有上述气体混合物的独立的进口和出口。9.按照权利要求1的载体，该载体是活动的，以便可以逐次通过不同的容器。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：佐尔丹基斯，
申请(专利权)人：克朗纳公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]