CN101736317A - 原子层沉积设备 - Google Patents

Abstract

一种原子层沉积设备，其包括反应腔室、第一加热器、第一气体供应系统、第二加热器、第二气体供应系统及真空系统。真空系统连接至反应腔室。反应腔室包括预热腔室及连接至预热腔室的镀膜腔室。第一加热器用以加热预热腔室。第一气体供应系统连接至预热腔室。第二加热器用以加热镀膜腔室。第二气体供应系统连接至镀膜腔室。

Description

原子层沉积设备

技术领域

本发明涉及一种半导体设备，且特别是涉及原子层沉积设备。

背景技术

太阳能是一种具有永不耗尽且无污染的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。其中，又以太阳能电池(solar cell)可直接将太阳能转换为电能而成为目前相当重要的研究课题。

太阳能电池中的钝化层，是决定太阳能电池效率的重要关键之一。好的钝化层可以与硅表面或缺陷处(如差排、晶界、点缺陷)的悬浮键(danglingbond)形成键结，有效降低电子空穴对在硅表面及缺陷处的再结合率(recombination rate)，进而提升少数载流子存活期(lifetime)，而达到提升太阳电池效率的目的。

一般而言，钝化层的制作是在原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)设备中进行。然而，目前的原子层沉积设备大多是以单片实验机台为主，均温性差，而且只能成长单一材料于晶片上，不仅产能(throughput)低，而且制作出来的钝化层的效能亦不佳。

因此，如何设计出一台原子层沉积设备，可以增进产能并提升钝化层的钝化效果，进而提升太阳能电池效率，已成为业者非常重视的议题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种原子层沉积设备，可以增进产能并提升钝化层的钝化效果，进而提升太阳能电池效率。

本发明提供一种原子层沉积设备，包括反应腔室、第一加热器、第一气体供应系统、第二加热器、第二气体供应系统及真空系统。真空系统连接至反应腔室。反应腔室包括预热腔室及连接至预热腔室的镀膜腔室。第一加热器用以加热预热腔室。第一气体供应系统连接至预热腔室。第二加热器用以加热镀膜腔室。第二气体供应系统连接至镀膜腔室。

在本发明的一实施例中，上述的预热腔室与镀膜腔室是以真空栅阀相隔开。

在本发明的一实施例中，上述的第一加热器配置于预热腔室的外侧。

在本发明的一实施例中，上述的第一加热器配置于预热腔室的内侧。

在本发明的一实施例中，上述的第一加热器环绕在预热腔室的内壁上。

在本发明的一实施例中，上述的第一气体供应系统包括第一气体供应源及第一气体供应管路，第一气体供应源经由第一气体供应管路连接至预热腔室。

在本发明的一实施例中，上述的第一气体供应源包括氧气或洁净干燥空气。

在本发明的一实施例中，上述的第一气体供应系统包括延伸至预热腔室的内部的多条第一管路，各第一管路具有多个孔洞。

在本发明的一实施例中，上述的第一管路环绕在该预热腔室的内壁上。

在本发明的一实施例中，上述的第二加热器配置于镀膜腔室的外侧。

在本发明的一实施例中，上述的第二加热器配置于镀膜腔室的内侧。

在本发明的一实施例中，上述的第二加热器环绕在镀膜腔室的内壁上。

在本发明的一实施例中，上述的第二气体供应系统包括第二气体供应源及第二气体供应管路，第二气体供应源经由第二气体供应管路连接至镀膜腔室。

在本发明的一实施例中，上述的第二气体供应源包括欲进行原子层沉积的前驱物。

在本发明的一实施例中，上述的第二气体供应系统包括延伸至镀膜腔室的内部的多条第二管路，各第二管路具有多个孔洞。

在本发明的一实施例中，上述的第二管路环绕在该镀膜腔室的内壁上。

在本发明的一实施例中，上述的原子层沉积设备还包括冷却腔室，连接至镀膜腔室。

在本发明的一实施例中，上述的冷却腔室与镀膜腔室是以真空栅阀相隔开。

在本发明的一实施例中，上述的真空系统包括真空管路及真空泵浦，真空泵浦经由真空管路连接至反应腔室。

在本发明的一实施例中，上述的真空系统分别连接至预热腔室及镀膜腔室。

在本发明的一实施例中，上述的真空系统包括第一真空系统及第二真空系统，第一真空系统连接至预热腔室，且第二真空系统连接至镀膜腔室。

在本发明的一实施例中，上述的真空系统包括延伸至预热腔室及镀膜腔室的内部的多条管路。

在本发明的一实施例中，上述的管路环绕在预热腔室及镀膜腔室的内壁上。

本发明的原子层沉积设备通过预热腔室及镀膜腔室，可以解决已知的原子层沉积设备的均温性不佳的问题，制作具有良好钝化效果的钝化层，进而提升产品的量率(yield)及效能。另外，本发明的原子层沉积设备可以一次反应多片甚至多批(batch)的晶片，大幅提升产能，节省成本，增加竞争力。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明的实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。

图2为根据本发明的另一实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。

图3为根据本发明的实施例所绘示的预热腔室的内部放大示意图。

图4为根据本发明的另一实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。

附图标记说明

100：原子层沉积设备

101、122、126：管路

102：反应腔室

103：真空管路

104：真空系统

105：真空泵浦

106：预热腔室

107、121：真空栅阀

108：镀膜腔室

109、113：气体供应源

110、114：加热器

111、115：气体供应管路

112、116：气体供应系统

117、119、123：栅门

118：晶片

120：晶舟

124：孔洞

126：冷却腔室

具体实施方式

图1为根据本发明的实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。图2为根据本发明的另一实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。图3为根据本发明的实施例所绘示的预热腔室的内部放大示意图。图4为根据本发明的另一实施例所绘示的一种原子层沉积设备的示意图。

请参照图1，原子层沉积设备100包括反应腔室102及真空系统104。反应腔室102包括由真空栅阀107相隔开的预热腔室106及镀膜腔室108。真空系统104连接至反应腔室102。详而言之，真空系统104包括真空管路103及真空泵浦105，真空泵浦105经由真空管路103连接至反应腔室102。在实施例中，真空系统104分别连接至预热腔室106及镀膜腔室108，如图1所示。在另一实施例中(未绘示)，真空系统104包括第一真空系统及第二真空系统，其中第一真空系统连接至预热腔室106，第二真空系统连接至镀膜腔室108。另外，真空系统104还包括延伸至预热腔室106及镀膜腔室108的内部的多条管路101。

原子层沉积设备100还可以包括加热器110及气体供应系统112。加热器110是用以加热预热腔室106。在实施例中，加热器110例如是配置于预热腔室106的内侧，如图1所示。在另一实施例中(未绘示)，加热器110也可以配置于预热腔室106的外侧。另外，气体供应系统112连接至预热腔室106。气体供应系统112包括气体供应源109及气体供应管路111，且气体供应源109经由气体供应管路111连接至预热腔室106。此外，气体供应系统112还包括延伸至预热腔室106的内部的多条管路122。

原子层沉积设备100也可以包括加热器114及气体供应系统116。加热器114是用以加热镀膜腔室108。在实施例中，加热器114例如是配置于镀膜腔室108的内侧，如图1所示。在另一实施例中(未绘示)，加热器114也可以配置于镀膜腔室108的外侧。另外，气体供应系统116连接至镀膜腔室108。气体供应系统116包括气体供应源113及气体供应管路115，且气体供应源113经由气体供应管路115连接至镀膜腔室108。此外，气体供应系统116还包括延伸至镀膜腔室108的内部的多条管路126。

预热腔室106及镀膜腔室108还分别包括栅门117及栅门119。承载多片晶片118的晶舟120(cassette)，由预热腔室106的栅门117置入反应腔室102的内部，在反应腔室102中完成反应后，再经由镀膜腔室108的栅门119移出反应腔室102。在实施例中，晶片118例如是以垂直于反应腔室102底面的方式配置在晶舟120内，如图1所示，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，晶片118是以平行于反应腔室102底面的方式配置在晶舟120内，如图2所示。

接下来，将详细说明预热腔室106与镀膜腔室108的内部配置。由于预热腔室106与镀膜腔室108的内部配置类似，以下将以预热腔室106为例来说明。图3为根据本发明的实施例所绘示的预热腔室的内部放大示意图。为简便图示以方便说明起见，在图3中，仅绘示加热器110与气体供应系统112的内部管路122。真空系统104的内部管路101的配置与气体供应系统112的内部管路122的配置类似，并未绘于图3中。

请参照图3，当承载晶片118的晶舟120置于预热腔室106中时，加热器110配置于预热腔室106的内侧。详而言之，加热器110环绕在预热腔室106的内壁上。在实施例中，加热器110的形状例如是一体成型的片状，环绕在晶舟120的顶面、底面及至少部份侧面，如图3所示，但本发明并不以此为限。本领域一般技术人员应了解，加热器110的形状可以为任何形状，例如可以呈条状排列在晶舟120的周围，只要能达到均匀加热的效果即可。

另外，气体供应系统112还包括延伸至预热腔室106的内部的多条管路122。详而言之，管路122环绕在预热腔室106的内壁上，且各管路122具有多个孔洞124。孔洞124是为了使反应气体能均匀分布在预热腔室106内。详而言之，在气体供应系统112中，气体供应源109经由气体供应管路111连接至预热腔室106，再经由管路122上的孔洞124均匀地把反应气体散布在预热腔室106内。

此外，真空系统104的延伸至预热腔室106的内部的多条管路101，同样也是环绕在预热腔室106的内壁上。也就是说，预热腔室106的顶面、底面及至少部份侧面都可以进气及抽气，使反应气体经加热器110加热并经由晶舟120的透气孔(未绘示)与晶片118进行反应。

接下来，将以实例来详细说明本发明的原子层沉积设备100的操作流程。在实施例中，晶片118例如是用来制作太阳能电池的晶片，其上已形成光电转换层(未绘示)。光电转换层的材料例如是硅或硅合金。首先，承载晶片118的晶舟120由预热腔室106的栅门117置入预热腔室106内。气体供应源109供应至预热腔室106的反应气体例如是氧气或洁净干燥空气(clean dryair；CDA)，因此第一钝化层(未绘示)会形成于晶片118的光电转换层上。也就是说，第一钝化层为光电转换层的氧化层，例如为氧化硅。

然后，晶舟120通过机械手臂或输送带(未绘示)经真空栅阀107进入镀膜腔室108。气体供应源113供应至镀膜腔室108的反应气体例如是欲进行原子沉积的前驱物，因此第二钝化层(未绘示)会形成于晶片118的第一钝化层上。举例来说，当第二钝化层的材料例如是氧化铝时，气体供应源113供应至镀膜腔室108的反应气体例如是氧化铝的前驱物，如氧分子及铝原子。接着，由镀膜腔室108的栅门119移出晶舟120。

此外，本发明的原子层沉积设备100也可以包括冷却腔室126。冷却腔室126连接至镀膜腔室108，如图4所示。冷却腔室126与镀膜腔室108是以真空栅阀121相隔开。上述的晶舟120在经由预热腔室106、镀膜腔室108依序形成第一钝化层、第二钝化层之后，也可以选择性地通过机械手臂或输送带(未绘示)经真空栅阀121进入冷却腔室126均匀地降温。然后，由冷却腔室126的栅门123移出晶舟120。

综上所述，本发明的原子层沉积设备通过预热腔室及镀膜腔室，可以在晶片上依序形成第一钝化层及第二钝化层。之后，晶片也可以选择性地经由冷却腔室而均匀地降温。因此，通过本发明的原子层沉积设备而制作出来的太阳能电池的钝化层双层结构，可以有效增加表面钝化效果与载流子存活期，并进而提升太阳能电池效率。也就是说，已知的原子层沉积设备的均温性不佳的问题，可以通过本发明的预热腔室及冷却腔室获得改善，进而提升产品的量率(yield)及效能。

另外，本发明的原子层沉积设备可以一次反应多片或甚至多批(batch)的晶片，也就是说，多批的晶片在预热腔室、镀膜腔室及冷却腔室的流程可以是连续性的。举例来说，当其中一批的晶片在镀膜腔室反应时，另一批的晶片可以在预热腔室待命。如此一来，原子层沉积设备的工艺瓶颈可以获得解决，产能也会大幅提升，为兼具成本及竞争力的作法。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (23)

1.一种原子层沉积设备，包括：

反应腔室，包括：

预热腔室；以及

镀膜腔室，连接至该预热腔室；

第一加热器，用以加热该预热腔室；

第一气体供应系统，连接至该预热腔室；

第二加热器，用以加热该镀膜腔室；

第二气体供应系统，连接至该镀膜腔室；以及

真空系统，连接至该反应腔室。

2.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该预热腔室与该镀膜腔室是以真空栅阀相隔开。

3.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第一加热器配置于该预热腔室的外侧。

4.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第一加热器配置于该预热腔室的内侧。

5.如权利要求4所述的原子层沉积设备，其中该第一加热器环绕在该预热腔室的内壁上。

6.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第一气体供应系统包括第一气体供应源及第一气体供应管路，该第一气体供应源经由该第一气体供应管路连接至该预热腔室。

7.如权利要求6所述的原子层沉积设备，其中该第一气体供应源包括氧气或洁净干燥空气。

8.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第一气体供应系统包括延伸至该预热腔室的内部的多条第一管路，各该第一管路具有多个孔洞。

9.如权利要求8所述的原子层沉积设备，其中这些第一管路环绕在该预热腔室的内壁上。

10.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第二加热器配置于该镀膜腔室的外侧。

11.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第二加热器配置于该镀膜腔室的内侧。

12.如权利要求11所述的原子层沉积设备，其中该第二加热器环绕在该镀膜腔室的内壁上。

13.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第二气体供应系统包括第二气体供应源及第二气体供应管路，该第二气体供应源经由该第二气体供应管路连接至该镀膜腔室。

14.如权利要求13所述的原子层沉积设备，其中该第二气体供应源包括欲进行原子层沉积的前驱物。

15.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该第二气体供应系统包括延伸至该镀膜腔室的内部的多条第二管路，各该第二管路具有多个孔洞。

16.如权利要求15所述的原子层沉积设备，其中这些第二管路环绕在该镀膜腔室的内壁上。

17.如权利要求1所述的原子层沉积设备，还包括冷却腔室，连接至该镀膜腔室。

18.如权利要求17所述的原子层沉积设备，其中该冷却腔室与该镀膜腔室是以真空栅阀相隔开。

19.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该真空系统包括真空管路及真空泵浦，该真空泵浦经由该真空管路连接至该反应腔室。

20.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该真空系统分别连接至该预热腔室及该镀膜腔室。

21.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该真空系统包括第一真空系统及第二真空系统，该第一真空系统连接至该预热腔室，且该第二真空系统连接至该镀膜腔室。

22.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中该真空系统包括延伸至该预热腔室及该镀膜腔室的内部的多条管路。

23.如权利要求22所述的原子层沉积设备，其中这些管路环绕在该预热腔室及该镀膜腔室的内壁上。

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