CN102224599A - 用于太阳能电池应用的硅表面的干法清洁 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于清洁太阳能电池基板的各层的方法和装置。将基板暴露到反应气体，该反应气体可包括具有氮和氟的中性基或者可包括无水HF和水、醇、或者水和醇的混合物。该反应气体可进一步包括载气。该反应气体蚀刻太阳能电池基板表面，去除氧和其它杂质。当暴露到中性基时，基板生长含有六氟硅酸铵的薄膜，随后通过热处理将其去除。

Description

用于太阳能电池应用的硅表面的干法清洁
领域
本发明的实施例涉及用于制造太阳能电池的方法和装置。更具体地，本发明的实施例提供用于清洁太阳能电池基板的各层的方法和装置。
背景
光伏(PV)或太阳能电池是将太阳光转换成直流(DC)电功率的器件。典型的PV电池包括p型硅晶片、基板或者片材(sheet)，通常低于约0.3mm厚，在p型基板顶部上设置有n型硅材料薄层。光伏器件所产生的电压或光电压和所产生的电流取决于p-n结的材料特性、所沉积层之间的界面特性和器件的表面积。当暴露到太阳光(由光子能量构成)时，PV电池的p-n结产生自由电子空穴对。跨过p-n结的耗尽区形成的电场将自由电子和空穴分开，产生电压。当将PV电池连接到电负载时自n侧至p侧的电路允许电子流动。电功率是当电子和空穴移过外部负载并最终复合所产生的电流乘以电压的乘积。太阳能电池产生指定量的功率且电池被平铺成模块，其尺寸可传送所需量的系统功率。通过连接多个太阳能电池和之后通过特定框架和连接器将其结合到面板上而产生太阳能模块。
近十年来，光伏(PV)市场经历了超过30％的年增长速率。一些文章已提出不久全球的太阳能电池功率生产将可超过10GWp。已估计所有光伏模块的90％以上都是基于硅晶片的。高的市场增长速率结合充分降低太阳能发电成本的需求导致了对于用于光伏器件的硅晶片生产开发存在很多严峻挑战。
通常，基于硅基板的太阳能技术遵循两种主要战略，来降低使用PV太阳能电池的太阳能电力的成本。一种方式是增加单结器件的转换效率(即每单位面积的功率输出)，和另一种是降低与制造太阳能电池相关的成本。因为基本热动力学和物理属性限制了由于转换效率导致的有效成本降低，因此进一步的增益取决于基本技术进步，诸如本文公开的发明的各方面，以提供有效的制造工艺。
在典型的太阳能电池制造工艺中，经常清洁基板以去除氧化物和其他杂质。用于清洁太阳能基板的工艺与所有太阳能制造工艺一样，优选是有效的，并且需要将很好地与有效的整体制造系统结合的有效的清洁工艺。
概述
本发明的实施例提供一种处理太阳能电池基板层的方法，包括在具有壁的处理室中在基板支架上设置太阳能电池基板，提供包括中性基(neutral radical)的反应气体混合物至处理室，将反应气体混合物导向至基板，使得中性基与来自基板的氧反应以在基板上形成薄膜，在形成薄膜期间保持基板温度在室壁温度以下，以及去除薄膜。
本发明的其他实施例提供一种处理太阳能电池基板的方法，包括将基板设置在处理室中的基板支架上，提供前驱物气体混合物至活化室(activation chamber)，通过将离解能量施加到前驱物气体混合物活化前驱物气体混合物以形成反应气体混合物，以超出足以中和反应气体中至少90％带电荷活性物种的间隔将反应气体混合物流入到处理室，将基板暴露到反应气体以释放氧气同时在基板上形成薄膜，冷却基板同时将基板暴露到反应气体，去除薄膜以形成暴露出的半导体表面，和通过加热薄膜沉积氢、氟或者将两者都沉积到暴露的半导体表面上。
本发明的其他实施例提供一种处理太阳能电池基板的方法，包括在基板上形成第一层，将太阳能电池基板设置在干法清洁室中，将包括氮和氟的中性基导向至设置于干法清洁室中的基板以在第一层上形成薄膜而不需破坏真空，自干法清洁室移走基板至退火室，通过施加热量至薄膜在退火室中去除薄膜，和在基板上形成第二层。
附图简单说明
因此，为了能详细理解本发明的上述特征，通过参考实施例，可获得对上述简要说明的本发明的更具体描述，一些实施例在附图中示出。但是应注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，且因此，由于本发明允许其他等效实施例，不认为其限制本发明的范围。
图1A是简要说明根据本发明一个实施例的方法的流程图。
图1B-1D是图1A的方法各步骤中基板的示意性侧视图。
图2是根据本发明一个实施例用于处理太阳能电池基板的室的截面图。
图3是根据本发明一个实施例用于处理太阳能电池基板的系统的平面图。
为了便于理解，只要可以，就使用相同的参考数字指示各图中共用的相同元件。可预期，一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而不需具体说明。
具体描述
本发明的实施例一般提供用于在太阳能电池制造工艺的不同阶段清洁太阳能电池器件的方法和装置。在太阳能电池制造工艺中，经常将基板暴露到空气或者氧。一旦暴露，氧化物薄层可形成在基板表面上。本发明的实施例可用于从太阳能电池基板表面连同其他杂质一起去除氧化物层。例如，本发明的实施例有利地用于在于基板上形成一个或多个层诸如非晶硅层、结晶硅层、高质量钝化层或者抗反射涂层之前，从硅基板去除氧化物。本发明的实施例还可用于从所沉积层的表面去除原生氧化物，所沉积层用于形成薄膜或者结晶太阳能电池器件的部分。本发明的实施例还可通过改善与钝化层的界面处的太阳能电池晶体结构来改善太阳能电池的钝化性。
在一个实施例中，将太阳能电池基板放置在处理室中的支架上。提供含氮和氟的基团至处理室并允许其与基板表面反应从而在基板上产生薄层。然后对该层施加热量以将其从表面去除。去除该层使得自基板去除了氧化物和其中包含的杂质，且在一些实施例中，留下基板表面以氟原子、氢原子或者以这两种原子封端。
在另一实施例中，可将太阳能电池基板经历包括暴露到氟化氢(HF)蒸汽的干法清洁工艺。将包括无水HF和水蒸汽、可能包含醇(alcohols)和载气的工艺气体提供到含有该基板的室中。HF蒸汽自基板表面蚀刻氧化物，留下该表面以氢原子封端。
用在太阳能电池中的膜
通常，大部分太阳能电池层通常包括诸如硅的半导体材料。通常通过诸如硅层这样的体半导体层(bulk semiconductor layer)来提供太阳能电池中的电荷产生。在p-i-n型太阳能电池结中，体层有时也称作本征层，以将其与所形成的太阳能电池中存在的各掺杂层区分开。本征层可具有所需任意的结晶度，这将影响其光吸收特性。例如，诸如非晶硅这样的非晶本征层一般将吸收与具有不同结晶度的诸如微晶硅这样的本征层不同波长的光。为此，大部分太阳能电池都将使用两种类型的层以产生最宽的可能吸收特性。在一些情况中，本征层可用作两个不同层类型之间的缓冲层以提供这两个层之间光或电特性的较平滑过渡。
硅和其他半导体可形成为具有不同形态(morphology)的固体。固体硅的一些同素异形体包括非晶、次晶(paracrystalline)和结晶。这些类型硅之间的区别是有序晶格存在的距离。如果均匀晶格长程扩展，则材料是结晶的。如果仅是非常短程有序或者无序，则材料是非晶。在这两种极端之间，则材料是次晶的。
在次晶材料当中，给定的样本可以是纳米晶、微晶或者多晶。纳米晶和微晶固体包括悬浮在非晶基质中的晶粒。尽管这两者之间的区别在于晶粒尺寸，但是由于晶粒延伸到微米范围的大部分次晶材料实际上是颗粒精细的多晶材料，因此术语“微晶”用于大部分用途。多晶材料由仅通过颗粒边界分开的晶粒构成而不具有非晶基质。
通常通过将硅源化合物提供到含有基板的处理室中形成体硅层。基板通常设置在处理室中的支架上以便暴露到硅源化合物。包括硅源化合物的气体混合物被引入到该室中。在很多情况中，硅源化合物是硅烷，但是也可使用诸如取代的硅烷、低聚硅烷或聚硅烷以及环状硅烷之类的其他化合物。一些合适的硅源化合物是硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)和二氯硅烷(SiH2Cl2)。也可提供氢气用于控制结晶度，结晶度通常会随着气体混合物中氢与硅的比率而升高和降低。惰性气体也可通过稀释或浓缩反应物用于控制整个反应。也可通过离子化活化反应物以增加反应速度并降低膜形成所需的温度。体硅或半导体通常被称作“本征的”，以将其与“非本征的”半导体区分开，该非本征的半导体已经被掺杂且具有不同于本征半导体的特性。
在一些实施例中，可通过提供包括硅烷和氢气的气体混合物至含有基板的处理室来形成本征硅层。以反应体积为约0.5标准立方厘米每分钟每升(sccm/L)和约1000sccm/L之间的流速提供气体混合物，氢和硅烷的比率在约5∶1和约500∶1之间，或更高。反应体积通常由其中执行反应的处理室限定。很多实施例中，反应体积由室壁、基板支架和气体分配器限定，该气体分配器通常设置在基板支架上方。氢气和硅烷的比率理论上不受限制，但是随着在给定反应中该比率增加，由于硅的可获得性限制了反应速度，因此沉积速度降低。以氢-硅烷比率为约12∶1或更小执行的沉积可导致非晶硅层的沉积。以氢-硅烷比率为约100∶1或以上执行的沉积通常导致沉积具有约60％或更高结晶度分数(crystallinity fraction)的微晶膜。精确的过渡点自然也依赖于其他例如温度和压力这样的反应条件。在一些实施例中，可有利的是改变沉积期间的比率以调整所沉积膜的不同部分中的结晶度分数。例如，希望通过改变沉积期间的反应条件在一次沉积中沉积体硅层和缓冲层。
室压力可保持在约0.1Torr和约100Torr之间。较高的压力通常将促进沉积速度和结晶度，但是将需要较高的功率来保持反应物的给定电离度。因而，对于大多数实施例，在约4Torr和约12Torr之间的压力是优选的。施加每平方厘米基板面积约15mW(mW/cm2)和约500mW/cm2之间的射频(RF)功率通常导致以100埃每分钟
Figure BPA00001373284900051
或更好的速度沉积本征硅。
可通过提供12∶1或以下比率的氢气和硅烷气体的气体混合物沉积本征非晶硅层。可以约0.5sccm/L和约7sccm/L之间的流速提供硅烷气体。可以约5sccm/L和60sccm/L之间的流速提供氢气。可将15mW/cm2和约250mW/cm2之间的RF功率提供至喷头。室压力可保持在约0.1Torr和20Torr之间，优选约0.5Torr和约5Torr之间。本征型非晶硅层的沉积速度为约
Figure BPA00001373284900052
或以上。在示例性实施例中，以约2∶1的氢和硅烷的比率沉积本征型非晶硅层。
可通过以约50∶1或以下例如小于约30∶1，例如在约20∶1和约30∶1之间、诸如约25∶1的比率提供氢气和硅烷气体的气体混合物沉积p-i缓冲型本征非晶硅(PIB)层。可以约0.5sccm/L和约5sccm/L之间诸如约2.3sccm/L的流速提供硅烷气体。可以约5sccm/L和约80sccm/L之间、诸如约20sccm/L和约65sccm/L之间、例如约57sccm/L的流速提供氢气。可将在约15mW/cm2和约250mW/cm2之间、诸如约30mW/cm2的RF功率提供到喷头。室压力可保持在约0.1Torr和约20Torr之间，优选在约0.5Torr和约5Torr之间，诸如约3Torr。PIB层的沉积速度可为约或以上。
可通过以约20∶1和约200∶1之间的氢和硅烷比率提供硅烷气体和氢气的气体混合物沉积本征型微晶硅层。以约0.5sccm/L和约5sccm/L之间的流速提供硅烷气体。以约40sccm/L和约400sccm/L之间的流速提供氢气。在某些实施例中，沉积期间硅烷流速可从第一流速增加至第二流速。在某些实施例中，在沉积期间氢气流速可从第一流速降低至第二流速。在约1Torr和约100Torr之间、优选在约3Torr和约20Torr之间的室压力下施加约300mW/cm2或更高、优选600mW/cm2或更高的RF功率通常以约
Figure BPA00001373284900062
或更高、优选约的速度沉积具有约20百分比和约80百分比之间、优选在约55百分比和约75百分比之间的结晶度分数的本征型微晶硅层。在一些实施例中，可有利的是在沉积期间将所施加的RF功率的功率密度从第一功率密度渐变(ramp)至第二功率密度。
可在多个步骤中沉积本征型微晶硅层，每一个步骤都具有不同的晶体分数。在一个实施例中，例如，氢和硅烷的比率在四个步骤中可从100∶1降低至95∶1至90∶1和之后至85∶1。在一个实施例中，以约0.1sccm/L和约5sccm/L之间诸如约0.97sccm/L的流速提供硅烷气体。以约10sccm/L和约200sccm/L之间诸如约80sccm/L和约105sccm/L之间的流速提供氢气。在示例性实施例中，其中沉积具有多个步骤，诸如四个步骤，在第一步骤中氢气流可始于97sccm/L，在之后的工艺步骤中分别逐渐降低至约92sccm/L、88sccm/L和83sccm/L。在约1Torr和约100Torr之间、例如约3Torr和约20Torr之间、诸如约4Torr和约12Torr之间、诸如约9Torr的室压力下施加约300mW/cm2或以上诸如约490mW/cm2的RF功率会导致以约
Figure BPA00001373284900064
或以上诸如
Figure BPA00001373284900065
的速度沉积本征型微晶硅层。
通常通过掺杂的半导体层诸如掺杂有p型或n型掺杂剂的硅层提供电荷收集。P型掺杂剂通常是诸如硼或铝这样的III族元素。N型掺杂剂通常是诸如磷、砷或锑这样的V族元素。大部分实施例中，硼被用作p型掺杂剂，而磷被用作n型掺杂剂。通过在反应混合物中包括含硼或含磷化合物，可将这些掺杂剂添加到上述层中。合适的硼和磷化合物通常包括取代的和未取代的较低的硼烷和磷化氢(phosphine)的低聚物。一些合适的硼化合物包括三甲基硼(B(CH3)3或TMB)、乙硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)和三乙基硼(B(C2H5)3或TEB)。磷化氢是最常见的磷化合物。掺杂剂一般与诸如氢、氦、氩和其他合适气体这样的载气提供。如果氢被用作载气，则将增加反应混合物中氢的总数。由此氢的比率将包括对于掺杂剂用作载气的氢。
通常提供掺杂剂作为惰性气体中的稀释气体混合物。例如，在载气中以约0.5％的摩尔或体积浓度提供掺杂剂。如果在以1.0sccm/L速度流动的载气中以0.5％的体积浓度提供掺杂剂，则最终的掺杂剂流速为0.005sccm/L。根据所需的掺杂等级，可以约0.0002sccm/L和约0.1sccm/L之间的流速将掺杂剂提供到反应室中。通常，掺杂剂浓度保持在约1018原子/cm2和约1020原子/cm2之间。
可通过以约200∶1或以上诸如1000∶1或以下，例如在约250∶1和约800∶1之间，且进一步的实例中为约601∶1或约401∶1的氢和硅烷的比率提供氢气和硅烷气体的气体混合物来沉积p型微晶硅层。可以约0.1sccm/L和约0.8sccm/L之间、诸如约0.2sccm/L和约0.38sccm/L之间的流速提供硅烷气体。可以约60sccm/L和约500sccm/L之间诸如约143sccm/L的流速提供氢气。可以约0.0002sccm/L和0.0016sccm/L之间诸如约0.00115sccm/L的流速提供TMB。如果在载气中以0.5％摩尔或体积浓度提供TMB，则可以约0.04sccm/L和约0.32sccm/L诸如约0.23sccm/L的流速提供掺杂剂/载气混合物。对于微晶硅层，室压力在约1Torr和约100Torr之间，诸如约3Torr和约20Torr之间，例如在4Torr和约12Torr之间，诸如约7Torr或约9Torr下，施加约50mW/cm2和约700mW/cm2之间诸如约290mW/cm2和约440mW/cm2之间的RF功率将沉积具有结晶分数在约20百分比至约80百分比之间诸如在50百分比和约70百分比之间的p型微晶层，沉积速度为约
Figure BPA00001373284900071
或以上诸如约
Figure BPA00001373284900072
或以上。
可通过提供约20∶1或以下比率的氢气和硅烷气体的气体混合物沉积p型非晶硅层。可以约1sccm/L和约10sccm/L之间的流速提供硅烷气体。可以约5sccm/L和60sccm/L之间的流速提供氢气。可以约0.005sccm/L和约0.05sccm/L之间的流速提供三甲基硼。如果在载气中以0.5％摩尔或体积浓度提供三甲基硼，则可以约1sccm/L和约10sccm/L之间的流速提供掺杂剂/载气混合物。在约0.1Torr和20Torr之间，优选在约1Torr和约4Torr之间的室压力下，施加约15mW/cm2和约200mW/cm2之间的RF功率将以约
Figure BPA00001373284900081
或更高的速度沉积p型非晶硅层。
可通过提供约100∶1或以上，诸如约500∶1或以下，诸如在约150∶1和约400∶1之间，例如约304∶1或约203∶1的比率的氢气和硅烷气体的气体混合物沉积n型微晶硅层110。可以约0.1sccm/L和约0.8sccm/L之间诸如约0.32sccm/L和约0.45sccm/L之间，例如约0.35sccm/L的流速提供硅烷气体。可以约30sccm/L和约250sccm/L之间，诸如约68sccm/L和约143sccm/L之间，例如约71.43sccm/L的流速提供氢气。可以约0.0005sccm/L和约0.006sccm/L之间，诸如约0.0025sccm/L和约0.015sccm/L之间，例如约0.005sccm/L的流速提供磷化氢。换句话说，如果在载气中以0.5％摩尔或体积浓度提供磷化氢，则可以约0.1sccm/L和约5sccm/L之间，诸如约0.5sccm/L和约3sccm/L之间，例如约0.9sccm/L和约1.088sccm/L之间的流速提供掺杂剂/载气。在约1Torr和100Torr之间，优选在约3Torr和约20Torr之间，更优选在4Torr和约12Torr之间，例如约6Torr或约9Torr的室压力下，施加约100mW/cm2和约900mW/cm2之间，诸如约370mW/cm2的RF功率将以约
Figure BPA00001373284900082
或以上诸如约
Figure BPA00001373284900083
或以上的速度沉积具有在约20百分比和约80百分比之间、例如在50百分比和约70百分比之间的晶体分数的n型微晶硅层。
可通过提供约20∶1或以下诸如约5∶5∶1或7∶8∶1的比率(体积)的氢气和硅烷气体的气体混合物沉积n型非晶硅层。可以约0.1sccm/L和约10sccm/L之间，诸如约1sccm/L和约10sccm/L之间，约0.1sccm/L和约5sccm/L之间，或者约0.5sccm/L和约3sccm/L之间，例如约1.42sccm/L或5.5sccm/L的流速提供硅烷气体。可以约1sccm/L和约40sccm/L之间，诸如约4sccm/L和约40sccm/L之间，或约1sccm/L和约10sccm/L，例如约6.42sccm/L或约27sccm/L的流速提供氢气。可以约0.0005sccm/L和约0.075sccm/L之间，诸如约0.0005sccm/L和约0.0015sccm/L之间或者约0.015sccm/L和约0.03sccm/L之间，例如约0.0095sccm/L或约0.023sccm/L的流速提供磷化氢。如果在载气中以0.5％摩尔或体积浓度提供磷化氢，则可以约0.1sccm/L和约15sccm/L之间，诸如约0.1sccm/L和约3sccm/L之间，约2sccm/L和约15sccm/L之间，或约3sccm/L和约6sccm/L之间，例如约1.9sccm/L或约4.71sccm/L的流速提供掺杂剂/载气混合物。在约0.1Torr和20Torr之间，优选在约0.5Torr和约4Torr之间，诸如约1.5Torr的室压力下，施加约25mW/cm2和约250mW/cm2之间，诸如约60mW/cm2或约80mW/cm2的RF功率将以约
Figure BPA00001373284900091
或以上，诸如约或以上，诸如约或约
Figure BPA00001373284900094
的速度沉积n型非晶硅层。
在一些实施例中，可通过以高流速例如上述配方的前半部中的流速供应掺杂剂化合物对各层进行重掺杂或者简并掺杂。认为简并掺杂通过提供低阻接触结改善了电荷收集。也认为简并掺杂改善了诸如非晶层的某些层的导电性。
在一些实施例中，也可使用硅与诸如氧、碳、氮和锗这样的其他元素的合金。可通过使用每一个元素的源增补反应气体混合物而将这些其他元素添加到硅膜中。例如，通过添加诸如甲烷(CH4)这样的碳源至气体混合物而将碳添加到膜中。通常，大部分C1-C4碳氢化合物都可用作碳源。可选地，本领域中公知的诸如有机硅烷、有机硅氧烷、有机硅醇和类似物这样的有机硅化合物可用作硅源和碳源。诸如锗烷和有机锗烷之类的锗化合物连同诸如甲硅烷基锗烷或甲锗烷基硅烷之类的包括硅和锗的化合物可用作锗源。氧气(O2)可用作氧源。其他氧源包括但不限于氮氧化物(一氧化二氮N2O、氧化一氮NO、三氧化二氮N2O3、二氧化氮NO2、四氧化二氮N2O4、五氧化二氮N2O5和三氧化氮NO3)、过氧化氢(H2O2)、一氧化碳或二氧化碳(CO或CO2)、臭氧(O3)、氧原子、氧基和醇(ROH，这里R是任何有机或异有机基团)。氮源可包括氮气(N2)、氨(NH3)、联氨(N2H2)、胺((RxNR’)3-x，这里x是0至3，R和R’中每一个都是独立的任何有机或异有机基团)、酰胺((RCO)xNR’3-X，这里X是0至3，并且R和R’中每一个都是独立的任何有机或异有机基团)、酰亚胺(RCONCOR′，这里x是0至3且R和R′中的每一个都是独立的任何有机或异有机基团)、烯胺(R1R2C＝CR3NR4R5，这里R1-R5都是独立的任何有机或异有机基团)和氮原子及氮基。
本发明的实施例也提供了用于形成结晶硅基太阳能电池的方法，该结晶硅基太阳能电池通常通过在结晶硅基板上沉积一个或多个掺杂硅层、钝化层、抗反射涂覆(ARC)层和/或金属化层形成。由此，在结晶太阳能电池形成工艺的不同阶段，本发明的实施例可用于从结晶太阳能电池基板表面连同其他杂质一起去除氧化物层。例如，本发明的实施例可有利于在于基板上形成一个或多个层诸如非晶硅层、结晶硅层、高质量钝化层或抗反射涂覆层之前从结晶硅基板去除氧化物。在另一实例中，希望在形成用于在其上形成部分的异质结太阳能电池器件的一个或多个层之前清洁结晶硅基板表面。用于在结晶硅基板上形成各层的层形成工艺通常与上述工艺相似。从本发明获益的结晶太阳能电池基板包括但不限于具有一部分的太阳能电池器件有源区的基板，该太阳能电池器件由可用于将太阳光转换成电力的单晶硅、多晶体硅、多晶硅或者其他相似基板材料形成。
应当注意，在很多实施例，预清洁工艺可用于为沉积上述层而准备基板和/或反应室。通过以约10sccm/L和约45sccm/L之间，诸如约15sccm/L和约40sccm/L，例如约20sccm/L和约36sccm/L的速度，将氢气或氩气供应到处理室执行氢或氩等离子体的预处理工艺以自基板和/或室壁去除污染物。在一个实例中，可以约21sccm/L供应氢气或以约36sccm/L供应氩气。通过施加约10mW/cm2和约250mW/cm2之间，诸如约25mW/cm2和约250mW/cm2之间，例如约60mW/cm2或约80mW/cm2的RF功率用于氢处理和约25mW/cm2的RF功率用于氩处理，来完成处理。在很多实施例中，有利的是在沉积p型非晶硅层之前执行氩等离子体预处理工艺，和在沉积其他类型的各层之前执行氢等离子体预处理工艺。
干法清洁太阳能电池层
可使用干法清洁工艺清洁其上形成有原生层的太阳能电池层。通常，在远离基板的位置对含氮和氟的气体施加离解能量以形成带中性带电的活性物种诸如基团。带中性带电的活性物种被导向到基板，与基板表面反应以形成膜，且对该基板热处理以去除该膜。
图1A是总结根据本发明一个实施例的方法100的流程图。图1B-1D是方法100各步骤的太阳能电池基板150的示意性截面图。在步骤110中在太阳能电池基板160上形成太阳能电池结层170。层170可是上述任一层。在很多实施例中，在自一个处理位置向另一个转移期间，在太阳能电池基板中的沉积层将获得诸如原生氧化物层这样的原生层175。在很多实施例中，在形成太阳能电池结的最后层诸如p型或n型掺杂层之后将发生这种情况。在其他实施例中，在形成一个或多个导体层之前诸如形成了重掺杂或简并掺杂p型层之后会发生这种情况。应当注意，虽然本文描述的本发明的各实施例关于清洁诸如层170这样的沉积层的表面来讨论，但是由于可在太阳电池形成工艺的任何阶段使用本文描述的该装置和清洁工艺而不脱离本文描述的本发明的基本范围，因此该结构不限制本发明的范围。在一个实例中，本文描述的工艺用于在于其上沉积层170之前制备诸如结晶硅基板这样的基板160的表面。
在处理室中的基板支架上设置基板之后，在步骤120中将原生层175暴露到反应气体以在该原生层175上形成薄膜180。反应气体包括氮、氟和氢。在一些实施例中，反应气体包括含有氮、氟或两者都包括的中性基，且将其提供到其中设置有基板的处理室中和将其导向至基板。该薄膜通常包括通过使中性基与自原生层175的氧反应而形成的固体化合物。
在步骤130中，对薄膜180热处理以将其从层170去除。在一些实施例中，热处理可以是退火工艺。薄膜自层170升华，带走氧和其他杂质，且之后留下以氢封端的层190。在一些实施例中，在步骤130的热处理之后，层190也可具有氟，诸如微量氟原子。
现在将描述在处理室中执行的用于使用氨(NH3)和三氟化氮(NF3)气体混合物去除基板表面上的原生氧化物的示例性反应清洁工艺。反应清洁工艺始于将基板设置到处理室中。在处理期间，可将基板冷却到约65℃以下诸如在约15℃和约50℃之间。在另一实例中，可将基板保持在约22℃和约40℃之间的温度下诸如约35℃。通常，将基板支架保持在约22℃以下以达到所需的基板温度。在一些实施例中，有利的是在薄膜的形成期间将基板温度保持在室壁温度以下，以防止反应气体的反应物种在室壁上冷凝。
包括氨气和三氟化氮气体的前驱物气体混合物被引入到干法蚀刻室中以形成清洁气体混合物。被引入到室中的每种气体的量都是可变的且可被调整成例如适应待去除的氧化物层厚度、正进行清洁的基板几何形状、反应气体混合物的容量以及室主体的容量。在一个方面，添加气体以提供氨气与三氟化氮摩尔比至少为1∶1的前驱物气体混合物。在另一方面，气体混合物的摩尔比至少为约3至约1(氨比三氟化氮)。优选地，以约1∶1(氨比三氟化氮)和约30∶1之间、更优选地约5∶1(氨比三氟化氮)和约30∶1之间的摩尔比将气体引入到干法蚀刻室中。更优选地，气体混合物的摩尔比在约5∶1(氨比三氟化氮)和约10∶1之间。气体混合物的摩尔比也可落在约10∶1(氨比三氟化氮)和约20∶1之间。在一个示例性实施例中，氨和三氟化氮以约5∶1的体积比提供到室中。替换地，在反应清洁工艺期间可使用优选摩尔比的预先混合前驱物气体混合物。
也可将净化气体或载气添加到前驱物气体混合物中。可使用任何合适的净化气体/载气诸如氩、氦、氢、氮、混合气体(forming gas)或其混合物。通常，在前驱物气体混合物中氨和三氟化氮的体积分数(volume fraction)在从约0.05％至约20％的范围内。剩余的前驱物气体混合物可以是载气。在一个实施例中，在反应气体之前，净化气体或载气首先被引入到室主体中以稳定室主体内的压力。
在室主体内的操作压力可变化。该压力可保持在从约500mTorr至约30Torr的范围内，优选从约1Torr至约10Torr，且更优选从约3Torr至约6Torr，诸如约3Torr。将离解能量(dissociative energy)施加到前驱物气体混合物以形成反应气体混合物。可施加从约5瓦至约600瓦范围内的RF功率以点燃等离子体腔内前驱物气体混合物的等离子体。优选地，RF功率低于约100瓦，更优选的是施加功率的频率非常低诸如低于约100kHz，且更优选地在从约50kHz至约90kHz的范围内。在大部分实施例中，以约和约
Figure BPA00001373284900122
诸如约
Figure BPA00001373284900123
的速度蚀刻基板表面(即转换为退火前驱物的薄膜)。
等离子体能量将氨和三氟化氮气离解成反应物种，其组合在一起以形成将与基板表面反应的高反应性的氟化铵(NH4F)化合物和/或氟化氢铵(NH4F-HF)。气体离解以形成带电荷和不带电荷的反应物种，且带电荷的物种复合以产生不带电荷的反应物种。在一个实施例中，反应气体混合物包括氮、氟和氢，且没有电荷。在一个实施例中，以足以中和反应气体中至少约90％带电荷活性物种的任意间隔，通过将离解能量施加到前驱物气体混合物所形成的反应气体混合物流入到处理室。在其他实施例中，至少约99％的带电荷活性物种被中和。在一个实施例中，首先将载气引入到干法蚀刻室中，产生载气的等离子体，然后将反应气体、氨和三氟化氮添加到等离子体中。
不希望受理论限制，相信蚀刻气体NH4F和/或NH4F-HF与原生氧化物表面反应以形成六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)、氨和水，同时释放氧气。氨和水在处理条件下是蒸汽并通过附接到室的真空泵从室中去除。在基板表面上留下六氟硅酸铵薄膜。
在退火工艺期间可去除在基板表面上的六氟硅酸铵薄膜以暴露出下部基板表面。处理室幅射热量以将六氟硅酸铵薄膜分解或升华为挥发性的SiF4、NH3和HF产物。然后通过附接到该系统的真空泵从室中去除这些挥发性产物。在一个实例中，使用约75℃或更高的基板温度以从基板有效升华且去除薄膜。优选地，使用约100℃或更高的温度，诸如在约115℃至约300℃的范围内的温度，例如约120℃的温度。较高温度促进较快升华。在一个实施例中，加热气体分配板至约180℃的温度且该气体分配板与基板间隔约100密耳以退火基板。一旦膜已从基板去除，则在移除清洁的基板之前净化和排空该室。在退火工艺期间，根据实施例，基板可保持在真空状态、或者可暴露到氢气。薄膜的去除使氧从基板表面去除并在基板表面上沉积了氢、氟或两者。
在一些实施例中，可在与其上沉积有清洁膜的一侧相对的基板侧上执行退火工艺。举例来说，如果基板第一侧经历上述的中性基干法清洁工艺，其中薄膜形成在第一侧上，那么可加热与第一侧相对的基板第二侧，以执行退火工艺。通过当升华第一侧上的薄膜时促进层中的扩散和晶格排序，自第二侧退火可改善经历清洁的层的结晶度。
在一些实施例中，有利的是用氢(H2)补充工艺气体。添加氢到工艺气体中促进反应气体氢基和氟化氢的浓度。在反应混合物中存在这两种物种将蚀刻部分的掺杂硅层，同时氟化铵物种在基板表面上形成六氟硅酸盐。如果实施例需要，这可改善清洁，并且也可实现从基板的表面单层去除掺杂剂。通过促进两层之间的界面处电特性的平滑过渡，从基板表面单层去除掺杂剂在某些实施例中会是有益的。在一些实施例中，在清洁工艺期间，在约0.1和约1.0之间的H2∶NH3摩尔比可用于促进表面的适度(modest)蚀刻，较高摩尔比将导致更多或更快蚀刻。反应气体混合物中氢与氨的摩尔比控制气体蚀刻掺杂硅层对氧化硅层的选择性。增加氢与氨的摩尔比导致相对于氧化层较快的蚀刻掺杂层，和反之亦然。由于氢在反应气体混合物中形成蚀刻未掺杂硅层的HF，因此添加氢也可允许相对于氧化物选择性蚀刻未掺杂硅层。
在一些实施例中氮和氢气可代替氨。在被离解时，氮和氢可结合以形成上述的铵基。提供摩尔比为约3∶1的氢和氮将接近某一压力和功率等级下氨的效果。根据实施例改变该摩尔比将具有有利的附带效果(side-effect)。例如，当清洁掺杂的或者重掺杂的表面时，通过提供更多的氢基以去除掺杂剂，较高比例的氢会改善掺杂表面的蚀刻速度。
本文描述的工艺可有利地用于在各制造阶段清洁结晶或者薄膜太阳能电池的表面。在一些实施例中，被清洁的层可以是形成太阳能电池的一部分的p-i-n结层，诸如p型掺杂硅层、本征硅层或者n型掺杂硅层。例如，可根据本文描述的实施例，在串联薄膜太阳能电池器件中形成第二p-i-n结之前可处理第一p-i-n结中的最后一层。此外，在形成钝化层之前可清洁重掺杂的p型层或者简并掺杂的p型层。相信以氢封端的重掺杂的p型层和清洁之后的微量氟有助于钝化层的形成。
装置
可使用诸如从位于Santa Clara，California的应用材料公司获得的SICONITM室的真空室执行选择性蚀刻工艺。图2是根据本发明一个实施例的处理室200的部分截面图。该实施例中，处理室200包括设置在室主体209上端上的盖组件200，和至少部分设置在室主体209内部的支撑组件211。处理室200和相关硬件优选由一种或多种工艺兼容材料例如诸如铝、阳极化铝、镀镍铝、镀镍铝6061-T6、不锈钢以及其组合以及合金形成。
室主体209包括形成在其侧壁中的狭缝阀开口205以提供处理室200内部的入口。狭缝阀开口205选择性打开和关闭以允许通过合适的基板装卸机器人(未示出)进出室主体209内部。在一个实施例中，可通过狭缝阀开口205将基板传送进出处理室200至相邻的传送室和/或装载锁定室，或者组合工具(cluster tool)中的另一室。
在一个或多个实施例中，室主体209包括形成于其中的通道(channel)216，用于通过其流动导热流体。导热流体可以是加热流体或者冷却剂并且用于在处理和基板传送期间控制室主体209的温度。选择室主体209的温度以防止不希望的气体或副产物在室壁上冷凝。示例性的导热流体包括水、乙二醇或者其混合物。示例性导热流体还可包括氮气。
室主体209可进一步包括包围支撑组件211的衬垫204。衬垫204优选可拆卸，便于维修和清洁。衬垫204可由诸如铝这样的金属或者陶瓷材料制成。但是，衬垫204可为任一种工艺兼容的材料。衬垫204可经珠光喷砂以增加沉积于其上的任意材料的粘附性，从而防止导致污染处理室200的材料剥落。在一个或多个实施例中，衬垫204包括一个或多个孔径201和形成于其中的与真空系统流体连通的泵送通道202。孔径201提供气体进入泵送通道202的流动路径，该流动路径提供了处理室200内气体的出口。
真空系统可包括真空泵226和节流阀223以调节通过处理室200的气流。真空泵226耦合到设置在室主体209上的真空端口218，且因此与形成在衬垫204内部的泵送通道202流体连通。除非另外说明，术语“气体”和“多种气体”可互换使用，且指一种或多种前驱物、反应物、催化剂、载体、净化流体、清洁流体、其组合以及引入到室主体209中的任意其他流体。
在图2的实施例中，衬垫204包括上部228和下部229。与设置在室主体209侧壁上的狭缝阀开口205对准的孔径206形成在衬垫204内部以允许基板至/自室主体209进出。通常，泵送通道202形成在上部228内部。上部228还包括通过其形成的一个或多个孔径201，以提供用于气体进入到泵送通道202中的通路或流动路径。
孔径201允许泵送通道202与室主体209内部的处理区域203流体连通。处理区域203由盖组件250下表面和支撑组件211上表面限定，且被衬垫204包围。孔径201尺寸可为均匀的且在衬垫204附近均匀间隔。但是，可使用任意数量、位置、尺寸或形状的孔径，且这些设计参数中的每一个都可根据跨过基板接收表面的所需气体流动图形变化，如下文将更详细讨论的。此外，孔径201的尺寸、数量和位置可被配置成实现排出处理室200的气流均匀。而且，孔径尺寸和位置可被配置成提供快速的或者容量大的泵送，从而利于从室200快速排除气体。例如，紧靠真空端口218的孔径201的数量和尺寸可小于远离真空端口218设置的孔径201的尺寸。
衬垫204的下部229包括设置于其中的流动路径或者真空通道231。真空通道231与上述的真空系统流体连通。真空通道231也经由形成在衬垫204外径中并连接真空通道231和泵送通道202的凹槽或端口(图2的截面图中未示出)与泵送通道202流体连通。通常，两个这种入口(portal)形成在上部228和下部229之间的衬垫204的外径中。该入口提供泵送通道202和真空通道231之间的流动路径。每个入口的尺寸和位置是设计的问题，且可通过所需膜的化学计量、正形成的器件的几何形状、处理室200的容量以及耦合至其的真空系统的性能确定。通常，可将这些入口彼此相对布置或者与衬垫204外径相隔180度。
操作中，排出处理室200的一种或多种气体流过贯穿衬垫204上部228形成的孔径201进入到泵送通道202。然后气体流入到泵送通道202并进入到真空通道231。气体经由真空端口218排出真空通道231进入到真空泵226。
支撑组件211部分地设置在室主体209内部并定位用于处理的基板。包括支撑构件217的支撑组件211通过由波纹管(bellow)224密封的轴杆(shaft)222升高和降低。室主体209包括形成在其侧壁中的狭缝阀开口205，以提供至处理室200内部的入口。狭缝阀开口205选择性打开和关闭，以允许通过基板装卸机器人(未示出)进出室主体209内部。在一个实施例中，可经由狭缝阀开口205传送基板进出处理室200至相邻的传送室和/或装载锁定室(未示出)，或者组合工具中的另一室。示意性的组合工具包括但不限于从位于California的Santa Clara的应用材料(Applied Materials)有限公司获得的PRODUCER
Figure BPA00001373284900161
、CENTURA
Figure BPA00001373284900162
、ENDURA
Figure BPA00001373284900163
和ENDURA SLTM平台。
室主体209还包括形成于其中的通道216，用于通过其流动导热流体。导热流体可为加热流体或者冷却剂，且用于在处理和基板传送期间控制室主体209的温度。选择室主体209的温度以防止不希望的气体或副产物冷凝在室壁上。示例性的导热流体包括水、乙二醇或其混合物。示例性的导热流体也可包括氮气。
室主体209还包括衬垫204，其包围支撑组件211并可拆卸，以便于维修和清洁。衬垫204优选由诸如铝这样的金属或陶瓷材料制成。但是，在工艺期间可使用兼容的其他材料。衬垫204可经珠光喷砂以增加沉积于其上的任意材料的粘附性，从而防止导致污染处理室200的材料剥落。衬垫204通常包括一个或多个孔径201和形成于其中的与真空系统流体连通的泵送通道202。孔径201提供气体进入泵送通道202的流动路径，且泵送通道提供通过衬垫204的流动路径，因此气体能够排出处理室200。
真空系统可包括真空泵226和节流阀223以调节处理室200内部的气流。真空泵226耦接到设置在室主体209上的真空端口218，且与形成在衬垫204内部的泵送通道202流体连通。通过节流阀223选择性隔离真空泵226和室主体209以调整处理室200内部的气流。除非另外说明，术语“气体”和“多种气体”可互换使用，且指一种或多种前驱物、反应物、催化剂、载体、净化流体、清洁流体、其组合以及引入到室主体209中的任意其他流体。
盖组件250包括至少两个堆叠部件，其被配置成在其间形成等离子体空间或者空腔。在一个或多个实施例中，盖组件250包括设置在第二电极232(“下电极”)垂直上方的第一电极210(“上电极”)，在其间限制出等离子体空间或空腔225。第一电极210连接到诸如RF电源这样的电源215，并且第二电极232连接至地，在两个电极210、232之间形成电容。
在一个或多个实施例中，盖组件250包括一个或多个气体入口(仅示出一个)，该一个或多个气体入口至少部分形成在第一电极210的上部213中。一种或多种工艺气体经由一个或多个气体入口212进入盖组件250。一个或多个气体入口212在其第一端与等离子体空腔225流体连通且在其第二端耦接至一个或多个上游气体源和/或其他气体传送部件诸如气体混合器。一个或多个气体入口212的第一端可向膨胀部分(expanding section)220内径230最上部点处的等离子体空腔225开放。相似地，一个或多个气体入口212的第一端沿着膨胀部分220的内径230以任意高度间隔向等离子体空腔225开放。尽管未示出，可将两个气体入口212设置在膨胀部分220的相对侧上，以产生回旋流图形或者“涡流”到膨胀部分220中，这有助于在等离子体空腔225内部混合气体。
在一个或多个实施例中，第一电极210具有膨胀部分220，其容纳等离子体空腔225。膨胀部分220与上述的气体入口212流体连通。在一个或多个实施例中，膨胀部分220为环形构件，其具有从其上部220A至其下部220B逐步增加的内表面或者直径230。这样，在第一电极210和第二电极232之间的距离可变。该变化的距离有助于控制在等离子体空腔225内部产生的等离子体的形成和稳定。
在一个或多个实施例中，膨胀部分220类似于圆锥或者“漏斗”。在一个或多个实施例中，膨胀部分220的内表面230自膨胀部分220的上部220A至下部220B逐步倾斜。内径230的斜率或者角度可根据工艺需求和/或工艺限制而变化。膨胀部分220的长度或高度也可根据特定的工艺需求和/或限制变化。在一个或多个实施例中，内径230的斜率(slope)或者膨胀部分220的高度或者两者都可根据处理所需的等离子体体积而变化。例如，内径230的斜率可至少为1∶1，或者至少1.5∶1，或者至少2∶1，或者至少3∶1，或者至少4∶1，或者至少5∶1，或者至少10∶1。在一个或多个实施例中，内径230的斜率可从低的2∶1至高的20∶1。
在一个或多个实施例中，尽管图中未示出，膨胀部分220可弯曲或者为弧状。例如，膨胀部分220的内表面230可弯曲或为弧状，以凸起或凹进。在一个或多个实施例中，膨胀部分220的内表面230可具有多个部分，其每一个都是倾斜的、渐缩的(tapered)、凸起的或凹进的。
如上所述，由于第一电极210内表面230逐步增加，因此第一电极210的膨胀部分220改变第一电极210和第二电极232之间的垂直距离。可变距离直接与等离子体空腔225内部的功率等级相关。不希望受理论限制，在两个电极210、232之间的距离变化允许等离子体找到必要的功率等级，从而如果不是遍及整个等离子体空腔225，也将其自身保持在等离子体空腔225的某些部分内。因此在等离子体空腔225内部的等离子体较少依赖于压力，从而允许在较宽的操作窗口内产生和保持等离子体。这样，可在盖组件250内部形成更强可重复性且更可靠的等离子体。
第一电极210可由任何工艺兼容材料，诸如铝、阳极氧化铝、镀镍铝、镀镍铝6061-T6、不锈钢以及其组合和合金构造。在一个或多个实施例中，整个第一电极210或者其部分是镀镍的以减少不希望的颗粒形成。优选的，至少膨胀部分220的内表面230是镀镍的。
第二电极232可包括一个或多个堆叠板。当需要两个或更多个板时，该板可相互电性连通。每个板都应包括多个孔径或者气体通路(passage)，以允许一种或多种气体自等离子体空腔225流过。
盖组件250可进一步包括隔离环(isolator ring)240，以使第一电极210与第二电极232电隔离。隔离环240可由氧化铝或者任何其他绝缘的工艺兼容的材料制成。优选的，隔离环240包围或基本包围至少膨胀部分220。
第二电极232包括顶板260、分配板270和阻挡板(blocker plate)280。顶板260、分配板270和阻挡板280堆叠且被设置在盖缘(lid rim)290上，该盖缘290连接到室主体209。可使用铰链组件(未示出)耦合盖缘290至室主体209。盖缘290可包括嵌入的通道或通路292用于容纳导热介质。根据工艺需求，导热介质可用于加热、冷却或同时用于加热和冷却。示意性的导热介质在上文中列出。
在一个或多个实施例中，顶板260包括形成在等离子体空腔225下方的多个气体通道或孔径265，以允许气体自等离子体空腔225通过其流动。在一个或多个实施例中，顶板260可包括凹陷部分262，其适合于容纳至少一部分第一电极210。在一个或多个实施例中，孔径265通过凹陷部分262下方的顶板260的截面。顶板260的凹陷部分262是阶梯式(stair-stepped)的，以在其间提供更佳的密封安装。而且，顶板260的外径可被设计成安装在或者位于分配板270的外径上。诸如弹性o型环263这样的o型环密封可至少部分设置在顶板260的凹陷部分262中以确保与第一电极210流体密封(fluid-tight)接触。相似地，o型环密封266可用于提供顶板260外径和分配板270之间的流体密封接触。
在一个或多个实施例中，分配板270基本上为盘状且包括多个孔径275或者通道，以通过其分配气流。孔径275尺寸经设定并定位在分配板270周围以向室主体209提供可控且均匀的流体分布，待处理的基板设置在室主体中。而且，通过减慢和重新导向流动气体的速度分布以及均匀分配气流，孔径275防止气体直接撞击在基板表面上，以提供跨过基板表面均匀的气体分布。
分配板270也可包括形成在其外部周边的环形安装凸缘272。安装凸缘272的尺寸可经设定，以使其搁在盖缘290上表面上。诸如弹性o型环这样的O型环密封可至少部分设置在环形安装凸缘272内部以确保与盖缘290流体密封接触。
在一个或多个实施例中，分配板270包括一个或多个嵌入通道或者通路274用于容纳加热器或者加热流体以提供盖组件250的温度控制。与上述的盖组件250相似，电阻加热元件可插入到通道274中以加热分配板270。热偶可连接到分配板270以调节其温度。热偶可用在反馈回路中以控制施加到加热元件的电流，如上所述。
可选地，导热介质可通过通道274。如果需要的话，一个或多个通道274可含有冷却介质，以根据室主体209内部的工艺需求更好地控制分配板270的温度。如上所述，可使用诸如氮、水、乙二醇、或其混合物的任何导热介质。
在一个或多个实施例中，可使用一个或多个加热灯(未示出)加热盖组件250。通常，加热灯布置在分配板270上表面附近以通过幅射加热包括分配板270的盖组件250的部件。
阻挡板280是任选的且可设置在顶板260和分配板270之间。优选地，阻挡板280可移性(removably)安装在顶板260的下表面上。阻挡板280应与顶板260形成良好的热接触和电接触。在一个或多个实施例中，可使用螺栓或相似的紧固装置(fastener)将阻挡板280耦合到顶板260。也可将阻挡板280螺纹固定或螺丝固定到顶板260的外径上。
阻挡板280包括多个孔径285以提供自顶板260的多个气体通道至分配板270。孔径285的尺寸可经设定并定位在阻挡板280附近以自分配板270提供受控的且均匀的流体分配。
约束在等离子体空腔225内部的等离子体和约束的等离子体的中心位置允许离解气体均匀且可重复地分配到室主体209中。特别是，离开等离子体空腔225的气体流过顶板260的孔径265至阻挡板280的上表面。阻挡板280的孔径285分配气体至分配板270的背侧，这里，在接触室主体209内部的基板(未示出)之前，通过分配板270的孔径275进一步分配气体。相信，约束在等离子体空腔225中心的等离子体、和第一电极210与第二电极232之间的可变距离在盖组件250内产生稳定且可靠的等离子体。
支撑组件211可至少部分被设置在室主体209内部。支撑组件211可包括支撑构件217，以支撑基板(该图中未示出)，用于在室主体209内部处理。支架构件217可经由轴杆222耦合到升降机构227，该轴杆通过在室主体209底部表面中形成的位于中心的开口221延伸。升降机构227可通过波纹管224柔性密封到室主体209，该波纹管防止自轴杆222附近发生真空泄漏。升降机构227允许支撑构件217在室主体209内部在工艺位置和下部的传送位置之间垂直移动。传送位置位于形成于室主体209侧壁中的狭缝阀205开口的稍下方。
在一个或多个实施例中，支撑构件217具有平坦的圆形表面或者实质平坦的圆形表面，用于支撑与其上待处理的基板。支撑构件217优选由铝构成。支撑构件217包括可移顶板233，该可移顶板233可由一些其他材料制成，例如，诸如硅或陶瓷材料，以降低基板的背侧污染。
在一个或多个实施例中，支撑构件217或顶板233可包括布置在其上表面上的多个延伸物或波纹(dimple)(未示出)。如果不需要顶板233，则波纹可布置在支撑构件217的上表面上。如果需要最小接触，则波纹提供基板下表面和支撑组件211(即支撑构件217或者顶板233)的支撑表面之间的最小接触。
在一个或多个实施例中，可使用真空卡盘将基板(未示出)固定到支撑组件211。顶板233可包括与在支撑构件217中形成的一个或多个沟槽235流体连通的多个孔234。沟槽235经由设置在轴杆222和支撑构件217内的真空管道236与真空泵(未示出)流体连通。在某些条件下，当基板不设置在支撑构件217上时，真空管道236可用于将净化气体供应到支撑构件217的表面以防止沉积。在处理期间真空管道236也可通过净化气体，以防止反应气体或副产物接触基板的背侧。
在一个或多个实施例中，可使用静电卡盘将基板(未示出)固定到支撑构件217。在一个或多个实施例中，可通过诸如常规夹持环这样的机械夹具(未示出)将基板保持在支撑构件217上的适当位置。
优选地，可使用静电卡盘固定基板。静电卡盘通常至少包括包围电极(未示出)的介电材料，可位于支撑构件217的上表面上或者形成为支撑构件217的整体部分。卡盘的介电部分使卡盘电极与基板以及支撑组件211的剩余部分电绝缘。
在一个或多个实施例中，卡盘介质的周边(perimeter)可稍小于基板周边。换句话说，当定位在卡盘上时，即使基板与中心不对准，基板稍外伸出卡盘介质周边，也可使卡盘介质保持被基板完全覆盖。保证基板完全覆盖卡盘介质确保了基板遮挡卡盘不被暴露到室主体209内部的潜在侵蚀性或者破坏性的物质。
可通过分开的“卡盘”电源(未示出)供应用于操作静电卡盘的电压。卡盘电源的一个输出端连接到卡盘电极。其他外部端子通常电气接地，但是可选地可连接到支撑组件211的金属主体部分。在操作中，基板被定位成与介电部分接触，且直流电压施加在电极上以产生静电吸引力或偏置，以将基板粘附到支撑构件217的上表面上。
支撑构件217可包括贯穿其形成的一个或多个钻孔208，以容纳升降销(lift pin)207。每个升降销207通常由陶瓷或含陶瓷的材料构成，且用于基板装卸和传送。每个升降销207可滑动地安装到钻孔208内部。在一个方面，钻孔208与陶瓷套管对准以有助于自由滑动升降销207。升降销207通过啮合设置在室主体209内的环形升降环219而在其各自的钻孔208内可以移动。当升降环219处在上部位置时升降环219可移动以使升降销207的上表面可定位在支撑构件217的基板支撑表面上方。相反，当升降环219处于下部位置时，升降销207的上表面定位在支撑构件217的基板支撑表面下方。由此，当升降环219自任一个下部位置至上部位置移动时，每个升降销207的部分通过在支撑构件217中其各自的钻孔208。
当激活(activate)时，升降销207顶着基板的下表面，升高基板远离支撑构件217。相反，可去激活(deactivate)升降销207以降低基板，从而使得基板支撑在支撑构件217上。升降销207可包括放大的上部端或者圆锥头，以防止销207从支撑构件217掉落。也可利用其他销设计且对于本领域技术人员是非常公知的。
在一个实施例中，一个或多个升降销207包括设置于其上的涂层或贴附部件，其由不打滑或者高度摩擦的材料制成，以防止将基板支撑于其上时基板滑动。优选的材料是高温、聚合材料，其不会划伤或否则损坏基板背侧，这会在处理室200内部产生污染物。优选地，涂层或贴附部件是可从DuPont获得的KALREZTM涂层。
为了驱动升降环219，通常使用诸如常规气压缸(pneumatic cylinder)或者步进电机(未示出)这样的致动器。步进电机或者气缸驱动升降环219处于上部位置或下部位置，其转而驱动升降销207来升高或降低基板。在特定实施例中，通过间隔120度分布且从升降环219伸出的三个升降销207(该图中未示出)将基板(未示出)支撑在支撑构件217上。
支撑组件211可包括设置在支撑构件217附近的边缘环237。除了别的以外，边缘环237可由诸如陶瓷、石英、铝和钢的各种材料制成。在一个或多个实施例中，边缘环237是环形构件，其适合于覆盖支撑构件217的外部周边并保护支撑构件217不被沉积。边缘环237可定位在支撑构件217上或者与其相邻，以在支撑构件217的外径和边缘环237的内径之间形成环形净化气体通道238。环形净化气体通道238可与贯穿支撑构件217和轴杆222形成的净化气体管道239流体连通。优选地，净化气体管道239与净化气体供应(未示出)流体连通，以将净化气体提供到净化气体通道238。可单独或组合使用诸如氮、氩或氦的任意合适的净化气体。操作中，净化气体流过管道239进入到净化气体通道238，且到达设置在支撑构件217上的基板边缘附近。因此，与边缘环237协作的净化气体防止在基板边缘和/或背侧发生沉积。
支撑组件211的温度可通过经由嵌入在支撑构件217主体中的流体通道214循环的流体而受控。在一个或多个实施例中，流体通道214与通过支撑组件211的轴杆222设置的导热管道214流体连通。优选地，流体通道214设置在支撑构件217附近以提供至支撑构件217的基板接收表面的均匀导热。流体通道214和导热管道241可流动导热流体以加热或者冷却支撑构件217。可使用诸如水、氮、乙二醇或其混合物的任意合适的导热流体。支撑组件211可进一步包括嵌入的热偶(未示出)，用于监控支撑构件217的支撑表面温度。例如，来自热偶的信号可用在反馈回路中以控制通过流体通道214循环的流体温度或流速。
支撑构件217可在室主体209内部垂直移动以使得支撑构件217和盖组件250之间的距离可控。传感器(未示出)可提供关于室200内部支撑构件217位置的信息。
在操作中，支撑构件217可提升至接近盖组件250附近以控制被处理基板的温度。这样，可经由从分配板270发出的幅射加热基板，通过设置在通道274中的流体加热元件控制该分配板270。可选地，可使用通过升降环219激活的升降销207升高基板远离支撑构件217以紧密接近加热的盖组件250。集成
图3是适合于执行本发明实施例的基板处理系统300的平面图。适合于执行本文所述的一个或多个处理步骤和/或传送步骤的一种合适的处理系统是处理平台，诸如可从位于Santa Clara，CA的应用材料公司AKT部门获得的Gen.5、Gen.6或Gen.8.5处理平台。基板处理系统300通常包括传送室310，其经由装载锁定室302耦合到基板传送界面325。在一些实施例中，基板处理系统可具有多个传送室构造，其中两个或多个传送室可用于连接多个处理室和基板传送界面。该传送室310通常包含机器人311，其适合于在多个处理室(例如303-308)和装载锁定室(例如302)之间传送基板，该多个处理室的装载锁定室通常使用狭缝阀(未示出)选择性地密封耦合到传送室310的传送区域310C。每个狭缝阀通常被配置成选择性隔离每个处理室303-308中的处理区域和传送区域310C，且通常被设置成与处理室303-308和传送室310之间的界面相邻。在一个实施例中，传送室310被保持在真空条件下，以消除或者最小化在传送室310和单个处理室303-308之间的压力差，该传送室310和单个处理室303-308通常用于在真空条件下处理基板。在替换实施例中，传送室310和单个处理室303-308用于在清洁和惰性的大气压环境下处理基板。应当注意，由于这些构造细节可调整而不超出本文描述的本发明的基本范围，因此处理室(例如参考数字303-308)的数量和取向不意图限制本发明的范围。
图3的实施例包括基板处理系统300，其含有六个处理室(例如参考数字303-308)、装载锁定室302、和设置在传送室310的传送区域310C中的机器人311。在一种构造中，处理室303-308可选自由物理气相沉积(PVD)室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室、热线化学气相沉积(HWCVD)室、等离子体氮化室(DPN)、离子注入/掺杂室、原子层沉积(ALD)室、等离子体蚀刻室、激光退火室、快速热氧化/氮化(RTO/N)室、快速热退火(RTA)室、基板再定向室(例如取向改变室(flipping chamber))、蒸汽蚀刻室、混合气体或氢气退火炉、和/或等离子体清洁室组成的组。根据本发明的一个实施例，基板处理系统300包括第一处理室303和第二工艺模块308。在一个实施例中，第一处理室303被配置成沉积特定类型膜，第二工艺模块308被配置成在基板表面上形成不同类型膜。例如，第一处理室303可用于处理一种或多种含硅膜，第二工艺模块308可用于处理一种或多种含金属膜以形成高质量太阳能电池结。在一个实施例中，一个或多个工艺模块303-308可为低温工艺模块。例如，在第一工艺模块中可通过在低温下的中性基工艺清洁硅表面，然后在第二工艺模块中对其进行热处理，或者可沉积非晶硅层之后是氮化硅层(前者通过硅烷的热或者等离子体分解形成，后者通过硅烷和氨的热或等离子体分解形成)。
图3示出了适合于在处理系统300内部传送和处理多个太阳能电池基板的基板处理系统300的一个实施例，以下，太阳能电池基板是成组或成批量的基板“S”。图3是单个传送室类型处理系统的平面图，该处理系统适合于传送和处理定位在载具(carrier)301上的批量基板。在一个实施例中，在于处理系统300内对基板执行的各个传送和处理步骤期间载具301适合于支撑并保持基板。在该构造中，可同时传送、支撑、和处理多个基板，以改善系统产量，降低所需传送步骤数量，并改善与处理和形成太阳能电池器件相关的经营成本。
在处理系统300的一个实施例中，通过耦合装置302A和302B，装载锁定室302耦合到传送室310和基板传送界面325。通常，基板传送界面325含有诸如机器人322A、322B这样的一个或多个机器人，其适合于自从模块化传送器323接收基板且一次一个、或成组传送每个基板至传递位置(hand-off position)321中的所需位置，使得装载自动化装置309可移动基板进入到装载锁定室302。在一个实施例中，装载自动化装置309适合于通过机器人322A、322B定位将已经被定位在载具301上的批量基板定位到装载锁定室302内部。在一个实例中，装载锁定室302包括多个可隔离区域(未示出)，其允许多个载具301自从传送室或基板传送界面325无阻碍移动进和出装载锁定室302。在一些实施例中耦合装置(coupling)302A和302B可以是狭缝阀。
基板传送界面325也通常含有模块化传送器323，其适合于从太阳能电池生产线(fab)包含的各传送系统接收基板S。通常，模块化传送器323是一种内部装置传送系统，用于在设置于太阳能电池生产线中的各传送系统300之间传送太阳能电池基板S，以形成太阳能电池器件的各部分，或者传送来自设置在系统中的晶片盒或晶片堆叠的太阳能电池基板S。在一个实例中，模块化传送器323适合于传送太阳能电池基板S堆叠至接收区域324，该接收区域324被定位成允许在机器人322A、322B和模块化传送器323之间传送基板S。
在诸如上述系统这样的集成系统中，上述的干法清洁工艺的沉积和退火处理可在相同室或不同室中执行。例如，六氟硅酸铵膜可在约10℃和约50℃之间的低温下在清洁室中形成，并且基板移动到约200℃和约300之间的较高温度下的退火室或沉积室中以执行退火。然后可在相同沉积室中在清洁的基板表面上执行沉积工艺而不需移动基板。这种集成工艺避免了处理大基板时会发生的加热和冷却问题。
在一个实施例中，在集成的处理平台的一个室中的基板上形成第一层。然后将该基板移到干法清洁室中，其中如上所述形成的包括氮和氟的中性基被直接导向至基板以在该第一层上形成薄膜。如上所述形成薄膜在低温下进行，且从基板释放出氧。然后可将基板移动到高温室中用于退火，而不需破坏真空。在退火室中，将热量施加到基板以去除薄膜。然后将该基板移至沉积室以形成第二层而不需破坏真空。
这种工艺顺序可用在第一层是具有第一掺杂类型的太阳能电池结层和第二层是具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型的太阳能电池结层的实施例中。例如，第一层可是发射极层，第二层可是集电极层，或者反之亦然。在另一实施例中，第一层可是p型掺杂半导体层，第二层可是未掺杂半导体层。在另一实施例中，第一层可是n型掺杂半导体层，第二层可是p型掺杂半导体层。在另一实施例中，第一层可是重掺杂p型层，第二层可是钝化层。
在工艺顺序的另一实施例中，在于其上沉积交替掺杂的半导体层之前使用本文描述的步骤来清洁掺杂结晶硅基板的表面。在一个实例中，在于其上沉积n型掺杂半导体层之前清洁p型结晶硅基板的表面。在再一实施例中，在于结晶硅基板表面上形成或沉积包括氧化硅的钝化层之前通过使用本文描述的步骤来清洁掺杂的结晶硅基板表面。在又一实施例中，在于结晶硅基板表面上沉积包括氮化硅的抗反射涂覆层之前通过使用本文描述的步骤来清洁掺杂的结晶硅基板表面。在另一实施例中，在于结晶硅基板表面上沉积包括氧化锡(SnOx)、氧化锌(ZnOx)或者AZO层的透明导电金属氧化物层之前，通过使用本文描述的步骤来清洁掺杂的结晶硅基板表面。
HF蒸汽工艺
在另一干法清洁工艺实施例中，可使用HF蒸汽工艺清洁具有原生氧化物层或沉积氧化物层的基板。将基板定位在室中并且将工艺气体提供到室中。工艺气体通常包括无水HF蒸汽和水蒸汽。在一些实施例中，可使用醇以补充或者代替水蒸汽。在一些实施例中，也可提供载气。
用于HF蒸汽清洁工艺的工艺气体混合物通常具有约0.5至约10之间、例如约1.0和约3.0之间、例如约2.0的HF与氢氧基(OH)的摩尔比。可通过水蒸汽或者诸如甲醇、乙醇或者较低的二烯和硅醇这样的醇提供OH。极性OH基团催化HF和SiO2之间的酸基反应，产生SiF4和水。水和SiF4作为气体被去除，但是在蒸发之前水继续存留在基板表面上。存留的水催化进一步的HF/SiO2反应。
通常在处理室中在约10℃和约100℃之间、诸如约25℃的温度下、和在约3Torr和约760Torr(一个大气压)之间的压力下实施HF蒸汽清洁工艺。HF蒸汽清洁气体留下以氢封端的清洁硅表面，并避免了由使用RF等离子体导致的等离子体损伤。执行这种类型蒸汽清洁的室可集成到附接至传送室的组合室中，或者可为独立室。
虽然前述内容涉及到本发明的实施例，但是可设计出本发明的其他和进一步的实施例而不会脱离其基本范围。

Claims (15)

1.一种处理太阳能电池基板的层的方法，包括：
将太阳能电池基板设置在具有壁的处理室中的基板支架上；
提供包括中性基的反应气体混合物至处理室；
将反应气体混合物导向基板；
使中性基与来自基板的氧反应以在基板上形成薄膜；
在形成薄膜期间保持基板温度低于室壁温度；和
去除薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述反应气体混合物包括氮、氟和氢。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述反应气体混合物包括氮、氟和氢，且没有电荷。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述太阳能电池基板包括单晶硅、多晶体硅或者多晶硅。
5.如权利要求1所述的方法，其中去除薄膜包括从基板表面去除氧，并将氢、氟、或氢及氟两者沉积在基板表面上。
6.如权利要求1所述的方法，其中提供反应气体混合物包括形成带电荷的和不带电荷的反应物种，并使带电荷的反应物种发生复合以形成不带电荷的反应物种。
7.一种处理太阳能电池基板的方法，其包括：
将基板设置在处理室中的基板支架上；
提供前驱物气体混合物至活化室；
通过将离解能量施加到前驱物气体混合物来活化前驱物气体混合物以形成反应气体混合物；
以足以中和反应气体中至少90％带电荷活性物种的间隔将反应气体混合物流入到处理室；
将基板暴露到反应气体以释放出氧气同时在基板上形成薄膜；
冷却基板同时将所述基板暴露到反应气体；和
去除薄膜以形成暴露的基板表面，并且在所述暴露的基板表面上沉积氢、氟、或氢及氟两者，其中去除和沉积都是通过加热薄膜执行的。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述基板表面是p-i-n结层。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述基板表面包括p型掺杂剂。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述基板表面包括异质结太阳能电池的第一个电池。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述基板表面包括重掺杂p型层。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在氟化的暴露基板表面上方沉积钝化层。
13.一种处理太阳能电池基板的方法，包括：
在基板上形成第一层；
将太阳能电池基板设置在干法清洁室中；
将包括氮和氟的中性基导向至设置在干法清洁室中的基板上以在所述第一层上形成薄膜；
在不破坏真空的情况下，从干法清洁室移除基板至退火室；
通过将热施加到薄膜在退火室内去除薄膜；和
在基板上形成第二层。
14.如权利要求13的方法，其中所述第一层是n型掺杂半导体层并且所述第二层是p型掺杂半导体层。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一层是具有第一掺杂类型的p-i-n结层，并且所述第二层是具有不同于所述第一掺杂类型的第二掺杂类型的p-i-n结层。
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