CN102312204A - 溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法与装置，其中的装置包括一腔体、安装在腔体内的一溅镀枪、设置于溅镀枪上的一复合靶材以及一基材承载台。所述复合靶材包括一主靶材以及数个小锭，这些小锭的材料是高蒸气压材料，其是指在1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料。而基材承载台是相对上述复合靶材安装在腔体内。

Description

溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种溅镀装置与方法，且特别是涉及一种溅镀含高蒸气压材料(high vapor pressure material)的镀膜的装置与方法。

背景技术

真空溅镀法具有产品高品质及大面积的特性，因此已成为目前大尺寸太阳电池板最常采用的镀膜制作工艺。但是，溅镀过程中容易使得高蒸气压的成分逸散，且后续退火处理时也容易使高蒸气压的成分散失，造成薄膜成分各区域组成不均，进而影响产品品质。

因此在美国专利US 7,632,701B2提到解决方法，是采用化学方式，额外增加硒化及硫化处理。该专利虽可针对高蒸气成分通过扩散以弥补制作工艺中的散失。然而，多一道步骤就多一道风险。以HONDA公司推出的大面积铜铟镓硒(Copper indium gallium diselenide，CIGS)太阳电池为例，其是以H₂Se气体进行硒化，但是H₂Se本身具剧毒又易燃易爆，稍一不慎便酿成重大灾害，因此不利量产。

此外，因为溅镀靶材中含有高蒸气压成分时，容易在溅镀过程中因为温度因素逸散。致使膜的成份比例不准确，在膜结晶结构中形成空孔缺陷，从而造成材料性质不佳，进而影响产品品质。以半导体铜制作工艺为例，美国专利公开号20090166181A1有提到一种藉低蒸气压材料搭配稳定高蒸气压成分的化学方法，能避免高蒸气压成分的逸散。但是该专利所得到的铜镀膜会有杂质成分，而影响镀膜品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，可制作出无杂相以及精确成分比例的含高蒸气压材料的镀膜。

本发明另提供一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，可省去外加的填补制作工艺(如硒化或硫化之类的制作工艺)。

本发明提出一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，包括一腔体、安装在腔体内的一溅镀枪、设置于溅镀枪上的一复合靶材以及一基材承载台，其中上述复合靶材包括一主靶材以及数个小锭，这些小锭的材料是一高蒸气压材料，其是指在1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料。而基材承载台是相对上述复合靶材安装在腔体内。

在本发明的一实施例中，上述装置还包括一金属网格，设置在基材承载台与复合靶材之间。

本发明另提出一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，包括提供一溅镀设备，其内部包括一复合靶材。然后，利用上述复合靶材进行溅镀，以在一基材上形成一镀膜，之后对镀膜进行退火。上述复合靶材包括一主靶材以及数个小锭，这些小锭的材料是一高蒸气压材料，其是指在1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料。

在本发明的另一实施例中，在利用上述复合靶材进行溅镀之前，更包括在上述复合靶材与一基材承载台之间设置一金属网格。

在本发明的各实施例中，上述高蒸气压材料是选自包括镁(Mg)、锌(Zn)、锂(Li)、锡(Sn)、硒(Se)、硫(S)及铝(Al)等及其组合中的一种成分。

在本发明的各实施例中，上述复合靶材中的小锭是贴附在主靶材上。

在本发明的各实施例中，上述复合靶材中的小锭是镶在主靶材中。

在本发明的各实施例中，上述金属网格为平面结构或具多个凸部的结构，其中各凸部对应于各小锭的位置向基材承载台凸出。

基于上述，本发明的装置与方法因为能准确控制高蒸气压材料在镀膜中的比例，所以不需要另外增加一道填补制作工艺，也能制作出无杂相的含高蒸气压材料的镀膜。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1显示依照本发明的第一实施例的一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置的剖面示意图；

图2A与图2B分别显示第一实施例的不同类型的复合靶材的立体示意图；

图3A显示依照本发明的第二实施例的一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置的剖面示意图；

图3B是图3A的金属网格的上视图；

图4A是第二实施例的另一变形例的装置的剖面示意图；

图4B是图4A的金属网格的立体图；

图5是实验得到的组成份分析图。

主要元件符号说明

100：腔体

102：溅镀枪

104：复合靶材

106：基材承载台

108：主靶材

110：小锭

112：基材

300、400：金属网格

302、402：支架

404：凸部

具体实施方式

本发明所附附图是用以详细说明本发明的实施例，然而本发明可以许多不同形式来体现，不限于下列实施例。实际上提供这些实施例是为使本发明的揭露更详尽且完整，以便将本发明的范畴完全传达至所属技术领域中具有通常知识者。在附图中，为明确起见不按实际尺寸描绘各层以及区域的尺寸及相对尺寸。

在本文中，所谓的「高蒸气压材料」是指在约1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料。

图1显示依照本发明的第一实施例的一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置的剖面示意图。请参照图1，第一实施例的装置包括一腔体100、安装在腔体100内的一溅镀枪102、设置于溅镀枪102上的一复合靶材104以及一基材承载台106。复合靶材104包括一主靶材108以及数个小锭(pellet)110，这些小锭110的材料是高蒸气压材料，譬如选自包括镁(Mg)、锌(Zn)、锂(Li)、锡(Sn)、硒(Se)、硫(S)及铝(Al)等及其组合中的一种成分。上述主靶材108的材料则根据所需镀膜的成分而定；举例来说，如果镀膜的成分为铜铟镓硒(Copper indium gallium diselenide，CIGS)，则主靶材108的材料可以是铜铟镓硒或者铜铟镓。而基材承载台106是相对上述复合靶材104安装在腔体100内。

在第一实施例中，复合靶材104中的小锭110是贴附在主靶材108上，如图2A所示的立体图。另外，复合靶材104中的小锭110也可镶在主靶材108中，如图2B所示的立体图。至于小锭110的数量可依照所需镀膜的成分而定；小锭110或主靶材108的形状则可依照基材承载台106上的基材112而定，例如基材112是硅晶片的话，主靶材108的形状可以是圆形的，然本发明并不局限于此。

图3A显示依照本发明的第二实施例的一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来代表相同或类似的构件。

请参照图3A，第二实施例与第一实施例的差异在于，还有一个设置在基材承载台106与复合靶材104之间的金属网格(grid)300。由于金属网格300能让带电粒子不直接撞击基材112，所以能减少带电粒子轰击基材112造成镀膜的缺陷，进而改善镀膜的电性。在此情形下，感应电位会降低，连带减缓复合靶材104的小锭110的耗损。

在第二实施例中，这层金属网格300可直接架在溅镀枪102上，或者用像图3A另外用支架302放在腔体100内。金属网格300可为平面结构，其上视图如图3B所示。

另外，第二实施例中的金属网格也可有其他变形例，如图4A所示，其中用支架402放在腔体100内的金属网格400是具多个凸部404的结构，其立体图如图4B所示。其中，金属网格400的各个凸部404譬如对应于各个小锭110的位置向基材承载台106凸出，如此可使溅镀速率均一化。

根据上述第一与第二实施例的装置，本发明还提出一种溅镀方法，是利用上述装置进行溅镀，以在基材(如图1、图3A或图4A的112)上形成一镀膜后，再对所述镀膜进行退火。

经过以上制作工艺将能得到含有准确比例的高蒸气压材料的镀膜，以下列举一实验来验证本发明的功效。

实验

预定形成一层用于铜镓硒(CGS)太阳电池的CGS镀膜。首先，提供一个如图1的装置，然后用不同靶材进行溅镀，再对溅镀后的镀膜进行450℃退火。在实验中使用的靶材包括(1)一个直径3英寸的CuGaSe₂靶材、(2)一个直径3英寸的CuGaSe₂主靶材和一个直径1cm的Se小锭所构成的复合靶材、(3)一个直径3英寸的CuGaSe₂主靶材和3个直径1cm的Se小锭所构成的复合靶材。

退火后得到的镀膜由EDS光谱分析组成份如图5所示。由图5可知，Se含量随着小锭数量增加而增加。因此，可通过控制小锭数量轻易达到准确控制高蒸气压材料在镀膜中的比例。

以上实验是以CGS太阳电池为例子，所以本发明基本上适于太阳电池的制作；举例来说，上述含高蒸气压材料的镀膜可以是铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硒(CIS)、铜镓硒(CGS)、铜铟铝硒(CIAS)、铜铟镓硒硫(CIGASS)及铜锌锡硫(CuZnSnS₄)...等。本发明的装置与方法还能进一步应用在量子点太阳电池的制作，譬如将复合靶材中的小锭的材料以量子点材料取代。

另外，当本发明应用于半导体铜制作工艺时，含高蒸气压材料成分以是铝或锡等，用以辅助铜导线的附着性及降低电迁移率。

综上所述，本发明的装置与方法能在不增加填补制作工艺(如硒化或硫化处理等)的情况下，准确控制高蒸气压材料在镀膜中的比例，同时镀膜中不会有杂相产生，所以本发明能以最直接最经济的方法制作含高蒸气压材料的镀膜。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：所述装置至少包括：

腔体；

溅镀枪，安装在该腔体内；

复合靶材，设置于该溅镀枪上，其中该复合靶材包括一主靶材以及多数个小锭，该些小锭的材料是高蒸气压材料，其中该高蒸气压材料是在1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料；以及

基材承载台，相对该复合靶材安装在该腔体内。

2.如权利要求1所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：该高蒸气压材料是选自包括镁(Mg)、锌(Zn)、锂(Li)、锡(Sn)、硒(Se)、硫(S)、铝(Al)及其组合中的一种成分。

3.如权利要求1所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：该复合靶材中的该些小锭是贴附在该主靶材上。

4.如权利要求1所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：该复合靶材中的该些小锭是镶在该主靶材中。

5.如权利要求1所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：还包括一金属网格，设置在该基材承载台与该复合靶材之间。

6.如权利要求5所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：该金属网格为平面结构或具多个凸部的结构。

7.如权利要求6所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的装置，其特征在于：各该凸部对应于各该小锭的位置向该基材承载台凸出。

8.一种溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：所述方法包括：

提供一溅镀设备，其内部包括一复合靶材，该复合靶材包括一主靶材以及多数个小锭，该些小锭的材料是高蒸气压材料，其中该高蒸气压材料是在1000℃的蒸气压大于1×10^-9torr的材料；

利用该复合靶材进行溅镀，以在一基材上形成一镀膜；以及

对该镀膜进行退火。

9.如权利要求8所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：该高蒸气压材料是选自包括镁(Mg)、锌(Zn)、锂(Li)、锡(Sn)、硒(Se)、硫(S)、铝(A1)及其组合中的一种成分。

10.如权利要求8所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：该复合靶材中的该些小锭是贴附在该主靶材上。

11.如权利要求8所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：该复合靶材中的该些小锭是镶在该主靶材中。

12.如权利要求8所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：在利用该复合靶材进行该溅镀之前，还包括在该复合靶材与一基材承载台之间设置一金属网格。

13.如权利要求12所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：该金属网格为平面结构或具多个凸部的结构。

14.如权利要求13所述的溅镀含高蒸气压材料的镀膜的方法，其特征在于：各该凸部对应于各该小锭的位置向该基材承载台凸出。

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