CN103930970A - 用于内联化学气相沉积的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于制作器件的内联化学气相沉积方法和系统。该方法包括将网状或者分立衬底传输通过具有多个沉积模块的沉积室。在分别通过第一沉积模块，第二沉积模块和第三沉积模块期间，缓冲层，窗口层和透明导电层被沉积到该衬底上。有利地，在单一沉积室的共同真空环境中连续地执行用于产生缓冲层，窗口层和透明导电层的步骤并且消除了沉积缓冲层的传统化学浴沉积工艺的使用。该方法适于制造不同类型的器件，包括各种类型的太阳能电池，例如铜铟镓硒太阳能电池。

Description

用于内联化学气相沉积的方法和系统
相关申请
本申请要求序号为no.13/156,465，题为“Method and System for Inline Chemical Vapor Deposition”并且2011年6月9日提交的美国专利申请的较早申请日的权益，其是序号为no.12/767,112，题为“Inline Chemical Vapor Deposition System”并且2010年4月26日提交的美国专利申请的部分继续，其全部在此通过引用被并入。
技术领域
本发明总体上涉及用于化学气相沉积的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于网状衬底和分立元件衬底的内联处理的化学气相沉积系统。
背景技术
化学气相沉积（CVD）是用来将半导体，电介质，金属和其它薄膜沉积到衬底的表面上的工艺。在一个普通CVD技术中，每个在气相中的一个或多个前体分子被引入到包括衬底的处理室中。在衬底的表面处的这些前体气体的反应通过加入能量来启动或者加强。例如，可以通过增加表面温度或者通过将表面暴露到等离子体放电或紫外（UV）辐射源来加入能量。
由在气相中发生的CVD反应沉积的膜的质量明显取决于前体气流的均匀性。在衬底表面附近的非均匀气流可能产生令人不满意的膜均匀性并且由于在表面上的特征，例如台阶和通孔，可能导致遮蔽的人为产物（shadowing artifacts）。晶片和其它分立衬底的大量处理，和在卷对卷（roll-to-roll）沉积系统中的网状衬底的高速处理受到用于CVD处理的已知系统和方法的限制，并且通常基于材料利用率和其它因素而操作昂贵。
原子层沉积（ALD）是其中膜被沉积到衬底的表面上的另一技术。根据ALD工艺，第一前体气流被用来与表面反应以产生单层。第一前体气流被终止并且第二前体气流然后被用来产生另一单层。“脉冲”前体气体的这个两步顺序被重复多次直到在所需厚度的单一材料的薄膜被获得为止。在ALD工艺的其它型式中，依次使用多于两个前体气流以产生薄膜。可以在每个前体气流引入到反应室之前引入净化气体以确保前面的前体气体已经被去除，从而减少或者防止不需要的沉积副产品。尽管提供极好的厚度控制，在衬底的表面上生产交替的单层的ALD工艺是时间密集的并且大大限制了生产量。
发明内容
在一个方面中，本发明以制作器件的内联化学气相沉积方法为特征。该方法包括将衬底传输通过具有真空环境和第一沉积模块，第二沉积模块和第三沉积模块的沉积室。在将衬底传输通过第一沉积模块期间缓冲层被沉积到衬底上。在将衬底传输通过第二沉积模块期间窗口层被沉积到缓冲层上。在将衬底传输通过第三沉积模块期间透明导电层被沉积到窗口层上。
在另一方面中，本发明以制作器件的内联化学气相沉积方法为特征。该方法包括将具有金属层和吸收层的衬底以恒定的速率传输通过具有真空环境和第一沉积模块，第二沉积模块和第三沉积模块的沉积室。每个沉积模块包括至少一个沉积站，其具有包括第一前体口，一对第二前体口和一对抽运口的歧管。第一前体口被设置在第二前体口之间并且该对第二前体口被设置在抽运口之间。第一前体口和该对第二前体口被配置为分别地耦合到第一前体气体源和第二前体气体源。抽运口被配置为耦合到排放系统以排出第一和第二前体气体。该方法进一步包括在衬底传输通过第一沉积模块期间将缓冲层沉积到衬底上，在衬底传输通过第二沉积模块期间将窗口层沉积到缓冲层上，并且在衬底传输通过第三沉积模块期间将透明导电层沉积到窗口层上。
在又一方面中，本发明以包括沉积室，连续传输系统和第一，第二和第三沉积模块的内联化学气相沉积系统为特征。连续传输系统将衬底沿着路径传输通过沉积室。第一，第二和第三沉积模块被设置在沉积室内部的路径上。第一沉积模块具有至少一个沉积站以将缓冲层沉积到衬底上，第二沉积模块具有至少一个沉积站以将窗口层沉积到缓冲层上并且第三沉积模块具有至少一个沉积站以将透明导电层沉积到窗口层上。每个沉积模块包括具有歧管的至少一个沉积站。每个歧管包括第一前体口，一对第二前体口和一对抽运口。第一前体口被设置在第二前体口之间并且该对第二前体口被设置在抽运口之间。第一前体口和该对第二前体口被配置为分别地耦合到第一前体气体源和第二前体气体源。抽运口被配置为耦合到排放系统以排出第一和第二前体气体。
附图说明
可以通过参照下面结合附图的描述来更好地理解本发明的上面的和更多的优点，在附图中在不同的图中相似的数字表示相似的结构元件和特征。为清楚起见，在每个图中不是每个元件可以被标注。附图不必要按比例，而是将重点放在说明本发明的原理上。
图1是根据本发明的内联CVD系统的实施例的图示。
图2A图示出根据本发明的实施例传输经过沉积站的歧管的网状衬底。
图2B图示出根据本发明的另一实施例传输经过沉积站的歧管的网状衬底。
图2C图示出根据本发明的另一实施例传输经过沉积站的歧管的网状衬底。
图3A是根据本发明的实施例集成为单一结构的图1的沉积站的歧管的框图。
图3B是相对于在图3A中示出的前体口和泵口的网状衬底的俯视图。
图4A是根据本发明的集成沉积站模块的实施例的顶部透视图。
图4B是在图4A中示出的集成沉积站模块的底部透视图。
图4C是在图4A中示出的集成沉积站模块的剖视图。
图5是根据本发明的内联CVD系统的另一实施例的图示。
图6是可以使用根据本发明的内联CVD方法的实施例获得的器件结构的示例的图示。
图7是根据本发明的内联CVD系统的另一实施例的图示。
图8是根据本发明的内联CVD系统的另一实施例的图示。
图9是表示制作器件的内联CVD方法的实施例的流程图。
具体实施方式
可以以具有可操作结果的任何顺序来执行本发明的方法的步骤并且两个或更多个步骤可以被同时地执行，除非另外说明。而且，本发明的系统和方法可以包括以可操作的方式描述的实施例或者描述的实施例的组合中的任何一个。
本教导涉及用于反应气相处理例如CVD，MOCVD和卤化物气相外延（HVPE）工艺的系统和方法。在传统的半导体材料的反应气相处理中，半导体晶片被安装在反应室内部的载体中。气体分配喷射器被配置为面对载体。喷射器通常包括接收多个气体或者气体组合的气体入口。喷射器将气体或者气体组合引导到反应室。喷射器通常包括以使得前体气体能够尽可能地靠近每个晶片表面反应的方式布置的喷头装置以将反应过程的效率和在表面处的外延生长最大化。
一些气体分配喷射器包括护罩以在CVD工艺期间协助提供分层的气流。一个或多个载气可被用来协助产生和维持分层的气流。载气不与前体气体反应并且不会另外影响CVD工艺。通常的气体分配喷射器将前体气体从气体入口引导到在此晶片被处理的反应室的目标区域。例如，在一些MOCVD工艺中，气体分配喷射器将包括金属有机物和氢化物的前体气体组合引入到反应室中。载气，例如氢气或氮气，或者惰性气体，例如氩气或氦气，通过喷射器被引入到室中以帮助维持在晶片处的层流。前体气体在室内混合并反应以在晶片上形成膜。
在MOCVD和HVPE工艺中，当被引入到反应室中时晶片通常被保持在升高的温度并且前体气体通常被保持在较低的温度。当气体流动经过较热的晶片时，前体气体的温度并且因此其用于反应的可用能量增加。
一个普通类型的CVD反应室包括盘形晶片载体。载体具有被布置为将一个或多个晶片固定在载体的顶表面上的凹处（pocket）或结构特征。在CVD处理期间，载体绕着垂直于晶片承载表面延伸的垂直轴旋转。载体的旋转改善了沉积材料的均匀性。在旋转期间，前体气体从载体上方的流入口元件被引入到反应室中。流动气体优选地以分层活塞流向下朝着晶片通过。当气体接近旋转载体时，粘滞阻力（viscous drag）驱使气体绕着轴旋转。因此，在载体表面和晶片附近的边界区域中，气体绕着轴并且向外朝向载体的边缘流动。当气体流过载体边缘时，其向下朝向一个或多个排出口流动。通常，使用一系列不同的前体气体和在一些实例中的不同的晶片温度执行MOCVD工艺来沉积每个具有不同组分的多个不同的层以形成器件。
CVD工艺，例如MOCVD和HVPE，在生产能力方面通常是有限的。在没有过多设备的情况下，用于CVD处理的传统的系统和方法经常不足以支持晶片和其它分立衬底的大量处理和在卷对卷沉积系统中的网状衬底的高速处理。
本发明的系统和方法适合于网状衬底和分立衬底的内联CVD处理。所述系统和方法尤其适合于其中单一层被沉积在衬底上的高生产量处理，例如在太阳能电池和平板显示器的制作中。在一个示例应用中，氧化锌被沉积在衬底上以生产太阳能电池。在另一示例应用中，氧化铟锡被沉积在衬底上作为用于平板显示器的制作工艺的一部分。如本文使用的，衬底可以是顶衬结构（superstrate），即支持层，其是接收入射光的器件的第一层。该系统提供了优于传统的沉积系统的几个优点。被沉积膜的质量被改善并且工艺设备的成本被减少。而且，部分地由于更高效的材料利用率，操作成本更低。例如，材料利用率比在传统溅射系统中的靶材料的利用率显著更高。
图1示出根据本发明的内联CVD系统10的实施例。内联CVD系统10包括网状传输系统，用以以连续的方式将网状衬底14传输通过沉积室18。网状传输系统包括供应辊22A和接收辊22B。供应辊22A是待处理的网状衬底14的源。在沉积完成之后，接收辊22B接收网状衬底14并且以辊的形式保持网状衬底14。另外的辊22C被设置在供应辊22A和接收辊22B之间的沉积室18内以准确地控制网状衬底14的路径。网状传输系统以基本上恒定的速率沿着路径传输网状衬底14。可选地，为了保持室壁干净防止寄生沉积，可以在不同的室位置处，或者在放出室（payout chamber）20A和收紧室（takeup chamber）20B中引入净化气体。
沉积室18被保持在低压（例如，1乇LPCVD工艺）或者如本领域中已知的在大气压（例如，APCVD工艺）。沉积室18包括邻近网状衬底14的路径设置的多个沉积站26。在图示的实施例中，为了清楚起见仅示出三个沉积站26，然而本领域技术人员将认识到沉积站26的数目可以是不同的。每个沉积站26包括被耦合到前体气体源28的歧管。每个沉积站26在歧管和网状衬底14的最近的表面之间提供层流方式的前体气体以便前体气体在网状表面附近反应以沉积膜。在一些实施例中，根据如本领域中已知的等离子体增强CVD（PECVD）工艺，使用RF电源或者微波电源来给层流形式的一个或多个前体气体加电。
不同于传统的MOCVD反应室，前体气体沿流动的反转垂直方向被引入到衬底14的下面，即气体向上朝向将被涂覆的表面流动。因此，前体气体的反应的不需要的副产品不会污染或者另外妨碍沉积过程，如同另外将在向下的前体气流配置中发生的那样。
沉积室18包括加热器以在CVD工艺期间将网状衬底14加热。在图示的实施例中，加热模块24，例如辐射加热器，与每个沉积站26相对地接近网状衬底14定位以将网状衬底14加热到所需的工艺温度。在替代的实施例中，一个或多个加热器与网状衬底14热接触。本领域技术人员将认识到还可以使用其它类型的加热器来将网状衬底14加热。
网状衬底14的路径被配置为以连续的方式经过沉积站26的歧管以便在网状衬底14到达接收辊22B之前，沉积所需厚度的材料的单一层。更具体地，当其经过第一沉积站26A时，在网状衬底14上沉积材料的膜。随后，网状衬底14经过第二沉积站26B并且然后经过第三沉积站26C，在此分别沉积材料的第二膜和第三膜。因此在接收辊22B处材料的沉积层的厚度是由沉积站26沉积的各个膜的厚度的和。在一些实施例中，在每个沉积站26处的沉积温度，气相组分或者沉积温度和气相组分两者都与其它沉积站26的不同，使得所得到的膜性质从第一个被沉积的膜到下一个被沉积的膜等等到最后被沉积的膜是不同的。
沉积室18可以被配置有一个或多个原位测量装置以当其在CVD工艺期间被形成时监控沉积层。在一个实施例中，测量装置被定位在每个沉积站26之后以表征沉积层。
图2A示出根据一个实施例对于沉积站26中的一个的在加热器24和歧管30之间从左到右通过的网状衬底14。每个歧管30包括耦合到第一前体气体的源的前体口（口“A”）和耦合到第二前体气体的源的一对前体口（口“B1”和“B2”）。前体气体口被设置在两个抽运口（“PUMP1”和“PUMP2”）之间。抽运口被耦合到排放系统以从沉积室18排出前体气体。前体气体的源28可以接近沉积室18定位或者可以在远处位置。将在CVD工艺期间沉积的材料可以通过将前体口耦合到不同的前体气体源28来改变。在每个歧管30处可以手动地执行耦合。替代地，可以通过远程启动气体分配阀来执行前体气体的再配置。通过具体示例，一个前体气体可以是锌化合物并且另一前体气体可以是氧气，其中被沉积的层包括在平板显示器，发光二极管（LED），有机LED（OLED）和太阳能电池的制作中使用的铝，硼，铟，氟，银，砷，锑，磷，氮，锂，锰或者掺杂镓的氧化锌材料。为了控制带隙和光学传输波长截止，粘附力或者其它电特性，氧化锌可以与不同浓度的Mg，Cd，Bc，Tc，S和其它元素熔成合金。
在CVD处理期间，网状传输系统在沉积站26的上方移动网状衬底14使得网状衬底14的最近的表面34与前体口和抽运口邻近。如本文使用的，在沉积站的各口和网状衬底14的相邻部分之间的分隔是小的，例如在0.3cm和5cm之间。优选地，该分隔是在0.5cm和1cm之间。第一前体气体从口A向上流动并且然后以基本层流的方式沿着表面34朝向抽运口中的每个流过分离的区域。第二前体气体从前体口B1向上流动并且然后沿着表面34流到左边，与流到第一抽运口PUMP1的第一前体气体的部分混合。类似地，从前体口B2向上流动的第二前体气体沿着表面34流到右边，与流到第二抽运口PUMP2的第一前体气体的部分混合。
在通过泵口PUMP被去除之前，前体气体在共同的流动区中相互混合并反应。因此在每个沉积站26的歧管30的上方存在两个区域，在此发生反应并且沉积膜。增加前体气体的流速通常导致沉积速率的增加。网状衬底14连续地移动以便在CVD工艺运行期间整个网状表面34经过每个沉积站26的两个区域。
有利地，在被排出之前，前体气体被限制为在网状衬底14的表面34附近混合，以便前体气体的反应被限制到在表面34处和附近的区域。因此防止了在沉积室的其它区域中前体气体的反应并且避免了不需要的沉积和污染。
在图2B中示出根据本发明的另一实施例的歧管40的替代配置。在这个配置中，在口A和口B1之间提供第一净化口“PURGE1”，并且在口A和口B2之间提供第二净化口“PURGE2”。两个另外的净化口“PURGE3”和“PURGE4”被设置在泵口的相对侧。每个净化口提供不与前体气体反应的载气。载气协助建立和维持前体气体的均匀的层流。在混合区域中以与上面针对图2A描述的方式类似的方式发生在两个前体气体之间的反应。
图2C示出根据本发明的又一实施例的歧管44的配置。在这个配置中，单一净化口“PURGE”是歧管44的中心口。第一对前体气体口A1和A2围绕净化口并且为层流提供第一前体气体。第二对前体气体口B1和B2围绕净化口和第一前体气体口A1和A2，并且为层流提供第二前体气体。
图3A是根据本发明的实施例集成为单一结构的图1的沉积站26的歧管的图。除了相邻的歧管30的相邻的泵口被组合为单一泵口之外，如同上面针对图2A所描述的那样配置每个歧管30。图3B是当其在图3A中示出的前体气体口和泵口上方通过时网状衬底14的俯视图。虚线的矩形表明在网状衬底14下面的口的位置。
每个前体口和每个泵口具有矩形形状，其中长度L略大于网状衬底14的宽度W，以便被沉积的层延伸到网状衬底14的边缘。对于每个歧管30存在一个区域A+B和第二区域A+B，在一个区域A+B中两个前体气体被混合在向左的层流中，在第二区域A+B中两个前体气体被混合在向右的层流中。当网状衬底14在左到右的方向上行进时，通过混合的前体气体的每个区域增量地施加沉积层。优选地，退出每个前体气体口的气体的流速沿着该口的长度L是恒定的以将在层流的混合区域内的前体气体的比率的变化最小化，从而将被沉积层的不均匀性最小化。
在图示的实施例中，每个歧管30具有“B-A-B”前体气体口顺序配置，即，前体气体口B被设置在单一前体气体口A的每一侧。在替代的实施例中，歧管中的一个或多个具有“A-B-A”前体气体口配置。换句话说，对于歧管中的至少一个，在气体口处提供的前体气体的顺序被“反向”。
图4A和图4B分别是集成沉积站模块50的实施例的顶部透视图和底部透视图。图4C是模块50的剖视图。模块50包括集成为单一结构的三个沉积站26。除了每个泵口“PUMP”包括三个紧密相间的狭槽而不是单一槽之外，歧管以与在图3A中示出的那些相似的布置被配置。
每个前体气体口A或B分别地由在正交于口的长度的模块50的底部上的一对气体通道54A或54B提供。沿着模块50的底部的单一泵排出气室58在四个位置的每个中被耦合到单一泵口的三个槽。泵口的狭槽使得在泵排出气室58的外部和内部之间能够保持压强差。因此，沿着槽的长度的抽运是均匀的并且实现了改善的层流。
图5图示出根据本发明的内联CVD系统80的另一实施例。CVD系统80包括连续衬底传输系统以将分立衬底92传输通过沉积室84。例如，分立衬底92可以是玻璃或者晶片（例如半导体晶片）的薄片。CVD系统80可以被用来在太阳能电池和器件的制造中处理半导体晶片。
分立衬底92被加载到处于大气压的衬底传输系统上。衬底传输系统包括当其通过内联CVD系统80时直接支持衬底92的多个辊88，同时相对于其它衬底92和系统部件保持每个衬底92的所需的位置。替代地，载体被用来传输衬底92，其中每个载体固定一个或多个衬底92并且具有每个具有围绕开口连续地延伸或者采用引脚形式的小端部的一个或多个开口。例如，载体可以被配置为一个或多个“画框”，其中衬底92通过重力被固定在每个框里。使用一个或多个机器人系统或者如本领域中已知的其它自动机构将衬底92放置到辊88上或者到载体中。在一个实施例中，辊88被同步地并且连续地操作使得遍及内联CVD系统衬底92的传输速率是恒定的。在另一实施例中，辊88或辊88的组被独立地控制。例如，在下面描述的加载锁定（load lock）室96中的辊88可以以一个旋转速率被连续地或者间歇地操作而在沉积系统中的辊以不同的旋转速率操作。在加载锁定室96中的辊88的组和邻近沉积站24的组的位置互相紧密相间，使得以平滑的和稳定的方式发生对辊88的下一个组的“切换”。在其它实施例中，连续衬底传输系统使用本领域中已知的其它机构用以遍及内联CVD系统来控制分立衬底92的位置。例如，连续衬底传输系统可以包括一个或多个可控丝杠机构。
优选地，通过在室84中的不同位置处引入净化气体，沉积室84的壁保持干净防止寄生沉积。净化气体也可以被用来在CVD工艺运行期间保持辊88的清洁。
在进入沉积室84之前，分立衬底92通过第一加载锁定室，或者隔离室，96A。加载锁定室96A，与闸门阀98A相结合，提供在其中分立衬底92被加载到衬底馈送机构上的大气压和沉积室84的真空环境之间的压强界面。在一个实施例中，加载锁定室96A保持小于大气压并且大于沉积室84的真空水平的压强。在另一实施例中，加载锁定室96A被耦合到净化气体的源和真空泵以便泵和净化周期可以在CVD处理期间被重复。
衬底馈送机构将分立衬底92传输通过沉积室184，以便每个衬底92以与上面对于图1描述的网状衬底14的方式相似的连续方式非常接近多个沉积站26和加热器24地通过。沉积站26包括歧管，所述歧管耦合到前体气体源28并且被配置为在每个歧管和分立衬底92的表面之间提供层流形式的至少两个前体气体。因此前体气体反应以在衬底表面上沉积层。可选地，使用RF电源来给前体气体加电以使得如本领域中已知的PECVD工艺能够被执行。分立衬底92以连续的方式通过沉积站26以便当衬底经过最后的沉积站26C时沉积一层所需厚度的材料。
在沉积层完成之后，处理的衬底92退出沉积室84并且进入输出加载锁定，或者隔离室，96B。加载锁定室96B和闸门阀98B起到在卸载站处的大气压和沉积室84的真空环境之间的压强界面的作用。在一个实施例中，加载锁定室96B以在大气压和沉积室84的压强之间的压强操作。在另一实施例中，加载锁定室96B被耦合到净化气体的源和真空泵以使得泵和净化周期能够在CVD处理期间被执行。在退出加载锁定室96B之后，分立衬底92传递到卸载站（未示出），在此使用一个或多个机器人系统或者如本领域中已知的自动机构将其从连续衬底馈送机构中去除。
在上面描述的系统实施例中并且在根据本发明的内联CVD系统的其它实施例中，可以控制处理参数例如前体气流速率，衬底温度和传输速率，泵排出速率和沉积室压强以限定被沉积材料的厚度和其它特性。CVD系统适用于各种应用并且适合于在大量生产量环境中的单一层沉积。
可以使用图1或图5的系统执行根据本教导的实施例的用于内联CVD处理的方法。该方法包括在沿着衬底（例如，网状衬底14或者分立衬底92）的表面的第一方向上提供第一前体气体的第一流（A）并且在沿着衬底的表面的第二方向上提供第一前体气体的第二流（A’）。在沿着衬底的表面的第一方向上提供第二前体气体的第一流（B）以与第一前体气体的第一流（A）混合。在沿着衬底的表面的第二方向上提供第二前体气体的第二流（B’）以与第一前体气体的第二流（A’）混合。在第二方向上连续地传输衬底以便衬底的表面首先被暴露到第一和第二前体气体的混合的第一流（A和B）并且随后被暴露到第一和第二前体气体的混合的第二流（A’和B’）。
优选地，衬底以恒定的速率传输通过CVD工艺。在一些实施例中，在沉积工艺期间加热衬底。在其它实施例中，该方法也包括提供在第一方向上的载气的第一流和在第二方向上的载气的第二流。该载气包括不与前体气体反应并且协助在接收沉积层的表面的部分上保持前体气体的均匀层流的气体。
其中材料以增量的和连续的方式被沉积在衬底上的本发明的内联CVD方法能够实现CVD处理的网状衬底的高的生产量或者CVD处理的分立衬底的大量输出。在每个沉积站26处沉积的膜的组分基本上与在其它沉积站26处沉积的膜相同。可以控制各种工艺参数例如传输速率，前体气流速率和衬底温度以实现所需厚度的高质量沉积层。
可以执行根据本教导的实施例的用于内联CVD处理的其它方法以制造器件，例如具有在图6中图示的器件结构的太阳能电池。器件100包括可以是分立衬底或柔性网状衬底的衬底104。作为示例，分立衬底可以是玻璃衬底或者晶片并且网状衬底可以是聚酰亚胺或金属箔。器件100进一步包括金属层108例如钼层，吸收层112例如铜铟镓硒（CIGS）层，缓冲层（或结匹配体（junction partner））116，窗口层120和透明导电层124。例如，缓冲层116可以是硫化镉（CdS）层，硫化锌（ZnS）层或者硫化铟（InS）层，窗口层120可以是本征氧化锌（ZnO）层并且透明导电层124可以是氧化铟锡层或掺杂的ZnO层，例如掺杂铝的氧化锌（AZO）层，掺杂硼的氧化锌（BZO）层或掺杂镓的氧化锌（GZO）层。
使用传统技术，缓冲层116是通常使用化学浴沉积（CBD）工艺产生的薄层（例如，50nm）并且薄的ZnO层120（例如，50nm）和透明导电层124通常使用CVD工艺被沉积。更具体地，在制作期间的器件通常从CBD工艺传递到第一CVD工艺并且然后到第二CVD工艺。当CBD和两个CVD工艺步骤被独立地执行时，这种技术通常是时间密集的。
根据基于本发明原理的用于器件的内联制作的CVD方法的实施例，在沉积室的共同的真空环境中连续地执行用于产生缓冲层，窗口层和透明导电层的工艺步骤。缓冲层的CBD沉积是不必要的并且在不需要在不同的室之间转移的情况下沉积三个不同的层。因此不存在对返回到不同CVD沉积工艺之间的气氛的需要。
图7示出用于在网状衬底14上制作太阳能电池器件的内联CVD系统128的实施例。内联CVD系统128包括与上面关于图1的内联CVD系统10描述的那些部件相似的部件；然而，用来产生材料的单一层的一组沉积站26由单一沉积模块132来表示。例如，每个沉积模块132可以包括在前体气体模块136中耦合到前体气体的源的一个或多个歧管，例如图4A至4C的歧管，以沉积材料的特定层。每个沉积模块132沉积与由其它沉积模块132沉积的材料的层不同的材料的层。加热模块140与每个沉积模块132中的每个歧管或者歧管的组相对地接近网状衬底14定位以将网状衬底14加热到所需的工艺温度。
在图示的实施例中，系统128被配置为制作与图6的器件100相似的器件。更具体地，第一沉积模块132A被配置为沉积CdS缓冲层，第二沉积模块132B被配置为沉积本征ZnO层并且第三沉积模块132C被配置为沉积AZO层。歧管的数目，到歧管的前体气体流速和网状衬底温度可以在沉积模块132之间变化以便获得由每个沉积模块132沉积的相应层的所需厚度。例如，由于与CdS缓冲层和本征ZnO层相比AZO层的显著更大的厚度，第三沉积模块132C被示作具有比首先的两个沉积模块132A和132B更大的深度（表示更大数目的歧管）。
通过改变被提供到一个或多个沉积模块132的前体气体并且通过修改其它工艺参数例如网状传输速率，衬底温度，歧管泵排出速率和沉积室压强，系统128可以被重新配置为制造具有不同的材料层的器件结构。作为具体示例，可以利用被配置为沉积ZnS层或InS层的第一沉积模块132A和被配置为沉积GZO层或者BZO层的第三沉积模块132C来制作其它CIGS太阳能电池器件。系统128可以被配置为制造其它器件层结构例如在衬底和背（钼）接触之间的阻挡层（例如，SiO2或Al2O3）。在玻璃板衬底上的这个结构防止钠从玻璃的不受控制的流动。然后在阻挡层的顶部上制造控制剂量的钠。系统128也可以适合于制造具有氟化的ZnO或氧化锡（SnO2）的结构，作为用于非晶硅的透明导电层。
图8示出适于在分立衬底92上制作太阳能电池器件的内联CVD系统140。内联CVD系统140包括与上面关于图5的内联CVD系统80描述的那些部件相似的部件；然而，沉积共同材料的沉积站26的每个组由单一沉积模块132来表示。配置系统140以便分立衬底92接收与在图7的系统128中沉积到网状衬底14上的那些层相似的三个层。可以选择每个沉积站132的歧管的数目，前体气体的类型和流速，衬底温度，传输速率和其它工艺参数以便可以得到不同的材料层和层厚度。
有利地，图7和8的系统128和140使得能够通过全部发生在单一沉积室中的连续CVD沉积工艺来产生器件。因此，相比于用来产生相似器件的传统技术，制作时间和成本被减少。
图9是表示制作器件的内联CVD方法200的实施例的流程图。也参照图6和8，方法200包括将衬底92（在图6中104）以恒定的速率传输（步骤210）通过沉积室84。衬底92可以包括在图6中示出的金属层108和吸收层112。在通过第一沉积模块132A期间，缓冲层116被沉积（步骤220）到衬底92上。在衬底传输通过下一个沉积模块132B的时候，窗口层120被沉积（步骤230）到缓冲层116上并且在衬底92传输通过第三沉积模块132C的时候，透明导电层124被沉积（步骤240）到窗口层120上。缓冲层116，窗口层120和透明导电层124可以是多种材料（例如上面关于使用图7和8的内联CVD系统的制作所描述的那些）中的任何一个。
尽管关于根据图8的系统140的分立衬底92的处理来描述了方法200，但是根据本发明的原理的制作器件的内联CVD方法的其它实施例将被认识到。例如，图9的方法200的补充实施例针对的是例如使用图7的系统128来在网状衬底上制作器件。
虽然本发明已经参照特定的实施例被示出和描述，本领域技术人员应该理解到在不脱离如在所附的权利要求中详述的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中作出形式和细节方面的各种变化。
所要求保护的是：

Claims (34)

1.一种制作器件的内联化学气相沉积方法，所述方法包括：
将衬底传输通过具有真空环境和第一沉积模块，第二沉积模块和第三沉积模块的沉积室；
在所述衬底传输通过所述第一沉积模块期间将缓冲层沉积到所述衬底上；
在所述衬底传输通过所述第二沉积模块期间将窗口层沉积到所述缓冲层上；以及
在所述衬底传输通过所述第三沉积模块期间将透明导电层沉积到所述窗口层上。
2.权利要求1的方法，其中所述沉积模块中的每个包括具有歧管的至少一个沉积站，所述歧管具有耦合到多个前体气体源的多个口。
3.权利要求1的方法，其中所述衬底以恒定的速率传输通过所述沉积室。
4.权利要求1的方法，其中在传输通过所述第一沉积模块之前所述衬底包括金属层和吸收层。
5.权利要求4的方法，其中所述吸收层包括铜铟镓硒层。
6.权利要求1的方法，其中所述衬底是分立衬底。
7.权利要求6的方法，其中所述分立衬底是玻璃衬底。
8.权利要求6的方法，其中所述分立衬底是晶片。
9.权利要求6的方法，其中将所述分立衬底传输通过所述沉积室包括将多个分立衬底传输通过沉积室并且其中所述分立衬底中的至少一个同时传输通过所述沉积模块中的每个。
10.权利要求1的方法，其中所述衬底是网状衬底。
11.权利要求1的方法，进一步包括在所述第一和第二沉积模块之间并且在所述第二和第三沉积模块之间使气体流动以将所述第一，第二和第三沉积模块互相隔离。
12.权利要求2的方法，其中每个歧管的所述口包括第一前体口，一对第二前体口和一对抽运口，所述第一前体口被设置在所述第二前体口之间并且该对第二前体口被设置在所述抽运口之间，所述第一前体口和该对第二前体口被配置为分别地耦合到第一前体气体源和第二前体气体源，所述抽运口被配置为耦合到排放系统以排出所述第一和第二前体气体。
13.权利要求1的方法，其中所述缓冲层包括硫化镉层，硫化锌层和硫化铟层中的一个。
14.权利要求1的方法，其中所述窗口层包括本征氧化锌层。
15.权利要求1的方法，其中所述透明导电层包括掺杂铝的氧化锌层，掺杂镓的氧化锌层，掺杂硼的氧化锌层和氧化铟锡层中的一个。
16.一种制作器件的内联化学气相沉积方法，所述方法包括：
将具有金属层和吸收层的衬底以恒定的速率传输通过具有真空环境和第一沉积模块，第二沉积模块和第三沉积模块的沉积室，所述沉积模块中的每个包括至少一个沉积站，所述沉积站具有包括第一前体口，一对第二前体口和一对抽运口的歧管，所述第一前体口被设置在所述第二前体口之间并且该对第二前体口被设置在所述抽运口之间，所述第一前体口和该对第二前体口被配置为分别地耦合到第一前体气体源和第二前体气体源，所述抽运口被配置为耦合到排放系统以排出所述第一和第二前体气体；
在所述衬底传输通过所述第一沉积模块期间，将缓冲层沉积到所述衬底上；
在所述衬底传输通过所述第二沉积模块期间，将窗口层沉积到所述缓冲层上；和
在所述衬底传输通过所述第三沉积模块期间，将透明导电层沉积到所述窗口层上。
17.权利要求16的方法，其中所述吸收层包括铜铟镓硒层。
18.权利要求16的方法，其中所述衬底是分立衬底。
19.权利要求18的方法，其中所述分立衬底是玻璃衬底。
20.权利要求18的方法，其中所述分立衬底是晶片。
21.权利要求18的方法，其中将所述分立衬底传输通过所述沉积室包括将多个分立衬底传输通过沉积室并且其中所述分立衬底中的至少一个同时传输通过所述沉积模块中的每个。
22.权利要求16的方法，其中所述衬底是网状衬底。
23.权利要求16的方法，其中所述缓冲层包括硫化镉层，硫化锌层和硫化铟层中的一个。
24.权利要求16的方法，其中所述窗口层包括本征氧化锌层。
25.权利要求16的方法，其中所述透明导电层包括掺杂铝的氧化锌层，掺杂镓的氧化锌层，掺杂硼的氧化锌层和氧化铟锡层中的一个。
26.一种内联化学气相沉积系统，包括：
沉积室；
将衬底沿着路径传输通过所述沉积室的连续传输系统；
第一沉积模块，其被设置在所述沉积室内部的路径上并且具有将缓冲层沉积到所述衬底上的至少一个沉积站，
第二沉积模块，其被设置在所述沉积室内部的路径上并且具有将窗口层沉积到所述缓冲层上的至少一个沉积站；和
第三沉积模块，其被设置在所述沉积室内部的路径上并且具有将透明导电层沉积到所述窗口层上的至少一个沉积站，
所述沉积模块中的每个包括至少一个沉积站，所述沉积站具有包括第一前体口，一对第二前体口和一对抽运口的歧管，所述第一前体口被设置在所述第二前体口之间并且该对第二前体口被设置在所述抽运口之间，所述第一前体口和该对第二前体口被配置为分别地耦合到第一前体气体源和第二前体气体源，所述抽运口被配置为耦合到排放系统以排出所述第一和第二前体气体。
27.权利要求26的内联化学气相沉积系统，其中所述衬底是分立衬底。
28.权利要求27的内联化学气相沉积系统，其中所述分立衬底是玻璃衬底。
29.权利要求27的内联化学气相沉积系统，其中所述分立衬底是晶片。
30.权利要求27的内联化学气相沉积系统，其中所述连续传输系统被配置为将多个分立衬底沿着所述路径传输通过所述沉积室并且其中所述分立衬底中的至少一个同时传输通过所述沉积模块中的每个。
31.权利要求26的内联化学气相沉积系统，其中所述衬底是网状衬底。
32.权利要求26的内联化学气相沉积系统，其中所述第一沉积模块的所述至少一个沉积站被配置为将硫化镉层，硫化锌层和硫化铟层中的一个沉积到所述衬底上。
33.权利要求26的内联化学气相沉积系统，其中所述第二沉积模块的所述至少一个沉积站被配置为沉积本征氧化锌层。
34.权利要求26的内联化学气相沉积系统，其中所述第三沉积模块的所述至少一个沉积站被配置为沉积掺杂铝的氧化锌层，掺杂镓的氧化锌层，掺杂硼的氧化锌层和氧化铟锡层中的一个。
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