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Die
Erfindung betrifft ein Plasma unterstütztes Abscheideverfahren,
eine Halbleitervorrichtung und eine Abscheidevorrichtung.
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Die
Effizienz von Solarzellen kann aufgrund der Rekombination von Ladungsträgern
an der Solarzellenoberfläche wesentlich vermindert werden,
die dann nicht mehr für die Stromerzeugung zur Verfügung
stehen. Um die Solarzelleneffizienz zu steigern, muss die Rekombination
an der Solarzellenoberfläche daher vermindert werden. Dies
wird üblicherweise durch eine so genannte Oberflächenpassivierung realisiert.
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Eine
Möglichkeit der Oberflächenpassivierung besteht
darin, eine dielektrische Passivierungsschicht auf die Solarzellenoberfläche
aufzubringen. Eine derartige Schicht kann beispielsweise gebildet sein
aus SiO2, SiNx, Al2O3 oder SiC. Vor allem Aluminiumoxid (Al2O3)
hat sich als ein vielversprechender Kandidat für den Einsatz
in industriell gefertigten Solarzellen erwiesen. Zu dessen positiven
Eigenschaften gehört neben einer guten Passivierwirkung aufgrund
sehr hoher negativer Flächenladungsdichten auch eine hohe
Stabilität, beispielsweise gegenüber einer nachfolgenden
Temperaturbehandlung in Form eines so genannten Feuerschritts, der
für das Einbrennen metallischer Elektroden der Solarzelle mittels
Siebdruckpasten bei der industriellen Herstellung notwendig ist.
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Ein
Verfahren zur zeit- und kosteneffizienten Abscheidung von Materialschichten
ist die Plasma unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD – plasma
enhanced chemical vapor deposition). Hierbei werden Ausgangsstoffe
kontinuierlich in eine Reaktionskammer eingeleitet, in welcher ein Substrat
angeordnet ist. Dort reagieren die Ausgangsstoffe unter Einfluss
einer Plasmaentladung in der Gasphase und auf der Oberfläche
des Substrates miteinander, so dass letztlich auf einer Substratoberfläche
eine Materialschicht in Form einer Dünnschicht abgeschieden
wird. Da dieses Abscheideverfahren kontinuierlich abläuft
und die Reaktionen durch die Energie des Plasmas unterstützt
werden, sind sehr hohe Abscheideraten und somit auch hohe Schichtwachstumsraten
erzielbar. Allerdings genügen die so hergestellten Materialschichten
nicht den hohen Qualitätsanforderungen insbesondere an Al2O3-Passivierungsschichten,
so dass PECVD-Verfahren hierfür üblicherweise
nicht eingesetzt werden.
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Das
Verfahren, mit dem bisher qualitativ hochwertige Materialschichten,
insbesondere Al2O3-Passivierschichten auf Solarzellenoberflächen,
hergestellt werden, ist die sogenannte Atomlagenabscheidung (ALD-Verfahren,
ALD – atomic layer deposition). Das ALD-Verfahren kann
ebenfalls Plasma unterstützt gefahren werden. Bei diesem
Verfahren werden die Ausgangsstoffe, beispielsweise Trimethylaluminium
(TMA) und Sauerstoff für die Bildung von Al2O3, sequentiell
in eine Reaktorkammer geleitet, in der das Substrat, beispielsweise
ein Solarzellenwafer, angeordnet ist. Die chemische Reaktion findet
dann anders als beim PECVD-Verfahren nicht auch schon in der Gasphase
sondern ausschließlich auf der Oberfläche des
Substrates statt. Darüber hinaus läuft die chemische
Reaktion beim ALD-Verfahren in zwei Teilreaktionen auf der Substratoberfläche ab.
Nur wenn diese Aufteilung möglich ist, kann das ALD-Verfahren
mit einer strikten Trennung der Ausgangstoffe in der Gasphase auch
funktionieren.
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Bei
der Plasma unterstützten ALD wird ein Reaktionspartner
durch die Plasmaenergie aktiviert, so dass die Oberflächenreaktion
auch stattfindet, wobei wie auch bei nicht Plasma unterstützten,
thermischen ALD-Verfahren jeweils eine Monolage der Materialschicht
pro Abscheidezyklus gebildet wird. Die so abgeschiedene Materialschicht
ist sehr homogen. Zudem ist ihre Schichtdicke über die
Zyklusanzahl quasi digital einstellbar und ihre Passiviereigenschaften
sind auch auf Solarzellenniveau sehr gut, insbesondere gegenüber
mit einem PECVD-Verfahren hergestellten Materialschichten. Beim
ALD-Verfahren handelt es sich jedoch inhärent um ein sehr
langsames Abscheideverfahren, da die Materialschicht Monolage für
Monolage abgeschieden wird. Die Wirtschaftlichkeit dieser Technologie
für die industrielle Fertigung ist daher trotz der sehr
guten Schichteigenschaften eher zweifelhaft.
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Ein
weiteres Abscheideverfahren wird in
WO 2005104634 A2 vorgeschlagen
und in einer dort erläuterten Ausführungsform
für die Abscheidung einer Al2O3-Schicht verwendet wird.
Es handelt sich hierbei ebenfalls um ein Plasma unterstütztes
Abscheideverfahren, welches in den dort aufgeführten Ausführungsformen ähnlich
wie beim ALD-Verfahren in einem selbstlimitierenden Prozess abläuft
und somit ebenfalls sehr geringe Schichtwachstumsraten erreichen
kann. Anders als beim ALD-Verfahren wird einer der Ausgangsstoffe
(Präkursoren), nämlich der aus einer Metall- oder
Halbleiterverbindung bestehende Ausgangsstoff, kontinuierlich in
die Reaktionskammer eingeleitet und reagiert in der Gasphase mit einem
durch die Plasmaentladung aktivierten weiteren Ausgangsstoff, bei
dem es sich beispielsweise um Sauerstoff handeln kann. Aufgrund
der kontinuierlichen Einleitung des teuren metallischen Präkursors
ist dieses Verfahren jedoch sehr kostenintensiv.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abscheideverfahren, eine Halbleitervorrichtung
und eine Abscheidevorrichtung bereitzustellen mit denen beziehungsweise
bei denen eine qualitativ hochwertige Materialschicht zeit- und
kosteneffektiv verwirklicht werden kann.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Plasma
unterstütztes Abscheideverfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 17 und durch eine Abscheidevorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die
Erfindung beruht einerseits auf den Gedanken, dass das Ablaufen
einer Gasphasenreaktion zu einer beschleunigteren Schichtabscheidung
führt, als eine ausschließlich auf selbstlimitierend
ablaufenden chemischen Reaktionen auf der Substratoberfläche
beruhende Schichtabscheidung. Zum Anderen beruht sie auf der Überlegung,
den ersten Ausgangsstoff mit einer impulsförmigen Konzentrationsvariierung
in einen Umgebungsraum oberhalb eines Oberflächenbereiches
des Substrates zu geben, bei dem es sich wie nachfolgend erläutert
wird, um einen für die Materialschichtabscheidung auf dem
Oberflächenbereich maßgeblichen Reaktionsraum
handelt. Hierbei wird der durch Plasmaentladung aktivierte zweite
Ausgangsstoff entweder ebenfalls impulsförmig in seiner
Konzentration im Umgebungsraum variiert, oder er kann dort kontinuierlich
hinzugefügt werden. Aufgrund einer impulsförmigen
Einleitung des ersten Ausgangsstoffes kann eine effizientere Nutzung
hiervon stattfinden.
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Bei
der chemischen Abscheidereaktion handelt es sich um die Gesamtheit
von Teilreaktionen, die in der Gasphase beginnen, dabei zumindest
teilweise im Umgebungsraum der Substratoberfläche ablaufen,
und in der festen Phase in Form der Materialschicht auf der Substratoberfläche
enden. Es sind von der Abscheidereaktion ebenfalls eventuelle chemische
Reaktionen auf der Substratoberfläche umfasst, wie beispielsweise
eine Konditionierung der Substratoberfläche mittels Plasma
aktivierter Reaktanten. Hierbei bedeutet die Teilnahme der beiden Ausgangsstoffe
an der chemischen Abscheidereaktion, dass auch weitere Ausgangsstoffe
hieran beteiligt sein können, vorzugsweise sind jedoch
nur der erste und der zweite Ausgangsstoff hieran beteiligt.
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Bei
dem Oberflächenbereich kann es sich um im Wesentlichen
die gesamte Substratoberfläche handeln. Der Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereiches ist jener diesen Oberflächenbereich
innerhalb der Reaktionskammer benachbart umgebende Raum, in dem
sich Reaktionsprodukte aufgrund von Gasphasenreaktionen bilden,
die als Teil der gesamten Abscheidereaktion zur Deposition der festen
Dünnschicht auf dem Oberflächenbereich führen.
Mit anderen Worten, es handelt sich bei dem Umgebungsraum um den
für die Abscheidung auf dem zugeordneten Oberflächenbereich
maßgeblichen Raumbereich.
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Die
vorangehende sowie nachfolgende Erwähnung der impulsförmigen
Konzentrationsvariierung ebenso wie jeglicher impulsförmiger
Verlauf sich zeitlich verändernder Variablen oder Parameter
bezieht sich nicht nur auf den Fall, dass ein im Wesentlichen rechteckiger
Verlauf vorliegt, sondern schließt zeitlich betrachtet
wiederholt impulsförmige Variierungen mit ein. Da streng
rechteckförmige Verläufe physikalisch nicht möglich
sind, werden die Flanken derartiger Impulse zwangsläufig
einen mehr oder minder steilen Verlauf aufweisen. Das impulsförmige Variieren
der Konzentration eines Ausgangstoffes in dem Umgebungsraum kann
beispielsweise mittels einer impulsförmigen Strömung
des Ausgangsstoffes in den Umgebungsraum erzielt werden.
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Eine
auf diese Weise erzeugte Materialschicht kann neben der bereits
erwähnten zeit- und kosteneffizienten Herstellung auch
weitere Vorteile bieten, wie beispielsweise eine bessere Schichtqualität.
Insbesondere weist eine mit diesem Verfahren erzeugte Passivierungsschicht
für eine Wafersolarzelle eine zum Teil bessere Passivierqualität
auf, als mittels ALD-Verfahren hergestellte Passivierungsschichten,
was zu einer geringeren Oberflächenrekombinationsrate auf
der so passivierten Solarzellenoberfläche und somit zu
Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad führt.
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Bei
einem beidseitig mittels derart abgeschiedenen Al2O3-Passivierungsschichten
passivierten Siliziumwafer können bei in den Halbleiter mittels
geeigneter Belichtung injizierten Minoritätsladungsträgerdichten
von etwa 1013 cm–3 bis
etwa 3 × 1015 cm–3 effektive
Ladungsträgerlebensdauern im Bereich von etwa 10 bis 20
Millisekunden erreicht werden. Hierbei hängt die gemessene
Lebensdauer neben der Rekombinationseigenschaften an der Substratoberfläche
auch von der Güte und der Dotierung des Halbleitermaterials.
Die vorangehend aufgeführten Wertebereiche gelten insbesondere
für einen n-Typ Siliziumwafer mit einem spezifischen Widerstand von
etwa 3 Ohm cm, welcher aus einem Zonenschmelzverfahren hervorgegangen
ist (sogenanntes FZ-Material, FZ – float-zone)
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Der
vorliegend verwendete Begriff der Konzentration bezieht sich bei
allen hier aufgeführten Ausgangsstoffen und Reaktanten
in der Regel auf eine Stoffmenge oder eine Teilchenzahl pro Volumen. Als
zweiter Ausgangsstoff kann beispielsweise molekularer Sauerstoff
verwendet werden. Es sind jedoch auch weitere mittels Plasmaentladung
aktivierbare Stoffe oder Stoffverbindungen denkbar. Dies schließt Stoffe
und Stoffverbindungen ein, die auch ohne eine Plasmaentladung aktiv
sind, deren Aktivität jedoch mittels Plasmaentladung gesteigert
wird.
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Die
Abscheidevorrichtung zumindest umfassend eine Reaktionskammer, eine
Transportvorrichtung, eine Mehrzahl von Einleitungseinheiten, beispielsweise
Einleitungsdüsen, eine Steuerungsvorrichtung und eine Plasmaentladevorrichtung
ist vorzugsweise als eine Inline-Vorrichtung konzipiert. Sie kann
somit in einer Solarzellen-Fertigungslinie integriert werden. Mittels
der Transportvorrichtung, welche durch die Steuerungsvorrichtung
gesteuert wird, wird hierbei das Substrat entlang einer Substratbewegungsrichtung
durch die Reaktionskammer von einem Startabschnitt zu einem Endabschnitt
fortbewegt, bei denen es sich bevorzugt um einen Eingang beziehungsweise
einen Ausgang der Reaktionskammer handelt.
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Gleichwohl
können die vorangehend erläuterten Ausführungsformen
des Plasma unterstützten Abscheideverfahrens auch mit einfacheren
Abscheidevorrichtungen durchgeführt werden. Insbesondere kann
mittels ausschließlich einer zeitabhängigen Ansteuerung
einer einzelnen oder mehrerer Einleitungseinheiten das impulsförmige
Variieren der Ausgangsstoff-Konzentrationen innerhalb des Umgebungsraumes
oberhalb des Oberflächenbereichs erreicht werden. Ein Bewegen
oder Transportieren des Substrates mittels einer Transportvorrichtung
könnte dann entfallen.
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Die
Plasmaentladevorrichtung, welche zum Aktivieren des zweiten Ausgangsstoffes
die Plasmaentladung erzeugt, kann eine hierfür geeignete
Methode der Energiezufuhr verwenden. Üblicherweise wird
jedoch für diesen Zweck eine Ansteuerung mittels einer
Hochfrequenz-Spannung beziehungsweise mittels Hochfrequenz-Strömen
bevorzugt, wenngleich auch eine Plasmaerzeugung mittels Zufuhr elektromagnetischer
Strahlung möglich ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen,
dass die Konzentration des ersten Ausgangsstoffes in dem Umgebungsraum oberhalb
des Oberflächenbereichs impulsförmig derart reduziert
wird, dass die Deposition der Materialschicht im Wesentlichen unterbunden
wird. Hierzu wird die Konzentration des ersten Ausgangsstoffes derart
reduziert, dass sie beispielsweise unterhalb eines für
die Aufrechterhaltung der chemischen Abscheidungsreaktion notwendigen
Konzentrationsschwellwertes fällt. Üblicherweise
wird die Konzentration auf null reduziert, so dass im Wesentlichen kein
Ausgangsstoff mehr in dem Umgebungsraum vorhanden ist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite
Ausgangsstoff mittels der Plasmaentladung für die chemische
Gasphasenreaktion mit dem ersten Ausgangsstoff aktiviert wird. In diesem
Fall fungiert der zweite Ausgangsstoff also als Reaktionspartner
für die chemische Gasphasenreaktion mit dem ersten Ausgangsstoff.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
als Reaktionspartner für die chemische Gasphasenreaktion
mit dem ersten Ausgangsstoff ein dritter Ausgangsstoff gasförmig
in die Reaktionskammer eingeleitet wird. Auch dieser dritte Ausgangsstoff
kann mittels einer Plasmaentladung, beispielsweise erzeugt durch
die Plasmaentladevorrichtung oder durch eine weitere hiervon unabhängige
Plasmaentladevorrichtung, für die chemische Gasphasenreaktion
mit dem ersten Ausgangsstoff aktiviert werden. Vorzugsweise wird
jedoch als dritter Ausgangsstoff ein Stoff oder eine Verbindung
verwendet, welche auch ohne die Mithilfe einer Plasmaentladung reaktiv
ist. Beispielsweise kann anstelle von molekularem Sauerstoff (O2)
Wasser (H2O) oder Ozon (O3) eingesetzt werden.
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Bevorzugterweise
ist vorgesehen, dass der zweite und/oder der dritte Ausgangsstoff
derart eingeleitet werden, dass deren Konzentration im Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereiches ebenfalls impulsförmig
variiert wird. Das Variieren der Konzentrationen des zweiten und/oder
des dritten Ausgangsstoffes kann in dieser wie in der nachfolgenden
Ausführungsform zusätzlich oder ausschließlich
mithilfe einer Bewegung des Substrates in der Reaktionskammer gesteuert
werden.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausführungsform ist
vorgesehen, dass der zweite und der dritte Ausgangsstoff derart
eingeleitet werden, dass deren Konzentration im Umgebungsraum oberhalb
des Oberflächenbereiches alternierend impulsförmig
variiert wird. Anders ausgedrückt sind in dem Umgebungsraum
in zeitlich wechselnder Folge der zweite und der dritte Ausgangsstoff
vorhanden, wobei der jeweils andere Ausgangsstoff in dem Umgebungsraum
vorzugsweise nur als Restbestand oder im Wesentlichen gar nicht
vorliegt. Vorzugsweise wird der Umgebungsraum vor dem Einleiten
des zweiten oder des dritten Ausgangsstoffes von dem jeweils anderen Ausgangsstoff
befreit, beispielsweise mittels Durchspülung des ersten
Ausgangsstoffes oder eines im Wesentlichen inerten Gases durch den
Umgebungsraum.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite
Ausgangsstoff derart eingeleitet wird, dass dessen Konzentration
im Umgebungsraum oberhalb des Oberflächenbereiches im Wesentlichen
konstant ist. Bei einem derartig konstant vorliegenden zweiten Ausgangsstoff
kann die Reaktionsfähigkeit gesteuert werden, indem der zweite
Ausgangsstoff mittels Steuerung der Plasmaentladung zeitlich variiert
aktiviert wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Plasmaentladung
für die Aktivierung des zweiten Ausgangsstoffes auf einen
Plasmaraumbereich beschränkt ist, welcher einen Abstand
zum Oberflächenbereich des Substrates aufweist. Es handelt
sich also hierbei um ein indirektes Plasma, welches nicht bis zur
Oberfläche des Substrates reicht. Auf diese Weise erreicht
man, dass zwar die Aktivierung des zweiten Ausgangsstoffes für
die chemische Reaktion mit dem ersten Ausgangsstoff stattfindet,
dass jedoch der Oberflächenbereich des Substrates nicht
unter dem direkten Einfluss der eingesetzten Plasmaentladung steht.
Alternativ hierzu kann die für die Aktivierung des zweiten
Ausgangsstoffes verwendete Plasmaentladung bis zum Oberflächenbereich
des Substrates reichen. In diesem Fall ist die Rede von einem direkten
Plasma.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass die Plasmaentladung derart angesteuert wird,
dass der Oberflächenbereich zumindest zeitweise konditioniert
wird. Bei der Konditionierung des Oberflächenbereiches
handelt es sich um eine Wechselwirkung zwischen Teilchen auf der
Substratoberfläche und dem darüber liegenden Plasma
zur Beeinflussung physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften der
erzeugten Materialschicht. Eine derartige Konditionierung des Oberflächenbereiches
findet vorzugsweise vor jedem impulsförmigen Auftreten
des ersten Ausgangsstoffes in dem Umgebungsraum statt. Hierbei kann
weiterhin für die Aktivierung des zweiten Ausgangsstoffes
ein indirektes Plasma verwendet werden, die zum Oberflächenbereich
der Substratoberfläche einen Abstand bildet, während
für die Konditionierung des Oberflächenbereiches
zwischen den Impulsen des ersten Ausgangsstoffes auf ein direktes
Plasma umgeschaltet wird.
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Alternativ
kann das gleiche direkte Plasma für die Aktivierung des
zweiten Ausgangsstoffes und gleichzeitig für die Konditionierung
des Oberflächenbereiches verwendet werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Inertgas in die
Reaktionskammer derart eingeleitet wird, dass es den Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereiches kontinuierlich oder impulsförmig
erreicht. Vorzugsweise wird der Umgebungsraum mittels des Inertgases
impulsförmig von den sich dort befindenden Ausgangsstoffen
frei gespült. Zumindest kann jedoch das impulsförmige
Reduzieren der Konzentration eines oder mehrerer der Ausgangsstoffe
mittels des Inertgases derart erreicht werden, dass die Deposition
der Materialschicht im Wesentlichen unterbunden wird. Alternativ
kann es sich bei dem Inertgas lediglich um einen Puffer oder Trägergas
handeln, mit dem der Ablauf der chemischen Gasphasenreaktion gesteuert wird,
oder das zur Dosierung eines oder mehrerer der Ausgangsstoffe verwendet
wird.
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Bevorzugterweise
ist vorgesehen, dass der erste Ausgangsstoff eine Metall- oder Halbleiterverbindung
umfasst, bevorzugt Trimethylaluminium (Al(CH3)3) oder Aluminiumchlorid
(AlCl3). Es können jedoch auch andere für die
Dünnschichtabscheidung geeignete Präkursoren verwendet
werden, insbesondere organometallische Präkursoren. Weitere
Beispiele für den erste Ausgangsstoff bilden beispielsweise
Trimethylamine-Alane (TMMA ((CH3)3NAlH3) oder Aluminium-Acetylacetonat
(Al(C5H7O2)n, wobei vorzugsweise n = 3 ist, dieses Material wird
auch kurz als Al(acac)3 bezeichnet). Als mögliche Kandidaten
für den zweiten Ausgangsstoff kommen beispielsweise Sauerstoff
(O2) oder Distickstoffmonoxid (N2O) in Frage.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen,
dass als Substrat eine Wafer-Solarzelle bereitgestellt wird und
als Materialschicht eine Passivierungsschicht zur Oberflächenpassivierung
der Solarzelle erzeugt wird.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, dass die Einleitung des zweiten und/oder des dritten
Ausgangsstoffes und/oder eine Bewegung des Substrates derart vorgenommen
wird, dass die Konzentration des zweiten und/oder des dritten Ausgangstoffes in
einem Umgebungsraum oberhalb des Oberflächenbereiches impulsförmig
variiert wird. Wie das Variieren der Konzentration des ersten Ausgangsstoffes,
wird die impulsförmige Konzentrationsvariierung des zweiten
und/oder des dritten Ausgangstoffes in dem Umgebungsraum oberhalb
des Oberflächenbereiches vorzugsweise ausschließlich
mittels Steuerung der Einleitung des jeweiligen Ausgangsstoffes
in die Reaktionskammer oder ausschließlich mittels der
Bewegung des Substrates durch ein räumlich variierendes
Konzentrationsprofils in der Reaktionskammer erzielt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das impulsförmige
Variieren der Konzentration des ersten Ausgangstoffes in dem Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereiches mit einer Impulsdauer
von zwischen etwa 0,5 Sekunden bis etwa 2 Sekunden erfolgt, vorzugsweise
mit einer Impulsdauer von etwa 1 Sekunde. Diese Werte können
bei einer rein zeitlichen Steuerung der Einleitungseinheiten mittels
impulsförmigem Einleiten des ersten Ausgangsstoffes mit
einer Impulsdauer von etwa 5 Millisekunden bis etwa 50 Millisekunden
erreicht werde, vorzugsweise mit einer Impulsdauer von etwa 20 Millisekunden.
Bei letzteren Werten kann es sich also beispielsweise um Ventilöffnungszeiten
handeln. Sämtliche Impulsdauer-Werte können beispielsweise
als Halbwertsbreite gemessen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das impulsförmige
Variieren der Konzentration des ersten Ausgangstoffes in dem Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereiches mit einem Impulsabstand
von zwischen etwa 0,1 Sekunden und etwa 5 Sekunden erfolgt, vorzugsweise
mit einem Impulsabstand von etwa 3,5 Sekunden. Hierbei handelt es
sich vorzugsweise um den Abstand zwischen zwei Impuls-Spitzenwerten.
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Die
für die Materialschicht-Herstellung optimalen Impulsdauern
und Impulsabstände können unter anderem abhängig
sein von der gewählten Reaktorgeometrie, aber auch von
Ventilschaltzeiten der Einleitungseinheiten. Die vorangehend genannten Werte
gelten insbesondere aber nicht ausschließlich für
Einzelwafer-Reaktorkammern, welche verhältnismäßig
klein ausgebildet sind. Bei produktionstechnischen Abscheidevorrichtungen
mit großvolumigeren Reaktionskammern können sowohl
die Impulsdauern als auch die Impulsabstände deutlich länger
gewählt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei jedem
Impuls der impulsförmigen Variierung der Konzentration
des ersten Ausgangstoffes eine Materialteilschicht der Materialschicht
mit einer Schichtdicke von zwischen etwa 1 Angström und
etwa 50 Angström erzeugt wird, bevorzugterweise zwischen
etwa 2 Angström und etwa 5 Angström, eher bevorzugt
mit einer Schichtdicke von etwa 3,5 Angström.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Abscheidevorrichtung
ist vorgesehen, dass die Plasmaentladung in Richtung der Substratbewegungsrichtung
betrachtet vor und hinter mindestens einer der Einleitungseinheiten
angeordnet ist. Hierbei kann die Plasmaentladung räumlich
gesehen oberhalb der Einleitungseinheiten angeordnet sein, somit
auf einer dem Substrat abgewandten Seite der Einleitungseinheiten.
In einem solchen Fall handelt es sich also um ein indirektes Plasma,
welches keinen direkten Einfluss in Form einer Konditionierung der
Solarzellenoberfläche nimmt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Abscheidevorrichtung ist vorgesehen,
dass die Plasmaentladevorrichtung einen Plasmaentladeraum erzeugt,
der eine Mehrzahl von Einleitungseinheiten überspannt oder
umfasst. Im letzteren Fall sind somit die Einleitungseinheiten innerhalb
des Plasmaentladeraumes angeordnet.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
die Plasmaentladevorrichtung eine Mehrzahl von Plasmaentladeeinheiten
umfasst, die entlang der Substrattransportrichtung betrachtet jeweils
räumlich voneinander getrennte Plasmaentladeräume
aufweisen. Bei dieser Ausführungsform können die
Plasmaentladeräume jeweils unterschiedliche Plasmaparameter
aufweisen. Hierdurch steigt die Flexibilität in der Anwendung
der Abscheidevorrichtung. Ein weiterer Grund für erhöhte
Flexibilität gegenüber beispielsweise einer als
Inline-Vorrichtung konzipierten PEALD-Abscheidevorrichtung ist die,
dass die Schichtdicke der abgeschiedenen Materialschicht bei der
PEALD-Abscheidevorrichtung nach einmal bei der Anlagenkonzeption
vorbestimmter Vorrichtungslänge (und damit Anzahl der Abscheidezyklen)
feststeht. In der vorliegenden Ausführung besteht die Möglichkeit,
mittels Variation von Prozessparametern (beispielsweise TMA-Menge oder
Plasmaintensität), unterschiedlich dicke Materialschichten
abzuscheiden.
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Mit
den vorangehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
des Abscheideverfahrens und der Abscheidevorrichtung lassen sich neben
Materialschichten aus Al2O3 mit sehr guten Schichtqualitäten
bei geeigneter Auswahl der Ausgangsstoffe unter anderem Materialschichten
aus folgenden Materialien abscheiden:
AlxOyNz, Aluminiumoxynitrid
oder Aluminumnitrid, wobei als Ausgangsstoffe Aluminum-Präkursoren
sowie N2, H2, NH3, N2O und/oder O2 eingesetzt werden können.
Derartige Materialschichten können beispielsweise für
Antireflexions- und/oder Passivierungsanwendungen verwendet werden.
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TiO2,
wobei als Ausgangsstoffe Titantetrachlorid (TiCl4), Tetraisopropyltitanat
(TIPI, Ti(OC3H7)4) und/oder Tetraethoxytitanat (TEOT, Ti(C2H5)4)
eingesetzt werden können. TiO2-Materialschichten eignen
sich beispielsweise als Antireflexionsbeschichtung.
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Tantaloxid
(Ta2O5), wobei als Ausgangsstoffe Tantalpentaethoxid (Ta(OC2H5)5
oder Ta(OCH3)5) eingesetzt werden können. Tantaloxid-Materialschichten
eignen sich beispielsweise als Korrosionsschutzschichten.
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SiO2,
wobei als Ausgangsstoffe Tetraethoxysilan (TEOS, Si(OC2H5)4), Hexamethyldisiloxan (HMDSO)
und/oder Tetramethyldisiloxan (TMDSO) eingesetzt werden können.
SiO2-Materialschichten eignen sich für unterschiedliche
Zwecke, wie beispielsweise Oberflächenpassivierung.
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SiN,
wobei als Ausgangsstoffe Hexamethyldisilazan (HMDSN) und/oder Hexamethylcyclotrisilazan
(HMCTSZN) eingesetzt werden können. SiN-Materialschichten
eignen sich beispielsweise für Passivierungs- und/oder
Antireflexionsanwendungen.
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Ebenso
können Schichtsysteme aus unterschiedlichen Materialien
Abgeschieden werden, indem beispielsweise in einem kontinuierlich
ablaufenden Abscheideverfahren die Ausgangsstoffe und/oder ihre
Kombinationen gewechselt werden. Ein Beispiel hierfür bilden
Schichtsysteme, die Al2O3-Materialschichten und AlxOyNz-Materialschichten
umfassen. Als ein weiteres Beispiel sei ein Schichtsystem umfassend
Al2O3-Materialschichten und TiO2-Materialschichten genannt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Abscheidevorrichtung;
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2a und 2b Zeitdiagramme
für bekannte PEALD-Abscheideverfahren;
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3 ein
Zeitdiagramm für ein bekanntes PECVD-Abscheideverfahren;
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4a bis 4i Zeitdiagramme
von Abscheideverfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen;
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5 eine
Anordnung für ein Inline-Abscheideverfahren gemäß einer
Ausführungsform; und
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6 eine
Anordnung für ein Inline-Abscheideverfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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Die 1 zeigt
die Anordnung eines Substrates 3 in einer Reaktionskammer 1 der
Abscheidevorrichtung 10 in einer schematischen Querschnittsansicht.
Das Substrat 3 ist auf einem Substrathalter 2 angeordnet,
mittels dessen das Substrat 3 beispielsweise auf eine optimale
Abscheidetemperatur erwärmt oder abgekühlt werden
kann. Über einen Oberflächenbereich 4,
welcher sich im vorliegenden Fall über eine gesamte Oberfläche
des Substrates in Form einer Solarzelle 3 ausbreitet, erstreckt
sich ein Umgebungsraum 6, der mit einer gestrichelten Linie kenntlich
gemacht ist. Wie in der 1 angedeutet, befinden sich
in der Reaktionskammer 1 in einem Gasgemisch ein erster
Ausgangsstoff 7 und ein zweiter Ausgangsstoff 8.
Durch eine chemische Abscheidereaktion, an der die beiden Ausgangsstoffe 7, 8 teilnehmen,
wird auf dem Oberflächenbereich 4 des Substrates 3 die
Materialschicht 5 deponiert.
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Als
Umgebungsraum 6 oberhalb des Oberflächenbereiches 4 soll
vorliegend nur jener räumliche Bereich in der Reaktionskammer 1 angesehen werden,
bei dem die sich darin befindenden Ausgangsstoffe und die darin
ablaufenden Vorgänge, insbesondere chemischen Gasphasenreaktionen,
einen direkten Einfluss auf den darunterliegenden Oberflächenbereich 4 haben.
Insbesondere sind die Vorgänge und Ausgangsstoffe in dem
Umgebungsraum 6 sowie ihre zeitliche Abfolge für
die Abscheidung und gegebenenfalls für die Konditionierung
der Materialschicht 5 auf dem Oberflächenbereich 4 durch
ein hier nicht dargestelltes Plasma maßgeblich.
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Die
Abscheidevorrichtung 10 umfasst ferner eine Einleitungseinheit 9,
beispielsweise ausgestaltet als eine Einleitungsdüse. Mittels
der Einleitungseinheit 9 werden der erste Ausgangsstoff 7 und
der zweite Ausgangsstoff 8 und gegebenenfalls weitere Ausgangsstoffe,
Reaktanten und/oder inerte Stoffe in die Reaktionskammer 1 eingeleitet.
In alternativen Ausführungsformen können weitere
Einleitungseinheiten 9 vorgesehen sein, durch welche jeweils
unterschiedliche Stoffe in die Reaktionskammer 1 eingeleitet
werden. Bevorzugt werden sogar mehrere Einleitungseinheiten 9 verwendet,
um einen der Ausgangsstoffe in die Reaktionskammer 1 einzuleiten.
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In
den folgenden 2a, 2b, 3 und 4 werden
mittels Zeitablaufdiagrammen schematisch die zeitlichen Ansteuerungen
der Einleitungseinheiten 9 für die Einleitung
der unterschiedlichen Gase in die Reaktionskammer, sowie die Energiezufuhr
für die Plasmaentladung veranschaulicht. Im Folgenden wird
von einer Hochfrequenzansteuerung zur Plasmaerzeugung gesprochen,
wobei jedoch auch andere geeignete Arten der Energiezufuhr angewendet
werden können. Wenngleich im Folgenden davon ausgegangen
wird, dass in den folgenden Figuren die zeitliche Ansteuerung der
Einleitungseinheiten 9 dargestellt sind, kann es sich bei
den darin gezeigten Diagrammen auch um eine schematische Darstellung
der Konzentrationen der jeweiligen Gase in dem Umgebungsraum 6 oberhalb
des Oberflächenbereiches 4 handeln. In Abhängigkeit
von der räumlichen Anordnung der Einleitungseinheiten 9 und
des Substrates 3 in der Reaktionskammer 1 ist mit
einem Zeitversatz zwischen der Einleitung eines Stoffes in die Reaktionskammer 1 (beziehungsweise der
Einleitungsansteuerung) und einer korrespondierenden Änderung
der Konzentration dieses Stoffes in dem Umgebungsraum 6 zu
rechnen.
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In
allen nun folgenden Zeitdiagrammen wird folgendes dargestellt: Die
erste (oberste) Zeile zeigt die zeitliche Einleitungseinheitsansteuerung 11 für das
Einleiten eines Inertgases, die zweite Zeile zeigt die zeitliche
Einleitungseinheitsansteuerung 12 für den ersten
Ausgangsstoff 7, die dritte Zeile zeigt die zeitliche Einleitungseinheitsansteuerung 13 für
den zweiten Ausgangsstoff 8 und die vierte Zeile zeigt
die zeitliche Hochfrequenzansteuerung 14 zur Plasmaerzeugung.
In den Zeitdiagrammen wird angenommen, dass die jeweiligen Ansteuerungen
digital erfolgen. Anders ausgedrückt, die Ansteuerung ist
entweder aktiviert oder deaktiviert. In jedem Zeitdiagramm sind
eineinhalb Abscheidungszyklen dargestellt. Eine Abscheidung umfasst
in der Regel eine Vielzahl von Abscheidungszyklen um eine ausreichende
Schichtdicke zu erzielen, so dass die hier dargestellten Zeitdiagramme
sich periodisch fortsetzen würden.
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Im
aktivierten Zustand wird durch die jeweilige Einleitungseinheit
das zugehörige Gas oder der zugehörige Ausgangsstoff
mit einem vorbestimmten Druck eingeleitet, während die
Hochfrequenzquelle zur Plasmaerzeugung im aktivierten Zustand eingeschaltet
ist. In Wirklichkeit wird jede Ansteuerung eine Anstiegs- und eine
Abfallzeit aufweisen, welche je nach Bauart der hier verwendeten
mechanischen und elektronischen Komponenten mehr oder weniger kurz
sein können.
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Die 2a, 2b und 3 stellen
die Situation für den bekannten Stand der Technik dar. Während
sich die 2a und 2b auf
zwei unterschiedliche Plasma unterstützte Atomlagenabscheidungsverfahren
(PEALD-Verfahren) beziehen, ist in der 3 das Zeitdiagramm
für ein Plasma unterstütztes chemisches Gasphasenabscheideverfahren (PECVD-Verfahren)
dargestellt. Bei dem bekannten PEALD-Verfahren gemäß der 2a werden
im ständigen Wechsel die beiden Ausgangsstoffe 7 und 8 in
die Reaktionskammer 1 eingeleitet, wobei im zweiten Ausgangsstoff 8 mittels
der Hochfrequenzansteuerung 14 ein Plasma gezündet
wird, welches ihn für eine chemische Reaktion aktiviert.
Zwischen Phasen der Einleitung der beiden Ausgangsstoffe 7 und 8 wird
die Reaktionskammer 1 mittels Inertgas gespült,
was durch die zugehörige Einleitungseinheitsansteuerung 11 verdeutlicht
ist. Dies geschieht, damit die beiden Ausgangsstoffe 7 und 8 nicht
gleichzeitig in der Gasphase in der Reaktionskammer 1 vorliegen,
sondern ausschließlich auf der Oberfläche ideal
in einem Monolayer miteinander reagieren, so dass keine Gasphasenreaktion
stattfinden kann.
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Das
in 2b dargestellte Zeitdiagramm unterscheidet sich
lediglich dadurch von der 2a, dass
der zweite Ausgangsstoff kontinuierlich in die Reaktionskammer 1 eingeleitet
wird. Da die Hochfrequenzansteuerung 14 zur Plasmaerzeugung
weiterhin impulsförmig erfolgt, findet die Plasmaerzeugung und
somit die Aktivierung des zweiten Ausgangsstoffes 8 ebenfalls
impulsförmig statt. In diesem Fall ist es im Wesentlichen
unschädlich, dass die beiden Ausgangsstoffe 7 und 8 zeitweise
gleichzeitig in der Reaktionskammer 1 sind, da eine chemische
Gasphasenreaktion auch dann nicht stattfinden kann.
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Die 3 zeigt
den entsprechenden zeitlichen Verlauf beim PECVD-Verfahren. Wie
bereits einleitend erläutert, handelt es sich hierbei um
ein kontinuierliches Abscheideverfahren, bei dem die Ansteuerungen 12 und 13 der
Einleitungseinheiten 9 für die beiden Ausgangsstoffe 7 und 8 und
auch die Hochfrequenzansteuerung 14 gleichzeitig und kontinuierlich
erfolgen. Somit koexistieren in der Reaktionskammer 1 der
erste Ausgangsstoff 7 und ein mittels Plasmaentladung aktivierter
zweite Ausgangsstoff 8. Die Einleitungseinheitsansteuerung 11 für
das Inertgas ist dementsprechend deaktiviert.
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Die 4a bis 4i zeigen
in Diagrammform die zeitlichen Verläufe der Ansteuerungen 11, 12, 13 für
die Einleitungseinheiten 9 zum Einleiten von Inertgas,
erstem Ausgangsstoff 7 und zweitem Ausgangsstoff 8 sowie
für die Hochfrequenzansteuerung 14 in beispielhaften
Ausführungsformen eines Plasma unterstützten Abscheideverfahrens.
Während in den in 4a bis 4c dargestellten Fällen die Ansteuerung 13 für
die Einleitung des zweiten Ausgangsstoffes 8 kontinuierlich
aktiviert ist und somit die Konzentration des zweiten Ausgangsstoffes 8 in
dem Umgebungsraum 6 oberhalb des Oberflächenbereiches 4 konstant
ist beziehungsweise gehalten wird, erfolgt die Zufuhr des zweiten
Ausgangsstoffes 8 in den Ausführungsformen gemäß 4d bis 4f impulsförmig.
In allen Ausführungsformen findet jedoch die Einleitung des
ersten Ausgangsstoffes 7 ausschließlich impulsförmig
statt. Hierbei ist vorteilhafterweise eine Impulsdauer für
die Ansteuerung 12 wesentlich kürzer, als ein
Impulsabstand zwischen zwei Impulsen, wenngleich diese beiden Parameter
zumindest in den 4a bis 4c gleich lang zu sein scheinen. Bevorzugterweise
ist die Impulsdauer um etwa zwei Größenordnungen
kürzer als der Impulsabstand.
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Gemäß der 4a findet abwechselnd eine Einspeisung
des ersten Ausgangsstoffes 7 und eine Einspeisung des Inertgases
statt, wobei die Einspeisung des zweiten Ausgangsstoffes 8 und
seine Aktivierung mittels Plasmaentladung kontinuierlich erfolgt.
Gegenüber diesem Fall wird bei der Ausführungsform
gemäß der 4b das
Inertgas kontinuierlich eingeleitet, während es bei der
Ausführungsform gemäß der 4c gänzlich vermieden wird. Im letzteren
Fall kann der kontinuierlich eingeleitete zweite Ausgangsstoff die
Spülfunktion übernehmen.
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In
der Ausführungsform des Plasma unterstützten Abscheideverfahrens
gemäß der 4f werden,
wie in dem Fall gemäß 4a,
der erste Ausgangsstoff 7 und das Inertgas abwechselnd
eingeleitet. Anders als in der Ausführungsform gemäß 4a wird jedoch auch der zweite Ausgangsstoff 8 im
Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten Ausgangsstoff 7 impulsförmig
eingeleitet und auch mittels impulsförmiger Hochfrequenzansteuerung 14 eine
Plasmaentladung erzeugt. Hiervon unterscheiden sich die Ausführungsformen
gemäß den 4d und 4e dadurch, dass das impulsförmige
Einleiten des ersten Ausgangsstoffes 7 mit einer halben
Wiederholfrequenz gegenüber dem impulsförmigen
Einleiten des zweiten Ausgangsstoffes 8 erfolgt. Ferner unterscheiden
sich die Ausführungsformen gemäß den 4d und 4e durch
eine unterschiedliche Hochfrequenzansteuerung 14 für
die Plasmaerzeugung, die im ersteren Fall impulsförmig
und im letzteren Fall im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt.
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Die 4a bis 4f weisen
jeweils die gleichen vier Zeilen auf, so dass in den übrigen
dieser Figuren die Bezugszeichen weggelassen wurden. Im Gegensatz
dazu wird in den 4g, 4h und 4i eine weitere zeitliche Ansteuerung mittels
einer zusätzlichen Zeile dargestellt. Es handelt sich hierbei
um die zeitliche Einleitungsansteuerung 15 für
das Einleiten eines dritten Ausgangsstoffes. Dieser ersetzt zeitweise
den zweiten Ausgangsstoff 8 in der chemischen Gasphasenreaktion
mit dem ersten Ausgangsstoff 7. Während der zweite
Ausgangsstoff 8 für die chemische Reaktion mit
dem ersten Ausgangsstoff 7 mittels der Plasmaentladung
zunächst aktiviert werden muss, ist der dritte Ausgangsstoff
vorzugsweise von sich aus aktiv und benötigt hierfür
kein Plasma. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Ozon oder
Wasser, die den molekularen Sauerstoff als zweiten Ausgangsstoff 8 ersetzen
können.
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Bei
Ausführungsformen gemäß den 4g bis 4i erfolgt
das Einleiten des zweiten Ausgangsstoffes 8 in Wechsel
mit dem Einleiten des dritten Ausgangsstoffes. Die Hochfrequenzansteuerung 14 entspricht
der Einleitungseinheitsansteuerung 13 für den
zweiten Ausgangsstoff 8, und erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen
zeitgleich mit ihr. Die Spülung des Umgebungsraumes 6 oberhalb
des Oberflächenbereiches 4 beziehungsweise der
gesamten Reaktionskammer 1 erfolgt in einem Zeitabstand
oder Zeitfenster zwischen dem alternierenden Einleiten des zweiten
und des dritten Ausgangsstoffes.
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Die
in 4g bis 4i veranschaulichten
Ausführungsformen unterscheiden sich in einer Frequenz,
mit der die Einleitungseinheitsansteuerung 12 für
den ersten Ausgangsstoff 7 erfolgt. Während die Einleitungseinheitsansteuerung 12 nach 4h gleichzeitig mit der Ansteuerung 13 für
den zweiten Ausgangsstoff 8 erfolgt, erfolgt sie nach 4g mit einer doppelten Wiederholfrequenz.
Schließlich gleichen sich die Wiederholfrequenzen der Einspeisungsansteuerungen 12 und 13 für
den ersten und den zweiten Ausgangsstoff 7, 8 in
den Ausführungsformen gemäß den 4h und 4i,
wobei die beiden Einspeisungsansteuerungen 12 und 13 jedoch
um eine halbe Periodenlänge gegeneinander verschoben sind
und somit die Einspeisung des ersten Ausgangsstoffes 7 und
des zweiten Ausgangsstoffes 8 alternierend erfolgen.
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Für
die Herstellung von Materialschichten aus Al2O3, die als Passivierungsschichten
auf Wafersolarzellen dienen sollen, eignen sich insbesondere Trimethylaluminium
(TMA) als erstes Ausgangsmaterial 7 und molekularer Sauerstoff
(O2), welcher mittels einer Plasmaentladung aktiviert ist, als zweites
Ausgangsmaterial 8. Als Inertgas ist Argon (Ar) gut geeignet.
Eine sehr lange Ladungsträgerlebensdauer und somit eine
gute Oberflächenpassivierung wird in diesem Fall beispielsweise
erreicht mittels einer kontinuierlichen Plasmaentladung, bei einer
Impulsdauer der Einleitung von TMA von etwa 20 Millisekunden und
einem Zeitabstand zwischen Einleitungsimpulsen des TMA beziehungsweise
einem Impulsabstand von etwa 3,5 Sekunden (s).
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Die
Temperatur des Substrates 3 sollte in diesem Fall bei etwa
200°C liegen, während das O2-Gas mit einem Gasfluss
von etwa 50 Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm – standard
cubic centimeter per minute) und das Ar-Gas mit einem Gasfluss von
etwa 20 sccm eingeleitet werden. Die Plasma-Frequenz, also die Frequenz
der Hochfrequenzansteuerung für die Plasmaentladung, liegt
vorzugsweise bei 13,56 MHz, wobei das Plasma eine Plasma-Leistung
von etwa 150 Watt aufweist. Schließlich sollte der Druck
in der Reaktionskammer 1 bevorzugt bei einem Wert von etwa
150 Millitorr liegen.
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Mit
diesen Parametern ergibt sich eine Wachstumsrate der Dicke der Materialschicht 5 von etwa
3,5 Angström (A) pro TMA-Impuls beziehungsweise pro Abscheidungszyklus,
was einer Schichtabscheiderate von etwa 1 Angström pro
Sekunde (A/s) entspricht. Bei Änderung des TMA-Impulsabstandes zu
Werten von 2,5 s, 1,5 s und 0,5 s ergeben sich Wachstumsraten für
die Dicke der Materialschicht 5 von 3,75 A, 4,5 A und 5
A sowie entsprechend Schichtabscheideraten von 1,5 A/s, 3 A/s und
10 A/s. Dies unter Vernachlässigung der sehr kurzen TMA-Impulsdauer.
Das Wachstum pro Impuls ist unterschiedlich, da die Materialteilschichten 51,
aus denen sich die Materialschicht 5 zusammensetzt, unterschiedlich
dicht aufwachsen.
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Bei
dem vorliegenden Abscheideverfahren kann die Materialschichtdicke
pro Abscheidezyklus beziehungsweise pro Impuls des ersten Ausgangsstoffes über
die pro Abscheidezyklus eingeleitete Menge des ersten Ausgangsstoffes
eingestellt werden. Für die Passivierung einer Solarzellenoberfläche
wird vorzugsweise eine geeignete Materialschicht mit einer Schichtdicke
von mindestens 5 Nanometern abgeschieden; abhängig von
den konkreten Materialeigenschaften liegt die Schichtdicke bevorzugterweise
deutlich über diesem Wert. Wenn die Materialschicht zusätzlich
oder ausschließlich die Funktion einer Rückseitenverspiegelung
der Solarzelle übernimmt, ist eine Schichtdicke von etwa
100 Nanometern oder mehr vorteilhaft.
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5 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer Anordnung in einer Reaktionskammer 1 gemäß einer
Inline-Ausführungsform der Abscheidevorrichtung 10.
Die Abscheidevorrichtung 10 weist mehrere äquidistant
nebeneinander entlang der Substratbewegungsrichtung 22 verteilt
angeordnete Einleitungseinheiten 9 auf. Diese werden von
einem Plasmaentladeraum 21 umspannt, welcher mittels einer
Plasmaentladevorrichtung (in 5 nicht
dargestellt) erzeugt wird. Unterhalb der Einleitungseinheiten 9 ist
ein Substrat 3 angeordnet, welches mittels einer Transportvorrichtung
(ebenfalls nicht dargestellt) entlang einer Substratbewegungsrichtung 22 bewegt
wird, vorzugsweise mit einer konstanten Transportgeschwindigkeit.
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Am
unteren Ende der 5 ist eine schematische und
gegenüber den Abmessungen des Substrats 3 extrem
vergrößerte Darstellung der Materialschicht 5 abgebildet,
um dessen Wachstum entlang der Substratbewegungsrichtung 22 zu
veranschaulichen. Mittels der gestrichelt eingezeichneten senkrechten
und waagerechten Hilfslinien ist in der 5 deutlich
gemacht, dass sich die Materialschicht 5 aus Materialteilschichten 51 zusammensetzt,
welche jeweils aufgrund des mittels einer zugehörigen Einleitungseinheit 9 eingeleiteten
ersten Ausgangsmaterials 7 erzeugt sind. Die Schichtdicke
der Materialschicht 5 steigt somit im Wesentlichen stufenförmig
in Substratbewegungsrichtung 22 an.
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Bei
einer rein zeitlichen Steuerung einer einzelnen Einleitungseinheit 9 für
die Einleitung des ersten Ausgangsstoffes 7 bei stationär
gehaltenem Substrat 3 entspräche eine Materialteilschicht 51 dem Abscheideergebnis
nach einem Abscheidungszyklus.
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Schließlich
zeigt die 6 eine Anordnung in einer Reaktionskammer 1 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Abscheidevorrichtung 10.
Hierbei sind auf einem Substrathalter 2 mehrere Substrate 3 hintereinander
angeordnet. Wie in dem in 5 dargestellten
Fall, werden mittels einer in der 6 nicht
dargestellten Transportvorrichtung die Substrate 6 entlang
einer Transportrichtung 22 durch die Reaktionskammer 1 bewegt.
Beispielsweise kann es sich bei dem Substrathalter 2 um
ein Transportband handeln, welches mittels außerhalb der
Reaktionskammer 1 angeordneter Rollen bewegt wird.
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Oberhalb
des Substrathalters 2 mit den Substraten 3 ist
eine Einleitungseinheit 9 angeordnet, mit dessen Hilfe
entlang der Transportrichtung 22 abwechselnd der erste
Ausgangsstoff 7 (gestrichelte Pfeile) und der zweite Ausgangsstoff 8 (durchgehende
Pfeile) in Richtung des Substrates 3 eingeleitet werden.
Eine in der 6 dargestellte Energiequelle 25 kann
sowohl zur Versorgung der Einleitungseinheit 9 als auch
zur Versorgung einer Plasmaentladevorrichtung für die Erzeugung
von Plasmaentladungen in Plasmaentladeräumen 21 dienen, welche
entlang der Transportrichtung 22 angeordnet sind. Die Substrate 3 durchlaufen
somit während der Bewegung entlang der Transportrichtung 22 abwechselnd Bereiche,
in welche ausschließlich der erste Ausgangsstoff 7 vorhanden
ist, und Plasmaentladeräume 21 in denen der zweite
Ausgangsstoff 8 vorliegt. Die entlang der Substratbewegungsrichtung 22 verteilt
angeordneten Plasmaentladeräume 21 können mittels
einer oder mittels mehrerer Plasmaentladeeinheiten erzeugt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reaktionskammer
- 2
- Substrathalter
- 3
- Substrat
- 4
- Oberflächenbereich
- 5
- Materialschicht
- 51
- Materialteilschichten
- 6
- Umgebungsraum
oberhalb des Oberflächenbereichs
- 7
- erster
Ausgangsstoff
- 8
- zweiter
Ausgangsstoff
- 9
- Einleitungseinheit(en)
- 10
- Abscheidevorrichtung
- 11
- zeitliche
Einleitungseinheitansteuerung für Inertgas
- 12
- zeitliche
Einleitungseinheitansteuerung für ersten Ausgangsstoff
- 13
- zeitliche
Einleitungseinheitansteuerung für zweiten Ausgangsstoff
- 14
- zeitliche
Hochfrequenzansteuerung zur Plasmaerzeugung
- 15
- zeitliche
Einleitungseinheitansteuerung für dritten Ausgangsstoff
- 21
- Plasmaentladeraum
- 22
- Substratbewegungsrichtung
- 25
- Energiequelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005104634
A2 [0007]