DE102012108901A1 - Verfahren und System zum Herstellen von Chalcogenid-Halbleitermaterialien unter Verwendung von Sputter- und Verdampfungsfunktionen - Google Patents

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Wen-Tsai Yen
Yung-Sheng Chiu
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Abstract

Ein Verfahren und System zum Herstellen eines Chalcogenid- oder Chalcopyrit-basierten Halbleitermaterials, um gleichzeitige Abscheidung von Metallvorläufermaterialien von einem Ziel und von Se-Radikalen von einem Se-Radikalen-Erzeugungssystem bereitzustellen. Das Se-Radikalen-Erzeugungssystem weist einen Verdampfer, der einen Se-Dampf erzeugt, und eine Plasmakammer auf, die ein Plasma verwendet, um einen Fluss von Se-Radikalen zu erzeugen. Mehrere solcher Abscheidungsoperationen können sequentiell durchgeführt werden, wobei jeweils die Abscheidungstemperatur genau gesteuert wird. Das abgeschiedene Material kann einen Zusammensetzungskonzentrationsgradienten aufweisen, oder kann ein zusammengesetztes Material sein oder als eine Absorberschicht in einer Solarzelle verwendet werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Herstellung dünner Filme. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf Herstellen von Chalcogenid-Halbleitermaterialien unter Verwendung hybrider Vakuumabscheidungsanlagen.
  • HINTERGRUND
  • Chalcogenide Halbleitermaterialien werden in vielen Anwendungen verwendet, und ihre Beliebtheit ist in den letzten Jahren gestiegen. Ein Chalcogenid ist eine binäre Zusammensetzung eines Chalcogens und eines elektropositiveren Elements oder Radikalen. Chalcogene sind die Gruppe-16-Elemente des Periodensystems: Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur und Polonium. Ein besonders beliebtes Chalcogenid-Halbleitermaterial ist CIGS, Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (Copper Indium Gallium Selenide (CIGS)). CIGS-Materialien finden in verschiedenen Anwendungen Verwendung und sind insbesondere als Absorberschichten für Solarzellen beliebt. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach sauberen Energiequellen ist die Herstellung von Solarzellen in den letzten Jahren dramatisch angestiegen, so dass die Nachfrage nach CIGS- und anderen Chalcogenid-Materialien stieg. CIGS ist ein tetraedrisch gebundener Halbleiter mit einer Chalcopyrit-Kristallstruktur. Andere Chalcogenid-Materialien können außerdem Chalcopyrit-Kristallstrukturen aufweisen.
  • Solarzellen sind Photovoltaikkomponenten zur direkten Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Die Absorberschicht, die das Sonnenlicht absorbiert, das in elektrischen Strom umgewandelt wird, ist daher von höchster Wichtigkeit. Die Herstellung der Absorberschicht und die Platzierung derselben auf einem Solarzellensubstrat ist daher ein kritischer Vorgang. Daher ist die Nachfrage nach der effizienten, akkuraten und zuverlässigen Herstellung eines solchen Films von wachsender und kritischer Wichtigkeit.
  • Es wäre daher wünschenswert, einen Chalcogenid-Film hoher Qualität unter Verwendung eines Verfahrens und Systems herzustellen, die glatte und einheitliche beschichtete Chalcogenid-Filme mit Oberflächen produzieren, die im wesentlichen große Korngrößen aufweisen. Es wäre außerdem wünschenswert, einen Chalcogenid-Film von hoher Qualität unter Verwendung eines Verfahrens und Systems herzustellen, die überlegene Wiederherstellbarkeit von Durchlauf zu Durchlauf aufweisen, und die nicht unter Zielvergiftung, Wölbung oder anderen Prozessinstabilitäten leiden, die durch Verschmutzung der Kammer entstehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat wird erfindungsgemäß bereitgestellt, das umfasst:
    Bereitstellen eines Substrats in einer evakuierbaren Kammer einer Filmabscheidungsvorrichtung; und
    Sputtern von Metallvorläufermaterialien von wenigstens einem Sputterziel auf das Substrat, während gleichzeitig Se-Radikale auf das Substrat gelenkt werden, so dass ein Se-basierter Chalcogenid-Film auf dem Substrat gebildet wird.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Sputtern sequentielles Sputtern der Metallvorläufermaterialien von einer Vielzahl von Sputterzielen auf das Substrat, während die Se-Radikalen gleichzeitig auf das Substrat gelenkt werden.
  • Vorzugsweise umfasst das sequentielle Sputtern eine Vielzahl von sequentiellen Sputteroperationen, wobei das Substrat auf einem Tisch angeordnet ist, und ferner umfassend separates Steuern von Temperaturen des Tisches während jeder sequentiellen Sputteroperation.
  • Vorzugsweise umfasst das sequentielle Sputtern:
    eine erste Sputteroperation, bei der ein Sputterziel ein erstes Sputterziel ist, das In und/oder In2Se3 und/oder Ga2Se3 umfasst;
    eine zweite Sputteroperation, bei der Sputterziel ein zweites Sputterziel ist, das Cu und/oder CuGa aufweist; und
    eine dritte Sputteroperation, bei der Sputterziel ein drittes Sputterziel ist, das In und/oder In2Se3 und/oder Ga2Se3 umfasst.
  • Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen eines Substrats Abscheiden des Substrats auf einem Tisch und ferner Steuern von Temperaturen in der ersten Sputteroperation auf eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von etwa 200–325°C sowie Steuern von Temperaturen in den zweiten und dritten Sputteroperationen auf eine Temperatur innerhalb eines Bereiches von etwa 450–600°C.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Bereitstellen eines Substrats Abscheiden des Substrats auf einem Tisch und ferner separates Steuern von Temperaturen in mehreren Bereichen des Tisches.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Substrat ein Solarzellensubstrat und der Se-basierte Chalcogenid-Film bildet wenigstens einen Abschnitt eines Absorberfilms.
  • Vorzugsweise umfasst der Se-basierte Chalcogenid-Film CuInGaSe.
  • Bei einer Ausführungsform schließt die Metallvorläufermaterialien Cu, In und Ga ein.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Spalten von Se aus einer Se-Dampfquelle unter Verwendung eines Plasmas zum Erzeugen eines Flusses der Se-Radikalen.
  • Vorzugsweise enthält das Verwenden eines Plasmas Erzeugen eines Plasmas unter Verwendung von HF.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner thermisches Verdampfen eines Se-Materials, um die Se-Dampfquelle herzustellen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Sputtern gepulstes reaktives DC oder HF-Magnetronsputtern.
  • Erfindungsgemäß wird auch eine hybride Filmherstellungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    eine Vakuumkammer mit einem Tisch zum Halten eines Substrats, auf dem ein Film abgeschieden werden soll;
    wenigstens eine Sputterstation zum Sputtern von Material auf dem Substrat, wobei die Sputterstation ein Sputterziel und eine damit verbundene Stromversorgung aufweist;
    wenigstens eine Se-Station zum Erzeugen von Se-Radikalen und Veranlassen, dass sich die Se-Radikale auf dem Substrat abscheiden; und
    eine Steuerung, die die wenigstens eine Sputterstation und die wenigstens eine Se-Station steuert und die wenigstens eine Sputterstation und die wenigstens eine Se-Station veranlassen kann, zur gleichen Zeit zu arbeiten.
  • Bei einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Sputterstation eine Vielzahl von Sputterstationen auf, die eine erste Sputterstation, in der das Sputterziel ein erstes Sputterziel ist, das ein erstes Zielmaterial umfasst, das Kupfer und/oder Indium und/oder Gallium und/oder Selen enthält, und eine zweite Sputterstation einschließt, in der Sputterziel ein zweites Sputterziel ist, das ein zweites Zielmaterial aufweist, das Kupfer und/oder Gallium und/oder Indium einschließt.
  • Bei einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Sputterstation eine Vielzahl von Sputterstationen auf und die Steuerung ist konfiguriert, eine sequentielle Operation der Vielzahl von Sputterstationen zu veranlassen, während die Se-Radikalen auf dem Substrat abgeschieden werden.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Hybride Filmherstellungsvorrichtung ferner ein steuerbares Heizelement, das den Tisch erhitzt, und wobei die Steuerung den Tisch veranlasst, während jeder der sequentiellen Sputteroperationen unterschiedliche Temperaturen anzunehmen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Se-Station eine thermische Verdampfungskammer zum Herstellen von Se-Dampf und eine Plasmastation, die die Se-Radikalen aus dem Se-Dampf herstellt.
  • Vorzugsweise weist die Plasmastation ein HF- und/oder ein Ionenstrahlbeschuss- und/oder ein Mikrowellenplasmaerzeugungssystem auf.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst jede der Sputterstationen ein gepulstes HF- oder DC-System als Stromversorgung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird am besten anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich. Es wird hervorgehoben, dass, im Einklang mit üblicher Praxis, die vielfältigen Merkmale der Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. Andererseits können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale willkürlich aus Gründen der Klarheit gestreckt oder reduziert sein. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Merkmale in der gesamten Spezifikation und Zeichnung.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens der Offenbarung;
  • 2 zeigt schematisch eine beispielhafte hybride Abscheidungsvorrichtung der Offenbarung;
  • 3 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer Se-Radikalen-Erzeugungseinheit gemäß der Offenbarung; und
  • 4A–4D zeigen Querschnittansichten, die eine beispielhafte Abfolge von Verarbeitungsoperationen zum Herstellen eines Chalcogenid-Films gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung zeigen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER OFFENBARUNG
  • Die Offenbarung liefert ein Verfahren und System zum Herstellen von Chalcogenid-Halbleitermaterialschichten. Zusätzlich zu CIGS, dem Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Chalcogenid, das oben diskutiert wurde, schließen andere Chalcogenid-Halbleitermaterialien CuInSe2, CuGaSe2 und Indium ein. Die erwähnten und andere Chalcogenid-Halbleitermaterialien sind Halbleiter mit einer Chalcopyritstruktur und werden oft als Chalcopyrit-basierte Halbleitermaterialien oder chalcopyritstrukturierte Halbleitermaterialien bezeichnet.
  • Chalcogenid-Halbleitermaterialschichten können als Absorberschichten in Solarzellen verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Chalcogenid-Halbleitermaterialschicht die einzige Absorberschicht in einer Solarzelle sein und gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann, die Chalcogenid-Halbleitermaterialschicht in Verbindung mit einer zusätzlichen Absorberschicht, wie Chalcopyrit (CuFeS2) oder anderen geeigneten Absorbermaterialien, die in Solarzellen verwendet werden, verwendet werden. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das Chalcogenid, d. h. Chalcopyrit-basiertes Halbleitermaterial, in anderen Anwendungen verwendet werden, die mit Solarzellen in Verbindung stehen oder nicht. Nachfolgend werden Chalcogenid-Halbleitermaterialien alternativ als Chalcopyrit-basierte Halbleitermaterialien bezeichnet.
  • Verfahren und Systeme zum Herstellen von Chalcogenid-Halbleitermaterialien weisen allgemein einen Wachstumsprozess auf, der mit der Selenisierung binärer oder ternärer Legierungsvorläufer verbunden ist. Diese Selenisierung kann Se-Dampf oder eine H2Se/Ar-Gasmischung aufweisen, um Chalcogenid-Halbleitermaterialien herzustellen. Ein Verdampfungsprozess kann Se-Dampf oder eine H2Se/Ar-Gasmischung erzeugen, und ein Sputterprozess kann in Verbindung mit dem Se-Dampf oder der H2Se/Ar-Gasmischung verwendet werden, um die Chalcogenid-Materialien abzuscheiden bzw. aufzutragen.
  • Ein beispielhaftes Verfahren und System sorgen für die Dissoziation oder das Aufbrechen von Selen in Selen-Radikale. Eine Selenquelle kann thermisch verdampft werden, um einen Selendampf herzustellen, der dann gespalten, d. h. dissoziiert wird, um freie Selen-Radikale zu bilden. Das Verfahren und die Vorrichtung sorgen für simultanes Durchführen einer Sputteroperation und Lenken der Se-Radikalen, gemeinsam mit dem gesputterten Material zu einem Substrat, um einen binären oder ternären Chalcogenid-Film zu bilden, der Selen aufweist, wie etwa CIGS, das als lichtabsorbierendes Material in Photovoltaikzellen, d. h. Solarzellen oder in anderen Anwendungen, verwendet werden kann. CIGS kann als eine feste Lösung von Kupfer-Indium-Selenid und Kupfer-Gallium-Selenid ausgedrückt werden, das durch eine chemische Formel CuInxGa(1-x)Se2 wiedergegeben werden kann, wobei der Wert von x von 1 bis 0 variieren kann.
  • In anderen beispielhaften Ausführungsformen können das Verfahren und System verwendet werden, um andere Chalcogenid-Materialien herzustellen, wie etwa Kupfer-Indium-Selenid oder Kupfer-Gallium-Selenid oder andere Materialien, die für Photovoltaikanwendungen insbesondere in Form polykristalliner dünner Filme von Interesse sind.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung liefern ein hybrides Abscheidungswerkzeug mit mehreren Stationen, die eine oder mehrere Sputter- oder Verdampfungsstationen aufweisen, die ein Metall oder metallisches Legierungsziel und wenigstens eine Station aufweisen, die einen plasmagenerierten Fluss von Se-Radikalen produziert.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren der Offenbarung zeigt, und Schritte 1–11 des gezeigten Verfahrens können in einer einzelnen hybriden Abscheidungsvorrichtung ausgeführt werden. Noch genauer liefert 1 einen Überblick über einen beispielhaften Prozess, der unten ausführlicher beschrieben wird. Bei Schritt 1 wird ein Substrat in einer Vakuumkammer einer hybriden Abscheidungsvorrichtung bereitgestellt. Die hybride Abscheidungsvorrichtung weist mehrere Sputter-Abscheidungsstationen und wenigstens eine Verdampfungsstation auf, die Se-Radikale erzeugt. Bei Schritt 3 wird eine Materialschicht auf einer Substratoberfläche gebildet bzw. abgeschieden, indem gleichzeitig Material von wenigstens einem Sputter-Ziel gesputtert wird, während außerdem Se-Radikale auf die Substratoberfläche gelenkt werden. Die Se-Radikalen werden aus einem Selendampf durch Plasmaspalten (plasma cracking) erzeugt, wie in Schritt 5 angezeigt ist. Bei Schritten 7 und 9 wird eine Materialschicht abgeschieden, wie angezeigt ist, und können die sequentiellen Abscheidungsoperationen, die in Schritten 3, 7 und 9 stattfinden, sequentielle Sputteroperationen darstellen, wobei für jede der unterschiedlichen Sputteroperationen verschiedene Sputterziele der hybriden Abscheidungsvorrichtung verwendet werden. Dieses sequentielle Sputtern wird durchgeführt, während die Se-Radikalen simultan auf das Substrat gelenkt werden, ohne dass das Substrat aus der Vakuumkammer entfernt wird. Bei einem optionalen Schritt 11 kann ein weiterer Abscheidungsschritt verwendet werden, der das Sputtern von Material von einem Sputterziel oder -zielen gemeinsam mit der gleichzeitigen Abscheidung von Selenradikalen aufweist. Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen können verschiedene Anzahlen sequentieller Abscheidungsoperationen verwenden. Die sequentiellen Abscheidungsoperationen können einen zusammengesetzten Film bilden, der eine Anzahl individueller Schichten umfasst, die die gleichen oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, oder die sequentiellen Abscheidungsoperationen können ein Material mit einem zusammengesetzten Gradienten bilden. Auf die Abscheidungs- bzw. Beschichtungsschritte kann ein Heizvorgang folgen. Bei Schritt 13 wird die weitere Verarbeitung fortgesetzt.
  • 2 zeigt ein Schema, das ein beispielhaftes System der Offenbarung zeigt. Die hybride Abscheidungsvorrichtung 21 weist eine Vakuumkammer 23 auf, die durch ein Vakuum geleert werden kann, wie etwa durch Pfeil 25 angezeigt ist. Verschiedene Sputtergase, wie etwa Argon oder andere inerte Gase, können am Einlass 27 in die Vakuumkammer 23 eingeführt werden, wie durch Gasflusspfeil 29 angezeigt ist. Das Substrat 33 wird auf Tisch 35, der eine elektrostatische Einspanneinrichtung oder andere geeignete Einspannrichtung gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sein kann, gehalten. Das Substrat 33 weist eine Oberfläche 39 auf, auf die ein oder mehrere Filme abgeschieden werden, wenn ein optionaler Verschluss 37 in der offenen Position ist. Die Temperatur verschiedener Bereiche von Tisch 35 wird durch die Heizelemente 41 eines Heizblocks gesteuert und durch Temperatursteuerung 43 gesteuert. Verschiedene unterschiedliche räumliche Orte von Tisch 35 können durch Temperatursteuerung 43 getrennt gesteuert werden, wie durch die Drähte 45 angezeigt ist, die an mehreren verschiedenen Orten von Tisch 35 enden. Heizelemente 41 können auf eine Weise gruppiert sein, die bestimmte Zonen ermöglicht, falls Tisch 35 in einigen beispielhaften Ausführungsformen auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden soll. Temperatursteuerung 43 kann ein Thermoelement oder einen anderen Typ von Thermometer aufweisen und ist in der Lage, Temperatur an verschiedenen angezeigten räumlichen Orten, wie während jeder der mehreren Abscheidungsoperationen gewünscht, zu detektieren und zu steuern.
  • Die hybride Abscheidungsvorrichtung 21 weist außerdem beispielhafte Sputterstationen 47 und Se-Radikale-Erzeugungsstation 51 auf. Es ist einzusehen, dass 2 zweidimensional ist und dass die hybride Abscheidungsvorrichtung 21 verschiedene Anzahlen von Sputterstationen 47 aufweisen kann, die in verschiedenen Orientierungen angeordnet und in der Lage sind, Material auf die Oberfläche 39 des Substrats 33 zu sputtern. Die Konfiguration von Sputterstationen 47 ist lediglich beispielhaft. Sputterstationen 47 sind mit einer DC- oder HF-Stromversorgung 49 gekoppelt, und in einer beispielhaften Ausführungsform kann die DC- oder HF-Stromversorgung 49 eine gepulste DC- oder HF-Stromversorgung sein. Jede Sputterstation 47 weist ein Sputterziel auf und kann in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ein HF-Magnetron-Sputter-System sein. Die Sputterstationen 47 können durch eine Steuerung, wie etwa Steuerung 53, steuerbar sein, und in einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Abfolge von Sputteroperationen ausgeführt werden, um einen Abscheidungsfilm zu produzieren, der ein zusammengesetzter Film ist oder ein Film mit einem zusammengesetzten Gradienten sein kann. Jede der Sputteroperationen kann mit den Operationen einer oder mehrerer Sputterstationen, wie etwa Sputterstation 47, verbunden sein. Die verwendeten Sputterziele können verschiedene Metalle oder verschiedene Legierungen, wie etwa ohne Einschränkung Kupfer, Cu, Indium, In, Gallium, Ga, CuGa, In2Se3, Ga2Se3, GuInGa oder andere geeignete Metallvorläufer-Zusammensetzungen oder Legierungen darstellen. Jede der Sputteroperationen findet durch Versorgung der richtigen Sputterstation oder Stationen 47 mit Strom statt, was das Abscheiden von Material auf Oberfläche 39 des Substrats 33 zur Folge hat. Während wenigstens einer oder aller der Sputteroperationen werden Se-Radikale simultan zur Oberfläche 39 des Substrats 33 mittels des Se-Radikalen-Erzeugungssystems 51 gelenkt. Das Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51 ist ausführlicher in 3 dargestellt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können Metallverdampfungsstationen anstatt einer oder mehrerer der Sputterstationen 47 verwendet werden, und diese Verdampfungsstationen können simultan mit Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51 betrieben werden, um auf Oberfläche 39 des Substrats 33 einen Film zu bilden.
  • 3 zeigt ein Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51, das eine Plasmakammer 63 aufweist. Innerhalb der Plasmakammer 63 wird verdampftes Selen dissoziiert, d. h. gespalten und in Selenradikale umgewandelt. Verdampftes Selen 55 kann ein thermisch verdampfter Selendampf sein, der durch bekannte und andere Verfahren aus verschiedenen Anfangsmaterialien hergestellt wird. Molekulare Verdampfungserzeugnisse, wie etwa See, Se3 und Se4, können durch einen Verdampfer, wie etwa einen bei 380°C betriebenen, hergestellt werden, jedoch können in anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Verdampfungstemperaturen verwendet werden. Se-Pulver oder Se-Festkörper in Pelletform können als die Se-Quelle verwendet werden, jedoch können in anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Anfangsmaterialien verwendet werden. Verdampftes Selen 55 wird an Plasmakammer 63 geleitet. Ein inertes Gas 57 kann außerdem wie in der gezeigten Ausführungsform durch das angezeigte Ventil in die Plasmakammer 63 geleitet werden. Das inerte Gas 57 kann wie in der gezeigten beispielhaften Ausführungsform Argon sein. Alternativ können andere inerte Gase verwendet werden, oder die Verdampfung kann in einem Vakuum stattfinden. Plasma 59 wird durch verschiedene geeignete Mittel erzeugt, wie etwa ohne Einschränkung Hochfrequenz(HF)- oder Mikrowellenmittel. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Plasma in einem Vakuum oder in einer kontrollierten Atmosphäre unter Verwendung von Ionenbeschuss durch Ionenstrahlen, wie etwa solchen, die unter Verwendung von Ionenstrahl-assistierter Abscheidung (Ion Beam Assisted Deposition(IBAD))-Techniken mit niedrigen Stromeinstellungen erzeugt werden. In einer beispielhaften Ausführung können Spulen 61 HF-Spulen sein, die das Plasma erzeugen, insbesondere wird in Plasmakammer 63 ein Plasma-erzeugter Fluss von radikalen Selenstoffen erzeugt. Die Se-Radikalen 67 werden erzeugt und durch Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51 zu dem Substrat geleitet.
  • Unter Hinwendung zu 2 werden Se-Radikale 67, die in 2 durch den schattierten Bereich dargestellt sind, außerdem zur Oberfläche 39 des Substrats 33 simultan mit der Abscheidung von Sputtermaterial von einem oder mehreren der Sputterziele der Sputterstationen 47 geleitet.
  • In jedem Fall weist die Abscheidungsoperation die Herstellung bzw. Bildung eines Films auf Oberfläche 39 des Substrats 33 auf, wobei der Film Material aufweist, das simultan von wenigstens einer Sputterstation 47 gesputtert wird, während Se-Radikale 67 durch Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51 erzeugt und bereitgestellt werden.
  • 4A–4D sind Querschnittsansichten, die die sequentielle mehrschichtige Abscheidung von Metallvorläufern gleichzeitig mit der Abscheidung von Se-Radikalen zeigen, um einen gradienten Film herzustellen. 4 zeigt Substrat 100, das ein Halbleitermaterial oder Glas sein kann, wie etwa in der Solarzellenherstellungsindustrie. Kontaktschicht 102 wird über Substrat 100 hergestellt, um Ohm-Kontakt zu liefern, und kann aus schwarzem Silizium oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein, wie etwa ohne Einschränkung Mo, Pt, Au, Cu, Cr, Al, Ca, Ag oder SnO2, In2O3:Sn(ITO), In2O2:Ga, In2O3, Cd2SnO4(CTO), Zn2SnO4, Fluor-dotiertes Zinnoxid (Fluorine Doped Tin Oxide (FTO)), Zinkoxid (ZnO), das in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen mit Gruppe-III-Elementen dotiert ist, wie etwa Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al, AZO) und Indium-dotiertem Cadmiumoxid. Dies ist lediglich beispielhaft, und in anderen beispielhaften Ausführungsformen können verschiedene andere Filme vorliegen oder kann die Kontaktschicht 102 fehlen. 4A zeigt Materialien 104, die abgeschieden werden, um Schicht 106 über Substrat 100 herzustellen. Materialien 104 stellen Materialien dar, die von einer oder mehreren Sputterstationen 47 und von dem Se-Radikalen-Erzeugungssystem 51 simultan gesputtert werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform stellt 4A einen ersten Schritt einer Abfolge von Abscheidungsoperationen dar, und Materialien 104 können Indium, Gallium und Selen einschließen, wobei der Film 106 als (In, Ga)xSey ausgedrückt ist, jedoch können in anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Filme hergestellt werden. Zielmaterialien, wie etwa In, In2Se3 und Ga2Se3 können als Zielmaterialien in Schritt 1 verwendet werden. Während der ersten Abscheidungsoperation, die in 4A gezeigt ist, kann die Temperatur gesteuert werden, und in einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Temperatur im Bereich von etwa 200°–325°C verwendet werden.
  • 4B stellt eine zweite Abscheidungsoperation sequentieller Abscheidungsoperationen dar. Materialien 110 werden über dem Film 106 abgelagert, um den Film 112 herzustellen. Materialien 110 können in einer beispielhaften Ausführungsform Kupfer und Selen einschließen, und Film 112 kann in einer beispielhaften Ausführungsform als Cu (In, Ga)Se2 dargestellt sein. Zielmaterialien, die verwendet werden können, um Materialien 110 herzustellen, können Cu, CuGa oder andere geeignete Materialien einschließen, und ein oder mehrere Sputterstationen 47 können verwendet werden. Während der zweiten Verarbeitungsoperation, wie in 4 gezeigt, kann die Temperatur in einer beispielhaften Ausführungsform auf eine Temperatur im Bereich von etwa 450°C–600°C gesteuert werden, jedoch ist dies lediglich beispielhaft.
  • 4C zeigt eine nachfolgende Abscheidungsoperation, die außerdem die Effekte des Erhitzens in den Schritten 2 und 3 der beispielhaften Prozessabfolge zeigt, d. h. 4B und 4C. In 4C wird ein Film 118 aus Filmen 106 und 112 und Materialien hergestellt, die von einer oder mehreren Sputterstationen 47 und als ein Ergebnis der Heizoperationen abgeschieden werden. Bei Schritt 3, d. h. 4C, kann die Temperatur auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 450–600°C gesteuert werden, jedoch können in anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Temperaturen verwendet werden. Materialien 116 der Abscheidung können in einer beispielhaften Ausführungsform Indium, Gallium und Selen einschließen, und können von Zielen gesputtert werden, wie etwa solchen, die aus Indium, In2Se3 oder Ga2Se3 hergestellt sind. Film 118 kann in einer beispielhaften Ausführungsform Cu (In, Ga)Se2 sein. Das Erwärmen findet während 4C statt, oder eine nachfolgende Heizoperation kann die Charakteristiken ändern und einen Film 120 herstellen.
  • Film 120 ist ein Chalcogenid-Film, d. h. ein Chalcopyrit-basiertes Halbleitermaterial. Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann Film 120, während die Gesamtzusammensetzung von Film 120 Cu (In, Ga)Se2 oder andere elementare Kombinationen sein kann, von oben bis unten Konzentrationsgradienten verschiedener Komponenten aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der Film ein zusammengesetzter Film unterscheidbarer Schichten sein, d. h. Schichten der gleichen oder unterschiedlicher Konstituenten, die durch unterscheidbare Grenzen getrennt werden können. In 4D kann eine Heizoperation stattfinden, um den endgültigen zusammengesetzten Gradienten des Films 120 zu erzeugen, der in einer beispielhaften Ausführungsform als eine Absorberschicht einer Solarzelle dienen kann. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Film 120 CuInSe2 oder CuGaSe2 sein. Film 120 ist durch ausreichend große Korngrenzen zur Verwendung als Photovoltaikmaterialien charakterisiert und zeigt außerdem überlegende Einheitlichkeit über das Substrat, auf dem es geformt ist. Die Struktur, die in 4D gezeigt ist, wird dann weiter verarbeitet, um Endprodukte, wie etwa Photovoltaik, d. h. Solarzellen, herzustellen, die den Film 120 als eine Absorberschicht oder für andere Funktionen verwenden.
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen bzw. Bilden einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Substrats in einer evakuierbaren Kammer einer Filmabscheidungsvorrichtung und Sputtern von Metallvorläufermaterialien aus einer Vielzahl von Sputterzielen auf das Substrat, während gleichzeitig Se-Radikale auf das Substrat gelenkt werden, so dass ein Se-basierter Chalcogenid-Film auf dem Substrat gebildet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird eine hybride Filmherstellungsvorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Vakuumkammer mit einem Tisch zum Halten eines Substrats, auf dem ein Film abgeschieden wird, sowie wenigstens eine Sputterstation zum Sputtern von Material auf das Substrat, wobei jede Sputterstation ein Sputterziel und eine damit gekoppelte Stromversorgung aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens eine Se-Station zum Herstellen von Se-Radikalen und Veranlassen, dass sich die Se-Radikalen auf dem Substrat abscheiden, und eine Steuerung, die die wenigstens eine Sputterstation und die wenigstens eine Se-Station steuern kann, um gleichzeitig betrieben zu werden.
  • Das Vorstehende zeigt vielmehr die Prinzipien der Offenbarung. Es wird daher darauf hingewiesen, dass Fachleute in der Lage sind, verschiedene Anordnungen hervorzubringen, die, auch wenn sie hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und innerhalb ihres Geistes und Schutzbereiches enthalten sind. Darüber hinaus sollen sämtliche Beispiele und konditionellen Formulierungen, die hier erwähnt sind, hauptsächlich lediglich zu pädagogischen Zwecken und zur Unterstützung beim Verständnis der Prinzipien der Offenbarung und der Konzepte, die zur Ausweitung des Standes der Technik beigesteuert werden, dienen, und sollen für solche ausdrücklich erwähnten Beispiele und Konditionen ohne Beschränkung gesehen werden. Darüber hinaus sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung wiedergeben, ebenso wie spezifische Beispiele derselben, sowohl strukturelle als auch funktionelle Äquivalente derselben umfassen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl gegenwärtig bekannte Äquivalente als auch in der Zukunft entwickelte Äquivalente einschließen, d. h. sämtliche Elemente, die entwickelt werden, die die gleiche Funktion erbringen, ohne die Struktur zu betrachten.
  • Diese Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen soll in Verbindung mit den Figuren der beigefügten Zeichnung gelesen werden, die als Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung zu sehen sind. In der Beschreibung sollen relative Begriffe wie etwa „untere”, „obere”, „horizontal”, „vertikal”, „oberhalb”, „unterhalb”, „hoch”, „hinunter”, „oben” und „unten”, ebenso wie Ableitungen derselben (beispielsweise „horizontal”, „abwärts”, „nach unten”, „nach oben”, etc.) so gesehen werden, dass sie sich auf die Orientierung beziehen, die jeweils beschrieben ist oder in der diskutierten Zeichnung gezeigt ist. Diese relativen Begriffe dienen der Zweckmäßigkeit der Beschreibung und erfordern nicht, dass die Vorrichtung in einer bestimmten Orientierung konstruiert oder betrieben wird. Begriffe betreffend Befestigungen, Kopplung und ähnliches, wie etwa „verbunden” und „miteinander verbunden”, bezeichnen eine Beziehung, in der Strukturen entweder direkt oder indirekt durch dazwischenliegende Strukturen, ebenso wie sowohl bewegbare als auch starre Befestigungen und Beziehungen aneinander befestigt oder angebracht sind, außer wenn ausdrücklich anderes beschrieben ist.
  • Obwohl die Offenbarung anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie auf diese nicht beschränkt. Vielmehr sollen die beigefügten Ansprüche breit ausgelegt werden, um andere Varianten und Ausführungsformen der Offenbarung einzuschließen, was durch Fachleute vorgenommen werden kann, ohne von dem Schutzbereich und Bereich von Äquivalenten der Offenbarung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Substrats in einer evakuierbaren Kammer einer Filmabscheidungsvorrichtung; und Sputtern von Metallvorläufermaterialien von wenigstens einem Sputterziel auf das Substrat, während gleichzeitig Se-Radikale auf das Substrat gelenkt werden, so dass ein Se-basierter Chalcogenid-Film auf dem Substrat gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sputtern sequentielles Sputtern der Metallvorläufermaterialien von einer Vielzahl von Sputterzielen auf das Substrat umfasst, während die Se-Radikalen gleichzeitig auf das Substrat gelenkt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sequentielle Sputtern aufweist: eine erste Sputteroperation, bei der ein Sputterziel ein erstes Sputterziel ist, das In und/oder In2Se3 und/oder Ga2Se3 umfasst; eine zweite Sputteroperation, bei der das Sputterziel ein zweites Sputterziel ist, das Cu und/oder CuGa aufweist; und eine dritte Sputteroperation, bei der das Sputterziel ein drittes Sputterziel ist, das In und/oder In2Se3 und/oder Ga2Se3 umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Solarzellensubstrat umfasst und der Se-basierte Chalcogenid-Film wenigstens einen Abschnitt eines Absorberfilms bildet.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallvorläufermaterialien Cu, In und Ga einschließen.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend Spalten von Se aus einer Se-Dampfquelle unter Verwendung eines Plasmas zum Erzeugen eines Flusses der Se-Radikalen.
  7. Hybride Filmherstellungsvorrichtung, umfassend: eine Vakuumkammer mit einem Tisch zum Halten eines Substrats, auf dem ein Film abgeschieden werden soll; wenigstens eine Sputterstation zum Sputtern von Material auf dem Substrat, wobei die Sputterstation ein Sputterziel und eine damit verbundene Stromversorgung aufweist; wenigstens eine Se-Station zum Erzeugen von Se-Radikalen und Veranlassen, dass sich die Se-Radikale auf dem Substrat abgeschieden werden; und eine Steuerung, die die wenigstens eine Sputterstation und die wenigstens eine Se-Station steuert und die wenigstens eine Sputterstation und die wenigstens eine Se-Station veranlassen kann, zur gleichen Zeit zu arbeiten.
  8. Hybride Filmherstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sputterstation eine Vielzahl von Sputterstationen aufweist, die eine erste Sputterstation, in der das Sputterziel ein erstes Sputterziel ist, das ein erstes Zielmaterial umfasst, das Kupfer und/oder Indium und/oder Gallium und/oder Selen enthält, und eine zweite Sputterstation einschließt, in der das Sputterziel ein zweites Sputterziel ist, das ein zweites Zielmaterial aufweist, das Kupfer und/oder Gallium und/oder Indium einschließt.
  9. Hybride Filmherstellungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sputterstation eine Vielzahl von Sputterstationen umfasst und die Steuerung konfiguriert ist, eine sequentielle Operation der Vielzahl von Sputterstationen zu veranlassen, während die Se-Radikalen auf dem Substrat abgeschieden werden.
  10. Hybride Filmherstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Se-Station eine thermische Verdampfungskammer zum Herstellen von Se-Dampf und eine Plasmastation umfasst, die die Se-Radikalen aus dem Se-Dampf herstellt.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104178729A (zh) * 2013-05-22 2014-12-03 海洋王照明科技股份有限公司 导电薄膜、其制备方法及应用
KR20140140962A (ko) * 2013-05-30 2014-12-10 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
US20140360864A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 Tsmc Solar Ltd. Apparatus and methods for forming chalcopyrite layers onto a substrate
US20150011025A1 (en) * 2013-07-03 2015-01-08 Tsmc Solar Ltd. Enhanced selenium supply in copper indium gallium selenide processes
TWI532892B (zh) * 2015-02-16 2016-05-11 炬力奈米科技有限公司 二維層狀硫族化合物的合成方法及製程設備
CN106803744A (zh) * 2015-11-25 2017-06-06 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 微蒸发器、振荡器集成微蒸发器结构及其频率修正方法
US20180127875A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Apparatus for performing selenization and sulfurization process on glass substrate
CN107119258A (zh) * 2017-05-23 2017-09-01 鲁东大学 p型掺杂氧化镓薄膜及其制备方法
CN108015292B (zh) * 2017-11-30 2021-01-05 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种GeSbTe系合金粉末的制备方法
CN115011944B (zh) * 2022-08-10 2022-10-18 怡通科技有限公司 蒸发磁控溅射多用镀膜机

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155336A (en) * 1990-01-19 1992-10-13 Applied Materials, Inc. Rapid thermal heating apparatus and method
US5324553A (en) * 1993-04-30 1994-06-28 Energy Conversion Devices, Inc. Method for the improved microwave deposition of thin films
JP4350263B2 (ja) * 2000-04-03 2009-10-21 三菱伸銅株式会社 金属化ポリイミドフィルムおよびその製造方法
CN100530701C (zh) * 2002-09-30 2009-08-19 米亚索尔公司 薄膜太阳能电池大规模生产的制造装置与方法
JP5246839B2 (ja) * 2006-08-24 2013-07-24 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体薄膜の製造方法、半導体薄膜の製造装置、光電変換素子の製造方法及び光電変換素子
US20100147361A1 (en) * 2008-12-15 2010-06-17 Chen Yung T Tandem junction photovoltaic device comprising copper indium gallium di-selenide bottom cell
JP5229901B2 (ja) * 2009-03-09 2013-07-03 富士フイルム株式会社 光電変換素子、及び太陽電池
WO2012012376A1 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 First Solar, Inc Deposition system

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