DE102015115329A1

DE102015115329A1 - Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen und Inline-PECVD-Anlage

Info

Publication number: DE102015115329A1
Application number: DE102015115329.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias JUNGHÄNEL; Axel Schwabedissen
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16
Also published as: WO2017041784A3; WO2017041784A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen einer Inline PECVD-Anlage mit mindestens einer Plasmakammer (1) ausgerüstet mit einer in der Plasmakammer angeordneten Plasmaelektrode (10), einem Vakuumpumpsystem (11) und einer Inline-Transporteinrichtung (12) für den liegenden Transport von Halbleiterwafern entlang einer Inline-Transportrichtung (T), Anordnen von Halbleiterwafern auf der Inline-Transporteinrichtung (12), Einschleusen der Inline-Transporteinrichtung (12) mit den Halbleiterwafern in die Plasmakammer (1), Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases an einem ersten Gaseinlass (13) in die aktivierte Plasmakammer (1), Einleiten eines aluminiumhaltigen Gases an einem vom ersten Gaseinlass (13) beabstandeten weiteren Gaseinlass (14) in die aktivierte Plasmakammer (1), wobei der weitere Gaseinlass (14) näher an der Inline-Transporteinrichtung (12) und entfernter von der Plasmaelektrode (10) angeordnet ist als der erste Gaseinlass (13), Bewegen der Inline-Transporteinrichtung (12) entlang der Inline-Transportrichtung (T) durch die Plasmakammer (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases in die Plasmakammer (1) in Richtung der Inline-Transportrichtung (T) betrachtet ausschließlich oder überwiegend vor der Plasmaelektrode (10) oder ausschließlich oder überwiegend hinter der Plasmaelektrode (10) vorgenommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Inline PECVD-Anlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen und eine Inline-PECVD-Anlage.
Inline-PECVD-Anlagen sind bekannt. Der Begriff der „Inline-Anlage“ hat sich im Technologiefeld der Photovoltaik für die industrielle Massenfertigung von Solarzellen und Solarmodulen auch in der deutschen Fachsprache fest etabliert. Beispielsweise bietet Meyer Burger Global AG (Thun, Schweiz) für die Rückseitenbeschichtung von Halbleiterwafern mit Aluminiumoxid eine MAiA^®-Inline-PECVD-Anlage an, die von der Roth&Rau AG (Hohenstein-Ernstthal, Deutschland) entworfen wurde.
Eine Inline PECVD-Anlage weist mindestens eine Plasmakammer ausgerüstet mit einer in der Plasmakammer angeordneten Plasmaelektrode, ein Vakuumpumpsystem und eine Inline-Transporteinrichtung für den liegenden Transport von Halbleiterwafern entlang einer Inline-Transportrichtung auf. Halbleiterwafer werden auf der Inline-Transporteinrichtung angeordnet und die Inline-Transporteinrichtung wird mit den Halbleiterwafern in die Plasmakammer eingeschleust. Ein sauerstoffhaltiges Gas wird an einem ersten Gaseinlass in die aktivierte Plasmakammer eingeleitet und ein aluminiumhaltiges Gas wird an einem vom ersten Gaseinlass beabstandeten weiteren Gaseinlass in die aktivierte Plasmakammer eingeleitet, wobei der weitere Gaseinlass näher an der Inline-Transporteinrichtung und entfernter von der Plasmaelektrode angeordnet ist als der erste Gaseinlass. Die Inline-Transporteinrichtung wird entlang der Inline-Transportrichtung durch die Plasmakammer bewegt, so dass die Halbleiterwafer bei Verlassen der Inline-PECVD-Anlage Aluminiumoxiddünnschichten aufweisen.
Es besteht aber weiterhin ein Bedarf, die Qualität eines mit Aluminiumoxiddünnschichten versehenen Halbleiterwafers zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Inline-PECVD-Anlage bereitzustellen, mittels denen ein Halbleiterwafer mit Aluminiumoxiddünnschichten in einer zufriedenstellenden Qualität hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Inline-PECVD-Anlage Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit dem Verfahren und der Inline-PECVD-Anlagen können Halbleiterwafer mit Aluminiumoxiddünnschichten in einer zufriedenstellenden Qualität und einer zufriedenstellenden Lebensdauer hergestellt werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Qualität und Lebensdauer des Halbleiterwafers mit Aluminiumoxiddünnschichten vom Brechungsindex der Aluminiumoxiddünnschichten abhängt, der wiederum von der Porosität der Dünnschichten beeinflusst wird. Diese Merkmale lassen sich durch eine geeignete Prozessführung bzw. Ausgestaltung der Inline-PECVD-Anlage steuern. Mit dem Verfahren wird ein homogener Aluminiumdioxidschichtstapel auf dem Halbleiterwafer erzeugt. Der Wirkungsgrad einer Wafersolarzelle wird verbessert, die den mit Aluminiumdünnschichten versehenen Halbleiterwafer aufweist. Gleichzeitig ist das Verfahren kostengünstig.
Das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases in die Plasmakammer wird in Richtung der Inline-Transportrichtung betrachtet ausschließlich oder überwiegend vor der Plasmaelektrode oder ausschließlich oder überwiegend hinter der Plasmaelektrode vorgenommen. D.h., in Richtung der Inline-Transporteinrichtung betrachtet wird das aluminiumhaltige Gas nur an einer Seite der Plasmakammer eingeleitet, während an der anderen Seite der Plasmakammer kein oder der überwiegende Anteil des aluminiumhaltigen Gases eingeleitet wird. Als überwiegender Anteil wird mehr als 70% bevorzugt mehr als 80% und besonders bevorzugt mehr als 90% des Gasstroms und weniger als 100% verstanden. Vorzugsweise wird das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases in die Plasmakammer in Richtung der Inline-Transportrichtung betrachtet ausschließlich vor der Plasmaelektrode oder ausschließlich hinter der Plasmaelektrode vorgenommen. Mit dem Verfahren wird eine homogene Aluminiumdioxidschicht auf dem Halbleiterwafer erzeugt, die eine geringere Porosität aufweist, als diejenigen Schichten, die mit einer Inline-PECVD-Anlage gemäß Stand der Technik, hergestellt werden. Gemäß Stand der Technik wird das aluminiumhaltige Gas üblicherweise beidseitig, symmetrisch zur Plasmaelektrode in die Plasmakammer eingeleitet. Diese Symmetrie wird gemäß Erfindung gebrochen und das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases erfolgt entlang der Inline-Transportrichtung betrachtet asymmetrisch.
Eine aktivierte Plasmakammer ist eine Plasmakammer, bei der das Plasma gezündet werden kann. Bei dem Halbleiterwafer handelt es sich vorzugsweise um einen Siliziumwafer. Das sauerstoffhaltige Gas ist vorzugsweise Lachgas. Das aluminiumhaltige Gas ist vorzugsweise Trimethylaluminium. Positions- und Richtungsangaben beziehen sich auf die betriebsgemäße Aufstellposition der Inline-PECVD-Anlage.
Vorzugsweise wird Gas insbesondere in Form unerwünschter Reaktionsprodukte aus der Plasmakammer mittels des Vakuumpumpsystems abgepumpt. Die Absaugung des Gases kann beispielsweise seitlich erfolgen, bezogen auf die betriebsgemäße Aufstellposition der Inline-PECVD-Anlage. Es ist auch möglich das Gas seitlich unterhalb der Inline-Transporteinrichtung abzupumpen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird gegenüberliegend zu der Seite der Plasmaelektrode, auf der ausschließlich oder überwiegend das aluminiumhaltige Gas in die Plasmakammer eingeleitet wird, mit dem Vakuumpumpsystem Gas aus der Plasmakammer gepumpt. Mit der Formulierung „gegenüberliegend zu der Seite der Plasmaelektrode, auf der ausschließlich oder überwiegend das aluminiumhaltige Gas in die Plasmakammer eingeleitet wird“ ist gemeint, dass das Vakuumpumpsystem auf der Seite der Plasmakammer angeordnet ist, die der Seite der Plasmakammer gegenüberliegt, auf der der ausschließlich oder überwiegend das aluminiumhaltige Gas in die Plasmakammer eingeleitet wird und auf dieser Seite Gas abpumpt. Das Vakuumpumpsystem saugt insbesondere gasförmige Reaktionsprodukte ab, die aus Reaktionen des sauerstoffhaltigen Gases und aluminiumhaltigen Gases unter Plasmaeinwirkung entstehen. Wenn das sauerstoffhaltige Gas Lachgas und das aluminiumhaltige Gas Trimethylaluminium ist, werden beispielsweise Kohlenwasserstoff-haltige Spezien mittels des Vakuumpumpsystems aus der Plasmakammer gepumpt, was ihre Aufenthaltsdauer im Prozessraum d.h. der Plasmakammer minimiert. Dadurch lässt sich die Porosität der Aluminiumoxidschichten signifikant reduzieren.
Vorzugsweise wird mit dem Vakuumpumpsystem ein Gasstrom erzeugt, der in der Plasmakammer über der Inline-Transporteinrichtung entstehende Reaktionspartikel von der Inline-Transporteinrichtung fern hält und aus der Plasmakammer heraussaugt. Dadurch wird verhindert, dass die Reaktionspartikel in Kontakt mit den auf den Halbleiterwafern erzeugten Aluminiumoxidschichten treten.
Vorzugsweise wird während der Inline-Abscheidung zwischen die Plasmaelektrode und die Inline-Transporteinrichtung zumindest zeitweise eine Schlitzblende oder ein Gitterelement zur teilweisen Abschirmung des Plasmas gegenüber der Inline-Transporteinrichtung angeordnet. Bevorzugterweise wird die Schlitzblende oder das Gitterelement während der Inline-Abscheidung mit einem elektrischen Potential beaufschlagt. Das Potential kann positiv oder negativ sein. Durch Beaufschlagung mit dem Potential können nur elektrisch neutrale Spezien die Schlitzblende oder das Gitterelement ungehindert passieren, während geladene Spezien in Ihrer Bewegung beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das aluminiumhaltige Gas beim Einleiten in die Plasmakammer in Richtung der Plasmaelektrode gelenkt. Beispielsweise wird das aluminiumhaltige Gas in einem Winkel zu der Inline-Transporteinrichtung zwischen 0 und 90° auf die Inline-Transporteinrichtung in Richtung der Plasmaelektrode gelenkt. Alternativ oder zusätzlich ist der Gaseinlass zum Einlassen des aluminiumhaltigen Gases vor oder hinter der Plasmaelektrode mit einem Winkel zu der Inline-Transporteinrichtung zwischen 0 und 90° in Richtung der Plasmaelektrode angeordnet.
Vorzugsweise wird eine PECVD-Anlage bereitgestellt, bei der in Richtung der Inline-Transportrichtung betrachtet in einer ersten Variante eine erste Plasmakammer und eine zweite Plasmakammer ohne Bruch des Vakuums seriell hintereinander angeordnet sind, wobei das aluminiumhaltige Gas in einer ersten Variante ausschließlich oder überwiegend zwischen den beiden Plasmakammern zugeführt wird. Alternativ wird das aluminiumhaltige Gas in einer zweiten Variante ausschließlich oder überwiegend vor der Plasmaelektrode der ersten Plasmakammer und hinter der Plasmaelektrode der zweiten Plasmakammer zugeführt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ganze zu der Plasmaelektrode gerichtete Halbleiterwaferoberfläche vollständig mit Aluminiumoxidschichten homogen beschichtet wird.
Bei der vorangehend beschriebenen ersten Variante wird vorzugsweise mit dem Vakuumpumpsystem nur vor der Plasmaelektrode der ersten Plasmakammer und hinter der Plasmaelektrode der zweiten Plasmakammer Gas aus den Plasmakammern gepumpt. Bei der vorangehend beschriebenen zweiten Variante wird vorzugsweise ausschließlich zwischen den beiden Plasmakammern Gas aus den Plasmakammern gepumpt. D.h., es ist vorteilhaft, gegenüberliegend zu der Seite der Plasmaelektrode, auf der ausschließlich oder überwiegend das aluminiumhaltige Gas in die Plasmakammer eingeleitet wird, mit dem Vakuumpumpsystem Gas aus der Plasmakammer zu pumpen. Dadurch wird sichergestellt, dass unerwünschte Reaktionsprodukte aus der Plasmakammer abgesaugt werden aber nicht das aluminiumhaltige Gas und/oder das sauerstoffhaltige Gas vor der erwünschten Reaktion in zu großem Maß aus der Plasmakammer entfernt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Inline PECVD-Anlage zur Abscheidung von Dünnschichten auf einer entlang einer Inline-Transportrichtung bewegbaren Mehrzahl von Halbleiterwafern, die PECVD-Anlage aufweisend:

– eine Mehrzahl von Plasmakammern mit Plasmaelektroden, die seriell entlang der Inline-Transportrichtung ohne Vakuumbruch miteinander gekoppelt sind,
– eine Inline-Transporteinrichtung zum Transport einer Mehrzahl von Halbleiterwafern entlang der Inline Transportrichtung durch die Plasmakammern, wobei alle Plasmaelektroden auf einer Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung angeordnet sind und
– einem Vakuumpumpsystem zum Absaugen von Gasen aus den Plasmakammern, wobei das Vakuumpumpsystem derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass es ausschließlich aus der Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung Gase aus den Plasmakammern saugt.

Mittels der Inline-PECVD-Anlage kann ein mit Aluminiumoxidschichten versehener Halbleiterwafer in zufriedenstellender Qualität hergestellt werden.
Die Inline-PECVD-Anlage weist vorzugsweise einen ersten Gaseinlass zum Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases in die Plasmakammer und einen weiteren Gaseinlass zum Einleiten eines aluminiumhaltigen Gases in die Plasmakammer auf, wobei der erste Gaseinlass zu dem weiteren Gaseinlass beabstandet ist und wobei der weitere Gaseinlass näher an der Inline-Transporteinrichtung und entfernter von der Plasmaelektrode angeordnet ist als der erste Gaseinlass. Der weitere Gaseinlass ist vor oder hinter der Plasmakammer angeordnet und in einem Winkel von 0 bis 90° zu der Inline-Transporteinrichtung in Richtung zu der Plasmakammer hin angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich zwischen den Plasmaelektroden und den Inline-Transporteinrichtungen eine Schlitzblende und/oder ein Gitterelement zur teilweisen Abschirmung des Plasmas gegenüber den Halbleiterwafern angeordnet. Die Inline-PECV-Anlage weist vorzugsweise eine Potentialeinrichtung auf, die ausgelegt ist, die Schlitzblende und/oder das Gitterelement mit einem elektrischen Potential zu beaufschlagen.
Vorzugsweise sind Reaktionsgasöffnungen vorgesehen, deren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,5 mm, und deren Abstand zueinander im Bereich von 1 bis 10 cm, bevorzugt 1 bis 5 cm, liegen. Die Reaktionsgasöffnungen sind Teil des ersten und/oder weiteren Gaseinlasses. Vorzugsweise handelt es sich bei den Reaktionsgasöffnungen um die Reaktionsgasöffnungen des weiteren Gaseinlasses.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer ersten Ausführungsform;
2 schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer zweiten Ausführungsform;
3 schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer dritten Ausführungsform; und
4 schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer vierten Ausführungsform.
1 zeigt schematisch eine Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer ersten Ausführungsform. Die Inline PECVD-Anlage ist zur Abscheidung von Aluminiumdünnschichten auf einer entlang einer Inline-Transportrichtung T bewegbaren Mehrzahl von Halbleiterwafern (nicht gezeigt) geeignet. Die Inline-PECVD-Anlage weist drei Plasmakammern 1, nämlich eine erste, eine zweite und eine dritte Plasmakammer 1 auf, die seriell entlang der Inline-Transportrichtung T miteinander gekoppelt sind. Die Plasmakammern 1 weisen jeweils eine Plasmaelektrode 10 auf. Die Plasmaelektrode 10 ist bevorzugt ein Quarzrohr (nicht gezeigt) mit einem metallischen Innenleiter, welcher mit einer Frequenz von 2,45 GHz beaufschlagt wird, so dass außerhalb des Quarzrohres ein Mikrowellenplasma gezündet wird. Dieses Plasma kann als so genanntes ECR Plasma von statischen Magnetfeldern unterstützt sein, um einen Betrieb bei niedrigen Gasdrücken (p < 0,5 mbar) zu ermöglichen, wie es z.B. in DE 198 12 558 B4 beschrieben ist. Die die Plasmaelektroden 10 jeweils umgebenden Permanentmagneten sind schematisch als Rechtecke mit darin angeordneten Kreuzen dargestellt. Das Plasma kann auch als Hochfrequenzplasma bei einer Frequenz von z.B. 13,56 MHz oder 27,12 MHz betrieben werden, die Plasmaelektrode kann in diesem Fall auch in einer von einem Rohr abweichenden Geometrie ausgeführt sein.
Weiterhin weist die Inline-PECVD-Anlage eine Inline-Transporteinrichtung 12 zum Transport einer Mehrzahl von Halbleiterwafern (nicht gezeigt) entlang der Inline-Transportrichtung T durch die Plasmakammern 1. Alle drei Plasmaelektroden 10 sind auf einer Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung T angeordnet. Weiterhin weist die Inline-PECVD-Anlage ein Vakuumpumpsystem 11 zum Absaugen von Gasen aus den Plasmakammern 1 auf. Das Vakuumpumpsystem 11 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass es ausschließlich auf der Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung T Gase aus den Plasmakammern 1 saugt. Die erste Plasmakammer 1 entlang der Inline-Transportrichtung T weist einen ersten Gaseinlass 13 nahe der Plasmaelektrode 10 auf. Die erste Plasmakammer 1 geht in die zweite Plasmakammer 1 über, wobei im Übergangsbereich eine Absaugöffnung des Vakuumpumpsystems 11 ausgebildet ist. Die zweite Plasmakammer 1 weist einen ersten Gaseinlass 13 nahe der Plasmaelektrode 10 und einen weiteren Gaseinlass 14 nahe der Inline-Transporteinrichtung 12 auf. Der erste Gaseinlass 13 und der weitere Gaseinlass 14 sind daher voneinander beabstandet angeordnet, wobei der weitere Gaseinlass 14 näher an der Inline-Transporteinrichtung 12 und entfernter von der Plasmaelektrode 10 angeordnet ist als der erste Gaseinlass 13. Der weitere Gaseinlass 14 ist – entlang der Inline-Transportrichtung T betrachtet – auf der vom Vakuumpumpsystem 11 gegenüberliegenden Seite der zweiten Plasmakammer 1 angeordnet, in dem Bereich der in die dritte Plasmakammer 1 übergeht. Die dritte Plasmakammer 1 weist auf der der zweiten Plasmakammer 1 zugewandten Seite ebenfalls einen weiteren Gaseinlass 14 auf. Die dritte Plasmakammer 1 weist weiterhin einen ersten Gaseinlass 13 auf, der zu dem weiteren Gaseinlass 14 beabstandet angeordnet ist, welcher näher an der Inline-Transporteinrichtung 12 und entfernter von der Plasmaelektrode 10 angeordnet ist als der erste Gaseinlass 13. In der Transportrichtung T betrachtet schließt sich ein Vakuumpumpsystem 11 hinter der dritten Plasmakammer 1 an.
In einem Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen wird die in 1 gezeigte Inline-PECVD-Anlage bereitgestellt und es werden Halbleiterwafer (nicht in der Figur gezeigt) auf der Inline-Transporteinrichtung 12 angeordnet. Die Inline-Transporteinrichtung 12 mit den Halbleiterwafern wird in die erste Plasmakammer 1 eingeschleust. Ein sauerstoffhaltiges Gas wird an den ersten Gaseinlässen 13 in die drei aktivierten Plasmakammern 1 eingeleitet. Im Bereich der ersten Plasmakammer 1 trifft nur das durch das Plasma aktivierte sauerstoffhaltige Gas in Kontakt mit der Oberfläche der Halbleiterwafer auf der Inline-Transporteinrichtung 12. Die native Halbleiteroxidschicht wird auf diese Weise durch eine PECVD-Abscheidung verstärkt. Die derart bearbeiteten Halbleiterwafer gelangen der Inline-Transportrichtung T folgend in den Bereich der zweiten Plasmakammer 1. Dort ist neben dem durch die ersten Gaseinlässe 13 eingeströmten sauerstoffhaltigen Gas auch ein durch die weiteren Gaseinlässe 14 eingeleitetes aluminiumhaltiges Gas präsent. Diese Reaktion dieser Gase wird durch das Plasma der zweiten Plasmakammer 1 verstärkt und dies führt auf der Oberfläche der Halbleiterwafer zur Abscheidung einer Aluminiumoxiddünnschicht. Gleiches gilt für die dritte Plasmakammer 1. Die an der zweiten und dritten Plasmakammer 1 eingezeichneten Pfeile deuten die Richtung der durch das Vakuumpumpsystem 11 verursachten Strömungsverhältnisse an.
Das aluminiumhaltige Gas wird ausschließlich hinter der Plasmaelektrode 10 der zweiten Plasmakammer 1 und ausschließlich vor der Plasmaelektrode 10 der dritten Plasmakammer 1 eingeleitet. Die Inline-Transporteinrichtung 12 wird entlang der Inline-Transportrichtung T durch die drei Plasmakammern 1 bewegt, während die Vakuumpumpsysteme 11 und die Plasmakammern 1 aktiviert sind. Die Abscheidung der Aluminiumoxiddünnschichten wird beispielsweise bei einer Prozesskammertemperatur von 350°C und einem Druck von 0,2 mbar durchgeführt. Lachgas wird als sauerstoffhaltiges Gas mit einem Gasfluss von 800 sscm, Trimethylaluminium wird als aluminiumhaltiges Gas mit 100 sscm zusammen mit Argon als Inertgas mit 800 sscm in die zweite und dritte Plasmakammer 1 eingeleitet. Die Plasmaelektroden 10 werden jeweils mit 400 W mittlerer Leistung und einer Taktung von 8/17 ms bei einer Frequenz von 2,45 GHz betrieben. Die Inline-Transporteinrichtung 12 wird mit einer Geschwindigkeit von 200 cm/min entlang der Inline-Transportrichtung T bewegt. Auf diese Weise lässt sich eine Aluminiumoxiddünnschicht mit einer Schichtdicke von 30 nm auf einem Siliziumwafer als Halbleiterwafer erzeugen. Die in der Inline-PECVD-Anlage gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugte Aluminiumoxiddünnschicht weist einen Brechungsindex n > 1,57 (bei einer Wellenlänge von 632 nm) auf.
2 zeigt schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer zweiten Ausführungsform. Die Inline PECVD-Anlage ist zur Abscheidung von Dünnschichten auf einer entlang einer Inline-Transportrichtung T bewegbaren Mehrzahl von Halbleiterwafern (nicht gezeigt) geeignet. Die Inline-PECVD-Anlage weist drei Plasmakammern 1, nämlich eine erste, zweite und dritte Plasmakammer 1 auf, die seriell entlang der Inline-Transportrichtung T miteinander gekoppelt sind. Die Plasmakammern 1 weisen jeweils eine Plasmaelektrode 10 auf. Weiterhin weist die Inline-PECVD-Anlage eine Inline-Transporteinrichtung 12 zum Transport einer Mehrzahl von Halbleiterwafern entlang der Inline-Transportrichtung T durch die Plasmakammern 1 auf. Alle drei Plasmaelektroden 10 sind wie bei der ersten Ausführungsform auf einer Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung T angeordnet. Die erste Plasmakammer 1 entlang der Inline-Transportrichtung T weist einen ersten Gaseinlass 13 nahe der Plasmaelektrode 10 auf. Die erste Plasmakammer 1 durch einen Übergangsbereich mit der zweiten Plasmakammer 1 verbunden. Die zweite Plasmakammer 1 weist einen ersten Gaseinlass 13 nahe der Plasmaelektrode 10 und einen weiteren Gaseinlass 14 nahe der Inline-Transporteinrichtung 12 auf. Der erste Gaseinlass 13 und der weitere Gaseinlass 14 sind voneinander beabstandet angeordnet, wobei der weitere Gaseinlass 14 näher an der Inline-Transporteinrichtung 12 und entfernter von der Plasmaelektrode 10 angeordnet ist als der erste Gaseinlass 13. Der weitere Gaseinlass 14 ist der Seite der zweiten Plasmakammer 1 angeordnet, die der ersten Plasmakammer 1 zugewandt ist. Die zweite Plasmakammer 1 ist mit der dritten Plasmakammer 1 gekoppelt, wobei zwischen ihnen ein Vakuumpumpsystem 11 zum Absaugen von Gasen aus der zweiten und dritten Plasmakammer 1 angeordnet ist, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es ausschließlich auf der Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung T Gase aus der zweiten und dritten Plasmakammer 1 saugt. Die dritte Plasmakammer weist einen ersten Gaseinlass 13 und einen weiteren Gaseinlass 14 auf, auf der näher an der Inline-Transporteinrichtung 12 und entfernter von der Plasmaelektrode 10 angeordnet ist als der erste Gaseinlass 13. Der weitere Gaseinlass 14 ist auf der dem Vakuumpumpsystem 11 bzw. der zweiten Plasmakammer 2 abgewandten Seite der dritten Plasmakammer 3 angeordnet.
Ein Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen erfolgt analog wie zur ersten Ausführungsform im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Die Anordnung des Vakuumpumpsystems 11 und der weiteren Gaseinlässe 14 ist vertauscht. Die Einleitung des aluminiumhaltigen Gases erfolgt ausschließlich vor der zweiten Plasmakammer 1 und ausschließlich hinter der dritten Plasmakammer 1.
3 zeigt schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer dritten Ausführungsform. Die in 3 gezeigte Inline-PECVD-Anlage bzw. das darin gezeigte Verfahren entspricht der in 1 gezeigten Inline-PECVD-Anlage bzw. dem beschriebenen Verfahren mit dem Unterschied, dass während der Inline-Abscheidung zwischen der Plasmaelektrode 10 und der Inline-Transporteinrichtung 12 in der zweiten Plasmakammer 1 zumindest zeitweise eine Schlitzblende 15 und in der dritten Plasmakammer 1 ein Gitterelement 16 zur teilweisen Abschirmung des Plasmas gegenüber der Inline-Transporteinrichtung 12 angeordnet wird.
4 zeigt schematisch eine weitere Inline-PECVD-Anlage zur Implementierung des Verfahrens zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen in einer vierten Ausführungsform. Die in 4 gezeigte Inline-PECVD-Anlage bzw. das darin gezeigte Verfahren entspricht der in 2 gezeigten Inline-PECVD-Anlage bzw. dem gezeigten Verfahren mit dem Unterschied, dass das durch die weiteren Gaseinlässe 14 aluminiumhaltige Gas in Richtung der jeweiligen Plasmaelektrode 10 der zweiten Plasmakammer 1 und der dritten Plasmakammer 1 geleitet. In dieser Ausführungsform wird das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases ausschließlich vor der Plasmaelektrode 10 der zweiten Plasmakammer 1 und ausschließlich hinter der Plasmaelektrode 10 der dritten Plasmakammer 1 vorgenommen.
Es wird betont, dass das ausschließliche Einleiten des aluminiumhaltigen Gases vor oder hinter der Plasmakammer optimierte Ausführungsformen charakterisiert. Schlechtere Lösungen leiten den deutlich überwiegenden Teil des aluminiumhaltigen Gases vor und hinter der Plasmakammer ein.
Bezugszeichenliste

1: Plasmakammer
10: Plasmaelektrode
11: Vakuumpumpsystem
12: Inline-Transporteinrichtung
13: erster Gaseinlass
14: weiterer Gaseinlass
15: Schlitzblende
16: Gitterelement
T: Inline-Transportrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19812558 B4 [0027]

Claims

Verfahren zur plasmaunterstützten Abscheidung von Aluminiumoxiddünnschichten auf Halbleiterwafern für die Herstellung von Wafersolarzellen mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer Inline PECVD-Anlage mit mindestens einer Plasmakammer (1) ausgerüstet mit einer in der Plasmakammer angeordneten Plasmaelektrode (10), einem Vakuumpumpsystem (11) und einer Inline-Transporteinrichtung (12) für den liegenden Transport von Halbleiterwafern entlang einer Inline-Transportrichtung (T), – Anordnen von Halbleiterwafern auf der Inline-Transporteinrichtung (12), – Einschleusen der Inline-Transporteinrichtung (12) mit den Halbleiterwafern in die Plasmakammer (1), – Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases an einem ersten Gaseinlass (13) in die aktivierte Plasmakammer (1), – Einleiten eines aluminiumhaltigen Gases an einem vom ersten Gaseinlass (13) beabstandeten weiteren Gaseinlass (14) in die aktivierte Plasmakammer (1), wobei der weitere Gaseinlass (14) näher an der Inline-Transporteinrichtung (12) und entfernter von der Plasmaelektrode (10) angeordnet ist als der erste Gaseinlass (13), – Bewegen der Inline-Transporteinrichtung (12) entlang der Inline-Transportrichtung (T) durch die Plasmakammer (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des aluminiumhaltigen Gases in die Plasmakammer (1) in Richtung der Inline-Transportrichtung (T) betrachtet ausschließlich oder überwiegend vor der Plasmaelektrode (10) oder ausschließlich oder überwiegend hinter der Plasmaelektrode (10) vorgenommen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend zu der Seite der Plasmaelektrode (10), auf der ausschließlich oder überwiegend das aluminiumhaltige Gas in die Plasmakammer (1) eingeleitet wird, mit dem Vakuumpumpsystem (11) Gas aus der Plasmakammer (1) gepumpt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Vakuumpumpsystem (11) ein Gasstrom erzeugt wird, der in der Plasmakammer über der Inline-Transporteinrichtung (12) entstehende Reaktionspartikel von der Inline-Transporteinrichtung (12) fern hält und aus der Plasmakammer heraussaugt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Inline-Abscheidung zwischen die Plasmaelektrode (10) und die Inline-Transporteinrichtung zumindest zeitweise eine Schlitzblende (15) oder ein Gitterelement (16) zur teilweisen Abschirmung des Plasmas gegenüber der Inline-Transporteinrichtung (12) angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzblende (15) oder das Gitterelement (16) während der Inline-Abscheidung mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Gas beim Einleiten in die Plasmakammer (1) in Richtung der Plasmaelektrode (10) gelenkt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine PECVD-Anlage bereitgestellt wird, bei der in Richtung der Inline-Transportrichtung (12) betrachtet in einer ersten Variante eine erste Plasmakammer (1) und eine zweite Plasmakammer (1) ohne Bruch des Vakuums seriell hintereinander angeordnet sind, wobei das aluminiumhaltige Gas in einer ersten Variante ausschließlich oder überwiegend zwischen den beiden Plasmakammern (1) zugeführt wird oder das aluminiumhaltige Gas in einer zweiten Variante ausschließlich oder überwiegend vor der Plasmaelektrode (10) der ersten Plasmakammer (1) und hinter der Plasmaelektrode (10) der zweiten Plasmakammer (1) zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Variante mit dem Vakuumpumpsystem (11) nur vor der Plasmaelektrode (10) der ersten Plasmakammer (1) und hinter der Plasmaelektrode (10) der zweiten Plasmakammer (1) Gas aus den Plasmakammern gepumpt wird oder dass bei der zweiten Variante ausschließlich zwischen den beiden Plasmakammern (1) Gas aus den Plasmakammern gepumpt wird.
Inline PECVD-Anlage zur Abscheidung von Dünnschichten auf einer entlang einer Inline-Transportrichtung bewegbaren Mehrzahl von Halbleiterwafern, die PECVD-Anlage aufweisend: – eine Mehrzahl von Plasmakammern (1) mit Plasmaelektroden (10), die seriell entlang der Inline-Transportrichtung (T) ohne Vakuumbruch miteinander gekoppelt sind, – eine Inline-Transporteinrichtung (12) zum Transport einer Mehrzahl von Halbleiterwafern entlang der Inline Transportrichtung (T) durch die Plasmakammern (1), wobei alle Plasmaelektroden (10) auf einer Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung (T) angeordnet sind und – einem Vakuumpumpsystem (11) zum Absaugen von Gasen aus den Plasmakammern (1), wobei das Vakuumpumpsystem (11) derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass es ausschließlich aus der Seite oberhalb der Inline-Transportrichtung (T) Gase aus den Plasmakammern (1) saugt.
Inline PECVD-Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen den Plasmaelektroden (10) und den Inline-Transporteinrichtungen (12) eine Schlitzblende (15) und/oder ein Gitterelement (16) zur teilweisen Abschirmung des Plasmas gegenüber den Halbleiterwafern angeordnet ist.
Inline PECVD-Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsgasöffnungen vorgesehen sind, deren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 mm und deren Abstand zueinander im Bereich von 1 bis 10 cm liegen.