DE102020120420A1 - proceedings - Google Patents
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Abstract
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verfahren aufweisen: Zerstäuben eines Halbleitermaterials mittels eines Plasmas, wobei das Plasma Krypton aufweist; Beschichten eines Substrats mittels des zerstäubten Halbleitermaterials.According to various embodiments, a method may include: sputtering a semiconductor material using a plasma, the plasma including krypton; Coating a substrate with the sputtered semiconductor material.
Description
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren.Various example embodiments relate to a method.
Im Allgemeinen können Werkstücke oder Substrate prozessiert, z.B. bearbeitet, beschichtet, erwärmt, geätzt und/oder strukturell verändert werden. Ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats ist beispielsweise die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern). Mittels Sputterns kann beispielsweise eine Schicht oder können mehrere Schichten auf einem Substrat abgeschieden werden. Dazu kann mittels einer Kathode ein plasmabildendes Gas ionisiert werden, wobei mittels des dabei gebildeten Plasmas ein abzuscheidendes Material (auch als Targetmaterial bezeichnet) der Kathode zerstäubt werden kann. Das zerstäubte Targetmaterial kann anschließend zu einem Substrat gebracht werden, an dem es sich abscheiden und eine Schicht bilden kann.In general, workpieces or substrates can be processed, e.g. machined, coated, heated, etched and/or structurally modified. One method for coating a substrate is, for example, cathode sputtering (so-called sputtering). For example, one layer or multiple layers can be deposited on a substrate by means of sputtering. For this purpose, a plasma-forming gas can be ionized by means of a cathode, it being possible for a material to be deposited (also referred to as target material) of the cathode to be sputtered by means of the plasma formed in the process. The sputtered target material can then be brought to a substrate where it can deposit and form a layer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die elektrischen Eigenschaften einer gesputterten Halbleiterschicht verbessert. Anschaulich wurde erkannt, dass es die Verwendung von Krypton als plasmabildendes Gas ermöglicht, eine Halbleiterschicht mittels Sputterns zu bilden, deren Ladungsträgerlebensdauer größer ist.According to various embodiments, a method is provided that improves the electrical properties of a sputtered semiconductor layer. Clearly, it has been recognized that the use of krypton as the plasma-forming gas makes it possible to form a semiconductor layer whose carrier lifetime is longer by sputtering.
Es zeigen
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1 und2 jeweils eine Sputtervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Seitenansichten oder Querschnittsansichten; -
3 eine Vakuumanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; -
4 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; -
5 und6 jeweils ein Halbleiterbauelement gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; -
7 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; -
8 und9 jeweils ein Diagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen; -
10 ,11 und12 jeweils ein Diagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und -
13 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
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1 and2 each a sputtering device according to different embodiments in different schematic side views or cross-sectional views; -
3 a vacuum arrangement according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view; -
4 a method according to various embodiments in a schematic flowchart; -
5 and6 each a semiconductor device according to various embodiments in a schematic side view or cross-sectional view; -
7 a method according to various embodiments in a schematic flowchart; -
8th and9 each a diagram according to different embodiments; -
10 ,11 and12 each a diagram according to different embodiments; and -
13 a method according to various embodiments in a schematic flowchart.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. is used with reference to the orientation of the figure(s) being described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.Within the scope of this description, the terms “connected”, “connected” and “coupled” are used to describe both a direct and an indirect connection (e.g. ohmic and/or electrically conductive, e.g. an electrically conductive connection), a direct or indirect connection and a direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference symbols, insofar as this is appropriate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein, entlang welcher die Wechselwirkung ausgetauscht werden kann, z.B. ein Fluid (dann auch als fluidleitend gekoppelt bezeichnet). Beispielsweise können zwei miteinander gekoppelte Elemente eine Wechselwirkung miteinander austauschen, z.B. eine mechanische, hydrostatische, thermische und/oder elektrische Wechselwirkung. Eine Kopplung mehrerer Vakuumkomponenten (z.B. Ventilen, Pumpen, Kammern, usw.) miteinander kann aufweisen, dass diese fluidleitend miteinander gekoppelt sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts. Eine Kupplung kann eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen.According to various embodiments, the term “coupled” or “coupling” can be understood in the sense of a (eg mechanical, hydrostatic, thermal and/or electrical), eg direct or indirect, connection and/or interaction. A plurality of elements can be coupled to one another, for example, along an interaction chain, along which the interaction can be exchanged, for example a fluid (then also referred to as coupled in a fluid-conducting manner). For example, two elements coupled to one another can exchange an interaction with one another, eg a mechanical, hydrostatic, thermal and/or electrical interaction. A coupling of several vacuum components (eg valves, pumps, chambers, etc.) to one another can include that they are coupled to one another in a fluid-conducting manner. According to various In some embodiments, “coupled” can be understood in the sense of a mechanical (eg physical or bodily) coupling, eg by means of direct physical contact. A clutch can be set up to transmit a mechanical interaction (eg force, torque, etc.).
Als Steuern kann eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems verstanden werden. Dabei kann der momentane Zustand des Systems (auch als Ist-Zustand bezeichnet) gemäß einer Vorgabe (auch als Soll-Zustand bezeichnet) verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße (z.B. die Vorgabe) in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen vorwärts gerichteten Ablaufsteuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (die sogenannte Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Der Zustand des Systems (auch als Arbeitspunkt bezeichnet) kann von einer oder mehr als einer Regelgröße des Systems repräsentiert werden, deren Ist-Wert den Ist-Zustand des Systems und deren Soll-Wert (auch als Führungswert bezeichnet) den Soll-Zustand des Systems repräsentiert. Bei einer Regelung wird ein Ist-Zustand des Systems (z.B. basierend auf einer Messung ermittelt) mit dem Soll-Zustand des Systems verglichen und die eine oder mehr als eine Regelgröße mittels einer entsprechenden Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst, dass die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand des Systems minimiert wird.Controlling can be understood as intentional influencing of a system. The current state of the system (also referred to as the actual state) can be changed according to a specification (also referred to as the target state). Regulation can be understood as control, whereby a change in the state of the system due to disturbances is also counteracted. Clearly, the controller can have a forward-pointing control path and thus clearly implement a sequence control that converts an input variable (e.g. the specification) into an output variable. However, the controlled system can also be part of a control circuit, so that a control is implemented. In contrast to the purely forward-oriented sequence control, the regulation has a continuous influence of the output variable on the input variable, which is brought about by the control loop (the so-called feedback). In other words, regulation can be used as an alternative or in addition to the control, or regulation can take place as an alternative or in addition to the control. The state of the system (also referred to as the operating point) can be represented by one or more controlled variables of the system, the actual value of which represents the actual state of the system and the target value (also referred to as the reference value) the target state of the system represented. In a regulation, an actual state of the system (e.g. determined based on a measurement) is compared with the target state of the system and one or more controlled variables are influenced by means of a corresponding manipulated variable (using an actuator) in such a way that the deviation of the actual state is minimized from the target state of the system.
Der Begriff „Sputtern“ bezeichnet das Zerstäuben eines Materials (auch als Beschichtungsmaterial oder Targetmaterial bezeichnet) mittels eines Plasmas. Die zerstäubten Bestandteile des Targetmaterials werden somit voneinander separiert und können beispielsweise zum Bilden einer Schicht woanders angelagert werden. Das Sputtern kann mittels einer sogenannten Sputtervorrichtung erfolgen, welche ein oder mehr als ein Magnetsystem aufweisen kann (dann auch als Magnetron bezeichnet). Das Targetmaterial kann mittels eines sogenannten Sputtertargets bereitgestellt sein, welches beispielsweise rohrförmig (dann auch als Rohrtarget bezeichnet) oder plattenförmig (dann auch als Plattentarget oder Planartarget bezeichnet) sein kann. Zum Erzeugen des Plasmas kann an das Sputtertarget (kurz auch als Target bezeichnet) eine Spannung (auch als Sputterspannung bezeichnet) angelegt werden, so dass das Sputtertarget als Kathode betrieben wird. Auch wenn die Sputterspannung eine Wechselspannung aufweist, wird die Begrifflichkeit der Kathode häufig beibehalten.The term "sputtering" refers to the atomization of a material (also known as a coating material or target material) using a plasma. The sputtered components of the target material are thus separated from one another and can be deposited elsewhere, for example to form a layer. The sputtering can take place by means of a so-called sputtering device, which can have one or more than one magnet system (then also referred to as a magnetron). The target material can be provided by means of a so-called sputtering target, which can be, for example, tubular (then also referred to as tubular target) or plate-shaped (then also referred to as plate target or planar target). To generate the plasma, a voltage (also referred to as sputtering voltage) can be applied to the sputtering target (also referred to as target for short), so that the sputtering target is operated as a cathode. Even if the sputtering voltage has an alternating voltage, the terminology of the cathode is often retained.
Weist das Magnetron zwei Sputtertargets (z.B. Planartargets) auf (dann auch als Doppel-Magnetron bezeichnet), kann jeweils eines der Sputtertargets als Anode und das andere Sputtertarget als Kathode betrieben werden, so dass die Sputterspannung zwischen den zwei Sputtertargets anliegt. Um beide Sputtertargets zu zerstäuben kann die Sputterspannung zyklisch umgepolt werden, so dass eine Wechselspannung zwischen den zwei Sputtertargets anliegt (auch als AC-Sputtern bezeichnet). Eine Frequenz der Wechselspannung (d.h. mit der das Umpolen der zwei Sputtertargets erfolgt), kann größer sein als ungefähr 1 Hertz (Hz), z.B. größer als ungefähr 10 Hz , z.B. größer als ungefähr 100 Hz , z.B. größer als ungefähr 1 Kilohertz (kHz), z.B. größer als ungefähr 10 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 kHz (dann auch als MF-Sputtern bezeichnet). Grundsätzlich kann aber auch Gleichspannung als Sputterspannung verwendet werden (auch als DC-Sputtern bezeichnet). Optional kann die Gleichspannung (z.B. bipolar) gepulst werden (auch als gepulstes DC-Sputtern bezeichnet).If the magnetron has two sputtering targets (e.g. planar targets) (then also referred to as a double magnetron), one of the sputtering targets can be operated as an anode and the other sputtering target as a cathode, so that the sputtering voltage is applied between the two sputtering targets. In order to atomize both sputtering targets, the sputtering voltage can be cyclically reversed so that an alternating voltage is present between the two sputtering targets (also referred to as AC sputtering). A frequency of the AC voltage (ie, at which the polarity of the two sputtering targets is reversed) may be greater than about 1 Hertz (Hz), e.g. greater than about 10 Hz, e.g. greater than about 100 Hz, e.g. greater than about 1 kilohertz (kHz) , for example greater than about 10 kHz, for example in a range of about 100 kHz (then also referred to as MF sputtering). In principle, however, DC voltage can also be used as sputtering voltage (also referred to as DC sputtering). Optionally, the DC voltage (e.g. bipolar) can be pulsed (also referred to as pulsed DC sputtering).
Zum Sputtern kann das Sputtertarget in einer Vakuum-Prozessierkammer (vereinfacht auch als Vakuumkammer bezeichnet) angeordnet sein, so dass das Sputtern in einem Vakuum erfolgen kann. Dazu können die Umgebungsbedingungen (die Prozessbedingungen) innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer (z.B. Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung, usw.) während Sputterns eingestellt oder geregelt werden. Die Vakuum-Prozessierkammer kann beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden, so dass innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer eine Gasatmosphäre mit einer vordefinierten Zusammensetzung (auch als Arbeitsatmosphäre bezeichnet) oder einem vordefinierten Druck (auch als Arbeitsdruck bezeichnet) bereitgestellt werden kann (z.B. gemäß einem Sollwert). Beispielsweise kann innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer ein Arbeitsgas bereitgestellt sein oder werden, welches das plasmabildende Gas oder das plasmabildende Gasgemisch bezeichnet.For sputtering, the sputtering target can be arranged in a vacuum processing chamber (also referred to simply as a vacuum chamber), so that the sputtering can take place in a vacuum. To this end, the environmental conditions (the process conditions) within the vacuum processing chamber (e.g. pressure, temperature, gas composition, etc.) can be adjusted or regulated during sputtering. The vacuum processing chamber can, for example, be set up to be airtight, dust-tight and/or vacuum-tight, so that a gas atmosphere with a predefined composition (also referred to as working atmosphere) or a predefined pressure (also referred to as working pressure) can be provided within the vacuum processing chamber (e.g. according to a setpoint). For example, a working gas can be provided inside the vacuum processing chamber, which denotes the plasma-forming gas or the plasma-forming gas mixture.
Um das Targetmaterial effektiv zu zerstäuben (auch als Sputtern bezeichnet), kann das Rohrtarget um das Magnetsystem herum gedreht werden. Dazu kann das Rohrtarget bzw. dessen Targetmaterial rohrförmig eingerichtet sein, wobei das Magnetsystem im Inneren des Rohrtargets angeordnet sein kann, so dass das Rohrtarget um das Magnetsystem gedreht werden kann. Das Rohrtarget kann beispielsweise ein Rohr aufweisen, auf dem das Targetmaterial als Schicht auf einer äußeren Mantelfläche des Rohrs befestigt sein kann und die Mantelfläche des Rohrs teilweise bedecken kann. Das Rohrtarget kann aber auch aus dem Targetmaterial gebildet sein.In order to effectively atomize (also known as sputtering) the target material, the tubular target can be rotated around the magnet system. For this purpose, the tube target or its target material can be configured in a tube shape, with the magnet system being arranged inside the tube target can, so that the tubular target can be rotated around the magnet system. The tubular target can have a tube, for example, on which the target material can be attached as a layer on an outer lateral surface of the tube and can partially cover the lateral surface of the tube. However, the tube target can also be formed from the target material.
Das Rohrtarget kann mittels einer Lagervorrichtung drehbar gelagert sein oder werden, wobei die Lagervorrichtung optional ein Versorgen des Rohrtargets (z.B. mit elektrischer Leistung und Kühlfluid) bereitstellen kann. Beispielsweise kann die Lagervorrichtung zwei so genannte Endblöcke aufweisen, mittels welchen das Rohrtarget an einander gegenüberliegenden Endabschnitten gelagert ist, wobei die Endblöcke ein Versorgen des Rohrtargets (z.B. mit elektrischer Leistung und Kühlfluid) bereitstellen können.The tube target can be rotatably mounted by means of a bearing device, wherein the bearing device can optionally provide a supply of the tube target (e.g. with electrical power and cooling fluid). For example, the bearing device can have two so-called end blocks, by means of which the tubular target is supported at mutually opposite end sections, the end blocks being able to provide a supply of the tubular target (e.g. with electrical power and cooling fluid).
Weist die Lagervorrichtung zwei Endblöcke auf, kann jeweils einer der Endblöcke (der sogenannte Antriebsendblock) einen Antriebsstrang aufweisen, der mit einer Antriebsvorrichtung (auch als Targetantrieb bezeichnet) zum Drehen des Rohrtargets gekuppelt ist; und der jeweils andere der Endblöcke (der sogenannte Medienendblock) kann eine Fluidleitung zum Zuführen und Abführen von Kühlfluid (z.B. ein wasserbasiertes Gemisch) aufweisen, welches durch das Target hindurch geleitet werden kann. Die zwei Endblöcke werden beispielsweise an einer Kammerdecke (d.h. einem Kammerdeckel) hängend montiert.If the storage device has two end blocks, one of the end blocks (the so-called drive end block) can have a drive train which is coupled to a drive device (also referred to as a target drive) for rotating the tubular target; and the respective other of the end blocks (the so-called media end block) can have a fluid line for supplying and removing cooling fluid (e.g. a water-based mixture) which can be passed through the target. For example, the two end blocks are mounted in a suspended manner from a chamber ceiling (i.e., a chamber lid).
Es kann allerdings auch genau ein Endblock (auch als Kompaktendblock bezeichnet) verwendet werden, welcher den Antriebsstrang und die Fluidleitung aufweist und somit die Funktionen eines Antriebsendblocks und eines Medienendblocks gemeinsam bereitstellt. Die dem Kompaktendblock gegenüberliegende Seite des Rohrtargets kann beispielsweise frei auskragen (d.h. frei hängen), was als Cantilever-Konfiguration bezeichnet wird. Der Kompaktendblock kann in Cantilever-Konfiguration an einer Seitenwand der Vakuumkammer montiert sein, durch welche hindurch die Drehachse des Rohrtargets hindurch erstreckt ist. Die dem Kompaktendblock gegenüberliegende Seite des Rohrtargets kann aber auch mittels eines Lagerbocks (anschaulich ein Gegenlager) gelagert sein, was als Lagerbock-Konfiguration bezeichnet wird. Der Lagerbock kann auch mittels eines passiven Endblocks bereitgestellt sein, d.h. eines Endblocks, welcher weder Energie noch Material mit dem Rohrtarget austauscht, sondern dieses nur abstützt.However, exactly one end block (also referred to as a compact end block) can also be used, which has the drive train and the fluid line and thus jointly provides the functions of a drive end block and a media end block. For example, the side of the tubular target opposite the compact endblock can be cantilevered (i.e., hang freely) in what is referred to as a cantilever configuration. The compact endblock may be mounted in a cantilever configuration on a sidewall of the vacuum chamber through which the axis of rotation of the tubular target extends. However, the side of the tubular target opposite the compact end block can also be mounted by means of a bearing block (clearly a counter bearing), which is referred to as a bearing block configuration. The pedestal can also be provided by means of a passive end block, i.e. an end block which does not exchange energy or material with the tube target but only supports it.
Im Fall eines Planartargets, das nicht drehbar gelagert sein muss, kann die Lagervorrichtung ein starres Gestell aufweisen, welches das Planartarget hält. Das Planartarget kann beispielsweise eine oder mehr als eine Platte (z.B. Kachel) aufweisen, wobei mehrere Platten nebeneinander gehalten werden.In the case of a planar target that does not have to be mounted so that it can rotate, the mounting device can have a rigid frame that holds the planar target. For example, the planar target may have one or more than one plate (e.g., tile), with multiple plates held side by side.
Die Lagervorrichtung kann optional (z.B. bei einem Rohrtarget und einem Planartarget) einen Träger aufweisen (auch als Magnetträger bezeichnet), welcher zum Halten des Magnetsystems eingerichtet ist. Der Magnetträger kann beispielsweise hohl sein (z.B. ein Rohr aufweisend) und stirnseitig mit einem Endblock, welcher den Magnetträger hält, fluidleitend gekoppelt sein (z.B. mit dessen Fluidleitung), so dass dieses mit dem Endblock das Kühlfluid austauschen kann. Auf der dem Endblock gegenüberliegenden Seite kann das Rohr beispielsweise stirnseitig verschlossen sein und dort eine seitliche Öffnung aufweisen, durch welche das Kühlfluid hindurchtreten kann. Der Magnetträger kann rund sein oder mehreckig, z.B. ein Rundrohr oder ein Kantrohr aufweisend. Der Magnetträger und/oder das Magnetsystem können eine Länge (Ausdehnung entlang der Drehachse) in einem Bereich von 1 m ungefähr bis ungefähr 6 m aufweisen, z.B. in einem Bereich von 2 m ungefähr bis ungefähr 5 m.The bearing device can optionally (e.g. in the case of a tube target and a planar target) have a carrier (also referred to as a magnet carrier) which is set up to hold the magnet system. The magnet carrier can, for example, be hollow (e.g. having a tube) and be fluidically coupled at the end to an end block which holds the magnet carrier (e.g. to its fluid line) so that the cooling fluid can be exchanged with the end block. On the side opposite the end block, the tube can be closed at the end, for example, and can have a lateral opening there through which the cooling fluid can pass. The magnet carrier can be round or polygonal, e.g. having a round tube or a square tube. The magnet carrier and/or the magnet system can have a length (expansion along the axis of rotation) in a range from approximately 1 m to approximately 6 m, for example in a range from approximately 2 m to approximately 5 m.
Das Target und/oder das Kühlfluid können zum Sputtern mit Spannungen größer als ungefähr 50 V beaufschlagt werden. Anschaulich kann zum Sputtern an das Target eine elektrische Spannung (auch als Prozessspannung bezeichnet) angelegt werden, wobei das Kühlfluid mit dem Target elektrisch gekoppelt sein kann, so dass das Kühlfluid und das Target ein im Wesentlichen gleiches elektrisches Potential aufweisen können. Die beim Sputtern umgesetzte elektrische Leistung wird hauptsächlich vom Plasma aufgenommen (auch als Plasmaleistung bezeichnet) und kann daher von der Größe (z.B. der Länge) des Targets abhängen und kann in einem Bereich von ungefähr 1 kW pro Meter bis ungefähr 30 kW pro Meter (des Targets) liegen, wobei optional eine Wechselspannung oder gepulste Gleichspannung als Prozessspannung eingesetzt werden kann.The target and/or the cooling fluid can be subjected to voltages greater than about 50 V for sputtering. Clearly, an electrical voltage (also referred to as process voltage) can be applied to the target for sputtering, wherein the cooling fluid can be electrically coupled to the target, so that the cooling fluid and the target can have essentially the same electrical potential. The electrical power converted during sputtering is mainly absorbed by the plasma (also referred to as plasma power) and can therefore depend on the size (e.g. length) of the target and can range from about 1 kW per meter to about 30 kW per meter (des Targets) lie, with an AC voltage or pulsed DC voltage optionally being able to be used as the process voltage.
Eine Antriebsvorrichtung kann hierin als Wandler verstanden werden, welche eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Eine Antriebsvorrichtung kann beispielsweise einen elektrischen Motor (z.B. mit elektrischen Spulen) aufweisen. Eine Antriebsvorrichtung kann beispielsweise einen Kompressor und einen damit gekoppelten Hubkolben aufweisen. Eine Antriebsvorrichtung kann beispielsweise ein oder mehr als ein Piezoelement aufweisen. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung eingerichtet sein, die mechanische Energie mittels eines Drehmoments bzw. einer Drehbewegung auszugeben.A drive device can be understood here as a converter which is set up to convert electrical energy into mechanical energy. A drive device can, for example, comprise an electric motor (e.g. with electric coils). A drive device can have, for example, a compressor and a reciprocating piston coupled thereto. A drive device can have one or more than one piezo element, for example. For example, the drive device can be set up to output the mechanical energy by means of a torque or a rotary movement.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das Herstellen von Kontaktschichten in der kristallinen Photovoltaik, beispielsweise ein dotierte aSi-Schicht (amorphe Siliziumschicht), mittels eines Sputterverfahrens bereitgestellt. Ein hierin verwendeter Dotant kann beispielsweise Phosphor oder Bor sein.According to various embodiments, the production of contact layers in crystalline photovoltaics, for example a doped aSi layer (amorphous silicon layer), is provided by means of a sputtering method. A dopant used herein can be, for example, phosphorus or boron.
Bezüglich einer chemischen Zusammensetzung kann als Maß für eine Konzentration hierin der Stoffmengenanteil verwendet werden. Der Stoffmengenanteil (auch als Molbruch bezeichnet) kann verstanden werden (z.B. gemäß DIN 1310 definiert) als Gehaltsgröße, also eine physikalisch-chemische Größe, welche die Stoffmenge einer betrachteten Mischungskomponente auf die Summe der Stoffmengen aller Mischungskomponenten bezogen angibt. Der Stoffmengenanteil gibt anschaulich den relativen Anteil der Stoffmenge einer betrachteten Mischungskomponente an der Gesamtmasse des Gemisches an. Im Folgenden wird der Stoffmengenanteil angegeben in Atomprozent (at% oder %).With regard to a chemical composition, the molar fraction can be used as a measure of a concentration herein. The mole fraction (also referred to as mole fraction) can be understood (e.g. defined according to DIN 1310) as a content variable, i.e. a physico-chemical variable that indicates the amount of substance of a mixture component under consideration in relation to the sum of the amounts of substance of all components of the mixture. The mole fraction clearly indicates the relative proportion of the mole amount of a mixture component under consideration in the total mass of the mixture. In the following, the mole fraction is given in atomic percent (at% or %).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird Bezug genommen auf eine physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) als exemplarischer Beschichtungsprozess, z.B. einen Sputterprozess aufweisend, welche von der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zu unterscheiden ist. Im Unterschied zur CVD wird bei der PVD ein festes Material zunächst in die Gasphase (auch als gasförmige Phase oder Dampf bezeichnet) überführt und mittels dieser Gasphase eine Schicht gebildet. Die Gasphase des Targetmaterials kann bei der PVD optional chemisch reagiert werden mit einem Reaktivgas zu einer chemischen Verbindung, welches in die Schicht eingebaut wird oder diese bildet. Bei der chemischen Reaktion der PVD werden somit zwei oder mehr Materialien zu der chemischen Verbindung zusammengeführt. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung wird eine gasförmige Ausgangsverbindung (auch als Präkursor oder Edukt bezeichnet) in mindestens zwei Reaktionsprodukte aufgespalten, von denen zumindest ein Reaktionsprodukt in die Schicht eingebaut wird und optional ein Reaktionsprodukt als Überschuss dem Beschichtungsprozess entzogen (z.B. mittels einer Pumpe) wird. Optional kann die CVD mittels eines Plasmas erfolgen, in welchem das Aufspalten des Präkursors erfolgt.According to various embodiments, reference is made to physical vapor deposition (PVD) as an exemplary coating process, e.g., including a sputtering process, to be distinguished from chemical vapor deposition (CVD). In contrast to CVD, in PVD a solid material is first converted into the gas phase (also referred to as gaseous phase or vapor) and a layer is formed by means of this gas phase. In PVD, the gas phase of the target material can optionally be chemically reacted with a reactive gas to form a chemical compound that is built into or forms the layer. In the chemical reaction of PVD, two or more materials are thus brought together to form the chemical compound. In chemical vapor deposition, a gaseous starting compound (also known as a precursor or educt) is split into at least two reaction products, of which at least one reaction product is incorporated into the layer and, optionally, a reaction product is removed from the coating process as an excess (e.g. by means of a pump). Optionally, the CVD can be carried out using a plasma, in which the splitting of the precursor takes place.
Ein Plasma kann mittels eines sogenannten Arbeitsgases (auch als plasmabildendes Gas bezeichnet) gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Arbeitsgas ein gasförmiges Material aufweisen, welches reaktionsträge ist, mit anderen Worten welches sich nur an wenigen oder gar keinen chemischen Reaktionen beteiligt. Ein Arbeitsgas kann beispielsweise von dem verwendeten Targetmaterial definiert sein oder werden und an dieses angepasst sein oder werden. Beispielsweise kann ein Arbeitsgas ein Gas oder ein Gasgemisch aufweisen, welches mit dem Targetmaterial nicht zu einem Feststoff reagiert oder diesem gegenüber sogar inert ist. Das Arbeitsgas kann beispielsweise ein Edelgas (z.B. Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon) oder mehrere Edelgase aufweisen. Aus dem Arbeitsgas kann das Plasma gebildet werden, welches beispielsweise im Wesentlichen das Zerstäuben des Targetmaterials bewirkt. Wird ein Reaktivgas verwendet, kann dieses eine höhere chemische Reaktivität als das Arbeitsgas aufweisen, z.B. bezüglich des Targetmaterials. Mit anderen Worten kann das zerstäubte Targetmaterial zusammen mit dem Reaktivgas (wenn vorhanden) schneller reagieren (d.h. mehr Reaktionsprodukt pro Zeit bilden) als zusammen mit dem Arbeitsgas (z.B. wenn es überhaupt mit dem Arbeitsgas chemisch reagiert). Das Reaktivgas und das Arbeitsgas können gemeinsam oder getrennt als Prozessgas (z.B. als Gasgemisch) zugeführt werden, beispielsweise mittels der Gaszuführvorrichtung.A plasma can be formed using a so-called working gas (also referred to as a plasma-forming gas). According to various embodiments, the working gas may include a gaseous material that is inert, in other words, that participates in little or no chemical reactions. A working gas can, for example, be or be defined by the target material used and be or be adapted to it. For example, a working gas can include a gas or a gas mixture that does not react with the target material to form a solid or is even inert towards it. The working gas can have, for example, a noble gas (e.g. helium, neon, argon, krypton, xenon, radon) or several noble gases. The plasma can be formed from the working gas, which, for example, essentially causes the atomization of the target material. If a reactive gas is used, this can have a higher chemical reactivity than the working gas, e.g. with regard to the target material. In other words, the sputtered target material can react with the reactive gas (if any) faster (i.e., form more reaction product per time) than with the working gas (e.g., if it chemically reacts with the working gas at all). The reactive gas and the working gas can be supplied together or separately as a process gas (e.g. as a gas mixture), for example by means of the gas supply device.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Halbleitermaterial verstanden werden, als ein Material, welches in reinem (d.h. ohne Verunreinigungen) und/oder einkristallinem Zustand elektrisch halbleitend ist. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial ein Elementhalbleiter (wie beispielsweise Silizium und Germanium) oder ein Verbindungshalbleiter sein.According to various embodiments, a semiconductor material can be understood as a material that is electrically semiconductive in the pure (i.e., without impurities) and/or single-crystal state. For example, the semiconductor material may be an elemental semiconductor (such as silicon and germanium) or a compound semiconductor.
Elektrisch halbleitend kann verstanden werden als eine elektrische Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und einer konstanten Richtung eines elektrischen Feldes) aufweisend in einem Bereich von ungefähr 104 S/m bis ungefähr 10-4 S/m. Optional kann das Halbleitermaterial verunreinigt oder dotiert (Einbringen von Fremdatomen) sein. Beispielsweise kann die elektrische Leitfähigkeit mit steigendem Grad der Dotierung zunehmen, so dass das dotierte Halbleitermaterial beispielsweise auch elektrisch leitfähig (und nicht notwendigerweise elektrisch halbleitend) sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann elektrisch leitfähig verstanden werden als eine elektrische Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und einer konstanten Richtung eines elektrischen Feldes) aufweisend von größer als ungefähr 104 S/m, z.B. größer als ungefähr 106 S/m. Das dotierte Halbleitermaterial wird hierin auch als Halbleitermaterial bezeichnet.Electrically semiconductive can be understood as having an electrical conductivity (measured at room temperature and a constant electric field direction) in a range from about 10 4 S/m to about 10 -4 S/m. Optionally, the semiconductor material can be contaminated or doped (introduction of foreign atoms). For example, the electrical conductivity can increase with an increasing degree of doping, so that the doped semiconductor material can also be electrically conductive (and not necessarily electrically semiconductive), for example. According to various embodiments, electrically conductive can be understood as having an electrical conductivity (measured at room temperature and a constant electric field direction) greater than about 10 4 S/m, eg, greater than about 10 6 S/m. The doped semiconductor material is also referred to herein as semiconductor material.
Das Halbleitermaterial kann beispielsweise im Gegensatz zu einem Metall primär keine freien Ladungsträger aufweisen, sondern diese werden erst durch Erwärmung gebildet. Elektrisch halbleitend kann daher aufweisen, dass die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, d.h. dass ein Halbleitermaterial einen negativen Temperaturkoeffizient aufweist.In contrast to a metal, for example, the semiconductor material cannot primarily have any free charge carriers, but these are only formed by heating. Electrically semiconducting can therefore exhibit that the electrical conductivity increases with increasing temperature, ie that a semiconductor material has a negative temperature coefficient.
Als chemisches Element kann ein Stoff (auch als Reinstoff bezeichnet) verstanden werden, der mit chemischen Methoden nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden kann. Die kleinste mögliche Menge eines chemischen Elements ist das Atom. Alle Atome eines chemischen Elements haben dieselbe Anzahl an Protonen im Atomkern (welche gleich der Ordnungszahl ist). Die Atome desselben chemischen Elements stimmen daher in dem Aufbau der Elektronenhülle überein und verhalten sich folglich auch chemisch gleich.A chemical element can be understood as a substance (also referred to as a pure substance) that can no longer be broken down into other substances using chemical methods. The smallest possible quantity of a chemical element is the atom. All atoms of a chemical element have the same number of protons in the nucleus (which is equal to the atomic number). The atoms of the same chemical element therefore agree in the structure of the electron shell and consequently also behave chemically in the same way.
Als Dotieren kann in der Halbleitertechnik das Einbringen von Atomen eines Dotierstoffs (auch als Dotant bezeichnet) in das Grundmaterial eines Halbleiters (auch als Halbleitermaterial bezeichnet) verstanden werden. Beispielsweise kann eine Halbleiterschicht das Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein.In semiconductor technology, doping can be understood as the introduction of atoms of a dopant (also referred to as dopant) into the base material of a semiconductor (also referred to as semiconductor material). For example, a semiconductor layer may include or be formed from the semiconductor material.
Die bei diesem Vorgang eingebrachte Menge von Atomen des Dotierstoffs (auch als Dotieratome bezeichnet) ist dabei sehr klein im Vergleich zu den Atomen des Grundmaterials (zwischen 0,1 und 10000 ppm, d.h. Teile pro Million). Die Dotieratome können beispielsweise Störstellen im Halbleitermaterial bilden und optional die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials, d.h. das Verhalten der Elektronen und damit die elektrische Leitfähigkeit, verändern. Dabei kann bereits eine geringfügige Dichte von Dotieratomen eine sehr große Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bewirken.The amount of atoms of the dopant (also referred to as doping atoms) introduced during this process is very small compared to the atoms of the base material (between 0.1 and 10000 ppm, i.e. parts per million). The dopant atoms can, for example, form imperfections in the semiconductor material and optionally change the electrical properties of the semiconductor material, i.e. the behavior of the electrons and thus the electrical conductivity. A low density of doping atoms can already bring about a very large change in the electrical conductivity.
Wird die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials geändert, dann wird zwischen p-Dotierung (d.h. Dotierung mit positiver Polarität) und n-Dotierung (d.h. Dotierung mit negativer Polarität) unterschieden. Bei der p-Dotierung werden Dotieratome eingebracht, die als Elektronen-Akzeptoren wirken. Bei der n-Dotierung werden Dotieratome eingebracht, die als Elektronen-Donatoren wirken.If the electrical conductivity of the semiconductor material is changed, a distinction is made between p-doping (i.e. doping with positive polarity) and n-doping (i.e. doping with negative polarity). With p-doping, doping atoms are introduced that act as electron acceptors. With n-doping, doping atoms are introduced that act as electron donors.
Für die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Halbleitermaterials aus Silizium oder Germanium (oder allgemeiner eines Halbleitermaterials aus der vierten Hauptgruppe) kann für eine p-Dotierung ein Dotierstoff aus der dritten Hauptgruppe verwendet werden, wie beispielsweise Bor, Indium, Aluminium oder Gallium. Für die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Halbleitermaterials aus Silizium oder Germanium (oder allgemeiner eines Halbleitermaterials aus der vierten Hauptgruppe) kann für eine n-Dotierung ein Dotierstoff aus der fünften Hauptgruppe verwendet werden, wie beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon.To change the electrical conductivity of a semiconductor material made of silicon or germanium (or more generally a semiconductor material from the fourth main group), a dopant from the third main group can be used for p-doping, such as boron, indium, aluminum or gallium. To change the electrical conductivity of a semiconductor material made of silicon or germanium (or more generally a semiconductor material from the fourth main group), a dopant from the fifth main group, such as phosphorus, arsenic or antimony, can be used for n-doping.
Das zu dotierende Halbleitermaterial (z.B. die Halbleiterschicht) kann allerdings auch ein anderes Halbleitermaterial als Silizium oder Germanium aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann die Halbleiterschicht (z.B. auf einem Wafer oder einem anderen geeigneten Träger) bzw. das zu dotierende Halbleitermaterial aus Halbleitermaterialien verschiedener Arten gefertigt sein oder werden, die einen Gruppe-IV-Halbleiter (z.B. Silizium oder Germanium), einen Gruppe III-V-Halbleiter (z.B. Galliumarsenid) oder andere Halbleitertypen, einschließlich von z.B. Gruppe-III-Halbleitern, Gruppe-V-Halbleitern oder Polymeren, umfassen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das Halbleitermaterial bzw. die Halbleiterschicht (z.B. ein Substrat) aus (z.B. undotiertem) Silizium gefertigt. Als eine Alternative kann ein beliebiges anderes geeignetes Halbleitermaterial, z.B. für die Halbleiterschicht, verwendet werden, z.B. ein Halbleiterverbindungsmaterial, wie z.B. Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), aber auch ein beliebiges geeignetes ternäres Halbleiterverbindungsmaterial, wie z.B. Indiumgalliumarsenid (InGaAs), oder quaternäres Halbleiterverbindungsmaterial.However, the semiconductor material to be doped (e.g. the semiconductor layer) can also have or be formed from a semiconductor material other than silicon or germanium. For example, the semiconductor layer (e.g. on a wafer or another suitable carrier) or the semiconductor material to be doped can be manufactured from semiconductor materials of different types, which include a group IV semiconductor (e.g. silicon or germanium), a group III-V semiconductors (eg, gallium arsenide) or other types of semiconductors including, for example, group III semiconductors, group V semiconductors, or polymers. In various exemplary embodiments, the semiconductor material or the semiconductor layer (e.g. a substrate) is made from (e.g. undoped) silicon. As an alternative, any other suitable semiconductor material, e.g. for the semiconductor layer, can be used, e.g quaternary semiconductor compound material.
Allgemeiner gesprochen kann das Halbleitermaterial eine Wertigkeit aufweisen, welche bei einem Elementhalbleiter (z.B. Gruppe-III-Halbleiter oder Gruppe-IV-Halbleitern) dem Wert der Hauptgruppe des Halbleiters entspricht, und welche bei einem Verbindungshalbleiter dem Mittelwert der Hauptgruppen der Bestandteile des Verbindungshalbleiters entspricht. Die Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V-Halbleiter können beispielsweise die Wertigkeit 4 aufweisen. Der III-V-Halbleiter Galliumarsenid (GaAs) kann beispielsweise mit einem Dotierstoff wie Kohlenstoff positiv dotiert und Tellur negativ dotiert sein oder werden.More generally speaking, the semiconductor material can have a value which, in the case of an element semiconductor (e.g. group III semiconductor or group IV semiconductor), corresponds to the value of the main group of the semiconductor, and in the case of a compound semiconductor, it corresponds to the mean value of the main groups of the components of the compound semiconductor. The compound semiconductors of the group III-V semiconductors can have the valency 4, for example. The III-V semiconductor gallium arsenide (GaAs) can, for example, be positively doped with a dopant such as carbon and tellurium negatively doped.
Der Dotierstoff kann allgemeiner gesprochen aus einer Hauptgruppe sein, deren Wert sich von der Wertigkeit des Halbleitermaterials unterscheidet, d.h. kleiner oder größer ist als diese (z.B. um den Wert 1).More generally speaking, the dopant may be of a main group whose value differs from, i.e. is smaller or larger than, the valency of the semiconductor material (e.g. around the value 1).
Das Dotieren kann aufweisen, eine Konzentration (auch als Dotierungskonzentration bezeichnet) der Dotieratome in der Halbleiterschicht zu vergrößern, z.B. auf 1 Dotieratom/107 Halbleiteratome (Atome des Halbleitermaterials) oder mehr, z.B. auf 1 Dotieratom/106 Halbleiteratome oder mehr, z.B. auf 1 Dotieratom/105 Halbleiteratome oder mehr, z.B. auf 1 Dotieratom/104 Halbleiteratome oder mehr, z.B. auf 1 Dotieratom/103 Halbleiteratome oder mehr.The doping may include increasing a concentration (also referred to as doping concentration) of the doping atoms in the semiconductor layer, eg to 1 doping atom/10 7 semiconductor atoms (atoms of the semiconductor material) or more, eg to 1 doping atom/10 6 semiconductor atoms or more, eg to 1 doping atom/10 5 semiconductor atoms or more, eg to 1 doping atom/10 4 semiconductor atoms or more, eg to 1 doping atom/10 3 semiconductor atoms or more.
Der Dotant kann zumindest das (d.h. genau ein oder mehr als ein) erste chemische Element aufweisen oder daraus gebildet sein.The dopant may include or be formed from at least the (i.e. exactly one or more than one) first chemical element.
Optional kann das Dotieren aufweisen, den in die Halbleiterschicht eingebrachten Dotierstoff zu aktivieren, z.B. thermisch. Dazu kann die Halbleiterschicht erwärmt werden, z.B. auf ungefähr 200°C oder mehr, z.B. auf ungefähr 300°C oder mehr, z.B. auf ungefähr 400°C oder mehr, z.B. auf ungefähr 500°C oder mehr, z.B. auf ungefähr 1000°C oder mehr.Optionally, the doping can include activating the dopant introduced into the semiconductor layer, for example thermally. For this purpose, the semiconductor layer can be heated, for example to about 200° C. or more, for example to about 300° C. or more, for example to about 400° C. or more, for example to about 500° C. or more, for example to about 1000° C. or more more.
Die Halbleiterschicht kann im Allgemeinen auf einem Substrat gebildet sein oder werden, z.B. als Beschichtung (oder Teil dieser) des Substrats oder diese kann in das Substrat integriert sein oder werden. Das Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat (z.B. Halbleiterwafer) sein. Beispielsweise können sich das Substrat und die Beschichtung (z.B. die Halbleiterschicht) voneinander unterschieden, z.B. in ihrer Kristallstruktur, ihrem Dotierungsgrad (auch als Grad der Dotierung bezeichnet), ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrem Halbleitermaterial, ihrer Dicke, oder Ähnlichem.The semiconductor layer may generally be formed on a substrate, e.g., as (or part of) a coating of the substrate or may be integrated into the substrate. The substrate can be, for example, a semiconductor substrate (e.g. semiconductor wafer). For example, the substrate and the coating (e.g. the semiconductor layer) can differ from one another, e.g. in their crystal structure, their degree of doping (also referred to as degree of doping), their chemical composition, their semiconductor material, their thickness, or the like.
Hierin wird exemplarisch auf Phosphor als zweites chemisches Element und Silizium als erstes chemisches Element Bezug genommen. Es kann verstanden werden, dass das für Silizium Beschriebene in Analogie auch für ein anderes erstes chemisches Element gelten kann bzw. dass das für Phosphor Beschriebene in Analogie auch für ein anderes zweites chemisches Element gelten kann, z.B. für Bor oder Arsen. Im Fall von Bor kann das Target beispielsweise Bor aufweisen oder daraus gebildet sein.Reference is made herein to phosphorus as the second chemical element and silicon as the first chemical element by way of example. It can be understood that what has been described for silicon can also apply by analogy to another first chemical element or that what has been described for phosphorus can also apply by analogy to another second chemical element, e.g. for boron or arsenic. In the case of boron, the target can include or be formed from boron, for example.
Die Sputtervorrichtung 100 weist ein Magnetron 102 (z.B. ein Rohrmagnetron oder Planarmagnetron) auf. Im Folgenden wird auf eine Rohrmagnetron als exemplarisches Magnetron 102 eingegangen. Das für das Rohrmagnetron Beschriebene kann in Analogie für ein Planarmagnetron als Magnetron 102 (auch als Plattenmagnetron bezeichnet) oder ein Doppel-Magnetron als Magnetron 102 gelten.The
Das Rohrmagnetron 102 kann eine Lagervorrichtung 1021 aufweisen, die eingerichtet ist, eine rohrförmige Magnetronkathode 102t (auch als Rohrtarget oder Rohrkathode bezeichnet) zu drehbar lagern. Eine rohrförmige Magnetronkathode 102t kann beispielsweise einen rohrförmigen Träger (ein so genanntes Targetgrundrohr) aufweisen, auf dem (z.B. sprödes und/oder zerbrechliches) Targetmaterial befestigt sein kann. Anschaulich kann das Targetmaterial das Targetgrundrohr mantelförmig umgeben. Alternativ kann eine rohrförmige Magnetronkathode 102t ein rohrförmig eingerichtetes Targetmaterial (ein so genanntes Targetrohr) aufweisen (z.B. ein Rohr aus Targetmaterial) oder daraus gebildet sein.The
Das Targetmaterial des Rohrmagnetrons 102 (auch als erstes Targetmaterial bezeichnet) kann beispielsweise ein Halbleitermaterial sein, z.B. Silizium, z.B. dotiertes Silizium. Das Halbleitermaterial kann ein erstes chemisches Element als Grundmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, in welches optional ein zweites chemisches Element als dotierender Fremdbestandteil eingebracht ist. Beispielsweise kann das Targetmaterial des Rohrmagnetrons 102 dotiert sein mit dem zweiten chemischen Element. Das Dotieren erreicht, dass das Targetmaterial eine größere elektrische Leitfähigkeit aufweist und so besser gesputtert werden kann.The target material of the tubular magnetron 102 (also referred to as the first target material) can be, for example, a semiconductor material, e.g., silicon, e.g., doped silicon. The semiconductor material can have or be formed from a first chemical element as base material, in which a second chemical element is optionally introduced as a doping foreign component. For example, the target material of the
Beispielsweise kann das erste chemische Element Silizium aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das zweite chemische Element Phosphor, Bor oder Arsen aufweisen oder daraus gebildet sein.For example, the first chemical element may include or be formed from silicon. For example, the second chemical element may include or be formed from phosphorus, boron, or arsenic.
Beispielsweise kann eine Konzentration des zweiten chemischen Elements (z.B. Phosphor) in dem Targetmaterial ungefähr 0.5 at% oder weniger sein. Beispielsweise kann das Targetmaterial mit Phosphor dotiertes Silizium aufweisen, wobei der Phosphoranteil ungefähr 0.5 at% oder weniger ist.For example, a concentration of the second chemical element (e.g., phosphorus) in the target material may be about 0.5 at% or less. For example, the target material may comprise silicon doped with phosphorus, with the phosphorus content being approximately 0.5 at% or less.
Das Magnetron 102 kann eingerichtet sein, im Betrieb ein Plasma bereitzustellen, welches beispielsweise dem Transportpfad 111 zugewandert ist. Mit anderen Worten kann zwischen dem Transportpfad 111und dem Target 102t des Magnetrons 102 der Plasmabildungsbereich 210 des Magnetrons 102 angeordnet sein.The
Im Betrieb der Sputtervorrichtung 100 kann ein mit dem Beschichtungsmaterial zu beschichtendes Substrat 206 an dem Rohrmagnetron 102 vorbei transportiert werden oder zumindest nahe dem Rohrmagnetron 102 angeordnet sein. Der Plasmabildungsbereich 220 des Rohrmagnetrons 102 kann dem Substrat 206 oder zumindest dem Pfad 111, entlang dem das Substrat 206 transportiert wird (auch als Transportpfad 111 bezeichnet), zugewandt sein. Dies erreicht, dass von dem Rohrtarget 102t zerstäubtes Beschichtungsmaterial zu dem Substrat 206 hin emittiert wird. Das Substrat 206 kann beispielsweise mit dem von dem Rohrtarget 102t zerstäubten Beschichtungsmaterial beschichtet werden (auch als Beschichten des Substrats bezeichnet).During operation of the
Der Plasmabildungsbereich eines Magnetrons kann allgemein gesprochen derjenige Bereich sein, in dem das Plasma des Magnetrons gebildet wird. Zum Sputtern kann das Bilden des Plasmas mittels eines Magnetfeldes unterstützt werden, welches die Ionisationsrate des plasmabildenden Gases (z.B. des Arbeitsgases) beeinflussen kann. Das Magnetfeld kann mittels einer Magnetanordnung (mittels eines Magnetsystems) erzeugt werden, wobei mittels des Magnetfelds beispielsweise ein ringförmiger Plasmabildungsbereich (Plasmakanal), d.h. ein so genannter Race-Track, ausgebildet werden kann, in dem sich das Plasma bilden kann. Zum Sputtern kann das Targetmaterial zwischen dem Plasmabildungsbereich und dem Magnetsystem angeordnet sein oder werden, so dass das Targetmaterial von dem Magnetfeld durchdrungen werden kann und der Plasmabildungsbereich auf dem Targetmaterial, bzw. einer zu zerstäubenden Oberfläche des Targets verlaufen kann. Der Plasmabildungsbereich grenzt jeweils an die zu zerstäubende Oberfläche (auch als Hauptoberfläche bezeichnet) eines Targets an.Generally speaking, the plasma formation region of a magnetron can be the region in which the plasma of the magnetron is formed. For sputtering, the formation of the plasma can be supported by means of a magnetic field, which can influence the ionization rate of the plasma-forming gas (e.g. the working gas). The magnetic field can be generated by means of a magnet arrangement (by means of a magnet system), whereby the magnetic field can be used, for example, to form a ring-shaped plasma formation area (plasma channel), i.e. a so-called race track, in which the plasma can form. For sputtering, the target material can be arranged between the plasma formation area and the magnet system, so that the target material can be penetrated by the magnetic field and the plasma formation area can run on the target material or on a target surface to be sputtered. The plasma formation area in each case borders on the surface to be sputtered (also referred to as the main surface) of a target.
Optional kann die Sputtervorrichtung 100 ein Gehäuse 222 aufweisen, in welchem das Rohrmagnetron 102 und/oder das Plattenmagnetron 104 angeordnet sind.The
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sputtervorrichtung 100 aufweisen, dass das Rohrmagnetron (z.B. dessen Rohrtarget) eine Silizium/Phosphorgemisch (z.B. P:Si) aufweist oder daraus gebildet ist, z.B. eine Konzentration von Phosphor von 0,2 at% oder weniger aufweisend. Die Konzentration von Phosphor von 0,2 at% kann eine Konzentration von 1020 Phosphoratomen pro Kubikzentimeter entsprechen.According to various embodiments, the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Betreiben der Sputtervorrichtung 100 aufweisen, dass eine Schicht auf einem Substrat gebildet wird (auch als Beschichten des Substrats oder Besputtern bezeichnet), welche das Beschichtungsmaterial aufweist.According to various embodiments, operating the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Betreiben der Sputtervorrichtung 100 aufweisen, dass eine Dotierung (z.B. Phosphordotierung) einer gebildeten Schicht gestellt und/oder geregelt wird, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,2 at% bis ungefähr 2 at%. Die Konzentration von Phosphor von 2 at% kann eine Konzentration von 1021 Phosphoratomen pro Kubikzentimeter entsprechen.According to various embodiments, the operation of the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Betreiben der Sputtervorrichtung 100 aufweisen, dass die Dotierung (z.B. Phosphordotierung) der gebildeten Schicht gestellt und/oder geregelt wird mittels einer Steuervorrichtung (z.B. eine Regelschleife implementierend), welche eingerichtet ist, ein Stellglied, welches eine Rate, mit der das Beschichten des Substrats erfolgt, beeinflusst, anzusteuern. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, zum Ermitteln eines Arbeitspunkts für das Zerstäuben eines Halbleitermaterials, bei dem eine Ladungsträgerlebensdauer maximal wird, basierend auf einem Resultat des Veränderns der Rate.According to various embodiments, the operation of the
Das Beschichten des Substrats 206 kann in der Vakuumkammer 802 (auch als Prozessierkammer bezeichnet) erfolgen. Die Vakuumkammer 802 kann zum Bereitstellen eines Unterdrucks oder eines Vakuums mit einem Pumpensystem 804 (z.B. gasleitend) gekoppelt sein und derart stabil eingerichtet sein, dass diese dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standhält. Die Vakuumkammer 802 kann, wenn verschlossen, beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden. Das Pumpensystem (aufweisend zumindest eine Vakuumpumpe, z.B. eine Hochvakuumpumpe, z.B. eine Turbomolekularpumpe) kann es ermöglichen, einen Teil des Gases aus dem Inneren der Prozessierkammer abzupumpen.The
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumanordnung 300 ein Gaszuführungssystem 1716 (z.B. einen oder mehr als einen Gaskanal aufweisend, der in der Vakuumkammer mündet) aufweisen. Mittels des Gaszuführungssystems 1716 kann der Vakuumkammer 802 ein Arbeitsgas zugeführt werden zum Bilden einer Arbeitsatmosphäre in der Vakuumkammer 802. Der Arbeitsdruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels des Gaszuführungssystems 1716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.According to various embodiments, the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer derart eingerichtet sein, dass darin ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1 mbar (mit anderen Worten Grobvakuum) bereitgestellt werden kann oder weniger, beispielsweise ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) oder weniger, beispielsweise ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10-3 mbar bis ungefähr 10-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger, beispielsweise ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10-7 mbar.According to various embodiments, the vacuum chamber can be set up in such a way that a pressure in a range from approximately 10 mbar to approximately 1 mbar (in other words rough vacuum) or less can be provided therein, for example a pressure in a range from about 1 mbar to about 10 -3 mbar (in other words fine vacuum) or less, for example a pressure in a range from about 10 -3 mbar to about 10 -7 mbar (in other words high vacuum) or less, for example a pressure of less as a high vacuum, eg less than about 10 -7 mbar.
Soll das Substrat 206 in der Vakuumkammer 802 transportiert werden, kann die Vakuumanordnung 300 ferner eine Transportvorrichtung 302 aufweisen.If the
Die Transportvorrichtung 302 kann eine Vielzahl von Transportrollen 302r aufweisen, welche zum Transportieren eines plattenförmigen Substrats 206 eingerichtet sind. Das plattenförmige Substrat 206 kann beispielsweise auf den Transportrollen 302r aufliegend und/oder in einen Substratträger (nicht dargestellt) eingelegt, transportiert werden. Das plattenförmige Substrat 206 kann beispielsweise einen Wafer oder ein anderes Halbleitersubstrat aufweisen.The
Alternativ kann die Transportvorrichtung 302 eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle aufweisen, welche eingerichtet sind, ein bandförmiges Substrat entlang des Transportpfads 111 von der Abwickelrolle zu der Aufwickelrolle umzuwickeln. Optional kann die Transportvorrichtung 302 eine Vielzahl von Führungsrollen aufweisen, welche eingerichtet sind, den Transportpfad 111 ein oder mehrmals umzulenken, so dass das Substrat 206 an der Sputtervorrichtung 100 vorbei transportiert wird. Ein bandförmiges Substrat (Bandsubstrat) kann eine Folie, ein Vlies, ein Band und/oder ein Gewebe aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann ein bandförmiges Substrat eine Metallfolie, eine Metallfolie und/oder eine Kunststofffolie (Polymerfolie) aufweisen oder daraus gebildet sein.Alternatively, the
Das Verfahren 400 weist auf, in 401, Zerstäuben eines Targets 102t (z.B. Rohrtargets 102t) mittels eines Plasmas.The
Das Target 102t kann das Targetmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, welches zerstäubt wird. Das Targetmaterial kann ein erstes chemisches Element aufweisen oder daraus gebildet sein, welches beispielsweise dotiert ist, z.B. mit einem zweiten chemischen Element. Das Beschichtungsmaterial bzw. die daraus auf dem Substrat 206 gebildete Schicht kann das zweite chemische Element und das erste chemische Element aufweisen oder daraus gebildet sein.The
Das Verfahren 400 weist optional auf, in 405, Beschichten eines Substrats 206 mittels des Zerstäubens des Targets 102t (z.B. Rohrtargets), z.B. mittels des von dem Target zerstäubten Beschichtungsmaterials. Das Zerstäuben des Targets kann aufweisen, das Targetmaterial von dem Target 102t zu zerstäuben, so dass das zerstäubte Beschichtungsmaterial bereitgestellt wird. Das Beschichten des Substrats kann aufweisen, das von dem Target 102t zerstäubte Beschichtungsmaterial (das Targetmaterial aufweisend) zu dem Substrat 206 zu transferieren.The
Das Beschichten des Substrats 206 kann aufweisen, eine Schicht auf dem Substrat zu bilden welche das Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.Coating the
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 206 zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Keramik, ein Glas, einen Halbleiter (z.B. einen amorphen, polykristallinen oder einkristallinen Halbleiter, z.B. Silizium), ein Metall (z.B. Aluminium, Kupfer, Eisen, Stahl, Platin, Gold, etc.) ein Polymer (z.B. Kunststoff) und/oder eine Mischung verschiedener Materialien, wie z.B. ein Verbundwerkstoff (z.B. Kohlenstofffaser-verstärkter-Kohlenstoff, oder Kohlenstofffaser-verstärkter-Kunststoff).According to various embodiments, the
Das Zerstäuben des Targets 102t bzw. das Beschichten des Substrats 206 können im Vakuum erfolgen, z.B. bei dem vordefinierten Druck (auch als Arbeitsdruck bezeichnet). Das Bereitstellen des Vakuums kann in der Vakuumkammer 802 erfolgen.The sputtering of the
Das Verfahren 400 weist optional auf, in 407, Versorgen des Plasmas mit einem Arbeitsgas. Das Arbeitsgas kann beispielsweise ein Inertgas aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Arbeitsgas kann beispielsweise Krypton aufweisen oder daraus gebildet sein. Dies erreicht, dass das Zerstäuben des Beschichtungsmaterials mittels Krypton erfolgt, was sich auf die elektrischen Eigenschaften der Schicht auswirkt, wie später noch genauer beschrieben wird.The
Das Zerstäuben des Targets 102t bzw. das Beschichten des Substrats 206 können beispielsweise nur in dem Arbeitsgas erfolgen, z.B. bei dem Arbeitsdruck. Das Bereitstellen des Arbeitsgases bei dem Arbeitsdruck kann in einer Vakuumkammer erfolgen, wie später noch genauer beschrieben wird. Der Arbeitsdruck ist beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10-2 mbar bis ungefähr 10-4 mbar oder weniger.The sputtering of the
Optional kann die auf dem Substrat gebildete Schicht eine Halbleiterschicht sein, beispielsweise eine dotierte Halbleiterschicht.Optionally, the layer formed on the substrate can be a semiconductor layer, for example a doped semiconductor layer.
Optional kann die auf dem Substrat gebildete Schicht amorph sein. Beispielsweise können die Atome der Halbleiterschicht (d.h. die Halbleiteratome) keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges Muster bilden und lediglich über Nahordnung, nicht aber Fernordnung verfügen.Optionally, the layer formed on the substrate can be amorphous. For example, the atoms of the semiconductor layer (ie the semiconductor atoms) cannot form an ordered structure but an irregular pattern and only have short-range order, but not long-range order.
Ein erstes Anwendungsbeispiel weist auf, dass das Targetmaterial einen Dotanten als zweites chemisches Element aufweist, mit dem das Targetmaterial dotiert ist. Mit anderen Worten kann das zweite chemische Element der Dotant sein.A first application example has that the target material has a dopant as the second chemical element with which the target material is doped. In other words, the second chemical element can be the dopant.
Ein zweites Anwendungsbeispiel weist auf, dass das mit dem Beschichtungsmaterial beschichtete Substrat erwärmt wird (auch als Wärmebehandlung bezeichnet), z.B. mittels einer Heizvorrichtung. Dies begünstigt, dass sich der Dotant aktiviert wird. Weist das Targetmaterial den Dotanten als zweites chemisches Element auf, kann das Erwärmen begünstigen, dass das Beschichtungsmaterial mittels des Dotanten elektrisch verändert wird (auch als Aktivieren der Dotierung bezeichnet).A second application example comprises that the substrate coated with the coating material is heated (also referred to as heat treatment), for example by means of a heating device. This favors the dopant being activated. If the target material has the dopant as a second chemical element, the heating may favor the coating material being electrically altered by the dopant (also referred to as activating the doping).
Ein drittes Anwendungsbeispiel weist auf, dass das Targetmaterial Phosphor (P) als zweites chemisches Element aufweist. Phosphor kann als Dotierstoff für das Targetmaterial verwendet werden, z.B. wenn das Targetmaterial Silizium aufweist oder daraus gebildet ist. Anschaulich kann es die bereitgestellte Sputtervorrichtung erleichtern, ein Beschichtungsmaterial bereitzustellen, das Phosphor und Silizium aufweist, bzw. das Substrat mit einer Schicht zu beschichten, die Phosphor dotiertes Silizium aufweist. Phosphor kann nicht als Rohrtarget bereitgestellt werden. Phosphor-dotiertes Silizium kann beispielsweise nur schwer oder gar nicht als Rohrtarget bereitgestellt werden. Beispielsweise sind die Kosten für ein Rohrtarget aus Phosphor-dotiertem Silizium größer als die Kosten für ein Planartarget aus Phosphor-dotiertem Silizium. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich erreicht, dass dem Silizium des Rohrmagnetrons das Phosphor des Planarmagnetrons zugemischt werden kann. Beispielsweise kann die chemische Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials bzw. der Schicht aufweisen, dass der Anteil von P (d.h. die Phosphorkonzentration) größer ist als 0.5 at% und/oder kleiner ist als 50 at%, z.B. größer ist als 1 at% und/oder kleiner ist als 10 at%.A third application example has that the target material has phosphorus (P) as the second chemical element. Phosphorus can be used as a dopant for the target material, for example when the target material comprises or is formed from silicon. Clearly, the provided sputtering device can make it easier to provide a coating material that has phosphorus and silicon, or to coat the substrate with a layer that has phosphorus-doped silicon. Phosphorus cannot be provided as a tubular target. Phosphorus-doped silicon, for example, can only be provided with difficulty or not at all as a tube target. For example, the cost of a tubular phosphorus-doped silicon target is greater than the cost of a phosphorus-doped silicon planar target. According to various embodiments, it is clearly achieved that the silicon of the tube magnetron can be mixed with the phosphorus of the planar magnetron. For example, the chemical composition of the coating material or the layer can show that the proportion of P (ie the phosphorus concentration) is greater than 0.5 at% and/or less than 50 at%, eg greater than 1 at% and/or less is than 10 at%.
Ein viertes Anwendungsbeispiel weist auf, dass das Targetmaterial im Wesentlichen aus Silizium gebildet ist.A fourth application example has that the target material is formed essentially from silicon.
Ein fünftes Anwendungsbeispiel weist auf, dass das Targetmaterial des vierten Anwendungsbeispiels eine Konzentration des Phosphors von weniger als 0,01 at% aufweist.A fifth application example has that the target material of the fourth application example has a concentration of phosphorus of less than 0.01 at%.
Ein sechstes Anwendungsbeispiel weist auf, dass ein Rohrtarget 102t aus einem Silizium/Phosphorgemisch mittels des Planarmagnetrons mit Phosphor und/oder optional mit Silizium beschichtet wird. Das Rohrtarget 102t bzw. das Silizium/Phosphorgemisch kann eine Konzentration des Phosphors aufweisen von weniger als ungefähr 0,5 at%, z.B. weniger als ungefähr 0,2 at%.A sixth application example shows that a
Das sechste Anwendungsbeispiel weist beispielsweise auf, dass das Rohrtarget 102t aus einem Silizium/Phosphorgemisch mit niedriger Phosphorkonzentration (beispielsweise derart, dass das Rohrtarget elektrisch leitfähig ist für das DC-Sputtern) gesputtert wird und eine Schicht auf das Substrat deponiert wird.The sixth application example has, for example, that the
Die Phosphorkonzentration des Beschichtungsmaterials bzw. das Beschichten des Rohrtargets mit Phosphor kann mittels Ansteuerns der Plasmaleistung des Rohrmagnetrons und/oder des Planarmagnetrons gestellt und/oder geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Phosphorkonzentration der auf dem Substrat gebildeten Schicht (z.B. einer gesputterten aSi:P-Schicht) mittels Ansteuerns der Plasmaleistung des Rohrmagnetrons und/oder des Planarmagnetrons gestellt und/oder geregelt werden.The phosphorus concentration of the coating material or the coating of the tubular target with phosphorus can be set and/or regulated by controlling the plasma power of the tubular magnetron and/or the planar magnetron. Alternatively or additionally, the phosphorus concentration of the layer formed on the substrate (e.g. a sputtered aSi:P layer) can be set and/or regulated by controlling the plasma power of the tubular magnetron and/or the planar magnetron.
Eine Erhöhung der Phosphorkonzentration des Beschichtungsmaterials bzw. der Schicht kann beispielsweise mittels einer Erhöhung der Plasmaleistung des Planarmagnetrons erfolgen. Wenn die Plasmaleistung des Rohrmagnetrons erhöht wird (was dessen Zerstäubungsrate erhöht) kann die Phosphorkonzentration des Beschichtungsmaterials bzw. der Schicht verringert werden. Dem kann entgegengewirkt werden, indem die Plasmaleistung des Planarmagnetrons nachgeführt wird. Beispiele für zusätzliche Stellgrößen, welche die Phosphorkonzentration des Beschichtungsmaterials bzw. der Schicht beeinflussen, können aufweisen: die Drehzahl des Rohrtargets und der Arbeitsdruck.The phosphorus concentration of the coating material or the layer can be increased, for example, by increasing the plasma power of the planar magnetron. If the plasma power of the tube magnetron is increased (which increases its sputtering rate), the phosphorus concentration of the coating material or layer can be reduced. This can be counteracted by tracking the plasma power of the planar magnetron. Examples of additional variables that influence the phosphorus concentration of the coating material or the layer can include: the speed of the tube target and the working pressure.
Beispiele der Regelgröße (z.B. Messgröße) zum Stellen und/oder Regeln der Phosphorkonzentration weisen auf: eine optische Emission des Plasmas des Rohrmagnetrons (z.B. dessen Spektrum), eine Röntgenfluoreszenz (XRF) der auf dem Substrat 206 gebildeten Schicht (z.B. dessen Spektrum). Die auf dem Substrat 206 gebildete Schicht kann beispielsweise zur Röntgenfluoreszenz angeregt werden. Das erfasste Spektrum kann beispielsweise eine erste Intensität der für Phosphor charakteristischen Röntgenfluoreszenz und eine zweite Intensität der für Silizium charakteristischen Röntgenfluoreszenz aufweisen. Als Regelgröße kann somit auch ein Verhältnis der ersten Intensität zur zweiten Intensität verwendet werden. Als Regelgröße kann alternativ oder zusätzlich auch ein Verhältnis von P zu Si verwendet werden, das basierend auf der Röntgenfluoreszenz ermittelt wird, z.B. basierend auf dem Verhältnis der ersten Intensität zur zweiten Intensität.Examples of the controlled variable (e.g. measured variable) for setting and/or controlling the phosphorus concentration include: an optical emission of the plasma of the tube magnetron (e.g. its spectrum), an X-ray fluorescence (XRF) of the layer formed on the substrate 206 (e.g. its spectrum). The layer formed on the
Das Halbleiterbauelement 500 kann einen n-dotierten Siliziumwafer als Substrat 206 aufweisen. Das Halbleiterbauelement 500 kann ferner einen Schichtstapel 502 aufweisen, mit dem das Substrat einseitig oder beidseitig beschichtet ist. Der Schichtstapel 502 kann beispielsweise eine erste Schicht aus Siliziumnitrid (SiN) und eine zweite Schicht aus amorphem Silizium (aSi), z.B. von 100 Nanometern (nm) Dicke, aufweisen, welche zwischen dem Substrat 206 und der ersten Schicht angeordnet ist. Die erste Schicht kann optional auch weggelassen werden.The
Das Halbleiterbauelement 500 kann optional eine sogenannte Tunneloxid-passivierter-Kontakt-Solarzelle, auch bezeichnet als TOPCon-(Tunnel Oxide Passivated Contact)-Solarzelle, oder zumindest deren Arbeitsprobe sein. Das Halbleiterbauelement 500 kann dann zwischen dem Schichtstapel 502 und dem Substrat 206 eine Tunneloxidschicht, z.B. von 1,5 Nanometern Dicke, aufweisen. Die Arbeitsprobe kann beispielsweise verwendet werden, um die Lebensdauer der Ladungsträger zu ermitteln (dann auch als Lebensdauerprobe bezeichnet), wie später noch genauer erläutert wird.The
Die zweite Schicht aus amorphem Silizium (aSi) kann mittels der Sputtervorrichtung 100 bzw. mittels des Verfahrens 400 hergestellt werden, wie vorstehend beschrieben ist. Beispielsweise kann die zweite Schicht eine mit Phosphor dotierte amorphe Siliziumschicht sein.The second layer of amorphous silicon (aSi) can be produced using the
Das Halbleiterbauelement 600 kann einen p-dotierten Siliziumwafer als Substrat 206 aufweisen. Das Halbleiterbauelement 600 kann ferner einen ersten Schichtstapel 502, mit dem das Substrat unterseitig beschichtet ist, und einen zweiten Schichtstapel 602, mit dem das Substrat oberseitig beschichtet ist, aufweisen. Der erste Schichtstapel 502 kann beispielsweise eine erste Schicht aus Metall und die zweite Schicht aus mit Bor dotiertem amorphem Silizium (B:aSi), z.B. von 50 Nanometern (nm) Dicke, aufweisen, welche zwischen dem Substrat 206 und der ersten Schicht angeordnet ist.The
Der zweite Schichtstapel 602 kann beispielsweise eine zusätzliche erste Schicht aus Siliziumnitrid (SiN) und eine zusätzliche zweite Schicht aus n-dotiertem Silizium (n-Si) aufweisen, welche zwischen dem Substrat 206 und der zusätzlichen ersten Schicht angeordnet ist.The
Das Halbleiterbauelement 600 kann eine oder mehr als eine Kontaktierung 604 aufweisen, welche den zweiten Schichtstapel 602 durchdringt und und/oder ein in dem Substrat eingebetteten hoch-n-dotierten Bereich kontaktiert.The
Das Halbleiterbauelement 600 kann optional eine Tunneloxid-passivierter-Kontakt-Solarzelle sein. Dann kann das Halbleiterbauelement 600 zwischen dem ersten Schichtstapel 502 und dem Substrat 206 eine Tunneloxidschicht aus Siliziumoxid, z.B. von 1,5 Nanometern Dicke, aufweisen.The
Die zusätzliche zweite Schicht aus n-dotiertem Silizium (n-Si) kann mittels der Sputtervorrichtung 100 bzw. mittels des Verfahrens 400 hergestellt werden, wie vorstehend beschrieben ist. Beispielsweise kann die zusätzliche zweite Schicht aus n-dotiertem Silizium (n-Si) eine mit Phosphor dotierte amorphe Siliziumschicht sein.The additional second layer of n-doped silicon (n-Si) can be produced by means of the
Das Verfahren 400 weist auf, in 701, Zerstäuben eines Halbleitermaterials (z.B. als Targetmaterial) mittels eines Plasmas. Das Halbleitermaterial kann beispielsweise mittels eines Rohrtargets 102t und/oder mittels zumindest eines Planartargets bereitgestellt sein oder werden, so dass das Verfahren 400 aufweist, dass das Rohrtarget 102t oder das zumindest eine Planartarget zerstäubt 401 werden.The
Wie vorstehend beschrieben kann das Halbleitermaterial Teil des Beschichtungsmaterials sein, welches optional einen Dotanten aufweist. Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise ein Gemisch (auch als Stoffgemisch bezeichnet) oder eine Verbindung (auch als chemische Verbindung bezeichnet) aufweisen, welche das Halbleitermaterial und den Dotanten (z.B. Phosphor) aufweisen.As described above, the semiconductor material can be part of the coating material, which optionally has a dopant. The coating material can, for example, comprise a mixture (also referred to as a mixture of substances) or a compound (also referred to as a chemical compound) which comprises the semiconductor material and the dopant (e.g. phosphorus).
Beispielsweise kann das Targetmaterial den Dotant (z.B. Phosphor) aufweisen, so dass das Halbleitermaterial dotiert ist oder wird.For example, the target material may include the dopant (e.g., phosphorus) such that the semiconductor material is or becomes doped.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen müssen nicht notwendigerweise verschiedene Targetmaterialien zerstäubt werden, bzw. muss die Sputtervorrichtung nicht notwendigerweise mehrere Targets aufweisen. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial von einem Rohrtarget oder einem Planartarget zerstäubt werden, wobei das Halbleitermaterial optional dotiert ist.According to various embodiments, different target materials do not necessarily have to be sputtered, or the sputtering device does not necessarily have to have a number of targets. For example, the semiconductor material can be sputtered from a tube target or a planar target, with the semiconductor material optionally being doped.
Das Verfahren 400 weist auf, in 405, das Beschichten eines Substrats 206 mittels zumindest des zerstäubten Halbleitermaterials. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial, das zerstäubt wird, dotiert sein, z.B. mit Phosphor. Das Zerstäuben des Halbleitermaterials kann beispielsweise aufweisen, das Targetmaterial von dem Rohrtarget 102t zu zerstäuben. Das Beschichten des Substrats kann beispielsweise aufweisen, das von dem Rohrtarget 102t zerstäubte Beschichtungsmaterial (das Halbleitermaterial und optional den Dotanten aufweisend) zu dem Substrat 206 zu transferieren.The
Das Beschichten des Substrats 206 kann aufweisen, eine Schicht auf dem Substrat zu bilden, welche das Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.Coating the
Das Verfahren 400 weist optional auf, in 407, Versorgen des Plasmas mit einem Arbeitsgas, das Krypton aufweist oder daraus gebildet ist. Dies erreicht, dass das Plasma, mit dem das Halbleitermaterial zerstäubt wird, Krypton aufweist. Das Versorgen des Plasmas mit einem Arbeitsgas kann aufweisen, dem Plasma das Arbeitsgas zuzuführen. Beispielsweise kann dem Plasma beständig hochreines Krypton (z.B. mehr 99.99 at% Krypton aufweisend) zugeführt werden, z.B. aus einem Gasreservoir heraus.The
Nachfolgend wird die Verwendung eines Plasmas, das Krypton aufweist, zum Sputtern eines Halbleitermaterials näher erläutert.The use of a plasma containing krypton for sputtering a semiconductor material is explained in more detail below.
Auf Achse 801 ist die implizierte Leerlaufspannung (iVoc - implied open circuit voltage) aufgetragen als Repräsentant für die Lebensdauer der Ladungsträger der Probe. Je größer die iVoc, desto größer die Lebensdauer der Ladungsträger. Auf Achse 803 ist die Nummer der Probe (z.B. einer Lebensdauerprobe oder einer Solarzelle) aufgetragen, deren Leerlaufspannung ermittelt wurde.
Die Leerlaufspannung ist die maximale Spannung, die von der Probe erzeugt wird bei Nullstrom. Die Leerlaufspannung entspricht dem Betrag der Vorwärtsspannung aufgrund der Vorspannung des Solarzellenübergangs mit den vom Licht erzeugten Ladungsträgern. Zum Ermitteln der Leerlaufspannung kann das beschichtete Substrat mittels eines Blitzes belichtet und die Leitfähigkeit der Probe erfasst werden. Basierend auf dem zeitlichen Verlauf der Leitfähigkeit der Probe kann die Lebensdauer der Ladungsträger bzw. die implizierte Leerlaufspannung ermittelt werden.The open circuit voltage is the maximum voltage produced by the sample at zero current. The open circuit voltage corresponds to the magnitude of the forward voltage due to the biasing of the solar cell junction with the charge carriers generated by the light. To determine the open circuit voltage, the coated substrate can be exposed by means of a flash and the conductivity of the sample can be recorded. Based on the conductivity of the sample over time, the lifetime of the charge carriers and the implied open circuit voltage can be determined.
Dargestellt ist die Leerlaufspannung für Probengruppe 1 (PG1), für Probengruppe 2 (PG2) und Probengruppe 3 (PG3). Bei Probengruppe 1 wurde Argon als Arbeitsgas zum Bilden des Plasmas verwendet, mittels dessen das Halbleitermaterial zerstäubt (gesputtert) wurde. Bei Probengruppe 2 wurde Helium als Arbeitsgas zum Bilden des Plasmas verwendet, mittels dessen das Halbleitermaterial zerstäubt (gesputtert) wurde. Bei Probengruppe 3 wurde Krypton als Arbeitsgas zum Bilden des Plasmas verwendet, mittels dessen das Halbleitermaterial zerstäubt (gesputtert) wurde.Shown is the open circuit voltage for sample group 1 (PG1), for sample group 2 (PG2) and sample group 3 (PG3). In
Das Bilden einer dotierten aSi-Schicht mittels Sputterns für die Anwendung in einer TOPCon-Konfiguration ermöglicht, eine gute Skalierbarkeit und den Verzicht auf giftige Gase, wie sie in der PECVD verwendet werden müssen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass zum einen die Sputterbedingungen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Ladungsträger (auch als Ladungsträgerlebensdauer bezeichnet) haben, zum anderen aber auch der in die aSi-Schicht parasitär eingebaute Sauerstoff.Forming a doped aSi layer by sputtering for use in a TOPCon configuration allows for good scalability and avoidance of the toxic gases that have to be used in PECVD. According to various embodiments, it was recognized that on the one hand the sputtering conditions have a great influence on the lifetime of the charge carriers (also referred to as charge carrier lifetime), but on the other hand also the oxygen built into the aSi layer parasitically.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird Krypton als Arbeitsgas verwendet. Das Sputtern mittels Krypton (Kr) kann eine deutlich größere Ladungsträgerlebensdauer erreichen als mittels Helium oder mittels Argon. Ebenso wurde erkannt, dass Zellprocursoren eine deutlich bessere Passivierungswirkung der mit Krypton gesputterten Schichten aufweisen, die beispielsweise nahe an die mittels PECVD hergestellten Vergleichsproben kommen.According to various embodiments, krypton is used as the working gas. Sputtering using krypton (Kr) can achieve a significantly longer carrier lifetime than using helium or argon. It was also recognized that cell procurors have a significantly better passivation effect on the layers sputtered with krypton, which, for example, come close to the comparison samples produced by means of PECVD.
Beim Bilden einer solchen aSiP-Schicht mittels Sputterns konnte schließlich aus einer Vielzahl von Versuchen, in denen unterschiedliche Stellgrößen, wie beispielsweise Plasmaleistung, Arbeitsdruck, Target-zu-Substratabstand (TSD), variiert wurden, die spezifische dynamische Rate (DDR) als aussagekräftige Prozesskenngröße identifiziert werden, welche das Optimieren der iVoc erlaubt. Dies wird nachfolgend erläutert.When forming such an aSiP layer by means of sputtering, the specific dynamic rate (DDR) could finally be determined as a meaningful process parameter from a large number of tests in which different manipulated variables such as plasma power, working pressure, target-to-substrate distance (TSD) were varied be identified, which allows the iVoc to be optimized. This is explained below.
Die Beschichtungsrate ist als sogenannte spezifische dynamische Rate (DDR) angegeben, was den Vergleich von verschiedenen Herstellungsbedingungen vereinfacht. Die DDR gibt die mittlere Beschichtungsrate als Volumenzuwachsrate (beispielsweise Dickenzuwachsrate mal beschichteter Fläche) an normiert auf die Plasmaleistung (z.B. in Angström · Quadratmillimeter / (Watt · Sekunde)).The coating rate is given as a so-called specific dynamic rate (DDR), which simplifies the comparison of different manufacturing conditions. The DDR indicates the average coating rate as a volume growth rate (e.g. rate of thickness growth times coated area) normalized to the plasma power (e.g. in angstrom square millimeters / (watts second)).
Die Beschichtungsrate ist eine Funktion der Folgenden Stellgrößen: der Plasmaleistung, des Arbeitsdrucks und des Abstands des Substrats vom Target (auch als TSD bezeichnet). Die Beschichtungsrate wurde variiert, indem eine oder mehr als eine dieser Stellgrößen verändert wurde.The coating rate is a function of the following variables: the plasma power, the working pressure and the distance of the substrate from the target (also known as TSD). The coating rate was varied by changing one or more of these variables.
Anhand der Abhängigkeit der iVoc sowie des Sauerstoffgehalts ist zu erkennen, dass die iVoc mit sinkender Beschichtungsrate zunimmt. Allerdings liegt der Trend nur vor, so lange anschaulich wenig Sauerstoff in die Schicht eingebaut wird. Denn es ist zu erkennen, dass die sinkende Beschichtungsrate auch den Einbau von Sauerstoff (auch als Sauerstoffeinbau bezeichnet) in die Schicht begünstigt.Based on the dependency of the iVoc and the oxygen content, it can be seen that the iVoc increases with a decreasing coating rate. However, the trend is only present as long as clearly little oxygen is built into the layer. Because it can be seen that the falling coating rate also favors the incorporation of oxygen (also referred to as oxygen incorporation) into the layer.
Sauerstoff wird beim Sputtern unter bestimmten Prozessbedingungen beim Bilden der Schicht mit in diese eingebaut. Grundlegend kann dem entgegengewirkt werden, indem die Arbeitsatmosphäre besonders rein ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Basisdruck der Vakuumanordnung besonders niedrig ist. Der Basisdruck ist der niedrigste Druck, der in der Vakuumkammer erzeugt werden kann und repräsentiert damit den maximalen Grad an möglicher Verunreinigung der Arbeitsatmosphäre. Beispielsweise kann die Arbeitsatmosphäre zu mehr als 90 at% (z.B. als 99 at%) Krypton aufweisen.Oxygen is incorporated into the layer during sputtering under certain process conditions when it is formed. Basically, this can be counteracted by making the working atmosphere particularly clean. This can be achieved, for example, by the base pressure of the vacuum arrangement being particularly low. The base pressure is the lowest pressure that can be generated in the vacuum chamber and thus represents the maximum level of possible contamination of the working atmosphere. For example, the working atmosphere may be greater than 90 at% (e.g., greater than 99 at%) krypton.
Die Rate des Sauerstoffeinbaus nimmt mit zunehmendem Arbeitsdruck zu, mit zunehmendem TSD zu, und im Wesentlichen linear ab mit zunehmender Plasmaleistung. Allerdings ist der Sauerstoffeinbau selbst bei einem geringsten möglichen Basisdruck nicht zu verhindern.The rate of oxygen incorporation increases with increasing working pressure, increases with increasing TSD, and decreases substantially linearly with increasing plasma power. However, the incorporation of oxygen cannot be prevented even at the lowest possible base pressure.
Anhand des Vergleichs zwischen PG3 und PG1 ist zu erkennen, dass das Sputtern mittels Krypton den Trend der zunehmenden iVoc mit sinkender Beschichtungsrate weiter fortsetzt und so eine höhere iVoc ermöglicht, als das Sputtern mittels Argon. Anschaulich hemmt das Sputtern mittels Krypton den Einbau von Sauerstoff, so dass bei einer geringeren Beschichtungsrate gesputtert werden kann.The comparison between PG3 and PG1 shows that sputtering using krypton continues the trend of increasing iVoc with decreasing coating rate and thus enables a higher iVoc than sputtering using argon. Clearly, sputtering using krypton inhibits the incorporation of oxygen, so that sputtering can be carried out at a lower coating rate.
Für PG1 ist gestrichelt der Fall hohen Basisdrucks (anschaulich ein verunreinigtes Vakuum) und durchgezogen der Fall niedrigen Basisdrucks (anschaulich ein möglichst reines Vakuum) im Vergleich dargestellt. Der Basisdruck hat trotz fast zwei Größenordnungen Unterschied kaum Einfluss auf den Sauerstoffeinbau. Der Unterschied zwischen Argon und Krypton als Arbeitsgas ist über der gewählten Prozessgröße hingegen deutlicher (weniger Sauerstoffeinbau bei Kr), wenn auch nicht sehr groß. Wird diese Datenlage anders dargestellt, ist dieser Unterschied allerdings deutlicher, wie nachfolgend erläutert wird.For PG1, the dashed line shows the case of high base pressure (illustratively a contaminated vacuum) and the solid line shows the case of low base pressure (illustratively a vacuum that is as clean as possible). Despite a difference of almost two orders of magnitude, the base pressure has hardly any influence on the oxygen incorporation. On the other hand, the difference between argon and krypton as the working gas is clearer over the selected process variable (less oxygen incorporation with Kr), albeit not very large. If this data situation is presented differently, however, this difference is clearer, as will be explained below.
Wie zu sehen ist, hat der höhere Basisdruck (auch als schlechterer Restgasdruck bezeichnet) einen geringeren Einfluss auf den Sauerstoffeinbau als der Austausch von Argon als Arbeitsgas gegen Krypton als Arbeitsgas. Für Krypton als Arbeitsgas wird ein deutlich größerer DDR-Bereich erhalten, in dem der Sauerstoffeinbau gering bleibt. Dies kann beim Bilden einer dotierten aSi-Schicht mittels Sputtern ausgenutzt werden. Beispielsweise kann die aSi-Schicht ohne erhöhte Temperatur abgeschieden werden, z.B. bei Standardtemperatur, und/oder nachfolgend getempert werden.As can be seen, the higher base pressure (also known as worse residual gas pressure) has less of an impact on oxygen incorporation than replacing argon as the working gas with krypton as the working gas. A significantly larger DDR range is obtained for krypton as the working gas, in which the oxygen incorporation remains low. This can be exploited when forming a doped aSi layer by sputtering. For example, the aSi layer can be deposited without elevated temperature, e.g. at standard temperature, and/or subsequently annealed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Zerstäuben eines halbleitenden Targets mittels eines Plasmas (auch als Sputtern bezeichnet), wobei das Plasma Krypton aufweist, und das Beschichten eines Substrats mittels des von dem Target zerstäubten Beschichtungsmaterials erfolgen.According to various embodiments, a semiconducting target can be sputtered using a plasma (also referred to as sputtering), the plasma comprising krypton, and a substrate can be coated using the coating material sputtered from the target.
Das Beschichten des Substrats kann beispielsweise aufweisen, eine Halbleiterschicht zu bilden, z.B. eine dotierte und/oder amorphe Halbleiterschicht, z.B. eine dotierte und/oder amorphe Siliziumschicht.Coating the substrate may include, for example, forming a semiconductor layer, e.g., a doped and/or amorphous semiconductor layer, e.g., a doped and/or amorphous silicon layer.
Das Beschichten eines Substrats kann beispielsweise aufweisen, eine passivierende und elektrisch leitfähige Schicht zu bilden, z.B. in einer Tunneloxid-passivierter-Kontakt-Solarzelle.Coating a substrate may include, for example, forming a passivating and electrically conductive layer, e.g., in a tunnel oxide passivated contact solar cell.
Wie in
Grundsätzlich kann verstanden werden, dass der hierin beschriebene Einfluss von Krypton auf die elektrischen Eigenschaften der gebildeten Schicht kontinuierlich verändert werden kann. Beispielsweise kann das Arbeitsgas, wenn der Bedarf besteht, auch aus einem Gemisch von Krypton und einem anderen Inertgas (z.B. Argon) bestehen.In principle, it can be understood that the influence of krypton on the electrical properties of the layer formed, as described herein, can be changed continuously. For example, the working gas can also consist of a mixture of krypton and another inert gas (e.g. argon) if the need arises.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren aufweisen, eine in-situ-dotierte aSi-Schicht mit guter Passivierungswirkung (iVoc nach Tempern) sowie guter Leitfähigkeit (Rs nach Tempern) zu bilden.According to various embodiments, the method may include forming an in situ doped aSi layer with good passivation effect (iVoc after anneal) as well as good conductivity (Rs after anneal).
Das Verfahren 400 weist auf, in 1301, Verändern einer Rate, mit der das Beschichten des Substrats erfolgt (auch als Beschichtungsrate bezeichnet); und in 1303, Ermitteln eines Arbeitspunkts für das Zerstäuben eines Halbleitermaterials, bei dem eine Ladungsträgerlebensdauer maximal wird, basierend auf einem Resultat des Veränderns der Rate.The
Das Verändern der Beschichtungsrate kann aufweisen, die Plasmaleistung, den Arbeitsdruck und/oder den Abstand des Substrats vom Target (z.B. Rohrtarget) zu verändern.Changing the coating rate may include changing the plasma power, the working pressure and/or the distance of the substrate from the target (e.g. tubular target).
Das Resultat des Veränderns der Rate kann beispielsweise erfasst werden, indem ein beschichtetes Substrat, welches optional ferner getempert (wärmebehandelt) wird, optisch und/oder elektrisch erfasst wird. Das elektrische Erfassen des Substrats kann aufweisen, eine elektrische Eigenschaft des Substrats zu erfassen, welche die Ladungsträgerlebensdauer repräsentiert. Die elektrische Eigenschaft des Substrats kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand des Substrats und/oder der zeitliche Verlauf des elektrischen Widerstands des Substrats aufweisen. Der zeitliche Verlauf des elektrischen Widerstandes kann beispielsweise erfasst werden, nachdem das Substrat mittels eines Lichtblitzes bestrahlt wurde.The result of changing the rate can be detected, for example, by optically and/or electrically detecting a coated substrate, which is optionally further annealed (heat treated). Electrically sensing the substrate may include sensing an electrical property of the substrate representing charge carrier lifetime. The electrical property of the substrate can include, for example, an electrical resistance of the substrate and/or the time profile of the electrical resistance of the substrate. The course of the electrical resistance over time can be recorded, for example, after the substrate has been irradiated by means of a flash of light.
Das Ermitteln eines Arbeitspunkts kann aufweisen, dass mehrere Substrate beschichtet werden, von denen jedes bei einem anderen Arbeitspunkt beschichtet wird, und für jedes Substrat das Resultat des Veränderns der Rate ermittelt wird. Anhand der so gewonnenen Paare aus Arbeitspunkt und Resultat des Veränderns der Rate (z.B. elektrische Eigenschaft des Substrats) kann derjenige Arbeitspunkt ausgewählt werden, dessen Resultat des Veränderns der Rate einem vordefinierten Kriterium genügt. Das Kriterium kann beispielsweise aufweisen, dass die elektrische Eigenschaft des Substrats eine maximale Ladungsträgerlebensdauer repräsentiert oder zumindest oberhalb einer Schwelle liegt.Determining an operating point may include coating a plurality of substrates, each of which is coated at a different operating point, and determining the result of changing the rate for each substrate. On the basis of the pairs obtained in this way from the operating point and the result of the changing of the rate (eg electrical property of the substrate), that operating point can be selected whose result of the changing of the rate satisfies a predefined criterion. The criterion can have, for example, that the electrical property of the substrate represents a maximum charge carrier lifetime or is at least above a threshold.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.Various examples are described below, which relate to those described above and shown in the figures.
Beispiel 1 ist ein Verfahren, aufweisend: Zerstäuben eines (z.B. dotierten) Halbleitermaterials (welches beispielsweise Bestandteil eines Rohrtargets des Rohrmagnetrons ist) und/oder eines halbleitenden Targets mittels eines Plasmas, wobei das Plasma Krypton aufweist oder daraus gebildet ist; Beschichten eines Substrats mittels des zerstäubten Halbleitermaterials bzw. mittels des Zerstäubens des halbleitenden Targets.Example 1 is a method comprising: sputtering a (e.g. doped) semiconductor material (which is e.g. part of a tubular target of the tubular magnetron) and/or a semiconducting target by means of a plasma, the plasma comprising or being formed from krypton; Coating of a substrate by means of the sputtered semiconductor material or by sputtering of the semiconducting target.
Beispiel 2 das Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei das Halbleitermaterial (z.B. mit einem Dotierstoff) dotiert ist, oder wobei das Halbleitermaterial Teil eines Gemischs oder einer chemischen Verbindung ist, wobei das Gemisch oder die chemische Verbindung ferner (z.B. mit einem Dotierstoff) dotiert ist.Example 2 the method according to example 1, wherein the semiconductor material is doped (e.g. with a dopant), or wherein the semiconductor material is part of a mixture or chemical compound, wherein the mixture or chemical compound is further doped (e.g. with a dopant).
Beispiel 3 das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei das Substrat ein zusätzliches Halbleitermaterial aufweist und/oder dotiert ist (z.B. mit einer dem Halbleitermaterial entgegengesetzten Dotierungstyp bzw. Leitfähigkeitstyp).Example 3 The method according to example 1 or 2, wherein the substrate has an additional semiconductor material and/or is doped (e.g. with a doping type or conductivity type opposite to the semiconductor material).
Beispiel 4 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei das Substrat ein Solarzellensubstrat ist.Example 4 The method according to any one of Examples 1 to 3, wherein the substrate is a solar cell substrate.
Beispiel 5 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, ferner aufweisend: Bilden einer Solarzelle unter Verwendung des Substrats.Example 5 The method according to any one of Examples 1 to 4, further comprising: forming a solar cell using the substrate.
Beispiel 6 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei eine mittels des zerstäubten Halbleitermaterials gebildete Schicht einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand (z.B. Flächenwiderstand) aufweist als das Substrat und/oder einen spezifischen elektrischen Widerstand (z.B. Flächenwiderstand) Flächenwiderstand aufweist, der kleiner ist als ungefähr 600 Ohm, z.B. ungefähr als 500 Ohm, z.B. ungefähr als 450 Ohm, z.B. ungefähr als 200 Ohm.Example 6 The method according to any one of Examples 1 to 5, wherein a layer formed by means of the sputtered semiconductor material has a smaller electrical resistivity (e.g. sheet resistance) than the substrate and/or has an electrical resistivity (e.g. sheet resistance) sheet resistance that is smaller than about 600 ohms, eg about 500 ohms, eg about 450 ohms, eg about 200 ohms.
Beispiel 7 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei das beschichtete Substrat eine Leerlaufspannung von aufweist von mehr als ungefähr 0,6 Volt, , z.B. als ungefähr 0,61 Volt, z.B. als ungefähr 0,62 Volt, , z.B. als ungefähr 0,63 Volt, z.B. als ungefähr 0,64 Volt, z.B. als ungefähr 0,65 Volt, z.B. als ungefähr 0,66 Volt, z.B. als ungefähr 0,67 Volt, z.B. als ungefähr 0,68 Volt, z.B. als ungefähr 0,69 Volt, z.B. als ungefähr 0,7 Volt, z.B. als ungefähr 0,73 Volt.Example 7 The method of any one of Examples 1 to 6, wherein the coated substrate has an open circuit voltage of greater than about 0.6 volts, eg, greater than about 0.61 volts, eg, greater than about 0.62 volts, , eg, greater than about 0.63 volts, e.g. about 0.64 volts, e.g. about 0.65 volts, e.g. about 0.66 volts, e.g. about 0.67 volts, e.g. about 0.68 volts, e.g. about 0, 69 volts, for example about 0.7 volts, for example about 0.73 volts.
Beispiel 8 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei eine mittels des zerstäubten Halbleitermaterials gebildete Schicht einen Sauerstoffkonzentration aufweist, die kleiner ist als ungefähr 10 at%, z.B. als ungefähr 7,5 at%, z.B. als ungefähr 5 at%, z.B. als ungefähr 2,5 at%, z.B. als ungefähr 1 at%, z.B. als ungefähr 0,5 at%, z.B. als ungefähr 0,25 at%, z.B. als ungefähr 0,1 at%, z.B. als ungefähr 0,05 at%, z.B. als ungefähr 0,01 at%, z.B. als ungefähr 0,001 at%.Example 8 The method according to any one of Examples 1 to 7, wherein a layer formed by means of the sputtered semiconductor material has an oxygen concentration which is less than about 10 at%, eg less than about 7.5 at%, eg less than about 5 at%, eg than about 2.5 at%, e.g. as about 1 at%, e.g. as about 0.5 at%, e.g. as about 0.25 at%, e.g. as about 0.1 at%, e.g. as about 0.05 at% , eg as about 0.01 at%, eg as about 0.001 at%.
Beispiel 9 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei eine mittels des zerstäubten Halbleitermaterials gebildete Schicht einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Substrat.Example 9 The method according to any one of Examples 1 to 8, wherein a layer formed by means of the sputtered semiconductor material has a lower electrical resistivity than the substrate.
Beispiel 10 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei das Beschichten aufweist, eine amorphe Schicht auf dem Substrat zu bilden, wobei beispielsweise die amorphe Schicht das Halbleitermaterial aufweist oder daraus gebildet ist.Example 10 The method according to any one of Examples 1 to 9, wherein the coating comprises forming an amorphous layer on the substrate, for example wherein the amorphous layer comprises or is formed from the semiconductor material.
Beispiel 11 das Verfahren einem der Beispiele 1 bis 10, wobei das Halbleitermaterial anorganisch und/oder dotiert ist.Example 11 The method of any one of Examples 1 to 10, wherein the semiconductor material is inorganic and/or doped.
Beispiel 12 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei das Halbleitermaterial elektrisch leitfähig oder elektrisch halbleitend ist.Example 12 The method according to any one of Examples 1 to 11, wherein the semiconductor material is electrically conductive or electrically semiconductive.
Beispiel 13 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei das Halbleitermaterial Silizium aufweist oder daraus gebildet ist, oder wobei das Halbleitermaterial dotiertes Silizium aufweist oder daraus gebildet ist.Example 13 The method according to any one of Examples 1 to 12, wherein the semiconductor material comprises or is formed from silicon, or wherein the semiconductor material comprises or is formed from doped silicon.
Beispiel 14 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei das Beschichten aufweist, eine Halbleiterschicht auf dem Substrat zu bilden, welche das Halbleitermaterial aufweist oder daraus gebildet ist.Example 14 The method according to any one of Examples 1 to 13, wherein the coating comprises forming a semiconductor layer on the substrate comprising or formed from the semiconductor material.
Beispiel 15 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, ferner aufweisend: Bilden einer Tunneloxidschicht auf dem Substrat, z.B. an die Halbleiterschicht angrenzend.Example 15 The method according to any one of Examples 1 to 14, further comprising: forming a tunnel oxide layer on the substrate, e.g., adjacent to the semiconductor layer.
Beispiel 16 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, ferner aufweisend: Versorgen des Plasmas mit Krypton (z.B. indem Kryptongas zugeführt wird) und/oder Argon.Example 16 The method according to any one of Examples 1 to 15, further comprising: supplying the plasma with krypton (eg by supplying krypton gas) and/or argon.
Beispiel 17 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei das Plasma mehr Krypton als Argon aufweist.Example 17 The process according to any one of Examples 1 to 16, wherein the plasma has more krypton than argon.
Beispiel 18 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, wobei das Plasma einem Vakuum ausgesetzt ist, derart, dass eine Veränderung (z.B. Verringerung und/oder Vergrößerung) des Drucks (z.B. Arbeitsdrucks) eine Erniedrigung einer Rate, mit der beim Beschichten des Substrats Sauerstoff (in die Schicht) eingebaut wird, bewirkt (z.B. bei gleichem Restgasdruck und gleicher Beschichtungsrate).Example 18 The method according to any one of Examples 1 to 17, wherein the plasma is exposed to a vacuum such that a change (e.g. decrease and/or increase) in pressure (e.g. working pressure) results in a decrease in a rate at which coating of the substrate Oxygen is incorporated (into the layer), causes (e.g. with the same residual gas pressure and the same coating rate).
Beispiel 19 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, wobei das Plasma einem Vakuum ausgesetzt ist, derart, dass eine Veränderung (z.B. Verringerung und/oder Vergrößerung)des Drucks (z.B. Arbeitsdrucks) einen Einbau von Sauerstoff beim Beschichten (in die Schicht) begünstigt (z.B. bei gleichem Restgasdruck und gleicher Beschichtungsrate).Example 19 the method according to any one of examples 1 to 18, wherein the plasma is subjected to a vacuum such that a change (e.g. reduction and/or increase) in pressure (e.g. working pressure) causes incorporation of oxygen during coating (into the layer) favored (e.g. with the same residual gas pressure and the same coating rate).
Beispiel 20 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, wobei das Plasma mit einem Arbeitsgas versorgt wird, welches eine Konzentration an Krypton aufweist derart, dass eine Verringerung der Konzentration an Krypton einen Einbau von Sauerstoff beim Beschichten (in die Schicht) begünstigt (z.B. bei gleicher Beschichtungsrate) und/oder dass ein Austausch von Krypton gegen Argon einen Einbau von Sauerstoff beim Beschichten (in die Schicht) begünstigt (z.B. bei gleicher Beschichtungsrate).Example 20 The method according to one of Examples 1 to 19, the plasma being supplied with a working gas which has a concentration of krypton such that a reduction in the concentration of krypton promotes the incorporation of oxygen during coating (into the layer) (e.g at the same coating rate) and/or that replacing krypton with argon promotes the incorporation of oxygen during coating (into the layer) (eg at the same coating rate).
Beispiel 21 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, wobei das Plasma mit einem Arbeitsgas versorgt wird, welches eine Konzentration an Krypton (z.B. mehr als 50 at% oder als 90 at%) aufweist derart, dass eine Verringerung der Konzentration an Krypton eine Erhöhung einer Rate, mit der beim Beschichten des Substrats Sauerstoff (in die Schicht) eingebaut wird, bewirkt (z.B. bei gleicher Beschichtungsrate).Example 21 the method according to any one of Examples 1 to 20, wherein the plasma is supplied with a working gas having a concentration of krypton (eg more than 50 at% or 90 at%) such that a reduction in the concentration of krypton Increasing a rate at which oxygen is incorporated (into the layer) when the substrate is coated (eg at the same coating rate).
Beispiel 22 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 21, wobei das Beschichten des Substrats mit einer Rate (auch als Beschichtungsrate bezeichnet, z.B. die spezifische dynamische Beschichtungsrate) erfolgt, welcher kleiner ist als ungefähr
Beispiel 23 das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 22, ferner aufweisend: Verändern einer Rate, mit der das Beschichten des Substrats erfolgt; Ermitteln eines Arbeitspunkts für das Zerstäuben des Halbleitermaterials, bei dem eine Ladungsträgerlebensdauer maximal wird, basierend auf einem Resultat des Veränderns der Rate.Example 23 The method according to any one of Examples 1 to 22, further comprising: changing a rate at which the coating of the substrate occurs; determining an operating point for sputtering the semiconductor material at which a carrier lifetime becomes maximum based on a result of changing the rate.
Beispiel 24 ist ein Verfahren (z.B. Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 23) aufweisend: Verändern einer Rate, mit der das Beschichten eines Substrats erfolgt; Ermitteln eines Arbeitspunkts für das Zerstäuben eines Halbleitermaterials, bei dem eine Ladungsträgerlebensdauer maximal wird, basierend auf einem Resultat des Veränderns der Rate, wobei beispielsweise das Verändern der Beschichtungsrate aufweist, die Plasmaleistung, den Arbeitsdruck und/oder den Abstand des Substrats vom Target (z.B. Rohrtarget) zu verändern.Example 24 is a method (e.g. method according to any one of Examples 1 to 23) comprising: changing a rate at which coating of a substrate occurs; Determination of an operating point for the sputtering of a semiconductor material at which a charge carrier lifetime becomes maximum, based on a result of changing the rate, for example changing the coating rate having the plasma power, the working pressure and/or the distance of the substrate from the target (e.g. tube target ) to change.
Beispiel 25 ist ein Halbleiterbauelement (z.B. eine Solarzelle, z.B. eine Tunneloxid-passivierter-Kontakt-Solarzelle), aufweisend: ein Halbleitersubstrat; eine mittels Sputterns gebildete Siliziumschicht in oder über dem Halbleitersubstrat, wobei die Siliziumschicht dotiert ist mit einem Dotant, wobei eine Konzentration des Dotants in der Siliziumschicht größer ist als ungefähr 0,5 at% und/oder kleiner ist als ungefähr 50 at%, größer ist als ungefähr 0,75 at% und/oder kleiner ist als ungefähr 10 at%.Example 25 is a semiconductor device (e.g., a solar cell, e.g., a tunnel oxide passivated contact solar cell) comprising: a semiconductor substrate; a silicon layer formed by sputtering in or over the semiconductor substrate, the silicon layer being doped with a dopant, wherein a concentration of the dopant in the silicon layer is greater than about 0.5 at% and/or less than about 50 at% than about 0.75 at% and/or less than about 10 at%.
Beispiel 26 ist das Verwenden von Krypton zum Bilden eines Plasmas beim Durchführen eines Sputterprozesses, mittels welchem eine, z.B. dotierte, Halbleiterschicht (z.B. Siliziumschicht) gebildet wird.Example 26 is using krypton to form a plasma when performing a sputtering process by which a, e.g., doped, semiconductor (e.g., silicon) layer is formed.
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