ES2263734T3 - Aparato y procedimiento para fabricar dispositivos semi-conductores flexibles. - Google Patents
Aparato y procedimiento para fabricar dispositivos semi-conductores flexibles.Info
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Abstract
Aparato para la producción continua de dispositivos semiconductores flexibles a través de la deposición de una pluralidad de capas de semiconductor sobre un substrato (7) flexible en movimiento usando procesado de deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD), comprendiendo dicho aparato: al menos una cámara de deposición (1), incluyendo dicha al menos una cámara de deposición al menos una zona de reacción (111, 4111, 5111) para la generación de plasma; un generador de energía de RF (16) para la generación de la energía electromagnética necesaria para la generación del plasma; una bomba de vacío (17); dos rodillos giratorios (2, 3) dispuestos de tal forma que dicho substrato (7) flexible pueda desenrollarse desde un rodillo y enrollarse en el otro rodillo; al menos un motor para hacer girar dichos dos rodillos (2, 3), caracterizado porque dicho al menos un motor está dispuesto de tal forma que el sentido del giro de dichos dos rodillos (2, 3) pueda cambiarse, y porque tambiéncomprende una pluralidad de válvulas (18, 18¿, 18¿, 18¿¿) para la introducción alternativa de un número correspondiente de gases (u, v, w, x) en la misma de dicha al menos una zona de reacción (111, 4111, 5111).
Description
Aparato y procedimiento para fabricar
dispositivos semi-conductores flexibles.
La presente invención se refiere a un aparato
para producir de forma continua dispositivos semiconductores
flexibles mediante la deposición de una pluralidad de capas de
semiconductor sobre un substrato flexible en movimiento mediante el
uso de un procesado de deposición química en fase vapor asistida por
plasma (PECVD). La presente invención también se refiere a un
programa informático que se puede cargar directamente en la memoria
interna de un ordenador digital que comprende partes de código de
software para controlar la producción de dispositivos
semiconductores flexibles en un aparato según la invención cuando se
ejecuta dicho producto informático en un ordenador. La presente
invención también se refiere a un procedimiento de rodillo a rodillo
para producir dispositivos semiconductores flexibles, en el que se
deposita una pluralidad de capas de semiconductor sobre un
substrato flexible en movimiento.
El procesado de PECVD se usa actualmente para la
deposición de películas delgadas de materiales semiconductores
sobre un substrato. El plasma se genera mediante la ionización de un
gas reactivo eléctricamente neutro sometido a un intenso campo
eléctrico. El gas se introduce normalmente en el campo eléctrico
próximo a un electrodo y el substrato que se coloca dentro de la
zona de reacción para la deposición se conecta a tierra o bien se
coloca cerca de la tierra eléctrica. Los iones se condensan sobre el
substrato, formando una capa de material semiconductor. El gas
reactivo puede contener diferentes dopantes con el fin de generar
capas de semiconductor de tipo P, intrínseco, o de tipo N. A modo
de ejemplo, en la patente US-4892753 se describen
las características y el funcionamiento de un reactor de PECVD.
El substrato sobre el que se depositan las capas
de semiconductor es generalmente, o bien una oblea sólida, usada
principalmente para la producción de chips semiconductores, o bien
una lámina delgada flexible similar a un plástico, hecha por
ejemplo de poliimida o PET, usada principalmente para la producción
de dispositivos semiconductores de gran superficie, tales como
paneles de células solares. La presente invención se refiere a un
aparato adaptado para la deposición de semiconductores sobre un
substrato flexible. Los substratos flexibles permiten el uso de los
procedimientos de deposición de rodillo a rodillo en los que el
substrato se desenrolla de forma continua desde un rodillo de
alimentación, se lleva a través de al menos una cámara de deposición
y se enrolla en un rodillo receptor tras la deposición. Tales
procedimientos de producción se adaptan particularmente a la
producción masiva.
En la patente US-4542711 se
describe un aparato de producción de semiconductores de rodillo a
rodillo. El substrato flexible se lleva a través de por lo menos
tres cámaras de deposición sucesivas, estando dedicada cada cámara
de deposición a la deposición de un tipo de material semiconductor.
Por ejemplo, en la forma de realización preferida, la capa de tipo
P se deposita en la primera cámara de deposición, la capa intrínseca
se deposita en la segunda cámara de deposición y la capa de tipo N
se deposita en la tercera cámara de deposición. Los dispositivos
semiconductores pueden tener una relación de grosor de 10 a 30:1
entre la capa intrínseca y las dopadas. Los principales parámetros
que determinan el grosor de la capa depositada son: la temperatura
del plasma, la presión, la concentración del gas reactivo y el
tiempo que pasa dentro de la zona de reacción de la cámara de
deposición. En tales aparatos de producción, la presión y la
temperatura no pueden cambiar significativamente entre una cámara
de deposición y la siguiente. Las longitudes relativas de las zonas
de reacción de las cámaras de deposición están, por tanto,
determinadas en gran medida por la relación de grosores entre las
capas de semiconductor del dispositivo semiconductor fabricado. Si
la variación de la relación de grosores no puede compensarse
mediante un cambio en las concentraciones relativas del gas
reactivo, la fabricación de otros dispositivos semiconductores que
posean distintas dimensiones relativas podría requerir cambiar las
longitudes relativas de las cámaras, lo que puede suponer una
adaptación del aparato de producción relativamente dificultosa y
cara. Otro inconveniente de tales aparatos de producción son los
complejos sistemas de aislamiento necesarios para evitar la
difusión de los gases de reacción desde una cámara de deposición a
la siguiente, con el fin de evitar la contaminación cruzada de una
capa a la siguiente, lo cual podría dar lugar, en el dispositivo
fabricado, a una pérdida de la pendiente en la superficie de
contacto entre dos capas de semiconductor consecutivas, lo que
produciría un menor rendimiento del dispositivo.
En la patente
EP-B1-608633 se describe un aparato
de producción de semiconductores que usa la PECVD, en el que todas
las capas de semiconductor se depositan sucesivamente sobre un
substrato de vidrio sólido en una única cámara de deposición,
evitando así los problemas de aislamiento y flexibilidad. Se
introducen gases reactivos dopados de diferente forma en la zona de
reacción de la cámara de deposición durante diferentes periodos de
tiempo. Por lo tanto, el grosor de cada capa de semiconductor puede
determinarse con precisión, independientemente de la capa anterior
o siguiente. Sin embargo, este procedimiento requiere la purga de la
cámara de deposición entre la deposición de dos capas consecutivas
con el fin de evitar la contaminación cruzada entre ellas. Una
primera desventaja de este procedimiento es que, dada la superficie
relativamente pequeña de deposición, estos ciclos de purga
descienden notablemente la productividad global de un aparato dado.
Otro inconveniente es que la superficie de la última capa de
semiconductor depositada no está protegida durante el ciclo de
purga, alterando de ese modo, y posiblemente deteriorando, las
propiedades de su superficie de contacto con la siguiente capa.
En la patente US 4438723 se describe un aparato
de producción de semiconductores de rodillo a rodillo. Este aparato
es adecuado para depositar un recubrimiento de silicio multicapa,
teniendo cada capa un dopado diferente. Una relación de
concentración de especies dopantes entre una cámara y la siguiente
es aproximadamente 10^{4}.
En el contexto de la fabricación de células
solares de silicio de película delgada, la contaminación cruzada
dopante, particularmente entre una capa dopada y una siguiente,
intrínseca, es el problema más crítico y por tanto requiere unos
ciclos de purga o unos sistemas de aislamiento complejos,
dependiendo de la configuración del aparato de producción de
semiconductores.
Uno de los objetos de la presente invención es
proporcionar un aparato fácilmente adaptable para la deposición de
rodillo a rodillo de una pluralidad de capas de semiconductor sobre
un substrato flexible.
Otro objeto es evitar los problemas de la
difusión de los gases de la deposición que surgen generalmente en
la mayor parte de los actuales aparatos de producción de PECVD de
rodillo a rodillo, permitiendo de ese modo la producción de
dispositivos semiconductores flexibles con unos niveles
considerablemente menores de contaminación cruzada entre dos capas
de semiconductor consecutivas.
Otro objeto es reducir el coste del aparato de
producción.
Otro objeto más es el de proporcionar un aparato
de producción rápida, adaptado para la producción masiva de
dispositivos semiconductores flexibles.
Los objetos mencionados anteriormente se logran
mediante un aparato y un procedimiento que incluyen las
características o etapas de las correspondientes reivindicaciones
independientes, mientras que las formas de realización preferidas
incluirían características o etapas de las correspondientes
reivindicaciones dependientes.
El aparato según la presente invención puede
adaptarse con facilidad y permite el ajuste independiente de todos
los parámetros de la producción, en particular la velocidad a la que
el substrato atraviesa la zona de reacción, desde una fase de
deposición hasta la siguiente. Además, con el uso del procedimiento
de producción según la presente invención, se pueden producir
diferentes tipos de dispositivo, es decir
p-i-n,
n-i-p, células apiladas dobles y
triples, así como transistores de película delgada (TFT), con el
mismo aparato, sin acarrear la modificación del aparato de
producción y siempre a un máximo nivel de productividad. Debido a
que no existe interrelación en absoluto entre los parámetros de
cada capa individual depositada, no es preciso hallar un compromiso
entre las condiciones de deposición de cada capa. Por lo tanto,
pueden lograrse dispositivos de mayor rendimiento con una
superficie de contacto entre las capas contiguas de mayor
pendiente.
Los problemas de difusión de los gases de la
deposición pueden evitarse gracias al uso de una única cámara de
deposición para la producción de cualquier dispositivo semiconductor
flexible multicapa y, por el mismo motivo, el coste del aparato de
producción según la invención es considerablemente menor que el
coste de un aparato de rodillo a rodillo tal como se describe en la
técnica anterior.
El aparato de producción de rodillo a rodillo
según la invención y el procedimiento de producción relacionado con
el mismo también permiten procesos de producción rápidos totalmente
compatibles con las condiciones de la producción masiva.
La invención se entenderá mejor con la
descripción de los ejemplos ilustrados por las figuras 1 a 5, en las
que
la figura 1 muestra un aparato según la forma
de realización preferida de la presente invención,
la figura 2 muestra un aparato según una forma
de realización diferente preferida de la presente
invención,
invención,
la figura 3 muestra un aparato según otra forma
de realización diferente preferida de la presente
invención,
invención,
la figura 4 muestra un aparato según otra forma
de realización preferida de la presente invención,
la figura 5 muestra las curvas de eficiencia
cuántica de dos células solares
n-i-p producidas con diferentes
procedimientos de producción de semiconductores.
El aparato según la forma de realización
preferida de la presente invención (fig. 1) comprende una cámara de
deposición 1. El espacio entre un electrodo 11 y una zapata 8
conectada a tierra determina una zona de reacción 111 dentro de la
cámara de deposición. El electrodo 11 está conectado a un generador
16 de energía de radiofrecuencia (RF) a través de una línea de RF
14, permitiendo la aplicación de una energía electromagnética en el
electrodo 11, que crea un campo eléctrico en la zona de reacción
111. Un adaptador de impedancia 15 colocado entre el generador de
energía de RF 16 y la línea de RF 14 evita los reflejos no deseados
en la línea de RF 14. El nivel de energía e y la frecuencia f de la
energía electromagnética generada pueden controlarse mediante un
producto informático que se ejecuta en un controlador 30. Dos
colectores 12, 13 permiten la introducción regular de gas en la
zona de reacción 111 a través de sus aberturas 120, 130 y las
aberturas 110 en el electrodo 11. Cuatro válvulas 18, 18', 18'',
18''' controlan la introducción de diferentes gases u, v, w, x. Unos
controladores de flujo másico 19, 19', 19'', 19''' miden y regulan
la cantidad g, h, i, j de cada gas u, v, w, x introducido. Los
elementos calentadores 9, 10 permiten la regulación de la
temperatura en el interior de la zona de reacción 111.
En el interior de la cámara de deposición, a
cada lado de la zona de reacción 111, están colocados dos rodillos
2, 3 giratorios. Dos motores, por ejemplo motores paso a paso, hacen
girar los rodillos 2, 3 a velocidades reguladas independientemente
a, b. Los motores están dispuestos de forma que pueda cambiarse el
sentido de la rotación de ambos rodillos 2, 3. En una forma de
realización diferente, los dos rodillos 2, 3 se hacen girar
mediante un único motor, teniendo esta segunda forma de realización
la desventaja de que los dos rodillos no pueden accionarse con
total independencia el uno del otro. Los elementos de fricción 21,
31 proporcionan la suficiente tensión en el substrato 7 mediante la
aplicación de una fuerza de frenado en el rodillo accionado, el
rodillo desde el que se tira del substrato. En una forma de
realización equivalente, la tensión la proporciona un motor que
aplica un momento en el rodillo accionado en dirección opuesta al
movimiento del rodillo.
Las bobinas de tensión 4, 5, 6 evitan que el
substrato 7 se doble, y lo guían desde un rodillo, a través de la
zona de reacción 111, en la que se desliza contra la zapata 8
conectada a tierra, y sobre el otro rodillo. Las bobinas de tensión
4, 5, 6 también regulan la tensión sobre el substrato 7 y garantizan
un movimiento regular del substrato 7 dentro de la zona de reacción
111 para la óptima deposición del semiconductor. Las bobinas de
tensión 4, 5, 6 están dispuestas para que resulten eficaces
independientemente de la dirección de desplazamiento del substrato
entre los rodillos 2, 3.
Una bomba de vacío 17 regula la presión k en el
interior de la cámara de deposición 1 y permite la evacuación del
gas reactivo restante entre dos fases de deposición sucesivas. En
una forma de realización preferida se puede colocar al menos un
blanco 20 a lo largo de la marcha del substrato 7 para una
deposición adicional de metal o TCO sobre el substrato 7.
El aparato comprende también un controlador 30,
preferentemente un ordenador digital, para determinar y controlar
el valor de los parámetros ajustables, entre ellos, el sentido de la
rotación y la velocidad de rotación a, b de los rodillos 2, 3, el
tipo de gas introducido u, v, w, x, el flujo másico g, h, i, j del
gas introducido, el nivel de energía e y frecuencia f de la energía
electromagnética aplicada al electrodo 11, la presión k dentro de
la cámara 1 y la temperatura c, d de los elementos calentadores 9,
10, a fin de controlar la deposición del material semiconductor
sobre el substrato 7. El controlador 30 realiza estas operaciones
ejecutando un programa informático almacenado en un producto
informático y que comprende partes de código de software
específicas.
Preferentemente, el primer gas u es un gas
reactivo que contiene un agente dopante de tipo P para la deposición
de la capa de semiconductor de tipo P, el segundo gas v es un gas
reactivo sin dopantes para la deposición de la capa de
semiconductor intrínseco, el tercer gas w es un gas reactivo que
contiene un agente dopante de tipo N para la deposición de la capa
de semiconductor de tipo N y el cuarto gas x es un gas inerte usado
para evacuar gases reactivos de la cámara de deposición entre dos
fases de deposición sucesivas.
El substrato 7 se coloca sobre el primer rodillo
2. Antes de la deposición del semiconductor puede haberse
depositado ya una capa de metal sobre el substrato 7. El substrato
se guía contra la primera bobina de tensión 4, a través de la zona
de reacción 111, contra las siguientes bobinas de tensión 5, 6, y se
fija al segundo rodillo 3. La cámara de deposición 1 se encuentra
cerrada. A fin de evacuar todos los gases no deseados,
particularmente el vapor de agua, que pudieran permanecer en la
cámara de deposición 1, se calienta la cámara de deposición 1 y se
genera un vacío con la bomba de vacío 17. Si fuera necesario, el
substrato 7 puede enrollarse durante esta operación desde un
rodillo hasta el otro rodillo un cierto número de veces con el fin
de evacuar toda la humedad.
Una vez que la cámara de deposición 1 se
encuentra preparada para la deposición, se aplica energía
electromagnética sobre el electrodo 11, creando un campo eléctrico
en la zona de reacción 111. Mediante la apertura de las válvulas 18
y 18' se introduce en la zona de reacción 111 una primera mezcla de
gases reactivos que contiene el gas dopado de tipo P u y el gas no
dopado v y el flujo másico de cada gas se controla mediante el
controlador respectivo 19 ó 19'. La concentración de agente dopante
de tipo P en la mezcla puede ajustarse ajustando el flujo másico
relativo de los gases reactivos. El campo eléctrico ioniza la
primera mezcla de gases reactivos, creando un plasma en la zona de
reacción 111. El material semiconductor comienza a depositarse sobre
el substrato 7. Se hace girar el segundo rodillo 3 en sentido
contrario a las agujas del reloj a una velocidad b regulada por el
controlador 30, tirando del substrato a una velocidad b constante a
través de la zona de reacción 111. Debido a que la velocidad del
substrato 7 al atravesar la zona de reacción 111 determina el tiempo
que pasará cada parte del substrato en la zona de reacción 111, es
una función del grosor deseado de la capa dopada de tipo P. A fin
de mantener constante esta velocidad, la velocidad de rotación b del
segundo rodillo 3 debe disminuir regularmente mientras aumenta su
circunferencia. El elemento de fricción 21 regula la tensión del
substrato 7 frenando el primer rodillo 2.
Una vez que se ha depositado la capa dopada de
tipo P sobre todo el substrato 7, a excepción de una distancia en
cada extremo que corresponde a la distancia entre la zona de
reacción 111 y cada rodillo 2, 3, se apaga la energía
electromagnética, las válvulas 18 y 18' se cierran y la bomba de
vacío 17 crea un vacío en el interior de la cámara de deposición 1
que evacua los iones restantes del primer gas reactivo u. La cuarta
válvula 18''' se abre y se introduce el gas inerte x en la cámara
de deposición 1 para mejorar la evacuación.
Luego se ajusta la presión k en el interior de
la cámara de deposición 1 a un valor necesario para la deposición
de la capa intrínseca. Se aplica energía electromagnética al
electrodo y se introduce el gas no dopado v en la zona de reacción
111 para generar plasma. El substrato se mantiene estacionario hasta
que sea suficientemente alta la probabilidad de que los iones
dopados de tipo P depositados sobre las paredes internas y los
diferentes órganos de la cámara de deposición 1 se encuentren
completamente cubiertos por iones del gas no dopado. Luego se hace
girar el primer rodillo 2 en el sentido de las agujas del reloj a
una velocidad determinada a, tirando del substrato a una velocidad
constante a través de la zona de reacción 111. Ya que la velocidad
del substrato 7 a través de la zona de reacción 111 determina el
tiempo que pasa cada parte del substrato en la zona de reacción 111,
es una función del grosor deseado de la capa intrínseca. A fin de
mantener constante esta velocidad, la velocidad de rotación a del
primer rodillo 2 debe disminuir regularmente mientras su
circunferencia aumenta. El elemento de fricción 31 regula la
tensión del substrato 7 frenando el segundo
rodillo 3.
rodillo 3.
Una vez que se ha depositado la capa intrínseca
sobre todo el substrato 7, a excepción de una distancia en cada
extremo que corresponde a la distancia entre la zona de reacción 111
y cada rodillo 2, 3, se apaga la energía electromagnética, la
segunda válvula 18' se cierra y la bomba de vacío 17 crea un vacío
en el interior de la cámara de deposición 1 que evacua los iones
restantes del segundo gas reactivo v. La cuarta válvula 18''' se
abre y se introduce el gas inerte x en la cámara de deposición 1
para mejorar la evacuación.
Luego se ajusta la presión k en el interior de
la cámara de deposición 1 al valor necesario para la deposición de
la capa dopada de tipo N. Se aplica energía electromagnética al
electrodo y se introduce una mezcla de gases reactivos que contiene
el gas reactivo w dopado de tipo N en la zona de reacción 111 para
generar plasma. El substrato se mantiene estacionario hasta que sea
suficientemente alta la probabilidad de que los iones no dopados
depositados sobre las paredes internas y los diferentes órganos de
la cámara de deposición 1 se encuentren completamente cubiertos por
iones del gas dopado de tipo N. Luego se hace girar el segundo
rodillo 3 en sentido contrario al de las agujas del reloj a una
velocidad determinada b, tirando del substrato a una velocidad
constante a través de la zona de reacción 111. Ya que la velocidad
del substrato 7 a través de la zona de reacción 111 determina el
tiempo que cada parte del substrato permanece en la zona de reacción
111, es una función del grosor deseado de la capa dopada de tipo N.
A fin de mantener constante esta velocidad, la velocidad de
rotación b del segundo rodillo 3 debe disminuir regularmente
mientras su circunferencia aumenta. El elemento de fricción 21
regula la tensión del substrato 7 frenando el primer rodillo 2.
Las etapas de producción de rodillo a rodillo
descritas anteriormente son un ejemplo de puesta en práctica del
procedimiento de producción según la invención. Los expertos
reconocerán fácilmente que el tipo y el número de capas de
semiconductor depositadas puede modificarse para obtener cualquier
configuración de dispositivo semiconductor flexible. En particular,
se puede fabricar una célula en tándem
p-i-n-p-i-n
o una célula triple
p-i-n-p-i-n-p-i-n
con el aparato de producción según la invención en la que un mismo
substrato se desenrolla seis o nueve veces.
Cuando el producto informático se ejecuta en un
ordenador, como por ejemplo en el controlador 30, partes de código
de software determinan todos los parámetros para cada capa de
semiconductor según el tipo de dopado y el grosor deseados antes
del comienzo de la deposición, controlan los parámetros durante la
deposición y los corrigen si el grosor final de la capa de
semiconductor depositada es distinto del deseado. Entre estos
parámetros se incluyen, en particular, la velocidad a, b y el
sentido de la rotación de los rodillos 2, 3 para cada deposición
sucesiva de capas.
Los dispositivos semiconductores flexibles
producidos con el procedimiento según la presente invención poseen
unos niveles muy bajos de contaminación cruzada entre capas de
semiconductor consecutivas. Gracias a la eficaz evacuación de los
gases reactivos antes de cada fase de deposición, el índice de
penetración entre una capa y su capa contigua es muy bajo. Este
índice de penetración es considerablemente menor que el que se puede
lograr con un aparato multicameral, ya que los iones de una cámara
siempre podrán desplazarse en cierta medida hasta la
siguiente
cámara.
cámara.
En la figura 5 se ilustra un ejemplo de la
eficiencia de la presente invención para reducir considerablemente
esta contaminación cruzada, que muestra las curvas de eficiencia
cuántica A y B de dos células solares
n-i-p diferentes, producidas con
diferentes procedimientos de producción de semiconductores. La
primera célula solar, correspondiente a la curva A, fue producida
en un aparato de producción según la presente invención, sobre un
substrato flexible que se movía en direcciones opuestas entre la
fabricación de la capa de tipo n y la fabricación de la capa
intrínseca. La segunda célula solar, correspondiente a la curva B,
se produce en un substrato estacionario en un aparato de producción
que posee una única cámara de deposición, y empleando un ciclo de
purga de un minuto de duración entre la deposición de la capa de
tipo n y la deposición de la capa intrínseca, simulando así una
producción en un aparato multicameral con una zona de purga
integrada entre la cámara de deposición para la capa dopada de tipo
n y la siguiente cámara de deposición para la capa intrínseca.
La comparación de las eficiencias cuánticas de
la primera célula solar y la segunda célula solar muestra el efecto
de la eliminación insuficiente del fósforo mediante el ciclo de
purga durante el proceso de producción de la segunda célula solar,
lo que da lugar a una baja eficiencia cuántica para la luz roja, que
se muestra en la curva B. A diferencia de ésta, la primera célula
solar muestra una alta eficiencia cuántica para la luz roja (curva
A), lo que indica un nivel extremadamente bajo de contaminación de
fósforo en la capa intrínseca. Los expertos en la materia pueden
estimar fácilmente que la concentración de fósforo en la capa
intrínseca de la primera célula solar es menor de 1 ppm, en al
menos el 90% del grosor de la capa intrínseca. Se entiende que la
caída de la eficiencia cuántica para la luz roja de la segunda
célula solar B puede reducirse posiblemente aumentando la duración
y la intensidad del ciclo de purga. Trasladado al caso del aparato
multicameral, esto supondría un aumento desfavorable del ancho de
la zona de purga y/o un aumento del flujo de gas de purga.
Las mediciones de laboratorio efectuadas en los
dispositivos semiconductores producidos con el procedimiento según
la presente invención han mostrado que el índice contaminación
cruzada de una capa de semiconductor a su capa de semiconductor
contigua siempre fue inferior a 5% dentro del 10% del grosor de la
capa de semiconductor contigua. En algunos casos, el índice de
contaminación cruzada fue inferior a 0,1% dentro del 10% del grosor
de la capa de semiconductor contigua. Y con una evacuación
particularmente cuidadosa de los gases entre dos deposiciones, el
índice de contaminación cruzada puede ser tan bajo como menos de
0,0001% dentro del 10% del grosor de la capa de semiconductor
contigua.
En una forma de realización preferida diferente
(fig, 2), la zapata 8 conectada a tierra se sustituye por un tambor
48 conectado a tierra que puede girar en ambas direcciones, a favor
y en contra de las agujas del reloj, sobre unas bobinas 46
giratorias. Cuando el substrato 7 se desenrolla desde el primer
rodillo 2 y se enrolla sobre el segundo rodillo 3, o se desenrolla
desde el segundo rodillo 3 y se enrolla en el primer rodillo 2, se
conduce alrededor de la circunferencia del tambor 48 conectado a
tierra que después gira a la velocidad del substrato 7 en sentido
de las agujas del reloj o en el contrario, sosteniendo el substrato
7 en su desplazamiento a través de la cámara de deposición 41.
Alrededor del tambor 48 conectado a tierra, se dispone un electrodo
411 de forma cóncava alimentado para crear una zona de reacción 4111
con forma circular. Se usan colectores de gas adaptados para
introducir la mezcla de gases reactivos de forma regular a lo largo
de toda la zona de reacción 4111. Se colocan calentadores
circulares 409, 410 en el interior del tambor 48 y en el exterior
del electrodo 411 a fin de regular la temperatura del interior de la
zona de reacción 4111. Una primera ventaja de esta forma de
realización es el diseño muy compacto de la cámara de deposición 41,
preferentemente en forma de anillo, para una superficie de la zona
de reacción máxima. Otra ventaja es la importante reducción de las
fuerzas de rozamiento aplicadas al substrato 7.
En otra forma de realización preferida diferente
(fig. 3), el único electrodo 411 con forma cóncava de la forma de
realización anterior se sustituye por una pluralidad de electrodos
511 con forma cóncava sucesivos, que pueden alimentarse con
independencia los unos de los otros, creando una sucesión de zonas
de reacción 511 circulares . Una ventaja de esta forma de
realización es la facilidad para generar y mantener el plasma en
las sucesivas zonas de reacción (5111).
En otra forma de realización preferida diferente
(fig. 4), se disponen varias zapatas 8 conectadas a tierra en forma
de polígono regular, sosteniendo el substrato en su desplazamiento a
través de la cámara de deposición 41. Frente a cada zapata 8 se
coloca un electrodo 11 lineal alimentado con el fin de formar una
sucesión de zonas de reacción dispuestas en forma de polígono. Esta
forma de realización también posee la ventaja de dar lugar a un
diseño muy compacto de la cámara de deposición para una máxima
superficie de la zona de reacción. Otra ventaja es el uso de
elementos lineales estándar.
En una forma de realización diferente no
representada de la invención, tal como se representa en las figuras
2 ó 3, se elimina el segundo rodillo 3 y el substrato se enrolla
directamente sobre el tambor 48 conectado a tierra y se desenrolla
del mismo para volverse a enrollar en el primer rodillo 2. En la
zona de reacción 4111, 5111, el material semiconductor sólo se
depositará sobre la superficie exterior del substrato 7. La otra
parte del substrato 7 sobre el tambor 48 conectado a tierra está
protegida de deposiciones de semiconductor no deseadas.
Aunque las formas de realización preferidas
descritas del aparato según la invención comprenden sólo una cámara
de deposición, los expertos entenderán que el substrato podría
impulsarse sucesivamente en direcciones opuestas a través de una
pluralidad de cámaras de deposición, permitiendo de ese modo la
deposición de un número de capas correspondiente en cada
pasada.
En una forma de realización diferente no
representada de la invención, tal como se representa en las figuras
3 ó 4, se introducen unos medios de aislamiento entre sucesivas
zonas de reacción, evitando la difusión de gases entre ellas. Con
un sistema de suministro de gas adaptado, puede proporcionarse un
gas reactivo dopado de forma diferente a cada una de estas zonas de
reacción o grupos de zonas de reacción aisladas y, por tanto, éstas
pueden depositar un tipo diferente de capa de semiconductor sobre el
substrato 7. Esta forma de realización diferente permite la
producción de un dispositivo semiconductor completo con sólo una
pasada del substrato a través de la cámara de
deposición.
deposición.
En una forma de realización diferente del
procedimiento de producción de rodillo a rodillo según la invención,
la dirección de desplazamiento del substrato a través de la zona de
reacción 111 es siempre la misma, pero las posiciones respectivas
del primer rodillo 2 y del segundo rodillo 3 se intercambian antes
de cada pasada de deposición sucesiva.
Claims (22)
1. Aparato para la producción continua de
dispositivos semiconductores flexibles a través de la deposición de
una pluralidad de capas de semiconductor sobre un substrato (7)
flexible en movimiento usando procesado de deposición química en
fase vapor asistida por plasma (PECVD), comprendiendo dicho
aparato:
aparato:
al menos una cámara de deposición (1),
incluyendo dicha al menos una cámara de deposición al menos una zona
de reacción (111, 4111, 5111) para la generación de plasma;
un generador de energía de RF (16) para la
generación de la energía electromagnética necesaria para la
generación del plasma;
una bomba de vacío (17);
dos rodillos giratorios (2, 3) dispuestos de tal
forma que dicho substrato (7) flexible pueda desenrollarse desde un
rodillo y enrollarse en el otro rodillo;
al menos un motor para hacer girar dichos dos
rodillos (2, 3), caracterizado porque dicho al menos un motor
está dispuesto de tal forma que el sentido del giro de dichos dos
rodillos (2, 3) pueda cambiarse, y porque también comprende una
pluralidad de válvulas (18, 18', 18'', 18''') para la introducción
alternativa de un número correspondiente de gases (u, v, w, x) en
la misma de dicha al menos una zona de reacción (111, 4111,
5111).
2. Aparato según la reivindicación 1, que
también comprende al menos un calentador (10, 410) para calentar el
plasma en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111) y un controlador
(30) dirigido por software adaptado para cambiar la temperatura de
dicho plasma.
3. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho generador de energía de RF
(16) está dispuesto de tal forma que el nivel de energía (e) de la
energía electromagnética generada pueda modificarse.
4. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho generador de energía de RF
(16) está dispuesto de tal forma que la frecuencia (f) de la energía
electromagnética generada pueda modificarse.
5. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, que comprende también una pluralidad de
controladores de flujo másico (19, 19', 19'', 19''') para controlar
el flujo másico de dicha pluralidad de gases (u, v, w, x).
6. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende también un blanco (20) para la
deposición de metal sobre dicho substrato (7) en movimiento.
7. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, que comprende también unos elementos de
fricción (21, 31) para tensar el substrato (7) mientras se
desenrolla dicho substrato desde uno de dichos rodillos y se
enrolla en el otro de dichos rodillos.
8. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, que comprende también al menos una bobina de
tensión (4, 5, 6, 66) para guiar y/o tensar dicho substrato (7)
flexible, en el que dicha al menos una bobina de tensión está
adaptada para guiar y/o tensar dicho sustrato (7) flexible en
ambas
direcciones.
direcciones.
9. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, que comprende también un controlador (30) de
software para determinar y controlar el valor de una pluralidad de
parámetros ajustables, comprendiendo dichos parámetros al menos el
sentido de rotación de dichos dos rodillos (2, 3).
10. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha al menos una zona de
reacción (4111, 5111) está situada entre un tambor (48) giratorio
conectado a tierra y al menos un electrodo (411, 511) con forma
circular.
11. Aparato según la reivindicación 10, en el
que dicha al menos una zona de reacción (4111, 5111) cubre un
segmento circular de al menos 180 grados.
12. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha al menos una zona de
reacción está situada entre una pluralidad de zapatas (8)
deslizantes conectadas a tierra dispuestas en forma de polígono y
una pluralidad de electrodos (11) alimentados correspondientes.
13. Producto informático que puede cargarse
directamente en la memoria interna de un controlador (30),
que comprende partes de código de software para
determinar y controlar el valor de una pluralidad de parámetros
ajustables, comprendiendo dichos parámetros al menos el sentido de
rotación de dichos dos rodillos (2, 3), a fin de controlar la
producción de dispositivos semiconductores flexibles compuestos de
una pluralidad de diferentes capas de semiconductor de un grosor
preciso depositadas sobre un substrato (7) flexible en movimiento
en un aparato tal como se describe en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12,
cuando dicho producto se ejecuta en dicho
controlador (30).
14. Procedimiento de rodillo a rodillo para
producir dispositivos semiconductores flexibles, en el que se
deposita una pluralidad de capas de semiconductor sobre un substrato
(7) flexible en movimiento usando el proceso de deposición química
en fase vapor asistida por plasma (PECVD), en el que el plasma se
genera a partir de una mezcla de gases reactivos (u, v, w, x) en
una zona de reacción (111, 4111, 5111), caracterizado porque
al menos dos capas de semiconductor de dicha pluralidad de capas de
semiconductor se depositan durante al menos dos pasadas sucesivas
de dicho substrato (7) en la misma zona de reacción (111, 4111,
5111).
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
en el que las posiciones de los rodillos (2, 3) se intercambian
entre dos pasadas sucesivas de dicho substrato (7) en la misma zona
de reacción (111).
16. Procedimiento según la reivindicación 14,
en el que la dirección de dicho substrato (7) a través de dicha
zona de reacción (111, 4111, 5111) se invierte desde una pasada de
dicho substrato (7) en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111)
hasta la pasada sucesiva de dicho substrato (7) en la misma zona de
reacción (111, 4111, 5111).
17. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, en el que se cambia la temperatura de
dicho plasma desde una pasada de dicho substrato (7) en dicha zona
de reacción (111, 4111, 5111) a la pasada sucesiva de dicho
substrato (7) en la misma zona de reacción (111, 4111, 5111).
18. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17, en el que se cambia el tipo de dicha
mezcla de gases reactivos (u, v, w, x) desde una pasada de dicho
substrato (7) en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111) a la
pasada sucesiva de dicho substrato (7) en la misma zona de reacción
(111, 4111, 5111).
19. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 18, en el que se cambia la concentración de
dicha mezcla de gases reactivos (u, v, w, x) desde una pasada de
dicho substrato (7) en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111) a
la pasada sucesiva de dicho substrato (7) en la misma zona de
reacción (111, 4111, 5111).
20. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 19, en el que se cambia el nivel de energía
(e) de dicha energía electromagnética desde una pasada de dicho
substrato (7) en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111) a la
pasada sucesiva de dicho substrato (7) en la misma zona de reacción
(111, 4111, 5111).
21. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 20, en el que se cambia la frecuencia (f) de
dicha energía electromagnética desde una pasada de dicho substrato
(7) en dicha zona de reacción (111, 4111, 5111) a la pasada sucesiva
de dicho substrato (7) en la misma zona de reacción (111, 4111,
5111).
22. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 21, en el que se cambia al menos uno de dichos
parámetros mediante un software.
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