FR2524199A1 - Appareil de depot par decharge luminescente comprenant une cathode disposee de maniere non horizontale - Google Patents

Abstract

L'APPAREIL DE DEPOT PAR DECHARGE LUMINESCENTE COMPREND UN BOITIER 10, UNE CHAMBRE A VIDE 15 DELIMITEE PAR LE BOITIER, DES MOYENS POUR FORMER UNE REGION DE PLASMA DANS LA CHAMBRE A VIDE, CES MOYENS COMPRENANT UNE CATHODE 25, AU MOINS UN PREMIER SUBSTRAT 60, 75, DES MOYENS POUR INTRODUIRE UNE MATIERE AMORPHE DE PRODUCTION DE COUCHE DANS LA REGION DE PLASMA ET DES MOYENS 110, 120 POUR CHAUFFER LE SUBSTRAT. DES MOYENS 20 SONT PREVUS POUR LE SUPPORT DE LA CATHODE 25 DANS UN PLAN NON HORIZONTAL A L'INTERIEUR DU BOITIER 10 AFIN DE DIMINUER LA QUANTITE DE DEBRIS DE DEPOT RECUEILLIS SUR LA CATHODE.

Description

La présente invention concerne de manière générale un appareil pour

produire des couches amorphes à l'aide d'un

processus de dépôt par décharge luminescente, et l'inven-

tion concerne plus particulièrement une cathode placée de manière non horizontale dans la chambre de dépôt de l'appa-

reil de dépôt par décharge luminescente permettant de dépo-

ser sur un substrat des couches semi-conductrices amorphes.

La présente invention concerne un appareil perfection-

né de dépôt par décharge luminescente permettant de pro-

duire des dispositifs semi-conducteurs amorphes présentant des propriétés électroniques sensiblement équivalentes à

celles des semi-conducteurs cristallins De manière généra-

le, le perfectionnement prévoit de déplacer la cathode de l'appareil de dép 8 t par décharge luminescente, qui est normalement horizontale dans un plan non horizontal afin d'augmenter le rendement du dépôt Le substrat sur lequel la matière amorphe doit être déposée est introduit dans la chambre de dépôt dans un plan généralement parallèle au

plan de la cathode de sorte qu'une région de plasma uni-

forme est formée entre eux Le support de la cathode dans le plan non horizontal par un de ses bords fait qu'un substrat parmi une paire de substrats peut être introduit sur chaque côté de la cathode afin de former une paire de régions de plasma disposées de manière opposée afin de

déposer simultanément des couches sur la paire de substrats.

Un effort considérable a été effectué pour développer des processus permettant le dépôt de couches d'alliage semi-conducteur qui entourent des étendues relativement importantes et qui sont facilement dopées afin de former des matières de type p et de type N à partir desquelles on puisse réaliser des dispositifs à jonction p N qui soient équivalents à ceux produits par leur contrepartie cristalline Pendant de nombreuses années, de tels efforts se sont révélés sensiblement non productifs On a trouvé que des pellicules de silicium ou de germanium amorphe (groupe IV) présentaient des micro-vides et des liaisons ballantes ainsi que d'autres défauts produisant une forte densité d'états localisés dans leur bande interdite La

présence d'une forte densité d'états localisés dans la ban-

de interdite des pellicules semi-conductrices de silicium

amorphe a pour résultat un faible degré de photoconducti-

vité et une durée de vie courte des porteurs, ce qui rend de telles pellicules inappropriées pour des applications sensibles à la lumière En outre, de telles pellicules ne peuvent pas être dopées avec succès ni autrement modifiées

pour décaler le niveau de Fermi près des bandes de conduc-

tion ou de valence, les rendant ainsi inappropriées pour la réalisation de Jonctions p-n pour des dispositifs à cellules solaires et des dispositifs de commande de courant

Pour tenter de diminuer les problèmes mentionnés ci-

dessus qui sont impliqués par le silicium et le germanium amorphe, MM W E Spear et P-G Le Comber du Laboratoire Carnegie de Physique, Université de Dundee, Dundee, Ecosse,

ont effectué des travaux sur le dopage substitutif de-'i-

licium amorphe dont il est question dans l'article "Substi-

tutional Doping Of Amorphous Silicon" publié dans "Solid State Communications" volume 17, pages 1193-1196, 1975, afin de réduire les états localisés dans la bande interdite

de silicium ou de germanium amorphe pour les rendre sensi-

blement plus proches du silicium ou du germanium cristallin

intrinsèques et en dopant par substitution la matière amor-

phe avec des dopants classiques appropriés comme lors du

dopage de matières cristallines, afin de les rendre extrin-

sèques et de type de conduction p ou n La réduction des

états localisée était obtenue à l'aide d'un dép 8 t par dé-

charge luminescente de pellicules de silicium amorphe dans lequel du silane gazeux (Si H 4) était amené à traverser un tube de réaction o le gaz était décomposé par une décharge

luminescente HF et déposé sur un substrat porté à une tem-

pérature d'environ 500-600 K ( 227-327 @C) La matière ainsi

déposée sur le substrat était une matière amorphe intrin-

sèque comprenant du silicium et de l'hydrogène Afin de produire une matière amorphe dopée, du phosphine gazeux (PH 3) en vue d'une conduction du type N ou du diborane gazeux (B 2 H 6) en vue d'une conduction du type p était préalablement mélangé avec le silane gazeux et amené à traverser le tube de réaction à décharge luminescente sous les mêmes conditions opératoires La concentration gazeuse des dopants utilisés était comprise entre environ

5 x 10-6 et 10 parties par volume La matière ainsi dé-

posée comportait, semble-t-il,un dopant de substitution au phosphore ou au bore et a été trouvée extrinsèque et de coniduction de type N ou p. On a préparé des alliages de silicium perfectionnés

présentant des concentrations réduites de manière signifi-

cative d'états localisés dans leur bande interdite et pré-

sentant une très bonne qualité électronique à l'aide d'un appareil de dépôt par décharge-luminescente sensiblement du type décrit dans le brevet US n 4 226 898 délivré le 7 octobre 1980 L'appareil décrit est prévu pour introduire des matières amorphes de production de couche dans une chambre à vide o une région de plasma a été formée entre

une cathode placée de manière horizontale et une-électro-

de, afin de déposer une couche amorphe sur un substrat placé de manière générale horizontale Etant donné qu'une

face de la cathode est fixée et rendue rigide par un élé-

ment de support, seule une face de la cathode peut être utilisée pour former une région de plasma Par conséquent, la moitié (une face) de l'étendue de surface potentielle (deux faces) de la cathode est ainsi utilisée Ceci limite

à un le nombre de substrats sur lesquels des couches amor-

phes peuvent être déposées de manière simultanée.

En outre, étant donné que la cathode et le substrat

sont tous les deux placés dans un plan sensiblement hori-

zontal, des débris de dépôt tombent à une position de repos sur le substrat Ceci n'est évidemment pas souhaitable du fait de son état nuisible sur les propriétés électroniques

du substrat et des couches amorphes déposées sur le substrat.

Des débris de dép 8 t venant reposer sur la cathode masquent une partie dé sa surface, ce qui diminue l'étendue dispo-

nible de la surface de formation-de plasma de la cathode.

Moins il y a de débris venant reposer sur la cathode et plus est faible la fréquence nécessaire pour démonter

la cathode de son organe de support en vue du nettoyage.

Lorsque la cathode est déplacée par rapport à l'horizontale, la quantité de débris accumulés sur la cathode diminue jusqu'à une valeur optimale lorsque la cathode est placée dans un plan sensiblement vertical Par conséquent, une cathode placée dans le plan non horizontal nécessite moins

de temps mort pour le démontage, le nettoyage et le réas-

semblage. En outre, l'épaisseur de la couche d'alliage déposée sur le substrat dépend partiellement de la distance entre la cathode et le substrat Bien que la distance entre la cathode et le substrat ne soit pas critique, des résultats optimaux sont obtenus lorsque la distance entre la cathode et le substrat est d'environ 2,5 cm Chaque fois que la cathode est démontée et réassemblée, la distance entre la cathode et le substrat peut varier légèrement et peut-ne pas être la distance optimale de 2,5 cm, ce qui produit des

couches d'alliage d'épaisseur non uniforme.

Les appareils de dép 8 t par décharge luminescente sont

également utilisés dans des systèmes de dépôt à grand vo-

lume permettant de déposer des couches multiples d'alliage de silicium amorphe sur une feuille continue allongée de substrat en faisant avancer de manière continue le substrat à travers une succession de chambres de dépôt Etant donné

que le même type de composants de dépôt par décharge lumi-

nescente est utilisé pour former les régions de plasma dans le système à grand volume, le système souffre des mêmes caractéristiques indésirables dont il a été question

précédemment pour les appareils à chambre de dépôt unique.

L'invention a ainsi pour objet

un appareil perfectionné de dépôt par décharge lumines-

cente qui comprend une chambre de dépôt unique et dans lequel la cathode est montée dans un plan non horizontal afin de diminuer la quantité de débris accumulés sur la cathode et pour augmenter de manière correspondante sa durée de fonctionnement;

un appareil perfectionné de dépôt par décharge lumines-

cente qui comprend une chambre de dépôt unique et dans lequel la cathode est portée de manière adjacente à un de ses bords afin de former une région de plasma adjacente à

chacune de ses faces planes de sorte qu'une couche d'al-

liage puisse être déposée simultanément sur deux substrats;

un appareil perfectionné de dépôt par décharge lumines-

cente qui comprend plusieurs chambres de dépôt permettant

de déposer des couches d'alliage successives sur un subs-

trat et dans lequel les cathodes de chaque chambre de dé-

rôt sont montées dans des plans non horizontaux afin de diminuer la quantité de débris accumulés sur les cathodes

et augmenter de manière correspondante leur durée de fonc-

tionnement;

un appareil perfectionné de dépôt par décharge lumines-

cente qui comprend plusieurs chambres de dépôt permettant

de déposer des couches d'alliage successives sur un subs-

trat et dans lequel la cathode de chacune des chambres de dépôt est portée de manière adjacente à un de ses bords afin de former une zone de plasma adjacente à chacune de

seo faces planes de sorte que des couches d'alliage peu-

vent être déposées simultanément sur deux substrats;

un appareil perfectionné de dépôt par décharge lumines-

cente, soit du type à chambre de dépôt unique, soit du

type à chambres de dépôt multiples, et dans lequel un mé-

canisme est prévu pour y introduire des substrats individuels

et/ou pour expulser des substrats individuels d'une cham-

bre de dépôt.

Ce qui précède ressort d'ailleurs de la description

détaillée de l'invention et du dessin annexé.

La présente invention est ainsi dirigée vers un appa- reil perfectionné de dépôt par décharge luminescente dans lequel la cathode, ou le substrat, ou encore les deux sont portés de manière adjacente à leurs bords dans un plan non horizontal afin d'augmenter la durée de fonctionnement ainsi que le rendement total -de l'appareil Non seulement

le nouveau dép 8 t non horizontal et la possibilité de sup-

port par le bord augmentent l'étendue de la surface de formation de plasma de la cathode ainsi que l'espérance de

durée de fonctionnement de l'appareil, mais il permet d'uti-

liser l'appareil de dépôt par décharge luminescente avec

deux substrats.

L'invention est prévue pour améliorer un appareil de dépôt par décharge luminescente dans lequel une couche amorphe est déposée sur un substrat L'appareil, dans une de ses réalisations, comprend un bottier dans lequel on peut effectuer un vide, une cathode généralement plane excitée par un générateur de puissance HP, un substrat pour former une région de plasma dans le bottier, une matière de production de couche introduite dans le bottier entre le substrat et la cathode, et des éléments de chauffage

permettant de réchauffer le substrat L'appareil perfec-

tionné comprend un organe pour le support de la cathode et

du substrat dans un plan non horizontal Plus particuliè-

rement, la cathode généralement plane comprend deux faces

généralement planes disposées de manière opposée et pré-

vues pour être portées de manière amovible par une base

isolée électriquement dans un plan sensiblement vertical.

Etant donné que la cathode est portée au niveau de son bord dans un plan sensiblement vertical, l'étendue de surface de ses deux faces peut être utilisée pour former

des régions de plasma En outre, une cathode disposée ver-

tioalement empêche pratiquement que des débris de dépôt formés dans la région de plasma s'accumulent sur la cathode et réduisent l'efficacité de la cathode De même, par l'utilisation de substrats disposés verticalement, des dé- bris de dépôt ne peuvent pas être recueillis dessus pour interférer avec les propriétés électroniques des couches

amorphes déposées.

Dans une seconde forme de réalisation préférée de la

présente invention, l'appareil de dépôt par décharge lumi-

nescente comprend plusieurs chambres de dépôt contiguës et

reliées de manière fonctionnelle, afin de déposer des cou-

ches amorphes successives sur un substrat Chaque chambre

de dépôt comprend également une cathode présentant des fa-

ces opposées généralement planes, -un générateur de puis-

sance HF, au moins un substrat, formé soit par une feuille continue, soit par plusieurs plaques individuelles, des

matières de production de couche et des éléments de chauf-

fage permettant de former une région de plasma entre la

cathode et le substrat ou chacun des substrats Le perfec-

tionnement comprend, d'une part, l'utilisation d'un organe de support des bords permettant de monter la cathode dans

un plan non horizontal, d'autre part, un mécanisme permet-

tant d'introduire de manière automatique les plaques indi-

viduelles de substrat dans chaque chambre de dépôt et d'expulser les plaques individuelles de substrat de chaque chambre de dépôt et, enfin, la formation simultanément d'une région de plasma sur les deux côtés de la cathode en

utilisant un substrat adjacent à chaque face de la cathode.

L'invention a ainsi pour objet un appareil de dépôt par décharge luminescente permettant de déposer une couche amorphe sur un substrat comprenant un bottier, une chambre à vide délimitée par le bottier, des moyens pour former une région de plasma dans la chambre à vide comprenant une cathode, au moins un substrat, des moyens pour introduire une matière amorphe de production de couche dans la région de plasma, une matière amorphe de production de couche ainsi que des moyens pour chauffer le substrat, le perfectionnement étant caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison avec ce qui précède, des

moyens pour le support de la cathode dans un plan non ho-

rizontal à l'intérieur du boltier afin de diminuer la.

quantité de débris de dépôt recueillis sur la cathode;

un appareil de dépôt par décharge luminescente dans le-

quel plusieurs couches amorphes empilées sont déposées sur un substrat, l'appareil comprenant plusieurs chambres de dépôt contiguës et reliées de manière fonctionnelle, des moyens à l'intérieur de chaque chambre pour former une

région de plasma dans chacune des chambres de dépôt, cha-

que moyen de formation de région de plasma comprenant au moins une cathode, au moins un substrat, des moyens pour introduire une matière amorphe de production-de couche dans la région de plasma, une matière amorphe de production de couche, des moyens pour chauffer le substrat ainsi que des moyens pour contrôler l'écoulement de la matière de production de couche entre les chambrés de traitement, le perfectionnement étant caractérisé en combinaison avec ce qui précède par des moyens pour le-support de la ou des cathodes dans un plan non horizontal à l'intérieur des chambres, des moyens pour le support du ou des substrats dans un plan parallèle au plan de la cathode et des moyens pour introduire automatiquement le ou les substrats dans

les chambres de dépôt contiguës et expulser le ou les subs-

trast des chambres de dépôt contiguës afin de déposer une , couche amorphe supplémentaire sur le ou les substrats dans

chacune des chambres de dépôt successives.

Diverses autres caractéristiques de l'invention res-

sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.

Des formes de réalisation de l'objet de ljinvention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au

dessin annexé.

La fig 1 est une vue en coupe d'une chambre de dépôt par décharge luminescente, telle que la chambre 210 a de la fig 4, et illustre la cathode disposée de manière non horizontale et l'arrangement à double substrat de la pré-

sente invention.

La fig 2 est une vue en perspective en partie écla-

tée de la cathode, disposée de manière non horizontale et flanquée sur chaque côté par des substrats parallèles et des ensembles de chauffage parallèles, comme décrit dans

la présente invention.

La fig 3 est une coupe prise selon la ligne III-III de la fig 1 et illustre le fonctionnement du bras tournant de mise en prise du substrat prévu pour être utilisé avec

l'appareil de dépôt par décharge luminescente de la pré-

sente invention.

La fig 4 illustre un second mode préféré de la pré-

sente invention et représente, de manière schématique,

plusieurs chambres contiguës de dépôt par décharge lumi-

nescente, chaque chambre comprenant une cathode disposée de manière non horizontale et deux feuilles de substrat continu, une feuille étant placée de chaque côté de la cathode. Au dessin, la fig 1 illustre l'appareil de dépôt par décharge luminescente représenté dans son ensemble par la référence 8 d'une première forme de réalisation préférée

de la présente invention Cette forme de réalisation com-

prend un bottier 10 définissant une chambre intérieure 15

capable de supporter un vide partiel d'environ 6,7 mbars.

Une base électrique isolante 20 est fixée au bottier 10 pour le support amovible d'une cathode 25 dans un plan sensiblement vertical en maintenant son bord inférieur 30

dans un récipient 35 dont la section est en forme de "U".

Un'-bord supérieur 45 de la cathode 25 peut être porté par un manchon supérieur d'isolation de cathode qui, à son tour, est fixé au bottier 10 par un élément de support

supérieur 50.

Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, l'appareil de dép 8 t par décharge luminescente 8, représenté à la fig 1, est prévu pour déposer une couche amorphe sur un substrat 60 généralement plan porté à son extrémité inférieure par un guide inférieur 65 en forme de 'U" de base du substrat et porté à son extrémité supérieure par un guide supérieur 70 en forme de B"TJ de sorte que le substrat 60 est placé dans un plan généralement vertical qui est parallèle au plan de la cathode 25 Alors que la

présente invention met en place la cathode 25 et le subs-

trat 60 dans des plans sensiblement verticaux afin d'opti-

miser le rendement du processus de dép 8 t, la cathode 25 et le substrat 60 peuvent être placés dans un plan non

horizontal quelconque à l'aide de tout mécanisme de sup-

port de type habituel et augmentent encore le rendement du

dépôt par rapport à ce que l'on obtient à l'aide d'une ca-

thode et d'un substrat disposés dans des plans sensible-

ment horizontaux.

Comme avec beaucoup d'autres produits, une production à grand volume de substrat amorphe en forme de couche est

souhaitable Les volumes de production peuvent tre augmen-

tés en utilisant les deux faces de la cathode généralement plane 25 Chaque face est capable de développer sa propre région de plasma, de sorte qu'une couche amorphe est déposée simultanément sur deux substrats Un second substrat 75 est, en conséquence, introduit dans le bottier 10 du c 8 té de la cathode 25 opposé au premier substrat 60 Un guide inférieur 80 en forme de NU" et de base du substrat ainsi qu'un guide supérieur 85 en forme de "U" sont prévus pour le support du second substrat 75,à lintérieur du bottier , dans un plan généralement vertical qui est sensiblement

parallèle au plan de la cathode 25.

Une source externe d'énergie électrique (non représen-

tée) est prévue pour être reliée électriquement à une borne 55 traversant le fond du boitier 10 pour fournir une puissance HF (haute fréquence) à la cathode 25 Bien que la forme de réalisation préférée de la présente invention envisage l'utilisation d'une source de puissance HF, toute source de puissance de type habituel, telle qu'une source de courant continu, peut être utilisée pour développer ou former les régions de plasma En fonctionnement, lorsque de l'énergie électrique est appliquée à la cathode 25 par l'intermédiaire de la borne 55, une première région de plasma 90 est formée entre la surface de la face plane 95

de la cathode 25 et la surface adjacente du premier subs-

trat 60 Une seconde région de plasma 100 est simultané-

ment formée entre la surface d'une seconde face plane 105 de la cathode 25 et la surface du second substrat 75 Les régions de plasma 90 et 100 peuvent être considérées soit comme étant séparées et distinctes du fait que chacune des faces des cathodes 95 et 105, disposées de manière opposée, forme une région de plasma distincte, soit continues du fait que la cathode unique 25 forme à la fois les régions

de plasma 90 et 100 Dans la présente application, le ter-

me "région de plasma" doit être considéré comme englobant les deux définitions La cathode 25, les faces des cathodes et 105, la source d'énergie électrique ainsi que les substrats 60 et 75 se combinent entre eux pour créer un appareil permettant de former les régions de plasma 90 et

à l'intérieur de la chambre interne 15 du bo Xtier 10.

L'utilisation de cathodes de configuratior diverses et réalisées partir de matières différentes est tout à fait à l'intérieur de l'étendue de la présente invention Bien que, dans le mode de réalisation préféré, la cathode 25

soit de préférence réalisée en acier inoxydable, des ca-

thodes réalisées à partir d'autres matières capables de créer une différence de potentiel avec une électrode mise à la masse peuvent également être utilisées Bien que la cathode 25 ait été décrite sous la forme d'un élément généralement plan (épaisseur d'environ 0,3 cm) utilisant

chacune de ses faces planes 95 et 105 pour former les ré-

gions de plasma 90 et 100, on peut également utiliser des cathodes de formes diverses Par exemple, une cathode pré- sentant la forme d'un prisme triangulaire pourrait être

utilisée pour former trois régions de plasma.

Des éléments de chauffage en forme de tige et du type à résistance, illustrés dans leur ensemble en 110, sont

montés dans le bottier 10 sur un côté et dans un plan géné-

ralement parallèle au plan du premier substrat 60 et de la cathode 25 La chaleur rayonnée des éléments chauffants

est dirigée vers le substrat 60 par un écran réflec-

teur de chaleur 115 généralement plan et qui est également

monté dans un plan généralement parallèle au plan du subs-

trat 60 et de la cathode 25 Lorsque deux substances sont utilisées, un second jeu d'éléments de chauffage en forme

de tige et du type à résistance, illustrés dans leur en-

semble en 120, sont montés sur le côté de la cathode 25 opposé aux éléments-de chauffage 110 afin de réchauffer le

second substrat 75,,et un second écran réflecteur de cha-

leur 125 généralement plan est prévu pour diriger la cha-

leur rayonnée par l'élément de chauffage 120 vers le se-

cond substrat 75 Il est évident que d'autres éléments de chauffage de type habituel pourraient être employés pour réchauffer les substrats 60 et 75 sans sortir du cadre de

la présente invention.

Le bottier 10 présente au moins un conduit (non repré-

senté) pour introduire une -matière de production de couche dans les régions de plasma 90 et 100 Lorsque l'appareil est prêt à fonctionner et que la matière de production de couche est introduite dans les régions de plasma 90 et

du bottier 10, une couche amorphe est déposée simulta-

nément sur les substrats 60 e t 75.

Dans la présente description, la matière de production

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* de couches est un support, normalement un gaz, qui fournit des constituants élémentaires aux régions de plasma 90 et en vue d'une dissociation dans des espèces de dépôt * pour un dép 8 t ultérieur, En tant que couches amorphes sur une surface de chacun des substrats 60 et 75 Des exemples de constituants élémentaires intrinsèques utilisés pour former une couche amorphe comprennent le tétrafluorure de silicium et le silane ou le tétrafluorure de germanium et

le germane Des constituants élémentaires de dopants com-

prennent le diborane et la phosphine Toutefois, les ma-

tières précédentes ne sont que des exemples et ne sont pas prévues limiter la composition des matières de production

de couche possibles dans le concept de la présente invention.

La fig 1 représente également une paire de bras allongés 130 et 145 tournants de mise en prise du substrat prévu pour tourner avec un axe 140 En se référant tout

d'abord au bras 130, ce bras est prévu pour pivoter sélec-

tivement vers le bas à partir d'une position normale de départ haute vers une position de fonctionnement basse de mise en contact avec le substrat et dans laquelle il vient en butée avec le bord 135 du substrat 60 et le pousse afin d'expulser le substrat 60, monté de manière coulissante à

l'intérieur du guide inférieur en "U" 65 et du guide supé-

rieur en "U 70, depuis la région de plasma 90 du logement 10 Une autre rotation du bras 130 avec l'axe 140 complète l'expulsion du substrat 60 et l'éloigne du bottier 10 Le

bras 130 est alors prévu pour revenir à sa position de dé-

part dans laquelle il est prêt à venir en prise avec un bord d'un nouveau substrat pour introduire ce nouveau

substrat dans la région de plasma 90 du bottier 10 De ma-

nière analogue, le bras 145, placé sur le c 8 té de la ca-

thode 25 opposé au bras 130, est prévu pour tourner avec l'axe 140 pour venir en prise avec le bord 150 du second substrat 75 afin d'expulser ce dernier, lequel est monté de manière coulissante à l'intérieur du guide inférieur en n U" 80 et du guide supérieur en "U' 855, et l'éloigner du

bottier 10 Une autre rotation du bras 145 complète l'ex-

pulsion du substrat 75, après quoi le bras 145 est prévu pour revenir à sa position de départ dans laquelle il est prêt à venir en prise avec un bord d'un nouveau substrat afin d'introduire ce nouveau substrat dans la région de plasma 100 Les bras 130 et 145, l'axe 140, les guides supérieurs 70 et 85, les guides inférieurs 65 et 80 ainsi qu'un moteur d'entraînement, non représenté, permettant de faire tourner l'axe 140, se combinent afin d'introduire cycliquement les substrats 60 et 75 dans les régions de Plasma 90 et 100 respectivement et de les expulser de ces régions De cette façon, un nouveau substrat peut être déplacé à travers les régions de plasma 90 et 100, pendant chaque cycle de dép 8 t Il est évident qued'autres moyens de déplacement du substrat à travers les régions de plasma peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention. La fig 3 illustre bien la façon selon laquelle la rotation du bras 145 agit pour expulser le substrat 75 du bottier 10 On voit également à la fig 3 la position de

départ et de non 7 fonctionnement haute et généralement hori-

zontaledu bras 145 illustré en traits mixtes par la réfé-

rence 155 La rotation du bras 145 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre fait glisser le substrat 75 à l'intérieur des guides en "U" 90 Lorsque le bras 145 a tourné de 180 degrés daes le sens contraire des aiguilles d'une montre, l'expulsion du substrat 75 est complète et le bras 145 tourne de 180 degrés dans la direction des aiguilles d'une montre afin de revenir à sa position de

départ 155 Ceci représente un cycle complet.

La vue en perspective du sous-ensemble illustré à la fig 2 représente la relation spatiale entre la cathode centrale 25, les substrats 60 et 75, les régions de plasma 90 et 100, les éléments de chauffage 110 et 120 et les écrans réflecteurs de chaleur 115 et 125 Les substrats et 75 sont tous deux montés dans un plan généralement parallèle et à une distance optimale d'environ 2,5 cm par

rapport au plan de la cathode 25 afin de former les ré-

gions de plasma uniformes 90 et 100, respectivement.

Etant donné qu'il est souhaitable de prévoir une dis-

tribution de chaleur régulière sur les substrats 60 et 75

afin de former des régions de plasma 90 et 100 suscepti-

bles de déposer des couches amorphes uniformes sur les substrats 60 et 75, les éléments de chauffage 110 et 120 ainsi que les écrans réflecteurs de chaleur 115 et 125 sont montés dans des plans généralement parallèles aux plans des substrats 60 et 75 Il est cependant évident que les positions angulaires des plans des éléments de chauffage par rapport aux plans des substrats ne sont pas critiques

tant que les éléments de chauffage sont prévus pour four-

nir une distribution régulière de chaleur sur le substrat.

La fig 4 illustre un second mode préféré de réalisa-

tion de là présente invention représenté dans son ensemble par la référence 200, cette forme de réalisation étant

particulièrement appropriée pour la production à grand vo-

lume de dispositifs photovoltalques amorphes à plusieurs couches L'appareil de dépôt 200 à décharge luminescente à chambres multiples est prévu pour produire plusieurs

couches amorphes empilées sur une feuille continue de subs-

* trat 205 La feuille continue de substrat 205 s'étend à

travers plusieurs chambres-de dépôt particulières 210 a-

210 i pour déposer des couches successives de matière amor-

phe Bien que les chambres de dépôt 210 a-210 i soient de

préférence prévues le long d'un axe généralement horizon-

tal, les chambres peuvent être disposées le long d'un axe généralement vertical ou dans une configuration à gradins

sans sortir du cadre de la présente invention.

Des couches semi-conductrices amorphes successives sont prévues pour êtredéposées sur la feuille continue de

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substrat 205 au fur et à mesure qu'elle se déplace à tra-

vers les chambres de dépôt 210 a-210 i A l'extrémité d'ali-

mentation des chambres, un galet débiteur tournant 220 est prévu pour faire avancer le bord avant de la feuille de substrat 205 depuis un galet tournant 225 jusqu'à la pre- mière chambre de dépôt 210 a A l'extrémité d'enroulement

des chambres, un galet d'enroulement tournant 230 est pré-

vu pour recueillir la feuille de substrat 205 à partir

d'un galet tournant 235 à la fin du processus de dépôt.

La feuille-de substrat 205, le galet débiteur 220, le ga-

let d'enroulement 230, les galets tournants 225 et 235 et un ou plusieurs moteurs d'entraînement, non représentés, se combinent pour créer, d'une part, un mécanisme actionné sélectivement pour déplacer la feuille de substrat 205 à travers chacune des chambres de dépôt 210 a-210 i et, d'autre

part, au moins une partie de l'appareil prévu pour le sup-

port de la feuille de substrat 205 dans un plan sensible-

ment vertical au fur et à mesure qu'elle se déplace à tra-

vers les régions de plasma formées dans les chambres de

dépôt 210 a-210 i.

La seconde forme préférée 200 de l'invention est pré-

vue pour déposer simultanément des couches amorphes sur une seconde feuille de substrat 245 disposée sur le côté de la cathode 270 opposé au côté sur lequel est placée la première feuille de substrat 205 décrite précédemment A cette fin, la seconde feuille de substrat 245 emmagasinée sur un galet d'alimentation 250 est entraînée autour d'un galet tournant 255 pour se déplacer à travers chacune des

chambres de dépôt 210 a-210 i, et est ensuite entraînée au-

tour du galet tournant 260 pour être recueillie sur un -

galet d'enroulement 257 De cette façon, les faces opposées

d'une cathode unique, telle que la cathode 270, sont pré-

vues pour former simultanément une première région de plas-

ma 258 entre l'une de ses faces et la première feuille de substrat 205 et une seconde région de plasma 259 entre l'autre de ses faces et cette seconde feuille de substrat 245. Il est évident que l'ensemble des chambres de dépôt 210 a-210 i de la forme de réalisation illustrée en 200 à la fig 4 est également capable de déposer des couches amor- phes sur plusieurs plaques individuelles de substrat telles que les plaques de substrats 60 et 75 de la fig 2 au lieu

de le faire sur la feuille continue de substrat 205 et 245.

Les bras tournants 130 et 140 représentés à la fig 1 et décrits précédemment pourraient facilement être adaptés pour déplacer de telles plaques individuelles de substrat depuis une chambre de dépôt, telle que la chambre 210 a,

jusqu'à une chambre de dép 8 t contiguë, telle que la cham-

bre 210 b.

Il est essentiel que les couches amorphes déposées-

soient de très grande pureté afin de produire des disposi-

tifs semi-conducteurs présentant les propriétés électriques

requises Si les matières de production de couche intro-

duites dans l'une des chambres de dép 8 t de dopant 210 a-

210 i pouvaient s'écouler dans une chambre de dépôt conti-

gu&, la matière de production des couches des chambres de dép 8 t contiguës serait contaminée et le semi-conducteur serait rendu Inopérant En conséquence, un sas 280 est prévu à l'extrémité d'entrée et A l'extrémité de sortie des chambres de dép 8 t 210 a-210 i (bien que cela n'ait été

représenté que pour les chambres de dép 8 t 210 a et 210 i).

Les sas 280 comprennent un couloir relativement étroit qui

coopère avec un des systèmes de pompage de vide afin d'éta-

blir un écoulement unidirectionnel des matières de produc-

tion de couche à travers le couloir C'est également à travers ce couloir que la couche de substrat 205 passe Il est évident qu'au cas o deux couches de substrat 205 et

245 sont utilisées de manière simultanée, les sas 280 pré-

sentent deux passages, un passage étant prévu de chaque

c 8 té de la cathode 270 Bien qu'une description complète

des sas 280 soit estimée être inutile, de tels sas étant maintenant bien connus des spécialistes, pour des raisons de clarté il y a lieu de noter que ces chambres de dép 8 t, présentant des matières de production de couche qui ne peuvent pas être contaminées, sont maintenues à une pres-

sion interne supérieure aux chambres contiguës Le diffé-

rentiel de pression entre les chambres contiguës établit l'écoulement unidirectionnel de la matière de production

de couche dans la direction désirée.

Sur la base de la description précédente, on voit que,

lorsque le plan du substrat fait un certain angle entre le plan horizontal et un plan vertical, moins de débris de dépôt peuvent s'accumuler dessus et affecter de manière

nuisible les propriétés électroniques des couches amorphes.

La durée de fonctionnement de la cathode est de mâme accrue du fait que les débris provenant du processus de dép 8 t ne masquent pas des parties de la surface de la cathode qui

forment la région de plasma En outre, les formes de réali-

sation décrites précédemment crient un appareil de dépôt à décharge luminescente caractérisé par une simplicité de fonctionnement, un rendement économique, une souplesse et

une fiabilité.

L'invention nient pas limitée aux exemples de réali-

sation représentés et décrits en détail, car diverses mo-

difications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1 Appareil de dépôt par décharge luminescente dans lequel une couche amorphe est déposée sur un substrat,

l'appareil comprenant un bottier, une chambre à vide déli-

mitée par le bottier, des moyens-pour former une région de plasma dans la chambre à vide, ces moyens comprenant une cathode, au moins un premier substrat, des moyens pour introduire une matière amorphe de production de couche

dans la région de plasma, une matière amorphe de produc-

tion de couche, et des moyens pour chauffer le substrat, caractérisé par la combinaison de ce qui précède avec des moyens ( 20) pour le support de la cathode ( 25, 270) dans un plan non horizontal à l'intérieur du bottier ( 10) afin de diminuer la quantité de débris de dépôt recueillis sur

la cathode.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en

outre en ce que les moyens de support de la cathode compren-

nent une base ( 20) électriquement isolée pour le support amovible de la cathode ( 25, 70) dans un plan généralement vertical, et en ce que le substrat ( 60, 205) est monté

dans un plan généralement parallèle au plan de la cathode.

3 Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2,

dans lequel les moyens de formation de région de plasma sont en outre caractérisés par un second substrat ( 75, 245) -sur le côté de la cathode ( 25, 270) opposé au premier substrat ( 60, 205} ainsi que par des moyens ( 80, 85) pour

le support du second substrat dans un second plan généra-

lement parallèle au plan de la cathode.

4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que la cathode ( 25, 270) présente au moins deux faces planes ( 95, 105) et en ce que des régions de plasma ( 90, 100, 258, -259) sont formées sur les deux côtés

de la cathode entre les faces de la cathode et les subs-

trats afin de déposer des couches amorphes sur chacun des

substrats.

25241 99

Appareil selon la revendication 1, dans lequel les moyens-de formation de région de plasma sont en outre

caractérisés par un ensemble de plaques distinctes de subs-

trat ( 60, 75).

6 Appareil selon la revendication 5, dans lequel les moyens de formation de région de plasma sont en outre

caractérisés par dès moyens ( 130, 145) permettant de dépla-

cer l'ensemble des plaques distinctes de substrat ( 60, 75) en paire, une plaque de chaque c 8 té et dans des plans généralement parallèles au plan des faces ( 95, 105) de la cathode ( 25) afin de former une région de plasma ( 90, 100) entre chaque plaque de la paire de plaques de substrat

et la face contiguë de la cathode.

7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que chaque plaque de la paire de plaques distinctes de substrat ( 60, 75) est montée à une distance

d'environ 2,5 cet de le cathode ( 25).

8 Appareil selon l'une des revendications 1 à 7,

dans lequel les moyens de chauffage sont en outre caracté-

risée par au moins un élément de chauffage ( 110, 120) monté dans un plan généralement parallèle au plan dela cathode

et sur le côté du substrat ( 60, 75) opposé à la cathode.

9 Appareil selon la revendication 8, dans lequel les moyens de chauffage sont en outre caractérisés par au moins un écran réflecteur de chaleur ( 115, 125) monté dans un plan généralement parallèle au plan de la cathode ( 25) et du côté de l'élément de chauffage ( 110, 120) opposé à la cathode, cet écran étant prévu pour réfléchir la chaleur provenant de l'élément de chauffage en direction de chacun

des substrats ( 60, 75).

Appareil selon l'une des revendications 1 à 9,

caractérisé en outre par des moyens ( 130, 145) pour expul-

ser cycliquement le ou les substrats ( 60, 75) de la région

de plasma ( 90, 100).

11 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en outre en ce que les moyens d'expulsion du substrat comprennent au moins un bras tournant (i 3 o, 145) prévu pour venir en prise avec un bord du substrat ( 60, 75) afin d'expulser le substrat de la région de plasma ( 90, 100) par rotation de ce bras. 12 Appareil de dépôt à décharge luminescente dans lequel plusieurs couches amorphes empilées sont déposées sur un substrat, l'appareil comprenant plusieurs chambres de dép 8 t contiguës reliées de manière fonctionnelle, des

moyens à l'intérieur de chaque chambre pour former une ré-

gionde plasma dans chacune des chambres de dépôt, chacun desdits moyens de formation de régions de plasma comprenant au moins une cathode, au moins un premier substrat, des moyens pour introduire une matière amorphe de production de couche dans la région de plasma, une matière amorphe

de production de couche, des moyens pour chauffer le subs-

trat, ainsi que des moyens pour commander l'écoulement de la matière de production de couche entre les chambres de dépôt, l'appareil étant caractérisé par la combinaison de -20 ce qui précède avec: des moyens ( 20) pour le support de ou des cathodes ( 25,

270) dans un plan non horizontal à l'intérieur des cham-

bres ( 210 a-210 i); des moyens ( 65, 70, 80, 85) pour le support du ou des substrats ( 60, 205) dans un plan parallèle au plan de la cathode; et

des moyens ( 130; 145, 220, 230) pour introduire automa-

tiquement le ou les substrats dansdes chambres de dépôt contiguës et expulser automatiquement le ou les substrats de ces chambres afin de déposer une couche amorphe sur ce

ou ces substrats dans chacune des chambres de dépôt suc-

cessives. 13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en outre en ce que la cathode ( 25, 270) est montée dans un

plan généralement vertical.

14 Appareil selon l'une des revendications 12 ou

13, caractérisé, en outre, en ce que les moyens de support de la cathode comprennent une base électriquement isolée

( 20).

15 Appareil selon l'une des revendications 12 à 14,

caractérisé en outre en ce que le substrat est délimité

par plusieurs plaques distinctes de substrat ( 60, 75).

16 Appareil selon la revendication 15, dans lequel

lesdits moyens d'introduction et d'expulsion sont carac-

térisés en outre par des moyens permettant de déplacer l'ensemble des plaques distinctes ( 60, 75) en paires, l'une de chaque côté et dans des plans généralement parallèles à la cathode ( 25) afin de former une région de plasma ( 90, ) entre chaque plaque de la paire de plaques et la

cathode -

17 Appareil selon la revendication 16, caractérisé

en outre en ce que chacune des plaques de la paire de pla-

ques distinctes de substrat ( 60, 75) est montée à une dis-

tance d'environ 2,5 cm de la cathode ( 25).

18 Appareil selon la revendication 16, dans lequel les moyens d'introduction et d'expulsion sont en outre caractérisés par au moins un bras tournant ( 130, 145)

prévu pour venir en prise avec un bord des plaques dis-

tinctes ( 60, 75) afin d'introduire ces plaques dans les régions de plasma ( 90, 100) et expulser ces plaques des

régions de plasma.

19 Appareil selon l'une des revendications 12 à 15,

caractérisé en outre en ce que le substrat comprend au moins une feuille continue ( 205), la feuille du substrat

étant de longueur suffisante pour s'étendre à travers chà-

cune des chambres de dép 8 t ( 210 a-210 i).

Appareil selon la revendication 19, caractérisé, en outre, en ce que les moyens de formation de région de plasma comprennent deux substrats de feuille continue ( 205, 245), le second substrat étant également monté dans un plan

2524 199

généralement parallèle au plan de la cathode ( 270) et sur

le c 8 té de la cathode opposé au premier substrat.

21 Appareil selon la revendication 20, dans lequel les moyens d'introduction et d'expulsion sont en outre caractérisés par des moyens permettant de déplacer les deux feuilles continues ( 205, 245), toutes deux dans des plans généralement parallèles à la cathode ( 270) et une de chaque côté de la cathode, à travers la succession des

chambres de dép 8 t ( 210 a-210 i) afin de déposer une succes-

sion de couches amorphes sur les substrats

22 Appareil selon I'une des revendications 12 à 21,

caractérisé en outre en ce que chacun des moyens de chauf-

fage comprend au moins un élément de chauffage ( 110, 120)

monté dans un plan généralement, parallèle au plan du subs-

trat ( 60, 75,205, 245) et sur le côté du substrat opposé

à la cathode ( 25, 270).

23 Appareil selon la revendication 22, dans lequel les moyens de chauffage sont en outre caractérisés par au moins un écran réflecteur de chaleur ( 115, 125) monté dans un plan généralement parallèle au plan du ou des substrats ( 60, 75, 205, 245) et sur le c 8 té du substrat opposé à la cathode ( 25, 270) afin de réfléchir la chaleur provenant de l'élément de chauffage ( 110, 120) vers le substrat.