FR2613535A1 - Reacteur permettant de faire deposer une couche sur un substrat mobile pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur - Google Patents
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Abstract
UNE PILE SOLAIRE POSSEDANT UNE STRUCTURE EN COUCHES AYANT DES CARACTERISTIQUES AMELIOREES PEUT ETRE FABRIQUEE PAR UN PROCEDE CVD ASSISTE PAR PLASMA AVEC UNE VITESSE DE DEPOT ELEVEE. DES SEPARATEURS 11 PLACES ENTRE DES ELECTRODES DE DECHARGE 6, 7 PERMETTENT DE COMMANDER LA DISTRIBUTION DE LA COMPOSITION DU GAZ DE REACTION CONTENU DANS LA CHAMBRE DE REACTION 2 ET DE DONNER UN PROFIL DE COMPOSITION VOULU POUR LA COUCHE DANS LA DIRECTION DE SON EPAISSEUR. UNE ELECTRODE DE GRILLE 23 EST INSEREE ENTRE LE SUBSTRAT 17 ET UNE PREMIERE DES ELECTRODES DE DECHARGE DANS LA SEULE PARTIE D'ENTREE DE CELLES-CI DE SORTE QU'ON PEUT APPLIQUER UNE PUISSANCE ELEVEE AUX ELECTRODES DE DECHARGE ET AINSI AUGMENTER LA VITESSE DE DEPOT SANS ENDOMMAGER L'INTERFACE ENTRE LA COUCHE DEPOSEE ET UN SUBSTRAT SOUS-JACENT. UN MOYEN 47 D'AJUSTEMENT DE CHAMP ELECTRIQUE SOUS FORME DE FIL METALLIQUE PAR EXEMPLE EST PLACE DANS L'OUVERTURE D'UN MASQUE UTILISE ENTRE LE SUBSTRAT ET L'UNE DES ELECTRODES DE DECHARGE ET PERMET DE COMMANDER LA QUALITE ET L'EPAISSEUR DE LA COUCHE A DEPOSER.
Description
La Dresente invention concerne un réacteur de fabrication d'un dispositif
semiconducteur et, en particulier, un réacteur
permettant de faire déposer une couche sur un substrat en depla-
cement par un procédé de dépôt chimique sous forme vapeur assisté
par plasma (PACVD), qui convient tout spécialement pour la fabri-
cation d'une pile solaire.
Les procédés de fabrication d'un dispositif semicon-
ducteur par dépôt d'une ou plusieurs couches semiconductrices minces sur un substrat dans une atmosphère de plasma par un procédé de déepst chimique sous forme vapeur (CVD) sont bien ccnnus; par exemple, on connaît un procédé de fabrication d'une pile solaire au silicium amorphe par décomposition du gaz silane (SiH4) par une décharge luminescente. On note qu'une pile solaire au silicium amorphe typique possède une structure du type substrat-silicium microcristallin de type n-silicium amorphe de type i-silic4ur microcristallin de type p. Parmi les procédés connus, un procédé dans Lequel un substrat se déplace de manière continue dans une atmosphère de décharge de plasma CVD est considére comme approprié à une fabrication efficace d'une couche semiconductrice mince à une
grande échelle.
On peut mettre en oeuvre ce procédé par les deux moyens suivants. Le premier est le procédé de blocage en charge dans lequel une unique ou, si nécessaire, plusieurs chambres de réaction complètement isolées de décharge de plasma sont disposées entre une chambre de cnarge et une chambre d'enroulement, des substrats étant montés sur un chariot et étant transportés dans chaque chambre, y compris la chambre de réaction, et une couche est déposée sur les substrats pendant le séjour dans la ou les chambres de réaction. Le deuxième est le procédé rouleau-rouleau, dans lequel un substrat est fourni sous forme d'une bande enroulée qui est transportée d'une chambre de rouleau d'alimentation à une chambre de rouleau de rebobinage, entre lesquelles une unique ou, si nécessaire, plusieurs chambres de réaction de décharge de plasma sont disposées, et une couche est déposée sur le substrat pendant qu'it
se déplace de manière continue dans la ou les chambres de reaction.
Selon un processus avantageux, la structure p-i-n d'une pile solaire est fabriquée dans des chambres de réaction raccordées successivement dans lesquelles un substrat, de préférence une bande enrouLée, se déplace de manière continue et dans lesqueLles des couches de type p, de type i et de type n sont successivement déposées. Dans le processus de dépôt de couches semiconductrices sur un substrat par le procédé CVD par décharge de plasma (procédé
CVD assisté par plasma), si plusieurs couches ayant des compo-
sitions d&fférentes ou des nHveaux différents d'impuretés de dopage doivent être formées, le gaz de réaction change pour chaque couche dans une chambre de réaction, ou bien plusieurs chambres de réaction, dans lesquelles on utilise des gaz de réaction différents, sont raccordées en série et le substrat est transporté successivement dans ces chambres de réaction. Ceci est dû au fait qu'une unique chambre de réaction implique que le gaz de plasma ait une composition presque uniforme et n'autorise pas l'emploi d'une distribution spatiale appropriée pour la composition du gaz de plasma. Ainsi, si l'on pouvait former dans une unique chambre de réaction une distribution spatiale voulue pour la composition du gaz de plasma, on pourrait former plusieurs couches ayant des compositions différentes ou des niveaux d'impuretés de dopage différents en déplaçant simplement le substrat au travers d'un gaz
de plasma ayant cette distribution spatiale voulue pour la compo-
sition dans une unique chambre de réaction, ce qui autoriserait une simplification du procédé et de l'appareil de fabrication des
différentes couches.
Lorsqu'il faut former consécutivement sur un substrat plusieurs couches ayant des compositions différentes ou des niveaux de dopage différents, cette pluralité de chambres de réaction devient malheureusement nécessaire, puisqu'il faut alimenter chacune des chambres de réaction avec un gaz de réaction présentant
une même composition.
Lorsqu'on utilise plusieurs chambres de réaction dans le procède rouleaurouleau, les chambres de réaction respectives ne sont pas complètement séparées et indépendantes, mais sont reliées entre elles par le passage suivant lequeL le substrat se déplace et, en résultat, il est inévitable que les gaz de réaction se trouvant dans des chambres de réaction voisines se mélangent en utilisant le passage réservé au substrat qui existe entre les chambres de réaction. Comme le mélange ci-dessus indiqué des gaz de
réaction provoque une détérioration des caractéristiques du dispo-
sitif constitué de plusieurs couches ayant des compositions diffé-
rentes, des propositions ont été faites visant à la formation d'un courant gazeux directionnel prédéterminé le long du passage du substrat entre les chambres de réaction (voir le brevet japonais publié sans examen (Kokai) n 58-216475); visant à prévoir une chambre tampon entre les chambres de réaction, grâce a laquelle chaque gaz de réaction se trouvant dans les chambres de réaction est isolé par pompage jusqu'à un niveau de vide prédéterminé (voir le brevet japonais oublié sans examen (Kokai) n 58-34668); et visant à prévoir une rainure d'interconnexion des chambres de réaction et à établir un courant gazeux depuis la fente jusque dans une chambre de réaction ajec un débit suffisant pour maintenir un rapport de concentration de 104 entre les chambres de réaction (brevet des Etats-Unis d'Amérique nc 4 438 723). Toutefois, avec ces procédés, oes qu'un gaz de réaction a pénétré dans une chambre de réaction voisine au-delà du moyen d'isolation (la chambre tampon), le gaz de réaction ayant réussi à pénétrer diffuse dans toute la chambre de réaction voisine et se répartit uniformément dans cette chambre de réaction, de sorte qu'il n'y a pas moyen de
commander la répartition de la composition ou le niveau des impu-
retés de dopage suivant la direction de l'épaisseur des couches au niveau de l'interface des couches successivement déposées, par exemple pour réaliser une jonction présentant un certain gradient
ou une jonction présentant une discontinuité. On sait que l'exis-
tence d'un profil particulier pour le niveau de dopage d'une couche ce silicium de type i peut améliorer les caractéristiques d'une pile solaire au silicium amorphe présentant une structure p-i-n (voir par exemple "Technical Digest, 1st International Photovoltaic Science and Engineering Conference, nov. 13-16/1984", P-I-16, pages 187-190). Le fait de pouvoir commander le profiL d'un ni\eau ce
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dopage dans une couche déposée est clairement avantageux dans la
fabrication d'une pile solaire au silicium amorphe.
Un but de l'invention est de résoudre les problèmes ci-dessus mentionnés de la technique antérieure et de permettre d'ajuster la répartition spatiale d'un gaz de réaction dans une chambre de réaction unique pendant l'application d'un procédé CVD par décharge de plasma. Un autre but de l'invention est de produire, par exemple, des couches ayant un profil d'interface
voulu, tel qu'une jonction à gradient ou à discontinuité.
Pour la fabrication d'une pile solaire à une grande échelle, il faut augmenter la vitesse de dépôt. Pour accélérer la
vitesse de dépôt, on augmente la puissance de la décharge lumines-
cente en présence d'une quantité suffisante de gaz de réaction afin
d'augmenter la concentration des substances particulières actives.
Toutefois, avec ce procécé, on sait que l'augmentation de la puissance de la décharge luminescente provoque une augmentation de l'énergie cinétique des particules chargées, ce qui entraîne le
phénomène dit de dommages dus au plasma, par exemple un endomma-
gement de la surface du substrat ou de la couche déposée sur le substrat du fait du bombardement par les particules chargées et,
par conséquent, une détérioration des caractéristiques du dispo-
sitif comportant la couche déposée. Cet inconvénient est particu-
lièrement important lorsqu'on forme une couche semiconductrice de type i sur une couche semiconductrice de type p ou de type n lors
de la fabrication d'une pile solaire au silicium amorphe.
Un autre but de l'invention est de résoudre ce problème de la technique antérieure et de permettre le dépôt rapide d'une couche par le procédé CVD par décharge de plasma sans provoquer de
dommages dus au plasma.
Il est nécessaire de pouvoir agir sur l'épaisseur d'une couche lors du dépôt de la couche sur un substrat mobile dans le procédé CVD par décharge de plasma. A cet effet, un masque est quelquefois prévu pour ajuster la quantité de plasma atteignant la surface d'un substrat de manière à pouvoir agir sur l'épaisseur d'une couche déposée. Un masque est également utilisé pour le dépôt d'une couche suivant une configuration voulue. Toutefois, la demanderesse a découvert que Le fait d'utiliser un masque amène une variation de la qualité de la couche semiconductrice déposée, entre La partie bord et la partie centraLe de L'ouverture du masque. Lors du dépôt d'une couche de siLicum amorphe microcristaLLisé par un procédé CVD par décharge de plasma utilisant un masque, il a été trouvé que la partie de la couche déposée voisine du bord de l'ouverture du masque avait été microcristallisée, mais que la coucne déposée au voisinage du centre de l'ouverture du masque était amorphe et que la conductivité de la couche déposée diminuait
graduellement du bord vers le centre de la couche.
Ainsi, un but de l'invention est de résoudre ce problème
et de permettre un dépôt uniforme de la couche, même en cas d'uti-
lisation d'un masque en vue de la commande de la qualité ou de
l'épaisseur d'une couche à déposer.
Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un réacteur permettant de déposer une couche sur un substrat mobile, ledit réacteur comprenant: une chambre de réaction possédant des extrémités opposées; des électrodes de décharge électrique disposées en regard l'une de l'autre dans la chambre de réaction, ie substrat étant déplacé entre Les électrodes mutuellement en regard d'une extrémité à l'autre de la chambre de réaction; un
moyen servant à fournir un gaz de réaction à la chambre de réac-
tion; un moyen servant à séparer en plusieurs régions au moins L'espace situé entre le substrat mobile et l'une des électrodes placées en regard l'une de l'autre et à sensiblement empêcher la diffusion d'un gaz entre les régions séparées; et une source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les électrodes placées en regard l'une de l'autre afin d'exciter le gaz de réaction à l'état de plasma; si bien qu'une couche ayant un profil à composition en profondeur modifiée
est déposée sur le substrat.
La mise en oeuvre de cet aspect de l'invention repose sur
la découverte que, si l'on dispose Les séparateurs perpendiculai-
rement entre les électrodes de décharge afin d'empêcher une inter-
diffusion des gaz dans les régions séparées, ceux-ci n'entraenent pas de perturbation de la décharge luminescente, ce qui permet un dépôt stable et que, en limitant le passage d'un gaz de réaction entre les régions séparées à une aire étroite du voisinage de la surface du substrat et en positionnant une entrée de gaz et une sortie de gaz suivant la direction de déplacement du substrat, on peut ajuster la répartition de la composition du gaz suivant la
direction de déplacement du substrat.
Le moyen de séparation utilisé selon l'invention n'est pas spécialement limité dans la mesure o il agit comme barrière vis-à-vis d'un gaz, mais il est de préférence fait d'une matière qui n'est pas endommage par le plasma, comme par exemple l'acier
inoxydable. Le séparateur est, de façon genérale, connecté électri-
quement à la terre en même temps que La chambre de réaction, mais it peut être électriquement flottant ou polarisé. La forme du séparateur ne fait l'objet d'aucune limitation dans la mesure o
celle-ci empêche la diffusion d'un gaz dans la direction de dépla-
cement du substrat, mais on la choisit normalement de façon qu'une barrière totale soit produite pour toutes les sections droites de la chambre de réaction à l'exception d'un intervalle entre le moyen de séparation et le substrat mobile. Si un élément est placé dans la chambre de réaction, le séparateur peut avoir une forme par laquelle est bloqué le passage seul laissé par cet élément à un gaz. Toutefois, ordinairement, l'intervalle, doit comprendre une
fente permettant la diffusion d'un gaz.
Le nombre de plaques de séparation et les distances qui les séparent dépendent du profil voulu, suivant la direction de l'épaisseur de la couche, pour la composition de la couche à
déposer, et ceci est déterminé par l'expérience.
Les emplacements des orifices d'entrée et de sortie de gaz sont également détermines par l'expérience, en fonction du profil voulu, suivant la direction de l'épaisseur de la couche, pour la composition de la couche à déposer. Par exemple, si l'on souhaite obtenir deux couches ayant des compositions différentes, on peut placer les orifices d'entrée relatifs aux gaz de réaction respectifs aux deux extrémités de la chambres de réaction suivant la direction du déplacement du substrat, un orifice d'évacuation commun étant place entre eux. Si l'on désire une couche possédant
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un profil de composition graduellement variable, on peut placer Les orifices d'entrée relatifs aux gaz de réaction respectifs aux deux extrémités de la chambre de réaction, suivant la direction de déplacement du substrat, un orifice d'évacuation commun étant placé à l'une des extrémités de la chambre de réaction. Dans ce cas, l'un des gaz de réaction peut être un gaz de dopage, de sorte qu'on peut obtenir une couche possédant une concentration graduellement variable en un agent de dopage suivant la direction de l'épaisseur
de la couche.
Selon cet aspect de l'invention, il peut être avantageu-
sement réalisé une remarquable simplification du système de
formation d'une pluralité de couches utilisant le procéde rouleau-
rouleau. De plus, il dejient avantageusement possible de produire un réacteur permettant de former une couche dans laquelle le profil
de composition est ajusté.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prooosé un réacteur permettant le dépôt d'une couche sur un substrat mobile, ledit réacteur comprenant: une chambre de réaction possédant des extrémités opposées, des électrodes de décharge électrique disoosées en regard l'une de l'autre dans la chambre de réaction, ledit sustrat étant déplacé entre les électrodes mutuellement en
regard d'une première extrémité à l'autre de la chambre de réac-
tion; un moyen servant à fournir un gaz de réaction a la chambre de réaction; une source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentat4on électrique entre les électrodes placées l'une en regard de l'autre afin d'exciter le gaz de réaction à l'état de plasma, et une électrode de grille disposée entre l'une des électrodes placées mutuellement en regard et le substrat mobile sur une longueur donnée mesurée depuis une extrémité des électrodes mutuellement en regard voisine de ladite première extrémité de la
chambre de réaction en direction d'une autre extrémité des élec-
trodes mutuellement en regard voisine de ladite autre extrémité de la chambre de réaction, ladite électrode de grille ayant une largeur plus grande que la largeur du substrat mobile; si bien que des dommages provoqués à l'interface du substrat et à la ccucne
déposée par le bombardement par plasma sont empêchés.
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Les découvertes suivantes sont à la base de cet aspect de l'invention. Si on applique une puissance de décharge élevée pour préparer une couche avec une vitesse de dépôt éLevée, le rendement de conversion d'énergie de la pile solaire résultante diminue S05 ordinairement. Ceci est dû à une détérioration de la couche de silicium amorphe de type i, laquelle est due à la contamination de
cette couche par La matière pulvérisée à partir de la couche sous-
jacente au début du dépôt de la couche de type i. Cette contami-
nation est provoquée par le bombardement par plasma de la couche sousjacente au début du depôt de la couche de type i. Après l'étude de divers procédés visant a diminuer le bombardement par plasma, il a été découvert que la mise en place d'une électrode de grille entre les électrodes de décharge dans le seul voisinage du côté entrée de celles-ci pouvait diminuer l'énergie du plasma seulement au niveau et au voisinage de la partie de l'électrode de grille et empêchait le phénomène ci-dessus mentionné de dommages dus au plasma tout en permettant un dépôt rapide en une partie autre que la partie de l'électrode de grille et son voisinage, sans
que ce deépôt rapide soit altéré par l'électrode de grille.
La mise en oeuvre de cet aspect de l'invention a été accomplie en relation avec la fabrication d'une pile solaire au silicium amorphe, mais il est clair que l'invention peut être appliquée à d'autres processus de dépôt d'une couche sur un substrat. Ainsi, cet aspect de l'invention est applicable à un dispositif à pellicule mince possédant une couche placée sur un substrat (le substrat peut posséder une autre couche à sa surface supérieure). C'est le fait que des dommages causés à l'interface entre la couche et le substrat déteriorent de façon très nette les caractéristiques du dispositif, tandis que l'exposition de la partie interne de la couche à un semblable plasma très énergétique a pour effet d'accélérer la décomposition du gaz de réaction sans
altérer les caractéristiques du dispositif.
L'électrode de grille de l'invention n'est disposée qu'au
niveau d'une partie des électrodes parallèles de décharge lumines-
cente, au voisinage du côté d'entrée du substrat. La longueur de l'électrode de grille doit être déterminée par l'expérience, puisque le rôLe qu'elle joue dépend de la couche et de la tension de polarisation qui lui est appliquée. Toutefois, en pratique, on choisit la longueur de l'électrode de grille de manière appropriée en la maintenant dans les limites de la moitié de la longueur totale des électrodes parallèles de décharge luminescente, par exemple un tiers ou moins, pour obtenir la vitesse voulue de dépôt de la couche semiconductrice. On choisit le type de l'électrode de grille parmi celles comportant des feuilles perforées possédant de nombreux pores sur toute la surface de la feuille, y compris des forbes en mailles, ou en filet, et er peigne. Gn cncisit la dimension du pore Ce façon que le plasma puisse être retenu, tandis que le passage des substances particulières activées est empêche le moins possible. En pratique, on choisit la taille du pore de façon qu'elle soit contenue dans La limite du numéro de raille 50, soit 300 pm environ, dans le cas d'une feuille en forme de mailles ou de filet. Selon un aspect supplémentaire de l'invention, il est proposé un réacteur permettant de faire déposer une couche sur un substrat obile, le réacteur comprenant: une chambre de réaction possédant des extrémités ooposées; des électrodes de décharge électrique disposées en regard l'une de l'autre dans la chambre de
réaction, le substrat étant edéplacé entre Les électrodes mutuel-
lemert en regard d'une extrémité à l'autre de la chambre de réaction; un moyen servant à fournir un gaz de reaction à la chambre de réaction; une source d'alimentation électrique servant à aelivrer une alimentation électrique entre les électrodes placées en regard l'une de l'autre afin d'exciter le gaz de réaction dans l'état de plasma; un masque comportant une ouverture, disposé entre l'une des électrodes opposées et le substrat mobile afin de délimiter une aire au niveau de laquelle la couche est déposée sur le substrat mobile, le masque étant doté d'un moyen permettant d'aiuster le champ électrique dans l'ouverture du masque si bien qu'on dépose sur le substrat une couche présentant une réoartitiorn
modifiée de sa qualité.
Pour mettre en oeuvre cet aspect de l'invention, on applique les considérations suivantes. A partir d'une étude sur les raisons pour lesqueLles La qualité de La couche n'est pas uniforme en cas d'utilisation d'un masque, il a été découvert que Le champ électrique se concentrait au voisinage du bord de L'ouverture du masque et qu'une décharge locaLe était produite entre Le substrat et la partie de bord du masque, ce qui entraîne un affaiblissement de l'intensité de la décharge au voisinage du centre de l'ouverture
ou du substrat.
Par conséquent, la demanderesse a expérimenté diverses mesures visant à uniformiser la distribution du champ électrique dans une partie de l'ouverture du masque, parmi lesquelles: changer la forme du bord de l'ouverture du masque, placer le masque aussi prés que possible du substrat, et supprimer la puissance appliquée, etc., dans le but de ne pas perturber le profil du plan isoélectrique. Toutefois, ces mesures ne se sont pas révélées satisfaisantes. Finalement, il a été placé, à la partie centrale de l'ouverture du masque, un moyen d'ajustement du champ électrique qui uniformise Le profil de potentiel appliqué, de manière que la distribution du champ électrique présente un profil uniforme dans
l'ouverture du masque, et le problème a été résolu.
Le moyen d'ajustement du champ électrique utilisé selon l'invention ne fait l'objet d'aucune limitation particulière dans la mesure o il rend le profil du champ électrique uniforme dans l'ouverture du masque tout en maintenant la fonction de l'ouverture du masque, mais il a été préféré des éléments en forme de fil, puisque ceux-ci n'affectent pas la distribution d'épaisseur de la couche, etc., mais permettent un ajustement efficace du champ électrique. L'élément en forme de fil peut être disposé en une simple position centrale dans l'ouverture, ou bien être un ensemble parallèle, un ensemble en forme de grille, avec un espacement approprié, etc., et, de préférence, il est choisi par l'expérience
en fonction de la taille et de la forme de l'ouverture du masque.
La matière de l'élément d'ajustement du champ électrique ne fait l'objet d'aucune limitation dans la mesure o il peut concentrer le champ électrique dans la décharge de plasma et ajuster le champ
électrique dans l'ouverture du masque, mais des matériaux électri-
quement conducteurs qui peuvent être aisément usinés sont préfé-
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rables et des métaux ayant une faible émission de gaz sont encore plus préférables, lesauels comprennent l'acier inoxydable, le
tungstène, le titane, le molybdène, etc., ces métaux étant résis-
tants vis-à-vis du plasma.
Pour la formation d'une couche de silicium amorphe micro-
cristallin, il faut appliquer une puissance d'au moins 5 mW/cm2 à toute la surface du substrat afin d'obtenir de bonnes propriétés électriques et critiques. Pour satisfaire cette exigence, le moyen d'ajustement du champ électrique est de préférence constitué par un élément en forme de fil (y compris un filament) d'un diamètre de
0,5 à 2 mm, de préférence de 1 à 1,5 mm.
De plus, on peut commander arbitrairement l'intensité du chanm électrique en faisant varier la distance entre le moyen
d'ajustement du champ électrique et le substrat.
La forme des électrodes parallèles de décharge auxquelles un masque doté du moyen d'ajustement de champ électrique ci-dessus indiqué peut être appliqué, pourra être du type plan parallèle, du
type plan incurvé parallèle doté d'une boite, ainsi que des élec-
trodes non parallèles. Dans le cas d'électrodes non parallèles, on peut ajuster la forme, la position, la matière, etc., du moyen d'ajustement de champ électrique pour produire un profil de champ
électrique uniforme.
En résultat de ce qui vient d'être énoncé, selon l'inven-
tion, il est proposé un système permettant de fabriquer un dispo-
sitif semiconducteur par depôt d'une première couche sur un substrat dans un premier réacteur, et dépôt d'une deuxième couche sur la première couche se trouvant sur le substrat dans un deuxième réacteur, puis dépôt d'une troisième couche sur La deuxième couche se trouvant au-dessus du substrat dans un troisième réacteur, le substrat étant transporté du premier réacteur au deuxième réacteur, puis au troisième réacteur, A) ledit première réacteur comprenant: i) une première chambre de réaction possédant une première et une deuxième extrémité; ii) une première et une deuxième électrode de décharge électrique disposées dans la première chambre de réaction, le substrat étant déplacé entre les première et deuxième électrodes, de la première à la deuxième extrémité de la première chambre de réaction; iii) un premier moyen de masquage comportant une ouverture, disposé entre la deuxième électrode et le substrat mobile, servant à délimiter une aire au niveau de laquelle la première couche est déposée sur le substrat mobile; iv) un premier moyen servant à fournir un premier gaz de réaction à la première chambre de réaction; et v) une première source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les première et deuxième électrodes afin d'exciter le premier gaz de réaction à l'état de plasma; B) ledit deuxième réacteur comprenant: i) une deuxième chambre de réaction possédant une troisième et une quatrième extrémité, la troisième extrémité de la deuxième chambre de réaction étant raccordée à la deuxième extrémité de la première chambre de réaction;
ii) une troisième et une quatrième électrode de décharge élec-
trique.disposées dans la deuxième chambre de réaction, le substrat qui porte la première couche étant déplacé entre les troisième et quatrième électrodes, de la troisième à la quatrième extrémité de la deuxième chambre de réaction; iii) un moyen servant à fournir un deuxième gaz de réaction à la deuxième chambre de réaction; iv) un moyen servant à séparer en plusieurs régions au moins l'espace se trouvant entre le substrat mobile et la quatrième électrode et à sensiblement empêcher la diffusion d'un gaz entre les régions séparées; et v) une deuxième source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les troisième et quatrième électrodes afin d'exciter le deuxième gaz de réaction à l'état de plasma; et C) un troisième réacteur comprenant: i) une troisième chambre de réaction possédant une cinquième et une sixième extrémité, la cinquième extrémité de la troisième chambre de réaction étant raccordée à la quatrième extrémité de la deuxième chambre de réaction;
ii) une cinquième et une sixième électrode de décharge élec-
trique disposées dans la troisième chambre de réaction, le substrat qui porte les première et deuxième couches étant déplacé entre les cinquième et sixième électrodes, de la cinquième à la sixième extrémité de latroisième chambre de réaction; iii) un deuxième moyen de masquage comportant une ouverture, disposé entre la sixième électrode et le substrat mobile, afin de délimiter une aire au niveau de laquelle La trc4siee cohe est déposée sur le substrat mobile, au moins l'un desdits premier et deuxième moyens de masquage étant doté d'un moyen permettant d'ajuster le champ électrique dans l'ouverture du masque; iv) un troisième moyen servant à fournir un troisième gaz de réaction à la troisième chambre de réaction; et v) une troisième source d'alimentation électrique servant à célivrer une alimentatior électrique entre les cinquième et sixième électrodes afin d'exciter le troisième gaz de réaction dans l'état
de plasma.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de
l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiQues et avantages, elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - La figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un système permettant la fabrication d'une pile solaire qui possède une structure p-i-n suivant le procédé rouleau-rouleau suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe de la pile solaire fabriquée par le système de la figure 1; - la figure 3 est une vue d'un séparateur placé dans le système de la figure 1; - la figure 4 représente le profil du bore dans une couche de type i obtenue au moyen d'expériences; - la figure 5 est une vue en perspective d'un exemple de la structure des électrodes et des séparateurs; - La figure 6 est une vue en coupe d'un réacteur possédant une électrode de grille entre les électrodes de décharge; - la figure 7 illustre les relations qui Lient la vitesse de dépôt et le rendement de conversion d'énergie à la puissance de la décharge; - les figures 8 et 9 sont des vues en coupe de réacteurs dotés de séparateurs et d'une électrode de grille; - la figure 10 est une vue simplifiée de la structure
d'électrodes oe décharge dotées d'un masque qui comporte une ouver-
ture; - la figure 11 représente un masque à ouverture ne comportant pas de moyen d'ajustement du champ électrique; - la figure 12 représente un masque à ouverture qui est dote d'un moyen d'ajustement de champ électrique; et - la figure 13 montre la relation qui lie la conductivité d'une couche déposée obtenue lors d'une expérience à la puissance
de décharge appliquée.
Sur la figure 1, est représenté un système servant à fabriquer en continu une pile solaire au silicium amorphe, à titre
d'exemple de l'invention.
La structure de base de cet appareil est identique à celle des brevets japonais publiés sans examen (Kokai) n 58-216475
et 59-34668, auxquels on pourra le cas échéant se reporter.
Comme le montre la figure 1, on utilise des chambres de réaction 1, 2 et 3 pour faire déposer des couches semiconductrices de silicium amorphe de type p, de type i (intrinsèque), et de type n. Un substrat continu 17, par exemple une pellicule souple de résine de polyester qui possède, comme électrode inférieure, un ensemble stratifié de deux couches respectives d'aluminium et d'acier inoxydable, est transporté d'une chambre d'alimentation 18 à une chambre de rebobinage 19 via les première, deuxième et
troisième chambres de réaction 1, 2 et 3, lesquelles sont respec-
tivement raccordées au moyen de chambres tampons 13 servant à l'isolation vis-à-vis des gaz. Les numéros de référence 4 a 9 désignent des électrodes de decharge, et le numéro de référence 10
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désigne une source d'alimentation électrique de haute fréquence servant à délivrer une alimentation de haute fréquence, typiquement
de 13,56 MHz, aux électrodes de décharge 4 à 9.
Dans chaque chambre de réaction 1, 2 ou 3, du gaz silane (SiH4) est envoyé depuis un orifice d'entrée de gaz 15 et est décomposé à une température donnée dans une atmosphère de décharge par plasma de manière à produire un dépôt de silicium sur le substrat 17. Dans la première chambre de réaction 1, un gaz de copage de type p, par exemple du diborane (B2H6), est fourni avec le gaz silane afin de doper la couche de silicium déposée au moyen d'un agent de dopage de type p (du bore). Dans la troisième chambre de réaction 3, un gaz de dopage de type r, par exem!le la phosphine (PH3), est fourni afin de former une couche de siliciumr dopé au phosphore, qui est un agent de dopage de type n. Ainsi, pendant le trarnspcrt du substrat 17 d'un rouleau d'alimentation 20 se trouvant dans la chambre d'alimentation 18 jusqu'à un rouleau de rebobinage 21 se trouvant dans la cnambre de rebobinage 19, via les chambres ce réaction 1, 2 et 3, une couche 31 de silicium amorphe de type p, une couche 32 de silicium amorphe de type i et une couche 33 de silicium amorphe de type n se déposent successivement sur le substrat 17, de manière à former une structure en couches p-i-n de pile solaire (voir figure 2). Lorsque cela est nécessaire, on place un masque 22 entre les électrodes ade décharge 5 et 9 et le substrat 17 dans les première et troisieme chambres de réaction 1 et 3 afin de commander l'épaisseur des couches de tyDe p et de type n suivant
ce procédé rouleau-rouleau.
Comme précédemment indiqué, il est préférable de commander la teneur en agent de dopage de type p par la couche de silicium de type i pour obtenir un rendement de conversion d'énergie élevé pour la pile solaire, ce qui doit être fait dans la deuxième chambre de réaction 2. Le problème des dommages provoqués par le plasma à l'interface de la couche de silicium de type i et de la couche de silicium de type p sous-jacente se pose dans la chambre de réaction 2. Le problème relatif à l'utilisation d'un masque pour commander la qualité et l'épaisseur de la couche déposée se pose dans les première et troisième chambres de réaction
1 et 3, lorsqu'un tel masque est utilisé.
Selon l'invention, des séparateurs 11 sont placés entre
les électrodes de décharge 6 et 7 de la deuxième chambre de réac-
tion 2 de manière à réaliser un profil voulu pour la concentration en agent de dopage dans la couche de silicium de type i. De plus, dans la deuxième chambre de réaction 2, une électrode de grille 23 est de préférence disposée entre les électrodes de décharge 6 et 7 au niveau de la seule partie voisine de la première chambre de réaction 1, de sorte qu'on peut appliquer une puissance élevée aux électrodes de décnarge 6 et 7 afin de pouvoir augmenter la vitesse de dépôt du siliciur, sans provoquer de dommages à l'interface des couches de silicium de type i et de type p du fait du plasma. Un
moyen d'ajustement de champ électrique, par exemple un fil métal-
lique, est prévu pour le masque 22 des première et troisième chambres de réaction 1 et 3, de manière à rendre uniforme le profil
du champ électrique dans l'ouverture du masque 22.
Avec les particularités ci-dessus énoncées de l'invention, on peut fabriquer avec une vitesse de dépôt élevée une
pile solaire au silicium amorphe possédant un rendement de conver-
sion d'énergie élevé.
On va maintenant décrire de manière plus détaillée chaque
chambre de réaction.
Un exemple de la deuxième chambre de réaction 2 servant à former une couche semiconductrice 32 de silicium amorphe de type i possède la structure suivante. Entre les électrodes de décharge 6 et 7 placées mutuellement en regard, cinq séparateurs 11 sont disposés perpendiculairement aux électrodes 6 et 7. La figure 3 est une vue en coupe de la chambre de réaction 2 et illustre la forme du séparateur 11. Le séparateur 11 sépare en plusieurs régions l'espace existant entre les électrodes de décharge 6 et 7 et agit comme une barrière pour ces régions dans la totalité des sections de la chambre de réaction 2, à l'exception de petits intervalles 14 se trouvant entre les séparateurs 11 et le substrat 17 ou les électrodes de décharge 6 et 7. En résultat, de ce fait, le gaz de réaction fourni depuis un orifice d'entrée de gaz 15 situé à l'extrémité aval, suivant la direction du déplacement du substrat, de la chambre de réaction 2 doit passer par les intervalles 14 pour atteindre l'orifice de sortie 16 situé à L'extrémité amont opposée
de la chambre de réaction 2.
Les séparateurs 11 sont disposés à une petite distance des électrodes de décharge respectives 6 et 7 de manière à former les intervalles 14 vis-àvis de celles-ci. On forme les intervalles 14 de manière à laisser un passage pour le gaz de réaction, à isoler les séparateurs 11 vis-à-vis de l'électrode sous tension 7, et a laisser un passage pour le substrat 17 au voisinage de l'électrode 6 éLectriouement connectée à la terre. Les intervalles 14 laissent une distance de 3 mm entre les séparateurs 11 et les électrodes 6 et 7 respectives. Les séparateurs 11 peuvent être faits en un matériau électriquement conducteur ou isolant, mais ce
doit être un matériau qui ne libère pas d'impuretés dans le plasma.
Dans cet exempLe, les séparateurs 11 sont faits d'acier inoxydable
et sont électriquement connectés à la terre.
Le suDstrat 17 est une pellicule de téréphtalate de poly-
éthylene, d'épaisseur 100 pm, sur laquelle une couche d'aluminium d'épaisseur 300 nm et une couche d'acier inoxydable d'épaisseur nm sont stratifiées. Une couche 31 de silicium amorphe de type p s'est déjà déposée dans la première chambre de réaction 1 à partir d'un gaz de réaction fait de silane mélangé avec du diborane (B2H6), et la couche 31 de silicium de type p possède une épaisseur de 26 à 30 nm sur le substrat 17. Une couche 33 de silicium amorphe de type n doit être déposée dans la troisième chambre de réaction 3 à partir d'un gaz de réaction fait de silane mélangé avec de la phosphine (PH3), et la couche 33 de silicium de type n doit avoir la même épaisseur que la couche 31 de silicium de type p. La couche 32 de silicium amorphe intrinsèque, ou de type i, se dépose dans la deuxième chambre de réaction 2 à partir de gaz silane sans aucun gaz de dopage et possède une épaisseur d'environ 500 nm. Alors oue les épaisseurs des couches 31 à 33 à déposer sont différentes, la vitesse de déplacement du substrat doit rester La même dans le système de la figure 1, si bien qu'il faut ajuster la puissance de sortie de la source d'alimentation électrique de haute fréjquerce,
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La tailLe des électrodes de décharge, La quantité de gaz fourni, les températures des électrodes de décharge, et Les pressions régnant dans Les chambres de réaction, etc., pour obtenir les
épaisseurs vouLues des couches déposées.
Le gaz réactif de silane est fourni à la chambre de
réaction 2 a partir de l'orifice d'entrée de gaz 15 situé au voisi-
nage de la troisième chambre de réaction 3 et est évacué par l'orifice de sortie de gaz 16 situé au voisinage de la première
chambre de réaction 1.
0n a fabrique une pile solaire possédant une structure p-i-n dans les concitions ci-dessus décrites, mais sans utiliser, dans cet exemple, l'électrode de grille 23. Le profil des atomes de bore suivant la profondeur pour la pile solaire ainsi obtenue a été examine par spectroscopie de masse des ions secondaires (SIMS). Le résultat est présenté sur la figure 4 par la ligne en trait continu A, en même temps qu'un exemple comparatif, représenté par la ligne en trait interrompu B, oû on a fabriqué une pile solaire possédant
la même structure de couches que celle de l'exemple ci-dessus pré-
sente, dans les mêmes conditions, sauf qu'on a utilisé un système classique, c'est-à-dire sans séparateurs. On note ici qu'il est bien connu que, dans le procédé rouleau-rouleau tel qu'illustré avec le système de la figure 1, de légères quantités des gaz B2H6 et PH3 pénètrent ordinairement dans la deuxième chambre de réaction 2 en provenance des chambres de réaction 1 et 3 voisines via les chambres tampons 13, ceci étant inévitable. Par conséquent, on peut voir un profil de concentration en bore dans la couche 32 de
silicium de type i sur la figure 4.
La figure 4 montre que, dans Le cas du système classique sans séparateurs, le bore gazeux venant de la première chambre de réaction 1 a diffusé uniformément dans toute la chambre de réaction 2, ce qui amene un profil plat pour la concentration en atomes de
bore suivant la direction de l'épaisseur de la couche 32 de type i.
D'autre part, dans le cas de l'exemple de l'invention utilisant des séparateurs, le profil de concentration en atomes de bore varie brutalement au niveau de l'interface entre les couches 31 de type p et 32 de type i et présente une diminution constante dans La couche de type i. On sait qu'il est possible d'améliorer le rendement de conversion d'énergie d'une pile solaire au silicium amorphe en produisant une distribution graduelle de la concentration en agent de dopage dans la couche de silicium de type i. (Voir par exemple P. Sichanugrist et aI., "High Performance a-Si:H Solar Cells Prepared from SiH4 at High Deposition Rates", Technical Digest of the International PVSEC-2, Kobe, Japon, P-I-16, pages 187 à 190, nov. 13-16/1984.) De fait, une pile solaire fabriquée selon un procédé de l'invention présente des caractéristiques améliorées,
comme on peut le voir dans le tableau suivant quib contient éga-
lement les caractéristiques d'une pile solaire comparative fabriouée suivant un procédé analogue de la technique antérieure,
c'est-a-dire sans séparateurs.
TABLEAU
Valeurs Invention Comparaison
(avec sépa- (sans sépa-
Caractéristiques de fonctionnement rateurs) rateurs) Tension en circuit ouvert Voc [V] 0,90 0,89 Densité de courant de court-circuit [mA/Cm2] 14, 0 12,7 Facteur de remplissage 0,71 0,65 Rendement de conversion d'énergie [%] 9,0 7,4 Les résultats ci-dessus démontrent que, en séparant
l'espace contenant le plasma dans une chambre de réaction en plu-
sieurs régions et en empêchant la diffusion du gaz dans ces régions
dans la plus grande mesure possible, on peut commander la comno-
sition du gaz de réaction de façon à obtenir une répartition ou un profil dans la chambre de réaction, d'une extrémité à l'autre de celle-ci. Par conséquent, selon l'invention, on peut obtenir une
répartition voulue du gaz de réaction.
La figure 5 illustre une variante de la chambre de réac-
tion 2 du système représenté sur la figure 1. Dans ce' mode de
réalisation, du gaz de réaction est fourni au travers d'une élec-
trode de décharge 7' dans des régions respectivement séparées se trouvant entre les électrodes de décharge 6 et 7'. L'électrode 7' comporte à sa surface de nombreux pores 25 au travers desquels le gaz de réaction est fourni aux régions respectives et elle contient une plaque 26 de diffusion de gaz par laquelle le gaz de réaction
fourni à un orifice d'entrée de gaz 16' est réparti dans l'élec-
trode 7'.
Ensuite, on va examiner les effets d'une électrode de grille dans le réacteur, comme représenté sur la figure 6, qui montre une partie de la chambre de réaction 2' du système de la figure 1. Toutefois, dans cette chambre de réaction 2', il n'est pas utilisé de séparateurs 11 et une électrode de décharge 7' telle
que représenté sur la figure 5 est employée à La place de l'élec-
trode de décharge 7 de la figure 1. En outre, une électrode de
grille 23 est placée entre les électrodes de décharge 6 et 7'.
L'électrode de grille 23 est disposée le long du substrat 17 et couvre toute la largeur du substrat 17 et environ un tiers de la longueur des électrodes de décharge 6 et 7' suivant la direction de déplacement du substrat 17 à partir de l'extrémité des électrodes 6 et 7' par laquelle le substrat 17 est introduit. L'électrode de grille 23 est susceptible de recevoir une tension de polarisation
(par exemple de +200 V a -200 V) de la part d'une source d'alimen-
tation en courant continu 12. L'électrode de grille 23 est faite d'acier inoxydable et se présente sous la forme de mailles portant le numéro 200, ce qui correspond à une ouverture de maille
d'environ 75 pm.
Le substrat 17 est le même que celui utilisé dans le précédent exemple. La structure des couches de la pile solaire est également identique à celle du premier exemple. Par contre, la puissance de décharge, la vitesse de déplacement du substrat et la pression des gaz de réaction, etc., sont ajustées de manière à produire la même structure pour les couches. L'électrode de grille 23 est séparée du substrat 17 d'une distance de 25 mm, et la
distance séparant les électrodes de décharge 6 et 7' est de 50 mm.
Dans ce système, on fabrique des piles solaires en appliquant une tension de polarisation de -20 V à l'électrode de grille 23 et diverses puissances de haute fréquence aux électrodes de décharge 6 et 7'. Dans cette expérience, les vitesses de dépôt
sont indiquées par la ligne en trait continu A sur la figure 7.
Naturellement, lorsque la puissance de décharge augmente, la vitesse de dépôt augmente également, comme représenté sur la figure 7. Les caractéristiques des piles solaires résultantes, à savoir les rendements de conversion d'énergie des piles solaires, ont
ensuite été examinees en relation avec la puissance de décharge.
Les résultats sont présentés également sur la figure 7 par la ligne en trait continu A'. A titre de comparaison, on a fabriqué des
piles solaires parfaitenent identiaues à celles ci-dessus indi-
quées, sauf qu'on a retiré L'électrode de grille 23 de la chambre
de réaction 2'. On a également examiné les coefficients de conver-
sion d'énergie des piles solaires résultantes, et ceux-ci sont présentés sur la figure 7 sous la forme de la ligne en trait interrompu B', en même temps que la vitesse de dépôt indioquée par la ligne en trait interrompu B. De plus, on a fabriqué des piles
solaires de nouveau parfaitement identiques en utilisant une élec-
trode de grille couvrant toute La largeur et toute la longueur des électrodes de décharge 6 et 7' dans la chambre de réaction 2'. Les résultats correspondants sont indiqués sur la figure 7 par la ligne en trait mixte C. Comme représenté sur la figure 7, selon un exemple de
l'invention, c'est-à-dire dans le cas de l'utilisation d'une élec-
trode de grille, le rendement de conversion de la pile solaire ne diminue pas même si la puissance de décharge ou la vitesse de dépôt augmentent. Au contraire, dans un système classique, c'est-a-dire n'utilisant pas d'électrode de grille, le rendement de conversion d'énergie de la pile solaire diminue lorsque la puissance de
décharge ou la vitesse de dépôt augmentent. Dans le cas d'une élec-
trode de grille couvrant toute la largeur et toute la longueur des
26 13535
électrodes de décharge, la vitesse de dépôt n'augmente pas même si
on augmente la puissance de décharge.
Sur les figures 8 et 9, sont représentés des exempLes
d'un réacteur permettant de faire déposer une couche semiconduc-
trice, o on utilise la combinaison des séparateurs et de l'élec-
trode de grille ci-dessus décrite. Sur la figure 8, Les séparateurs 11 sont disposés entre les électrodes de décharge 6 et 7', comme sur la figure 1, c'est-à-dire dans tout l'espace existant entre les électrodes de décharge 6 et 7', et une électrode de grille 23 est disposée comme sur la figure 6, c'est-à-dire entre les électrodes de décharge 6 et 7' au niveau d'une partie seulement (un tiers) des électrodes de décharge 6 et 7', au voisinage du côté d'entrée du substrat 17. Dans cet exemple, l'éLectrode de grille 23 chevauche
certains des séparateurs et il faut généralement isoler éLectri-
quement des séparateurs, ordinairement en écartant l'éLectrode de grille 23 des séparateurs 11. Sur la figure 9, une électrode de grille 23 est disposée comme sur la figure 6 et des séparateurs 11' sont placés au niveau de la seule partie restante de l'espace existant entre les électrodes de décharge, c'est-à-dire à la suite de l'électrode de grille 23 dans la direction de déplacement du substrat. Maintenant, en relation avec la première ou la troisième chambre de réaction 1 ou 3 du système de la figure 1, on va confirmer l'effet du moyen d'ajustement de champ électrique produit
par une ouverture de masque, à l'aide de l'exemple suivant.
La figure 10 montre la structure interne du réacteur utilisé dans les expériences, dans lequel le numéro de référence 41 désigne une électrode qui est électriquement connectée à la terre, le numéro de référence 42 désigne un substrat fait d'une pellicule de polymère qui se déplace de manière continue dans la direction de La flèche, le numéro de référence 43 désigne un masque comportant une ouverture 43a (de 50 mm de longueur et de 250 mm de largeur) servant à commander l'épaisseur de la couche déposée, le numéro de référence 44 désigne un plasma, le numéro de référence 45 désigne
une électrode de décharge à haute fréquence, et le numéro de réfé-
* rence 46 désigne une source d'alimentation électrique de haute fréquence pour les électrodes 41 et 45, la fréquence de la
puissance de décharge étant de 13,56 MHz.
Dans ce réacteur, avec un masque classique tel que repré-
senté sur la figure 11, c'est-à-dire sans aucun moyen d'ajustement de champ électrique, on a fait déposer une couche semiconductrice de silicium amorphe de type n à partir d'un gaz réactif fait d'un mélange d'hydrogène, de silane et de phosphine. La pression régnant dans la chambre de réaction était de 1,33 mbar (1 mm de mercure), la température du substrat 42 était 160 C, la puissance de décharge appliauée était 0,05 W/cm2, et le substrat 42 a été arrêté pendant minutes. Il s'est confirmé que, même si une partie de la couche semiconductrice de silicium déposée voisine du bord de l'ouverture 43a était microcristalline et possédait une conductivité d'environ S.cm 1, la partie centrale de la couche semiconductrice de silicium déposée présentait une conductivité extrêmement basse de 9x1-4 ec-1 9 x 1C S.cm 1, ce qui indiquait que la partie centrale de la
couche déposée était complètement amorphe, et non microcristal-
t isée.
Ensuite, on a fait appel, comme moyen d'ajustement de champ électrique, à un masque doté d'un fil se trouvant au centre de l'ouverture 43a du masque 43, le fil coupant l'ouverture 43a comme représenté sur la figure 12, et on a fait déposer une couche semiconductrice de silicium de type n dans les mêmes conditions que ci-dessus, sauf en ce qui concerne la puissance appliquée. On a fait varier la puissance de décharge appliquée de 0,01 à 0,04 W/cm. Le fil était fait d'acier inoxydable et avait un
diamètre de 1 mm.
La figure 13 représente la conductivité de la couche semiconductrice de silicium déposée résultante au niveau de la partie centrale de l'ouverture 43a. Sur la figure 13, des cercles blancs indiquent la valeur mesurée sous l'effet de la lumière, et les cercles noirs indiquent la valeur mesurée dans l'obscurité. A partir de ces résultats, il est confirmé que même la partie centrale de la couche semiconductrice de silicium déposée est complètement microcristallisée lorsqu'un fil métallique est clacé sur l'ouverture du masque. Il est également confirmé que la coujche
26 13535
semiconductrice de silicium déposée est une pellicule microcris-
talline uniforme s'étendant sur toute l'ouverture du masque. En résultat, les caractéristiques de la couche semiconductrice de silicium ont été améliorées de manière souhaitable par comparaison
avec celles obtenues dans un réacteur classique.
De plus, selon l'invention, c'est-à-dire lorsqu'il est utilisé un moyen d'ajustement du champ électrique, on voit aussi que la couche déposée peut être microcristallisée par l'application d'une faible densité de puissance, par exemple 0,02 W/cm2 environ,
soit la moitié de la densité de puissance classiquement utilisée.
On note que la répartition de l'épaisseur obtenue avec ce procédé est très uniforme par comparaison avec le procédé classique, de
sorte qu'il ne se pose aucun problème.
De manière générale, on utilise un masque comportant une
ouverture pour commander la qualité ou l'épaisseur de la couche.
L'expérience ci-dessus décrite démontre que le champ électrique existant dans l'ouverture d'un masque utilise entre le substrat et l'une des électrodes de décharge peut être rendu uniforme par la mise en place d'un moyen d'ajustement de champ électrique au niveau
de l'ouverture du masque, ce qui permet d'obtenir une couche uni-
formément déposée. Ceci est clairement avantageux, même si la
couche déposée est amorphe et non microcristalline.
On se reporte de nouveau à la figure 1. Selon le système de l'invention, qui comporte des masques 22 dotes d'un moyen d'ajustement de champ électrique (par exemple le moyen 47 de la figure 12) dans les première et troisième chambres de réaction 1 et 3, et, dans la deuxième chambre de réaction 2, des séparateurs 11 et une électrode de grille 23, on peut fabriquer en continu une pile solaire possédant une structure p-i-n sur une pellicule de polymère avec une vitesse de dépôt accrue et sans détérioration des caractéristiques de la pile solaire, mais, au contraire, avec des caractéristiques améliorées, comme par exemple le rendement de conversion d'énergie de la pile solaire. L'invention peut aussi clairement être appliquée à une pile solaire présentant une structure n-i- p, une structure tandem p-i-n/p-i-n, ou bien d'autres structures, ainsi qu'à tout autre dispositif semiconducteur à plusieurs couches. On note que l'invention est avantageuse lorsqu'un réacteur est dote de séparateurs et, ou bien, d'une électrode de grille ainsi que lorsque le réacteur comporte un masque possédant une ouverture ainsi qu'un moyen d'ajustement du
champ électrique.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,
à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à
titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses
variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (26)
1. Réacteur permettant de déposer une couche sur un substrat mobile, ledit réacteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: - une chambre de réaction (1; 2; 3) possédant des extrémités opposées; - des électrodes (4 à 9) de décharge électrique placées en regard l'une de l'autre dans la chambre de réaction, ledit substrat (17) se déplaçant entre les électrodes mutuellement en regard d'une extrémité à l'autre de la chambre de réaction; - un moyen (15) servant à fournir un gaz de réaction à la chambre de réaction; - un moyen (11) servant à séparer en plusieurs régions au moins l'espace se trouvant entre le substrat mobile et une première des électrodes mutuellement en regard et à sensiblement empêcher la diffusion d'un gaz entre les régions séparées; et - une source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les électrodes mutuellement en regard afin d'exciter le gaz de réaction à l'état de plasma; de sorte qu'une couche possédant un profil de composition en
profondeur modifié est déposée sur le substrat.
2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de séparation (11) fait fonction de barrière pour toutes les sections droites de la chambre de réaction (2) à l'exception d'un intervalle laissé entre ledit moyen de séparation
et le substrat mobile.
3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de fourniture du gaz fournit le gaz de réaction à l'une desdites extrémités opposées de la chambre de réaction et le gaz contenu dans la chambre de réaction est évacué au voisinage de
l'autre desdites extrémités opposées de la chambre de réaction.
4. Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un autre moyen servant à fournir un autre gaz à la chambre de réaction au niveau de ladite autre desdites
extrémités opposées de la chambre de réaction.
26 13535
5. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé ern ce que ladite première (7') desdites électrodes opposées fait fonction dudit moyen de fourniture de gaz et fournit le gaz dans chacune des
régions séparées par ledit moyen de séparation.
6. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un autre moyen servant à fournir un autre gaz à La chambre de réaction au niveau de ladite autre desdites
extremités opposées de la chambre de réaction.
7. Réacteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que
ledit autre gaz est un gaz de dosage.
8. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est une bande souple et est transporté d'un rouleau d'atimenzaticn a un rouLeau de rebobinage dans toute ladite chambre de réaction, la couche étant déposée sur le substrat pendant lediT
transport.
9. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce
ou'il est destiné à faire déposer une couche de silicium amorphe.
10. Réacteur selon la revenoication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une électrode de grille (23) disposée entre une premiere des électrodes mutuellement en regard et Le
substrat mobile sur une longueur donnée, de l'extrémité des élec-
trodes mutuellement en regard qui est voisine de ladite première
extrémité de La chambre de réaction en direction de l'autre extré-
mité des électrodes mutuellement en regard oui est voisine de l'autre extrére7té oe la chambre de réaction, l'électrode de grille possédant une Largeur supérieure à la largeur du substrat mobile; de sorte qu'une couche présentant un profil de composition en profondeur modifié est déposée sur le substrat et qu'il est empêché que des dommages soient causés à l'interface du substrat et de la
couche déposée du fait du bombardement par le plasma.
11. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite couche à déposer est une couche semiconductrice (32) et ledit substrat (17) porte déjà à sa surface supérieure une autre couche semiconructrice (31) d'un semiconducteur différent dudit
semiconducteur à déposer.
12. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite couche semiconductrice à déposer est un semiconducteur de silicium de type i et ladite autre couche semiconductrice est un
semiconducteur de silicium de type p ou de type n.
OS 13. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que
ladite électrode de grille (23) est une plaque métallique poreuse.
14. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite électrode de grille est un écran métallique formant des mailles. 15. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite électrode de grille possède une longueur inférieure à la
moitié de la longueur des électrodes mutuellement en regard.
16. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est interconnecté avec un autre réacteur (1; 3) servant à faire déposer une couche sur un substrat mobile, le substrat étant déplacé dans ledit réacteur et ledit autre réacteur, ledit autre réacteur comprenant: - une chambre de réaction possédant des extrémités opposées; - des électrodes de décharge électrique placées en regard l'une de l'autre dans la chambre de réaction, ledit substrat étant déplacé entre les électrodes mutuellement en regard d'une extrémité à l'autre de la chambre de réaction; - un moyen servant à fournir un gaz de réaction à la chambre de réaction; - une source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les électrodes mutuellement en regard afin d'exciter le gaz de réaction dans l'état de plasma; - un moyen de masquage (44) possédant une ouverture (43a), disposé entre une première desdites électrodes mutuellement en regard et le substrat mobile, afin de délimiter une aire dans laquelle ladite couche est déposée sur le substrat mobile, ledit moyen de masquage étant doté d'un moyen (47) servant à ajuster le champ électrique dans l'ouverture du masque, de sorte qu'une couche possédant une distribution modifiée de sa
qualité est déposée sur le substrat.
17. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit moyen d'ajustement de champ électrique est un fil métallique s'étendant transversalement au niveau du centre de l'ouverture dudit moyen de masquage relativement à la direction de déplacement du substrat, si bien que le champ électrique dans l'ouverture du
masque est rendu uniforme.
18. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit substrat est une bande soupLe transportée d'un rouleau d'alimentation à un rouleau de rebobinage dans toute ladite chambre
de réaction et Ladite autre crambre de réaction.
19. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit autre réacteur est destiné à faire déposer de manière
uniforme une couche semiconductrice de silicium microcristallin.
2G. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce
qu'il est destiné à fabriquer une pile solaire au silicium amorphe.
21. Réacteur permettant de faire déposer une couche sur un substrat mobile, ledit réacteur étant caractérise en ce qu'il comprend: - une chambre de réaction (1; 2; 3) possédant des extrémités opposées; - des électrodes (4 a 9) de décharge électrique placées en regard l'une de l'autre dans la chambre de réaction, ledit substrat étant déplacé entre les électrodes mutuellement en regard d'une extrémité à l'autre de la chambre de réaction; - un moyen (15) servant à fournir un gaz de réaction à la chambre de réaction; - une source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les électrodes mutuellement en regard afin d'exciter le gaz de réaction à l'état de plasma; et - une électrode de grille (23) disposée entre une première des électrodes mutuellement en regard et le substrat mobile sur une longueur donnée, de l'extrémité des électrodes mutuellement en regard oui est voisine de ladite première extrémité de la chambre de réaction en direction de l'autre extrémité des électrodes mutuellement en regard qui est voisine de ladite autre extrémité de la chambre de réaction, L'électrode de grille ayant une largeur plus grande que la largeur du substrat mobile; de sorte qu'il est empêché que des dommages soient provoqués à
l'interface du substrat et de la couche déposée du fait du bombar-
dement par le plasma.
22. Réacteur selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite couche à déposer est une couche semiconductrice (32) et ledit substrat porte déjà à sa surface supérieure une autre couche
semiconductrice (31) d'un semiconducteur différent dudit senlico-
ducteur à déposer.
23. Réacteur selon la revendication 22, caracterisé en ce que ladite couche semiconductrice a déposer est un semiconducteur de silicium de type i et ladite autre couche semiconductrice est un
semiconducteur de silicium de type p ou de type n.
24. Réacteur selon la revendication 21, caractérisé en ce que
ladite électrode de grille est une plaque métallique poreuse.
25. Réacteur selon la revendication 21, caracterisé en ce que Ladite électrode oe grille est un écran métallique en forme de mailles. 26. Reacteur selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'électrode de grille a une longueur inférieure à la moitié de la
longueur des électrodes mutuellement en regard.
27. Système, caractérisé en ce qu'il est destiné à fabriquer un dispositif semiconducteur par dépôt d'une première couche (31) sur un substrat (17) dans un premier réacteur, dépôt d'une deuxième couche (32) sur la première couche se trouvant sur le substrat dans un deuxième réacteur, et dépôt d'une troisième couche (33) sur la deuxième couche se trouvant au-dessus du substrat dans un troisième réacteur, le substrat étant transporté du premier réacteur au deuxième réacteur, puis au troisième réacteur, A) ledit première réacteur comprenant: i) une première chambre de réaction (1) possédant une prenière et une deuxième extrémité; ii) une première et une deuxième électrode (4, 5) de décharge électrique placées dans la première chambre de réaction, le substrat étant déplacé entre les première et deuxieme électrodes, de la première a la deuxième extrémité de la première chambre de réaction; iii) un premier moyen de masquage (42) comportant une ouverture (43a), disposé entre la deuxième électrode et le substrat mobile, afin de délimiter une aire au niveau de laquelle la première couche est déposée sur le substrat mobile; iv) un premier moyen (15) servant à fournir un premier gaz de réaction à la première chambre de réaction; et v) une première source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les première et deuxièeme électrodes afin c'exciter le premier gaz de réaction à l'état de olasma; B) ledit deuxième réacteur comprenant: i) une deuxième chambre de réaction (2) possédant une troisième et une cuatrième extrémité, la troisième extrémité de la deuxieme chambre de réaction étant raccordée a la deuxième extrémité de la première chambre de réaction; ii) une troisième et une quatrième électrode (6, 7) de décharge électrique placées dans la deuxième chambre de réaction, le substrat qui porte la première couche étant déplacé entre les troisième et quatrième électrodes, de la trc-sière a la quatrième extrémité de la deuxième chambre de réaction; iii) un moyen servant à fournir un deuxième gaz ce réaction à la deuxième chambre de réaction; iv) un moyen (11) servant à séparer en plusieurs régions au moins l'espace se trouvant entre le substrat mobile et la quatrième électrode et à sensiblement empêcher la diffusion d'un gaz entre les régions séparées; et v) une deuxième source d'alimentation électrique servant à fournir une alimentation électrique entre les troisième et quatrième électrodes afin d'exciter Le deuxième gaz de réaction à l'état de plasma; et C) un troisième réacteur comprenant: i) une troisième chambre de réaction (3) possédant une cinquième et une sixième extrémité, la cinquième extrémité de la
2613 5 3 5
troisième chambre de réaction étant raccordée à la quatrième extrémité de la deuxième cnambre de réaction; ii) une cinquième et une sixième électrode (8, 9) de décharge électrique placées dans la troisième chambre de réaction, Le substrat qui porte la première et la deuxième couche étant déplacé entre Les cinquième et sixième électrodes, de la cinquième a la sixième extrémité de La troisième chambre de réaction; iii) un deuxième moyen de masquage (42) comportant une ouverture (43a), disposé entre la sixième électrode et le substrat mobile, afir de délimiter une aire a. niveau de laquelle la troisième couche est céposée sur le substrat mobile, au moins l'un desc!dits premier et deuxième moyens de masquage étant doté d'un moyen (47) permettant d'ajuster le champ électrique dans l'ouverture du masque; iv) un troisième moyen servant a fournir un troisième gaz de réaction a la troisième cnambre de réaction; et v) une troisieème source d'alimentation électrique servant à délivrer une alimentation électrique entre les cinquième et sixième électrodes afin d'exciter le troisième gaz de réaction à l'état de
plasma.
28. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que le deuxième réacteur comprend en outre: vi) une électrode de grille (23) disposée entre la quatrième électrode et le substrat mobile sur une longueur donnée, de L'extrémité des troisième et quatrième électrodes qui est voisine de la troisième extrémité de la deuxième chambre de réaction en
direction de l'autre extrémité des troisième et quatrième élec-
trodes qui est voisine de la quatrième extrémité de la deuxième
chambre de réaction, l'électrode de grille ayant une Largeur supé-
rieure à la largeur du substrat mobile.
29. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que ledit moyen d'ajustement de champ électrique est un fil métalliaQue s'étendant transversalement au niveau du centre de l'ouverture dudit moyen de masquage relativement à la direction du déplacement
du substrat.
30. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il est destiné à fabriquer une pile solaire semiconductrice au silicium possédant une structure p-i-n ou n-i-p, dans laquelle ladite première couche est une couche semiconductrice de silicium de l'un des types p et n, ladite deuxième couche est une couche semiconductrice de silicium de type i, et ladite troisième couche est une couche semiconductrice de silicium de l'autre des types p et n. 31. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce
qu'au moins l'une desdites première et troisième couches semicon-
ductrices de silicium est microcristalline et que la couche restante, s'il y en a une, desaites première et troisième couches
semiconductrices de silicium et ladite deuxième couche semiconduc-
trice de silicium sont non cristallines.
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