FR3104175A1 - Nacelle pour dispositif de depot chimique en phase vapeur assiste par plasma - Google Patents

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Abstract

Nacelle pour dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma sur au moins un substrat (S), ledit substrat comportant au moins un bord droit, comportant au moins un premier et un deuxième plateau (P1, P2) en matériau conducteur électrique, chaque plateau (P1, P2) comportant une première face (14) et une deuxième face (16), au moins la première face (14) d’au moins le premier plateau (P1)étant destiné à recevoir des substrats (S), la première face (14) du premier plateau (P1) comportant des évidements (18) pour recevoir chacun un substrat (S), chaque évidement (18) comportant au moins un rebord (20) contre lequel chaque substrat (S) vient en appui. Le premier plateau (P1) est disposé de sorte que les substrats (S) présentent une inclinaison en direction des rebords (20) et le deuxième plateau(P2) est disposé de sorte que la deuxième face du deuxième plateau soit parallèle au substrat reçu par la première face (14) du premier plateau (P1). Figure pour l’abrégé : 1A.

Description

NACELLE POUR DISPOSITIF DE DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR ASSISTE PAR PLASMA
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à une nacelle pour dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ou PECVD (pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition en terminologie anglo-saxonne) est un procédé utilisé pour déposer des couches minces sur un substrat à partir d'un état gazeux.
Ce dépôt est par exemple mis en œuvre dans le domaine de la fabrication des cellules photovoltaïques pour le dépôt de couches diélectriques sur un substrat, par exemple en silicium.
Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma se déroule de la manière suivante. Des réactions chimiques ont lieu après la formation d’un plasma à partir de gaz. Par exemple, le plasma est créé à partir d’un ou plusieurs gaz en lui ou en leur appliquant une excitation par décharge électrique générée à partir de sources radiofréquences (40 kHz à 440 kHz).
Par exemple, une excitation par décharge capacitive est réalisée en appliquant un courant alternatif ou radiofréquence entre deux électrodes. Le gaz étant injecté par le haut du tube, des extinctions et allumages du plasma dans le temps permettent d’obtenir une bonne homogénéité du dépôt le long du tube. Les excitations à basse fréquence (40 kHz à 440 kHz) nécessitent plusieurs centaines de volts pour maintenir la décharge. Ces tensions importantes conduisent à un bombardement ionique à haute énergie des surfaces. La pression de travail est comprise entre 100 mTorrs et 2000 mTorrs.
Dans le cas de la fabrication des cellules photovoltaïques en silicium, le dépôt par plasma est utilisé pour réaliser les passivations des surfaces avant et arrière ainsi que les couches antireflets. Le nitrure de silicium (SiNx) est largement utilisé pour réaliser les couches antireflets déposées sur la face avant des cellules en utilisant un mélange de gaz silane (SiH4) et ammoniac (NH3). Un oxyde de silicium (SiOx) peut être déposé à partir de silane et de protoxyde d’azote (N2O), généralement à des pressions allant de quelques centaines de millitorrs à quelques torrs.
Le dépôt PECVD est également très largement utilisé afin de déposer des couches d’oxyde d’aluminium (AlOx) afin de passiver la face arrière des cellules photovoltaïques à structure PERC (Passivated Emitter and Rear Cell en terminologie anglo-saxonne).
Dans le cas d’une fabrication industrielle, on utilise par exemple une nacelle comportant une pluralité de plateaux empilés les uns sur les autres, destinés à former des électrodes, les plateaux étant isolés électriquement les uns des autres par des entretoises. Chaque plateau forme un support pour un ou plusieurs substrats sur lesquels on souhaite effectuer le ou les dépôts.
Pour effectuer le dépôt, on applique des polarités opposées à deux électrodes adjacentes au moyen d’un générateur haute fréquence. Un champ électrique entre deux électrodes adjacentes est alors généré, qui permet la formation d’un plasma et le dépôt sur le ou les substrats supportés par les électrodes.
Une électrode sur deux est alors polarisée positivement et une électrode sur deux est polarisée négativement. Les électrodes de polarité identique sont connectées en parallèle au générateur. Par exemple, une vis en graphite s’étendant sur tout l’empilement assure la connexion en série des électrodes polarisées positivement et une autre vis en graphique s’étendant sur tout l’empilement assure la connexion en parallèle des électrodes polarisées négativement.
Les deux vis sont reliées chacune à une borne du générateur par un câble.
Une électrode comporte une plaque pleine dont une face destinée à être la face inférieure comporte des jeux de picots en saillie, chaque jeu comporte par exemple trois picots, assurant la conduction électrique entre le générateur et le substrat. Les substrats sont disposés à l’horizontal.
La qualité du contact électrique entre le substrat et l’électrode a une influence sur l’homogénéité du dépôt et sur la vitesse de dépôt. Or le contact électrique au moyen de ces picots n’est pas complètement satisfaisant. D’autant plus qu’il a été constaté l’apparition de marques sur la face du substrat au niveau des zones de contact avec les picots.
C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir une nacelle de dispositif de dépôt PECVD permettant d’améliorer le contact électrique entre le substrat et l’électrode
Le but énoncé ci-dessus est atteint par une nacelle comportant au moins une électrode comprenant une plaque munie d’une première face de grande surface et d’au moins un rebord transversal à la première face, ledit rebord étant conducteur électrique et étant sensiblement plan. Le substrat est destiné à venir en contact contre le rebord par son bord latéral et la conduction électrique entre l’électrode et le substrat est assurée par le rebord transversal. En outre, l’électrode est inclinée dans la nacelle de sorte que le substrat glisse naturellement vers le rebord et entre en contact avec celui-ci.
Dans un exemple avantageux, un évidement est formé dans la première face de la plaque dont une partie de la paroi latérale forme le rebord, en outre l’évidement peut comporter une surface support pour le bord extérieur de la face du substrat en regard de l’électrode augmentant encore davantage la surface de contact électrique.
Dans un autre exemple avantageux, l’électrode comporte deux rebords transversaux plans et sécants et l’électrode présente une orientation dans laquelle deux bords contigus du substrat viennent naturellement en contact avec les rebords.
La présente invention a alors pour objet une nacelle pour dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma sur au moins un substrat, ledit substrat comportant au moins un bord droit, ladite nacelle comportant au moins un premier et un deuxième plateau en matériau conducteur électrique, chaque plateau comportant une première et une deuxième face, au moins la première face d’au moins le premier plateau étant destiné à recevoir n substrats, avec n entier ≥ 1, la première face du premier plateau comportant au moins n rebords configurés pour que le au moins un bord droit de chaque substrat vienne en appui contre un rebord du premier plateau. Le premier plateau est disposé de sorte que les n substrats présentent une inclinaison en direction des rebords et le deuxième plateau est disposé de sorte qu’au moins une partie de la deuxième face du deuxième plateau au droit du substrat reçu par la première face du premier plateau soit parallèle audit substrat.
De préférence, la première face du premier plateau comporte n évidements comportant chacun au moins un rebord et configurés chacun pour recevoir un substrat.
Le ou les évidement(s) peuvent être de forme polygonale correspondant à la forme du substrat.
Chaque évidement peut comporter une surface support en contact avec au moins une partie d’une face du substrat. De préférence, la surface support est en contact uniquement avec une partie de la zone périphérique extérieure de ladite face du substrat.
Par exemple, la direction d’inclinaison est orthogonale aux rebords.
La première face peut comporter au moins 2n rebords répartis en paire, les rebords de chaque paire étant contigus et orientés l’un par rapport à l’autre de sorte que deux bords droits contigus de chaque substrat vienne en appui contre les deux rebords contigus, et la direction d’inclinaison peut être est sensiblement alignée avec la bissectrice de l’angle entre les deux rebords contigus d’une paire de rebords.
Le premier plateau peut être incliné dans la nacelle.
Selon une caractéristique additionnelle, la nacelle comporte des entretoises isolantes électriques configurées de sorte à assurer l’inclinaison du premier plateau et de sorte que qu’au moins une partie de la deuxième face du deuxième plateau au droit du substrat reçu par la première face du premier plateau soit parallèle audit substrat. Les entretoises comportent par exemple des extrémités biseautées en contact avec les plateaux.
De préférence, les n évidements reçoivent les substrats de manière inclinée.
La nacelle peut comporter plusieurs premiers plateaux superposés, la deuxième face d’un premier plateau étant parallèle au substrat reçu par la première face du premier substrat situé directement en dessous.
La présente invention a également pour objet un dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma sur une pluralité de substrats comportant:
- une enceinte configurée pour réaliser un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma,
- au moins une nacelle selon l’invention,
- des moyens d’alimentation en gaz et des moyens d’évacuation connectés à l’enceinte,
- un générateur électrique,
- un circuit de connexion électrique entre le générateur électrique et les plateaux.
Le circuit de connexion électrique connecte par exemple en parallèle un plateau sur deux à la borne négative du générateur et connecte les autres plateaux à la borne positive.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
est une représentation schématique d’un dispositif de dépôt PECVD comportant une nacelle selon un exemple de réalisation.
est une vue de dessus d’un plateau mis en œuvre dans la nacelle de la figure 1A.
est une vue de côté représentée schématiquement d’une nacelle selon un autre exemple de réalisation.
est une vue de côté partielle, représentée schématiquement, d’une nacelle selon un autre exemple de réalisation.
est une vue de côté partielle, représentée schématiquement, d’une nacelle selon un autre exemple de réalisation.
est une vue de dessus d’un plateau présentant une orientation particulièrement avantageuse.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La description qui va suivre porte plus particulièrement sur un dispositif de dépôt PECVD dans lequel les substrats sont disposés horizontalement. L’invention s’applique également aux dispositifs PECVD dans lesquels les substrats sont disposés verticalement.
Dans la présente demande les termes «électrode» et «plateau» seront utilisées indifféremment pour désigner les supports conducteurs électriques des substrats.
Sur la figure 1A, on peut voir une représentation schématique d’un dispositif de dépôt PECVD comportant une enceinte 2 étanche avec une porte d’accès, une nacelle 4 destinée à être logée dans l’enceinte 2 pendant les phases de dépôt et pouvant sortir de l’enceinte au moins pour charger/décharger les substrats.
La nacelle 4 comporte des plateaux P1, P2, P3…Pn. Dans l’exemple représenté n = 3. En général n est de l’ordre de 70 à 100. Les plateaux sont superposés les uns sur les autres de sorte qu’un espace E1, E2,…En-1 soit ménagé entre chaque paire de plateaux.
Les plateaux sont en matériau conducteur électrique et sont destinés à former des électrodes entre lesquelles un champ électrique peut apparaître. Par exemple les plateaux sont en graphite.
Les plateaux sont isolés électriquement les uns des autres. Dans l’exemple représenté, des entretoises isolantes par exemple en alumine sont interposées entre les plateaux.
La distance entre les plateaux est par exemple comprise entre 8 mm et 12 mm.
Dans l’exemple représenté, la nacelle comporte au-dessus du plateau P3 un plateau P0 ne portant pas de substrat et destiné uniquement à former la deuxième électrode pour générer un plasma dans l’espace E3.
Le dispositif comporte également des connexions fluidiques 6.1 d’alimentation pour amener les gaz formant le plasma et effectuer le dépôt, et des connexions fluidiques 6.2 d’évacuation des gaz après la phase de dépôt. De préférence l’alimentation se fait par le haut et l’évacuation se fait par le bas assurant au gaz de traverser la nacelle.
Le dispositif comporte également au moins un générateur électrique 8 pour alimenter électriquement les plateaux de la nacelle 4. Le générateur 8 est par exemple un générateur de tension radiofréquence ou un générateur de courant alternatif. Le dispositif de dépôt comporte également un circuit de connexion électrique 10 entre les bornes + et – du générateur et les plateaux de la nacelle.
Par exemple, la fréquence du générateur RF est comprise entre 40 kHz à 440 kHz, et la tension entre 2 électrodes est comprise entre 50 Volts et 500 Volts.
Nous décrirons en détail l’électrode P1, les autres électrodes sont de structure similaire.
L’électrode P1 comporte une plaque 12 comprenant une première face 14 destinée à être orientée vers le haut et une deuxième face 16 opposée à la première face.
Dans l’exemple représenté les substrats sont de forme carrée. En variante, les substrats sont de forme carrée avec les quatre coins coupés, désignés par «pseudo-square». Plus généralement les substrats considérés comportent au moins un bord latéral plan B1.
L’électrode comporte également au moins un évidement 18, quatre dans l’exemple représenté, formés dans la première face 14 et délimitant chacun un logement pour un substrat.
Chaque évidement 18 est délimité par des rebords latéraux 20 et un fond 22 et a une forme correspondant à la forme du substrat et des dimensions intérieures permettant de le loger.
La figure 1B est une vue de dessus d’un plateau de la nacelle 4.
Selon l’invention, l’évidement est configuré pour que le bord plan B1 du substrat qu’il loge soit en contact avec un rebord latéral 20 de l’évidement. La surface de contact entre le bord B1 et le rebord 20 est une surface de contact électrique entre l’électrode et le substrat. Celle-ci peut être avantageusement importante par rapport aux électrodes selon l’état de la technique.
En outre un contact a également lieu entre au moins une partie du fond 22 de l’évidement et la face inférieure du substrat.
Le contact mécanique et électrique CE entre le substrat et le plateau est symbolisé par le trait épais.
De manière avantageuse, la hauteur du rebord 20 de l’évidement est au moins égale à l’épaisseur du substrat S afin que tout le bord B1 soit en contact avec le rebord 20.
Grâce à l’augmentation de la surface de contact entre l’électrode et le ou les substrats, le dépôt sur la face supérieure du substrat est plus homogène et le dépôt est plus rapide.
En outre le fait que le substrat soit bordé latéralement par les rebords de l’évidement limite les dépôts indésirables sur les bords latéraux du substrat et sur la face inférieure du substrat.
Par ailleurs, la réalisation d’évidement permet de réduire l’impédance de l’électrode ce qui, à puissance équivalente, permet d’augmenter la vitesse de dépôt et de chauffer plus rapidement l’électrode. Le temps de cycle peut alors être réduit.
En outre les électrodes sont empilées de telle sorte qu’elles présentent une inclinaison par rapport à l’horizontal tout en assurant que les électrodes soient parallèles les unes par rapport aux autres.
Dans l’exemple représenté, des entretoises isolantes électriques, par exemple en alumine, sont interposées entre les électrodes. Les entretoises sont de forme cylindrique à section circulaire et présentent des extrémités longitudinales biseautés assurant, par coopération des électrodes, une inclinaison des électrodes par rapport à l’horizontal. En outre, les électrodes sont parallèles les unes par rapport aux autres.
Dans l’exemple représenté, l’électrode tout en bas de l’empilement est structurée.
L’inclinaison des électrodes assure que, lorsqu’un substrat est mis en place dans un évidement de l’électrode, il glisse sous l’effet de la gravité et au moins l’un des bords droits vient en appui contre le rebord de l’évidement sous l’action de la gravité.
Sur la figure 2, on peut voir un autre exemple d’électrode P101 dans lequel les évidements 118 sont structurés de sorte que leurs parois latérales forment un gradin 124 qui présente une surface support 125 supportant uniquement le bord extérieur 126 de la face inférieure des substrats S.
Cet exemple de réalisation présente l’avantage de réduire encore davantage l’impédance de l’électrode.
Sur la figure 3, on peut voir un autre exemple de réalisation dans lequel l’électrode P201 comporte des jeux de picots 226 en saillie de la première face et destinés à supporter les substrats, chaque jeu comportant par exemple trois picots. L’électrode comporte également un rebord plan 228 perpendiculaire à la première surface associée à chaque jeu de picots et disposé à proximité de ceux-ci de sorte que, lorsqu’un substrat est disposé sur les picots, l’un de ses bords B soit en contact avec le rebord 228. Le rebord 228 est en matériau conducteur électrique et est connectée électriquement à la plaque de l’électrode. La surface de contact entre le substrat et l’électrode comprend la surface de contact entre le bord latéral B et le rebord et la surface de contact entre les picots et la deuxième face du substrat. La surface de contact est donc sensiblement augmentée par rapport à une électrode de l’état de la technique.
Dans le cas de l’électrode de la figure 1B dans lesquels les évidements comportent quatre rebords, l’orientation de l’inclinaison des nacelles est indifférente. Il est suffisant que l’électrode soit inclinée le long de l’une des directions orthogonales aux rebords de l’évidement de l’électrode pour que le ou les substrats glissent vers le ou les rebords et entre(nt) en contact avec celui-ci ou ceux-ci.
Dans le cas de l’électrode de la figure 3 qui ne comporte qu’un seul rebord, l’électrode est inclinée de sorte que l’inclinaison provoque le glissement du substrat vers ce rebord.
En variante, les première et deuxième faces des électrodes pourraient être structurées pour générer l’inclinaison des électrodes par rapport à l’horizontal tout en conservant des entretoises ne présentant pas des extrémités longitudinales biseautées
Sur la figure 4, on peut voir un exemple d’électrode P301 qui assure par elle-même la mise en appui d’un bord du substrat contre le rebord de l’évidement.
Dans cet exemple, la surface support 325 du gradin 324 est inclinée par rapport au plan moyen de la plaque.
L’évidement 18 de l’électrode P1 de la plaque des figures 1A et 1B peut être réalisé de sorte que son fond présente une inclinaison par rapport au plan moyen de la plaque de l’électrode
En outre la face inférieure de l’électrode est également structurée pour assurer une distance constante entre le substrat et l’électrode en regard sur toute la totalité du substrat. La deuxième face 316 de chaque électrode comporte des évidements 334 au droit des évidements 318 réalisés dans la première face 314, dont le fond 336 est parallèle au plan de la surface support 325 réalisée dans la première face 314 de l’électrode.
Sur la figure 5, on peut voir une vue de dessus d’un autre exemple de réalisation dans lequel la surface de contact entre le substrat et l’électrode P401 est encore augmentée.
Dans cet exemple l’électrode P401 est structurée et/ou orientée dans la nacelle de sorte que deux bords contigus B1, B2 du substrat viennent en appui contre deux rebords contigus 420 de l’évidement 418. Dans l’exemple représenté dans lequel les substrats sont de forme carrée et les évidements 418 également, la pente de l’électrode ou de chacun des évidements 418 est alignée approximativement avec l’une des diagonales des évidements.
De manière avantageuse, chacune des deux diagonales de chaque évidement est alignés à des diagonales des autres évidements.
Cette inclinaison particulièrement avantageuse est obtenue au moyen d’entretoises adaptées et/ou d’une structuration des faces inférieure et supérieure des électrodes.
En variante l’inclinaison des substrats d’une électrode à l’autre dans la nacelle peut être différente, par exemple elle peut être plus ou moins forte ou orientée différemment.
Grâce à l’invention, les dépôts peuvent être réalisés plus rapidement et être plus homogènes.
La mise en œuvre d’au moins un rebord permet en outre d’éviter le risque de chevauchement des substrats.
En outre, la durée de la période entre deux phases de nettoyage des électrodes est augmentée.
Dans le cas des électrodes comportant un évidement, l’impédance des électrodes est avantageusement réduite.

Claims (14)

  1. Nacelle pour dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma sur au moins un substrat (S), ledit substrat comportant au moins un bord droit, ladite nacelle comportant au moins un premier et un deuxième plateau (P1, P2) en matériau conducteur électrique, chaque plateau (P1, P2) comportant une première et une deuxième face, au moins la première face d’au moins le premier plateau (P1) étant destiné à recevoir n substrats (S), avec n entier ≥ 1, la première face (14) du premier plateau (P1) comportant au moins n rebords (20) configurés pour que le au moins un bord droit de chaque substrat vienne en appui contre un rebord (20) du premier plateau (P1), dans laquelle le premier plateau (P1) est disposé de sorte que les n substrats (S) présentent une inclinaison en direction des rebords (20) et dans laquelle le deuxième plateau (P2) est disposé de sorte qu’au moins une partie de la deuxième face du deuxième plateau (P2) au droit du substrat (S) reçu par la première face (14) du premier plateau (P1) soit parallèle audit substrat.
  2. Nacelle selon la revendication 1, dans laquelle la première face du premier plateau comporte n évidements comportant chacun au moins un rebord et configurés chacun pour recevoir un substrat.
  3. Nacelle selon la revendication 2, dans laquelle le ou les évidement(s) est ou sont de forme polygonale correspondant à la forme du substrat.
  4. Nacelle selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle chaque évidement comporte une surface support en contact avec au moins une partie d’une face du substrat.
  5. Nacelle selon la revendication 4, dans laquelle la surface support est en contact uniquement avec une partie de la zone périphérique extérieure de ladite face du substrat.
  6. Nacelle selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la direction d’inclinaison est orthogonale aux rebords.
  7. Nacelle selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle la première face comporte au moins 2n rebords répartis en paire, les rebords de chaque paire étant contigus et orientés l’un par rapport à l’autre de sorte que deux bords droits contigus de chaque substrat vienne en appui contre les deux rebords contigus, et dans laquelle la direction d’inclinaison est sensiblement alignée avec la bissectrice de l’angle entre les deux rebords contigus d’une paire de rebords.
  8. Nacelle selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le premier plateau est incliné dans la nacelle.
  9. Nacelle selon la revendication 8, comportant des entretoises isolantes électriques configurées de sorte à assurer l’inclinaison du premier plateau et de sorte que qu’au moins une partie de la deuxième face du deuxième plateau (P2) au droit du substrat (S) reçu par la première face (14) du premier plateau (P1) soit parallèle audit substrat.
  10. Nacelle selon la revendication 9, dans laquelle les entretoises comportent des extrémités biseautées en contact avec les plateaux.
  11. Nacelle selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle les n évidements reçoivent les substrats de manière inclinée.
  12. Nacelle selon l’une des revendications 1 à 11, comportant plusieurs premiers plateaux superposés, la deuxième face d’un premier plateau étant parallèle au substrat reçu par la première face du premier substrat situé directement en dessous.
  13. Dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma sur une pluralité de substrats comportant:
    - une enceinte (2) configurée pour réaliser un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma,
    - au moins une nacelle (4) selon l’une des revendications 1 à 12,
    - des moyens (6.1) d’alimentation en gaz et des moyens d’évacuation (6.2) connectés à l’enceinte,
    - un générateur électrique (8),
    - un circuit de connexion électrique (10) entre le générateur électrique et les plateaux.
  14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le circuit de connexion électrique (10) connecte en parallèle un plateau sur deux à la borne négative du générateur et connecte les autres plateaux à la borne positive.
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