ITTO20070648A1 - Procedimento per la produzione di un film semiconduttore e relativo impianto. - Google Patents

Description

"Procedimento per la produzione di un film semiconduttore e relativo impianto"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di un film semiconduttore avente uno spessore desiderato e consistente sostanzialmente dì un composto comprendente almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB, IIIA e VIA della classificazione periodica degli elementi, nonché al relativo impianto di produzione.

I composti più comunemente utilizzati fra quelli comprendenti almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB, IIIA e VIA della classificazione periodica degli elementi (chiamati in breve composti IB-IIIA-VIA) sono CuInSe2indicato in breve come CIS, Cu(InxGa(i-x))Se2con x compreso fra 0,5 e 1 indicato in breve come CIGS e Cu (InxGa(1-χ-y)Aly)Se2con x compreso fra 0,5 e 1 e y compreso fra 0 e 0,25, nonché composti in cui una parte del selenio è sostituito dallo zolfo come ad esempio Cu(InxGa(1-x))SSe con x compreso fra 0,5 e l. Variando la composizione o la percentuale di alcuni costituenti, ad esempio il rapporto Ga/In è possibile variale la "bandgap" del composto da 1 eV a 1,68 eV. E' anche possibile variare la composizione percentuale del film in modo tale da avere una "bandgap" variabile nello spessore al fine di assorbire fotoni di energia diversa a profondità diverse nel film semiconduttore ed ottimizzarne così le prestazioni in vista del suo impiego, ovvero quale strato assorbente la radiazione solare in una cella fotovoltaica.

Il rendimento di conversione della radiazione elettromagnetica solare del film è fortemente influenzato dalla composizione e dalla struttura del composto: è stato verificato che per massimizzare il rendimento il rapporto Ga/(Ga+In) deve essere preferibilmente compreso tra 0,24 e 0,33, in particolare 0,28, mentre il rapporto Cu/(Ga+In) deve essere preferibilmente compreso tra 0,85 e 0,98.

In modo di per sè noto, in una cella fotovoltaica, il film semiconduttore sopra menzionato è depositato su di un substrato flessibile (acciaio inossidabile) o rigido (vetro) di sopporto, con l'interposizione di un film sottile (preferibilmente di Mo) avente la funzione dì elettrodo positivo.

Al disopra del film semiconduttore, vengono poi applicati altri strati per realizzare la giunzione, l'elettrodo negativo, nonché eventuali ulteriori strati ausiliari, per aumentare le prestazioni della cella e/o la resa produttiva del relativo impianto dì produzione riducendo gli scarti. In questo modo è possibile realizzare celle fotovoltaiche con un'efficienza di conversione dell'energia solare di circa il 20% per prodotti da laboratorio e superiori al 12% per prodotti su scala industriale .

Le tecniche note di produzione dei suddetti film semiconduttori non sono peraltro risultate completamente soddisfacenti per quanto concerne i tassi dì produttività e di sfruttamento delle materie prime, così da incidere negativamente sulla loro effettiva applicabilità in processi su scala industriale .

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra citati dalla tecnica nota.

Secondo l'invenzione tale scopo viene raggiunto grazie ad un procedimento avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nella rivendicazione 1 che segue. Forme preferenziali di attuazione del procedimento dell'invenzione costituiscono oggetto delle rivendicazioni dipendenti da 2 a 6.

Il procedimento dell'invenzione è tale che vengono dapprima depositati sul substrato in rapida sequenza gli elementi dei gruppi IB e IIIA in una quantità tale che si crea di volta in volta uno strato precursore con uno spessore equivalente a da un singolo a poche decine di strati di atomi dei metalli precursori e successivamente lo strato precursore viene fatto reagire con l'elemento/glì elementi del gruppo VIA (ad esempio Se da solo) esponendolo al flusso prodotto da una sorgente evaporativa. La struttura della cella evaporaiiva e la regolazione della temperatura delle sue varie zone (crescente procedendo dalla zona di evaporazione verso il substrato) sono tali da garantire che nella zona a diretto contatto con il substrato la pressione parziale di selenio è inferiore alla pressione di equilibrio (tensione di vapore) alla temperatura del substrato. Di conseguenza, il selenio può solo legarsi a seguito di una reazione chimica allo strato precursore depositato sul substrato, ma non può condensare su quest'ultimo. La temperatura del substrato è preferibilmente compresa fra 250°C e 600°C e più in particolare fra 400°C e 570°C .

Nel procedimento dell'invenzione gli atomi dei vari elementi del composto finale non raggiungono contemporaneamente il substrato, ma sequenzialmente in modo tale che si elimina ogni possìbile contaminazione tra le sorgenti. Nello stesso tempo la quantità di materiale depositato è così piccola (anche un singolo strato di atomi) che per effetto della diffusività atomica sul substrato e per la reattività dell'elemento del gruppo VIA è possibile realizzare ad ogni passaggio il composto voluto.

L'operazione viene poi ripetuta realizzando in sovrapposizione vari strati, fino ad ottenere un film semiconduttore avente lo spessore desiderato.

Il procedimento dell'invenzione consente, contrariamente alle soluzioni della tecnica nota, di far crescere direttamente un film con la composizione voluta senza far evolvere la composizione attraverso fasi diverse per poi ottenere la fase finale mediante trattamenti di selenizzazione e trattamenti termici. Con questa tecnica la curva percorsa sul diagramma di stato è rappresentata da un punto avente per coordinate la composizione voluta e la temperatura del substrato. In altre parole, il procedimento dell'invenzione consente di far crescere il film semiconduttore strato per strato già con la sua composizione e fase finale senza passare attraverso complesse trasformazioni sul diagramma dì stato dei componenti base per ottenere il composto finale.

Costituisce un ulteriore oggetto della presente invenzione un impianto di produzione del film suddetto avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nella rivendicazione 7 che segue. Forme preferenziali di attuazione dell'impianto dell'invenzione costituiscono oggetto delle rivendicazioni dipendenti da 8 a 15.

Costituisce un ulteriore oggetto della presente invenzione un stazione di deposizione per via evaporativa avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nella rivendicazione 16 che segue. Forme preferenziali di attuazione di tale stazione costituiscono oggetto delle rivendicazioni dipendenti da 17 e 18.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, fornita a titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni annessi, in cui:

la figura 1 illustra schematicamente un impianto per l'effettuazione di un procedimento secondo l'invenzione,

la figura 2 illustra in maggiore dettaglio la struttura di una cella evaporativa facente parte dell'impianto di figura 1, e

le figure da 3 a 7 illustrano schematicamente rispettive forma alternative di attuazione di impianto per l'effettuazione di un procedimento secondo 1'invenzione.

Un impianto per l'effettuazione di un procedimento per la produzione di un film semiconduttore consistente sostanzialmente di un composto IB-IIIA-VIA comprende (fig. 1) una serie di stazioni di trattamento 10a, 10b e mezzi di movimentazione atti a far transitare un substrato 12 su cui vengono depositati i componenti del composto IB-IIIA-VIA lungo un percorso predefinito attraverso tali stazioni 10a, 10b, le quali sono disposte entro una camera circolare 14 che racchiude i mezzi di movimentazione ed è dotata di una pompa a vuoto 16.

I mezzi di movimentazione comprendono un tamburo 18 rotante intorno ad un asse centrale 20, e sopportante il substrato 12 in corrispondenza della propria superficie laterale, cosicché il percorso predefinito è circolare e si sviluppa intorno alla superficie laterale del tamburo 18 intorno alla quale è disposta la serie di stazioni 10a, 10b. Il tamburo 18 è provvisto al suo interno di mezzi di riscaldamento 22, ad esempio un filamento. In forme alternative di attuazione non illustrate, è possibile usare un sistema di lampade all'infrarosso o lampade con radiazione mista visibile ed infrarosso e/o dispositivi di riscaldamento montati all'esterno del tamburo 18.

Il tamburo 18 è fatto ruotare attorno al suo asse 20 da un dispositivo, non visibile in figura 1, costituito da un motore servocontrollato posto all'esterno della camera 14 e da un giunto di trascinamento magnetico che consente di far ruotare il tamburo 18 senza avere alberi passanti attraverso la camera 14. Il motore servocontrollato garantisce la possibilità di regolare la velocità di rotazione con un'elevata accuratezza in un'ampia gamma di velocità.

La serie di stazioni 10a, 10b comprende in successione una prima stazione 10a per la deposizione mediante sputtering sul substrato di almeno un elemento del gruppo IB della classificazione periodica degli elementi, una seconda stazione 10a per la deposizione mediante sputtering sul substrato di almeno un elemento del gruppo IIIA della classificazione periodica degli elementi, nonché una terza stazione 10b per la deposizione per via evaporativa di almeno un elemento del gruppo VIA della classificazione periodica degli elementi.

Le stazioni 10a per la deposizione mediante sputtering hanno una struttura di per sè nota e sono ad esempio del tipo a magnetron planare o rotante, singolo o duale e sono provviste di otturatore 24 per poter ad esempio effettuare operazioni di condizionamento preventivo dei target e determinare l'inizio e la fine della fase di deposizione. Gli otturatori 24 sono montati parallelamente all'asse 20 del tamburo 18 e movimentabili dall'esterno parallelamente all'asse 20 mediante passanti a trascinamento magnetico.

La prima stazione 10a può ad esempio avere un target di CuGa di composizione desiderata per realizzare nel composto finale la percentuale di Ga voluta e la seconda un target di In.

La posizione relativa delle varie stazioni 10a di deposizione non è critica, come non lo è il loro numero. E' chiaro che si possono inserire molte più stazioni 10a dì deposizione con target di composizione diversa costituiti da metalli puri o leghe di Cu, Ga, In. La scelta della configurazione di figura 1 è determinata esclusivamente dal fatto di collocare la pompa 16 in posizione simmetrica rispetto alle due stazioni di deposizione 10a e di avere di conseguenza la stessa conduttanza tra queste e la pompa 16 e quindi la stessa pressione nell'area in cui avviene lo sputtering. Il gas inerte Ar necessario per il processo di sputtering viene inserito direttamente nell'area delle stazioni 10a, il cui effetto complessivo è quello di depositare sul substrato 12 un film precursore contenente elementi dei gruppi IB e IIIA {chiamato in breve film precursore IB-IIIA).

La stazione 10b di deposizione per via evaporativa è rappresentata in maggior dettaglio in figura 2. Essa comprende una cella includente un corpo centrale 26 in cui è ricavato un pozzetto 28 e che è provvisto di mezzi di riscaldamento 30 cosi da formare una zona A di evaporazione dell'/degli elemento/i del gruppo VIA, ad esempio Se. Il pozzetto 28 è posto in comunicazione con l'ambiente esterno in adiacenza del substrato 12 da una serie di ugelli 32 disposti allineati parallelamente all'asse 20 del tamburo 18. Dal corpo centrale 26 protrudono, intorno allo sbocco degli ugelli 32, alette 34 presentanti superfici esterne 36 atte a definire una zona B di deposizione del Se sul film precursore depositato sul substrato 12 dalle precedenti stazioni 10a. La cella comprende inoltre un corpo periferico 38 entro il quale sono ricavati canali 40 per il flusso di un fluido di raffreddamento, ad esempio acqua refrigerata. Il corpo periferico 38 definisce così insieme con superfici interne 42 delle alette 34 una zona C di condensazione dei vapori del Se. In particolare, la temperatura della pareti della zona C è tenuta ad un valore compreso tra 25°C e 100°C, in modo tale per cui la zona C funge da trappola fredda per il Se che fuoriesce dalla zona B.

Nella zona A il Se deve essere mantenuto in equilibrio tra fase liquida e fase vapore. La pressione parziale del Se è quella di equilibrio e dipende solo dalla temperatura a cui è mantenuta la zona A. La regolazione della temperatura nella zona A è vantaggiosamente condotta con una tolleranza di circa 1°C. A questo scopo i mezzi di riscaldamento 30 sono regolati da termocoppie 44 mediante un sistema di controllo elettronico che, in funzione della temperatura di regime desiderata e della temperatura reale letta sulle termocoppie 44, comanda i mezzi di riscaldamento 30. Il corpo centrale 26 della cella è inoltre dotato di canali 46 di raffreddamento per mantenere la temperatura al disotto dei 50°C prima di iniziare la fase di deposizione del Se e per eseguire il raffreddamento della cella nella zona A alla fine della deposizione.

Attraverso gli ugelli 32, il Se può passare dalla zona A alla zona B dove viene a contatto con il film precursore IB-IIIA depositato per sputtering . Poiché la temperatura della zona A di evaporazione è vantaggiosamente maggiore di 400°C per far sì che nella fase vapore sia presente Se monoatomico, si ha qui una pressione di vapore molto alta rispetto alla pressione parziale di Se che serve nella zona B per generare un flusso incidente tale da realizzare una reazione completa con il film precursore. Pertanto attraverso gli ugelli 32 si deve creare una caduta di pressione per passare dalla pressione di equilibrio nella zona A alla pressione più bassa della zona B. A questo scopo, allo sbocco degli ugelli 32 è collocato un otturatore 48 che permette di regolare la sezione di passaggio e quindi la caduta di pressione. L'otturatore 48 può essere comandato dall'esterno della camera 14 mediante un passante magnetico. Quando l'otturatore 48 è completamente chiuso non consente il passaggio del Se dalla zona A alla zona B.

La temperatura della zona B è tenuta ad un valore compreso tra la temperatura della zona di evaporazione A e la temperatura del substrato. La regolazione della temperatura nella zona B non deve essere necessariamente precisa, ma viene determinata essenzialmente dalla conduzione con la zona A, dall'irraggiamento che riceve dal tamburo 18 che si trova a temperatura superiore e dall'irraggiamento che la superficie esterna 36 delle alette 34 emette verso la zona C. In particolare, le superfici del corpo centrale 26, del corpo periferico 38 e delle alette 34 sono determinate in modo tale che si abbia la seguente condizione:

TA < TB < Tsubstrato con un valore di TB più prossimo possibile a Tsubstrato. Per ridurre l'energia persa dalla superfìcie esterna 36 delle alette 34, all'esterno della zona B è montato uno schermo riflettente 50 che riflette una parte dell'energia emessa da queste ultime .

L'estremità 52 della superficie interna delle alette 34 è modellata in modo tale che si accoppi con la superficie esterna del tamburo 18, lasciando un meato 54 di circa 1 mm di spessore. La superficie affacciata tra cella e tamburo 18 è volutamente massimizzata per avere un'elevata energia trasmessa alla cella per irraggiamento e per avere una conduttanza bassa tra la parte interna della cella e la zona C esterna al fine di limitare le perdite di Se.

Tornando alla descrizione dell'impianto nel suo complesso (fig. 1), nelle zone circostanti il tamburo 18 libere dalle stazioni di deposizione 10a, 10b sono montati schermi 56 riflettenti per le radiazioni emesse dal tamburo 18, che consentono quindi di ridurre l'energia persa per irraggiamento e riducono l'energia da estrarre dalla camera 14 per mantenere la temperatura massima di esercizio entro l'intervallo desiderato. Gli schermi 56 hanno anche lo scopo di ridurre la possibilità di contaminazione incrociata tra le sorgenti.

L'impianto può essere completato da trasduttori di pressione e misuratori dì temperatura senza contatto posti all'esterno della camera 14, che mediante finestre di ispezione consentono di controllare la temperatura del substrato 12 durante il funzionamento dell'impianto.

Prima di iniziare il procedimento di produzione vero e proprio del film semiconduttore, nella camera 14 viene fatto un livello di vuoto tale da abbassare il più possibile il tenore di gas contaminanti (ad esempio N2, O2, H2O) compatibilmente con il tempo di pompaggio.

E' anche possibile eseguire una fase di pulizia del substrato inserendo nella camera 14 un'unità RF al plasma. Tecniche di pulizia di questo genere sono note nel campo delle deposizioni e dei trattamenti superficiali sotto vuoto e permettono di ottenere ottimi risultati.

Completate le fasi preliminari, il substrato 12 avvolto intorno al tamburo 18 viene portato gradatamente alla temperatura di deposizione. La temperatura del substrato nella fase di deposizione si trova preferibilmente in un intervallo compreso tra 250°C e 600°C. Per substrati rigidi, in particolare di vetro e materiali ceramici, e per substrati flessibili di acciaio inossidabile, rame o altri materiali metallici, tale temperatura è vantaggiosamente compresa tra 400 °C e 570 °C. Per i substrati flessibili plastici la temperatura massima dì deposizione è determinata dalle caratteristiche di resistenza alla temperatura del materiale plastico costitutivo. In generale, quest'ultima temperatura è compresa fra 250 °C e 350 °C.

Raggiunta la temperatura di deposizione desiderata, inizia l'introduzione del gas inerte Ar, portando la pressione nella camera 15 ad un valore adatto per il processo di sputtering compreso tra 0,02 Pa e 0,5 Pa.

Si effettua poi tipicamente una fase di presputtering, con otturatori 24 dei target chiusi, al fine di condizionare questi ultimi ed eliminare tracce di contaminazione o ossidazione.

A seguire inizia la fase vera e propria di deposizione sul substrato 12. La corrente ai catodi viene portata al valore richiesto per realizzare il flusso di deposizione voluto da ciascun target, poi vengono aperti gli otturatori 24 simultaneamente o in sequenza. La scelta della sequenza di apertura degli otturatori dipende dal fatto di realizzare la voluta interfaccia tra il Mo o altro composto presente sul substrato 12 e il film semiconduttore per migliorare l'adesione del film stesso.

La regolazione della corrente ai catodi è tale da far sì che lo strato precursore che si deposita sul substrato 12 ad ogni passaggio sotto i target delle due stazioni IOa abbia la composizione relativa dei tre metalli (Cu, Ga, In) voluta e nello stesso tempo si realizzi uno spessore di film pari a "n" atomi, dove "n" è un numero compreso tra 1 e 100, e preferibilmente tra 1 e 30. Ciò corrisponde ad uno strato precursore costituito da un quantitativo di atomi per cm<2>compreso fra circa 1,3 x IO<15>e 1,3 x IO<17>e preferìbilmente fra 1,3 x 10<15>e 4,0 x 10<16>.

Nel successivo passaggio del substrato sotto la cella evaporativa avviene la selenizzazione completa dello strato precursore depositato.

Tipicamente , la pressione parziale di Se nella cella evaporativa nella zona a diretto contatto con il substrato 12 è tenuta ad un valore prossimo a quello della camera 14, ma non superiore in modo tale che il passaggio di Se tra la cella evaporativa e la camera 14 sia determinato esclusivamente da un fenomeno diffusivo.

Nel campo di pressioni prima indicate, la temperatura a cui il Se è in equilibrio tra fase liquida e fase gassosa è minore di 240°C, pertanto il Se non può condensare sullo strato precursore depositato sul substrato 12 ma può solo legarsi chimicamente .

Dovendosi garantire che il Se che evapora non formi molecole di Se con 2 o più atomi, ma si trovi allo stato di atomi singoli per avere un'elevata reattività con lo strato precursore depositato sul substrato 12, è necessario che il Se che si trova a diretto contatto con quest'ultimo sia ad una temperatura decisamente più alta, prossima o al limite uguale a quella del substrato (oltre i 400°C), ma ad una pressione inferiore alla pressione di equilibrio e quindi non in condizione di condensare.

La condizione ideale è di avere uno strato precursore monoatomico, ovvero di spessore pari al diametro di un atomo dei composti metallici dei gruppi IB e IIIA: in questo caso infatti i vapori di Se devono solo reagire con lo strato superficiale e non diffondere attraverso la superficie per reagire con atomi metallici di ulteriori strati sottostanti, per ottenere il composto finale desiderato IB-IIIA-VIA.

Alla rotazione successiva del tamburo 18, la sequenza si ripete e un nuovo strato di atomi del composto viene depositato su quello precedentemente depositato .

La velocità di rotazione del tamburo 18 e il numero di strati atomici che si vogliono depositare ad ogni giro sono parametri indipendenti, mentre la corrente ai catodi delle stazioni IOa di deposizione per sputterìng è in prima approssimazione funzione lineare della velocità di rotazione e del numero di strati atomici che si vogliono depositare.

La velocità di rotazione del tamburo 18 non deve comunque essere mantenuta necessariamente costante per tutto lo svolgimento del procedimento, ma può essere variata per ottimizzare la struttura del film semiconduttore. Analogamente altri parametri di processo quali temperatura del substrato, temperatura della cella evaporativa e correnti ai catodi possono essere variati per lo stesso scopo.

Al termine del procedimento di deposizione, raggiunto lo spessore voluto del film semiconduttore, gli otturatori 24 sono chiusi ed è azzerata la corrente nei magnetron delle stazioni di deposizione 10a. I parametri sequenza di chiusura degli otturatori 24, corrente ai magnetron nella fase di arresto, temperatura della cella evaporativa e del substrato 12 sono controllati e organizzati in modo tale che il film nel corso dell'arresto non subisca una deselenizzazione sulla superficie, nè avvenga una condensazione di selenio per inversione della temperatura tra substrato 12 e cella evaporativa.

Al completamento del procedimento di deposizione è poi possibile eseguire sul film depositato una o più fasi di trattamento termico "annealing" in presenza di gas inerte a pressioni uguali o superiori a quella utilizzata nella fase di deposizione. Durante queste fasi finali il substrato 12 può essere movimentato ad una velocità anche diversa dalla velocità utilizzata durante la fase di processo.

La figura 3 illustra una forma alternativa di realizzazione dell'invenzione, in cui numeri uguali a quelli utilizzati nelle precedenti figure contraddistinguono parti uguali o equivalenti.

In questo caso, intorno al tamburo 18 sono disposte due serie di stazioni di deposizione mediante sputtering 10a e per via evaporativa 10b. Per il resto, le caratteristiche dell'impianto e del relativo procedimento di funzionamento corrispondono a quelle precedentemente descritte. In particolare, indipendentemente dal numero di serie di stazioni 10a, 10b, rimane invariato il principio di produrre il film semiconduttore replicando in continuo un processo che prevede la deposizione di uno strato precursore IB-IIIA di spessore pari a pochi atomi e immediatamente dopo la sua selenizzazione, in vista di ottenere il composto finale IB-IIIA-VIA.

Con l'impianto di figura 3, ad ogni rotazione del tamburo 18 vengono depositati due strati del composto IB-IIIA-VIA: aumentando il numero di serie di stazioni di deposizione, aumenta il numero di strati depositabile ad ogni giro, per contro aumentano anche le dimensioni del tamburo 18 per poter alloggiare più serie di stazioni 10a, 10b.

Nel caso si volesse aumentare considerevolmente il numero dì serie di unità di deposizione e/o la lunghezza del substrato 12 su cui si vuole depositare il film, si dovrebbe aumentare corrispondentemente il diametro del tamburo 18. Peraltro, quest'ultimo non può in pratica superare un certo valore limite, e, in ogni caso, la sua crescita determina l'ulteriore inconveniente di una diminuzione del rapporto fra superficie di deposizione e volume della camera 14. Infatti, al diminuire di questo rapporto aumenta il rapporto tra il tempo di pompaggio e la superficie depositata (circa proporzionalmente al diametro del tamburo 18}, rendendo il sistema poco produttivo. Per eliminare questi inconvenienti si può adottare la configurazione di figura 4 in cui numeri uguali a quelli utilizzaci nelle precedenti figure contraddistinguono parti uguali o equivalenti.

In questo caso, i mezzi di movimentazione comprendono un primo ed un secondo cilindro 58, 60 aventi assi paralleli e posti ad un distanza prestabilita ed il substrato 12 è un nastro avvolto intorno ai cilindri 58, 60. In tal modo, il percorso predefinito seguito dal substrato 12 è chiuso e comprende un primo tratto rettilineo 62 dì lunghezza corrispondente alla distanza fra gli assi dei cilindri 58, 60, un primo tratto ricurvo 64 in corrispondenza del primo cilindro 58, un secondo tratto rettilineo 66 parallelo al primo tratto 62 ed un secondo tratto ricurvo 68 in corrispondenza del secondo cilindro 60. Una serie di stazioni di deposizione 10a, lOb è disposta lungo il tratto rettilineo 62.

La struttura della stazione a cella evaporativa è sostanzialmente simile a quella di figura 2, ad eccezione del fatto nella zona in cui la cella evaporativa si accosta al substrato 12, il suo profilo è lineare anziché curvo, come accadeva quando doveva conformarsi al profilo ricurvo del tamburo 18.

La configurazione di fig. 4 consente di utilizzare un substrato 12 di lunghezza superiore a quella utilizzata nel caso del tamburo 18, semplicemente allungando la camera 12 di deposizione e riducendo il rapporto fra superficie del substrato 12 e volume della camera 12.

Inoltre questa configurazione si presta facilmente ad aumentare il numero delle serie dì stazioni di deposizione, ciascuna costituita da due stazioni IOa di deposizione mediante sputtering e da una stazione 10b di deposizione per via evaporativa .

La figura 5, in cui numeri uguali a quelli utilizzati nelle precedenti figure contraddistinguono parti uguali o equivalenti, rappresenta un impianto del tipo generale di quello della figura precedente, il quale è montato in posizione verticale e comprende due serie di stazioni di deposizione 10a, 10b lungo ognuno dei tratti rettilinei. Tale impianto, a parità di condizioni di processo, permette quindi di ottenere una velocità di deposizione globale quattro volte superiore a quella del precedente impianto.

La figura 6 illustra una forma alternativa di realizzazione dell'invenzione, in cui numeri uguali a quelli utilizzati nelle precedenti figure contraddistìnguono parti uguali o equivalenti.

In questo caso, i mezzi di movimentazione comprendono un primo cilindro 70 di svolgimento, un rullo 72 di rinvio ed un secondo cilindro 74 di avvolgimento aventi assi paralleli. Il substrato 12 è un nastro aperto in modo tale per cui il percorso predefinito è aperto e comprende un primo tratto 76 fra il primo cilindro 70 ed il rullo di rinvio 72, un secondo tratto ricurvo 78 in corrispondenza del rullo di rinvio 72, ed un terzo tratto 80 fra il rullo 72 di rinvio ed il secondo cilindro 74. Rispettivi rulli tenditori 82 ed una pluralità di serie di stazioni di deposizione 10a, 10b sono disposti lungo il primo, il secondo ed il terzo tratto 76, 78, 80.

In tale impianto, denominato "roll to roll", il substrato 12 di acciaio inox o materiale plastico viene avvolto e svolto dai due cilindri 70, 72 ad ogni ciclo, con una deposizione del film nel passaggio del substrato 12 sia dal cilindro 70 al cilindro 74 sia vice versa. Le linee tratteggiate intorno ai cilindri 70, 74 rappresentano il substrato 12 quando è nella condizione di massimo avvolgimento intorno a ciascuno di essi, che evidentemente corrisponde ad una condizione di avvolgimento nullo intorno all'altro cilindro 74, 70. E' da notare che l'impianto è dotato di una stazione di deposizione per via evaporativa in più (indicata con il numero di riferimento 10b*) del numero di serie di stazioni, in modo tale da poter avere in entrambe le direzioni di trasferimento un procedimento simmetrico che termina con una fase di selenizzazione .

La figura 7 illustra una ulteriore forma alternativa di realizzazione dell'invenzione, in cui numeri uguali a quelli utilizzati nelle precedenti figure contraddistinguono parti uguali o equivalenti .

In questo caso, i mezzi di movimentazione comprendono un primo ed un secondo cilindro 84, 86 aventi assi paralleli e posti ad una distanza prestabilita ed una cinghia 88 avvolta intorno ai cilindri ed alla quale è incernierata una pluralità di vassoi 90 ciascuno dei quali sopporta un rispettivo substrato 12. Il percorso predefinito è così chiuso e comprende un primo tratto rettilineo 92 di lunghezza corrispondente alla distanza fra gli assi dei cilindri 84, 86, un primo tratto ricurvo 94 in corrispondenza del primo cilindro 84, un secondo tratto rettilineo 96 parallelo al primo tratto 92 ed un secondo tratto ricurvo 98 in corrispondenza del secondo cilindro 86. Una pluralità di serie dì stazioni di deposizione 10a, 10b è disposta lungo entrambi i tratti rettilìnei 92, 96.

Tale impianto è destinato alla produzione del film semiconduttore su substrati rigidi, ad esempio lastre di vetro o supporti ceramici. Il principio di deposizione rimane quello descritto precedentemente, ciò che cambia è la struttura dei mezzi di movimentazione che riescono a gestire la rigidità del substrato 12.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descrìtto a puro titolo esemplificativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni annesse. Ad esempio, in una singola stazione di deposizione per sputtering 10a, si può utilizzare una coppia di magnetron entrambi dotati di un target con la stessa composizione e alimentati con alimentatori AC ad una frequenza tra 1kHz e 20 kHz. In questo caso la deposizione avviene per il 50% del ciclo da un target e per il 50% del ciclo dall'altro target. I vantaggi di questa soluzione stanno nel fatto che questo sistema di alimentazione fa si che il target sia per il 50% del tempo catodo e per il 50% del tempo anodo e di conseguenza consente di usare target a bassa conduttività e di evitare fenomeni di avvelenamento (isolamento) del target dovuti a depositi di vapori di Se sul target.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di un film semiconduttore avente uno spessore desiderato e consistente sostanzialmente di un composto comprendente almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB, IIIA e VIA della classificazione periodica degli elementi, detto procedimento comprendendo le fasi di: A) depositare mediante sputterìng su di un substrato (12) almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB e IIIA della classificazione periodica degli elementi così da formare uno strato precursore costituito da un quantitativo di atomi per cm<2>compreso fra 1,3 x IO<15>e 1,3 x IO<17>, B) depositare per via evaporativa almeno un elemento del gruppo VIA della classificazione periodica degli elementi in detto strato precursore così da formare uno strato di detto composto comprendente almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB, IIIA e VIA della classificazione periodica degli elementi, e ripetere eventualmente dette fasi A) e B) per un numero n di volte fino ad ottenere un film formato da n strati sovrapposti, il cui spessore è pari a quello desiderato.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto composto è scelto dal gruppo consistente di CuInSe2, Cu (InxGa{ 1-x))Se2con x compreso fra 0,5 e 1, Cu(InxGa(1-x-y)Aly)Se2con x compreso fra 0,5 e 1 e y compreso fra 0 e 0,25, e Cu(InxGa(1-x))SSe con x compreso fra 0,5 e 1.
3. 3. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui la deposizione mediante sputtering è effettuata tenendo il substrato (12) ad una temperatura compresa fra 250°C e 600°C.
4. 4. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui la deposizione per via evaporativa è effettuata tenendo il substrato (12) ad una temperatura compresa fra 250 °C e 600 °C e con una pressione parziale dell' almeno un elemento del gruppo VIA della classificazione periodica degli elementi compresa fra 0,05 e 2,0 Pa e comunque inferiore alla rispettiva tensione di vapore alla temperatura del substrato (12).
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui, nella deposizione per via evaporativa, la temperatura del substrato (12) è tenuta ad un valore superiore alla temperatura di una zona (B) ad esso adiacente contenente i vapori dell'almeno un elemento del gruppo VIA della classificazione periodi ca degli elementi, la quale è a sua volta superiore alla temperatura quella di una zona (A) in cui ha luogo l'evaporazione dell'almeno un elemento del gruppo VIA.
6. 6. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui nella fase A) si deposita mediante sputtering sul substrato (12) almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB e IIIA della classificazione periodica degli elementi così da formare uno strato precursore costituito da un quantitativo di atomi per cm<2>compreso fra 1,3 x 10<15>e 4,0 x 10<16>.
7. 7. Impianto per l'effettuazione di un procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni per la produzione di un film semiconduttore avente uno spessore desiderato e consistente sostanzialmente di un composto comprendente almeno un elemento per ciascuno dei gruppi IB, IIIA e VIA della classificazione periodica degli elementi, detto impianto comprendendo: - almeno una serie di stazioni di trattamento comprendente in successione almeno una prima stazione (iOa) per la deposizione mediante sputtering su di un substrato di almeno un elemento del gruppo IB della classificazione periodica degli elementi, una seconda stazione (10a) per la deposizione mediante sputtering su detto substrato di almeno un elemento del gruppo IIIA della classificazione periodica degli elementi ed una terza stazione {10b) per la deposizione per via evaporatìva di almeno un elemento del gruppo VIA della classificazione periodica degli elementi su di un substrato (12), e - mezzi di movimentazione atti a far transitare detto substrato (12) lungo un percorso predefinito in detta almeno una serie di stazioni.
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 7, in cui dette stazioni (10a) per la deposizione mediante sputtering sono del tipo a magnetron planare o rotante, e singolo o duale.
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione 7 o 8, comprendente una pluralità di serie di stazioni dì trattamento disposte in successione lungo detto percorso predefinito.
10. 10. Impianto secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 7 a 9, in cui detti mezzi di movimentazione sono provvisti di mezzi di riscaldamento (22).
11. 11. Impianto secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 7 a 10, in cui detti mezzi di movimentazione comprendono un tamburo (18) rotante intorno ad un asse centrale (20) e sopportante detto substrato (12) in corrispondenza di almeno una regione estendentesì assialmente e tangenzialmente della propria superfìcie laterale, detto percorso predefinito è circolare e si sviluppa intorno alla superficie laterale del tamburo (18).
12. 12. Impianto secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 7 a 10, in cui detti mezzi di movimentazione comprendono un primo ed un secondo cilindro (58, 60) aventi assi paralleli e posti ad un distanza prestabilita e detto substrato (12) è un nastro avvolto intorno a detti cilindri (58, 60), in modo tale per cui detto percorso predefinito è chiuso e comprende un primo tratto rettilineo (62) di lunghezza corrispondente a detta distanza, un primo tratto ricurvo (64) in corrispondenza del primo cilindro (58), un secondo tratto rettilineo (66) parallelo al primo tratto (62) ed un secondo tratto ricurvo (68) in corrispondenza del secondo cilindro (60), detta almeno una serie di stazioni (10a, 10b) essendo disposta lungo almeno uno di detti tratti rettilinei (62, 66).
13. 13. Impianto secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 7 a 10, in cui detti mezzi di movimentazione comprendono un primo cilindro di svolgimento (70), un rullo di rinvio (72) ed un secondo cilindro di avvolgimento (74) aventi assi paralleli e detto substrato (12) è un nastro aperto in modo tale per cui detto percorso predefinito è aperto e comprende un primo tratto (76) fra il primo cilindro (70) ed il rullo di rinvio (72), un secondo tratto ricurvo (78) in corrispondenza del rullo di rinvio (72), ed un terzo tratto (80) fra il rullo di rinvio (72) ed il secondo cilindro (74), detta almeno una serie di stazioni essendo disposta lungo almeno uno di detti primo e terzo tratto (76, 80).
14. 14. Impianto secondo la rivendicazione 13, comprendente un rispettivo rullo tenditore (82) disposto lungo detti primo e terzo tratto (76, 80).
15. 15. Impianto secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni da 7 a 10, in cui detti mezzi di movimentazione comprendono un primo ed un secondo cilindro (84, 86) aventi assi paralleli e posti ad una distanza prestabilita ed una cinghia (88) avvolta intorno a detti cilindri (84, 86) ed alla quale è incernierata una pluralità dì vassoi (90) ciascuno dei quali sopporta un rispettivo substrato (12), in modo tale per cui detto percorso predefinito è chiuso e comprende un primo tratto rettilineo (92) di lunghezza corrispondente a detta distanza, un primo tratto ricurvo {94) in corrispondenza del primo cilindro (84), un secondo tratto rettilineo (96) parallelo al primo tratto {92) ed un secondo tratto ricurvo {98) in corrispondenza del secondo cilindro (86), detta almeno una serie di stazioni (10a, 10b )essendo disposta lungo almeno uno di detti tratti rettilinei (92, 96).
16. 16. Stazione per la deposizione per via evaporativa preferìbilmente per l'impiego in un impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 15, comprendente una cella includente un corpo centrale (26) in cui è ricavato un pozzetto (28) e che è provvisto di mezzi di riscaldamento (30) così da formare una zona di evaporazione {A) dell'almeno un elemento del gruppo VIA, detto pozzetto (28) essendo posto in comunicazione con l'ambiente esterno in adiacenza del substrato (12) da almeno un ugello (32).
17. 17. Stazione secondo la rivendicazione 16, in cui dal corpo centrale (26) protrudono, intorno allo sbocco di detto almeno un ugello (32), alette (34) presentanti superfici esterne atte (36) a definire una zona di deposizione (B) dell'almeno un elemento del gruppo VIA su detto substrato (12).
18. 18. Stazione secondo la rivendicazione 17, in cui detta cella comprende un corpo periferico (38) entro il quale sono ricavati canali (40) per il flusso di un fluido di raffreddamento, detto corpo periferico (38) definendo insieme con superfici interne (42) di dette alette (34) una zona di condensazione (C) dei vapori dell'almeno un elemento del gruppo VIA.