KR910007380B1 - 투광성 전도박막 침착장치 및 방법 - Google Patents
투광성 전도박막 침착장치 및 방법 Download PDFInfo
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Description
제1도는 셀의 각층이 비결정 반도체 합금으로부터 형성된 다수의 p-i-n형 셀을 구비하는 적층광전지장치에 대한 부분 단면도.
제2도는 연속으로 이동하는 기판상에 필름을 침착시키기 위한 장치를 도시하는 단면도.
제3도는 제2도 침착장치의 동적 성분에 대한 단면도.
제4도는 4개의 캐소드 개구로부터 증착된 금속재료를 기판표면을 균일하게 피복시키는 방법을 도시하는 상부평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 침착장치 4 : 도가니
6 : 침착연소실 11 : 기판
12 : 셀 20 : 나사
22 : 코팅 30 : 캐소드
45 : 선반 46 : 플랫폼
50 : 다리
본 발명은 얇고, 고 투광성이며 고전 전기 전도성인 필름을 침착시키기 위한 장치와 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치 제조중의 한단계로서 기판상에 그러한 필름을 효과적으로 침착시키기 위한 처리와 장치에 관한 것이다.
상기한 실시예에서, 본 발명은 비결정 반도체 재료 표면상에 얇고 고전기전도성이며 고 투광성이고, 융점이 낮은 금속산화물 필름을 비결정반도체 재료 표면에 침착시켜 광전지 장치를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다. 여기에 공개된 다른 실시에는 금속, 유리 및 플라스틱기판 표면상에 융점이 낮은 금속산화물필름 침착에 관한 것을 다룬다.
최근에 상대적으로 광역을 둘러쌀 수 있고 광전자와 다른 응용에 있어서 결정체와 실제동일한 p-i-p과 다른 형태의 장치를 생산하기 위한 p-형과 n-형 재료를 형성시키도록 도핑될 수 있는 비결정반도체 합금을 침착시키기 위한 시스템을 개발하는데 상당한 노력이 기울어졌다.
(2) 에너지 갭내에서 적용가능한 국부상태집중을 가지며 고품질 전자특성을 공급하는 글로방전 기술에 의한 비결정 실리콘 합금을 비교하는 것이 가능하다. 이 기술은 스탠포드 알, 오브신스키와 아룬 매던에 의해 1980년 10월 7일 출원된 미합중국 특허원 제4,226,898호의 결정반도체와 동일한 비결정반도체에 완전히 설명되며, 동일제목으로 스탠포드 알. 오브신스키와 마사쯔구 이쯔에 의해 1980년 8월12일 출원된 미합중국 특허원 제4,217,374호의 진공증착으로 상세히 설명된다. 이러한 특허에 공개된 바와 같이 비결정 실리콘 반도체내에 삽입된 플로라인은 국부결핍상태의 밀도를 실제적으로 감소시키는 작용을 하며 게르마늄과 같은 다른 합금재료의 첨가를 촉진시킨다.
광전장치효율을 증가시키기 위해 다중셀을 사용에 대한 착상은 1960년 8월 16일 이.디.잭슨에 의해 미합중국 특허원 제2,949,498호로 출원된 바와같이 적어도 1955년에 최초로 논의되었다. 거기서 논의된 다중셀구조는 p-n 접합 결정반도체 장치를 사용했다. 필수적으로 그 착상은 상이한 밴드갭 장치를 사용하여 태양스팩트럼의 여러 부분을 훨씬 더 효율적으로 집속시키고 개회로 전압(Voc)을 증가시키는데에 있다. 탄댐셀장치는 각 셀을 통해 직렬로 빛을 지정받고 큰 밴드 갭재료로 구성된 두 개 이상의 셀을 가지고 한 개이상의 더작은 밴드갭 재료가 선행 셀 또는 층을 통과한 빛을 흡수하도록 한다.
광전지를 대량생산할 수 있도록 하는 것이 상업적으로 크게 중요하다. 태양 셀 제조용 배치처리에 제한되는 결정실리콘과는 달리, 비결정실리콘 합금은 광역기판에 걸쳐 다중층내에 침착되어 고성능 연속처리 시스템으로 태양전지를 형성시킬 수 있다. 이러한 종류의 연속처리 시스템은, 예를들어 p형 도핑된 실리콘필름 제조방법 및 그 필름으로 제작한 장치에 대해 1980년 5월 19일 출원된 미합중국 특허원 제151,301호,비결정반도체 재료 침착용 연속시스템에 대해 1981년 3월 16일 출원된 미합중국 특허원 제244,386호 연속비결정 태양전지 제조시스템에 대해 1981년 3월16일 출원된 미합중국 특허원 제240,493호와 다중연소실 침착과 고립시스템과 방법에 대해 1981년 9월28일 출원된 미합중국 특허출원 제306,146호에 기재되어 있다. 이러한 특허출원서에 기재된 바와 같이, 예로, 스테인레스강으로부터 형성된 기판은 연속침착 연소실을 통해 계속적으로 전진되며 각각의 연소실은 특정재료 침착에 쓰이게 된다.
적어도 소자를 감소시키는 상태와 소자를 조정하는 밴드갭에 대한 적어도 1인 밀도가 합금의 전기적 성질에 유해한 영향을 미치지 않고 주입되는 층 또는 적층기술에 의한 비결정반도체 장치 제작이 가능하게 된다. 그러한 처리는 스탠포드 알 오브신스키에 의해 제목 "복합적으로 변화된 재료와 그 재료를 합성시키기 위한 방법" 으로 1982년 9월 23일 출원된 계류중인 미합중국 특허원 제 422,155호와 스탠포드 알 오브신스키와 마사쯔구 이쯔에 의해 제목의 "최적도핑되고 밴드갭 조정된 광응답 비결정합금과 장치로 1982년 11월 9일 출원된 미합중국 특허원 제442,895호에 기재되어 있다.
반도체 합금층을 침착한 다음에, 분리된 환경내에서 또는 연속공정의 일부로서 그다음 침착공정이 수행된다. 이러한 단계에 있어서 예로, 이듐, 주석과 산소(ITO)의합금인 TCO)투명전도 산화물과 같은 전기전도성이고 광투과성 재료인 얇고 투명 또는 반투명인 필름이 부가된다. 본 발명에 주로 설명된 반도체 재료 본체위에 얇고 전도성이 투명필름과 같은 것을 침착하기 위한 장치와 공정이있다.
또한 가시영역에서 높은 투과성인 그러한 얇고 전기전도필름 침착은 다른 중요한 광학적 그리고 전기적으로 다양하게 응용된다. 이러한 필름은 특히, 정전기 방지코팅, 광전도체 저장장치에 있는 전극, 액정과 전기크롬 표시기, 광열흡수장치와 광전장치내의 능동 및 수동층으로 사용된다.
현재에, 상기한 목적으로 사용된 얇은 투과성 전도금속 산화물 코팅은 보통 SnO2와 안티몬 또는 다른 소자로 도핑된 SnO2,In2O3와 주석 또는 다른 소자로 도핑된 In2O3와 같은 주석산화물재료, 또는 CdO와 주석으로 도핑된 CdO와 같은 산화카드뮴 재료를 구비한다. 주석이 산화인듐, 카드뮴과 같은 다른 산화물을 도핑시키는데 보통 사용되는 반면에 비스무트와 몰리브덴이 또한 사용된다. 유사하게도, 안티몬이 이산화주석, 칸듐과 같은 금속을 도핑시키는데 보통 사용되는 반면에, 몰리브덴과 인듐이 또한 사용된다.
이산화인듐에 대한 첨가제로서 주석과 이산화 주석에 대한 첨가제로서 안티몬을 가지고 반사를 최소로 하는 굴절률을 가지는 상기재료는 기판상의 얇고 전도성인 투명 필름으로서 사용하기에 특히 아주 적합하다. "광학적 두께"를 최적화시키는 550Å두께로 침착시킬 때 이러한 특성을 가지게 된다.
상기 논의된 고품질이고 얇은 투명전도 코팅을 만드는데 여러 가지 제조공정이용되었다. 제1생산기술은 여러가지 스퍼터링 공정이며 d.c, 또는 r.f.신호가 금속산화물 타켓(target)에 충격을 주어 기판상에 침착시키기 위해 타켓의 금속산화물 재료를 분출시킨다. d .c 또는 r. .f 스퍼터링 신호는 금속타켓과 함께 사용된다. 이에 따라산소내에서 분출후 반응시키기 위해 침착용 재료를 발생시켜, 스퍼터링 신호에 의해 발생된 플라즈마내에 반응이 일어나게 된다. 그러나 상기 공정에는 높은 전기 및 운동에너지와 상대적으로 낮은 침착비율이 포함되므로 침착후에 가열할 필요가 있다.
종래의 재료공정중 다른 부류는 산소를 갖는 금속을 반응시키기 위해 진공연소실의 진공대역내에서 금속을 증착시키며 반응은 플라즈마에 의해 향상되고 강화된다. 이러한 공정은 (1) 1980년 9월 29일에 출원된 미합중국 특허원 제4,336,277호 THE SOLID FILM지에 피.나스와 알 .에프 분샤에 의해 1980년 Vol.69에 발표된 "새로운 활성화 반응 증착기술에 의한 In2O3제조"와 THE SOLID FILM지에 피.니스와 알.에프.분샤에 의해 1980년 Vol.69에 발표된 " 활성화된 반응증착에 의해 제조된 In2O3:Sn 필름의 전기광학적 특성에 기재되어 있다.
상기한 바와 같이 저항 가열은 금속을 증착시키는데 사용되며 열전자 방출제를 갖는 전자빔은 플라즈마를 발생시키는데 사용된다. 10-4torr범위내의 압력은 금속-산소 반응을 이루도록 전자와 충돌하는 충분한 수의 금속과 가스 원자를 공급하므로써 이루어진다. 더나아가, (1) 아르곤과 같은 삽입가스가 산소원자의 이온화를 촉진시키는 플라즈마내역내로 주입되는 것과 (2) 대역내에 전자가 남아 있는 시간길이를 증가시키기 위해 나산선경로내의 대역을 통해 전극을 이동시켜 산소와 금속원자를 가지고 전자충돌수를 가능한한 증가시키는데 자장을 사용하는 것이 필수적이다.
상기한 종래의 제조공정을 요약하면 (1) 증착 또는 스퍼터링 공정에 의한 새로운 초박(ultra-thin)금속침착은 탁월한 전기적 성질을 나타내는 필름을 공급하는 반면에, 필름에는 가시영역내에 필요로 하는 광투과성이 부족하게 되고, (2) 상기 제조공정에 의한 박막은 산소내에서 가열시키므로써 후에 산화물 침착을 부가적으로 필요하게 되고, (3) 화학적 중착과 같은 공정에 의한 박막 침착(전형적으로 할로겐 금속과 H2O증기를 내장하는 가열된 화학적 증기로부터 침착)은 높은 온도를 필요로 하며 침착된 필름에는 할로겐의 고유 부식효과와 침착분위기로부터의 불순물을 포함하고 (4)유기금속을 구비하는 박막 침착은 비용이 많이 든다.
얇고 투광성이 전기 전도코팅을 기판표면에 침착시키기 위해 개선된 장치의 방법은 r. f. 전력을 사용하여 침착연소실내에 주입된 처리가스로부터 플라즈마를 형성시킨다. r.f. 신호는 고주파수가 이온화된 플라즈마를 발생시키는데 필요한 금속원자-산소원자 충돌수를 증가시키고 상기한 방법과 장치로 가능한 것보다 더 낮은 압력에서 충돌하기 때문에 특히 유리하다.
상기한 침착공정과 장치는 가시영역내에서 광투과성이며, 주적으로 도핑된 In2O3안티몬으로 도핑된 SnO2와 ZnO재료로 형성되는 고전기전도성필름을 공급한다. 이러한 재료상에 예비 성형된 테스트 결과는 비결정광전지장치와 결정광전지창치에 본 발명에 의한 장치와 방법을 응용할 수 있다는 것을 입증했으며 이러한 장치는 기판을 내장하며 기판은 유리, 금속 또는 합성플라스틱수지로 구성되어 있다. 이루어진 침착율은 상대적으로 필요한 기판온도는 상대적으로 낮다.
본 발명에 따라, 가시영역내에서 광투과성이며 전기전도성인 박막인 기판상에 침착시키는 발명이 설명된다. 그 방법은 연소실을 진공으로 하는 단계, 연소실내의 기판을 지지하는 단계, 금속재료원을 공급하는 단계, 기판과 금속재료원사이의 대역에 금속증기를 발생시키기 위해 연소실내의 금속증기를 증착시키는 단계, 산소가스를 대역내로 주입시키는 단계, 금속재료원에 인접하게 r.f.전원캐소드를 배치하는 단계와 산소와 금속원자로부터 이온화된 플라즈마를 발생시키도록 캐소드를 활성화시키므로써, 금속산화물필름을 기판상에 침착시키는 단계로 내장한다.
r.f. 신호주파수는 양호하게 약 13.56MHz이며, 대역내에 주입된 산소가스의 압력은 양호하게 약10-2torr이다. 기판은(1)스테인레스강, 알루미늄 또는 유사한 전도성금속, (2)유리 또는 (3)합성플라스틱수지가 될 수도 있다.
증착되는 재료로는 (1)기판을 약150-300℃로 가열시키는 부가적인 단계를 가지는 인듐, (2)기판을 약200-300℃로 가열시키는 부가적인 단계를 가지는 주석, 필름침착동안에 기판이 실내온도로 유지되는 아연이 포함된다.
얇고 투광성인 전기전도 필름을 기판상에 침착시키기 위한 장치는 진공연소실,연소실내의 저항가열기, 가열기로 증착시키기 위해 배치된 금속재료원과 금속재료원으로부터 간격을 띄운 기판을 내장한다. 중기대역은 금속재료원과 기판사이에 형성된다. 증기대역내의 산소가스와 금속원자로부터 이온화플라즈마를 발생시키기 위해 금속재료원에 인접하여 배치된 r.f. 전력캐소드와 증기대역내로 산소를 주입시키는 것이 개선된점이다. 따라서 장치는 금속산화물 필름을 기판상에 침착시키는데에 적용된다.
상기한 실시예예 있어서, 전도성이고 투명한 필름을 침착시키는 동안에 기판은연속적으로 이동하게 된다. 예를 들면, 기판은 반도체 재료의 결정적인 물로부터 전도성이고 투명한 필름이 침착되는 침착연소실을 통해 이동하여 최종적으로 테이크업을 주위에 감긴다. 교체적으로, 전도성이고 투광성 필름이 배치처리 기술에 응용되며 이때 기판은 전도성이며 투광성인 필름을 받도록 고정적으로 위치된다. 명백히 전도성이며 투광성인 필름을 유리기판 또는 플라스틱기판상에 침착시키는데 있어서 반도체재료가 기판상에 먼저 인가되는지에 무관하게 동일기술이 사용된다. 예를들어 반도체층위에 얇고 전기전도성이며 투광성인 필름을 침착시키기 위한 종래의 공정과 비교하여, 본 발명에 의한 공정과 장치는 r.f. 전력을 사용하여 금속과 산소원자으로부터 플라즈마를 형성시킨다. 결과는 (1) 고효율이온화를 나타내고 (전자 방출제로 이루어지는 것보다 더 큰 적어도 크기 1인 이온화) (2) 이온화가 더 효율적이므로 플라즈마영역내로 산소만 주입하여 주입시키는것이필요하고 (3) 더낮은 기판온도로 동작시킴으로써 (a) 비결정반도체층의 결정화 또는 (b) 플라스틱기판의 용융을 방지하는 공정이다.
최종적으로 기판표면상에 필름을 균일하게 침착시키기 위한 방법이 여기에 기재된다. 필름은 플라즈마내로 이온화시키고 기판상에 침착시키기 위해 중기대역으로 재료를 침착시키므로써 형성된다. 방법은 다수의 재료원을 공급시키는 단계를 내장하여 상호간에 그리고 기판과 동일거리를 띄워 소스를 지지시키므로써 소스사이의 간격과 소스와 기판사이의 간격이 실제적으로 균일한 두께의 필름을 기판상에 침착시키게 된다. 상기 실시예에 있어서 4개의 소스가 공급되며 각각의 소스는 기판으로부터 대략12인치 간격으로 배치되고 상호간에는 11인치 간격으로 배치되어 적어도 12인치길이로 필름을 기판상에 침착시키게 된다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적은 도면과, 상기한 실시예에 대한 상세한 설명과 특허청구범위와 함께 분명하게 된다.
제1도에 관하여 다수의 연속 p-i-n층으로 형성된 광전지 셀이 기준번호(10)로 도시되며 각각의 층은 반도체 합금을 내장한다. 본 발명이 이러한 형태의 광전지셀과 함께 사용되도록 적용되는 반면에 적층p-i-n광전지 셀에만 한정되지는 않고 쇼트키 또는 MIS(금속-절연-반도체)형 셀, 박막반도체 장치 생산 또는 고전도 고투과성 필름 침각을 필요로 하는 임의의 장치와 함께 사용되게 된다.
특히 제1도는 개개의 p-i-n 태양셀(12a)(12b)(12c)로 만들어진 것과 같은 p-i-n과 광전지 장치를 도시한다. 최하 셀(12a)아래에는 기판(11)의 있으며 기판은 투과성이거나 스테인레스강, 알루미늄, 탄탈륨, 몰리브덴 또는 크롬과 같은 금속재료로부터 형성된다. 비록 비결정재료에 대한 응용이전에 얇은 산화물층 및 직렬베이스 접촉을 필요로할 경우라도 , 이러한 응용을 목적으로 기판이 가요성필름뿐만 아니라 예비처리에 의해 부가된 임의의 소자를 내장한다. 상기 교체실시예에 있어서 기판은(1) 유리또는 표면에 인가된 전기적 전도 코팅을 갖춘 절연재료 (2) 또는 전도코팅이 인가 되거나 되지 않는 합성 플라스틱수지로 형성되어 있다.
각각의 셀(12a)(12b)(12c)은, 한 실시예에서, 적어도 실리콘 합금을 내장하는 반도체 본체를 내장한다. 각각의 반도체 본체는 n형 전도영역 또는 층(20a)(20b)(20c), 진성영역 또는 층(18a)(18b)(18c)과 p형 전도영역 또는 층(16a)(16b)(16c)을 내장한다. 도시한 바와같이 부가적인 중간셀은 본 발명의 정신또는 범위를 벗어나지 않고 도시된 셀위에 적층된다. 또한 , p-i-n셀이 실시될지라도 본 발명은 단일 또는 적층n-i-p셀에 동일하게 적용된다. 반면에 본 발명에 의한 상기 실시예에 있어서 플로라인을 함유하는 비결정 반도체 합금은 각각의 셀(12)층을 형성하도록 사용되며 층은 불소를 첨가 시키거나 첨가시키지 않고 결정또는 다결정 재료로 형성될 수 있다. 여기에 공개된 발명의 개념은 재료 또는 결정에 무관하게 박막반도체 장치에 적용할 수 있다.
전체 반도체 합금층을 침착한 다음에 그 다음의 단계가 수행된다. 이 단계에서 고전기 전도성과 고광투과성 코팅(22)이 n-형층(20c)위에 부가되며, 예를 들어 투명한 전기 전도성 코팅(22)은 보통불연속이며 반도체 본체상에 침착되며, 적층셀이 충분히 큰 표면 영역으로 구성될 때 또는 투명 전기전도층(22)의 연속층에 대한 전도성이 불충분하도록 하여, 캐리어 경로를 짧게 하고 셀의 전도효율 증가시킨다. 최종적으로 전기전도 그리드 패턴(24)은 전기 전도 페이스트를 갖춘 투명전기 전도 코팅(2a)의 상부 표면에 부가된다. 얇은 전도성 투명코팅(22)을 기판상에 침착시키기 위한 공정과 장치가 다음에 상세히 설명된다.
제2도에 관하여, 용융점이 낮은 금속재료(3)를 소스(4)로부터 침착연소실(6)의 플라즈마 영역(5)으로 증착시키기 위한 본 발명의 상기 실시예에 대한 장치는 기준번호 (2)로 일반적으로 도시된다. 제2도는 침착장치(2)의 리어 외부구성을 도시하는 투시도이며 기판재료 (11)의 연속웨브는 전원연소실(96)로부터 침착연소실(6)로 이동하게 되며 테이크업(take-up)연소실(94)내의 롤상에 권선된다. 제2도에 도시한 실시예에 있어서 소스(4), 보통 전류가 통과되는 도가니 또는 증착보올를 저항가열시키므로써 금속이 중착된다. 금속재료 (3) 소스(4)는 또한 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 유도성 가열된다. 제3도에 있어서 도가니(4)는 전원(22)으로부터 도가니(4)주위에 권선된 코일을 통해 전류를 통과시키므로써 저항가열된다. 증착재료 (3)와 반응하도록 적용된 소스(23)로부터의 산소는 침착연소실(6)내로 연속적으로 주입된다. 종래의 반응활성처리와는 구별되어 여기에 공개된 방법은 산소가스를 이차적으로 이온화 시키는데 일차이온화 삽입가스를 주입시킬 필요가 없게 된다. 이는 r.f. 전력에 의해 발생된 더 효율적인 이온화 때문이다. 종래의 펌프장치(26)는 침착연소실(6)을 소정의 압력조건으로 진공화시킨다.
증착된 금속재료의 산소사이의 반응은 r.f.전원(28)에 의해 발생된 r.f.신호로 초기화되며 r.f.전원(28)은 침착연소실(6)내의 금속재료원(4)위에 침착된 개구된 캐소드(30)를 활성화시킨다. r.f.신호는 금속재료(3)가 증착되는 진공대역 또는 플라즈마영역(5)내에 플라즈마를 발생시킨다. 진공대역 또는 영역(5)은 금속재료 (4)원과 기판(11)사이의 영역으로 정의된다. 이온화된 금속원자와 이온화된 산소원자와 에너지중성원자는 상호반응하고 중성금속과 산소원자와 반응하여 기판(11)상에 금속 산화물을 침착시킨다.
제2도에 도시한 바와 같이, 금속산화물 필름(22)을 침착시키는 기판(11)은 공급롤러(11a)로부터 침착연소실(6)을 통해 테이크업 롤러(11b)로 천천히 이동하게 된다. 금속산화물필름(22)의 연속침착이 침착장치에 대한 상기 실시예를 나타내는 반면에, 비치처리모드인 금속산화물필름(22)의 침착은 상기한 제2실시예를 나타낸다. 배치 처리모드에 있어서, 일단 소정의 두께로 코팅(22)이 침착된 경우에 연소실로부터 제거되는 시트형 또는 플레이트형 기판상에 금속산화물 필름(22)이 침착된다. 적외선램프(40)와 열 반사기(42)는 기판의 온도를 상승시켜 플레이트형태 또는 롤형태인 기판을 소정의 온도레벨로 유지시킨다. 본 발명에 의한 연속실시예에 있어서, 침착연소실(6)을 통해 기판이 이동하는 비율은 금속산화물 필름(22)을 원하는 두께로 침착되도록 하는데 의존한다. 본 명세서에 의한 수정 두께 모니터(34)는 침착공정동안에 금속산화물질물필름(22) 두께를 측정하는데 사용된다. 명백하게, 기판(11)상에 침착된 금속 산화물의 두께는 침착연소실(6)의 증기영역을 통해 기판이동속도를 조정시키므로써 조정될 수 있다.
제3도에 있어서, 제2도에서 개략적으로 도시한 침착연소실(6)은 금속산화물 필름(22)을 정지기판(11)상에 침착시키는데 적용된다. 제3도에 도시한 바와 같이, 한쌍의 선반(부분적으로 도시한)이 금속재료(4)원 위에 올려진 위치인 기판(11)을 지지한다. 이러한 경우에 금속산화물 재료는 광역기판(11)상에 침착되고, 다수의 금속재료(3)원(4)이 공급된다. 제3도에 의한 실시예에 있어서, 4개의 소스(4)는 r.f. 전력 캐소드(30)내에 있는 4개의 대응 개구(35)를 통해 금속재료(3)을 증착시키는데 공급된다. 4개의 개구의 동작은 제4도에 관한 특정 설명으로 다음에 논의될 것이다.
특히 본 발명에 의한 배치 거리를 설명하기 위해, 침착연소실(6)의 특성에 관해 특히 언급하는 것이 편리하다. 비록 기판시트(11)가 선반(45)위에 정지해 있는 것으로 도시될지라도, 장치는 제2도에 관하여 상기 도시되고 설명된 기판재료의 연속롤로 사용하도록 동일하게 적용된다. 기판재료의 연속롤로 사용되는 경우에, 선반(45)는 기판(11)의 길이를 정하는 차폐로서 작용하며, 금속산화물필름이 연속적으로 침착될 수 있다.
스테인레스강으로 형성될 수 있는 플랫폼(46)은 침착연소실(6)의 하부에 인접하여 지지된다. 제2도에 있어서 플랫폼(46)은 명확히하기 위해 개략적으로 도시되어, 제5도에 그 구성이 상세히 된다. 수직조정이 가능한 4개의 다리(50)(4개중 3개만 도시된다.)는 플랫폼(40)으로부터 연장한다. 다리(50)는 다리가 지지하는 스테인레스강 캐소드(30)를 스테인레스강 플랫폼(46)과 전기적으로 절연시키기 위해 세라믹 재료로 제조된다. 플랫폼(46)에는 플랫폼(46)의 상하에 있는 침착연소실(6)부분을 유체적으로 상호 연결시키기 위해 후단부를 따라 구멍(52)이 공급된다.
다수의 실제 동일한 베이스(54)는 간격을 띄어 플랫폼(40)에 고정된다. 상기 실시예에 있어서, 동일간격으로 띄워진 4개의 플랫폼이 공급된다. 그러나 플랫폼의 수의 간격은 금속산화물 필름(22)이 침착되는 기판의 크기와 구성에 의존한다. 이는 제4도의 침착으로부터 더 명백하게, 되며 균일함 침착에 대해 논의되게 된다.
각각의 베이스(54)는 한세트의 전기절연 세라믹 기둥(62)과 한세트의 전기적도기둥(64)를 내장한다. 구리로 양호하게 형성된 연결블럭(66), 구리로 양호하게 형성된 한쌍의 클램프(68), 다수의 나사(20)가 각각의 기둥(62)(64)의 세트를 결합시킨다. 도가니(4), 또는 주변에 감긴 텅스텐 구리(82)를 갖는 다른 유사한 가스가 각 베이스(54)의 클램핑 장치사이에 현수된다. 특히, 제1권선 구리도선(84)의 한 단부가 텅스텐코일(82)의 한 단부에 부착되는 반면에, 각 구리 도선(84)의 다른 단부는 클램핑 소자(68)와 대항연결기 블록(66)사이에 개재된다. 제2권선 구리도선(86)는 유사하게 클램핑 소자(68)와 연결기 블록(66)사이에 개재된다. 이러한 방법으로 제2도를 참고로하여 설명된 전기적 전원(22)로부터의 전력은 텅스텐코일(82)에 의해 수납된다. "고열"측면에 대향인 도가니(4)측면은 도선(84)이 고착되는 전도기둥(64)이 접지되기 때문에 접지 된다.
동작에 있어서 도가니(4)는 전원(22)에 의해 저항 가열되어 금속재료 (3)를 초기증착시킨다. 증착된 금속재료(3)는 캐소드(30)에 형성된 개구를 통과하여 침착 연소실(6)의 침착영역으로 통과하게 된다. r.f. 전력은 주입된 산소가스(23)와 증착된 금속재료 (3) 로부터 침착영역(5)에 이온화 플라즈마를 발생시킨다. 이온화된 금속산화물은 상기한 바와같이 장치된 기판표면에 침착된다.
상기한 바와 같이 제5도의 침착연소실에 대한 세부도에 있어서 얇고 투광성이 전도필름을 움직이는 기판상에 연속적으로 침착용 연소실에 응용하는데에는 유일하게 기판전원과 테이크업 장치에 수정을 가할 수 있다.
그러나 기판전원 연소실(94)와 기판 테이크업 연소실(96)의 존재는 동작에 대한 배치처리 모드를 간섭하지 않는다. 연소실(94)내의 공급롤 (11a)와 연소실(96)내의 테이크업롤(11b)의 회전은 서보모터-클러치-벨트 기어장치를 사용하는 종래의 방법으로 증분된다. 공급률 (11a)과 테이크업 롤(11b)은 (1)소정의 비율로 기판을 이동시키고 (2) 기판을 정확히 압착시키는 적당한 롤 회전속도로 연소실 (94)과 테이크업연소실 (96)에 내장된다.
최종적으로 제4도에 관하여, 플레이트형 기판(11)이 도시되어 있다. 기판 표면에 침착된 것은 투광성이며 전도성 금속 산화물 재료인 박막(22)이다. 필름을 기판표면에 실제균일한 두께로 침착시키기 위해 다수의 금속재료원이 침착연소실(6)에 공급된다. 상기 실시예에 있어서 4개의 재료원은 각각 기판아래로 18인치 떨어져 장치되고 상호간에 약11인치의 동일 간격으로 위치되어 공급된다. 기판에 관하여 그리고 각인접소스에 관하여 금속재료원에 대한 상기특정관계로 금속필름(22)이 균일하게 기판상에 침착되게 된다. 비록 각 영역에 거의 동일한 양의 금속산화물 재료를 침착시킬지라도 그영역은 각4개의 소스로부터 기여된 재료의 양을 변화시킨다. 각 특히 증기대역(5)으로부터 이온화된 금속산화물은 영역내의 기판(11)표면에 침착된다. 이러한 영역은 각각의 소스(4)바로 위에 있는 환상영역(A) 으로부터, 환상영역(A)으로부터 급격히 제거되는 제1링형영역(B), 영역(B)으로부터 급격히 제거되는 제2링형 영역(C), 영역(C)으로부터 급격히 제거되는 제3링형 영역(D)과, 영역(D)으로부터 급격히 제거되는 제4링형 영역(E)으로 침착된(개개의 소스로부터) 침착된 필름의 두께를 변화시킨다. 소스로부터의 방사거리가 증가될 때 그 소스로부터 침착된 재료두께가 감소한다. 그러나 네트 효과는 전체전원이 기판(11)에 따라 균일한 필름 두께를 공급하도록 결합하는 것이다. 예를 들면, 소스영역(A1과 A2: A1,B1+E2, C1+C2,D1+C2, E1+B2와 A2)은 전체영역에 재료를 균일한 두께로 침착시키도록 결합된다.
[실시예 1]
In2O3-Sn 도핑된 필름을 형성시키기 위해 인듐과 주석 혼합물로 여러 가지 테스트가 수행되었다. 인듐-주석 합금은 진공내에서 인듐을 용융시키고 냉각시키므로써 형성되었다. 인듐의 원자중량으로 분류된 인듐중량과 주석의 원자중량에 의해 분류된 주석중량 사이의 비는 85/15였다. 100%인듐으로부터 50%주석을 갖는 인듐의 범위를 가지는 많은 다른 성분이 테스트되었다. 이러한 상태에 있어서 기판은 둘다 정지되었고 유리로 제작되었으며, 산소를 주입시키기 전에 약 10-5torr의 압력이 이루어졌으며 금속원과 기판사이의 거리가 약 18inch였으며 r.f. 신호의 주파수가 13.56MHz였고r.f. 전력이 약100Watts였다.
약 150℃ 내지 300℃의 기판온도, 침착동안에 최대 약 6×10-3torr인 산소압력, 분당 약500 내지 약700Å까지의 침착비율로, 약1000Å의 두께를 가지는 필름을 얻을 수 있으며 이 필름은 면적당 약10-15Ω인 시트저항과 90% 이상의 투과성(4000Å 내지800Å까지 집적된 평균비율)을 갖게 되었다. 이는 아래의 테이블로 요약되었다.
이러한 테스트로부터의 특정실시예는 다음과 같다.
[실시예 2]
다음 실시예는 제1도에 도시한 바와같이 약10-5torr의 개시진공과 동일한 네트 r.f. 파워 r.f. 주파수와 상기한 바와 같은 기판과 소스간의 간격으로 PIN광전지 셀에 대해 수행되었다. 기판에 따른 시트저항과 투광성이 측정되지는 않았다.
[실시예 3]
다음 실시예는 증착되는 금속재료로 주석과 안티몬을 사용했다. 상기한 바와 같이 개시진공은 약 10-5torr였으며, 네트 r.f. 전력은 약 100Watts였으며 r.f. 주파수는 약 13.56MHz였고 소스와 기판간의 간격은 약18인치였다.
다음은 주석-안티몬 합성으로, 초기 진공압력 r.f. 전력 r.f. 주파수 상기한 소스와 기판간의 간격으로 인한 전형적인 결과에 대한 도표이다.
다음은 주석-안티몬 합성으로, 초기 진공압력 r.f전력 r.f. 주파수 상기한 소스와 기판간의 간격으로 인한 전형적인 결과에 대한 도표이다.
[실시예 4]
다음 실시예는 단일 증착재료로서 아연 10-5torr의 초기 진공압력, 약100W의 r.f. 전력 13.56MHz의 r.f. 주파수와 약 18인치인 소스와 기판간의 간격으로 수행되었다.
상기한 실시예는 낮은온도로 실시될 수 있으므로 폴리에스트 기판에 대해 테스트되었다. 그러나 침착된 비결정과 결정반도체층을 갖는 스테인레스 강으로서 여러 가지 다른 기단에 관하여 만족스러운 결과를 공급했다.
본 발명은 도시한 실시예에 대한 구성과 방법에 한정되지는 않는다. 상기한 실시예에 대한 설명은 본 발명에 대한 한계로서보다 예증으로서 간주되며, 본 발명의 범위내에서 수정을 가할 수 있다.
Claims (26)
- 투명하고 투과성이며 전기전도성인 필름을 기판상에 침착시키는 개선된 방법에 있어서, 연소실을 진공으로 하는 단계, 연소실내에서 기판을 지지하는 단계, 금속재료원을 공급하는 단계, 기판과 금속재료원 사이에 형성된 대역에서 금속 증기를 발생용 진공 연소실내에 금속 재료를 증착시키는 단계, 산소가스를 대역내로 주입시키는 단계, r.f. 전력 캐소드를 금속재료원에 인접하게 배치시키는 단계와 대역내로 주입된 산소 가스원자와 대역내로 증착된 금속원자로부터 이온화 플라즈마를 발생시키도록 캐소드를 활성화 시키는 단계를 포함하여 금속 산화물 필름이 기판상에 침착되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제1항에 있어서, 금속재료가 450℃ 이하의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법
- 제2항에 있어서, 금속재료가 인듐, 주석, 칸듐, 아연과 그 혼합물로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제1항에 있어서, 기판을 150-300℃로 가열하는 단계와 연소실내의 인듐-주석성분을 증착시키는 단계를 내장하여, 인듐- 주석이 기판표면에 침착되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제4항에 있어서, 전원이 약 13.56MHz주파수로 활성화되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제4항에 있어서, 연소실내의 압력이 약 10-2내지 10-4torr로 유지되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제1항에 있어서, 금속재료가 아연이며 기판이 실내온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착 방법.
- 1항에 있어서, 금속재료가 인듐이며 기판이 약 300℃이하의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제1항에 있어서, 금속산화물 필름은 연속적으로 이동하는 기판상에 침착시키는 부가적인 단계를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제1항에있어서, 기판이 금속산화물 필름이 침착되는 반도체 본체를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제10항에 있어서, 반도체 본체가 다수의 비결정반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 침착방법.
- 투명하고 투광성이며 전기 전도성인 필름을 기판상에 침착시키는 장치에 있어서, 진공 연소실, 연소실내의 저항 가열기, 가열기로 증착시키기 위해 장치된 금속 재료원,금속재료원으로부터 간격을 띄워 배치된 기판과 금속 재료원과 기판사이에 형성된 증기대역을 구비하고 산소가스를 증기대역내로 주입시키기 위한 수단과 증기대역내의 산소가스와 금속원자로부터 이온화 플라즈마를 침착시키기 위해 금속재료원에 인접하여 장치된 r.f. 전력캐소드를 구비하여 상기 장치가 금속산화물 필름을 기판상에 침착시키는데 작용되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 침착장치.
- 제12항에 있어서, 금속 재료는 인듐, 주석, 칸듐, 아연과 그 혼합물로 구성되어 있는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 침착장치.
- 제13항에 있어서 기판가열 수단이 공급되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막침착장치.
- 제14항에 있어서 연소실은 10-2내지 10-5torr의 압력을 유지시키기 위한 수단이 공급되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 침착장치.
- 제12항에 있어서, 연소실이 소정의 속도비를 기판을 연속적으로 이동시키기 위한 수단을 내장하며 소정의 두께인 금속산화물 박막이 기판상에 연속적으로 침착되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막침착장치.
- 제16항에 있어서 금속산화물 필름이 침착되는 표면에 반도체 본체를 기판이 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성전도박막 침착장치.
- 제17항에 있어서 반도체 본체가 다수의 비결정 반도체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착장치.
- 제12항에있어서, 기판이 스테인레스강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착장치.
- 제12항에 있어서, 기판이 합성 플라스틱수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막침착장치.
- 21.제12항에 있어서 기판이 유리와 같은 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착장치.
- 플라즈마내로 분리시키고 기판상에 침착시키기 위해 재료를 증기대역내로 증착시키므로써 형성된 필름을 기판표면상에 균일하게 침착시키는 방법에 있어서 다수의 재료원을 공급하는 단계와 동일거리로 상호간에 간격을 띄우고 기판으로부터 간격을 띄워 지지하는 단계를 내장하여 인접소스 사이의 간격과 소스와 기판사이의 간격으로 실제 균일한 두께로 필름이 침착되는 것을 극징으로 하는 투광성 박막 침착방법.
- 제22항에 있어서 실제 동일간격으로 띄워진 4개의 소스를 공급하기 위한 단계를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 침착방법.
- 제22항에 있어서 인듐, 주석, 칸듐과 아연과 그 결합물을 구비하는 그룹으로부터 재료를 공급하고 이온화된 플라즈마내에 산소를 포함하는 부가적인 단계를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제24항에 있어서 각4개의 소스를 기판으로부터 약 18inch 간격으로 띄우는 단계를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
- 제25항에 있어서 각 4개의 소스를 상호간에 약 11인치 간격으로 띄우는 부가적인 단계를 내장하는 것을 특징으로 하는 투광성 전도박막 침착방법.
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