專利名稱：等離子體輔助的沉積方法和用于執(zhí)行該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體輔助的沉積方法以及一種適合用于執(zhí)行該方法的設(shè)備，其中該等離子體輔助的沉積方法包括監(jiān)測介電質(zhì)層的沉積過程。本發(fā)明尤其涉及一種等離子體輔助的沉積方法，該方法具有對介電質(zhì)層的沉積的一種原位處理控制，用于生產(chǎn)太陽能電池。
背景技術(shù)：
在介電質(zhì)層的沉積時(shí)，在太陽能晶片上作為減反射層 或鈍化層的、通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)或PVD (物理氣相沉積)(如磁控濺射方法)獲得的例如氧化鋁或氮化硅可能導(dǎo)致過程的不穩(wěn)定，這導(dǎo)致令人無法滿意的沉積作用。原因可能是氣體的質(zhì)量流量的波動(dòng)、過程壓力的波動(dòng)和/或等離子體效率的波動(dòng)，該氣體在氮化硅層或三甲基鋁的情況下是硅烷或氨氣、或者在氧化鋁層的情況下是笑氣。過程不穩(wěn)定性的結(jié)果是沿基片載體的層厚度的波動(dòng)，這可能對太陽能電池的效率和光學(xué)外觀(顏色印刷)產(chǎn)生負(fù)面影響。因?yàn)樾实臏y量首先在一個(gè)電池測試器上進(jìn)行，所以該P(yáng)ECVD或PVD方法的過程波動(dòng)在其出現(xiàn)之后首先可以通過顯著的延時(shí)而檢測到，這可能導(dǎo)致產(chǎn)品的損失。迄今為止，在PECVD設(shè)備上的過程波動(dòng)是通過檢測重要的過程參數(shù)例如處理氣體的質(zhì)量流量、壓力、等離子體效率以及溫度而進(jìn)行檢測的。通常在超過控制限(Regelgrenzen)時(shí)將輸出警告或報(bào)警，當(dāng)在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)控制區(qū)域受損時(shí)，這將導(dǎo)致過程中斷。但對過程參數(shù)的檢測可能造成在過程中的偏差，例如當(dāng)構(gòu)成層的處理氣體(例如上面提及的氣體硅烷或三甲基鋁)的氣體分布中的出孔在該設(shè)備的等待周期(數(shù)天到數(shù)周)之間在未注意時(shí)被堵塞的情況下。在氧化鋁層的沉積時(shí)，這可能造成穿過氣體進(jìn)口的三甲基鋁流量的波動(dòng)，在開始時(shí)從質(zhì)量流量控制器仍然難以注意到這一點(diǎn)。在晶片上的氮化硅減反射層和鈍化層(典型的層厚度80mm)在PECVD方法之后直接通過彩色攝影機(jī)進(jìn)行表征，這樣發(fā)現(xiàn)了(通過數(shù)百個(gè)至上千個(gè)電池的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))時(shí)間相對較近的層厚度的偏移(或間接地還有折射率的偏移)，并且在某些情況下可以對PECVD方法的配方進(jìn)行匹配。然而這種顏色測量的精確度是有限的，例如不能辨別出較小的折射率波動(dòng)(Λ n=0. 05 - O. I)。在氧化鋁層的情況下，由于較小的層厚度(約10 - 30nm)，通過攝像機(jī)檢測是困難的。當(dāng)此外在氧化鋁層上還安置有一個(gè)氮化硅覆蓋層、其中這兩次沉積是在同一個(gè)PECVD工具中完成時(shí)，攝像機(jī)無法分辨在該氮化硅覆蓋層之下是否有一個(gè)氧化鋁層。因此，所希望的是一種通過等離子體輔助的方法而對介電質(zhì)層沉積的監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種等離子體輔助的沉積方法，該方法能夠有效地監(jiān)測介電質(zhì)層的沉積，而且還提供一種用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法和根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的有利的實(shí)施方案在各從屬權(quán)利要求中給出。本發(fā)明提供了一種等離子體輔助的沉積方法，用于將至少一個(gè)介電質(zhì)層沉積在一個(gè)含硅的基片上，該方法具有以下步驟向一個(gè)沉積設(shè)備中供應(yīng)至少一種適合用于產(chǎn)生介電質(zhì)層的氣體；在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測該氣體的、在該沉積設(shè)備中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度；取決于在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度，產(chǎn)生一個(gè)信號；將該信號傳輸給至少一個(gè)控制裝置；并且取決于該信號，通過該控制裝置來控制至少一個(gè)影響該沉積的過程參數(shù)和/或?qū)⒃摶?yīng)到該沉積設(shè)備中。 該方法尤其包括監(jiān)測介電質(zhì)層在該基片上的沉積。該介電質(zhì)層在該基片上的沉積過程將取決于該信號來進(jìn)行原位控制。尤其是在該沉積方法的過程中，將該過程參數(shù)調(diào)節(jié)為一個(gè)預(yù)定的值。由此可以將這個(gè)或這些過程參數(shù)保持恒定。沉積可以在恒定的條件下進(jìn)行，并且造成在該基片載體上的一種均勻的介電質(zhì)層。替代性或附加性地，將基片供應(yīng)到該沉積裝置中是受控的。例如，當(dāng)一個(gè)過程參數(shù)與一個(gè)預(yù)定的過程參數(shù)不對應(yīng)時(shí)，就停止或暫停將新的基片加載到該沉積設(shè)備中，直到該過程參數(shù)被調(diào)節(jié)為該預(yù)定值。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了不依賴于迄今為止的過程監(jiān)測和/或在其他監(jiān)測方式(例如通過攝影機(jī))以外的控制可能性。根據(jù)本發(fā)明的方法的用途在于更好地監(jiān)測產(chǎn)品，也就是說能夠在早期發(fā)現(xiàn)該過程中不希望的波動(dòng)并且采取相應(yīng)的措施，例如停止過程或調(diào)節(jié)過程參數(shù)。這應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致更高的效率和更好的電學(xué)和光學(xué)產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明的方法的其他優(yōu)點(diǎn)是，它非常快速，因?yàn)槟軌蛟跀?shù)秒范圍內(nèi)進(jìn)行過程監(jiān)測，并且它是沒有損傷的，因?yàn)榕c其他方法相比，等離子體是無干擾的，并且該監(jiān)測系統(tǒng)相對廉價(jià)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的沉積設(shè)備是一個(gè)處理室，例如一個(gè)真空室。該處理室被設(shè)置為用于實(shí)現(xiàn)一種等離子體輔助的方法(如PECVD)并且具有一個(gè)窗口，通過該窗口能夠進(jìn)行對沉積過程的監(jiān)測。在本發(fā)明的意義上，一個(gè)介電質(zhì)層尤其應(yīng)理解為是一個(gè)鈍化層或減反射層，例如
一個(gè)氧化鋁層或一個(gè)氮化硅層。經(jīng)受了根據(jù)本發(fā)明方法的這種含硅基片可以原樣使用。也就是說，該介電質(zhì)層在這種情況下是直接沉積在基片上的。替代性或附加性地，該基片可以由一個(gè)或多個(gè)層涂覆，使得該介電質(zhì)層不直接沉積在該基片上，而是沉積在一個(gè)安排在該基片上或所涂覆的基片上的層上。例如可以首先將一個(gè)氧化鋁層沉積在該基片上，然后沉積一個(gè)氮化硅層。該適合用于生產(chǎn)介電質(zhì)層的氣體優(yōu)選是這樣一種氣體它在沉積方法的過程中通過與另一種氣體的反應(yīng)而形成了該介電質(zhì)層。例如該介電質(zhì)層通過兩種氣體的反應(yīng)而形成,例如一種前體和一種處理氣體。表述“前體”是指一種氣體，該氣體形成了有待構(gòu)成的層的前驅(qū)體并且通過與至少一種氣體的氣體反應(yīng)而構(gòu)成了該層。表述“處理氣體”是指一種氣體，該氣體要么對于在沉積過程中使用的其他氣體是惰性的并且用作載氣，要么與該前體反應(yīng)。如果該介電質(zhì)層是例如氧化鋁層，那么為了進(jìn)行沉積可以使用三甲基鋁和氧氣或者一種含氧的分子型氣體(如笑氣或二氧化碳)。此外，在沉積方法的過程中還可以使用一種作為載氣的惰性氣體。例如將氬氣用作三甲基鋁的載氣。為了沉積氮化硅層，可以使用硅烷和氨或者氧氣和氫氣作為氣體。在本發(fā)明的意義上，表述“波長”是在光學(xué)發(fā)射譜中的一條線，而“譜帶”是指相鄰的多條線的集合。所監(jiān)測的波長或譜帶優(yōu)選具有與其他波長或譜帶相比更高的發(fā)射強(qiáng)度。一方面，在具有更高發(fā)射強(qiáng)度的波長或譜帶上的偏差更容易檢測，而另一方面，每種氣體都在確定的波長或譜帶上具有更高的發(fā)射強(qiáng)度。例如，該至少ー個(gè)第一波長或譜帶具有至少2000a. u.(原子單位)、優(yōu)選至少4000a. u.、優(yōu)選至少6000a. u.、仍優(yōu)選至少8000a. u的發(fā)射強(qiáng)度。具有更高發(fā)射強(qiáng)度的波長或譜帶將在下面作為特征而指出。一種氣體的質(zhì)量流量可以影響特征波長或譜帶的發(fā)射強(qiáng)度。通過這個(gè)波長或譜帶，可以容易地檢測出該氣體的質(zhì)量流量的變化。例如當(dāng)供應(yīng)孔堵塞時(shí)，氣體的質(zhì)量流量變小或變得不均勻。通過監(jiān)測一個(gè)與質(zhì)量流量有關(guān)的發(fā)射強(qiáng)度，可以容易地辨別出此類問題。于是如下地選擇該第一波長或譜帶使得其發(fā)射強(qiáng)度依賴于ー種在沉積中使用的氣體的質(zhì)量流量。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)該信號低于或高于ー個(gè)預(yù)定的閾值時(shí)，控 制該至少ー個(gè)過程參數(shù)和/或該基片向該沉積設(shè)備中的供應(yīng)。也就是說，在不對該至少一個(gè)過程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和/或向該沉積設(shè)備中供應(yīng)該基片的情況下，容忍該過程參數(shù)的偏差，直至低于或高于該閾值。在這個(gè)可容忍的區(qū)域中，所生產(chǎn)的層滿足了所設(shè)定的要求。優(yōu)選的是，該預(yù)定的閾值形成了與一個(gè)預(yù)定的發(fā)射強(qiáng)度相比約至少10%的偏差。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該預(yù)定的發(fā)射強(qiáng)度是理論發(fā)射強(qiáng)度。該發(fā)射強(qiáng)度可以取決于該氣體的質(zhì)量流量。在這種情況下，理論發(fā)射強(qiáng)度是可以借助在該方法的過程中設(shè)定的氣體質(zhì)量流量而容易地確定或得知的。替代性地，該預(yù)設(shè)的發(fā)射強(qiáng)度是在該沉積過程開始時(shí)測量的發(fā)射強(qiáng)度。與該預(yù)設(shè)閾值的10%的偏差在大多數(shù)情況下是可容許的，因?yàn)樵摮练e過程一般在這個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生了可接收的層。因此，相對于在產(chǎn)生鈍化層和/或減反射層之前所監(jiān)測到的和/或理論上確定的發(fā)射強(qiáng)度，在生產(chǎn)鈍化層和/或減反射層的過程中所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度的較小變化是可容許的。本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案包括在至少ー個(gè)第二波長或譜帶上監(jiān)測在沉積過程中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度，并且取決于在該至少ー個(gè)第一波長或譜帶上和至少ー個(gè)第二波長或譜帶上所監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生該信號。在ー個(gè)第二波長或譜帶上監(jiān)測發(fā)射強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)是，可以將該第一波長或譜帶的發(fā)射強(qiáng)度與該第二波長或譜帶中的每ー個(gè)進(jìn)行比較，也就是說，第二波長或譜帶的發(fā)射強(qiáng)度可以用作參比。例如，可以獲得這兩個(gè)波長或譜帶的發(fā)射強(qiáng)度的ー個(gè)商，并且將該商用作預(yù)定閾值的度量。還有可能對于所采用的兩種氣體，分別監(jiān)測一個(gè)特征波長或譜帶處的發(fā)射強(qiáng)度。也就是說，當(dāng)對于所采用的ー種第一氣體該第一波長或譜帶具有更高的發(fā)射強(qiáng)度、而對于所采用的ー種第二氣體該第二波長或譜帶具有更高的發(fā)射強(qiáng)度時(shí)，那么可以確定，在何種情況下這兩種氣體發(fā)生了質(zhì)量流量的變化并且將相應(yīng)的氣體重新設(shè)定。這具有例如以下用途相對彼此地獲取兩種處理氣體的過程參數(shù)并且不僅評估一種氣體的過程參數(shù)而是能夠獲得兩種氣體相對彼此的比率，并由此監(jiān)測有待進(jìn)行反應(yīng)的兩種氣體是否按最優(yōu)比率供應(yīng)。
例如，在沉積氧化鋁層時(shí)，在使用三甲基鋁和笑氣的情況下，可以選擇例如對于三甲基鋁是特征性的、在656nm的H- α -線作為第一波長或譜帯，并且選擇例如對于笑氣是特征性的、在658nm的笑氣譜帶或者在777nm的氧氣線作為第二波長或譜帶。上述波長和上述譜帶相對于其他波長或譜帶而言分別具有更高的發(fā)射強(qiáng)度。該至少ー個(gè)第二波長或譜帶優(yōu)選具有與該至少ー個(gè)第一波長或譜帶最大200mm的間距。該第一波長或譜帶與該第二波長或譜帶越靠近，這些波長或譜帶的可比較性越好。干擾信號造成偽發(fā)射強(qiáng)度(例如由于沉積而在通向處理室的觀察窗口上的、取決于波長的吸收)的概率也更小。在取決于所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生信號時(shí)，優(yōu)選由所監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度形成了一個(gè)商。優(yōu)選地如此選擇所監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度使得在該商與ー種形成層的氣體的質(zhì)量流量之間產(chǎn)生線性相關(guān)。這例如是以下情況當(dāng)該所監(jiān)測的第一發(fā)射強(qiáng)度是取決于該前體的質(zhì)量流量、并任選地取決于該處理氣體的質(zhì)量流量，而該所監(jiān)測的第二發(fā)射強(qiáng)度相對地不依賴于該前體 的和該處理氣體的質(zhì)量流量。在ー種線性相關(guān)下，能夠容易地確定與預(yù)定閾值的偏差。例如在沉積氧化鋁層時(shí)，在使用三甲基鋁和笑氣的情況下，形成了由在777nm的氧氣線和在658nm的笑氣譜帶處的發(fā)射強(qiáng)度的商。該氧氣線處的發(fā)射強(qiáng)度根據(jù)三甲基鋁的和笑氣的質(zhì)量流量而顯著變化，而笑氣譜帶處的發(fā)射強(qiáng)度明顯更少地取決于三甲基鋁的質(zhì)量流量。采用ー個(gè)獨(dú)立的(也就是恒定的)發(fā)射強(qiáng)度，作為對有依賴性的可變發(fā)射強(qiáng)度的參比。替代性或附加性地，在沉積氧化鋁層時(shí)，在使用三甲基鋁和笑氣的情況下，形成了由在656nm的H- α -線和在658nm的笑氣譜帶處的發(fā)射強(qiáng)度的商。H- α -線處的發(fā)射強(qiáng)度依賴于三甲基鋁的質(zhì)量流量，但是不依賴于笑氣的質(zhì)量流量。笑氣譜帶僅很少地依賴于三甲基鋁的質(zhì)量流量。在笑氣譜帶上的恒定發(fā)射強(qiáng)度用作內(nèi)部參比，以便顯示Η-α-線處的發(fā)射強(qiáng)度的可能變化并且由此顯示三甲基鋁的質(zhì)量流量。同時(shí)，該內(nèi)部參比還用于排除在測量發(fā)射強(qiáng)度時(shí)可能的干擾。在測量光學(xué)發(fā)射光譜時(shí)的干擾有可能也會(huì)改變笑氣譜帶處的發(fā)射強(qiáng)度。在沉積方法過程中，可以在多于兩個(gè)波長處監(jiān)測發(fā)射強(qiáng)度。當(dāng)為了沉積介電質(zhì)層而例如使兩種氣體進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，能夠在ー個(gè)第一波長或譜帶以及ー個(gè)第二波長或譜帶處分別對于該第一和第二氣體進(jìn)行監(jiān)測，也就是說在此情況下監(jiān)測在四個(gè)波長或譜帶上的發(fā)射強(qiáng)度。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括當(dāng)該信號低于或高于預(yù)定的閾值時(shí)，通過該控制裝置來停止在該基片上沉積該介電質(zhì)層和/或向該沉積設(shè)備中供應(yīng)基片。停止該沉積過程使得能夠確定可能的功能失效原因(例如氣體供應(yīng)導(dǎo)管的堵塞)、消除該原因、并且由操作員來控制設(shè)備狀態(tài)。此外，停止該沉積過程防止了在該基片上形成ー個(gè)不滿足要求的層。當(dāng)?shù)陀诨蚋哂陬A(yù)定的閾值時(shí)，停止該沉積過程。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選包括在通過該控制裝置進(jìn)行的停止動(dòng)作之后，調(diào)節(jié)該至少ー個(gè)過程參數(shù)；繼續(xù)在基片上沉積該介電質(zhì)層和/或向沉積設(shè)備中供應(yīng)基片；在ー個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度；取決于所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生ー個(gè)信號；并且取決于該信號而通過該控制裝置來控制該至少ー個(gè)過程參數(shù)和/或向該沉積設(shè)備中的基片供應(yīng)。在停止該沉積過程之后，在將至少一個(gè)過程參數(shù)調(diào)節(jié)到所希望的預(yù)定參數(shù)后，繼續(xù)進(jìn)行該沉積過程及其監(jiān)測。該方法優(yōu)選還包括在通過該控制裝置進(jìn)行停止時(shí)輸出ー個(gè)警告信號。該警告信號是例如用于通知操作員在沉積過程中出現(xiàn)了問題、需要對設(shè)備進(jìn)行控制和/或該基片可能是錯(cuò)誤地涂覆的并可能產(chǎn)生廢品。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在該基片上的至少ー個(gè)介電質(zhì)層的沉積包括沉積多個(gè)層。該至少ー個(gè)第一波長或譜帶、該任選的預(yù)定閾值和該任選的至少ー個(gè)第二波長或譜帶是分別依賴于有待沉積的層而選擇的。例如可以首先將ー個(gè)氧化鋁層沉積在該基片上，然后安置一個(gè)氮化硅層。為了形成該氧化鋁層，例如使用了三甲基鋁作為成層前體并且笑氣作為處理氣體，而為了形成該氮化硅層，使用硅烷作為成層前體并且氨氣作為處理氣體。每種氣體具有任選的發(fā)射光譜，該發(fā)射光譜帶有特征性的波長或譜帯。在氧化鋁層的沉積過程中，該第一和任選的第二波長或譜帶以及該任選的閾值被選擇為對應(yīng)于所用氣體的更高等級的發(fā)射強(qiáng)度，而在氮化硅層的沉積過程中，該第一和任選的第二波長或譜帶以及該任選的閾值同樣被選擇為對應(yīng)于所用氣體的更高等級的發(fā)射強(qiáng)度。 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，控制至少ー個(gè)過程參數(shù)的步驟包括控制ー種成層前體向該沉積設(shè)備中的供應(yīng)。該前體對于形成均勻的層和層厚度而言是決定性的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，前體是三甲基鋁，并且處理氣體是氧氣或含氧的分子氣體，例如笑氣或ニ氧化碳。可以使用氬氣作為載氣。在該方法中使用這些氣體的情況下，在該基片上形成了ー個(gè)氧化鋁層。在另ー個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，前體是硅烷，并且處理氣體是氨氣或由氮?dú)夂蜌錃饨M成的混合物。這種方法導(dǎo)致在該基片上形成一個(gè)氮化硅層。在這種沉積方法中優(yōu)選的是首先將氧化鋁層沉積在基片上，并且然后沉積ー個(gè)氮化硅層。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該至少ー個(gè)第一波長或譜帶是巴耳末系列的氫譜線Η-α (656. 3nm)或者巴耳末系列的氫譜線H-β (486. Inm)或者在777nm的氧譜線(2s22p3 (4S0) 3s->2s22p3 (4S0) 3p)。當(dāng)采用三甲基鋁作為成層前體吋，選擇巴耳末系列的氫譜線Η-α (656. 3nm)是尤其有利的。當(dāng)采用硅烷作為成層前體時(shí)，選擇巴耳末系列的氫譜線Η-β (486. Inm)作為第一波長是優(yōu)選的。當(dāng)采用笑氣作為處理氣體時(shí)，選擇在777nm的氧譜線作為第一波長是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適合用作具有一個(gè)等離子體輔助的沉積過程的太陽能電池生產(chǎn)方法。它還適合于生產(chǎn)薄層太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選用于生產(chǎn)硅晶片太陽能電池。優(yōu)選地通過根據(jù)本發(fā)明的方法在硅晶片上沉積ー個(gè)氧化鋁或者一個(gè)或多個(gè)氮化娃層。適合用于在含硅基片上沉積至少ー個(gè)介電質(zhì)層的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括ー個(gè)用于沉積至少ー個(gè)層的沉積設(shè)備；至少ー個(gè)供應(yīng)裝置，用于供應(yīng)至少ー種適合用于產(chǎn)生該介電質(zhì)層的氣體；一個(gè)移動(dòng)裝置，用于供應(yīng)該基片；ー個(gè)監(jiān)測設(shè)備，用于在至少ー個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度；用于取決于在該至少ー個(gè)第一波長或譜帶處監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生ー個(gè)信號的裝置；以及至少ー個(gè)控制裝置，用于控制至少ー個(gè)影響該沉積作用的過程參數(shù)和/或控制該基片對沉積設(shè)備的加載。該沉積設(shè)備優(yōu)選是ー個(gè)處理室，如ー個(gè)真空室。裝備該處理室是用于執(zhí)行ー種等離子體輔助的沉積過程并且該處理室具有用于能夠監(jiān)視該沉積過程的ー個(gè)窗ロ。
用于供應(yīng)至少ー個(gè)適合于產(chǎn)生該介電質(zhì)層的至少ー個(gè)供應(yīng)裝置優(yōu)選包括至少ー個(gè)適合于供應(yīng)氣體的導(dǎo)管，該導(dǎo)管可以通過一個(gè)閥門和一個(gè)質(zhì)量流量調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。用于供應(yīng)該基片的移動(dòng)裝置包括一個(gè)供應(yīng)裝置例如ー個(gè)抓握臂(Greifarm)，該抓握臂可以將基片安排在ー個(gè)基片承載框架的(英文為載體(Carrier))相匹配的區(qū)段上。然后，該基片承載框架是通過ー個(gè)真空閘室或直接地被傳輸?shù)皆撎幚硎抑校缤ㄟ^ー個(gè)或多個(gè)傳送帶。真空閘室的開放或該傳送帶的移動(dòng)可以通過ー個(gè)外部信號來控制。用于在ー個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度的該監(jiān)測設(shè)備優(yōu)選在該處理室的壁上包括一個(gè)等離子體觀察窗ロ、ー個(gè)準(zhǔn)直透鏡或纖維光學(xué)系統(tǒng)以便將該等離子體的光發(fā)射退耦至光波導(dǎo)體中、一個(gè)光波導(dǎo)體以及ー個(gè)光譜儀(UV-VIS-NIR)。用于取決于在該至少ー個(gè)第一波長或譜帶處監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生信號的裝置優(yōu)選包括ー個(gè)電子調(diào)節(jié)器。用于控制至少ー個(gè)影響該沉積作用的過程參數(shù)和/或控制該基片對沉積設(shè)備的 加載的該至少ー個(gè)控制裝置優(yōu)選包括至少ー個(gè)用于對處理室供應(yīng)氣體并且向該沉積設(shè)備加載基片的控制裝置。對處理室供應(yīng)氣體以及向該沉積設(shè)備加載基片可以彼此獨(dú)立地進(jìn)行控制。


現(xiàn)在將參考附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，而本發(fā)明不局限于此。附圖示出了 圖I根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)循環(huán)的原理的一個(gè)示意性圖示；圖2 —個(gè)圖表，展示了笑氣-氬氣-三甲基鋁等離子體的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)與笑氣等離子體的發(fā)射光譜的比較；圖3 —個(gè)圖表，展示了具有不同笑氣質(zhì)量流量的笑氣-氬氣-三甲基鋁等離子體的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度);圖4 ー個(gè)圖表，展示了原子氧的譜線(777nm)與N2O譜帶(658nm)的比率同笑氣氣體質(zhì)量流量的依賴關(guān)系；圖5 —個(gè)圖表，展示了在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)；圖6—個(gè)圖表,展示了原子氫的H-α線(656nm)與相鄰的N2O譜帶(658nm)的比率同三甲基鋁氣體質(zhì)量流量的依賴關(guān)系；圖7—個(gè)圖表，展示了在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度);并且圖8—個(gè)圖表，展示了在變化的三甲基鋁質(zhì)量流量下，氧線(777nm)與笑氣譜帶(658nm)的比率的依賴關(guān)系。
具體實(shí)施例方式圖I展示了根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)循環(huán)的原理的ー個(gè)示意性圖示，包括ー個(gè)真空室I(處理室)作為沉積設(shè)備，一個(gè)等離子體2，ー個(gè)有待涂覆的基片3例如由晶態(tài)硅制成的晶片(c-Si-晶片)，一個(gè)用于以基片3加載真空室的控制裝置4、以下稱為加載控制裝置4，在該真空室I壁上的一個(gè)等離子體觀察窗ロ 5，用于將該等離子體的光發(fā)射退耦到ー個(gè)光波導(dǎo)體7中的ー個(gè)準(zhǔn)直透鏡6或纖維光學(xué)系統(tǒng)，該光波導(dǎo)體7，ー個(gè)光譜儀(UV-VIS-NIR)8，ー個(gè)電子調(diào)節(jié)器9，一個(gè)用于向真空室供應(yīng)氣體的控制裝置10 (用于控制相應(yīng)的質(zhì)量流量)、以下稱為氣體供應(yīng)控制裝置10，一個(gè)用于處理氣體的入口 11、以下稱為處理氣體入口 11，以及一個(gè)用于前體的入口 12、以下稱為前體入口 12。為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，向真空室I中供應(yīng)處理氣體和前體。產(chǎn)生了等離子體2。通過等離子體觀察窗ロ 5、準(zhǔn)直透鏡6、光波導(dǎo)體7和光譜儀8來監(jiān)測所供應(yīng)氣體的發(fā)射強(qiáng)度。電子調(diào)節(jié)器9產(chǎn)生了ー個(gè)信號，該信號取決于ー個(gè)特征性波長或譜帶的強(qiáng)度、或者兩個(gè)特征性波長或譜帶的比率。該 信號傳遞到加載控制裝置4以及氣體供應(yīng)控制裝置10。當(dāng)該信號向加載控制裝置4和/或氣體供應(yīng)控制裝置10展示出過程參數(shù)是處于規(guī)定值之外，則氣體供應(yīng)控制裝置10嘗試如下地調(diào)節(jié)這些過程參數(shù)使得它們處于該規(guī)定值的范圍內(nèi)。如果這對于氣體供應(yīng)控制裝置10是不可能的，那么氣體供應(yīng)控制裝置10就停止氣體供應(yīng)并輸出ー個(gè)警告信號。在適當(dāng)情況下，加載控制裝置4停止基片3向真空室I中的供應(yīng)。在這種情況下，設(shè)備狀態(tài)是由操作員控制的并且啟動(dòng)了ー種相匹配的設(shè)備方案kAnlagenrezeptノ。當(dāng)該信號向加載控制裝置4和/或氣體供應(yīng)控制裝置10展示出過程參數(shù)是處于規(guī)定值的范圍內(nèi)，則加載控制裝置4控制基片向沉積設(shè)備I中的加載。在涂覆該基片的過程中，還如上所述地監(jiān)測該沉積過程。圖2展示了ー個(gè)圖表，是笑氣-氬氣-三甲基鋁等離子體的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)與笑氣等離子體的發(fā)射光譜的比較。笑氣-氬氣-三甲基鋁-等離子體的質(zhì)量流量如下N20:Ar:三甲基招=900:450: IOOsccm (標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)。笑氣等離子體的質(zhì)量流量為900sccmo如可以看到的，這些氣體配屬有某些具有更高發(fā)射強(qiáng)度的波長或譜帯。具有非常高的發(fā)射強(qiáng)度的波長是在656. 3nm的H-α線(三甲基鋁)、在777nm的氧譜線(笑氣)和在750nm的Ar線(氬氣)。尖鋭的峰是原子線，也就是說它們標(biāo)志著ー種原子過渡態(tài)，而譜帶表不分子過渡態(tài)。圖3展示了ー個(gè)圖表，展示了具有不同笑氣質(zhì)量流量的笑氣-氬氣-三甲基鋁等離子體的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)。氬氣的質(zhì)量流量為450sCCm。三甲基鋁的質(zhì)量流量為 lOOsccm。笑氣的質(zhì)量流量為 500sccm、700sccm、900sccm、llOOsccm、1300sccm、和1500sccmo如圖3所示，在氬氣和三甲基鋁的質(zhì)量流量保持恒定時(shí)，笑氣的質(zhì)量流量的變化影響了原子線如氧線，而分子光譜僅受到不顯著的影響。圖4展示了ー個(gè)圖表,是原子氧的譜線(777nm)與相鄰的N2O譜帶(658nm)的比率同笑氣氣體質(zhì)量流量的依賴關(guān)系；如從圖4可以看出的，該依賴關(guān)系是線性的。以笑氣質(zhì)量流量來對原子氧的濃度進(jìn)行縮放。如從圖3可以看到的，笑氣譜帶的發(fā)射強(qiáng)度與笑氣的質(zhì)量流量較不相關(guān)，氧線的發(fā)射強(qiáng)度隨著笑氣質(zhì)量流量的升高而増大。圖5展示了ー個(gè)圖表，展示了在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)。在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下，發(fā)射強(qiáng)度發(fā)生變化。笑氣譜帶的強(qiáng)度是與三甲基鋁質(zhì)量流量成反比例的。在656nm的Η-α線處的強(qiáng)度隨著三甲基鋁的質(zhì)量流量增長而升高。圖6展示了ー個(gè)圖表,展示了原子氫的H-α線(656nm)與相鄰的N2O譜帶(658nm)的比率同三甲基鋁氣體(TMA)質(zhì)量流量的依賴關(guān)系；原子氫的Η-α線與相鄰的笑氣譜帶的比率是和三甲基鋁的質(zhì)量流量線性相關(guān)的。三甲基鋁的質(zhì)量流量越大，原子氫的Η-α線與相鄰笑氣譜帶的比率越大。在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下笑氣譜帶的發(fā)射強(qiáng)度是恒定的，但隨著三甲基鋁的質(zhì)量流量増大，原子氫的Η-α線的強(qiáng)度増大，如從圖5可以看到的。圖7展示了ー個(gè)圖表，展示了在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下的氬氣和笑氣的發(fā)射光譜(波長對強(qiáng)度)。如可以看到的，隨著三甲基鋁質(zhì)量流量的升高，氧線的發(fā)射強(qiáng)度降低。其原因是，在與三甲基鋁反應(yīng)形成氧化鋁層時(shí)消耗了氧氣。圖8展示了ー個(gè)圖表，展示了在變化的三甲基鋁質(zhì)量流量下，氧線(777nm)與笑氣譜帶(657. 9nm)的比率的依賴關(guān)系。強(qiáng)的氧線的強(qiáng)度隨著三甲基鋁質(zhì)量流量的增高而下降(相對于笑氣譜帶的響度是指數(shù)下降的)。例如在使用三甲基鋁和笑氣來產(chǎn)生氧化鋁層時(shí)，選擇在777nm的氧譜線作為第一波長，并選擇在657. 9nm的笑氣譜帶作為第二波長。為了控制該沉積過程，產(chǎn)生了商1777/16579。從該圖表中可以讀出在不同的三甲基鋁質(zhì)量流量下的理論的和預(yù)定的商。通過該圖表可以獲得預(yù)定的閾值。參考標(biāo)號清単I 真空室(處理室)
2 等離子體3 有待涂覆的基片(c_Si晶片)4 用于以基片/晶片加載該真空室的控制裝置5 在該真空室壁上的等離子體觀察窗ロ6 用于將等離子體的光發(fā)射退耦至光波導(dǎo)體7中的準(zhǔn)直透鏡或纖維光學(xué)系統(tǒng)7 光波導(dǎo)體8 光譜儀(UV-VIS-NIR)9 電子調(diào)節(jié)器10 用于向真空室供應(yīng)氣體的控制裝置11 處理氣體入口12 (成層的)前體入口
權(quán)利要求
1.一種等離子體輔助的沉積方法，用于將至少一個(gè)介電質(zhì)層沉積在一個(gè)含硅的基片(3)上，該方法具有以下步驟 向一個(gè)沉積設(shè)備(I)中供應(yīng)至少一種適合用于產(chǎn)生該介電質(zhì)層的氣體； 在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測該氣體的、在該沉積設(shè)備(I)中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度； 取決于在該至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度，產(chǎn)生一個(gè)信號； 將該信號傳輸給至少一個(gè)控制裝置(4，10)； 取決于該信號，通過該控制裝置(4，10)來控制至少一個(gè)影響該沉積的過程參數(shù)和/或該基片(3 )到該沉積設(shè)備(I)中的供應(yīng)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，當(dāng)該信號低于或高于一個(gè)預(yù)定的閾值時(shí)，控制該至少一個(gè)過程參數(shù)和/或該基片(3)向該沉積設(shè)備中的供應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該預(yù)定的閾值形成了與一個(gè)預(yù)定的發(fā)射強(qiáng)度相比約至少10%的偏離。
4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在至少一個(gè)第二波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備(I)中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度；并且取決于在該至少一個(gè)第一波長或譜帶以及該至少一個(gè)第二波長或譜帶上所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生該信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該至少一個(gè)第二波長或譜帶具有與該至少一個(gè)第一波長或譜帶最大200mm的間距。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，在取決于所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生該信號時(shí)，由所監(jiān)測到的這些發(fā)射強(qiáng)度形成了一個(gè)商。
7.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 當(dāng)該信號低于或高于該預(yù)定的閾值時(shí)，通過該控制裝置(4，10)來停止該介電質(zhì)層在該基片(3)上的沉積和/或該基片(3)向該沉積設(shè)備(I)中的輸送。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 在通過該控制裝置(4，10)進(jìn)行的停止之后，調(diào)節(jié)該至少一個(gè)過程參數(shù)； 繼續(xù)在基片(3)上沉積該介電質(zhì)層和/或向該沉積設(shè)備(I)中供應(yīng)該基片(3)； 在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備(I)中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度； 取決于所監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生一個(gè)信號； 將該信號傳輸給至少一個(gè)控制裝置(4，10)； 取決于該信號，通過該控制裝置(4，10)來控制至少一個(gè)影響該沉積的過程參數(shù)和/或該基片(3)向該沉積設(shè)備(I)中的供應(yīng)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于， 在通過該控制裝置(4，10)進(jìn)行停止時(shí)，輸出一個(gè)警告信號。
10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)介電質(zhì)層在該基片(3)上的沉積包括沉積多個(gè)層，并且該至少一個(gè)第一波長或譜帶、該任選的預(yù)定閾值和該任選的至少一個(gè)第二波長或譜帶分別是依賴于有待沉積的層而選擇的。
11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該控制至少一個(gè)過程參數(shù)的步驟包括控制一種成層前體向該沉積設(shè)備中的供應(yīng)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該前體是三甲基鋁，并且該處理氣體是氧氣或者一種含氧的分子氣體；和/或該前體是硅烷，并且該處理氣體是氨或者一種由氮?dú)夂蜌錃饨M成的混合物。
13.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該至少一個(gè)第一波長或譜帶是巴耳末系列的氫譜線H-α (656. 3nm)或者巴耳末系列的氫譜線H-β (486. Inm)或者在777nm 的氧譜線 O (2s22p3 (4S0) 3s_>2s22p3 (4S0) 3p )。
14.一種太陽能電池生產(chǎn)方法，該方法具有如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的等離子體輔助的沉積方法。
15.—種適合用于在含娃基片(3)上沉積至少一個(gè)介電質(zhì)層的設(shè)備,該設(shè)備包括 一個(gè)用于沉積至少一個(gè)層的沉積設(shè)備(I); 至少一個(gè)供應(yīng)裝置(11，12 )，用于供應(yīng)至少一種適合于產(chǎn)生該介電質(zhì)層的氣體； 一個(gè)用于供應(yīng)該基片(3)的移動(dòng)裝置； 一個(gè)監(jiān)測裝置，用于在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測在該沉積設(shè)備(I)中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度； 用于取決于在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測到的發(fā)射強(qiáng)度來產(chǎn)生一個(gè)信號的一個(gè)裝置(9);以及 至少一個(gè)控制裝置(4，10)，用于控制至少一個(gè)影響該沉積作用的過程參數(shù)和/或控制該基片(3 )對該沉積設(shè)備(I)的加載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體輔助的沉積方法，用于將至少一個(gè)介電質(zhì)層沉積在一個(gè)含硅的基片(3)上，該方法具有以下步驟向一個(gè)沉積設(shè)備(1)中供應(yīng)至少一種適合于產(chǎn)生介電質(zhì)層的氣體；在至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測該氣體的、在該沉積設(shè)備(1)中產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度；取決于在該至少一個(gè)第一波長或譜帶上監(jiān)測的發(fā)射強(qiáng)度，產(chǎn)生一個(gè)信號；將該信號傳輸給至少一個(gè)控制裝置(4，10)；取決于該信號，通過該控制裝置(4，10)來控制至少一個(gè)影響該沉積的過程參數(shù)和/或該基片(3)到該沉積設(shè)備(1)中的供應(yīng)，本發(fā)明還涉及一種適合用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。
文檔編號C23C16/52GK102864438SQ20121020776
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者阿克塞爾·施瓦百迪森, 安德莉亞斯·艾夫勒, 尤爾根·席爾巴赫 申請人:Q-電池公司