專利名稱：在襯底上rf濺射薄膜期間電弧檢測(cè)和抑制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的主題一般涉及在襯底上濺射薄膜的方法。更具體地說(shuō)，本文中公開的主題涉及在襯底上濺射薄膜層期間的電弧抑制的方法。
背景技術(shù)：
濺射沉積涉及從靶(即材料源)噴出材料以及將噴出的材料沉積在襯底上以形成薄膜。通過(guò)將RF或DC功率從電源耦合到等離子體，在沉積期間在濺射室中的靶與襯底之間保持等離子體放電，其中，靶充當(dāng)在濺射期間具有負(fù)電位的陰極。由于陰極上的電荷累積，有時(shí)在靶(即，陰極)與具有陽(yáng)極電位的室中(例如，室壁、等離子體場(chǎng)、襯底、襯底墊層(substrate carrier)等)其它材料之間形成電弧。一旦形成后，電弧便能夠持續(xù)被供應(yīng)功率(經(jīng)電源)并能夠?qū)Π性斐蓢?yán)重?fù)p害。此類損害能夠?qū)е虏痪鶆虻膶蛹爸圃爝^(guò)程中的延遲。用于DC等離子體的電弧檢測(cè)可用，并且通常在將在室內(nèi)形成的任何電弧的影響降到最低方面表現(xiàn)良好。另外，在某些低頻率AC濺射條件下，形成的任何電弧能夠通過(guò)交替陰極的電壓電位而自熄。例如，如果在陰極具有負(fù)電位時(shí)電弧確實(shí)形成，則在陰極交替到正電位時(shí)電弧能熄滅，且反之亦然。然而，在AC濺射條件的頻率增大到高功率、高頻率條件 (例如，RF濺射)和/或用于氧化物或其它絕緣靶的濺射時(shí)，電弧能夠且確實(shí)形成。這些電弧能夠擾亂濺射過(guò)程，導(dǎo)致單個(gè)襯底上和連續(xù)制造過(guò)程的多個(gè)襯底之間薄膜的不均勻性， 并損壞靶材料，增大濺射過(guò)程的成本。在不希望受限于任何特定理論的情況下，認(rèn)為高頻條件的性質(zhì)由于變化的速度而阻止電弧在陰極的電位交替時(shí)自熄(即，高頻波的短波長(zhǎng)只給電弧留下極短的時(shí)期熄滅)。另外，在高頻率操作的大面積沉積室中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)﹄娀∵M(jìn)行調(diào)諧，在仍保持等離子體的同時(shí)直接提供功率到電弧。用于大批量制造的這些連續(xù)沉積過(guò)程不能只依賴功率監(jiān)視來(lái)檢測(cè)和消除室中形成的電弧。同樣地，由于等離子體即使在電弧形成后也得以保持，因此，監(jiān)視DC偏置不可指示電弧。因此，對(duì)于在RF濺射期間檢測(cè)電弧的形成和將其對(duì)沉積過(guò)程的影響降到最低的方法的需要存在，尤其是在大規(guī)模、大批量制造過(guò)程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分在下面的描述中陳述，或者可從描述而顯而易見，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而認(rèn)識(shí)到。在一個(gè)實(shí)施例中，概括公開了一種薄膜從半導(dǎo)體靶到襯底上的濺射期間電弧抑制的方法。根據(jù)該方法，交流(例如，在大約500kHz到15MHz的頻率)從電源施加到半導(dǎo)體靶以在襯底與半導(dǎo)體靶之間形成等離子體。在從靶延伸的電弧形成時(shí)，能夠檢測(cè)到電弧特性(arc signature)，其中電弧特性由從初始濺射等離子體電壓到電弧等離子體電壓的減小的等離子體電壓和從初始濺射反射功率到電弧反射功率的增大的反射功率來(lái)同時(shí)定義。 在識(shí)別到電弧特性時(shí)，能夠暫時(shí)中斷從電源到半導(dǎo)體靶的交流以抑制從靶延伸的電弧。之后，能夠從電源重新施加交流到半導(dǎo)體靶。在一個(gè)特定實(shí)施例中，能夠利用該方法在玻璃上襯底(superstrate)上形成硫化鎘薄膜層，例如在用于制造基于碲化鎘的薄膜光伏器件的方法期間。還概括公開了一種用于在薄膜從半導(dǎo)體靶到襯底上的濺射期間的電弧檢測(cè)和抑制的濺射系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠包括配置成接納襯底和半導(dǎo)體靶的濺射室。連線到濺射室的電源能夠?qū)⒔涣鞴?yīng)到半導(dǎo)體靶，在襯底與半導(dǎo)體靶之間形成等離子體。電力與濺射室之間的開關(guān)能夠配置成在閉合時(shí)將交流供應(yīng)到濺射室，并在打開時(shí)中斷到濺射室的交流。一對(duì)傳感器能夠安置在濺射室內(nèi)以在濺射期間測(cè)量等離子體電壓和反射功率。參照下面的描述和隨附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。并入并構(gòu)成此說(shuō)明書一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


在參照附圖的說(shuō)明書中陳述了針對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員的本發(fā)明的全面和使能性的公開，包括其最佳模式，其中圖1示出示范濺射室的截面圖的一般示意圖；圖2示出圖1的示范濺射室一角的特寫視圖，其中，在靶與護(hù)罩(shield)之間形成電??；圖3從圖1的濺射室內(nèi)示出靶的視圖；圖4示出另一示范濺射室的截面圖；圖5示出用于檢測(cè)和抑制在圖1的示范濺射室中形成的電弧的系統(tǒng)的一般示意圖；圖6示出根據(jù)一個(gè)示例在電弧形成和隨后電弧的抑制時(shí)電壓電位的變化；圖7示出在一個(gè)示例中根據(jù)電弧的形成由減小的等離子體電壓和增大的反射功率同時(shí)定義的示范電弧特性；圖8示出抑制從靶濺射期間形成的電弧的示范方法的流程圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范碲化鎘薄膜光伏器件的截面圖的一般示意圖；以及，圖10示出制造包括碲化鎘薄膜光伏器件的光伏模塊的示范方法的流程圖。本說(shuō)明書和圖形中引用字符的重復(fù)使用旨在表示相同或類似的特征或要素。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例在圖形中示出。每個(gè)示例的提供是為了解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，能夠在本發(fā)明中進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。例如，作為一個(gè)實(shí)施例一部分示出或描述的特征能夠與另一實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生還有的進(jìn)一步實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在包括在隨附權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)的此類修改和變動(dòng)。在本公開中，當(dāng)層被描述為在另一層或襯底“之上”或“上方”時(shí)，要理解這些層能夠直接相互接觸，或者在層之間具有另一層或特征。因此，此描述只是描述層相互之間的相對(duì)位置，不一定表示“在其上”，因?yàn)橄鄬?duì)位置上方或下方取決于器件對(duì)觀看者的方向。另外，描述光伏器件和任何膜層的術(shù)語(yǔ)“薄”一般指具有小于大約IOym厚度的膜層。要理解， 本文中提及的范圍和限制包括在規(guī)定限制內(nèi)的所有范圍(即，子范圍)。例如，從大約100 到大約200的范圍也包括從110到150、170到190、153到162以及145. 3到149. 6的范圍。 此外，直到大約7的限制也包括直到大約5、直到3和直到大約4. 5的限制以及在限制內(nèi)的范圍，如從大約1到大約5和從大約3. 2到大約6. 5。概括而言，當(dāng)前公開的是在襯底上的薄膜的RF濺射期間檢測(cè)和抑制電弧的方法。 抑制在濺射過(guò)程期間形成的電弧能夠允許在整個(gè)濺射過(guò)程內(nèi)形成的薄膜層具有更佳的均勻性。也就是說(shuō)，不但薄膜層在各個(gè)襯底上具有更佳的均勻性，而且每個(gè)襯底上的薄膜層也能夠從一個(gè)襯底到另一個(gè)襯底大致均勻。因此，現(xiàn)在公開的方法在商業(yè)環(huán)境中薄膜襯底的大批量生產(chǎn)期間特別有用，如在基于碲化鎘的光伏器件的大批量生產(chǎn)期間的硫化鎘層的形成期間。雖然本公開參照基于碲化鎘的薄膜光伏器件的制造期間濺射硫化鎘層進(jìn)行討論， 但下面的討論無(wú)意限制本公開的更廣義方面。圖1示出作為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范RF濺射室100的截面圖的一般示意圖。如圖5所示，RF功率源102配置成控制和供應(yīng)RF功率到室100。RF功率能采用具有大約500kHz到15MHz (例如大約800Hz到大約IOMHz)的頻率的AC電流的形式。在特定實(shí)施例中，RF功率能采用具有大約IMHz到大約5MHz (例如大約2MHz到大約3MHz)的頻率的AC電流的形式。如圖所示，RF功率源將電壓施加到陰極104以分別經(jīng)導(dǎo)線108和109在陰極104 與頂部支承109和底部支承108和/或室壁所形成的陽(yáng)極之間創(chuàng)建電壓電位。通常，玻璃襯底12安置在濺射室100內(nèi)，使得TCO層14面向陰極104以便在TCO層14上形成濺射層。—旦濺射氣氛被點(diǎn)燃并且保持以響應(yīng)陰極104與陽(yáng)極之間的電壓電位，便創(chuàng)建了等離子體場(chǎng)110。電壓電位促使等離子體場(chǎng)110內(nèi)的等離子體離子向陰極104加速，促使原子從陰極104噴向玻璃襯底12上的TCO層14上。因此，陰極104能夠稱為“靶”，并且充當(dāng)用于TCO層14上的薄膜層(例如，圖9所示的硫化鎘層18)的形成的源材料。陰極104能夠是半導(dǎo)體靶，如硫化鎘或其混合物。另外，在一些實(shí)施例中，能夠利用多個(gè)陰極104。多個(gè)陰極104能夠?qū)π纬砂◣追N類型的材料的層特別有用(例如，共濺射)。形成等離子體場(chǎng) 110的濺射氣氛一般包含惰性氣體，如氬。然而，在某些實(shí)施例中在濺射氣氛中能夠存在氧氣。在RF濺射室100內(nèi)的濺射過(guò)程期間，能夠在陰極104 ( S卩，靶)與RF濺射室100 內(nèi)具有陽(yáng)極電位的其它表面之間形成電弧。例如，圖2示出陰極104與圍繞陰極104的靶護(hù)罩114之間形成的電弧112。在另一實(shí)例中，如圖3和圖4所示，電弧112能夠在濺射期間在陰極104與等離子體場(chǎng)Iio之間形成。圖3還示出能夠在延長(zhǎng)的濺射過(guò)程期間在陰極104中形成的槽 (groove) 116。這些槽116 —般表示對(duì)延長(zhǎng)期濺射后已從陰極104噴出的靶材料。通過(guò)認(rèn)出在電弧形成時(shí)形成的電弧特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)從陰極104到RF濺射室100 內(nèi)具有陽(yáng)極電位的任何表面所形成的電弧112的檢測(cè)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電弧112同時(shí)造成等離子體電壓下降和反射功率上升，形成可認(rèn)出的電弧特性。等離子體電壓的此下降(即，從初始濺射等離子體電壓到電弧等離子體電壓)通?？捎晒β试?02的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在繼續(xù)向陰極104提供功率的同時(shí)調(diào)整到電弧的反應(yīng)而造成。通常在電弧等離子體電壓是初始等離子體電壓的大約25%或更少以及電弧反射功率是初始濺射反射功率的大約25%或更多時(shí)能夠識(shí)別電弧特性。例如，在某些實(shí)施例中， 通常在電弧等離子體電壓是初始等離子體電壓的大約33%或更少(例如，初始等離子體電壓的大約50%或更少)以及電弧反射功率是初始濺射反射功率的大約33%或更多(例如， 初始濺射反射功率的大約50%或更多)時(shí)能夠識(shí)別電弧特性。等離子體電壓和反射功率的此同時(shí)變化能夠在不到約1秒內(nèi)發(fā)生，例如從大約1 μ s到大約100ms。在某些實(shí)施例中， 等離子體電壓和反射功率的同時(shí)變化能夠在大約IOy s到大約Ims之間發(fā)生，例如從大約 100 μ s到大約500 μ S。因此，電弧特性能夠快速被識(shí)別，并且電弧能夠在電弧具有足夠時(shí)間加強(qiáng)前受到抑制。傳感器120—般安置在RF濺射室100內(nèi)，臨近于陰極104與玻璃襯底12之間形成等離子體場(chǎng)110的區(qū)域。傳感器120配置成指示在濺射期間跨等離子體場(chǎng)110的電壓(即， 等離子體電壓)。在特定實(shí)施例中，傳感器120與等離子體場(chǎng)110相鄰，使得等離子體電壓和反射功率的準(zhǔn)確測(cè)量能夠被執(zhí)行。在一個(gè)特定實(shí)施例中，與功率源102相關(guān)聯(lián)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)能夠用于檢測(cè)等離子體電壓和反射功率的變化。配置用于以至少大約IOOys(例如，從大約10μ s到大約50μ s)的速率來(lái)采樣的高速控制系統(tǒng)能夠用于檢測(cè)電弧特性。在濺射過(guò)程期間，能夠手動(dòng)或自動(dòng)(例如，使用計(jì)算機(jī))持續(xù)監(jiān)視等離子體電壓和反射功率。在檢測(cè)到電弧特性時(shí)，電弧檢測(cè)控制122能夠暫時(shí)中斷從RF功率源102供應(yīng)到陰極104的電力。參照?qǐng)D5，例如，電弧檢測(cè)控制122能夠在檢測(cè)到電弧特性時(shí)打開開關(guān) 124，造成從RF功率源102到陰極104的電力丟失，并抑制電弧112。在抑制電弧112時(shí)， 開關(guān)IM能夠閉合以繼續(xù)供應(yīng)電力到濺射室。電力(即，交流)能夠?qū)τ谧阋员３忠r底與半導(dǎo)體靶之間等離子體的同時(shí)熄滅電弧的時(shí)間暫時(shí)中斷，例如從大約10 μ s到大約100ms。 在特定實(shí)施例中，電力能夠?qū)τ诖蠹s50 μ s到大約Ims (例如從大約100 μ s到大約500 μ s) 暫時(shí)中斷。雖然僅顯示單個(gè)RF功率源102，但通過(guò)使用耦合在一起的多個(gè)功率源，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓電位。另外，示出了具有垂直方向的示范濺射室100，但任何其它配置能夠被利用。在利用多個(gè)功率源時(shí)，能夠在檢測(cè)到電弧特性時(shí)同時(shí)中斷來(lái)自每個(gè)源的功率以抑制電弧。圖8示出在薄膜從靶濺射到襯底上期間電弧抑制的示范方法50的流程圖。方法 50包括在52將交流從電源施加到靶以在襯底與靶之間形成等離子體。例如，交流能夠具有大約500kHz到15MHz的頻率。在M，在從靶延伸的電弧形成時(shí)，能夠識(shí)別電弧特性(例如，由等離子體電壓從初始濺射等離子體電壓降到電弧等離子體電壓和反射功率從初始濺射反射功率同時(shí)增大到電弧反射功率來(lái)定義)。在識(shí)別電弧特性時(shí)，在56，能夠中斷從電源到靶的交流以抑制從靶延伸的電弧。最后，在58，在中斷從電源到靶的交流后，能夠?qū)⒔涣鲝碾娫粗匦率┘拥桨雽?dǎo)體靶。在襯底上濺射薄膜期間檢測(cè)和抑制電弧的方法能夠在碲化鎘器件的形成中特別有用，例如在 Murphy 等人的題為 “Ultra-high Current Density Cadmium Telluride Photovoltaic Modules”的美國(guó)公布No. 2009/0194165中公開的碲化鎘薄膜光伏器件中。 具體而言，電弧檢測(cè)和抑制的方法能夠在碲化鎘薄膜光伏器件的硫化鎘層形成期間有用， 特別是在此類器件的大批量生產(chǎn)期間。
圖9表示示范碲化鎘薄膜光伏器件10。圖9的示范器件10包括用作襯底的玻璃 12的頂部片。在此實(shí)施例中，玻璃12能夠稱為“上襯底”，因?yàn)樗请S后形成的層的襯底， 但在碲化鎘薄膜光伏器件10在使用中時(shí)，它向上面對(duì)輻射源(例如，陽(yáng)光)。玻璃12的頂部片能夠是高透光玻璃(例如，高透光硼硅酸鹽玻璃)、低鐵浮法玻璃或其它高透明玻璃材料。玻璃通常足夠厚以便為隨后的膜層(例如，從大約0.5mm到大約IOmm厚)提供支撐， 并且大致平坦以便為形成隨后膜層提供良好的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，玻璃12能夠是低離子浮法玻璃，包含按照重量少于大約0. 15%的鐵0 )，并且可在關(guān)注光譜(例如，從大約 300nm到大約900nm的波長(zhǎng))中具有大約0. 9或更大的透光性。透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層14在圖9的示范器件10的玻璃12上示出。TCO層14 允許光以極小吸收通過(guò)，同時(shí)還允許器件10產(chǎn)生的電流側(cè)向傳播到不透明金屬導(dǎo)體(未示出)。例如，TCO層14能夠具有小于約30歐姆每平方(ohm per square)的片電阻，例如從大約4歐姆每平方到大約20歐姆每平方(例如，從大約8歐姆每平方到大約15歐姆每平方)。TCO層14 一般包括至少一個(gè)導(dǎo)電氧化物，如氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫或其混合物。另外，TCO層14能夠包括其它導(dǎo)電、透明材料。TCO層14還能夠包括錫酸鋅和/或錫酸鎘。TCO層14能夠通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解或任何其它適合的沉積法形成。 在一個(gè)特定實(shí)施例中，TCO層14能夠通過(guò)DC濺射或RF濺射等濺射在玻璃12上形成。例如， 錫酸鎘層能夠通過(guò)以大約1對(duì)大約2的比率將包含SnA和CdO的化學(xué)當(dāng)量的熱壓靶濺射到玻璃12上而形成。備選的是，通過(guò)噴霧熱解，使用醋酸鎘和氯化錫(II)前體(precursor) 能夠制備錫酸鎘。在某些實(shí)施例中，TCO層14能夠具有在大約0. 1 μ m到大約1 μ m之間的厚度，例如，從大約0. 1 μ m到大約0. 5 μ m，如從大約0. 25 μ m到大約0. 35 μ m。具有上襯底表面上形成的TCO層14的適合平坦玻璃襯底能夠在商業(yè)上從各種玻璃制造商和供應(yīng)商購(gòu)買。例如，包括TCO層14的一種特別適合的玻璃12包括商業(yè)上可得到的來(lái)自Pilkington North America Inc. (Toledo,Ohio)的名為TEC 15TC0的玻璃，該玻璃包括具有15歐姆每平方的片電阻的TCO層。一種電阻透明緩沖層16(RTB層)在示范碲化鎘薄膜光伏器件10上的TCO層14 上示出。RTB層16 —般比TCO層14更具電阻性，并且能夠在器件10的加工期間幫助保護(hù)器件10免于TCO層14與隨后層之間的化學(xué)交互。例如，在某些實(shí)施例中，RTB層16能夠具有大于大約1000歐姆每平方的片電阻，例如從大約IOk歐姆每平方到大約1000M歐姆每平方。RTB層16還能夠具有寬光學(xué)帶隙(例如，大于大約2. kV，例如從大約2. 7eV到大約 3. OeV)。在不希望受限于任何特定理論的情況下，認(rèn)為TCO層14和硫化鎘層18之間的 RTB層16的出現(xiàn)能通過(guò)減少界面缺陷(即，硫化鎘層18中的“針孔”)的可能性，允許相對(duì)薄的硫化鎘層18被包括在器件10中，界面缺陷在TCO層14和碲化鎘層22之間形成分路 (shunt)。因而，認(rèn)為RTB層16允許TCO層14和碲化鎘層22之間改善的粘附性和/或交互，從而允許相對(duì)薄的硫化鎘層18形成在其上，而沒(méi)有此類相對(duì)薄的硫化鎘層18直接形成在TCO層14上時(shí)將否則導(dǎo)致的顯著不利影響。RTB層16例如能夠包括氧化鋅(SiO)和氧化錫(SnO2)的組合，這能夠稱為氧化鋅錫層(“ΖΤ0”)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，RTB層16能夠包括比氧化鋅多的氧化錫。例如，RTB層16能夠具有帶大約0. 25和大約3之間的SiO/SnA的化學(xué)計(jì)量比的成分，例如氧化錫對(duì)氧化鋅的大約一比二(1 2)的化學(xué)計(jì)量比。RTB層16能夠通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解或任何其它適合的沉積法形成。在一個(gè)特定實(shí)施例中，RTB層16能夠通過(guò)DC濺射或RF濺射等濺射在TCO層14上形成。例如，通過(guò)將DC電流施加到金屬源材料(例如，元素鋅、元素錫或其混合物)、并且在存在氧化氣氛(例如，O2氣體)的情況下將金屬源材料濺射到TCO層14上，能夠使用DC濺射法來(lái)沉積RTB層16。在氧化氣氛包括氧氣(即，O2) 時(shí)，該氣氛能夠大于約95 %的純氧，如大于約99 %。在某些實(shí)施例中，RTB層16能夠具有在大約0. 075 μ m到大約1 μ m之間的厚度， 例如從大約0. 1 μ m到大約0. 5 μ m。在特定實(shí)施例中，RTB層16能夠具有在大約0. 08 μ m 到大約0. 2 μ m之間的厚度，例如從大約0. 1 μ m到大約0. 15 μ m。硫化鎘層18在圖9的示范器件10的電阻透明緩沖層16上示出。硫化鎘層18是 η型層，其通常包括硫化鎘(CdS)，但也可包括其它材料，如硫化鋅、硫化鋅鎘等、其混合物以及摻雜物和其它雜質(zhì)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，硫化鎘層可包括高達(dá)大約25% (按照原子百分比)的氧，例如按照原子百分比從大約5%到大約20%。硫化鎘層18能夠具有寬帶隙 (例如，從大約2. 25eV到大約2. kV，如大約2. 4eV)，以便允許大多數(shù)輻射能量(例如，太陽(yáng)輻射)通過(guò)。因此，硫化鎘層18被視為是器件10上的透明層。硫化鎘層18能夠通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積、化學(xué)浴沉積及其它適合的沉積法形成。在一個(gè)特定實(shí)施例中，通過(guò)電阻透明層16上的例如直流(DC)濺射或射頻(RF)濺射等濺射，能夠形成硫化鎘層18。濺射沉積通常涉及從作為材料源的靶噴出材料以及將噴出的材料沉積在襯底上以形成薄膜。DC濺射通常涉及將電壓施加到安置在濺射室內(nèi)襯底(即， 陽(yáng)極)附近的金屬靶(即，陰極)以形成直流放電。濺射室能夠具有在金屬靶與襯底之間形成等離子體場(chǎng)的活性氣氛(例如，氧氣氛、氮?dú)夥铡⒎鷼夥?。對(duì)于磁控濺射，活性氣氛的壓力能夠在大約ImTorr和大約20mTorr之間。在施加電壓而從靶釋放金屬原子時(shí)，金屬原子能夠與等離子體反應(yīng)并沉積在襯底的表面上。例如，當(dāng)氣氛包含氧氣時(shí)，從金屬靶釋放的金屬原子能夠在襯底上形成金屬氧化物層。相反，RF濺射通常涉及通過(guò)在靶(例如，陶瓷源材料)與襯底之間施加交流(AC)或射頻(RF)信號(hào)來(lái)激勵(lì)電容性放電。濺射室能夠具有壓力為大約ImTorr和大約20mTorr之間的惰性氣氛(例如，氬氣氛)。由于電阻透明層16的存在，硫化鎘層18能夠具有小于大約0. 1 μ m的厚度，例如在大約IOnm和大約IOOnm之間，例如從大約50nm到大約80nm，其中電阻透明層16與硫化鎘層18之間存在的針孔極少。另外，具有小于0. 1 μ m厚度的硫化鎘層18減少了硫化鎘層 18對(duì)輻射能量的任何吸收，有效地增大了到達(dá)在下面的碲化鎘層22的輻射能量。碲化鎘層20在圖9的示范碲化鎘薄膜光伏器件10中在硫化鎘層18上示出。碲化鎘層20是ρ型層，通常包括碲化鎘(CdTe)，但也可包括其它材料。作為器件10的ρ型層，碲化鎘層20是光伏層，其與硫化鎘層18(即η型層)交互以通過(guò)由于其高吸收系數(shù)而吸收進(jìn)入器件10的大部分輻射能量并形成電子空穴對(duì)，從輻射能量的吸收來(lái)產(chǎn)生電流。例如，碲化鎘層20通常能夠從碲化鎘形成，并且能夠具有為吸收輻射能量而調(diào)整的帶隙(例如，從大約1. 4eV到大約1. 5eV,如大約1. 45eV)，以便在吸收輻射能量時(shí)形成帶有最高電位 (電壓)的最大數(shù)量的電子空穴對(duì)。電子可從P型側(cè)(即，碲化鎘層20)跨結(jié)傳播到η型側(cè)(即，硫化鎘層18)，并且相反地，空穴可從η型側(cè)傳遞到ρ型側(cè)。因此，在硫化鎘層18與
9碲化鎘層20之間形成的p-n結(jié)形成了二極管，其中，電荷不平衡導(dǎo)致形成跨p-n結(jié)的電場(chǎng)。 常規(guī)電流僅被允許在一個(gè)方向中流動(dòng)，并且分隔光誘發(fā)的電子空穴對(duì)。碲化鎘層20能夠通過(guò)任何已知工藝形成，如氣相傳輸沉積、化學(xué)氣相沉積(CVD)、 噴霧熱解、電沉積、濺射、近空間升華(CSQ等。在一個(gè)特定實(shí)施例中，硫化鎘層18通過(guò)濺射沉積，并且碲化鎘層20通過(guò)近空間升華沉積。在特定實(shí)施例中，碲化鎘層20能夠具有在大約0. Iym到大約10 μ m的厚度，例如從大約Iym到大約5 μ m。在一個(gè)特定實(shí)施例中，碲化鎘層20能夠具有在大約2 μ m到大約4 μ m的厚度，例如大約3 μ m。一系列的后形成處理能夠施加到碲化鎘層20的顯露表面。這些處理能夠調(diào)整碲化鎘層20的功能性，并制備其表面以便隨后粘合到背接觸層22。例如，碲化鎘層20能夠?qū)τ谧銐虻臅r(shí)間(例如，從大約1分鐘到大約10分鐘)在升高的溫度(例如從大約350°C 到大約500°C，例如從大約375°C到大約)退火以創(chuàng)建碲化鎘的品質(zhì)ρ型層(quality p-type layer)。在不希望受限于理論的情況下，認(rèn)為將碲化鎘層20 (和器件10)退火將通常η型碲化鎘層20轉(zhuǎn)換為具有較低電阻率的ρ型碲化鎘層20。另外，碲化鎘層20能夠在退火期間再結(jié)晶和經(jīng)歷顆粒生長(zhǎng)。將碲化鎘層20退火能夠在存在氯化鎘時(shí)執(zhí)行以便用氯化物離子來(lái)?yè)诫s碲化鎘層 20。例如，能夠使用包含氯化鎘的水溶液來(lái)洗滌(wash)碲化鎘層20，然后將其在高溫退火。在一個(gè)特定實(shí)施例中，在存在氯化鎘的情況下將碲化鎘層20退火后，能夠洗滌表面以去除襯底上形成的任何氧化鎘。此表面處理能夠通過(guò)從表面去除諸如CdO、CdTe03、 CdTe2O5等氧化物，在碲化鎘層20上留下富碲表面。例如，能夠使用適合的溶劑(例如，也稱為1，2 二氨基乙烷(lddiaminoethane)或“DAE”的乙二胺)洗滌表面以從表面去除任何氧化鎘。另外，能夠?qū)~添加到碲化鎘層20。與適合的蝕刻一起，添加銅到碲化鎘層20能夠在碲化鎘層20上形成銅-碲化物表面，以便獲得碲化鎘層20 (即ρ型層)與背接觸層之間的低電阻電接觸。具體而言，銅的添加能夠在碲化鎘層20與背接觸層22之間形成碲化亞銅(Cu2Te)的表面層。因此，碲化鎘層20的富碲表面能夠通過(guò)碲化鎘層20與背接觸層 22之間的低電阻率而增強(qiáng)器件所創(chuàng)建的電流的收集。銅能夠通過(guò)任何工藝而施加到碲化鎘層20的顯露表面。例如，銅能夠在帶有適合溶劑的溶液(例如，甲醇、水或諸如此類或其組合)中被洗滌或噴射在碲化鎘層20的表面上，然后退火。在特定實(shí)施例中，銅可以在氯化銅、碘化亞銅或醋酸銅形式中的溶液中提供。對(duì)于大約5分鐘到大約30分鐘，例如從大到10分鐘到大約25分鐘，退火溫度足以允許銅離子擴(kuò)散到碲化鎘層20中，例如從大約125°C到大約300°C (例如，從大約150°C到大約 200 °C )。背接觸層22在碲化鎘層20上示出。背接觸層22通常用作背電接觸，相對(duì)于用作前電接觸的對(duì)面TCO層14。背接觸層22能夠在碲化鎘層20上形成，并且在一個(gè)實(shí)施例中， 直接與碲化鎘層20接觸。背接觸層22從一種或多種高導(dǎo)電材料適當(dāng)?shù)刂瞥?，如元素鎳?鉻、銅、錫、鋁、金、銀、锝或其合金或混合物。另外，背接觸層22能夠是單層，也能夠是多層。 在一個(gè)特定實(shí)施例中，背接觸層22能夠包括石墨，例如由金屬(例如，上面描述的金屬)的一個(gè)或多個(gè)層跟隨的P層上沉積的碳層。背接觸層22在由一種或多種金屬制成或者包括一種或多種金屬時(shí)，通過(guò)諸如濺射或金屬蒸發(fā)等技術(shù)適當(dāng)?shù)乇皇┘?。如果它由石墨和聚合物混和?blend)或者從碳膠制成，則通過(guò)用于散布混和物或膠的任何適合方法(例如，絲網(wǎng)印刷、噴射或通過(guò)“刮”刀(“d0Ct0r”blade))向半導(dǎo)體器件施加該混和物或膠。在施加石墨混和物或碳膠后，能加熱器件，以將該混和物或膠轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)的背接觸層。如果使用碳層，則其厚度能從約0. 1 μ m到約10 μ m,例如從約1 μ m到約5 μ m。如果背接觸的金屬層用于背接觸層22或作為背接觸層22的部分，則其厚度能從約0. 1 μ m到約1. 5 μ m。封裝玻璃M也在圖9的示范碲化鎘薄膜光伏器件10中示出。其它組件(未示出)能夠包括在示范器件10中，如匯流條、外部接線、激光蝕刻劑 (laser etch)等。例如，在器件10形成光伏模塊的光伏電池時(shí)，多個(gè)光伏電池能夠串聯(lián)連接以便實(shí)現(xiàn)期望電壓，例如通過(guò)電接線連接。串聯(lián)連接的電池的每端能夠附接到適合的導(dǎo)體，如導(dǎo)線或匯流條，以便將光伏生成的電流引導(dǎo)到用于連接到使用生成的電的器件或其它系統(tǒng)的便利位置。用于此類串聯(lián)連接的方便方式是激光刻劃器件以將器件分割成由互連連接的一系列電池。在一個(gè)特定實(shí)施例中，例如，激光器能用于刻劃半導(dǎo)體器件的沉積層以將器件分割成多個(gè)串聯(lián)連接的電池。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制造光伏器件的示范方法30的流程圖。根據(jù)示范方法30，在32在玻璃襯底上形成TCO層。在34，在TCO層上形成電阻透明緩沖層。在 36在電阻透明層上形成硫化鎘層，并且在38在硫化鎘層上形成碲化鎘層。在40，碲化鎘層能夠在存在氯化鎘的情況下進(jìn)行退火，并在42洗滌以去除表面上形成的任何氧化物。在 44，碲化鎘層能夠用銅來(lái)?yè)诫s。在46，能夠?qū)⒈辰佑|層施加在碲化鎘層上，并且在48，能夠?qū)⒎庋b玻璃施加在背接觸層上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到在方法30中能夠包括其它加工和/或處理。例如，該方法也可包括激光刻劃以在器件中形成電隔離的(isolated)光伏電池。這些電隔離的光伏電池隨后能夠串聯(lián)連接以形成光伏模塊。此外，電線能夠連接到光伏模塊的正負(fù)端子以提供引線(lead wire)，以利用光伏模塊產(chǎn)生的電流。示例圖6示出在2MHz從硫化鎘靶在襯底上RF濺射硫化鎘層期間形成電弧時(shí)的等離子體電壓(Vp)響應(yīng)。如所示波的幅度下降所示出的，電弧形成并且將等離子體電壓從初始等離子體電壓降低到小于初始等離子體電壓的50%的電弧等離子體電壓(例如，初始等離子體電壓的大約30%到大約40% )。在從等離子體電壓降低起的40 μ s后，中斷電力160 μ s， 這有效地抑制了電弧，并將等離子體電壓恢復(fù)到初始等離子體電壓。圖7示出被抑制前允許擴(kuò)張2秒的電弧所定義的示范電弧特性。具體而言，圖7 示出在初始濺射反射功率64增大到電弧反射功率66的同時(shí)初始濺射等離子體電壓60下降到電弧等離子體電壓62。等離子體電壓一般是陰極電位(例如，靶)與陽(yáng)極電位(例如， 濺射室壁、暗區(qū)護(hù)罩等，其一般是地)之間的差。反射功率在功率源測(cè)量，并且一般是由于功率源的輸出阻抗(例如，大約50歐姆)與負(fù)載(即，等離子體)上的阻抗之間阻抗的失配而造成的從功率源輸送到負(fù)載(即，等離子體)的功率與返回(即，“反射”)到功率源的功率之間的差。雖然圖7以秒為單位示出，但此響應(yīng)將在薄膜層的沉積期間在濺射室中在幾微秒 (μπι)到幾毫秒(ms)內(nèi)發(fā)生。此書面描述使用示例來(lái)公開包括最佳模式的本發(fā)明，以及還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何器件或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求來(lái)定義，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例包括與權(quán)利要求字面語(yǔ)言無(wú)不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們旨在在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜從半導(dǎo)體靶到襯底上的濺射期間的電弧抑制的方法，所述方法包括將交流從電源施加到所述半導(dǎo)體靶以在所述襯底與所述半導(dǎo)體靶之間形成等離子體， 其中所述交流具有大約500kHz到15MHz的頻率；在從所述靶延伸的電弧形成時(shí)識(shí)別電弧特性，其中所述電弧特性由從初始濺射等離子體電壓到電弧等離子體電壓的等離子體電壓的減小以及從初始濺射反射功率到電弧反射功率的反射功率的同時(shí)增大來(lái)定義；以及，在識(shí)別到所述電弧特性時(shí)，中斷從所述電源到所述半導(dǎo)體靶的所述交流以抑制從所述靶延伸的所述電弧。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在中斷從所述電源到所述半導(dǎo)體靶的所述交流后，將所述交流從所述電源重新施加到所述半導(dǎo)體靶。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)于指定的時(shí)間中斷所述交流以便熄滅所述電弧并保持所述襯底與所述半導(dǎo)體靶之間的所述等離子體。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)于大約1μ S到大約IOOms中斷所述交流。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)于大約10μ s到大約Ims中斷所述交流。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)于大約100μ s到大約500 μ s中斷所述交流。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電弧等離子體電壓是所述初始等離子體電壓的大約25%或更少，以及其中所述電弧反射功率是所述初始濺射反射功率的大約25%或更^^ ο
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電弧等離子體電壓是所述初始等離子體電壓的大約33%或更少，以及其中所述電弧反射功率是所述初始濺射反射功率的大約33%或更^^ ο
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在不到大約1秒內(nèi)，所述等離子體電壓從所述初始濺射等離子體電壓減小到所述電弧等離子體電壓，并且所述反射功率從初始濺射反射功率增大到電弧反射功率。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在從大約10μ S到大約IOOms內(nèi)，所述等離子體電壓從所述初始濺射等離子體電壓減小到所述電弧等離子體電壓，并且所述反射功率從初始濺射反射功率增大到電弧反射功率。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在從大約50μS到大約Ims內(nèi)，所述等離子體電壓從所述初始濺射等離子體電壓減小到所述電弧等離子體電壓，并且所述反射功率從初始濺射反射功率增大到電弧反射功率。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在從大約100μ s到大約500 μ s內(nèi)，所述等離子體電壓從所述初始濺射等離子體電壓減小到所述電弧等離子體電壓，并且所述反射功率從初始濺射反射功率增大到電弧反射功率。
13.一種用于在檢測(cè)和抑制電弧形成的同時(shí)在玻璃上襯底上濺射硫化鎘層的方法，所述方法包括將交流從電源施加到硫化鎘靶以在所述玻璃上襯底與所述靶之間形成等離子體，其中所述交流具有大約500kHz到15MHz的頻率；在從所述靶延伸的電弧形成時(shí)識(shí)別電弧特性，其中所述電弧特性由從初始濺射等離子體電壓到電弧等離子體電壓的等離子體電壓的減小以及從初始濺射反射功率到電弧反射功率的反射功率的同時(shí)增大來(lái)定義；以及，在識(shí)別到所述電弧特性時(shí)，中斷從所述電源到所述靶的所述交流以抑制從所述靶延伸的所述電弧。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在中斷從所述電源到所述靶的所述交流后，將所述交流從所述電源重新施加到所述靶。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中對(duì)于指定的時(shí)間中斷所述交流以便熄滅所述電弧并保持所述襯底與所述半導(dǎo)體靶之間的所述等離子體。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中對(duì)于大約1μ s到大約IOOms中斷所述交流。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電弧等離子體電壓是所述初始等離子體電壓的大約25%或更少，以及其中所述電弧反射功率是所述初始濺射反射功率的大約25%或更多。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電弧等離子體電壓是所述初始等離子體電壓的大約50%或更少，以及其中所述電弧反射功率是所述初始濺射反射功率的大約50%或更多。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在從大約10μ s到大約IOOms內(nèi)，所述等離子體電壓從所述初始濺射等離子體電壓減小到所述電弧等離子體電壓，并且所述反射功率從初始濺射反射功率增大到電弧反射功率。
20.一種用于薄膜從半導(dǎo)體靶到襯底上的濺射期間的電弧檢測(cè)和抑制的濺射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括濺射室，配置成接納襯底和半導(dǎo)體靶；電源，連線到所述濺射室以將交流供應(yīng)到所述半導(dǎo)體靶以在所述襯底與所述半導(dǎo)體靶之間形成等離子體，其中所述交流具有大約500kHz到15MHz的頻率；開關(guān)，在所述電源與所述濺射室之間，配置成在閉合時(shí)將所述交流供應(yīng)到所述濺射室， 并在打開時(shí)中斷到所述濺射室的所述交流；一對(duì)傳感器，安置在所述濺射室內(nèi)以在濺射期間測(cè)量等離子體電壓和反射功率；以及， 電弧檢測(cè)控制，配置成在檢測(cè)到由所述一對(duì)傳感器測(cè)量到的減小的等離子電壓和增大的反射功率所同時(shí)定義的電弧特性時(shí)，打開所述開關(guān)以中斷到所述濺射室的所述交流。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“在襯底上RF濺射薄膜期間電弧檢測(cè)和抑制的方法”。提供了在薄膜從半導(dǎo)體靶到襯底上的RF濺射期間電弧抑制的方法和系統(tǒng)。在濺射期間，RF頻率的交流能夠施加到半導(dǎo)體靶以形成等離子體。在從靶延伸的電弧形成時(shí)，能夠檢測(cè)到電弧特性，其中電弧特性由從初始濺射等離子體電壓到電弧等離子體電壓的減小的等離子體電壓和從初始濺射反射功率到電弧反射功率的增大的反射功率來(lái)同時(shí)定義。在識(shí)別到電弧特性時(shí)，能夠暫時(shí)中斷到半導(dǎo)體靶的交流以抑制從靶延伸的電弧。之后，能夠從電源重新施加交流到半導(dǎo)體靶。
文檔編號(hào)H01J37/34GK102315073SQ20111018984
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者S·T·哈羅蘭 申請(qǐng)人:初星太陽(yáng)能公司