利用氧化鋁層鈍化太陽能電池的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用AlOx層(12)，特別是Al2O3層涂覆基板(10)的方法，包括以下方法步驟：(a)提供具有反應室(22)和至少一個RF電感(24)的電感耦合等離子體源(ICP源)(20)，(b)將鋁化合物，優(yōu)選為三甲基鋁(TMA)引入ICP源，(c)將作為反應氣體的氧和/或氧化合物引入ICP源，并且將能量與ICP源電感耦合以形成等離子體(30)，以及(d)在基板上沉積AlOx層。本發(fā)明還涉及一種用于在基板上沉積薄層，特別是用于實施上述方法的涂覆部件。涂覆部件包括：具有反應室(22)和至少一個RF電感(24)的電感耦合等離子體源(ICP)(20)，在反應室中用于布置基板的基板支架，以及用于將鋁化合物和反應氣體引入ICP源的通道(26，28)?；逶诜磻抑胁贾贸墒沟么扛驳幕灞砻婷嫦騃CP源。
【專利說明】利用氧化鋁層鈍化太陽能電池的方法和裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對基板涂覆氧化鋁層的方法和系統(tǒng)，尤其是用于太陽能電池表明 鈍化的方法和系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 由于例如半導體表面處的非結合狀態(tài)，電子和空穴可能重組或者污染物（例如濕 氣）可能積聚。因此，諸如半導體元件和/或太陽能電池等處于非結合狀態(tài)的電子器件的 重組過程會是不利的并將減少這些器件的壽命。而且，這些器件的操作模式由于在表明處 可能發(fā)生的重組過程而將是不可準確預測和計算的。
[0003] 鑒于上述原因，試圖為這類器件的表面提供一種起到表面鈍化作用的涂層。這種 鈍化層對于例如高效太陽能電池（例如，PERC(鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池）太陽能電池的 背面鈍化或η型太陽能電池的正面鈍化）特別有利。
[0004] DE-A1-102007054384例如提出，對于表面鈍化，雙介電層被用于使太陽能電池鈍 化。為此，第一層是由含鋁氣體通過相繼的氣相沉積（原子層沉積，ALD)而形成的薄氧化 鋁層，而第二個較厚的層含有氮化硅或氧化硅或碳化硅并且通過等離子增強化學氣相沉積 (PECVD)而形成。
[0005] 盡管這類方法提供了在晶體太陽能電池生產(chǎn)中對于背面鈍化的質(zhì)量非常好的結 果，然而使用少量含鋁氣體的同時每小時的電池高產(chǎn)出幾乎是不可能的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種適于生產(chǎn)表面鈍化器件的方法和系統(tǒng)或涂覆部件，其產(chǎn) 出量高、并且諸如含鋁氣體等工藝氣體的使用量低并且同時又不會放棄高層質(zhì)量。
[0007] 此目的通過權利要求的特征來實現(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明基于使用電感耦合等離子體（ICP)來沉積例如氧化鋁的鈍化層的概念。
[0009] 這樣，例如，可以實現(xiàn)反應產(chǎn)物的高轉(zhuǎn)化率和高涂覆率。按照這種方式，也可以增 加高質(zhì)量層的更新率（低缺陷率及同樣在大表面上的良好均勻性）。
[0010] 本發(fā)明特別涉及利用八10!￡層，尤其是Α120 3層涂覆基板的方法。提供了一種具有反 應室和至少一個RF電感的電感耦合等離子體源（ICP源）。優(yōu)選為三甲基鋁（ΤΜΑ)和/或 二甲基鋁異丙醇鹽（DMAI)的鋁化合物和作為反應氣體的氧和/或氧化合物被引入ICP源。 為了形成等離子體，將能量與ICP源電感耦合并且在基板上沉積Α10 χ層。
[0011] 等離子體包括自由電子、離子、分子、中子和自由基。等離子體可以被用于例如將 非反應分子i. a.轉(zhuǎn)換為帶電的和/或激活的、反應分子和/或自由基，其中可以通過例如 所施加的電場和/或磁場來控制的等離子體的反應性和分布。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生等離子體所需的能量經(jīng)由射頻（RF)電感與填充有工藝氣體的 反應室耦合。
[0013] 對于生產(chǎn)電子器件而言，例如對于半導體和/或太陽能電池產(chǎn)業(yè)而言，使用低離 子能等離子體是有利的。因此，例如經(jīng)由通道可將特定的反應氣體引入反應室。
[0014] 激活的氣體可以與形成層的物質(zhì)（例如，TMA、DMAI、（CH3)3A1或SiH 4)反應，其中 新物質(zhì)的層形成在可能存在來自所有反應部分的元素的基板表面。
[0015] 對于氧化鋁涂層而言，例如可使用氧氣（02)，并且為了生產(chǎn)氮化硅層，可使用諸如 NH3等的含氮反應氣體。
[0016] 有利地，ICP等離子體源的電感耦合能量可導致較高的等離子體密度。這 樣，可以低壓力實施該方法，從而沉積層在具有特定層組成的相對較大面積（例如，在 100mmxl00mm、150mmxl50mm、156mmxl56mm或更大的范圍內(nèi)）上表現(xiàn)出良好的均勻性，同時 可以高的涂覆率實施該方法。
[0017] 在一個實施例中，等離子體密度和離子能量相互獨立地受到控制。例如，等離子體 密度可以至少為lxlO11離子/cm3,優(yōu)選為lxlO12離子/cm 3至9xl013離子/cm3。與其獨立的 是，離子能量在一個實施例中可以處在1至30eV，優(yōu)選小于20eV。由于離子能量和等離子 體密度可以相互獨立地受到控制，因此可以獲得高的等離子體密度而不會破壞基板表面或 基板本身，特別是發(fā)射極。
[0018] 在一個實施例中，在反應室中存在1CT4至lC^mbar，優(yōu)選為1CT 3至5*lCT2mbar的真 空。反應室中的此壓力使得在大表面上也能夠生產(chǎn)出非常均勻的層，從而按照這種方式可 以增加涂層器件的產(chǎn)出量。
[0019] 在一個實施例中，以1-60MHZ，優(yōu)選13. 56MHz的頻率實施能量的電感耦合。由于借 助于RF電感的直接能量耦合，可以實現(xiàn)高的等離子體密度進而實現(xiàn)高的涂覆率。
[0020] 在一個實施例中，基板由硅組成。硅優(yōu)選用于半導體和/或太陽能電池的生產(chǎn)和 /或涂覆。特別地，由于晶體硅太陽能電池經(jīng)過若干年的較長時期（直至20年或更長）尤 其在操作期間傾向于較少由于劣化而損失，因此使用晶體硅會是有利的。
[0021] 在一個實施例中，另外一層，特別是介電的層可以沉積在氧化鋁層上。為此，根據(jù) 該方法，設置有A10 x層的基板既可以留在同一室中又可以被轉(zhuǎn)移到具有另外的ICP源的另 外的反應室中。優(yōu)選地將硅化合物引入第二ICP源并且將氮或氧或碳氫化合物（舉例來講 諸如為CH 2)和/或氮化合物或氧化合物或碳氫化合物的化合物作為反應氣體引入第二ICP 源。為了形成等離子體，將能量耦合到第二ICP源并且然后在A10x層上沉積各自的SiNy或 SiOx 或 SiCz。
[0022] 這樣，例如，在基板上可以容易形成兩層或更多層的鈍化堆疊物。特別地，另外的 (第二）反應室可以在同一涂覆部件中緊挨著第一反應室布置。這樣，在同一涂覆部件中的 另外的加工步驟中，可以將特別是不同材料的另外一層涂布到之前已經(jīng)涂覆有第一層的基 板上而不需要復雜地向內(nèi)和/或向外轉(zhuǎn)移（帶涂層的）基板。
[0023] 本發(fā)明還涉及一種用于在基板上沉積薄層的涂覆部件，特別是用于實施以上其中 一種方法的涂覆部件。所述涂覆部件可以特別適用于滿足上述工藝參數(shù)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，涂覆部件包括：具有反應室和至少一個RF電感的電感耦合等離子體 源（ICP);在反應室中的用于布置基板，特別是多個基板，的基板支架；以及用于將鋁化合 物和反應氣體引入ICP源的通道?；逶诜磻抑胁贾贸墒沟么扛驳幕灞砻婷嫦騃CP 源。
[0025] 電感耦合等離子體源包括反應室和耦合至射頻功率源的至少一個電感。這樣，產(chǎn) 生等離子體所需的能量可以直接耦合至反應室。而且，優(yōu)選設置有用于將反應氣體和/或 用于將例如流體前體（舉例來講諸如為TMA)引入等離子體源的通道。將基板布置成使得 待涂覆的基板表面面向等離子體源使得能夠?qū)崿F(xiàn)涂覆率的最優(yōu)化進而實現(xiàn)涂覆器件的產(chǎn) 出量的增加。
[0026] 根據(jù)一個實施例，涂覆部件包括：至少第二個電感耦合等離子體源（ICP)，其具有 反應室和至少一個RF電感；以及用于將硅化合物和反應氣體引入第二/另外的ICP源（數(shù) 個源）的通道。
[0027] 優(yōu)選地，涂覆部件可以被設計成包括多個加工站，其設置有ICP源和對應的反應 室和通道。在一個實施例中，涂覆部件還包括傳送機構，使得特別是涂覆基板可以從第一加 工站被引導至第二加工站，特別是被引導至具有反應室的第二等離子體源。在第二加工站/ 源/反應室中，可能發(fā)生另外的涂覆，特別用于形成（相比于第一層的）不同層。而且，可 以提供在另外的加工站/源/反應室中的另外的涂覆。
[0028] 在一個實施例中，ICP源或數(shù)個ICP源的電感布置在對應的反應室之外并且借助 于介電分隔壁與反應室隔開。優(yōu)選地，介電壁將反應室與電感具有射頻功率源的區(qū)域隔開 使得其特別為電感提供保護并且等離子體可以受控和直接的方式形成。
[0029] 所述方法和涂覆部件可以例如用于鈍化，特別是優(yōu)選為晶體太陽能電池的太陽能 電池的背面鈍化。
[0030] 本發(fā)明的方法和對應的涂覆部件使得能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的低缺陷均勻?qū)樱ǖ蛪?力）。而且，由于氧的高分解和源中的特別是TMA和/或DMAI的含鋁氣體的高轉(zhuǎn)化率，也可 以實現(xiàn)例如具有高電池效率的太陽能電池的涂覆基板的高產(chǎn)出量，而同時TMA和/或DMAI 的使用量低。這樣，每圓片或每瓦特的材料成本顯著降低。
[0031] 相對于已知方法或涂覆部件的另外的優(yōu)點在于這些方法可以在一個單獨的部件 (例如，與具有相同壓力或不同壓力的多個反應室和/或在各個室之間具有適當?shù)膫魉蜋C 構一起）中實施：這樣，例如，可以在一個平臺（例如從DE 10 2009 018 700中已知這種平 臺）中發(fā)生從氧化鋁和氮化硅層的整個背面層堆疊，這點對于ALD方法和對應的ALD部件 來講是不可能的。在一個實施例中，本發(fā)明的方法的循環(huán)操作和本發(fā)明的涂覆部件的循環(huán) 操作是可能的。例如，按照這種方式至少一個基板可以處于第一反應室（或另一加工站） 中而同時至少另外的基板處在第二反應室（或另外的加工站）中，以此類推。這樣，在涂覆 部件被填充用以涂覆下一基板或下一組基板之前單個基板或單組基板在部件中經(jīng)歷完整 的涂覆過程不再是必須的：只要例如在第一室中的第一工藝步驟結束，基板（或一組基板） 就可以在另一室中被傳送用于進一步的加工，而優(yōu)選地與此同時第一室填充下一個基板或 下一組基板，以此類推。例如，基板或一組基板可以在循環(huán)操作中的一個循環(huán)中經(jīng)歷涂覆部 件的各個站。這樣，循環(huán)時間減少，其進而導致例如在循環(huán)操作中較高的產(chǎn)出量而無需卸載 或卸荷。
[0032] 上述工藝參數(shù)的一些，特別是相互獨立的參數(shù)，尤其是用于氧化鋁涂覆的參數(shù)可 以總結如下：
[0033] 壓力：lCfHolOHmbar，優(yōu)選范圍從 1CT3 到 5*lCT2mbar
[0034] 基板溫度：直至450°C的室溫
[0035] 射頻：1-60MHZ，優(yōu)選 13. 56MHz
[0036] 等離子體功率：0· 5至10kW，優(yōu)選3· 5至6kW
[0037] 離子能量：leV至30eV，優(yōu)選小于20eV
[0038] 等離子體密度：至少lxlO11離子/cm3,優(yōu)選lxlO 12離子/cm3至9xl013離子/cm3
[0039] 電離程度：直至50%
[0040] 分解程度：2個原子的分子（〇2) 8〇 %
[0041] 等離子體質(zhì)量：借助于低壓的無顆粒等離子體束

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 基于以下附圖進一步詳細描述本發(fā)明：
[0043] 圖1是ICP-PECVD涂覆部件的加工站的示意圖，
[0044] 圖2是ICP-PECVD涂覆部件的多個加工站的示意圖，并且
[0045] 圖3是具有介電分隔壁的ICP-PECVD涂覆部件的加工站的示意圖。

【具體實施方式】
[0046] 圖1顯示了帶有基板支架11和基板10的涂覆部件穿過特別是加工站的一部分的 示意性截面圖。加工站包括位于基板支架11與基板10下方的ICP源20,其帶有反應室22 和至少一個環(huán)周RF電感24。在本實施例中，RF電感24位于ICP源的橫向內(nèi)壁處，從而限 定反應室22的橫向輪廓。ICP源進一步包括通道28,例如為TMA和/或DMAI的流體前體 可以通過通道28被引入反應室。例如為氧的反應氣體也可以經(jīng)由這些通道或另外的通道 26中之一被引入室22。
[0047] 在能量的直接電感耦合之后，產(chǎn)生等離子體30,其形成為朝向基板10待涂覆的下 表面。最后，例如氧化鋁的薄層12進而可沉積在基板10上。
[0048] 圖2顯不了多個加工站的不意圖。相鄰于用于加熱基板的IR站，設置有多個ICP 源，基板例如可借助于傳送機構一個接一個地順時針和/或按任意順序到達多個ICP源。為 了監(jiān)視基板溫度，可以設置至少一個溫度傳感器（未示出）。
[0049] 作為備選方案，也可以使基板停留在支架中，各個站/源/室（例如，通過旋轉(zhuǎn)室 的平行于基板平面的平面）可附接到基板的一側用以對基板涂覆。
[0050] 可以在部件中用不同的材料涂覆基板。例如，首先可利用TMA和/或DMAI作為前 體并且利用氧作為反應氣體將氧化鋁層沉積在基板上，之后，可利用SiH4作為前體并且利 用NH3作為反應氣體將氮化硅層沉積在氧化鋁層上。
[0051] 圖3顯示了涂覆部件穿過特別是加工站的一部分的示意性截面圖。在一個實施例 中，加工站也可以基本上包括圖1的加工站的特征并且顯示了下側的室壁122a。與圖1不 同的是，圖3中的ICP源具有將RF電感124與反應室122分隔的介電分隔壁123。換句話 說，介電分隔壁123的外形尺寸可以限定反應室的至少側壁和/或可以水槽狀和/或環(huán)狀 地布置在源中。特別地，介電分隔壁可以為電感提供保護，并且用于形成受到控制并且指向 待涂覆的基板表面的等離子體。
[0052] 這樣，本發(fā)明的方法和對應的涂覆部件使得能夠以低加工壓力和低材料成本來生 產(chǎn)高質(zhì)量層。相對于已知方法或涂覆部件的進一步優(yōu)點在于，這些方法可以在一個單獨的 部件中來實施從而減少循環(huán)時間并且增加產(chǎn)出量。
【權利要求】
1. 一種利用八10!￡層（12)，特別是A1203層涂覆基板（10)的方法，包括以下方法步驟： (a) 提供具有反應室（22)和至少一個RF電感（24)的電感耦合等離子體源（ICP源） (20)， (b) 將鋁化合物引入所述ICP源（20)， (c) 將作為反應氣體的氧和/或氧化合物引入所述ICP源，并且將能量與所述ICP源 (20)電感耦合以形成等離子體（30)，以及 (d) 在所述基板（10)上沉積所述八10!￡層（12)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述基板（10)由硅組成。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，等離子體密度至少為lxlO11離子/cm3,優(yōu)選 為 lxlO12 離子 /cm3 至 9xl013 離子 /cm3。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，離子能量的范圍是1至30eV之間。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，在所述反應室（22)中存在ΚΓ4至 10 ibar，優(yōu)選為10 3至5*10 2mbar的真空。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，以1-60MHZ，優(yōu)選為13. 56MHz的頻 率實施能量的電感耦合。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，包括下述步驟 (a)在所述反應室（22)中利用所述ICP源（20)或另外的ICP源或者在另外的反應室 中利用另外的ICP源在所述八10!￡層（12)上沉積SiNy層。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，步驟（e)包括以下步驟： (el)將硅化合物引入所述ICP源（20)或所述另外的ICP源，以及 (e2)將作為反應氣體的氮和/或氮化合物引入所述ICP源，并且將能量與所述ICP源 電感耦合以形成等離子體。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的方法，其中，所述基板溫度處于直至450°C的室 溫的范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，等離子體功率為0. 5至10kW，優(yōu) 選 3. 5 至 6kW。
11. 根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，所述等離子體密度和所述離子能 量相互獨立地受到控制。
12. -種用于在基板（10)上沉積薄層，特別是用于實施根據(jù)權利要求1至11中任一項 所述的方法的涂覆部件，包括： (a) 具有反應室（22)和至少一個RF電感（24)的電感耦合等離子體源（ICP) (20)， (b) 在所述反應室（22)中用于布置至少一個基板（10)的基板支架（11)，以及 (c) 用于將鋁化合物和反應氣體引入所述ICP源（20)的通道（26, 28)， (d) 其中，所述基板（10)在所述反應室（22)中布置成使得所述基板（10)的待涂覆的 表面面向所述ICP源（20)。
13. 根據(jù)權利要求12所述的涂覆部件，包括： (e) 各自具有反應室和至少一個RF電感的至少一個另外的電感耦合等離子體源 (ICP)，以及 (f) 用于將硅化合物和反應氣體引入所述另外的ICP源（數(shù)個源）的通道。
14. 根據(jù)權利要求12或13所述的涂覆部件，其中，所述ICP源或數(shù)個ICP源的電感 (124)布置在對應的反應室（122)之外并且借助于介電分隔壁（123)與反應室隔開。
15. 根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法的用途或根據(jù)權利要求12、13或14所 述的裝置用于鈍化的用途，特別用于優(yōu)選為晶體太陽能電池的太陽能電池的背面鈍化。
【文檔編號】C23C16/509GK104105814SQ201380008784
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權日:2012年2月9日
【發(fā)明者】T.迪佩爾, B.魯斯, O.霍恩, T.杜爾韋伯, N-P.哈德爾, M.西貝爾特 申請人:辛古勒斯技術股份公司