專利名稱：使用濺射和蒸發(fā)功能形成硫族化合物半導(dǎo)體材料的方法和系統(tǒng)的制作方法
使用濺射和蒸發(fā)功能形成硫族化合物半導(dǎo)體材料的方法和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般而言涉及薄膜的形成。更具體來說，本發(fā)明涉及使用復(fù)合真空沉積設(shè)備形成硫族化合物(chalcogenide)半導(dǎo)體材料。
背景技術(shù)：
硫族化合物半導(dǎo)體材料用于多種用途并且近些年來它們的普遍性日益增加。硫族化合物是硫族元素和更具陽電性的元素或自由基的二元化合物。硫族元素是周期表中16族元素氧、硫、硒、碲、和釙。一種特別普及的硫族化合物半導(dǎo)體材料是硒化銅銦鎵 (CIGS)。發(fā)現(xiàn)了 CIGS材料在各種用途中的應(yīng)用，并且其作為太陽能電池的吸收層特別普及。由于對(duì)潔凈能源的日益增長的需求，近些年來，急劇擴(kuò)大了太陽能電池的制造，增加了對(duì)CIGS和其他硫族化合物材料的需求。CIGS是四面體鍵合的半導(dǎo)體，具有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)。其他硫族化合物材料也可以包括黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)。
太陽能電池是用于由日光直接生成電流的光伏元件。因此吸收將轉(zhuǎn)化為電流的日光的吸收層是最重要的。因此吸收層的形成及其在太陽能電池襯底上的設(shè)置是關(guān)鍵的操作。鑒于此，有效、準(zhǔn)確和可靠地生產(chǎn)這種膜的需求是日益增長且至關(guān)重要的。
因此，期望使用一種方法和系統(tǒng)來生產(chǎn)高質(zhì)量的硫族化合物膜，該方法和系統(tǒng)產(chǎn)生光滑和均勻沉積的硫族化合物膜，并且所述硫族化合物膜具有基本上為大晶粒尺寸的表面。還期望使用一種方法和系統(tǒng)來生產(chǎn)高質(zhì)量的硫族化合物膜，該方法和系統(tǒng)表現(xiàn)出極好的批次重現(xiàn)性，并且不會(huì)出現(xiàn)由于腔室的污染造成的靶中毒、形成電弧或其他工藝不穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在襯底上形成半導(dǎo)體材料層的方法，所述方法包括在膜沉積裝置的可抽空腔室中提供襯底； 以及將金屬前體材料從至少一個(gè)濺射靶濺射到所述襯底上，同時(shí)將Se自由基輸送到所述襯底上，從而在所述襯底上形成基于Se的硫族化合物膜。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述濺射包括將所述金屬前體材料從多個(gè)濺射靶相繼濺射到所述襯底上，同時(shí)將所述Se基輸送到所述襯底上。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述相繼濺射包括多個(gè)相繼濺射操作，將所述襯底設(shè)置在臺(tái)上，并進(jìn)一步包括在每一所述相繼濺射操作期間對(duì)所述臺(tái)的溫度分別進(jìn)行控制。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述相繼濺射包括
第一濺射操作，其中濺射靶是包含In、In2Se3和Ga2Se3中至少之一的第一濺射靶；
第二濺射操作，其中所述濺射靶是包含Cu和CuGa中至少之一的第二濺射靶；以及
第三濺射操作，其中所述濺射靶是包含In、In2Se3和Ga2Se3中至少之一的第三濺射靶。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述提供襯底包括在臺(tái)上設(shè)置所述襯底，并進(jìn)一步包括在所述第一濺射操作中將溫度控制在約200°C至325°C范圍內(nèi)，并且在所述第二濺射操作和所述第三濺射操作中將溫度控制在約450°C至600°C范圍內(nèi)。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述提供襯底包括在臺(tái)上設(shè)置所述襯底，并進(jìn)一步包括對(duì)所述臺(tái)的多個(gè)區(qū)域中的溫度分別進(jìn)行控制。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述襯底包括太陽能電池襯底，并且所述基于Se的硫族化合物膜形成吸收膜的至少一部分。
在一種實(shí)施例的所述方法中,所述基于Se的硫族化合物膜包含CuInGaSe。
在一種實(shí)施例的所述方法中,所述金屬前體材料包括Cu、In和Ga。
在一種實(shí)施例的所述方法中，進(jìn)一步包括使用等離子體通過Se蒸汽源裂解Se以生成所述Se基的通量。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述使用等離子體包括使用RF生成所述等離子體。
在一種實(shí)施例的所述方法中，進(jìn)一步包括熱蒸發(fā)Se材料以產(chǎn)生所述的Se蒸汽源。
在一種實(shí)施例的所述方法中，所述濺射包括脈沖反應(yīng)DC或RF磁控濺射。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種復(fù)合膜形成裝置，該裝置包括
具有臺(tái)的真空腔室，所述臺(tái)用于保持襯底，膜將沉積在所述襯底上；
至少一個(gè)濺射臺(tái)，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)用于將材料濺射到所述襯底上，每一個(gè)所述濺射臺(tái)包括濺射靶和連接至所述濺射靶的電源；
至少一個(gè)Se臺(tái),所述至少一個(gè)Se臺(tái)用于產(chǎn)生所述Se基并使所述Se基沉積在所述襯底上；以及
控制器，所述控制器用于控制所述至少一個(gè)濺射臺(tái)和所述至少一個(gè)Se臺(tái)，并能夠使所述至少一個(gè)濺射臺(tái)和所述至少一個(gè)Se臺(tái)同時(shí)工作。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)包括多個(gè)濺射臺(tái)，所述多個(gè)濺射臺(tái)包括第一濺射臺(tái)，在所述第一濺射臺(tái)中所述濺射靶是包含第一靶材料的第一濺射靶，所述第一靶材料包括銅、銦、鎵和硒中至少之一；以及第二濺射臺(tái)，在所述第二濺射臺(tái)中所述濺射靶是包含第二靶材料的第二濺射靶，所述第二靶材料包括所述銅、鎵和銦中至少之一。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)包括多個(gè)濺射臺(tái)，并且所述控制器配置成用于在所述Se基沉積在所述襯底上時(shí)對(duì)所述多個(gè)濺射臺(tái)相繼操作。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，進(jìn)一步包括加熱所述臺(tái)的可控加熱元件，并且其中所述控制器使得所述臺(tái)在相繼濺射操作的每一個(gè)操作期間達(dá)到不同的溫度。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，所述Se臺(tái)包括用于形成Se蒸汽的熱蒸發(fā)腔室和從所述Se蒸汽產(chǎn)生所述Se基的等離子體臺(tái)。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，所述等離子體臺(tái)包括RF、離子束轟擊器、和微波等離子體生成系統(tǒng)之一。
在一種實(shí)施例的復(fù)合膜形成裝置中，每個(gè)所述濺射臺(tái)包括作為電源的脈沖RF或 DC系統(tǒng)。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)慣例，對(duì)各種部件不必需按比例繪制。相反，為清楚起見，各種部件的尺寸可以被任意放大或縮小。在整個(gè)說明書和附圖中相同的數(shù)字表示相同的部件。
圖1是本發(fā)明的示例性方法的流程圖2示意性地示出了本發(fā)明的示例性的復(fù)合沉積裝置；
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的Se基生成裝置的示例性實(shí)施例；以及
圖4A至圖4D是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例用于形成硫族化合物膜的示例性加工操作順序的剖面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了用于形成硫族化合物半導(dǎo)體材料層的方法和系統(tǒng)。除了前面所討論的CIGS (硒化銅銦鎵)硫族化合物之外，其他硫族化合物半導(dǎo)體材料包括CuInSe2、CuGaSe2、 和銦。前述的硫族化合物半導(dǎo)體材料以及其他硫族化合物半導(dǎo)體材料是具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，并因此經(jīng)常被稱為基于黃銅礦的半導(dǎo)體材料或黃銅礦結(jié)構(gòu)化的半導(dǎo)體材料。
硫族化合物半導(dǎo)體材料層可以用作太陽能電池中的吸收層。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，硫族化合物半導(dǎo)體材料層可以是太陽能電池中的唯一的吸收層，以及根據(jù)其他示例性實(shí)施例，可以使用硫族化合物半導(dǎo)體材料層并連同使用其他吸收層如黃銅礦(CuFeS2)或太陽能電池中所用的其它合適的吸收材料。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，硫族化合物即基于黃銅礦的半導(dǎo)體材料可以用于與太陽能電池相關(guān)或者不相關(guān)的其他應(yīng)用中。在下文中，硫族化合物半導(dǎo)體材料可選地可以被稱為基于黃銅礦的半導(dǎo)體材料。
用于形成硫族化合物半導(dǎo)體材料的方法和系統(tǒng)一般涉及生長工藝，該生長工藝涉及二元或三元合金前體的硒化。這種硒化可以利用Se蒸汽或H2Se/Ar氣體混合物來形成硫族化合物半導(dǎo)體材料。蒸發(fā)工藝可以生成Se蒸汽或H2SeAr氣體混合物，以及可以利用派射工藝并結(jié)合 Se蒸汽或H2Se/Ar氣體混合物來沉積硫族化合物材料。
一種示例性方法和系統(tǒng)提供了將硒解離(dissociation)或者裂解(cracking) 成硒基?？梢詿嵴舭l(fā)硒源以產(chǎn)生硒蒸汽，然后裂解(即解離)該硒蒸汽以形成硒基。該方法和裝置提供了同時(shí)實(shí)施濺射操作以及將Se基隨同濺射出的材料一起輸送到襯底以形成包括硒的二元或三元硫族化合物膜，如CIGS，其可以用作光伏電池(即太陽能電池)中的光吸收材料或者用于其他用途。CIGS可以表示為硒化銅銦和硒化銅鎵的固溶體(solid solution),用化學(xué)式CuInxGa(1_x)Se2表示,其中x的值可以在I到O之間變化。
在其他示例性實(shí)施例中，該方法和系統(tǒng)可以用于形成其他硫族化合物材料如硒化銅銦或硒化銅鎵或者尤其是以多晶薄膜的形式存在的有興趣用于光伏應(yīng)用的其它材料。
該方法和裝置提供了具有多個(gè)臺(tái)的復(fù)合沉積工具，該多個(gè)臺(tái)包括一個(gè)或多個(gè)包括金屬或金屬合金靶的濺射臺(tái)或蒸發(fā)臺(tái)，以及至少一個(gè)產(chǎn)生Se基的等離子體生成通量的臺(tái)。
圖1是示出了本發(fā)明的示例性方法的流程圖，并且示出的方法中的步驟I至11可以在單個(gè)復(fù)合沉積裝置中實(shí)施。更具體而言，圖1提供了將在下面進(jìn)一步詳述的示例性工藝的概述。在步驟I中，在復(fù)合沉積裝置的真空腔室中提供襯底。復(fù)合沉積裝置包括多個(gè)濺射沉積臺(tái)和至少一個(gè)生成Se基的蒸發(fā)臺(tái)。在步驟3中，通過同時(shí)從至少一個(gè)濺射靶濺射材料，并同時(shí)還將Se基輸送到襯底表面上來在襯底表面上形成/沉積材料層。如步驟5中所示，通過等離子體裂解由硒蒸汽生成Se基。在步驟7和9中，如所指示的方法沉積材料層，以及在步驟3、7和9中進(jìn)行的相繼沉積操作可以代表相繼濺射操作，由此復(fù)合沉積裝置的不同濺射靶被用于不同濺射操作的每一個(gè)操作。在將Se基輸送襯底上時(shí)同時(shí)實(shí)施該相繼濺射，并且不從真空腔室去除襯底。在可選步驟11中，可以采用另一沉積步驟，該沉積步驟包括從一個(gè)或多個(gè)濺射靶濺射材料并且同時(shí)沉積硒基。各個(gè)示例性實(shí)施例可以采用各種數(shù)量的相繼沉積操作。所述相繼沉積操作可以形成復(fù)合膜，該復(fù)合膜包括許多具有相同或不同組分的單獨(dú)層，或者該相繼沉積操作可以形成具有組分梯度的材料。在沉積步驟之后可以進(jìn)行加熱操作。在步驟13中，繼續(xù)進(jìn)一步的加工。
圖2示意性地示出了本發(fā)明的示例性系統(tǒng)。復(fù)合沉積裝置21包括真空腔室23， 其可通過抽真空設(shè)備抽空成真空，如箭頭25所示。各種濺射氣體如氬氣或其他惰性氣體可經(jīng)過入口 27，如氣流箭頭29所示，被引入至真空腔室23。根據(jù)各個(gè)示例性實(shí)施例，襯底33 保持在可以是靜電夾盤(chuck)或者其它合適夾盤的臺(tái)35上。襯底33包括表面39，當(dāng)可選擋板37處于開放位置時(shí)，一層或多層膜沉積在表面39上。臺(tái)35的各個(gè)區(qū)域的溫度由加熱器部件的加熱元件41來控制，以及由溫度控制器43來控制。臺(tái)35的各個(gè)不同空間位置可以由溫度控制器43分別控制，如所示的通過終止在臺(tái)35的多個(gè)不同位置的導(dǎo)線45。在一些示例性實(shí)施例中，可以以能夠使臺(tái)35的具體區(qū)域保持在不同溫度下的方式對(duì)加熱元件41進(jìn)行分組。溫度控制器43可以包括熱電偶或其它類型的溫度計(jì)，并能夠在多個(gè)沉積操作的每一個(gè)操作期間檢測(cè)和控制根據(jù)需要的不同的所示空間位置的溫度。
復(fù)合沉積裝置21還包括示例性濺射臺(tái)47和Se基生成臺(tái)51。應(yīng)當(dāng)理解圖2是二維的，以及復(fù)合沉積裝置21可以包括在各個(gè)方位上設(shè)置的并能夠?qū)⒉牧蠟R射到襯底33的表面39上的各種數(shù)量的濺射臺(tái)47。濺射臺(tái)47的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的。將濺射臺(tái)47連接至DC或RF電源49，并且在一個(gè)示例性實(shí)施例中，DC或RF電源49可以是脈沖DC或RF電源。在各個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)濺射臺(tái)47包括濺射靶，并可以是RF磁控濺射系統(tǒng)。濺射臺(tái)47可以由控制器如控制器53來控制，并且在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以實(shí)施一系列濺射操作來生產(chǎn)沉積膜，該沉積膜是復(fù)合膜或者可以是具有組分梯度的膜 。每個(gè)濺射操作都可以包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)濺射臺(tái)如濺射臺(tái)47的操作。所用的濺射靶可以代表各種金屬或各種合金，例如但不限于銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、CuGa、In2Se3、Ga2Se3、GuInGa、或其他合適的金屬前體化合物或合金。濺射操作中的每一次操作都通過向適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或者多個(gè)合適的濺射臺(tái)47供應(yīng)電源來進(jìn)行，所述濺射臺(tái)47使得材料沉積在襯底33的表面39上。在至少一次或者全部的濺射操作期間中，同時(shí)通過Se基生成系統(tǒng)51將Se基輸送到襯底33的表面 39。在圖3中更詳細(xì)地示出了 Se基生成系統(tǒng)51。在其他示例性實(shí)施例中，可以使用金屬蒸發(fā)臺(tái)代替濺射臺(tái)47中的一個(gè)或多個(gè)，并且可以同時(shí)一起操作這些蒸發(fā)臺(tái)以及Se基生成系統(tǒng)51以在襯底33的表面39上形成膜。
圖3不出了包括等尚子體腔室63的Se基生成系統(tǒng)51。在等尚子體腔室63內(nèi)，解離(即裂解)蒸汽化的硒，并將其轉(zhuǎn)化成硒基。蒸汽化的硒55可以是通過已知方法和其它方法由各種起始材料產(chǎn)生的熱蒸發(fā)的硒蒸汽?？梢酝ㄟ^蒸發(fā)器如保持在380°C的一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生分子蒸發(fā)鹽如Se2、Se3和Se4，但是在其他示例性實(shí)施例中可以使用其他蒸發(fā)溫度。 可以使用Se粉末或者片狀形式的Se固體作為Se源，但是在其他示例性實(shí)施例中可以使用其他起始材料。蒸汽化的硒55被送至等離子體腔室63。如在示出的示例性實(shí)施例中,惰性氣體57也可以通過所示的閥送至等離子體腔室63。惰性氣體57可以是示出的示例性實(shí)施例中的氬氣?？蛇x地，可以使用其他惰性氣體，或者可以在真空中進(jìn)行蒸發(fā)。通過各種適當(dāng)?shù)难b置例如但不限于射頻(RF)裝置或微波裝置生成等離子體59。在另一示例性實(shí)施例中， 可以采用通過離子束的離子轟擊在真空或者在受控環(huán)境中生成等離子體，所述離子束諸如使用離子束輔助沉積(IBAD)技術(shù)在低功率環(huán)境產(chǎn)生。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，線圈61可以是生成等離子體的RF線圈，更具體而言，在等離子體腔室63中生成基硒種類的等離子體生成通量。生成Se基67，并將其從Se基生成系統(tǒng)51輸送到襯底。
現(xiàn)在回到圖2，在沉積來自濺射臺(tái)47的一個(gè)或多個(gè)濺射靶的濺射材料同時(shí)也將圖 2中陰影區(qū)表示的Se基67輸送到襯底33的表面39。
在每種情況中，沉積操作涉及在襯底33的表面39上形成膜，該膜包括在Se基生成系統(tǒng)51生成和提供Se基67的同時(shí)從至少一個(gè)濺射臺(tái)47濺射的材料。
圖4A至圖4D示出了沉積Se基的同時(shí)相繼多層沉積金屬前體以形成梯度膜的剖面圖。圖4A示出了襯底100，襯底100可以是半導(dǎo)體材料或者其可以是玻璃，如在太電能電池制造工業(yè)中。在各個(gè)示例性實(shí)施例中，接觸層102在襯底100的上方形成以提供歐姆接觸，并且接觸層102可以由黑硅或其他合適的材料形成，所述其他合適的材料例如但不限于 Mo、Pt、Au、Cu、Cr、Al、Ca、Ag 或 SnO2, In2O3: Sn (ITO)、In2O2:Ga、In2O3' Cd2SnO4(CTO)、 Zn2SnO4、氟摻雜的氧化錫(FTO)、摻雜有III族元素的氧化鋅(ZnO)如鋁摻雜的氧化鋅 (ZnO:Al, ΑΖ0)、以及銦摻雜的氧化鎘。這僅僅是示例性的，并且在其它示例性實(shí)施例中，可以存在各種其他膜或者可以不存在接觸層102。圖4A示出了被沉積以在襯底100上方形成層106的材料104。材料104代表同時(shí)從一個(gè)或者多個(gè)濺射臺(tái)47濺射的以及從Se基生成系統(tǒng)51提供的材料。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，圖4A代表一系列沉積操作的第一步驟，以及材料104可以包括銦、鎵和硒，并且膜106表示成(In，Ga)xSey，但是在其他示例性實(shí)施例中可以生產(chǎn)其他膜?？梢允褂冒胁牧先鏘n、In2SejP Ga2Se3作為步驟I中的靶材料。在如圖4A中所示出的第一沉積操作期間，溫度可以是可控的，并且在一個(gè)示例性實(shí)施例中可以使用在約200°C至325°C范圍內(nèi)的溫度。
圖4B代表相繼沉積操作的第二沉積操作。在膜106的上方沉積材料110以產(chǎn)生膜112。在一個(gè)示例性實(shí)施例中， 材料110可以包括銅和硒，以及在一個(gè)示例性實(shí)施例中， 膜112可以表示為Cu (In，Ga) Se20可用于產(chǎn)生材料110的靶材料可以包括Cu、CuGa、或其他合適的材料，并且可以使用一個(gè)或者多個(gè)濺射臺(tái)47。在諸如圖4B中所示出的第二加工操作期間，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以將溫度控制到在約450°C至600°C范圍內(nèi)，但這僅僅是示例性的。
圖4C示出了相繼沉積操作，其也示出了示例性工藝順序的步驟2和3 (即圖4B和 4C)中加熱的效應(yīng)。在圖4C中，由膜106和112以及材料116形成膜118，材料116正從一個(gè)或多個(gè)濺射臺(tái)47被沉積并且作為加熱操作的結(jié)果。在步驟3(即圖4C)中，可以將溫度控制到在約400°C至600°C范圍內(nèi)，但在其他示例性實(shí)施例中可以使用其他溫度。沉積的材料116在一個(gè)示例性實(shí)施例中可以包括銦、鎵和硒,并可以從諸如由銦、In2Se3或Ga2Se3形成的靶濺射而來。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，膜118可以是Cu(In，Ga)Se2。在圖4C或者隨后的加熱操作期間進(jìn)行的加熱可以改變特性并產(chǎn)生膜120。
膜120是硫族化合物膜，即基于黃銅礦的半導(dǎo)體材料。根據(jù)各個(gè)示例性實(shí)施例，雖然膜120的總組分可以是Cu (In，Ga) Se2或其他元素組合，但膜120從頂部到底部可以包括各種成分的濃度梯度。在其他實(shí)施例中，膜可以是可辯別層(即可以被可辨別的邊界分開的相同或者不同成分的層)的復(fù)合膜。在圖4D中，可以進(jìn)行加熱操作以產(chǎn)生最終組分梯度的膜120，所述膜120在一個(gè)示例性實(shí)施例中可以用作太陽能電池的吸收層。根據(jù)其他示例性實(shí)施例，膜120可以是CuInSe2或CuGaSe2。膜120通過用作光伏材料的足夠大的晶粒邊界進(jìn)行表征，并還可以表現(xiàn)出穿過襯底(膜120在該襯底上形成)的極好均勻性。然后，進(jìn)一步加工圖4D中示出的結(jié)構(gòu)以形成利用膜120作為吸收層或者用于其他功能的成品如光伏電池(即太陽能電池)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在襯底上形成半導(dǎo)體材料層的方法。該方法包括在膜沉積裝置的可抽空腔室中提供襯底，以及將金屬前體材料從多個(gè)濺射靶濺射到襯底上，同時(shí)將Se基輸送到襯底上，從而在襯底上形成基于Se的硫族化合物膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合膜形成裝置。該裝置包括具有臺(tái)的真空腔室，該臺(tái)用于保持在其上沉積膜的襯底；以及至少一個(gè)濺射臺(tái)，所述濺射臺(tái)用于將材料濺射到襯底上，每一個(gè)濺射臺(tái)包括濺射靶和連接至濺射靶的電源。該裝置進(jìn)一步包括至少一個(gè)Se臺(tái)，所述Se臺(tái)用于產(chǎn)生Se基并且使得Se基沉積在襯底上；以及控制器，該控制器可以控制至少一個(gè)濺射臺(tái)和至少一個(gè)Se臺(tái)同時(shí)進(jìn)行操作。
前述內(nèi)容僅僅示出了本發(fā)明的原理。因此，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出盡管在此沒有明確描述或圖示、但是體現(xiàn)了本發(fā)明的原理并包括在本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的各種布置。而且，本申請(qǐng)所述的所有實(shí)例和條件式語言主要明確地旨在僅用于教育的目的以及幫助理解本發(fā)明的原理和理解有助于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的概念，并且解釋為不限于這些具體敘述的實(shí)例和條件。而且，在此本文中敘述本發(fā)明的原理、方面、和實(shí)施的所有聲明以及其具體實(shí)例都旨在涵蓋結(jié)構(gòu)和功能兩種等效物。此外，期望這種等效物包括目前已知的等效物和將來開發(fā)出的等效物，即開發(fā)出的不考慮結(jié)構(gòu)但實(shí)現(xiàn)相同功能的任何元件。
期望結(jié)合被認(rèn)為是整個(gè)書面描述中的一部分的說明書附圖中的圖一起閱讀對(duì)示例性實(shí)施例的描述。在本申請(qǐng)的描述中，關(guān)系術(shù)語，如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、 “在...之上”、“在...之下”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”及其派生詞(例如，“水平地”、 “向下地”、“向上地”等)應(yīng)被解釋為指討論中的如隨后隨后所描述的或者如在討論中的附圖所示出的方位。這些關(guān)系術(shù)語是為了便于描述，并且不應(yīng)要求在具體方位上構(gòu)造或者操作裝置。除非另有明確描述，關(guān)于附接、接合或者類似的術(shù)語，如“連接”和“互連”，既可以指其中通過介入結(jié)構(gòu)直接或者間接地將結(jié)構(gòu)固定或者附接至另一結(jié)構(gòu)的關(guān)系，又可以指兩者都是可移動(dòng)的或者剛性的附接或關(guān)系。
盡管根據(jù)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但其不限于此。而且，附隨的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)寬泛地解釋成包括可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明等效范圍的情況下做出的本發(fā)明的其他變體和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于在襯底上形成半導(dǎo)體材料層的方法，所述方法包括 在膜沉積裝置的可抽空腔室中提供襯底；以及 將金屬前體材料從至少一個(gè)濺射靶濺射到所述襯底上，同時(shí)將Se自由基輸送到所述襯底上，從而在所述襯底上形成基于Se的硫族化合物膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述濺射包括將所述金屬前體材料從多個(gè)濺射靶相繼濺射到所述襯底上，同時(shí)將所述Se基輸送到所述襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述相繼濺射包括 第一濺射操作，其中濺射靶是包含In、In2Se3和Ga2Se3中至少之一的第一濺射靶； 第二濺射操作，其中所述濺射靶是包含Cu和CuGa中至少之一的第二濺射靶；以及 第三濺射操作，其中所述濺射靶是包含IruIn2Se3和Ga2Se3中至少之一的第三濺射靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述提供襯底包括在臺(tái)上設(shè)置所述襯底，并進(jìn)一步包括在所述第一濺射操作中將溫度控制在約200°C至325°C范圍內(nèi)，并且在所述第二濺射操作和所述第三濺射操作中將溫度控制在約450°C至600°C范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述濺射包括脈沖反應(yīng)DC或RF磁控濺射。
6.一種復(fù)合膜形成裝置，包括 具有臺(tái)的真空腔室，所述臺(tái)用于保持襯底，膜將沉積在所述襯底上； 至少一個(gè)濺射臺(tái)，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)用于將材料濺射到所述襯底上，每一個(gè)所述濺射臺(tái)包括濺射靶和連接至所述濺射靶的電源； 至少一個(gè)Se臺(tái)，所述至少一個(gè)Se臺(tái)用于產(chǎn)生所述Se基并使所述Se基沉積在所述襯底上；以及 控制器，所述控制器用于控制所述至少一個(gè)濺射臺(tái)和所述至少一個(gè)Se臺(tái)，并能夠使所述至少一個(gè)濺射臺(tái)和所述至少一個(gè)Se臺(tái)同時(shí)工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合膜形成裝置，其中，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)包括多個(gè)濺射臺(tái)，所述多個(gè)濺射臺(tái)包括 第一濺射臺(tái)，在所述第一濺射臺(tái)中所述濺射靶是包含第一靶材料的第一濺射靶，所述第一靶材料包括銅、銦、鎵和硒中至少之一；以及 第二濺射臺(tái)，在所述第二濺射臺(tái)中所述濺射靶是包含第二靶材料的第二濺射靶，所述第二靶材料包括所述銅、鎵和銦中至少之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合膜形成裝置，其中，所述至少一個(gè)濺射臺(tái)包括多個(gè)濺射臺(tái)，并且所述控制器配置成用于在所述Se基沉積在所述襯底上時(shí)對(duì)所述多個(gè)濺射臺(tái)相繼操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合膜形成裝置，進(jìn)一步包括加熱所述臺(tái)的可控加熱元件，并且其中所述控制器使得所述臺(tái)在相繼濺射操作的每一個(gè)操作期間達(dá)到不同的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合膜形成裝置，其中，每個(gè)所述濺射臺(tái)包括作為電源的脈沖RF或DC系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用濺射和蒸發(fā)功能形成硫族化合物半導(dǎo)體材料的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了來自靶的金屬前體材料和來自Se基生成系統(tǒng)的Se基的同時(shí)沉積。Se基生成系統(tǒng)包括產(chǎn)生Se蒸汽的蒸發(fā)器和使用等離子體生成Se基通量的等離子腔室?？梢砸来芜M(jìn)行多個(gè)這種沉積操作，每一個(gè)操作具有準(zhǔn)確控制的沉積溫度。沉積材料可以包括組分濃度梯度或者可以是復(fù)合材料，并可以用作太陽能電池中的吸收層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103021805SQ201210293399
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者李文欽, 嚴(yán)文材, 邱永升, 趙應(yīng)誠 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司