專利名稱：未結(jié)合的旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體靶材和它們的濺射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題大體涉及未結(jié)合的半導(dǎo)體祀材(semiconducting target)和它們?cè)趯雽?dǎo)體層濺射在基板上期間的使用。
背景技術(shù)：
基于與硫化鎘(CdS)成對(duì)的碲化鎘(CdTe)作為光反應(yīng)性構(gòu)件的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為“太陽能電池板”)在工業(yè)中獲得廣泛的認(rèn)同和關(guān)注。CdTe是具有特別適于太陽能向電力的轉(zhuǎn)換的性能的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有約I. 45eV的能隙，與歷史上用于太陽能電池應(yīng)用的更低帶隙半導(dǎo)體材料(例如，對(duì)于硅的約I. IeV)相比，這使得它 能夠從太陽光譜轉(zhuǎn)化更多能量。而且，與更低帶隙材料相比，CdTe在更低或漫射光條件下轉(zhuǎn)換輻射能，從而與其它常規(guī)材料相比，在整個(gè)白天或在多云條件下具有更長(zhǎng)的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。η型層和P型層的接合在CdTe PV模塊暴露至光能(諸如陽光)時(shí)通常擔(dān)負(fù)著電勢(shì)和電流的產(chǎn)生。具體而言，碲化鎘(CdTe)層和硫化鎘(CdS)形成ρ-η異質(zhì)結(jié)，其中，CdTe層擔(dān)當(dāng)P型層(即，電子接受層)，而CdS層擔(dān)當(dāng)η型層(即，電子貢獻(xiàn)層)。自由載體對(duì)由光能形成，并且然后由Ρ-η異質(zhì)結(jié)分離而產(chǎn)生電流。CdS層連同其它層(例如，鎘錫氧化物的透明導(dǎo)電氧化物層)可經(jīng)由濺射工藝(也稱為物理氣相沉積)形成，其中，從半導(dǎo)體靶材(例如，硫化鎘、鎘錫氧化物等)供應(yīng)源材料。典型地，硫化鎘半導(dǎo)體靶材結(jié)合到被水冷的墊板(backing plate)，并且然后放置在執(zhí)行濺射行為的磁控管(陰極)中。半導(dǎo)體靶材通常使用銦焊料或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂結(jié)合到墊板。該結(jié)合在半導(dǎo)體靶材和水冷墊板之間提供了良好的熱接觸和電接觸。因此，在半導(dǎo)體靶材的相反側(cè)由等離子體形成的熱可由水冷墊板驅(qū)散并帶離靶材。當(dāng)半導(dǎo)體靶材被濺射時(shí)，半導(dǎo)體材料從靶材侵蝕。當(dāng)半導(dǎo)體靶材侵蝕時(shí)，結(jié)節(jié)(nodule)形成于靶材的表面上，隨時(shí)間推移，其可改變?yōu)R射期間的沉積速率并可影響所得到的薄膜的性能。另外，這些結(jié)節(jié)可導(dǎo)致電弧形成于濺射室中。在濺射后較長(zhǎng)時(shí)期形成的這些變量可在大規(guī)模制造環(huán)境中導(dǎo)致所沉積的半導(dǎo)體層的薄膜變量，例如在碲化鎘基薄膜光伏裝置的商業(yè)制造期間。因此，存在著對(duì)更加一致的濺射工藝的需要，用于基本一致的層的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分闡述在以下描述中，或者根據(jù)描述可能是明顯的，或者可以通過實(shí)踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。大體上提供了旋轉(zhuǎn)濺射陰極。該陰極大體上包括沿縱向方向具有長(zhǎng)度并限定外表面的管狀部件、沿管狀部件的長(zhǎng)度在縱向方向上延伸的第一縱向托架以及沿管狀部件的長(zhǎng)度在縱向方向上延伸的第二縱向托架。還可沿管狀部件的長(zhǎng)度包括額外的縱向托架(例如第三、第四、第五等)。包括濺射材料并限定濺射表面和與濺射表面相反的背面的靶材可定位成使得其背面面向管狀部件的外表面。第一縱向托架和第二縱向托架將第一靶材可移除地保持在它們之間，使得第一靶材的第一背面面向管狀部件的外表面。還大體上提供了用于濺射未結(jié)合靶材的方法。首先，濺射靶材可被可移除地插入第一托架和第二托架之間的旋轉(zhuǎn)濺射陰極中，以暴露濺射靶材的濺射表面。濺射陰極包括限定外表面的管狀部件，使得濺射靶材定位成鄰近外表面且未結(jié)合至其。然后，濺射靶材的濺射表面可與等離子體接觸，使得原子從濺射靶材的濺射表面射出。參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面及優(yōu)勢(shì)將變得更好理解。并入該說明書中并組成該說明書的一部分的附圖顯示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與該描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


針對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括其最佳模式，闡述在參照了附圖的說明書中，在附圖中
圖I顯示了包括多個(gè)未結(jié)合半導(dǎo)體靶材的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的透視 圖2顯示了沒有靶材存在的圖I的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的特寫透視 圖3顯示了圖2的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的截面 圖4顯示了用于圖I的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的示例性靶材的透視 圖5顯示了濺射期間的圖I的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的截面 圖6顯示了具有可移除托架帽的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的截面圖；及，
圖7顯示了又一示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的截面圖；以及，
圖8顯示了圖7的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極的截面圖。本說明書和附圖中的標(biāo)號(hào)的重復(fù)使用意圖表示相同或類似的特征或元件。符號(hào)說明
5基板
10旋轉(zhuǎn)濺射陰極
11管狀部件
12未結(jié)合靶材 14 濺射表面 16 背面
18外表面
20縱向托架
20a 第一托架 20b 第二托架 20c 第三托架 20d 第四托架 20e 第五托架 20f 第六托架 20g 第七托架20h第八托架
21第一邊緣
22溝槽 22a 第一溝槽 22b第二溝槽 22c第三溝槽 22d 第四溝槽 22e第五溝槽 22f第六溝槽 22g 第七溝槽 22h第八溝槽
23第二邊緣
24第一外伸凸緣
25第一前緣
26第二外伸凸緣
27第二前緣
28側(cè)緣 28a 第一側(cè)緣 28b第二側(cè)緣 30螺栓
32托架帽
34電磁場(chǎng)
36磁體。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地提及本發(fā)明的實(shí)施例，這些實(shí)施例的一個(gè)或更多示例顯示在附圖中。以本發(fā)明的解釋而不是本發(fā)明的限制的方式提供各個(gè)示例。實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可以在本發(fā)明中做出各種修改和變型。例如，顯示或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可用于另一實(shí)施例而產(chǎn)生又一實(shí)施例。因此，當(dāng)落在所附權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)時(shí)，本發(fā)明意圖覆蓋這樣的修改和變型。大體上提供了旋轉(zhuǎn)未結(jié)合半導(dǎo)體靶材，以及并入這種旋轉(zhuǎn)未結(jié)合靶材的濺射陰極。可利用減少或基本上消除形成于靶材的濺射表面中的結(jié)節(jié)來濺射旋轉(zhuǎn)未結(jié)合靶材。因此，旋轉(zhuǎn)未結(jié)合靶材可在沉積 過程期間被更加一致地濺射，并且可以導(dǎo)致在單個(gè)基板上及整個(gè)制造過程(即，從基板到基板)均形成更加一致的薄膜層(例如，硫化鎘薄膜層、碲化鎘薄膜層等)。圖I顯示了包括管狀部件11和多個(gè)未結(jié)合靶材12的示例性旋轉(zhuǎn)濺射陰極10。雖然顯示為具有大致圓柱形的形狀(例如，在其截面中具有大致圓形的鼓)，但是管狀部件11可形成為任何合適的可旋轉(zhuǎn)形狀。例如，管狀部件11可具有類多邊形的截面，其中點(diǎn)的數(shù)量大體上匹配縱向托架(bracket) 20的數(shù)量,如下所述。各個(gè)靶材12限定了濺射表面14和與濺射表面14相反的背面16，具體地如圖4、圖6和圖8所示。圖2、圖3、圖6和圖8所示的各個(gè)靶材12的背面16保持未結(jié)合至由旋轉(zhuǎn)濺射陰極10限定的外表面18。如本文中使用的，術(shù)語“未結(jié)合”是指靶材12在靶材12的背面16和旋轉(zhuǎn)濺射陰極10的外表面18之間沒有任何附接材料(即，沒有焊接、釬焊、粘合劑或其它附接材料存在于靶材12的背面16之間)。這樣，靶材12可在所提供的安裝結(jié)構(gòu)(例如托架20)的限制內(nèi)相對(duì)于外表面18自由移動(dòng)。由于靶材12未結(jié)合至外表面18，因而它們之間的熱傳導(dǎo)可能受到抑制，特別是在存在于濺射期間的濺射氣氛的相對(duì)較低的真空壓力(例如，約I毫托至約50毫托)下。因此，靶材12可能由于濺射室中的等離子體和/或?yàn)R射室內(nèi)的輻射熱源而變熱。對(duì)于任何基本恒定的濺射工藝(即，帶有基本恒定的磁控管功率、濺射壓力以及/或者濺射溫度)而言，當(dāng)沿著濺射表面14吸收的熱能基本等于從靶材12的背面16輻射到外表面18的熱能時(shí)，靶材12可達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的濺射溫度。例如，靶材12的濺射溫度可根據(jù)所利用的特定濺 射參數(shù)而為約100°C至約1000°C。當(dāng)?shù)入x子體在濺射期間加熱靶材12時(shí)，靶材12由于由等離子體提供的熱而能夠在濺射期間維持其濺射溫度，而不需要額外的加熱元件來向靶材12提供額外的熱能。然而，如果濺射溫度降到低于期望溫度，則可包括加熱元件(未顯示)來向靶材12提供額外的熱能，以按需要提高它們的濺射溫度。在一個(gè)特定實(shí)施例中，在濺射之前(例如，在形成等離子體場(chǎng)之前)，靶材12可經(jīng)由加熱元件17在外表面18之中或之上被預(yù)熱。因此，靶材12可被加熱至濺射溫度，該濺射溫度在整個(gè)濺射過程期間可被基本維持，以提供一致的濺射參數(shù)。在靶材12的濺射期間，靶材12的濺射溫度由于加熱靶材12的等離子體和/或加熱元件(存在時(shí))而能夠被維持。在一個(gè)特定實(shí)施例中，溫度傳感器(未顯示)可被包括在濺射室和/或?yàn)R射陰極10之上或之內(nèi)，以監(jiān)測(cè)靶材12的濺射表面14的溫度。例如，溫度傳感器可以是非接觸式溫度傳感器，諸如高溫計(jì)。靶材12的這些相對(duì)較高的濺射溫度將靶材12的材料限制為能夠承受這些濺射溫度和貫通靶材12的厚度形成而沒有其實(shí)質(zhì)性破裂或熔化的任何可能溫度梯度的那些材料。在一個(gè)特定實(shí)施例中，未結(jié)合的靶材可包括硫化鎘，其將用在用于經(jīng)由濺射而在基板上形成硫化鎘層的方法中，例如用在碲化鎘基的薄膜光伏裝置中。當(dāng)由硫化鎘構(gòu)成時(shí)，未結(jié)合的硫化鎘靶材也可以以比在其它方面等同但結(jié)合的靶材通常所需的更低的功率設(shè)置進(jìn)行濺射，同時(shí)仍然實(shí)現(xiàn)基本相同的沉積速率。另外，非結(jié)合硫化鎘靶材可以容易地在損耗后互換，導(dǎo)致了明顯的時(shí)間和成本節(jié)省。作為備選，靶材12的材料可包括鎘錫氧化物和/或銦錫氧化物，例如用于在基板上形成透明的導(dǎo)電氧化物層，例如用在碲化鎘基的薄膜光伏裝置中。當(dāng)然，在最廣泛的意義上，靶材12的材料可由使用者希望濺射沉積在給定表面上的任何濺射材料制成。例如,靶材12可由任何濺射材料構(gòu)成，并且對(duì)于耐火材料、陶瓷材料和/或半導(dǎo)體材料可能特別有用。靶材12可經(jīng)由托架或其它(多個(gè))未結(jié)合附接機(jī)構(gòu)保持在管狀部件11的外表面18上或鄰近該外表面。如圖所示，各個(gè)靶材12大體上定位在沿著管狀部件11的長(zhǎng)度在縱向方向上延伸的一對(duì)縱向托架20之間。圖I顯示了分別沿著靶材12的相對(duì)邊緣21、23(即,第一邊緣21和第二邊緣23)定位而形成第一溝槽22a的第一托架20a和第二托架20b。這樣，靶材12可以可移除地保持在這對(duì)縱向托架20( S卩，通常描述為第一和第二托架20a、20b)之間，使得靶材12的背面能夠面向管狀部件11的外表面18，同時(shí)保持未連接至該外表面。雖然顯示為利用在它們之間形成八個(gè)溝槽(即，第一溝槽22a、第二溝槽22b、第三溝槽22c、第四溝槽22d、第五溝槽22e、第六溝槽22f、第七溝槽22g以及第八溝槽22h)的八個(gè)縱向托架20(即，第一托架20a、第二托架20b、第三托架20c、第四托架20d、第五托架20e、第六托架20f、第七托架20g以及第八托架20h)，但是可以按需要利用任何合適數(shù)量的托架20。這樣，縱向托架20的數(shù)量可匹配限定在管狀部件11周圍的溝槽22的數(shù)量，并且，在某些實(shí)施例中，可以從大約3至大約12(例如，大約4至大約10，或者大約5至大約8)。各個(gè)溝槽22可在縱向方向上具有長(zhǎng)度，以匹配或超過基板5在濺射期間經(jīng)過的長(zhǎng)度。這樣，多個(gè)靶材12可以沿各個(gè)溝槽22的長(zhǎng)度以端對(duì)端的形式進(jìn)行定位。第一托架20a和第二托架20b兩者均限定了從它們相應(yīng)的前緣25、27延伸的外伸 凸緣24、26。因此，第一托架20a和第二托架20b在濺射陰極10內(nèi)形成溝槽22，以在它們之間可移動(dòng)地接納靶材12。溝槽22由從相應(yīng)的托架20a、20b延伸的各個(gè)外伸凸緣24、26的內(nèi)表面、第一托架20a和第二托架20b各自的側(cè)緣28a、28b以及外表面18限定邊界。分別從第一托架20a和第二托架20b延伸的第一外伸凸緣24和第二外伸凸緣26各自定位成沿著靶材12的相應(yīng)邊緣(即，第一邊緣21和第二邊緣23)重疊濺射表面14的一部分。各個(gè)外伸凸緣24、26所覆蓋的濺射表面14的重疊部分足以將靶材12保持在濺射陰極內(nèi)且鄰近外表面18。然而，由外伸凸緣24、26覆蓋的濺射表面14的重疊部分優(yōu)選為最小，以便避免靶材材料的浪費(fèi)，因?yàn)檠刂胁?2的第一邊緣21和第二邊緣23的重疊部分將在沉積過程期間被禁止濺射。例如，各個(gè)外伸凸緣24、26可覆蓋從靶材12的第一邊緣21和第二邊緣23延伸的濺射表面14的大約O. 5%到大約5%，例如濺射表面14的大約I %到大約4%。第一托架20a和第二托架20b可將(多個(gè))靶材12保持并固定在濺射陰極10內(nèi)，使得背面16在濺射期間面向外表面18。這樣，靶材12的背面16可緊緊靠近外表面18或與外表面18直接接觸。由于背面16未結(jié)合至外表面18，因而靶材卻能夠在溝槽12的界限內(nèi)相對(duì)于外表面18自由移動(dòng)?？v向托架20顯示為基本上彼此平行，以在它們之間形成各自鄰近縱向托架20的溝槽22，從而允許靶材12通過沿縱向方向滑動(dòng)而被插入旋轉(zhuǎn)濺射陰極10及從該旋轉(zhuǎn)濺射陰極10移除。如圖中所示的實(shí)施例所示，各個(gè)縱向托架20沿著切面的縱向方向定位在管狀部件11的外表面18上，在它們之間有基本相等的間距。然而，按需要可以利用其它構(gòu)造(例如，有差別的間距)。各個(gè)縱向托架20大體上限定了一對(duì)外伸凸緣24、26，其中第一外伸凸緣24沿第一方向向著第一側(cè)的相鄰?fù)屑?0延伸，而第二外伸凸緣26沿第二方向向著第二(相反)側(cè)的相鄰?fù)屑?0延伸。各個(gè)外伸凸緣24、26被設(shè)計(jì)成可移除地將靶材12保持在它們之間。在一個(gè)特定實(shí)施例中，靶材12的尺寸可構(gòu)成為安全地裝配在溝槽22內(nèi)，基本上允許靶材僅僅沿著溝槽22的長(zhǎng)度的移動(dòng)。例如，第一托架20a和第二托架20b的相對(duì)側(cè)緣28a、28b分別可以是限定在第一邊緣21和第二邊緣23之間的靶材12的寬度的大約100. 1%至大約105%，例如大約100. 5%至大約104%，并且特定地大約101%至大約103%。同樣，外伸凸緣24、26和外表面18之間的間距可以是限定在濺射表面14和背面16之間的靶材12的厚度的大約100. 1%至大約110%，例如大約100. 5%至大約105%，并且特定地大約101%至大約103%。因此，靶材12的濺射表面14的90%至約99. 8%可保持暴露且可用于濺射，例如大約92%至大約99%，并且特定地大約96%至大約98%。溝槽22內(nèi)的額外空間可允許靶材12在處于室溫(例如，大約20°C至大約25°C )時(shí)相對(duì)容易地移動(dòng)，但在陰極被豎直安裝或倒置安裝時(shí)仍將保護(hù)靶材12不至脫落。例如，額外空間允許靶材在提高的濺射溫度(例如，大約100°C或更高)下的熱膨脹，同時(shí)限制并可能防止靶材12的熱引起的破裂，因?yàn)樗⒉粰C(jī)械地限制在其熱膨脹范圍內(nèi)。圖I顯示了圖I的濺射陰極10的一個(gè)實(shí)施例，其中，靶材12的背面16直接接觸外表面18。在該實(shí)施例中，沒有其它材料存在于背面16和外表面18之間。例如,外伸凸緣24,26和外表面18之間的間距可以是限定在濺射表面14和背面16之間的靶材12的厚度的大約100. 1%至大約102%，例如大約100. 2%至大約101. 5%，并且特定地大約100. 5%至大 約101%。因此，極少空間可用于靶材12在外伸凸緣24、26和外表面18之間移動(dòng)，特別是當(dāng)靶材12被加熱從而導(dǎo)致其膨脹時(shí)。在一個(gè)實(shí)施例中，一層介電材料(例如，硫化鎘)可包括在面向祀材12的外表面18的表面上。這層介電材料可防止外表面18在祀材12的耗盡后被派射。在一個(gè)實(shí)施例中，這層介電材料可包括與靶材12基本相同的材料(例如，具有基本等同的結(jié)構(gòu))。例如，這層介電材料和靶材12均可包括硫化鎘。作為備選，間隙可存在于靶材12的背面16和外表面18之間，以允許第一托架20a和第二托架20b的外伸凸緣24、26和外表面18之間的特定量的浮動(dòng)。例如，外伸凸緣24、26和外表面18之間的間距可以是如限定在濺射表面14和背面16之間的靶材12的厚度的大約102%至大約105%。該構(gòu)造可允許靶材12容易地在溝槽22內(nèi)滑動(dòng)，用于相對(duì)容易的可互換性。在濺射陰極10的又一備選實(shí)施例中，間隔件或偏置部件(未顯示)可定位在靶材12的背面16和外表面18之間，使得間隙存在于背面16和外表面18之間。例如，間隔件可在靶材12的背面16和外表面18之間定位在各個(gè)溝槽28內(nèi)。間隔件的尺寸可按需要控制，以控制背面16和外表面18之間的距離。偏置部件可位于外表面18和靶材12之間，以提供將靶材12推靠著托架20的力。該間隙，當(dāng)存在于靶材12的背面16和外表面18之間時(shí)，可被調(diào)節(jié)，以控制濺射過程期間的靶材12的平衡濺射溫度，這可導(dǎo)致沉積速率和/或沉積一致性的更好控制。在某些實(shí)施例中，該間隙可為大約ΙΟΟμπι至大約Icm,例如大約200 μ m至大約O. 5cm。托架20和外表面18之間的間距可按需要根據(jù)靶材12的厚度和將存在于溝槽22中的期望浮動(dòng)量來調(diào)節(jié)。在圖6所示的實(shí)施例中，例如，包括緊固件30(例如，螺栓、螺釘、銷等)，以調(diào)節(jié)在各個(gè)托架20處外伸凸緣24、26從管狀部件11的外表面18延伸的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，托架20 (和/或管狀部件11)可以由非磁性材料構(gòu)成，以便避免對(duì)在濺射期間形成的磁場(chǎng)的任何影響。例如，托架20可由非磁性金屬材料(例如，不銹鋼，諸如304型不銹鋼或316型不銹鋼)形成。在一個(gè)特定實(shí)施例中，例如當(dāng)靶材12包括硫化鎘時(shí)，在托架20在沉積過程期間被濺射的情況下，托架20的暴露表面可用鎘涂覆。第一和第二托架20的表面上的一層鎘可防止托架20本身的濺射，從而抑制濺射室(和所得到的沉積膜)的污染。例如，圖6顯示，托架20的暴露表面(包括外伸凸緣24、26)由托架帽32形成，該托架帽32經(jīng)由緊固件30固定在管狀部件11上而形成托架20。這種托架帽32可由包括在靶材12中的材料(例如鎘)形成。這樣，術(shù)語“托架”的使用包括單件式托架(例如，為管狀部件11的外表面18的零件或者以焊接或其它方式連接至管狀部件11的外表面18)和多件式托架(例如，由諸如托架帽32、緊固件30等的多個(gè)構(gòu)件形成)。外表面18可連接至冷卻系統(tǒng)(未顯示)，以幫助從管狀部件11的外表面18收集并除去熱能。在一個(gè)特定實(shí)施例中，靶材12是矩形的，以便具有基本平行的側(cè)。該矩形構(gòu)造可允許靶材12容易地形成越過濺射陰極10內(nèi)的多個(gè)托架的基本一致的濺射表面。因此，相鄰靶材12之間的間隙可以避免，從而在濺射過程期間防止下面的外表面18的濺射。另外， 矩形構(gòu)造可允許靶材12利用溝槽22來容易地改變及替換。在圖I-圖6所示的實(shí)施例中，在濺射之前，靶材12具有基本平坦的濺射表面14和背面16，連同托架20之間的管狀部件11的基本平坦的外表面18。然而，圖7和圖8顯示了一備選實(shí)施例，其中管狀部件11的外表面18在托架20之間是彎曲的(例如，弓形)。這樣，靶材12可具有彎曲的背面16，其可基本上平行于由管狀部件11的外表面18限定的彎曲。即，在管狀部件11為圓柱形的情況下，彎曲背面16的弧可匹配外表面18的相鄰彎曲的弧。另外，在濺射之前，濺射表面14也可以彎曲(例如，弓形)成基本上平行于由管狀部件11的外表面18限定的彎曲。該彎曲構(gòu)造可允許在管狀部件11在濺射期間擺動(dòng)時(shí)濺射表面14的最近點(diǎn)和基板5之間的距離保持基本一致，這可導(dǎo)致濺射期間的提高的一致性。在一個(gè)特定實(shí)施例中，例如，當(dāng)截面為圓形時(shí)，在限定于相鄰?fù)屑?0 (例如，第一托架20a和第二托架20b)之間的區(qū)段中，彎曲表面(濺射表面14、背面16和/或外表面18的)可大體上順著管狀部件11的外周。管狀部件11顯示為具有空心的圓柱狀構(gòu)造。然而，應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)部元件可包括在管狀部件11的結(jié)構(gòu)內(nèi)，例如支撐結(jié)構(gòu)(例如輻條)、磁體、冷卻裝置等。濺射陰極10可用于任何濺射工藝。濺射沉積通常包括通過用等離子體接觸靶材而從靶材射出材料，靶材為材料源。射出的材料然后可沉積在基板上而形成膜。DC濺射通常包括將電壓施加至在濺射室內(nèi)定位于基板(即陽極)附近的金屬靶材(即陰極)，以形成直流放電。濺射室可具有在金屬靶材和基板之間形成等離子體場(chǎng)的反應(yīng)性氣氛(例如，氧氣氛、氮?dú)夥?、氟氣?。反應(yīng)性氣氛的壓力可在大約I毫托和大約20毫托之間,用于磁控濺射。當(dāng)金屬原子由于電壓的施加而從靶材釋放時(shí)，金屬原子可與等離子體反應(yīng)并沉積在基板的表面上。例如，當(dāng)氣氛包含氧時(shí)，從金屬靶材釋放的金屬原子可在基板上形成金屬氧化物層。反之，RF濺射通常包括通過在靶材(例如陶瓷源材料)和基板之間施加交流電(AC)或射頻(RF)信號(hào)而激發(fā)電容性放電。濺射室可具有惰性氣氛(例如，氬氣氛)，并且可具有相對(duì)較低的濺射壓力(例如，大約I毫托和大約20毫托)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，靶材12包括硫化鎘，使得濺射陰極10可被用來在基板上沉積硫化鎘層。如所陳述的，未結(jié)合半導(dǎo)體靶材可插入濺射陰極中，經(jīng)由加熱元件可選地被預(yù)熱至濺射溫度，并且隨后與等離子體接觸而從靶材的濺射表面射出原子。在某些實(shí)施例中，濺射溫度可在靶材的整個(gè)加熱和濺射過程中(例如，大約100°C至大約1000°C )經(jīng)由定位在濺射陰極內(nèi)的溫度傳感器來監(jiān)測(cè)，并且通過增加或減小加熱元件的輸出而按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在濺射過程期間，管狀部件11可以旋轉(zhuǎn)地在保持正被濺射的(多個(gè))靶材12的托架對(duì)20之間擺動(dòng)。例如，限定在第一托架20a和第二托架20b之間的弧長(zhǎng)上的第一溝槽22a中的周向點(diǎn)可在周向上在第一位置中來回行進(jìn)，而不允許任何其它溝槽22b-22h中的任何靶材12的濺射。這樣，靶材12可以以基本一致的方式濺射，減小了通常見于濺射固定靶材的“跑道”(raCe-traCk)損耗。擺動(dòng)馬達(dá)(未顯示)可以操作地連接至管狀部件10，以形成這種旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)期間行進(jìn)的距離大體為在濺射期間足以將正被濺射的溝槽22中的(多個(gè))靶材12保持在由磁體36形成的電磁場(chǎng)34內(nèi)的量。參照?qǐng)D5，例如，陰極10可以在第一托架20a和第二托架20b之間旋轉(zhuǎn)地?cái)[動(dòng)，以在基板5經(jīng)過電磁場(chǎng)34時(shí)將第一溝槽22a中的靶材12保持在電磁場(chǎng)34內(nèi)，用于其上的沉積。旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)可以以大體 比基板5通過電磁場(chǎng)34經(jīng)過的速度更快的速率發(fā)生，以便越過基板5的表面以基本恒定的沉積速率保持沉積。如所陳述的，第一溝槽22a中的靶材12的濺射可由使第一溝槽22a面向(以及，可選地，擺動(dòng))基板5來實(shí)現(xiàn)，其限定了陰極10的第一位置。在由濺射引起的第一溝槽22a中的第一靶材12的耗盡后，整個(gè)管狀部件11可從第一位置旋轉(zhuǎn)至第二位置，在第二位置，第二溝槽22b中的第二靶材12面向基板5并且可被濺射。并且，在由濺射引起的第二溝槽22b中的第二靶材12的耗盡后，整個(gè)管狀部件11可從第二位置旋轉(zhuǎn)至第三位置，在第三位置，第三溝槽22c中的第三靶材12面向基板5并且可被濺射。對(duì)于各個(gè)溝槽22，該旋轉(zhuǎn)可重復(fù)，其中陰極10限定了針對(duì)各個(gè)溝槽22的濺射位置。因此，旋轉(zhuǎn)濺射陰極10在制造設(shè)置中可通過一系列溝槽22而被濺射，而不必停止制造過程來補(bǔ)充耗盡的靶材12。這個(gè)優(yōu)勢(shì)允許制造過程具有更少的中斷，不僅節(jié)省時(shí)間而且節(jié)省消耗的能量的量，因?yàn)樵诿看螠喜?2的靶材12耗盡時(shí)不必重新抽真空(即，濺射壓力)。在濺射之后，耗盡的靶材12可通過移除第一端板55和/或第二端板56而被容易地改變，允許通過使靶材順著溝槽22的長(zhǎng)度向著(多個(gè))開放端滑動(dòng)而將靶材12移出溝槽22。然后，替換靶材12可通過(多個(gè))開放端插入溝槽22中，以提供新的源材料，用于濺射過程。第一端板55和第二端板56可以由任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)(例如，用螺栓固定的)可移除地附接至濺射陰極10。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它示例包括與權(quán)利要求的字面語言并無區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言有非實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，那么這種其它示例意圖落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，包括管狀部件(11)，沿縱向方向具有長(zhǎng)度并限定外表面(18)；第一縱向托架(20a)，沿著所述管狀部件(11)的長(zhǎng)度在所述縱向方向上延伸；第二縱向托架(20b)，沿著所述管狀部件(11)的長(zhǎng)度在所述縱向方向上延伸；以及，第一祀材(12),包括第一派射材料并限定第一派射表面(14)和第一背面(16),其中，所述第一背面(16)與所述第一濺射表面(14)相反并定位成面向所述管狀部件(11)的外表面(18)，并且其中，所述第一縱向托架(20a)和所述第二縱向托架(20b)將所述第一靶材(12)可移除地保持在它們之間，使得所述第一靶材(12)的第一背面(16)面向所述管狀部件(11)的外表面(18)且未結(jié)合至其。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，還包括第三縱向托架(20c)，沿著所述管狀部件(11)的長(zhǎng)度在所述縱向方向上延伸；以及，第二靶材(12)，包括限定了第二濺射表面(14)和第二背面(16)的第二濺射材料，其中，所述第二背面(16)與所述第二濺射表面(14)相反并定位成面向所述管狀部件(11)的外表面(18)，并且其中，所述第二縱向托架(20b)和所述第三縱向托架(20c)將所述第二靶材(12)可移除地保持在它們之間，使得所述第二靶材(12)的第二背面(16)面向所述管狀部件(11)的外表面(18)且未結(jié)合至其。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，還包括第四縱向托架(20d)，沿著所述管狀部件(11)的長(zhǎng)度在所述縱向方向上延伸；以及，第三靶材(12)，包括限定了第三濺射表面(14)和第三背面(16)的第三半導(dǎo)體材料，其中，所述第三背面(16)與所述第三濺射表面(14)相反并定位成面向所述管狀部件(11)的外表面(18)，并且其中，所述第三縱向托架(20c)和所述第四縱向托架(20d)將所述第三靶材(12)可移除地保持在它們之間，使得所述第三靶材(12)的第三背面(16)面向所述管狀部件(11)的外表面(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，所述背面(16)限定基本平坦的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，所述背面(16)限定基本彎曲的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，所述第一濺射表面(14)限定基本彎曲的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，所述第一托架(20a)和所述第二托架(20b)兩者均限定一對(duì)外伸凸緣(24，26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，所述第一托架(20a)限定暴露表面，其中，所述暴露表面包括濺射材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其特征在于，還包括第一托架帽(32)，附接至所述第一托架(20a)，使得所述第一托架帽(32)在濺射期間暴露；以及，第二托架帽(32)，附接至所述第二托架(20b)，使得所述第二托架帽(32)在濺射期間暴露。
10.一種濺射未結(jié)合靶材(12)的方法，所述方法包括將濺射靶材(12)可移除地插入旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)的溝槽(22)中，以暴露所述濺射靶材(12)的濺射表面(14)，其中，所述濺射陰極(10)包括限定外表面(18)的管狀部件(11)，使得所述濺射靶材(12)定位成鄰近所述外表面(18)且未結(jié)合至其；以及， 使所述濺射靶材(12)的濺射表面(14)與等離子體接觸，使得原子從所述濺射靶材(12)的濺射表面(14)射出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括將所述濺射靶材(12)的濺射表面(14)加熱至濺射溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述濺射靶材(12)的濺射表面(14)通過與所述等離子體的初始接觸而溫度增加。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括使所述旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)擺動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括 使所述旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)從第一位置旋轉(zhuǎn)至第二位置，使得第二濺射靶材(12)就位而接觸所述等離子體。
15.一種旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，包括管狀部件(11)，限定外表面(18);以及，多個(gè)縱向托架(20)，定位在所述管狀部件(11)的外表面(18)周圍，其中，相鄰的縱向托架(20)在它們之間限定溝槽(22)且構(gòu)造成將未結(jié)合靶材(12)可移除地保持在它們之間用于其濺射。
全文摘要
本發(fā)明涉及未結(jié)合的旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體靶材和它們的濺射方法。提供了一種旋轉(zhuǎn)濺射陰極(10)，其包括沿縱向方向具有長(zhǎng)度并限定外表面(18)的管狀部件(11)、沿管狀部件的長(zhǎng)度在縱向方向上延伸的第一縱向托架(20a)以及沿管狀部件的長(zhǎng)度在縱向方向上延伸的第二縱向托架(20b)。還可沿管狀部件的長(zhǎng)度包括額外的縱向托架(例如第三(20c)、第四(20d)、第五(20e)等)。包括濺射材料的靶材(12)可定位成使得其背面(16)面向管狀部件的外表面。第一縱向托架和第二縱向托架將第一靶材(12)可移除地保持在它們之間，使得第一靶材的第一背面(16)面向管狀部件的外表面。還提供了用于濺射未結(jié)合靶材(12)的方法。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102842478SQ201210209848
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者R.W.布萊克 申請(qǐng)人:初星太陽能公司