生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用包括注入頭裝置的設(shè)備來生產(chǎn)層疊基材，并且包括以下步驟：提供包括氣體承載壓力器件的注入頭裝置，以及從氣體承載壓力器件朝向相對的基材表面注入承載氣體，以在注入頭裝置中在輸送平面內(nèi)使基材無支撐地平衡。重復(fù)進行以下步驟：分別使得來自第一前驅(qū)體源的第一前驅(qū)體氣體和來自第二前驅(qū)體源的第二前驅(qū)體與基材相對表面接觸；第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體供應(yīng)到在設(shè)置成相對和朝向基材的相應(yīng)側(cè)面的第一和第二沉積空間內(nèi)；在輸送平面內(nèi)建立在沉積空間和基材之間的相對運動，以將基材輸送到設(shè)置在注入頭裝置內(nèi)的相對和面向基材的相應(yīng)側(cè)面的反應(yīng)空間中；以及在基材表面的至少一部分上沉積前驅(qū)體氣體后，在任意一個或兩個反應(yīng)室內(nèi)提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和/或紫外線輻射中的至少一種用以使第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體中的任一個反應(yīng)，以在基材表面的每一個相對的側(cè)面的每一個上獲得原子層。在至少在一次重復(fù)中在基材的相對表面上同時供應(yīng)第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體。
【專利說明】生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材，特別是光電池的方法及其裝置。本發(fā)明還涉及用于在基材的表面上原子層沉積的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]使用層疊沉積層對于c-Si太陽能電池的表面鈍化是非常有利的。例如，最近的公開物顯示了使用Si02-Al203的層疊層。需要低溫Si02沉積過程以防止摻雜的c-Si的劣化，但是目前為止低溫沉積的Si02的質(zhì)量不夠好。
[0003]原子層沉積是一種用多種不同的目標(biāo)材料沉積超薄層的方法。例如，原子層沉積與化學(xué)氣相沉積不同，這是由于通過原子層沉積，交替地或者空間分開地供入所使用的前驅(qū)體氣體。在第一處理步驟期間或者所謂的半循環(huán)期間，供入前驅(qū)體氣體，該第一前驅(qū)體氣體以自限方式與基材表面反應(yīng)而產(chǎn)生第一目標(biāo)材料(即，鋁)的沉積。在第二半循環(huán)期間，供入第二前驅(qū)體氣體，該第二前驅(qū)體氣體以自限方式與新形成的表面反應(yīng)而沉積第二目標(biāo)材料(即，氧)。一個完整的原子層沉積循環(huán)會產(chǎn)生目標(biāo)材料(即，氧化鋁)的一個沉積(亞)單層。由于每一次原子層沉積(ALD)半循環(huán)的自限生長行為，可實現(xiàn)最終控制目標(biāo)層厚度的優(yōu)點。
[0004]W02011014070公開了一種用于沉積原子層的裝置。該裝置公開了氣體承載效應(yīng)，使得基材盤旋在注入頭的上方。在生產(chǎn)具有可變的的層疊組成和厚度的光電池的多層疊沉積層中存在挑戰(zhàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是，根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供了一種用于生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過包括以下步驟的方法來生產(chǎn)基材:
[0006]a)提供包括氣體承載壓力器件的注入頭裝置；
[0007]b)從氣體承載壓力器件朝向基材的相對的表面注入承載氣體，以在所述注入頭裝置中在輸送平面內(nèi)使基材無支撐地平衡；
[0008]以及重復(fù)進行以下步驟:
[0009]c)分別使用來自第一前驅(qū)體源的第一前驅(qū)體氣體和來自第二前驅(qū)體源的第二前驅(qū)體氣體與基材的相對的表面接觸，第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體供應(yīng)到設(shè)置為相對和面向基材的相應(yīng)側(cè)面的第一沉積空間和第二沉積空間內(nèi)；
[0010]d)在輸送平面內(nèi)建立沉積空間和基材之間的相對運動，以將基材輸送到設(shè)置在注入頭裝置內(nèi)的相對且面向基材的相應(yīng)側(cè)面的反應(yīng)空間中；以及
[0011]e)在任一個反應(yīng)空間中或在兩個反應(yīng)空間中提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射，和/或紫外線輻射中的至少一種用以在基材的至少一部分上沉積之后使第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體中的任一個反應(yīng)，以在基材表面的每一個相對側(cè)面上均獲得原子層；
[0012]f)其中，在至少一次重復(fù)中在基材的相對表面上同時提供第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]現(xiàn)在參照附圖以非限制的方式來描述本發(fā)明，其中:
[0014]圖1顯示了光電池的第一實施方式；
[0015]圖2顯示了光電池的第二實施方式；
[0016]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示意性側(cè)視圖；
[0017]圖4顯示了另一實施方式的示意性平面圖；
[0018]圖5顯示了另一實施方式的示意性側(cè)視圖。
[0019]除非另外說明，在所有附圖中，相同的標(biāo)號指代相似的部件。

【具體實施方式】
[0020]圖1顯不了根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的光電池的第一實施方式,其作為具有在基材的相對表面上具有層疊沉積層的基材的特定的實施例。電池包括由塊狀材料例如P-Si形成的光電材料100，在邊緣具有薄的相反摻雜的Si層，發(fā)射體200e。覆蓋層200具有鈍化層100e-200ar界面，該界面包括:提供為減少Si的表面缺陷密度的金屬氧化物，防反射涂層200ar以增強光的捕獲，以及由金屬氧化物組成的保護層201以保護電池。光電池可以典型性地以下述步驟來生產(chǎn)，由c-Si材料得到鈍化的發(fā)射體和背部的電池類型。
[0021]首先打磨基材以移除可見損傷、織構(gòu)，以及施加η-型摻雜以生產(chǎn)發(fā)射層100e，例如，通過使磷擴散進入晶片基材中，用氫氟酸浸潰(HF-dip)來移除過量的磷。作為替代的發(fā)射材料可以是硼氧化物(BOx)。取決于η-型摻雜步驟，可以通過HF/HN03打磨步驟來移除背側(cè)發(fā)射體。另外，可以通過a-SiNx:H沉積(70-80nm)來施加前側(cè)防反射涂層200ar和前側(cè)以及塊體鈍化。包括金屬氧化物的覆蓋層201可以形成在防反射涂層200ar上。防反射涂層和覆蓋層的結(jié)合可以大幅降低表面重組速度，這對于增強光電池的內(nèi)部量子效率至關(guān)重要。
[0022]一個實施例是具有Al2O3的S12的覆蓋層。這可以改善S12鈍化層的品質(zhì)。因此。通過從一個沉積過程(即，也可以通過原子層沉積(ALD)來沉積的S12)轉(zhuǎn)變到另一個沉積過程，可是有利的。Al2O3可作為鈍化的發(fā)射體的前部和后部以及后部的太陽能電池的鈍化劑。后部可以通過Al2O3-SiNx: H層疊來鈍化，然而前部ARC可以通過由Al2O3覆蓋的SiNx: H來鈍化。此外，在后部上的Al2O3-S1x-SiNx: H的層疊層可以增強電池的效率。
[0023]覆蓋層可以為非常薄，以使發(fā)射層的電子隧道效應(yīng)成為可能，覆蓋層典型地是大約0.5-3nm的Al2O3,對應(yīng)于8_25次完整的ALD循環(huán)，或者甚至在Inm以下，對應(yīng)于5_10次完整的ALD循環(huán)。替代地，通過ALD過程的圖案化，可以隨后在沒有沉積Al2O3的指定區(qū)域上提供金屬化的觸點。
[0024]替代地，可以通過(僅)沉積Al2O3來提供覆蓋層，因此(沒有SiNx層)并且將其厚度設(shè)計為具有最佳的防反射特性。例如，可以通過原子層沉積來沉積Al2O3,典型地對于前側(cè)可進行225-1500次循環(huán)。
[0025]同樣地，在后側(cè)，可以施加金屬氧化物層301。金屬氧化物的用途是提供高穩(wěn)定性的負(fù)/正電荷密度，產(chǎn)生場效應(yīng)鈍化，這對于P-型C-Si電池的鈍化是特別有利的。
[0026]金屬氧化物可以是由原子層沉積提供的A1203。典型地，10nm的層厚就夠了。
[0027]可以通過SiN層、S1x層和A1203覆蓋層201來提供典型的前部側(cè)層疊200。特別地，為了最佳的生產(chǎn)量，可以過防反射層(典型地:SiN)來設(shè)計前部側(cè)。
[0028]典型的后側(cè)層疊300可通過提供形成場效應(yīng)和化學(xué)鈍化層301的結(jié)合的A1203的層疊以及可能的所設(shè)計的SiN/Si02層302而形成，層302具有不同的層厚度來以將光反射回到到基材100內(nèi)。這可以通過SiN/Si02鈍化層疊302來提供。
[0029]顯示了由第一前驅(qū)體氣體生產(chǎn)的層疊的尺寸可以不同于由第二前驅(qū)體氣體生產(chǎn)的層疊的尺寸。特別地，金屬氧化物201和301可具有不同的厚度dl、d2，這是由于該界面既適于向上的朝向陽光側(cè)的光電動力學(xué)又適于背側(cè)的光電動力學(xué)?？梢酝ㄟ^提供金屬化的觸點來完成電池，特別地，通過提供可絲網(wǎng)印刷在前部側(cè)上的線400以得到金屬化的前側(cè)觸點；例如，通過絲網(wǎng)印刷A1來使背側(cè)(完全)金屬化。在高溫(800-900°C )下的燃燒步驟用于通過a-SiNx:H的氫氣來鈍化塊體，用于通過a-SiNx:H來得到前部側(cè)金屬化400，并且用于背側(cè)金屬化500的A1與Si相“連接”。最終，實施邊緣絕緣步驟。背側(cè)金屬化可以是整個背側(cè)的類型例如A1層，或可以通過與指型圖案(未示出)相連的結(jié)構(gòu)來提供。
[0030]圖1的實施方式不限于特定的光電池層疊設(shè)置，但是重要地，在層疊200和300中提供層201和301可以使用空間原子層沉積在單個生產(chǎn)循環(huán)中來制造。在該實施例中，層201和301由金屬氧化物形成，特別是A1203，并且可以由包括金屬有機材料(包括鋁、鋅、鈦)的第一前驅(qū)體氣體(層201)和第二前驅(qū)體氣體(層201)來形成。第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體可為相同的前驅(qū)體氣體，特別是三甲基鋁。作為替代地，層201和301可為不同的成分，條件是第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體相對于彼此是化學(xué)惰性的。
[0031]作為進一步的實施例，圖2顯示了另一個光電池，特別地，帶有A1后部結(jié)型場的η-型光電池，其已經(jīng)知道能夠降低表面重組速度。在這種結(jié)構(gòu)中，也可以使用空間原子層沉積在單次生產(chǎn)循環(huán)中來制造所提供的層201和層301。根據(jù)本實施方式，將η-型Si基材1000進行打磨以移除可見的損傷和織構(gòu)，并且施加摻雜n+(磷)以生產(chǎn)發(fā)射層100e，例如，通過使磷擴散進入晶片基材內(nèi)；可以通過HF浸潰來移除過量的磷。可以通過例如PECVD來進行a-SiNx:H的沉積(70-80nm)，從而來施加前部側(cè)防反射層200ar以及前部側(cè)和塊體的鈍化?？梢酝ㄟ^絲網(wǎng)印刷Ag線用以前部側(cè)金屬化從而完成前部側(cè)層疊2000 ;這可以在烘烤步驟中進行用以干燥Ag前側(cè)金屬化。
[0032]后側(cè)層疊3000可具有布滿背側(cè)的絲網(wǎng)印刷的A1以提供p+摻雜的層300e。
[0033]可以通過由A1203的原子層沉積所提供的鈍化層201和301來分別鈍化基材的前側(cè)和背側(cè)，所述αι203的原子層沉積通過以下方式來形成:重復(fù)進行將基材1000的相對側(cè)面分別與第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體接觸的步驟；以及在第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體中的任一個在基材表面的至少部分上沉積后，提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射、和/或紫外線輻射中的至少一種以將第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體中的任意一個進行反應(yīng)。至少在一次重復(fù)中同時提供第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體，從而通過在基材表面的相對側(cè)的每一個上同時進行原子層沉積，可獲得在光電池的制造中的重要的效率。
[0034]因此，包括金屬氧化物的覆蓋層201可以形成在防反射涂層200ar上并且鈍化層301可以通過在至少一次重復(fù)中將基材表面的相對側(cè)同時與所提供的第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體接觸而形成?？蓪?01和層301的厚度調(diào)整為適應(yīng)基材1000的前側(cè)或背側(cè)的特定的光電約束。為了給層201和層301分別提供不同的厚度dl和d2，可在與停止第二前驅(qū)體氣體的供應(yīng)的不同時刻停止第一前驅(qū)體氣體的供應(yīng)。
[0035]為了完成光電池的制造，在例如通過激光切割在發(fā)射層300e中提供開口之后，可以在電池1000的背側(cè)上絲網(wǎng)印刷Al涂層用以將整個背側(cè)金屬化。因此，Al背部面觸點500可通過與Al后部層相連的結(jié)構(gòu)而形成。隨后，可以進行高溫燃燒步驟，并且可以通過激光切割來使邊緣絕緣。
[0036]作為對提供前側(cè)觸點400的附加或替換，可以提供透明的導(dǎo)電氧化物(TCO)層4000。對于這種TCO層，例如可以使用摻雜的ZnO。額外的TCO材料可以是Al摻雜的ZnO(ZnOiAl)或AZO ;鎵摻雜的氧化鋅ZnO = Ga以及銦摻雜的氧化錫(SnO2=In)。
[0037]當(dāng)將同一表面暴露在第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體(兩者可以不同)中時，可以形成TCO層4000?；牟牧侠鏩nO的沉積可通過定量供給第一前驅(qū)體氣體并且通過第二前驅(qū)體材料的供給量來控制摻雜水平來進行。
[0038]為了進一步說明制造光電池的方法，圖3顯示了用于生產(chǎn)層疊基材2的裝置的示意性側(cè)視圖，特別地基材2在基材相對的表面上具有層疊沉積層，所述裝置設(shè)置成至少在一次重復(fù)中同時提供第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體。在輸送平面上建立了印刷頭I和基材2之間相對運動，以將基材2輸送到設(shè)置在注入頭裝置I中的相對并朝向基材2的各個側(cè)面的反應(yīng)空間3、3.1中。在印刷頭裝置I中，第一和第二沉積空間4和4.1提供為彼此相對，并且在使用中各自朝向基材2的相對側(cè)面。沉積空間4和4.1設(shè)置成分別使得來自第一前驅(qū)體源的第一前驅(qū)體氣體接觸基材表面且使得來自第二前驅(qū)體源的第二前驅(qū)體氣體接觸基材表面。在使用中第一和第二沉積空間4和4.1由注入頭部分Ia和Ib以及基材表面2而界定。
[0039]另外，上部分Ia包括反應(yīng)空間3以及下部分Ib包括相對應(yīng)設(shè)置的反應(yīng)空間3.1以使得基材上表面或下表面中的任意一個與反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和紫外線輻射中的任意一種相接觸，以在在前驅(qū)體基材表面的至少一部分上沉積前驅(qū)體氣體之后，反應(yīng)該前驅(qū)體。
[0040]沉積空間4和3以及4.1和3.1分別被氣體承載區(qū)域隔開。但是原子層而言，在理論上，需要至少兩個工藝步驟，這些工藝步驟中的僅一個可需要與材料沉積相關(guān)。這種材料沉積可以在具有前驅(qū)體源4的沉積空間2中進行。因此，在本實施方式中，顯示了注入頭I包括另一個具有反應(yīng)物源40的沉積空間3，該另一個沉積空間3在使用中由氣體承載7而界定。作為替換或者附加，可以在反應(yīng)空間內(nèi)提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射以及紫外線輻射中的至少一種，以在前驅(qū)體氣體在基材表面的至少一部分上沉積后將反應(yīng)氣體與前驅(qū)體反應(yīng)，從而在基材表面的至少一部分上獲得原子層。通過合適地凈化空間2、2.1和3,3.1，可以在工藝期間切換源4、4.1和40、40.1。這可通過下面方式定時精確地進行:只有當(dāng)晶片出現(xiàn)在沉積空間的位置處時前驅(qū)體氣體才流入沉積空間。當(dāng)晶片在沉積空間之外時，這會防止昂貴的前驅(qū)體氣體未經(jīng)使用而流入廢氣，因此進一步提高了前驅(qū)體氣體的使用效率。
[0041]通過機器的使用者界面，可以單獨地設(shè)定用于晶片的頂側(cè)和底側(cè)的層厚度。例如，晶片可被設(shè)置成在基材2的前側(cè)上沉積3nm的Al2O3層，并且在基材2的后側(cè)上沉積1nm的Al2O3層。對于具有單個沉積空間的注入頭2來說，可以在約80次重復(fù)中生長1nm的層。但是，在3nm(約25次重復(fù))之后，可以關(guān)閉上注入件la?？梢酝瓿删陨a(chǎn)下層，接著可以相同的設(shè)定或者以相反的設(shè)定來開始處理新的晶片，以最小化切換次數(shù)。
[0042]替代地，當(dāng)沉積空間4的數(shù)目高于一個(例如三個)時，可以關(guān)閉一些沉積空間防止主動供給前驅(qū)體氣體；或者可以改變供入有反應(yīng)物的反應(yīng)空間3和3.1的數(shù)目。這可以通過關(guān)閉用于指定沉積空間的前驅(qū)體或反應(yīng)物源來完成。隨后，在頂部上只有一對氣體會工作，而在底部例如兩對氣體會工作。因此，上部分Ia和下部分Ib可以設(shè)計成對于第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體而言，具有多個不同的沉積空間。這可以防止氣體的切換，但是會導(dǎo)致在厚度方面的較低的靈活性。上層和下層可具有預(yù)定的比例，例如1:2或1:3的比例，這會導(dǎo)致5nm:10nm或3nm:9nm的層。對于空間ALD隧道概念來說,這可以通過關(guān)閉在印刷頭I的上部分Ia或下部分Ib中的部分沉積空間來完成。
[0043]可以通過壓力控制系統(tǒng)13來控制源的切換，該控制系統(tǒng)13設(shè)置成選擇性地向所述第一和第二沉積空間提供第一和第二前驅(qū)體源中的任一個；并且設(shè)置為選擇性地向任一個或兩個反應(yīng)空間提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和/或紫外線輻射中的任意一種；其中壓力控制系統(tǒng)還設(shè)置成至少在一次重復(fù)中同時供應(yīng)第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體。壓力控制系統(tǒng)設(shè)置成根據(jù)在基材2上待沉積的ALD層的設(shè)定厚度，而在與停止第二前驅(qū)體氣體的供應(yīng)的不同的時間停止第一前驅(qū)體氣體的供應(yīng)。
[0044]前驅(qū)體和反應(yīng)物源4、4.1,40,40.1優(yōu)選地設(shè)計成沒有大流量限制以允許等離子體沉積。因此，等離子體會流向基材表面5而不受到任何流量限制。
[0045]在本實施方式中，前驅(qū)體氣體通過在基材表面5旁邊流動而在沉積空間2中循環(huán)。氣流提供為從前驅(qū)體源4經(jīng)沉積空間到到前驅(qū)體排出部6。在使用中，沉積空間2由注入頭
I和基材表面5而界定。氣體承載部7具有設(shè)置成與沉積空間相鄰的承載氣體注入件8，用于在注入頭I和基材表面5之間注入承載氣體，承載氣體因此形成了氣體承載同時將所注入的前驅(qū)體氣體限制在沉積空間2中。前驅(qū)體排出部6可附加地用以排出承載氣體，防止承載氣體流入沉積空間2、3。
[0046]雖然在實施方式中，每個氣體承載部7顯示為其尺寸設(shè)置成流動障礙，但是原理上這不是必須的；例如，只要能提供有效的流動障礙，則將沉積空間2、3隔開的流動障礙的尺寸不必設(shè)置成氣體承載部。典型地，與其中的氣體承載為有效的間隙高度相比，流動障礙可具有更大的間隙高度。在特定的實施例中，氣體承載可在范圍為5μπι-100μπι的間隙高度中操作；其中在該值以上例如直到500 μ m時流動障礙可仍然有效。而且，僅當(dāng)流動障礙(或用于該情況的氣體承載)在基材9的前面時氣體承載部7可起作用；然而流動障礙可或不可設(shè)置成不顧基材9的存在而起作用。重要地是，在任意時刻可通過流動障礙來防止活性材料在沉積空間2、3之間流動以避免污染。這些流動障礙可或不可設(shè)置成氣體承載部7。
[0047]雖然圖3未特別地顯示輸送系統(tǒng)，但是可相對于注入頭2來移動基材9以接受來自沉積空間2和3的材料的順續(xù)沉積。通過使得基材9相對于注入頭I往復(fù)運動，可以控制多個層。
[0048]提供注入頭I的下部分Ib以沿著可以看做是基材2的中心線的輸送平面為基材2提供無接觸的支撐。下部分Ib設(shè)置成與上部分Ia相對并且構(gòu)造成提供氣體承載壓力裝置8，該裝置8使注入頭氣體承載部7在輸送平面內(nèi)平衡。雖然不夠完美，但是對稱的設(shè)置是可行的以提供以下效果，優(yōu)選地通過在下部分中具有同樣的流動裝置，如由注入頭1來提供，從而提供平衡。因此，優(yōu)選地，下部分lb的每個流動注入噴嘴朝向注入頭1的相應(yīng)的噴嘴對稱地設(shè)置。上部分la和下部分lb形成了氣體承載壓力裝置，該裝置設(shè)置成在注入頭和基材表面之間注入承載氣體，從而通過所述印刷頭裝置中的所述氣體承載壓力裝置來將基材無支撐地平衡。
[0049]以這種方式，可以通過在注入頭1和下部分lb之間的氣體承載壓力裝置來無支撐地保持基材2，即，沒有機械支撐件。更一般地，在注入頭1和下部分lb中的流動裝置沿著輸送平面的位置變化小于0.5_，特別地小于0.2_，這可仍然認(rèn)為是相同的流動裝置。通過省去任何機械支撐件，防止了這種支撐件污染的風(fēng)險，這對于將注入頭1相對于基材9而固定在最佳工作高度是非常有效的。另外，節(jié)省了對于清潔目的而言必須的系統(tǒng)時間。此夕卜，重要地是，通過省去機械支撐件，可以減少系統(tǒng)的熱容，導(dǎo)致基材更快的熱響應(yīng)于生產(chǎn)溫度，這可以顯著度增加產(chǎn)量且減少能量消耗。
[0050]沉積空間2、2.1限定了沉積空間相對于基材表面的高度D2 ;并且其中用作流動障礙的氣體承載部7包括流動限制表面11，所述流動限制表面11面向基材表面5，限定了相對于基材的小于沉積空間高度D2的間隙距離D1。通過氣體承載部7的合適的設(shè)計，支撐件不會受到前驅(qū)體氣體和/或反應(yīng)氣體的轉(zhuǎn)換供應(yīng)的損害。特別地，由于到氣體承載區(qū)域中的基材的距離非常小，因此工藝氣體的轉(zhuǎn)換壓力是可以忽略的。
[0051]典型的距離D1的范圍可以是從5微米到150微米，典型的距離D2的范圍可以是20微米到500微米。氣體承載壓將力取決于流動限制并且可為約50-1000毫巴。沉積空間2和2.1分別具有第一前驅(qū)體源4和第二前驅(qū)體氣體源4.1，以及前驅(qū)體排出部6。所述源和排出部可以設(shè)置成從前驅(qū)體源供給前驅(qū)體氣體在流經(jīng)沉積空間到達前驅(qū)體排出部。在使用中，沉積空間由注入頭1和基材表面而界定。沉積空間2和2.1可以由相對于輸送平面而對稱且具有高度D2-D1的腔29和29.1形成，源和排出部在所述腔29和29.1中開始和/或結(jié)束。因此，更通常地，腔被限定在沉積頭1中，并且在使用中面向基材9。通過使得腔29面向基材，可以理解地是基材大體上形成了腔的封閉體，從而形成了封閉的環(huán)境用以供應(yīng)前驅(qū)體氣體。此外，可以將基材提供為使得基材的各種相鄰部分或者甚至是相鄰基材或其他部分可以形成這樣的密封體。裝置可以設(shè)置成通過沉積頭1的前驅(qū)體排出部6來從腔內(nèi)排出前驅(qū)體氣體以大體上防止前驅(qū)體氣體從腔內(nèi)逸出。應(yīng)清楚地是，承載供應(yīng)部可以設(shè)置為與腔間隔一定距離。該腔可能夠在腔內(nèi)施加與氣體承載層中的工藝條件不同的工藝條件。優(yōu)選地，前驅(qū)體源4和4.1和/或前驅(qū)體排出部6分別位于在腔29和29.1中。
[0052]腔29和腔29.1的深度D2-D1可被限定為在基材9和注入頭的具有承載氣體注入件8和前驅(qū)體源的輸出面之間的局部增加的距離。深度D2減去D1可以在10到500微米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在10到100微米的范圍內(nèi)。
[0053]流動限制表面11可以由包括承載氣體注入件8的凸出部分110形成。在使用中，氣體承載層例如形成在表面5和氣體限制表面11之間。在前驅(qū)體排出部30之間的距離C1的范圍典型地為1到10毫米，其也是沉積空間2、3的典型寬度。氣體承載層的典型的厚度(如D1所示)可在3到15微米的范圍內(nèi)。但是，為了適應(yīng)各種表面平整度，例如，承載間隙可大于15微米，延伸到更大的尺寸，例如，高達70微米。凸起部分110的典型的寬度C2可在1到30毫米的范圍內(nèi)。在基材9的平面之外的沉積空間2的典型的厚度D2可在3到300微米的范圍內(nèi)。
[0054]這使得工藝設(shè)定的效率更高。結(jié)果，例如從源4和4.1的任意一個注入到沉積空間2的前驅(qū)體體積流速可大于氣體承載層中的承載氣體的體積流速，然而，注入前驅(qū)體氣體所需的壓力可小于將承載氣體注入氣體承載層所需的壓力。因此可以理解地是，在基材表面外的平面上測量時，氣體承載層7的厚度D1可大體上小于沉積空間2的厚度D2。
[0055]在5 X 1(Γ4到2 X l(T3m3/s每米通道寬度的典型流速，和L = 5mm的典型距離，例如，等于從前驅(qū)體源到前驅(qū)體排出部的距離的情況下，通道厚度D。，例如沉積空間2的厚度仏應(yīng)該優(yōu)選地大于25-40 μ m。但是，氣體承載功能優(yōu)選地要求從前驅(qū)體注入頭到基材的更小的距離，典型地為約5 μ m,以達到關(guān)于剛度和氣體分隔的重要要求，并且以最小化所需的承載氣體的量。沉積空間2的厚度D2為5 μ m，但是在上述的工藝條件下，可導(dǎo)致不能接受的?20巴的高壓降。因此，優(yōu)選地需要設(shè)計具有不同厚度(即，厚度DJ的氣體承載層和不同厚度(即，厚度D2)的沉積空間的裝置的設(shè)計。對于平基材，例如晶片或者含有大量的低縱橫比(即，淺)的溝槽8的晶片，溝槽8的縱橫比A(溝槽寬度除以溝槽深度)彡10，工藝速度取決于前驅(qū)體流速(kg/s):前驅(qū)體流動速率越高，飽和時間越短。
[0056]對于含有大量A彡50的高縱橫比(即深且窄)的溝槽的晶片來說，工藝速度取決于前驅(qū)體流速和前驅(qū)體分壓。在兩種情況中，工藝速度大體上獨立于沉積空間2內(nèi)的總壓力。雖然工藝速度可以(幾乎)獨立于沉積空間2內(nèi)的總壓力，但是沉積空間2內(nèi)的總壓力接近大氣壓是有利的，這是由于以下幾個原因:
[0057]1.在低于大氣壓下，在沉積空間2內(nèi)的氣體速度Vg需要增加，這會導(dǎo)致不希望的沿著沉積空間2的高壓降。
[0058]2.在較低壓力下，氣體速度\的增加會導(dǎo)致氣體在沉積空間2內(nèi)更短的停留時間，這對產(chǎn)率有負(fù)面影響。
[0059]3.在較低壓力下，抑制前驅(qū)體從沉積空間2經(jīng)氣體承載層泄露不太有效。
[0060]4.在較低壓力下，可需要昂貴的真空泵。
[0061]在沉積空間2中的氣體速度Vg的下限值可以由基材的橫動速度Vs來決定:通常，為了防止沉積空間2內(nèi)的非對稱流動行為，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)滿足以下條件:
[0062]Vg > > Vs
[0063]該條件給反應(yīng)空間3的厚度D、D2提供了優(yōu)選的上限值。通過達到上述條件中的至少一個，優(yōu)選地全部條件，可獲得用于在平的晶片上進行快速連續(xù)ALD以及用于含有大量高縱橫比溝槽的晶片的ALD沉積系統(tǒng)。
[0064]因此，在使用中，在沉積空間2中的總氣體壓力可與附加沉積空間3中的總氣體壓力不同。沉積空間2中的總氣體壓力和/或附加沉積空間3中的總氣體壓力可在0.2到3巴的范圍內(nèi)，例如0.5巴或者2巴或甚至低達10毫巴，特別地，在0.01巴到3巴的范圍內(nèi)?？梢曰谇膀?qū)體的性質(zhì)例如前驅(qū)體的揮發(fā)性來選擇這些壓力值。此外，該裝置可以設(shè)置成平衡承載氣體壓力和沉積空間中的總氣體壓力，以最小化前驅(qū)體氣體到沉積空間外的流動。
[0065]圖4顯示了另一個實施方式的示意性平面圖。這里，僅以平面圖的方式示意性地描述了注入頭1的上部分la。該注入頭la包括沉積空間2、3的分別用于前驅(qū)體和反應(yīng)劑的交替的縫，每一個分別由氣體承載/流動障礙7而界定。
[0066]在另一個實施方式中，注入頭I適于從第三前驅(qū)體源向沉積空間2.2，第三沉積空間內(nèi)提供與第一和第二前驅(qū)體氣體不同的第三前驅(qū)體氣體，所述第三沉積空間設(shè)置在任一個注入頭裝置中并且通過限制氣體幕而與第一沉積空間或第二沉積空間間隔開以提供摻雜的層疊層。
[0067]摻雜層的使用對于許多應(yīng)用是有利的，例如透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的光電探測器和LED。除了這些使用之外，還可以通過Al2O3將摻雜層用于表面鈍化。例如，當(dāng)使用另一種金屬對ZnO摻雜時，使用ZnO(其可以使用ALD來沉積)作為基材材料是非常有用。使用TCO和Ti摻雜的Al2O3對于高效率的太陽能電池是特別有利的。TCO可以用作前側(cè)觸點以作為的金屬觸點的替代從而避免陰影，并且Al2O3-T12偽二元合金已知為用于鈍化P-型Si表面。這種摻雜材料可例如通過CVD進行直線式沉積并且具有較寬的摻雜濃度水平，導(dǎo)致化學(xué)計量學(xué)并且因此這些層的性質(zhì)的高精度控制。作為替代地，對于單個沉積空間2的前驅(qū)體流可控制地在兩種前驅(qū)體氣體之間切換從而可實現(xiàn)可控制的摻雜水平。
[0068]可以看到將基材被從導(dǎo)入?yún)^(qū)域15載入注入頭I活動的工作區(qū)域16中。工作區(qū)域16與導(dǎo)入?yún)^(qū)域15相鄰并且與輸送平面對齊，從而可以容易地在區(qū)域15、16之間輸送基材?？梢蕴峁╊~外的導(dǎo)出區(qū)域17。取決于工藝步驟，導(dǎo)入和導(dǎo)出可以互換或交替。因此，可以沿著兩個區(qū)域15、17之間的中心線往復(fù)地移動基材9并穿過工作區(qū)域16。
[0069]在所示的實施方式中，輸送系統(tǒng)具有成對的氣體進口 181和氣體出口 182，其朝向輸送平面并且提供了沿著輸送平面從出口 182朝向進口 181流束183。為了清晰起見，在圖中僅標(biāo)出了一對。設(shè)置了氣體流動控制系統(tǒng)以提供沿輸送平面的氣體承載壓力和氣流183，以通過控制氣流而提供基材9的沿著輸送平面沿著中心線穿過工作區(qū)域16的運動。
[0070]圖5顯示了另一個實施方式的示意性的側(cè)視圖。參照之前的附圖。特別地，顯示了導(dǎo)入?yún)^(qū)域15、工作區(qū)域16和導(dǎo)出區(qū)域17。工作區(qū)域由注入頭裝置1、頭部分Ia和Ib形成。在導(dǎo)入?yún)^(qū)域和導(dǎo)出區(qū)域中，提供了運輸件或驅(qū)動部分18以沿著輸送平面輸送基材9，如方向R所示。根據(jù)一個實施方式，導(dǎo)入?yún)^(qū)域15包括面向輸送平面的傾斜的壁部分19。驅(qū)動部分18包括運輸件(未示出)，該運輸件設(shè)置成提供基材和注入頭沿基材平面的相對運動，以形成基材沿其而輸送的輸送平面。導(dǎo)入?yún)^(qū)域15包括相對于與基材9 一致的輸送平面對稱式設(shè)置的傾斜的壁部分。傾斜的壁部分19形成并構(gòu)造成在基材9上方在第一輸送方向P中將工作高度Dx朝向驅(qū)動區(qū)域18從約100-200微米減小到30-100微米，優(yōu)選地約50微米的減小的工作高度，形成最小的間隙距離Dy。
[0071]在基材表面外的平面中的運動可有助于限定被注入的前驅(qū)體氣體。氣體承載層允許注入頭緊密地接近基材表面和/或基材保持件，例如在50微米內(nèi)或15微米內(nèi)，例如在3到10微米的范圍內(nèi)，例如5微米。注入頭到基材表面和/或基材保持件的緊密接近能將前驅(qū)體氣體限制在沉積空間內(nèi)，這是由于前驅(qū)體氣體因緊密接近而很難從沉積空間中逸出。在使用中界定了沉積空間的基材表面可以使注入頭緊密靠近基材表面。優(yōu)選地，在使用中基材表面不與注入頭機械接觸。這種接觸可容易損傷基材。
[0072]可選地，前驅(qū)體源形成氣體注入件。但是，在一個實施方式中，氣體注入件由用于形成氣體承載層的承載氣體注入件形成，該承載氣體注入件與前驅(qū)體源是間隔開的。設(shè)置這種分開的用于承載氣體的注入頭能夠與其他氣體壓力、如沉積空間中的前驅(qū)體氣體壓力分開來地控制氣體承載層中的壓力。例如在使用中，前驅(qū)體氣體壓力可以低于氣體承載層的壓力。可選地，前驅(qū)體氣體壓力低于大氣壓，例如在0.01毫巴到100毫巴的范圍內(nèi)，可選地在0.1到1毫巴的范圍內(nèi)。發(fā)明人所進行的數(shù)值模擬顯示了后一范圍內(nèi)可以獲得快速的沉積過程。例如當(dāng)化學(xué)動力學(xué)方面相對較快時，對于平坦的基材來說沉積時間典型地可以為10微秒，對于有溝槽的基材來說可以為20微秒。在沉積空間內(nèi)的總氣體壓力典型地可以是10毫巴。前驅(qū)體氣體壓力可基于前驅(qū)體的性質(zhì)，例如前驅(qū)體的揮發(fā)性來選擇。在大氣壓之下，特別地在0.01毫巴到100毫巴的范圍內(nèi)的前驅(qū)體氣體壓力導(dǎo)致能夠使用寬范圍的前驅(qū)體，特別地使用具有寬范圍的揮發(fā)性的前驅(qū)體。
[0073]由于注入頭朝向基材表面的緊密靠近，氣體承載層在使用中典型地表現(xiàn)出了氣體承載層中的壓力激增。例如在使用中，若其他條件不變，當(dāng)注入頭運動成兩倍地接近基材，例如從距離基材表面50微米的位置運動到距離基材表面25微米的位置時，氣體承載層中的壓力至少翻兩倍，例如典型地增加八倍。優(yōu)選地，在使用中，氣體承載層的剛度在103到101°牛頓每米之間，但是也可以在此范圍以外。這種高氣體壓力例如可在1.2到20巴的范圍內(nèi)，特別地在3到8巴的范圍內(nèi)。通常來說，更強的流動障礙導(dǎo)致更高的高壓力。高的前驅(qū)體氣體壓力增加了前驅(qū)體氣體在基材表面上的沉積速度。由于前驅(qū)體氣體的沉積經(jīng)常形成原子層沉積的重要的速度限制工藝步驟，因此本實施方式允許提高原子層沉積的速度。例如在實踐中經(jīng)常會發(fā)生的將該裝置用于建立包括多個原子層的結(jié)構(gòu)的情況下，工藝的速度是重要的。速度的提高提升了可以以成本效益合算的方式通過原子層沉積所實施的結(jié)構(gòu)的最大層厚度，例如從10納米到高于10納米的值，例如在從20到50納米的范圍內(nèi)，或者甚至典型地為1000納米或者更大，這取決于工藝循環(huán)的次數(shù)，可以在幾分鐘或者幾秒內(nèi)真實可行。作為非限制性的指示，生產(chǎn)速度可為約幾納米每秒。因此該裝置使原子層沉積能用于新的應(yīng)用，例如在箔系統(tǒng)中提供障礙層。一個例子是用于支撐在基材上的有機LED的氣體障礙層。因此，可以通過提供根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的ALD生產(chǎn)的障礙層可生產(chǎn)已知對氧氣和水非常敏感的有機LED?？缮a(chǎn)的典型障礙層包括硅氧化物S1x層、鈦氧化物T1x層、招氧化物AlOx層、娃氮化物SiNx層、娃碳化物SiCx層、無定形娃a_Si和氮化鈦TiN層。這些層可具有多種功能:鈍化、(防)反射或阻礙擴散，例如阻礙銅擴散到硅中。
[0074]在一個實施方式中，裝置設(shè)置成在注入頭上沿著方向P施加指向基材表面的預(yù)應(yīng)力。氣體注入頭可以設(shè)置成通過控制氣體承載層中的壓力來抵消預(yù)應(yīng)力。在使用中，預(yù)應(yīng)力提高了氣體承載層的剛度。這種提高的剛度減小了所不希望的在基材表面的平面之外的運動。結(jié)果，可以操作注入頭以更加接近基材表面，而不接觸基材表面。
[0075]作為替換或附加，預(yù)應(yīng)力可通過磁力方式形成，和/或通過將重物加到用于產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的注入頭上以重力方式來形成。作為替換或附加，預(yù)應(yīng)力可以通過彈簧或者其他彈性元件來形成。
[0076]在一個實施方式中，前驅(qū)體源設(shè)置為使得前驅(qū)體氣體在橫向于沉積空間的縱向方向中流動。在一個實施方式中，前驅(qū)體源通過至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫形成，其中沉積空間的縱向方向定向成沿著至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫。優(yōu)選地，注入頭設(shè)置為使得前驅(qū)體氣體在橫向于該至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫的縱向方向中流動。這使得前驅(qū)體氣體的濃度沿著供應(yīng)縫大體上恒定，這是因為不會由于前驅(qū)體氣體吸附在基材表面上而建立起濃度梯度。優(yōu)選地，前驅(qū)體氣體的濃度選擇為稍高于原子層沉積所需的最低濃度。這有利于前驅(qū)體氣體的有效使用。優(yōu)選地，在基材表面的平面中的沉積空間和基材之間的相對運動橫向于至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫的縱向。因此，將前驅(qū)體排出部提供為與前驅(qū)體源相鄰，以限定與基材的輸送方向?qū)R的前驅(qū)體氣體流動。
[0077]在一個實施方式中，氣體承載層形成了限制結(jié)構(gòu)，特別是流動障礙。在本實施方式中，外部流動路徑可至少部分地與氣體承載層連通。由于氣體承載層形成了相當(dāng)有效的限制結(jié)構(gòu)和/或流動障礙，因而可防止前驅(qū)體氣體經(jīng)外部流動路徑的損失。
[0078]在一個實施方式中，流動障礙由限制氣體幕和/或外部流動路徑中的限制氣體壓力形成。這形成了用于形成流動障礙的可靠的多用的選擇。形成限制氣體幕和/或壓力的氣體也可形成氣體承載層的至少一部分。作為替換或附加，流動障礙由與注入頭相連的流體結(jié)構(gòu)形成。優(yōu)選地，這種流體結(jié)構(gòu)由可以承受高達80°C、200°C、40(rC和600°C中的一個溫度的流體制成。這種流體是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0079]在一個實施方式中，流動障礙由注入頭和基材表面之間的、和/或注入頭和從基材表面中沿基材表面的平面延伸的表面之間的流動間隙形成，其中流動間隙沿著外部流動路徑的厚度和長度適于與所注入的前驅(qū)體氣體的體積流速相比顯著地阻擋前驅(qū)體氣體沿著外部流動路徑的體積流速。優(yōu)選地，流動間隙形成了外部流動路徑的至少一部分。優(yōu)選地，流動間隙的厚度由氣體承載層決定。雖然在本實施方式中，少量的前驅(qū)體氣體會沿著外部流動路徑從沉積空間中流出，但是其實現(xiàn)了相對簡單但有效的用于形成流動障礙的選擇。
[0080]在一個實施方式中，沉積空間在基材表面的平面上具有狹長的形狀。沉積空間的橫向于基材表面的尺寸可顯著地，例如至少5倍或至少50倍地小于積空間在基材表面的平面中的一個或多個尺寸。狹長的形狀可以是平的或彎的。這種狹長的形狀減少需注入到沉積空間內(nèi)的前驅(qū)體氣體的體積，因此提高了注入氣體的效率。這也使得能在更短的時間內(nèi)填充和排空沉積空間，因此提高了整個原子層沉積過程的速度。
[0081]在一個實施方式中，裝置的沉積空間由在基材表面和注入頭之間的沉積間隙形成，其優(yōu)選地具有小于50微米，更優(yōu)選地小于15微米，例如約3微米的最小厚度。流動間隙可以具有類似的尺寸。具有小于50微米的最小厚度的沉積空間實現(xiàn)了相對窄的間隙，導(dǎo)致了前驅(qū)體氣體的相當(dāng)高效的使用，與此同時避免了對沉積系統(tǒng)在基材表面之外的平面偏差(其建立了沉積空間和基材之間的在基材表面的平面中的相對運動)上施加嚴(yán)格的條件。這樣，沉積系統(tǒng)的成本可更低。沉積間隙地小于15微米的最小厚度進一步提高了前驅(qū)體氣體的使用效率。
[0082]氣體承載層使得流動間隙和/或沉積間隙相對小，例如具有小于50微米或小于15微米的最小厚度，例如約10微米，或者甚至接近3微米。
[0083]在一個實施方式中，注入頭還包括前驅(qū)體排出部，并設(shè)置為將前驅(qū)體氣體從前驅(qū)體源經(jīng)沉積空間注入到前驅(qū)體排出部。前驅(qū)體排出部的存在提供了沉積空間連續(xù)流的可能性。在連續(xù)流中，可省略用于調(diào)整前驅(qū)體氣體的流動的高速閥。優(yōu)選地在裝置使用期間，從前驅(qū)體排出部到前驅(qū)體源的距離是固定的。優(yōu)選地，在使用中，前驅(qū)體排出部和前驅(qū)體源兩者均面向基材表面。前驅(qū)體排出部和/或前驅(qū)體源可分別通過前驅(qū)體排出部開口和/或前驅(qū)體源開口形成。
[0084]在一個實施例中，前驅(qū)體排出部由至少一個前驅(qū)體排出縫形成。該至少一個前驅(qū)體排出縫和/或至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫可包括多個開口，或可包括至少一個狹縫。使用縫能實現(xiàn)在相對大的基材表面上的有效的原子層沉積，或同時在多個基材上的原子層沉積，因此提高了裝置的生產(chǎn)能力。優(yōu)選地從至少一個前驅(qū)體排出縫到至少一個前驅(qū)體供應(yīng)縫的距離顯著地小于，例如五倍以上地小于前驅(qū)體供應(yīng)縫和/或前驅(qū)體排出縫的長度。這有助于前驅(qū)體氣體的濃度沿沉積空間大體穩(wěn)定。
[0085]在一個實施方式中，裝置包括設(shè)置可在基材表面的平面中移動基材的對卷式系統(tǒng)，該裝置設(shè)置成可在沉積空間和基材之間在基材表面的平面中提供相對移動。本實施例具有該裝置的一般優(yōu)點，即可以省略掉圍繞注入頭周圍的用以在其中形成真空的封閉殼體，以及可選地還可省略用于使基材進入封閉殼體而不破壞其中的真空的裝載鎖。對卷式系統(tǒng)優(yōu)選地形成了定位系統(tǒng)。
[0086]根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供了線性系統(tǒng)，其中基材載體通過空氣承載部而方便地提供。這提供了容易和可預(yù)測的可成比例和連續(xù)地操作的基材運動。
[0087]前驅(qū)體氣體例如可包括氯化鉿(HfCl4)，但也可包括另一種類型的前驅(qū)體材料，例如四-(乙基-甲基-氨基)鉿或TMA-三甲基鋁(A1(CH3)3)。其他的前驅(qū)體氣體可為二乙基鋅(DEZ)、H20、四氯化硅(SiCl4)、臭氧(03)和四乙氧基硅烷(TE0S)?？蓪⑶膀?qū)體氣體與載氣，例如氮氣或氬氣一同注入。前驅(qū)體氣體在載氣中的濃度典型地可在0.01到1體積％的范圍內(nèi)。在使用中，在沉積空間2內(nèi)的前驅(qū)體氣體壓力可典型地在0.1到1毫巴的范圍內(nèi)，但是也可以接近大氣壓，或者甚至明顯高于大氣壓。注入頭還可以具有加熱器用以在沉積空間2內(nèi)建立高溫，例如在130到330°C范圍內(nèi)。
[0088]在使用中，前驅(qū)體氣體沿著外部流動路徑的體積流速的典型值可在500到3000sccm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘)的范圍內(nèi)。
[0089]一般來說，裝置可以設(shè)置成在前驅(qū)體氣體沉積在基材表面4的至少一部分上之后在反應(yīng)空間內(nèi)提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射以及紫外線輻射中的至少一種，以便使前驅(qū)體氣體發(fā)生反應(yīng)。這樣例如可以實現(xiàn)等離子增強的原子層沉積，這對于在低溫下，典型地低于130°C下的工藝可為有利地，以促進在塑料上的ALD工藝，例如在柔性電子件如柔性襯底上的0LED上的應(yīng)用等，或?qū)ζ渌魏螌Ω邷孛舾?典型地，高于130°C )的材料的加工。等離子增強的原子層沉積例如適于沉積高品質(zhì)的低k氧化鋁(A1203)層，例如用于制造半導(dǎo)體產(chǎn)品如芯片或太陽能電池。反應(yīng)氣體包括例如氧化氣體，比如氧氣(02)、臭氧(03)和/ 或水(h2o)。
[0090]在原子層沉積工藝的實施例中可區(qū)分出不同的階段。在第一階段，基材表面暴露在前驅(qū)體氣體，例如四氯化鉿中。如果基材表面4完全由前驅(qū)體氣體分子占據(jù)，通常停止前驅(qū)體氣體的沉積。在第二階段中，使用吹掃氣體來吹掃沉積空間2，和/或使用真空來排凈沉積空間2。這樣可以除去過量的前驅(qū)體分子。吹掃氣體優(yōu)選地相對于前驅(qū)體氣體為惰性。在第三階段中，前驅(qū)體分子暴露在反應(yīng)氣體中，例如氧化劑比如水蒸汽(H20)。通過反應(yīng)物與所沉積的前驅(qū)體分子的反應(yīng)形成了原子層，例如氧化鉿(Hf02)。該材料可以在新一代晶體管中用作柵極氧化層。在第四階段中，吹掃反應(yīng)室以移除過量的反應(yīng)物分子。
[0091]盡管沒有明確表明，但是根據(jù)一個實施方式的任意裝置可以具有在其他實施方式的裝置中的特征。
[0092]本發(fā)明不限于這里所描述的任何實施方式，并且在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)可以進行改進，這被認(rèn)為屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)中。例如，本發(fā)明也涉及多個裝置和使用多個裝置進行原子層沉積的方法。
[0093]同樣地，所有運動學(xué)上的相反過程被認(rèn)為被固有地公開并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。用語“優(yōu)選”、“特別”、“典型”等的使用并不意在限制本發(fā)明。不定冠詞“一”或“一個”并不排除復(fù)數(shù)。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施方式中的裝置可具有多個注入頭。還應(yīng)該理解地是，用語“相對運動”和“相對移動”可交換使用。可將所公開的實施方式的方面合適地與其他實施方式結(jié)合且同視為公開。未明確或具體描述或聲明的特征可額外地包括在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)內(nèi)而不偏離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材的方法，包括步驟: a)提供包括氣體承載壓力器件的注入頭裝置； b)從所述氣體承載壓力器件朝向基材的相對的表面注入承載氣體，以在所述注入頭裝置中在輸送平面內(nèi)使基材無支撐地平衡；以及重復(fù)進行以下步驟: c)分別使用來自第一前驅(qū)體源的第一前驅(qū)體氣體和來自第二前驅(qū)體源的第二前驅(qū)體氣體與基材的相對的表面接觸，第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體供應(yīng)到設(shè)置為相對和朝向基材的相應(yīng)側(cè)面的第一沉積空間和第二沉積空間內(nèi)； d)在輸送平面內(nèi)建立在沉積空間和基材之間的相對運動，以將基材輸送到設(shè)置在注入頭裝置內(nèi)的相對和面向基材的相應(yīng)側(cè)面的反應(yīng)空間中；以及 e)在任一個反應(yīng)空間或在兩個反應(yīng)空間中提供反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和/或紫外線輻射中的至少一種用以在所述基材表面的至少一部分上沉積之后使所述第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體中的任一個反應(yīng)，以在所述基材表面的每一個相對的側(cè)面上獲得原子層； f)其中，在至少一次重復(fù)中在基材的相對表面上同時供應(yīng)第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，在與停止第二前驅(qū)體氣體的供應(yīng)的不同的時刻停止第一前驅(qū)體氣體的供應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，對于第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體而言，多個沉積空間是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，所述第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體相對于彼此為化學(xué)惰性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，所述第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體包括含有鋁、鋅或鈦中的一種的金屬有機材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，還包括從第三前驅(qū)體源向第三沉積空間供應(yīng)與第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體不同的第三前驅(qū)體氣體的步驟，所述第三沉積空間設(shè)置在任一個注入頭裝置中并且通過限制氣體幕與所述第一沉積空間和第二沉積空間間隔開，以提供摻雜的層疊層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)層疊基材的方法，其特征在于，由第一前驅(qū)體氣體生產(chǎn)的層疊的尺寸與由第二前驅(qū)體氣體生產(chǎn)的層疊的尺寸不同。
8.一種用于生產(chǎn)具有層疊沉積層的基材的裝置，包括: 注入頭裝置，其包括: 與第一前驅(qū)體氣體源和第二前驅(qū)體氣體源相連的第一沉積空間和第二沉積空間；在使用中，所述第一沉積空間和第二沉積空間設(shè)置成相對和面向基材的相應(yīng)側(cè)面，并且設(shè)置成使來自第一前驅(qū)體源的第一前驅(qū)體氣體接觸基材表面，使來自第二前驅(qū)體源的第二前驅(qū)體氣體接觸基材表面；在使用中，所述第一沉積空間和第二沉積空間由所述注入頭和所述基材表面而界定； 相對設(shè)置的并且在使用中分別面向基材的相應(yīng)側(cè)面的第一反應(yīng)空間和第二反應(yīng)室，其設(shè)置成使基材的任一表面與反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和紫外線輻射中的至少一種相接觸，用以在基材表面的至少一部分上沉積前驅(qū)體氣體之后反應(yīng)所述前驅(qū)體；在使用中，所述第一反應(yīng)空間和第二反應(yīng)空間由所述基材表面而界定；以及 氣體承載壓力器件，其設(shè)置成在所述注入頭和所述基材表面之間注入承載氣體，使得在所述的印刷頭裝置中通過所述氣體承載壓力器件來使所述基材無支撐地平衡； 壓力控制系統(tǒng)，其設(shè)置成選擇性地使第一前驅(qū)體源和第二前驅(qū)體源中的任意一個向所述第一沉積空間和第二沉積空間供應(yīng)，并且選擇性地將反應(yīng)氣體、等離子體、激光致輻射和/或紫外線輻射中的任意一種供應(yīng)給任一個或兩個反應(yīng)空間；其中，所述壓力控制系統(tǒng)還設(shè)置成在至少一次重復(fù)中在基材相對表面上同時供應(yīng)第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體； 輸送系統(tǒng)，其設(shè)置成提供在基材和注入頭之間的沿著基材平面的相對移動以形成輸送平面，所述基材被沿著所述輸送平面在所述第一沉積空間和第二沉積空間以及所述第一反應(yīng)空間和第二反應(yīng)空間之間輸送。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述壓力控制系統(tǒng)設(shè)置成在與停止第二前驅(qū)體氣體的供應(yīng)的不同的時刻停止第一前驅(qū)體氣體的供應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，對于第一前驅(qū)體氣體和第二前驅(qū)體氣體而言，多個沉積空間是不同的。
【文檔編號】C23C16/458GK104395499SQ201380029105
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月3日
【發(fā)明者】羅杰·馬賽厄斯·威廉·格特澤恩, 塞巴斯蒂安·安東尼厄斯·弗朗西斯庫斯·戴爾利森, 約瑟夫·阿德里亞努斯·瑪麗亞·德斯瓦特, 阿德里亞努斯·約翰尼斯·彼得魯斯·瑪麗亞·維梅爾 申請人:索雷特克有限公司