專利名稱：高效外延化學氣相沉積(cvd)反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及外延沉積。更具體地說，本公開涉及硅或其它半導體材料的外延沉積。
背景技術(shù)：
單晶硅是光電應用中占主導地位的材料。單晶硅太陽能電池的高效率以及材料的豐富性吸引了連續(xù)不斷的使用和改進。但是晶體硅材料高的加工成本限制了這些太陽能模塊的廣泛使用。目前，“晶片”(wafering)硅或晶化硅和切割晶片的成本占成品太陽能電池的約40%。如果可能有更直接的制備晶片的方法，那么太陽能電池的成本的降低可取得很大的進展。現(xiàn)在有各種不同的使單晶硅生長和釋放或轉(zhuǎn)移已生長晶片的方法。但不管方法如何，采用的都是外延沉積工藝的成本較低的。人們最初發(fā)展硅外延(印i)沉積用于半導體工業(yè)。半導體工業(yè)在膜性能和成本方面的要求與太陽能領(lǐng)域的要求幾乎是對立的兩極。例如，半導體印i膜厚度通常小于 5口!11(14111=10_6米)。為了達到太陽能工業(yè)中的經(jīng)濟性，每瓦特硅的成本必須保持在$0. 25/ 瓦特或大約$1. 00/晶片(假設(shè)電池4瓦特)。用于印i的前體化合物主要是三氯甲硅烷(TCS)，不過也可以使用更薄的硅烷 (SiH4)膜。每種化合物的外延淀積對設(shè)備結(jié)構(gòu)及處理條件都有特殊的要求和需要?；诘统杀竞拓S富度的要求，TCS是太陽能工業(yè)首選的化合物。本公開內(nèi)容將主要針對TCS進行描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到其對硅烷和其它前體化合物的應用。為了達到太陽能應用需要的經(jīng)濟性，人們研究了工藝成本模型以確定和優(yōu)化設(shè)備的性能。三類成本構(gòu)成了總成本圖固定成本(FC)、經(jīng)常成本(RC)和產(chǎn)量成本(YC) (yield cost)。FC由設(shè)備采購價格、安裝成本和機器人或自動化成本等項目構(gòu)成。RC大部分由電、 氣、化合物、操作薪金和維護技師支持構(gòu)成。YC可理解為生產(chǎn)過程中損失部分的總價值。為控制太陽能領(lǐng)域所要求的所得到(CoO)數(shù)目，必須優(yōu)化成本圖的所有方面。低成本工藝的特征是(按優(yōu)先的順序)1)高生產(chǎn)率，2)高產(chǎn)量，3)低RC以及4)低FC。設(shè)計高生產(chǎn)率設(shè)備需要對工藝要求具有良好的理解并將這些要求反應在結(jié)構(gòu)中。 高產(chǎn)量需要穩(wěn)定的工藝和可靠的設(shè)備。低RC在成本模型中證明是主要的組成?；诶绠?shù)仉娏Τ杀净虼笞诨衔锟色@得性，RC會影響工廠地址的選擇。FC盡管重要，但是其重要性被設(shè)備生產(chǎn)率沖淡了。綜上所述，低成本太陽能電池的生產(chǎn)的關(guān)鍵在于高生產(chǎn)率、可靠、高效的反應器。 發(fā)明內(nèi)容
因此，本公開的目的是提供一種CVD反應器，其具有改進的化合物利用率和高產(chǎn)量，并因此降低了成本，提高了效率。實現(xiàn)低RC需要有效利用化合物。在致力使用較大部分的TCS時，本公開將描述較長的沉積區(qū)域。設(shè)置較長的沉積區(qū)域可使較高比例的TCS沉積。以這種方式，可實現(xiàn)化合物的更高的利用率。通過選擇最佳參數(shù)(化合物濃度、氣體速度、反應維數(shù)等)，可優(yōu)化生產(chǎn)率和化合物利用率。本公開的另一個目的是最小化表面而非晶片上的沉積，這對有效化合物利用率也是很重要的。本公開的反應器具有高的晶片面積/反應器表面積比率，這可以使附加損失最小化。本公開主題的這些和其它優(yōu)點，以及其他的新特征將通過本文提供的描述變得顯而易見。本發(fā)明內(nèi)容并不用于總括本發(fā)明的主題，而是簡要概述一些本發(fā)明主題的功能性。 通過研究下面的附圖和具體實施方式
后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解本文提供的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點。本說明書包括的所有這種其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點均落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。


將具體實施方式
與附圖結(jié)合，本公開主題的特征、性質(zhì)和優(yōu)點將變得更加清楚，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的特征，其中
圖1顯示了晶片基座(SUS(^ptor)實施方案的俯視圖； 圖2A和2B分布顯示了晶片基座實施方案的側(cè)視圖和放大側(cè)視圖； 圖3顯示了具有兩套晶片基座的反應器的實施方案的側(cè)視圖； 圖4顯示了分批堆棧反應器(BSR)實施方案的俯視圖5A和5B分別顯示了雙側(cè)沉積(DSD)基座設(shè)置實施方案的側(cè)視圖和放大的側(cè)視圖； 圖6顯示了包括基座陣列的實施方案的俯視圖； 圖7顯示了雙側(cè)沉積反應器實施方案的側(cè)視圖。
具體實施例方式盡管本公開參考具體的實施方案進行描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要進行不必要的實驗就可以將本文的原理應用到其它地方和/或?qū)嵤┓桨钢?。本公開所指“模板”可視為與“晶片”等同。在本公開的一個實施方案中，在外延附生后，模板可重復使用，用來生長和釋放晶硅片。但是外延沉積后模板或晶片的使用在本公開范圍以外。在不違背本公開精神的情況下，技術(shù)人員應該明白所述模板可以進行的很多的應用。本公開反應器的創(chuàng)新方面在于晶片基座的設(shè)置(晶片是利用其吸收電磁能量并將該能量以熱的形式傳遞給晶片的能力的材料)。雖然基座可經(jīng)電磁加熱，但是燈具和電阻加熱也是有效的。本公開的基座可以是堆疊式的，但是它們不依靠堆疊來提供整體反應器的“構(gòu)件模塊”(building blocks)。本公開的反應器可以是或不是耗盡型(d印letion mode)反應器(DMR)?！昂谋M型”是指沿氣流方向消耗或利用化合物。如圖1所示，該方向可以是相反的，以從一端到另一端使膜的厚度平均。在方向為非反向的實施方案中，可以防止較多化合物沉積在最接近源端口區(qū)域中。在前向流動(即從左到右)模式中，端口 10包括源端口， 端口 12包括排放端口 ；在反向流動模式中，與上述相反。由于該種原因，端口 10可稱為“源 /排放端口 10”，端口 12可稱為“排放/源端口 12”。圖1、2A和2B分別顯示了相同基座設(shè)置的不同視圖俯視圖、側(cè)視圖和細節(jié)側(cè)視圖。如圖2A和2B所示，端口 10和12的設(shè)計適合用于本公開的具有可堆疊性質(zhì)的晶片基座。圖1、2A和2B中顯示了擋板通道15。這些擋板通道包括TCS或其它種類化合物流過的部分路徑。僅在圖1中顯示的針孔16在外延沉積過程中用于模板提升。在這些圖中，所示的模板20 (在圖2B中顯示)插入插袋18 (在圖1中顯示)中。在不違背本發(fā)明精神的情況下，技術(shù)人員可改變所示反應器的各種維數(shù)。在該示范性實施方案中，插袋18的厚度為大約6 mm，整個組件的長度為大約50 cm。端口 10和12的直徑大約為15 mm。圖3顯示了反應器30，其包括兩套堆疊的基座板，與前面三幅附圖中顯示的基板類似。圖3的反應器為耗盡型反應器。反應器30包括源/消耗端口 40和消耗/源端口 42。反應器30的主體(maid body) 封閉在石英罩35內(nèi)。如所顯示，反應器30使用燈具36來加熱基座板。在TCS與氫氣反應(或還原)過程中產(chǎn)生鹽酸(HCl氣體)。事實上，如果反應加入額外的壓并能夠在較長的區(qū)域或時間上擴展，HCl的濃度會繼續(xù)上升超過反應抑制點并開始蝕刻硅模板。而這通常是要避免的狀態(tài)，但是硅的蝕刻可用來清理下游消耗通道。在效果上，通過建立足夠的HCl水平，可以以自維護模式通過使產(chǎn)生的HCl氣體蝕刻不需要的沉積硅操作本公開的反應器。圖4顯示了反應器50，其為本公開的分批堆棧反應器(BSR)的一個實施方案。在結(jié)構(gòu)上，基座板堆疊以增加分批負載至幾百個晶片(在某些實施方案中)。通過用H2氣體沖洗基座外部，保護石英鐘罩免于硅沉積。大多數(shù)已知的鐘罩反應器都不能免受TCS的作用并且需要周期性的清理HCl以除去不需要的沉積硅。該過程會中斷生產(chǎn)，從而對每片晶片 (即CoO)的成本造成不利影響。石英鐘罩52包圍反應器50。在所示實施方案中，反應器50包括用于TCS和H2的獨立端口(盡管這不是本公開的必要特征)；在其它實施方案中，TCS和H2可以預混合，并通過相同的端口進料。如圖所示，H2源/消耗端口 M和TCS源/消耗端口 55在反應器的一端，H2消耗/源端口 56和TCS消耗/源端口 57在另一端。僅在作為源端口時，這些端口有差別。當利用給定端口的抽氣能力時，其可以排放出已在反應器內(nèi)混合的氣體。當氣體在合適溫度下混合時，吐能夠還原TCS。圖4顯示了分離前體直到每個基座處于使用的點的設(shè)置。該方法還可以擴大化合物的利用率并延長運行時間，有利于進一步提高CoO。在圖5A和5B所示的設(shè)置中，每塊模板的兩側(cè)均暴露于工業(yè)氣體中。該特征可以使兩側(cè)均發(fā)生沉積，這具有增加化合物利用率和降低每片晶片的epi成本的綜合效果。圖5A和5B所示的基座使用時大致類似于圖2A和2B中所示的那些，并且可以并入不同類型的反應器構(gòu)造中。雙側(cè)基座是可堆疊的(如圖3實施方案所示)，但是它們也可如圖6所示設(shè)置成矩陣。
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圖7顯示了使用圖5A和5B雙側(cè)基座的耗盡型反應器的側(cè)視圖。其結(jié)構(gòu)大致類似于圖3所示的反應器，除了堆疊的基座由雙側(cè)基座取代。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，除了上述那些特定的實施例，公開的實施方案與各種領(lǐng)域相關(guān)。特別是，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要進行不必要的實驗就可以將任何公開的基座放入任何公開的反應器設(shè)置中。前面示范性實施方案的描述用于使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或使用要求保護的主題。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易的對這些實施方案進行不同改進，并且本文指出的通用原理不需要創(chuàng)新就可應用于其它實施方案中。因此，本公開要求保護的主題并不限制于本文所示的實施方案，而是具有符合本文公開的原理和新特征的最大范圍。本說明書包括的所有這類其它的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點均落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將化合物沉積于晶片上的反應器，所述反應器包括第一端口 ；連接到所述第一端口的第一擋板通道；用于將所述晶片第一表面暴露于所述化合物的晶片插袋，所述晶片插袋連接到所述第一擋板通道；連接到所述晶片插袋的第二擋板通道；以及第二端口 ；其中所述第一端口能夠以供給模式或排氣模式操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，進一步包括加熱燈具。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應器，進一步包括石英罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，進一步包括石英罩。
5.一種用于將化合物沉積于晶片兩個表面上的反應器，所述反應器包括第一端口 ；連接到所述第一端口的第一雙側(cè)擋板通道；用于將所述晶片的所述兩個表面暴露于所述化合物的晶片插袋，所述晶片插袋連接到所述第一雙側(cè)擋板通道；連接到所述晶片插袋的第二雙側(cè)擋板通道；以及第二端口 ；其中所述第一端口能夠以供給模式或排氣模式操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應器，進一步包括加熱燈具。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應器，進一步包括石英罩。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應器，進一步包括石英罩。
9.一種方法，包括步驟將晶片插入晶片插袋； 加熱所述晶片；使化合物沿第一方向流過所述晶片的至少一個表面；以及使所述化合物沿第二方向流過所述晶片的至少一個表面； 其中所述第二方向與所述第一方向不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二方向與所述第一方向相差大約180度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中加熱所述晶片的步驟包括使用加熱燈具。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中加熱所述晶片的步驟包括使用電阻燈具。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述至少一個表面包括至少兩個表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述化合物包括三氯硅烷。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述三氯硅烷還包括氫氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述方法在石英罩內(nèi)部進行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括用氫氣沖洗所述石英罩的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中使所述化合物沿第一方向流過所述晶片的至少一個表面的步驟還包括使所述化合物流動直到化合物基本耗盡。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中使所述化合物沿第二方向流過所述晶片至少一個表面的步驟還包括使所述化合物流動直到化合物基本耗盡。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述方法在多個石英罩同時進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學氣相沉積反應器，其具有改善的化合物利用率和成本效益。本公開的晶片基座可以以堆疊結(jié)構(gòu)用于同時加工多個晶片。本公開的反應器可為逆流耗盡型反應器，其具有均一的膜厚度以及高的化合物利用率。
文檔編號B60R25/02GK102427971SQ201080021690
公開日2012年4月25日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者喬治·卡米安 申請人:速力斯公司