專利名稱：生產半導體層和由單質硒和/或單質硫處理的涂層襯底特別是平面襯底的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于生產半導體層和由單質硒和/或單質硫處理的涂層襯底的方法， 所述涂層襯底包括至少一個導體層、半導體層和/或絕緣層并且特別是平面襯底，其中，設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層的襯底，特別是其中每個襯底均設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層的襯底堆，被插入處理室并且加熱至預定的襯底溫度。
背景技術：
這種類型的方法基本上為公知的，并且例如應用在太陽能電池工業(yè)中的CIS-太陽能電池的生產中。特別地，這種類型的公知方法用于生產I-III-VI連接半導體層、黃銅礦半導體層。由此，為例如具有鉬薄層的襯底如玻璃襯底設置包括銅、鎵和銦的前體金屬薄層，然后在處理室中在提供硒化氫(H2Se)或硫化氫( 的情況下根據預定的溫度曲線進行加熱。在一種變型中，具有鉬薄層的襯底分別設有包括銅、鎵、銦和硒的前體金屬薄層，然后在處理室中在提供硫化氫( 的情況下根據預定的溫度曲線進行加熱。由于前體金屬層與包含在Hje中的硒或包含在吐一中的硫的反應，Cu (In，Ga) ( ，S) 2半導體層或黃銅礦半導體層形成在襯底上。這種處理也稱為硒化或硫化。使用Hje和的問題在于，Hje和不僅購置昂貴，而且它們還是有毒及具高爆炸性的氣體。因此，在CIS太陽能電池的批量生產中，由于這些氣體的高昂成本、使用它們而增加的安全措施以及對必要的排放氣體的凈化所產生的成本，使得這些氣體成為重要的經濟因素。此外，由于這些氣體的毒性及爆炸性，即使在已采取了預防措施的情況下也不應低估使用這些氣體而存在的對生產員工的安全風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供用于生產半導體層、特別是黃銅礦半導體層或半導體層上的緩沖層的更安全、更經濟的方法。為了實現該目的，提出了一種用于生產半導體層和由單質硒和/或單質硫處理的涂層襯底的方法，所述涂層襯底包括至少一個導體層、半導體層和/或絕緣層并且特別是平面襯底，其中，設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層的襯底，特別是其中每個襯底均設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層的襯底堆，被插入處理室并且加熱至預定的襯底溫度；將來自位于處理室的內部和/或外部的源的單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣特別是借助于運載氣體尤其是惰性氣體在低真空條件、環(huán)境壓力條件、或過壓條件下引導經過每一層金屬層和/或包含金屬的層，以使層與硒或硫以目標方式發(fā)生化學反應；用至少一個氣體運送裝置通過強制對流將襯底加熱，和/或用處理室中的至少一個氣體運送裝置通過強制對流將單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣混合并且引導經過襯底，特別是以均勻的方式混合并且引導經過襯底。在本發(fā)明的意義中，要用硒和/或硫處理的金屬層和/或包含金屬的層在以下描述中也作為前體層。金屬層特別地包含鋁、銀、鉬、鋅、鎂、銅、鎵、銦中的一種元素或幾種元素，其中，銅、鎵和/或銦為優(yōu)選的。在本發(fā)明的意義中，包含金屬的層包括i)至少一種金屬例如銦、鋅和/或鎂，以及元素周期表的非金屬元素特別是硫和/或硒，如果必要的話還可以是氯、氧、或氫，和/或 )至少一種金屬例如銦、鋅和/或鎂的化合物，其帶有元素周期表的非金屬元素特別是硫和/或硒，如果必要的話還可以是氯、氧、或氫。包含金屬的層還包括至少一種金屬與至少一種金屬化合物和/或非金屬元素共存的那些實施方式。此外，在本發(fā)明的意義中，包含金屬的層還包括那些沒有純金屬、而只有至少一種金屬化合物存在、如果必要的話與非金屬元素和/或化合物共存的層。在根據本發(fā)明的方法中，設有前體層的至少一個襯底，特別是其中每一個襯底均設有前體層的襯底堆，被插入處理室中并且加熱至預定的襯底溫度。根據本發(fā)明的方法，其特征在于，單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣從位于處理室內部和/或外部的第一源或第二源借助于運載氣體尤其是惰性氣體在低真空條件、環(huán)境壓力條件、或過壓條件下引導經過前體層或每一個前體層，使得所述層與硒或硫以目標方式發(fā)生化學反應。在本文中，處理條件設計為低真空條件，其中，處理壓力的范圍從環(huán)境壓力至Imbar。然而，根據本發(fā)明的方法和根據本發(fā)明的裝置一般也可用在過壓條件下。根據本發(fā)明，與前體層反應所需的硒或與前體層反應所需的硫并不是由Hje或 H2S提供的，而是單質硒蒸氣或單質硫蒸氣，即包含單質硒的蒸氣或包含單質硫的蒸氣。因此，根據本發(fā)明，并不需要使用Hje和吐3。然而，根據本發(fā)明的方法可允許在利用單質硒蒸氣的硒化階段之前、之中或之后，以及利用單質硫蒸氣的硫化階段之前、之中或之后使用 H2Se和/或&S。特別地，在根據本發(fā)明的方法的一個實施方式中，在利用單質硒的硒化階段之前和/或利用單質硒的硒化階段中，特別是溫度在從室溫至350°C的范圍內，優(yōu)選地溫度在從100°C至300°C的范圍內時，可添加Hje和H2S。與Hje和相比，單質硒蒸氣和單質硫蒸氣不僅沒有高毒性也沒有爆炸性，因此可進行顯著的低危險處理，從而不需要復雜且昂貴的安全措施。此外，單質硒蒸氣和單質硫蒸氣易于從例如融化的硒或硫中獲取。因此，根據本發(fā)明的方法可被認為具有顯著更低的經濟成本以及很高的安全度。在以下的權利要求書、說明書及附圖中描述了方法的優(yōu)選實施方式。在一個實施方式中，將氣體運送裝置設置為噴射噴嘴或扇。此外，氣體運送裝置尤其是扇優(yōu)選地布置在襯底堆的一個正面區(qū)域中，和/或附接至在處理室中延伸的驅動軸。要實現硒蒸氣或硫蒸氣的期望蒸氣壓，特別地將第一源優(yōu)選地保持在升高的源溫度下。這里，在單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣經過襯底的任何時刻，優(yōu)選地，源溫度均低于處理室中的溫度，尤其低于最低襯底溫度。因此，在處理室中對于各襯底溫度而言，各襯底溫度下的硒或硫的分壓低于硒或硫的蒸氣壓。因此，避免了硒蒸氣或硫蒸氣在襯底上的冷凝，這對于半導體層的均勻反應是非常重要的。硒蒸氣在襯底上的冷凝例如會導致硒的干燥，以及因此的硒的側向非均勻的層厚分配以及側向非均勻的反應過程。根據本發(fā)明，使用強制對流和/或借助強制對流將硒蒸氣或硫蒸氣引導經過襯底來加熱襯底。當通過強制對流加熱襯底時，整個襯底上的溫度分布是特別均勻的。換句話說，在整個襯底上的溫度變化最小。當單質硒蒸氣或單質硫蒸氣通過強制對流經過襯底時，可在襯底的整個表面上實現硒或硫與前體層的特別均勻的反應過程。根據另一實施方式，單質硒蒸氣或單質硫蒸氣通過進給管道從第一源引導至襯底，和/或限定處理室的壁保持在等于或大于外部源溫度的溫度下。這確保了硒蒸氣或硫蒸氣不會在進給管道上或處理室壁上冷凝，而是與位于襯底上的前體層以目標方式進行化學反應。將包括引導運載氣體的液體硒或液體硫的噴水頭或將由液體硒或液體硫填充的坩堝用作源特別是外部源，坩堝包括能使硒或硫蒸發(fā)的面，運載氣體經過坩堝。這種類型的源的特征不僅在于簡單且成本效益高的結構，還在于可集成到已存在的處理系統上，使得現有的處理系統可以簡單升級從而執(zhí)行根據本發(fā)明的方法。這種類型的源可位于處理室的內部和外部。在本發(fā)明的意義中，合適的源也可采用將單質硒和/或單質硫以固體形式例如以微?；蚍勰┑男问剿腿胩幚硎业姆绞?。在這種情況下，處理室中需要進給管道或進給裝置，利用其以固體形式提供的單質硒或單質硫可優(yōu)選地在惰性氣體如保護氣體(氬氣、 氮氣等)條件下被運送，例如運送至附接在處理室中的一個或多個坩堝。優(yōu)選地，這樣的坩堝能可控地加熱，并且優(yōu)選地使可控流及可控溫度下的保護氣體能夠流過坩堝或在坩堝上流過，使得蒸發(fā)速率能以目標方式受到影響，并且通過測量硒分壓或硫分壓，處理室中的所述壓力可被精確控制并調整。因此，硒或硫以固體形式通過運送裝置被送入處理室，其中， 所述運送裝置可采取第二進給管道或間室的形式。因此，這樣的過程是優(yōu)選的，其中預熱的運載氣體通過第二進給管道和/或至少一個第三進給管道供應至內部的硒源和/或硫源。在一個實施方式中，固體硒和/或固體硫用位于處理室中的加熱裝置通過強制對流被轉化為氣相。在另一實施方式中，向位于處理室外部的可替換的坩堝(所謂的蒸發(fā)皿)提供固體形式的單質硒或固體形式的單質硫，并且優(yōu)選地在惰性條件下例如在保護氣體(氬氣、氮氣等)下借助于上述的運送裝置或間室被運送至處理室。優(yōu)選地，這樣的坩堝也是能可控地加熱的，并且優(yōu)選地使可控流及可控溫度下的保護氣體能夠流過坩堝或在坩堝上流過，使得蒸發(fā)速率能以目標方式受到影響，并且通過測量硒分壓或硫分壓，處理室中的所述壓力可被精確控制并調整。優(yōu)選地，硒和/或硫與前體層的化學反應即硒化或硫化在處理室中的壓力處于約Imbar至約1030mbar的范圍內的條件進行。一方面，上述處理壓力低至使處理氣體特別是硒蒸氣或硫蒸氣不能從處理室中逸出。而與此同時，上述處理壓力也高至使處理不是在真正意義上的高度真空或高真空條件下進行。因此，對于真空技術特別是現有泵的泵容量的要求可較低，由此該方法可被全面并且更有成本效益地執(zhí)行。硒蒸氣壓和硫蒸氣壓均可根據處理溫度處于le-7mbar至IOOOmbar的范圍內。通常，硒分壓或硫分壓處于約0. OOlmbar至約IOOmbar的范圍內。根據本發(fā)明的方法的特定實施方式特別適合I-III-VI連接半導體層和黃銅礦半導體層的生產，該方法包括以下步驟-以約5°C/min至600°C /min、優(yōu)選地10°C /min至60°C /IOmin的加熱速率將襯底溫度從第一溫度、特別地為室溫升高至約400°C至600°C，優(yōu)選地400°C至500°C的溫度；-在襯底溫度處于100°C至350°C的范圍內，優(yōu)選地處于120°C至300°C時，將單質硒蒸氣供應至處理室中，如果必要的話還接著將單質硫蒸氣供應至處理室中，然后如果必要的話，將硒源溫度調整到期望的分壓，優(yōu)選地在0. OOlmbar至IOOmbar之間；-將襯底溫度在400°C至600°C的范圍內保持Imin至120min，優(yōu)選地保持IOmin 至 30min ；-在將襯底溫度保持在400°C至600°C的范圍內期間，在第一預定的時間周期、特別是Imin至120min、優(yōu)選地Imin至60min的時間周期后停止向處理室供應單質硒蒸氣，以及如果必要的話還停止供應單質硫蒸氣；-至少一次將處理室抽空和/或沖洗，特別地利用至少一種惰性氣體進行；-將單質硫蒸氣供應至處理室；-以約50°C/min至600°C /min、優(yōu)選地10°C /min至60°C /min的加熱速率持續(xù)升高襯底溫度，直至約450°C至650°C、優(yōu)選地500°C至550°C的溫度范圍內，在這個過程中， 如果必要的話將硫源溫度調整到期望的分壓，優(yōu)選地在0. OOlmbar至IOOmbar之間；-將襯底溫度在450°C至650°C的范圍內保持Imin至120min，優(yōu)選地保持Imin至 60min，特別優(yōu)選地保持IOmin至30min ；-在將襯底溫度保持在450°C至650°C的范圍內期間，在第二預定的時間周期、特別是Imin至120min、優(yōu)選地Imin至60min的時間周期后停止向處理室供應單質硫蒸氣；-冷卻襯底；以及-將處理室抽空和/或沖洗，特別地利用至少一種惰性氣體進行。此外，在第一階段，單質硒蒸氣經過前體層或每個前體層(硒化階段)，在隨后的階段，單質硫蒸氣經過前體層或每個前體層(硫化階段)。優(yōu)選地，在已進行的硒化階段，例如當襯底溫度處于120°C至600°C之間時，將單質硫蒸氣供應至處理室，特別地將硒對硫的分壓比建立在0至0. 9之間，或優(yōu)選地將硫對硒的分壓比建立在0至0. 9之間，優(yōu)選地在0. 1至0. 3之間。此外，在根據本發(fā)明的方法的一個實施方式中，特別是平坦的涂層襯底、尤其是預涂層的玻璃襯底可例如用于太陽能電池的半導體層的生產，半導體層優(yōu)選地為黃銅礦半導體層，更優(yōu)選地為I-III-VI連接半導體層，以及特別地為Cu(In，Ga) (Se, S)2半導體層。雖然，根據本發(fā)明的方法至今主要描述為與用于生產黃銅礦半導體層的前體層的硒化或硫化相關聯，應注意的是，根據本發(fā)明的方法也適合于其它半導體層的生產。因此， 要生產的半導體層也可為緩沖層例如1 層，或包括銦的硫化物和銦的硒化物的相的混合物例如h(S，Se)3。在這種情況下，前體層包括銦和/或銦的化合物，銦的化合物帶有選自氧和/或氯以及特別地硫和/或硒中的一個或多個元素。該前體層可例如通過使用本領域技術人員已知的薄層分離方法如PVD法，例如陰極噴灑(濺射)、蒸發(fā)或CVD法獲得。 具體地，銦或銦硫化合物薄層可在形成于鉬上的I-III-V半導體層上沉積，使得在硫化過程中形成1 半導體緩沖層，或在硫化和硒化過程中以這樣的順序或相反順序或同時在 M11-V半導體上形成^l2 (Sje) 3層。然而，前體層也可能包括選自銦、鋅、或鎂中的一種或多種元素，因此可例如形成ZnS或MgS層或例如包含銦的硫化物和鋅的硫化物的混合形式。當使用根據本發(fā)明的方法生產設置在I-III-V半導體層上的緩沖層時，通常應選擇的襯底溫度低于根據本發(fā)明的方法生產I-III-V半導體層的過程中使用的襯底溫度。因此，可避免I-III-V半導體層表面的不必要的改變。優(yōu)選地，此時襯底溫度限制在低于或等于350°C的水平，更優(yōu)選地低于或等于250°C。此外，在生產緩沖層時，優(yōu)選地溫度高于 150°C，更優(yōu)選地高于或等于160°C。對于硒源溫度和硫源溫度適用的是，在方法的每一階段中硒源溫度和硫源溫度優(yōu)選地保持低于或等于襯底溫度。在這種情況下，在相應的最大處理溫度下的可達到的最大蒸氣壓可從硫蒸氣壓和硒蒸氣壓曲線中推斷出?；谔幚韴?zhí)行或要生產的半導體層，如果包含單質硒蒸氣或單質硫蒸氣的運載氣體混合了至少一種反應氣體，特別地例如氫氣、Hje或H2S是有利的。本發(fā)明的另一對象是用于根據本發(fā)明的方法的處理裝置，包括可抽真空的處理室，用于接收至少一個待處理的襯底，特別是待處理的襯底堆；加熱裝置，用于特別地以對流的方式加熱待處理的襯底；單質硒蒸氣源和/或單質硫蒸氣的第一源，位于處理室的外部并且通過第一進給管道連接至處理室；和/或單質硒蒸氣源和/或單質硫蒸氣的第二源，位于處理室內部；以及氣體運送裝置，用于特別通過處理室中的強制對流產生氣流循環(huán)。根據本發(fā)明的處理裝置包括在一個實施方式中作為氣體運送裝置的噴射噴嘴或扇。在此，優(yōu)選地，氣體運送裝置、特別地至少一個扇布置或可布置在襯底堆的一個正面區(qū)域中。在一個優(yōu)選的實施方式中，根據本發(fā)明的處理裝置還設有至少一個調溫裝置，以分別將限定處理室的處理室壁的至少部分區(qū)域、特別是整個處理室壁以及(如果必要的話)進給管道的至少一部分保持在預定的溫度。根據本發(fā)明的處理裝置包括可抽真空的處理室，用于接收至少一個待處理的襯底，特別是待處理的襯底堆；加熱裝置，用于特別地以對流的方式加熱待處理的襯底；單質硒蒸氣源和/或單質硫蒸氣的第一源，位于處理室的外部并且通過第一進給管道連接至處理室；和/或單質硒蒸氣源和/或單質硫蒸氣的第二源，位于處理室內部；(如果必要的話)調溫裝置，以分別將限定處理室的處理室壁的至少部分區(qū)域、特別是整個處理室壁以及(如果必要的話)進給管道的至少一部分保持在預定的溫度；以及至少一個氣體運送裝置以實現強制對流。通過調溫裝置，處理室壁和進給管道可保持于使它們的材料在處理氣體環(huán)境影響下不被腐蝕的溫度。例如，眾所周知，隨著溫度的升高侵蝕性顯著增加，當溫度在250°C以下時，置于包含硒或硫的處理氣體環(huán)境中的不銹鋼幾乎不會被腐蝕。根據已知的硒和硫的蒸氣壓曲線，不希望硒和硫在處理條件下在調溫、絕熱的處理室壁上冷凝。通過調溫，處理室被歸入熱壁反應堆類，長時間保持穩(wěn)定并且不會發(fā)出破壞處理的微粒。此外，通過調溫還確保了處理可受到很好的控制，因為一般呈蒸氣形式或氣態(tài)的處理氣體的成分、特別是硒或硫在處理過程中既不會不受控地冷凝出，也不會不受控地再提供到處理中。 處理室可由金屬材料形成。這意味著處理室不僅可以具有相同的處理能力，還特別具有更大的室容積以及低于例如石英管的成本。而石英管擴散爐僅具有上至80cm的直徑，由于高度和寬度上的相應的更大的增加，由金屬材料形成的處理室可相對較易地適合更大尺寸的工藝材料即襯底表面。
優(yōu)選地，在處理室壁的內側設有絕熱材料，所述絕熱材料優(yōu)選地在處理條件下保持不反應。絕緣材料一方面形成對處理室壁的額外保護，例如抗蝕，而另一方面實現了處理室壁與處理室中的氣體環(huán)境的某種程度的熱隔絕，使得氣體環(huán)境的溫度可被更精確地調整。熱隔絕主要取決于較低的比熱容、較低的導熱性以及某些情況下也較低的發(fā)熱性，對于絕緣材料是常見的。此外，絕熱材料阻止了由于熱處理氣體處理室壁被加熱到預定的溫度以上，或熱排放變得過大。特別地，絕熱材料在由氣體運送裝置產生的強制對流下是有利的，因為根據良好的熱傳遞，熱排放受到了顯著控制。絕緣材料可例如為陶瓷、玻璃陶瓷、石墨或石墨泡沫、含纖維材料如碳纖維增強碳 (CFC)或石墨氈、或含陶瓷纖維如二氧化硅(SiO2)和三氧化二鋁(Al2O3)纖維的絕緣物質。根據處理裝置的一個實施方式，源包括可加熱及可抽真空的源室，其中設有用融化的硒或硫填充的坩堝，以及用于特別預熱的運載氣體的管道，所述運載氣體根據噴水頭原理被引導通過融化的硒或硫，或被引導經過融化的硒或硫的表面?？杉訜岬嫩釄搴涂杉訜岬墓艿纼?yōu)選地包括在硒或硫中保持穩(wěn)定的材料，并且由陶瓷、石英或耐蝕的特殊合金制成。在根據本發(fā)明的裝置的處理室中，還設置了氣體運送裝置以在處理室中產生氣流循環(huán)。優(yōu)選地，氣體運送裝置包括至少一個扇。所述扇可例如為軸向式風扇或徑向式風扇。扇可包括抗反應的材料，并且可被附接到延伸至處理室的驅動軸，所述驅動軸也包括抗反應材料。通過使用抗反應的材料，扇和/或驅動軸不會被處理氣體的反應成分侵蝕，特別地不會被腐蝕。優(yōu)選地，扇布置在襯底堆的一個正面區(qū)域中。扇的這種布置促進了帶有處理氣體的襯底堆的特別均勻的穿透流，并且促進了特別均勻的層沉積及層反應。為了進一步增加流速及氣流的均勻性，優(yōu)選地在襯底堆的另一正面的區(qū)域中布置另外的扇。在兩個扇的布置中，一個扇優(yōu)選地設計為將處理氣體運送至襯底堆，而另一個扇將處理氣體送出襯底堆。換句話說，一個扇以“推模式”運行，另一個扇以“吸模式”運行。抗反應的扇或驅動軸的材料可例如為陶瓷材料如氮化硅或碳化硅。優(yōu)選地，扇的驅動也能以轉動方向的反向運行，使得氣流循環(huán)也可反向?？蛇x地， 徑向式扇可附接至襯底堆的兩個面，在這兩個面上氣流方向可通過開啟先前關閉的扇、并且關閉先前開啟的扇來翻轉。根據另一實施方式，加熱裝置布置在由氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中，以將處理室中的氣體、特別是由單質硒蒸氣或單質硫蒸氣替換的運載氣體加熱。換句話說，加熱裝置布置在處理室內部，使得位于處理室外部的用于加熱處理氣體的熱源例如紅外輻射源被省略成為可能。因此，處理室無需改進紅外輻射，這使得處理室的設計大大簡化了，此外，使用金屬材料制造處理室也成為可能。加熱裝置可包括至少一個耐蝕的加熱元件。特別地，加熱裝置可設計為耐熱元件的板堆。例如，石墨或碳化硅加熱元件可用作堆集板彎曲加熱器或作為加熱棒?；跉怏w流速、加熱器輸出和加熱器矩陣的表面的構造，可實現從每分鐘幾攝氏度直至每秒鐘幾攝氏度的處理品的加熱速率。根據另一實施方式，冷卻裝置布置在氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中，以將處理室中的氣體、特別是由單質硒蒸氣或單質硫蒸氣替換的運載氣體冷卻。
冷卻裝置可包括至少一個冷卻元件以及特別包括一個堆集板冷卻器或一個棒束冷卻器。冷卻元件例如可通過油調溫裝置將溫度保持在約200°C。基于氣體流速、冷卻器輸出和冷卻器表面的布置，在處理品上可達到直至每分鐘幾攝氏度、特別直至每分鐘幾十攝氏度的冷卻速率。根據另一實施方式，提供氣體轉向元件，通過氣體轉向元件氣流循環(huán)可被轉向，從而將加熱裝置或冷卻裝置布置在氣流循環(huán)中。在這樣的適當設置下，氣體轉向元件能夠使待處理的處理品被特別快速地加熱或冷卻至期望溫度，并最終實現處理室中所需的幾乎任何的溫度曲線。除了氣體運送裝置之外，處理裝置還可包括接收堆集的工藝材料且設置在處理室中的氣體導向裝置，由氣體導向裝置產生的至少部分氣流循環(huán)流過該導向裝置。一方面， 氣體運送裝置和氣體導向裝置通過強制對流確保襯底堆的特別均勻的加熱和冷卻，另一方面，它們確保特別均勻的氣體分配，因此最終確保在襯底上形成特別均勻的層如黃銅礦半導體。此外，氣體運送裝置、氣體導向裝置和加熱裝置的聯合能夠使加熱和冷卻速率更快，因此導致更短的處理時間，待處理的處理品的生產量能夠更高。氣體導向裝置可至少包括上分離板和下分離板，上分離板限定在處理室中接收襯底堆的氣體導向裝置上方的第一室區(qū)域，下分離板限定在處理室中接收襯底堆的氣體導向裝置下方的第二室區(qū)域。此外，氣體導向裝置還可在側面具有兩個分離板。優(yōu)選地，氣體導向裝置至少包括用于平面氣流分配的分配裝置，其中，襯底堆優(yōu)選地設置在分配裝置的下游。分配裝置例如可以是設有裂縫和/或孔的板。分配裝置和氣體導向裝置優(yōu)選地由抗反應的材料例如玻璃陶瓷、碳化硅、石英或氮化硅組成。類似地，如處理室壁，氣體導向裝置的表面也可設有優(yōu)選地在處理條件下抗反應的熱絕緣材料。以這種方式，氣體導向裝置至少在相當大的程度上從處理室的氣體環(huán)境中熱隔離，使得處理裝置具有較低的總熱量，特別在所需溫度變化的動態(tài)情況下，因此，處理室中的處理氣體的溫度還可被更快速且準確地控制。由于其相對處理氣體的反應成分的抗反應性，絕緣材料還形成對氣體導向裝置的額外保護如抗蝕。在根據本發(fā)明的裝置的一個實施方式中，提供了第一源，其包括可加熱及可抽真空的源室，其中設有或可設有用融化的硒或硫填充的坩堝，以及用于特別地預熱的運載氣體的管道，根據噴水頭原理將所述運載氣體引導通過融化的硒或硫，或者引導經過融化的硒或硫的表面，其中，坩堝和管道優(yōu)選地包括在硒或硫中保持穩(wěn)定的材料，特別地，坩堝和管道由陶瓷、石英或耐蝕的特殊合金或帶有耐蝕涂層的金屬制成。此外，提供了布置在或能布置在由氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中的加熱裝置， 以將處理室中的氣體加熱；和/或布置在或能布置在由氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中的冷卻裝置，用于將處理室中的氣體冷卻；和/或氣體轉向元件，通過氣體轉向元件氣流循環(huán)可以這樣的方式被轉向，即，使加熱裝置或冷卻裝置布置或能布置在氣流循環(huán)中。在優(yōu)選的實施方式中，根據本發(fā)明的裝置的特征還在于用于將預先配置好的固體硒和/或固體硫運送入處理室的至少一個裝置。由此可提供包括第二進給管道和/或閘室的運送裝置，特別地還包括用于固體硒或固體硫的接收裝置。此外，本發(fā)明的另一對象是用于處理堆集的襯底的帶有至少一個處理裝置的處理系統，其中，處理裝置包括裝載孔，襯底堆能夠通過裝載孔插入處理室，處理裝置包括卸載孔，襯底堆可通過卸載孔從處理室移走。優(yōu)選地，處理系統包括另一處理裝置，另一處理裝置與處理裝置相鄰布置，且具有與處理裝置的卸載孔對準的裝載孔。裝載孔和/或卸載孔可由門特別是平板閥鎖定。優(yōu)選地，另一處理裝置為包括冷卻部件的冷卻裝置，冷卻裝置布置在由冷卻裝置的可抽真空的處理室中的氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中。此外，處理系統可包括間室，其位于第一處理裝置的穿透流方向上的上游，帶有或沒有對流的預加熱。由于一些處理裝置的相鄰布置，處理系統形成用于待處理的堆集的工藝材料的工序過程系統。在一定程度上，這是“分批內部系統(Batch-Inline-Anlage)”，其結合了這些分批運行的連續(xù)工序過程運行的優(yōu)點。顯而易見的，處理裝置的數量不限于兩個。處理系統可例如包括η個處理裝置和m 個冷卻裝置，其中η和m是自然數且η = m = 1僅用于分批內部結合的處理系統的最簡單形式。


在下文中，將參照優(yōu)選的實施方式及參照附圖以純示例性的方式對本發(fā)明進行描述，其中圖1是根據本發(fā)明的處理裝置的示意圖；圖2示出了硒和硫隨源溫度變化的蒸氣壓曲線；圖3示出了在圖1所示的裝置中執(zhí)行的用于生產黃銅礦半導體的方法的過程中， 襯底溫度和源溫度的時間曲線；圖4示出了處理裝置沿圖1所示的線A-A的縱向示意圖；圖5示出了帶有圖1所示類型的處理裝置以及示出的鄰近該處理裝置的冷卻裝置的處理系統的縱向示意圖；圖6示出了帶有位于處理裝置上游的閘室以及位于處理裝置下游的冷卻裝置的處理系統的另一實施方式的縱向示意圖；圖7示出了根據本發(fā)明的處理裝置的另一實施方式的示意圖；圖8示出了根據本發(fā)明的處理裝置的又一實施方式的示意圖；圖9示出了根據本發(fā)明的裝置的一部分的詳細視圖，在圖9中以橫截示意圖示出。
具體實施例方式圖1中示出了根據本發(fā)明的處理裝置10，其被設計為用于在用于生產太陽能電池的襯底12上形成Cu (In，Ga) (Se, S)2半導體薄層。處理裝置10包括由處理室壁16限定的可抽真空的處理室14。處理室壁16由不銹鋼制成且通過調溫裝置18被保持在150°C至250°C的溫度范圍內。在該示例性的實施方式中，調溫裝置18由管道20形成，管道20附接至處理室14 的外側，特別可焊接至處理室壁16，并且管道20圍繞處理室14迂回地設置，在管道20中流動適合的熱油?？商鎿Q地或另外地，熱油也可流動穿過適當插入處理室壁16的通道(未示出)。此外，處理室壁16的外側可設有絕熱材料。
在處理室壁16的內側，處理室14至少近似完全地涂有耐蝕、含少量微粒的絕熱材料22。絕熱材料22可由陶瓷、玻璃陶瓷、石墨或石墨泡沫、含纖維材料如碳纖維增強碳 (CFC)或石墨氈、或含陶瓷纖維如二氧化硅(SiO2)和三氧化二鋁(Al2O3)纖維的絕緣物質制成。氣體導向裝置M設置在處理室14的中心區(qū)域。氣體導向裝置M包括上分離板沈和下分離板觀。除了上分離板26和下分離板觀之外，還可設置前分離板和后分離板(未示出)。然而，前分離板和后分離板通常被省略，因為其功能由設置有門或真空閥的絕熱的室側壁實現。上分離板26和下分離板28，以及前分離板和后分離板(如果需要的話)，分別優(yōu)選地由耐蝕材料如CFC形成，耐蝕材料來自例如碳化硅或氮化硅的陶瓷材料或玻璃陶瓷材料。所有的分離板都由一層上述的絕熱材料22覆蓋。此外，氣體導向裝置M包括第一分配裝置30和/或第二分配裝置32，第一分配裝置30設置在分離板沈、觀之間的、氣體導向裝置M的第一端壁區(qū)域中(圖1中左側)，第二分配裝置32設置在分離板沈、觀之間的、氣體導向裝置M的第二端壁區(qū)域中(圖1中右側)。分配裝置30、32分別由耐蝕材料如CFC、碳化硅、氮化硅或玻璃陶瓷材料制成。在該示例性的實施方式中，各個分配裝置30、32均為設有多個垂直狹縫33的板，特別地，這些狹縫與襯底12對準。可替換地或另外地，板或每個板還可包含多個孔。上分離板沈和下分離板觀、第一分配裝置30和第二分配裝置32、以及如果必要的話還有未示出的前分離板和后分離板形成用于襯底12的罩，該罩被設計為至少近似氣密，使得流過氣體導向裝置M的氣流35被引入罩中而不能穿過壁從罩逸出。加熱裝置36如碳化硅迂回鍋爐矩陣(Siliziumkarbid- Maander-
Heizermatrix)設置在上分離板沈和處理室壁16之間的上部室區(qū)域34中，而冷卻裝置40 如板堆式冷卻器(PlattenstapelkUhler)或管束冷卻器(RohrbUndelkUhler)設置在下分離板28和處理室壁16之間的下部室區(qū)域38中?？商鎿Q地，冷卻裝置40可設置在上部室區(qū)域34中而加熱裝置36可設置在下部室區(qū)域38中，或加熱裝置和冷卻裝置可在上部室區(qū)域或下部室區(qū)域中設置在彼此的頂部(未示出)。在后一種情況下，僅需要一個分離板和一對氣體轉向元件。分離板則設置在加熱裝置與冷卻裝置之間，氣體轉向元件設置在分離板的端壁上。在加熱裝置36的一個端部(圖1中的右側端)的區(qū)域中設置氣體入口裝置42， 其延伸穿過處理室壁16并且使得可從外部向處理室14提供處理氣體44，在該示例性的實施方式中，氣體包括單質硒蒸氣或單質硫蒸氣。盡管氣體入口裝置42 —般可布置在處理室 14中的任意位置，但圖1中所示的設置是特別優(yōu)選的，因為在正常的運行過程中受引導通過氣體入口裝置42的處理氣體44首先流過加熱裝置36，并因此在進入處理室14后被立即加熱。氣體入口裝置42通過進給管道100連接至單質硒蒸氣源102并且連接至單質硫蒸氣源104。單質硒蒸氣源102和單質硫蒸氣源104分別分配給設置在進給管道100中的閥106或閥108，從而能夠有選擇地啟動單質硒蒸氣源102或單質硫蒸氣源104，并且因此能夠有選擇地向處理室14提供單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣。單質硒蒸氣源102包括可抽真空的源室110，在其中布置有由融化的硒112填充的坩堝114。此外，源102包括用于預加熱的運載氣體118例如氮氣或氬氣的管道116。預加熱可調節(jié)為使運載氣體的溫度不低于坩堝的溫度。在示例性的實施方式中示出，管道116設置為根據噴水頭原理(Prinzip eines Bubblers)將運載氣體118引導通過融化的硒112。然而，可替換地，還能夠將管道116設置為使運載氣體經過融化的硒112的表面上。最終，在源102的配置中最重要的因素是通過將運載氣體引導通過源102，使其將蒸發(fā)的單質硒蒸氣從融化的硒112運送到處理室114中。為了確保從融化的硒112中蒸發(fā)出足夠的單質硒也就是達到足夠的蒸汽壓，融化的硒112由加熱裝置(未示出)保持在預定的硒源溫度下。可替換地，源的溫度曲線可運行為允許得出處理所需的硒分壓過程。從圖2所示的硒蒸氣壓力曲線(曲線a)中可以看出，顯著大于ltorHltorr = 1. 3mbar)的蒸氣壓僅在硒源溫度為約360°C或更高的情況下實現。然而，如下文將要詳細闡述的那樣，硒化處理可在低真空的環(huán)境壓力下或過壓條件下執(zhí)行，例如，在處理室壓力或總壓力至少為900mbar的條件下執(zhí)行。在已描述的實施方式中，需要的處理室壓主要由運載氣體118的壓力調整，運載氣體118將硒蒸氣運送到處理室14中，總壓力為運載氣壓及根據源溫度變化的硒蒸氣壓的總和。例如，總壓力為900mbar時，硒分壓可調整為約30mbar (lmbar = 0. 7501torr)，由此將硒坩堝溫度調整為約450°C、運載氣體溫度調整為至少450°C，而處理室14的內表面上特別是襯底12上的任意點的溫度均不低于450°C，從而防止硒冷凝。通過根據本發(fā)明的室布置，在使用強制對流時可特別成功地實現受到高效控制的可再現處理的必要條件并避免處理蒸氣的冷凝。單質硫蒸氣源104包括與源102相對應的結構，S卩，源104也包括可抽真空的室 110’，而在其中設置了包含融化的硫120的坩堝114’。在該示例性的實施方式中，源104也包括管道116’，以引導預熱的運載氣體118例如氮氣通過融化的硫120。然而，如源102 — 樣，源104的管道116’還可設置為使運載氣體經過融化的硫120的表面。此外，源104中的融化的硫120通過加熱裝置(未示出)保持在預定的源溫度，以確保單質硫蒸氣的足夠蒸發(fā)或確保足夠的蒸氣壓?？商鎿Q地，這里源的溫度曲線也可運行為允許得出處理所需的硫分壓過程。從圖2所示的硫蒸氣壓力曲線(曲線b)中可以看出，與硒相比，對于硫而言 30mbar的蒸氣壓在約280°C或更高的硫源溫度下實現。與單質硒蒸氣源102類似，根據所示的示例性實施方式，對于單質硫蒸氣源104而言，需要的處理室壓主要由運載氣體118的壓力進行調整，運載氣體118將硫蒸氣運送到處理室14中，且總壓力為運載氣壓及根據源溫度變化的硫蒸氣壓的總和。為了防止單質硒蒸氣或單質硫蒸氣在源室110、110’的壁122、122’上或在進給管道100的壁上冷凝，源室壁122、122’和進給管道100分別通過調溫裝置124、124’、1沈保持在預定的溫度。這里，氣體入口裝置42、進給管道100和源室壁122的溫度應至少與用于單質硒蒸氣的坩堝114的溫度一樣，進給管道100和源室壁122’的溫度應至少與用于單質硫蒸氣的坩堝114’的溫度一樣。另外，源102的坩堝114、源室壁122、閥106以及管道116包括對于硒保持穩(wěn)定的材料，而源104的坩堝114’、源室壁122’、閥108以及管道116’則包括對于硫保持穩(wěn)定的材料。因此，進給管道100和氣體入口裝置42也由對于硒和硫保持穩(wěn)定的材料形成。保持穩(wěn)定的材料可例如為陶瓷、石英、耐蝕的特殊合金或涂有耐蝕層的金屬或金屬合金。硒源和硫源以及進給管道和排放管道設有絕熱、氣密的外殼(未示出)，其防止硒和硫在耐蝕材料破裂的情況下逸出。外殼與這些耐蝕材料之間的空間可例如設有氮氣，以防止空氣進入處理室。為了監(jiān)測硒源或硫源處潛在的泄漏，可對氮氣層進行壓力監(jiān)測。如圖1所示，在氣體導向裝置M的第一端壁的區(qū)域中，由延伸穿過處理室壁16的第一驅動軸48驅動的至少一個第一扇46設置在第一分配裝置30的上游。在氣體導向裝置M的對側，由延伸穿過處理室壁16的第二驅動軸52驅動的兩個第二扇50設置在第二分配裝置32的區(qū)域中。然而，該設置還可設計為僅在一側具有扇，如扇50。第一扇46和第二扇50以及第一驅動軸48和第二驅動軸52分別由耐蝕材料形成，如陶瓷材料特別是氮化硅或碳化硅，或如涂有耐蝕涂層的金屬或金屬合金的材料。第一扇46被驅動使得其將氣體運送至氣體導向裝置24，同時，第二扇50操作為將氣體從導向裝置對移走。扇46、50的運行產生了氣流循環(huán)，如圖1所示逆時針方向的氣流循環(huán)。換句話說，由氣體入口裝置42引入處理室14的處理氣體44從右向左通過加熱裝置36，然后向下再從左向右通過氣體導向裝置對，然后向上并再從右向左通過加熱裝置36。為了對處理室14中的氣流進行額外控制，設置了一對上部可切換氣體轉向元件 54和一對下部可切換氣體轉向元件56。上部氣體轉向元件M被設置為要么允許處理氣體 44從氣體導向裝置M流至上部室區(qū)域34或從上部室區(qū)域34流至氣體導向裝置M，要么減少或完全阻止氣體這樣流動。因此，下部氣體轉向元件56被設置為要么允許處理氣體44 從氣體導向裝置M流至下部室區(qū)域38或從下部室區(qū)域38流至氣體導向裝置M，要么減少或完全阻止氣體這樣流動。在圖1所示的情況下，上部氣體轉向元件M處于開放狀態(tài)以使處理氣體能夠通過處理室14的上部區(qū)域，即，通過氣體導向裝置M和加熱裝置36，循環(huán)。相反，下部氣體轉向元件56處于關閉狀態(tài)，這意味著其阻止了處理氣體44通過處理室14的下部區(qū)域特別是通過冷卻裝置40的循環(huán)。因此，在圖1所示的情況下，僅有熱的處理氣體循環(huán)，其有利于保持期望的處理溫度，例如在400°C至600°C的范圍內。然而，如果上部氣體轉向元件討關閉而下部氣體轉向元件56打開，處理氣體44則流過冷卻裝置40， 且玻璃襯底12被冷卻至降低的溫度，例如約250°C。為了裝載處理室14，處理裝置10在其正面包括嵌入處理室壁16中的裝載口 60， 裝載口 60可被平板閥62或任意其它合適的門關閉(圖4)。待處理的玻璃襯底12設置在托架64例如輪支持的托架上，襯底12垂直地放置并且彼此間隔設置以形成襯底堆66，也稱作批。襯底堆66通過裝載口 60移入處理室14并定位在氣體導向裝置M中。在裝載口 60關閉后，處理室14就重復地被抽空且被凈化以盡可能地減少處理室14中的氧氣和水分含量。為了將處理室14抽空，處理室壁16具有適合的抽風口(未示出)，抽風口連接至泵系統(也未示出)。為了凈化處理室14，在處理室壁16中設置適合的氣體入口，通過該入口可允許凈化氣體如氮氣(N2)進入處理室14。當處理室14中的環(huán)境包括適合的、規(guī)定的初始條件時，扇46、50就被打開，加熱裝置36被激活，且氮氣被引入處理室14。此時，上部氣體轉向元件M打開，而下部氣體轉向元件56關閉，如圖1所示，以對玻璃襯底12加熱。同時，硒源保持在例如150°C與300°C之間的基礎溫度(圖3中的曲線A)。當處理室14中的溫度到達使反應開始的所需溫度時，例如在室溫與400°C之間， 優(yōu)選地在150°C與300°C之間時，分配給單質硒蒸氣源102的閥106打開，與運載氣體118 混合的單質硒蒸氣通過氣體入口裝置42被引入處理室14。因此，保持襯底上避免發(fā)生硒冷凝。這通過使處理室中的硒分壓不超過根據當前襯底溫度下的蒸氣壓水平的硒蒸氣壓力來實現。通過在引入硒蒸氣前對處理室中的運載氣體壓力和運載氣體溫度進行測量，并通過對處理室容積的了解以及對襯底溫度、流過硒源的運載氣體、及硒坩堝溫度的測量，處理室中的硒分壓可例如通過計算機確定出并轉移到用于硒源的調節(jié)裝置。然后，該裝置根據蒸氣壓曲線對運載氣流118、坩堝溫度、源壁溫度以及進給管溫度和排放管溫度進行調整。避免硒冷凝的有效條件例如為硒源溫度(圖3中的曲線A)不高于處理室14中的溫度，特別是不高于最低襯底溫度(圖3中的曲線B)。為了以目標方式影響I-III-VI連接半導體的帶隙并因此提高太陽能模塊的有效性，在這個階段，可通過將硫源開啟把硫供應至硒流，從而建立優(yōu)選地大于0至高達0. 9、更優(yōu)選地從0. 1至0. 3的硫與硒的分壓比來實現。其中，對硫源的調整方式與上述對硒源的調整方式相同。當處理氣體44在從例如IOOmbar至大氣壓、優(yōu)選地從700mbar至950mbar 的處理室壓力下、在期望的溫度曲線(圖幻下、在期望的氣流速度下、以及在期望的硒分壓或硫分壓下(例如，從0. OOlmbar至IOOmbar)從襯底12上流過一段特定的時間后，單質硒蒸氣和單質硫蒸氣停止供應，如果必要的話可關閉扇46、50并且將處理室14抽為真空和/ 或沖洗至少一次?？商鎿Q地，僅停止供應硒蒸氣。在這個過程中，硒源溫度降低至其初始溫度例如150°C至3000C ο將分配給單質硫蒸氣源104的閥108打開，與運載氣體118混合的單質硫蒸氣作為處理氣體44通過氣體入口裝置42被運送至處理室14。在可替換的操作模式下，閥108 仍然是打開的。同時，扇46、50再次開啟，如果它們先前被關閉的話。處理溫度進一步升高， 例如升高至400°C與600°C之間，并且在設定溫度下保持一段設定的時間(圖3)。當處理室壓力處于低真空、環(huán)境壓力或過壓范圍中時，對期望的氣流速度及硫冷凝進行調整，后者的壓力在例如從0. Olmbar至IOOmbar的范圍內。在這個處理階段中，保持處理室中的硫分壓不超過相應的襯底溫度下的硫蒸氣壓力，以避免硫冷凝。給出的用于硒源的調整和措施的描述也適用于此處。同樣，也存在的有效措施使硫源溫度(圖3中的曲線C)不高于處理室14中的溫度，特別不高于最低襯底溫度(圖3中的曲線B)。出于這個目的，硫源溫度保持在或調整為例如100°C至450°C的范圍內，優(yōu)選地在150°C至350°C之間。在完成加熱之后，上部氣體轉向元件M關閉而下部氣體轉向元件56打開，使得處理氣體44被運送通過冷卻裝置40，玻璃襯底12被冷卻至例如350°C至150°C的范圍內，如 ^O0C。在處理室14被重新抽空并用氮氣填滿之后，襯底堆66的處理就完成了，使得堆可從處理室14移走。利用處理裝置10可實現并能在較寬的范圍內(例如從5°C /min至600°C /min)調整的加熱速率和冷卻速率，使得能夠在處理室14中對襯底堆66進行處理，即在該示例性的實施方式中對襯底堆進行處理，將涂有金屬的玻璃襯底12硒化和硫化少于兩個小時。將襯底堆66通過位于處理裝置10的正面58的裝載口 60移走基本上是可能的。然而，在該示例性的實施方式中，處理裝置10在其背面68包括嵌入處理室壁16 的卸載口 70，與裝載口 60類似，卸載口 70可通過平板閥72或其它適合的門關閉(圖4)。 在處理裝置10上裝備裝載口 60和相對放置的卸載口 70的優(yōu)點在于，使得處理裝置10可作為貫通裝置使用，且可與其它的處理裝置連接。例如圖5示出了一個處理系統，包括處理裝置10和在外部與其連接的冷卻裝置 10’。冷卻裝置10’以與處理裝置10類似的方式設計，僅有的區(qū)別在于省略了具有加熱裝置36的上部室區(qū)域34。由于冷卻裝置10’被設置僅用于冷卻玻璃襯底12，并且冷卻氣體特別是惰性氣體如氮氣僅流過氣體導向裝置對’和包括冷卻裝置40’的下部室區(qū)域38’，因此上部氣體轉向元件討和下部氣體轉向元件56也可以省略。為更清晰起見，未示出第二分配裝置32的任何部分。冷卻裝置10’通過連接部分74與處理裝置10連接且設置在處理裝置10旁，使得冷卻裝置10，的裝載口 60’與處理裝置10的卸載口 70對準。冷卻裝置10，的裝載口 60’ 可通過平板閥62’與處理裝置10的卸載口 70同時打開和關閉，或獨立于處理裝置10的卸載口 70打開和關閉。由于處理裝置10和冷卻裝置10’成串行布置，因此可在處理裝置10中的處理完成后通過卸載口 70和冷卻裝置74中的裝載口 60’將工藝材料堆66移走。將工藝材料堆66 從處理裝置10提取到冷卻裝置74可例如在溫度從400°C至200°C、特別從300°C至250°C 的范圍內進行。在工藝材料堆66被移入冷卻裝置10’后，平板閥72被再次關閉，處理裝置10裝載新的工藝材料堆66。與此同時，通過使扇50’運行使循環(huán)的氮氣經過玻璃襯底12且通過冷卻裝置40’， 當前位于冷卻裝置10’的第一工藝材料堆66還可進一步被冷卻例如至80°C。在冷卻裝置 10’的最終抽空和最后填充之后，工藝材料堆66可通過卸載口 70’從冷卻裝置10’移走。 現在冷卻裝置10’可以接收來自處理裝置10的下一工藝材料堆66。如圖6所示，閘室76可位于處理裝置10的上游以防止周圍大氣在向處理裝置10 裝載工藝材料堆66的過程中滲透入處理室14。在間室76中，工藝材料堆66可被從室溫預熱至從100°C至200°C范圍內的溫度，例如約為150°C。此外，用于將承載工藝材料堆66的托架64移動通過處理系統的運送機構可包括進料機構和拉出機構，進料機構用于將托架64和工藝材料堆66從閘室76推入處理室14， 拉出機構用于將托架64和工藝材料堆66從處理室14拉入冷卻室10’。以這種方式，可阻止運送機構的可移動零件接觸處理系統的熱區(qū)域和腐蝕性區(qū)域。圖7示出了根據本發(fā)明的處理裝置10的可替換的實施方式，例如用于在太陽能電池生產中使用的襯底12上形成Cu(In，Ga) (Se, S)2半導體層。處理裝置10包括由處理室壁16限定的可抽真空的處理室14。處理室壁16由不銹鋼制成，并且通過以與圖1所示的處理裝置類似的方式設計的調溫裝置被保持在150°C 至250°C的溫度范圍內。因此，這可以是附接在處理室14外側、特別是焊接至處理室壁16的管道系統，并且該管道系統以迂回的方式圍繞處理室14，在管道中例如流動適合的熱油。 可替換地或另外地，熱油也可流動穿過適當嵌入在處理室壁16中的通道(未示出)。此外， 處理室壁16的外側可設有絕熱材料。在處理室壁16的內側，處理室14至少近似完全地涂有耐蝕、含少量微粒的絕熱材料22。絕熱材料22可由陶瓷、玻璃陶瓷、石墨或石墨泡沫、含纖維材料如碳纖維增強碳 (CFC)或石墨氈、或含陶瓷纖維如二氧化硅(SiO2)和三氧化二鋁(Al2O3)纖維的絕緣物質制成。氣體導向裝置M設置在處理室14的中心區(qū)域。氣體導向裝置M包括上分離板 26和下分離板觀。除了上分離板沈和下分離板觀之外，還可設置有前分離板和后分離板 (未示出)。然而，前分離板和后分離板通常被省略，因為其功能可由包括門或真空閥的絕熱的室側壁實現。上分離板沈和下分離板28，以及前分離板和后分離板(如果需要的話)， 分別優(yōu)選地由耐蝕材料如CFC形成，耐蝕材料來自例如碳化硅或氮化硅的陶瓷材料或玻璃陶瓷材料。所有的分離板都由一層上述的絕熱材料22覆蓋。 此外，氣體導向裝置M包括第一分配裝置30和/或第二分配裝置32，第一分配裝置30設置在分離板沈、觀之間的、氣體導向裝置M的第一端壁區(qū)域中(圖1中左側)，第二分配裝置32設置在分離板沈、觀之間的、氣體導向裝置M的第二端壁區(qū)域中(圖1中右側)。分配裝置30、32分別由耐蝕材料如CFC、碳化硅、氮化硅或玻璃陶瓷材料制成。在該示例性的實施方式中，各個分配裝置30、32均為設有多個垂直狹縫33的板，特別地，狹縫與襯底12對準?？商鎿Q地或另外地，板或每個板還可包含多個孔。根據圖7的實施方式10還包括例如用于硒或硫的第二進給管道208，如果必要的話還包括用于硫或硒(未示出)的第三進給管道作為運送裝置200的部件，硒或硫首先以固體形式通過運送裝置200進入處理室14。第三管道則分別作為單獨的供應和配量單元的常規(guī)部件。固體硒或固體硫可被存儲在固體材料儲存物202中，優(yōu)選地在惰性氣體的條件下被存儲在固體材料儲存物202中。通過配量裝置204，固體硒或固體硫可通過使閥206開啟穿過第二進給管道208運送到位于處理室14內部的蒸發(fā)單元210。也就是說，閥也與至處理室的進給管道集成為一體。惰性氣體進給管道216通到閥206的下游。如果硒或硫在坩堝210中以融化的形式存在，根據方法變型，閥206可被關閉而惰性氣體供應可通過進給管道216增加。以這種方法，來自蒸發(fā)皿或坩堝210的單質硒蒸氣或單質硫蒸氣的量可被調整或增加。以這種方式引入的固體材料可例如借助于設置在坩堝/蒸發(fā)皿下方的加熱元件 214轉化為液體及氣態(tài)的硒蒸氣或硫蒸氣，然后，氣態(tài)的硒蒸氣或硫蒸氣作為單質硒蒸氣或單質硫蒸氣44由氣體分配器供應到處理室14中。為了確保整個運送過程發(fā)生在惰性條件下，可將惰性氣體通過進給管道216引入到第二進給管道208中。該惰性氣流可用于將硒蒸氣或硫蒸氣從蒸發(fā)單元10以特別有效的方式運送。根據本發(fā)明的方法可通過使用圖7示出的處理裝置以特別安全的方式執(zhí)行。此外，通過該裝置可能實現的過程具有優(yōu)點，即固體硒或固體硫可通過高度精確的方式進行配量。不再需要打開處理裝置將固體硒或固體硫引入，也不再需要外部蒸發(fā)源和由此帶來的費用。根據圖8所示的另一實施方式，不是將固體形式硫或硒通過進給管道引入處理室或處理室中存在的蒸發(fā)皿或坩堝，而是提供了這樣一種處理裝置10，其中，通過運送站或運送室或間室2 將填充有固體硒或固體硫(如果必要的話還可以是填充有液體硒或液體硫)的一個或多個蒸發(fā)皿插入處理室14中。優(yōu)選地，這發(fā)生在使用真空進料器222和2 的惰性氣體條件下。在該實施方式中，運送室或間室2 接駁在處理室14上。在所示的變型中，包括包含硒或硫顆粒的多個蒸發(fā)皿/坩堝218的蒸發(fā)皿模塊230通過外部配量裝置 234借助閥236由相應的儲存物232填充(參見圖8)。蒸發(fā)皿模塊230的填充可在惰性條件下簡單地執(zhí)行。填充的蒸發(fā)皿模塊230通過真空進料器2M被弓I入運送室或間室2 (參加圖8b)。蒸發(fā)皿模塊230可在運送室或間室228中進行準備，從而通過多次抽真空及灌入惰性氣體由真空進料器222引入處理室14中。在處理室14中，以固體形式存在于單獨的蒸發(fā)皿218中的硒或硫可通過使用加熱單元216被轉化為液體狀態(tài)(參見圖8c)。惰性氣體經由惰性氣體進給管道220進入各個蒸發(fā)皿218并且強制將單質硒蒸氣或單質硫蒸氣分配到處理室中。進給裝置220可以氣室的形式設計，例如包括多個噴射噴嘴?？商鎿Q地或另外地，單質硒蒸氣或單質硫蒸氣可通過扇50從各個蒸發(fā)皿218排放并分配到處理室14 中。此外，沒有加熱單元2 也能夠進行，因為處理室14中的襯底的加熱裝置確保了使硒或硫液化的相應的處理溫度。因此，蒸發(fā)皿模塊230保留在處理室14中，直到所有硫或硒被蒸發(fā)。然后，蒸發(fā)皿模塊230還可通過運送室或間室2 被運送出并被再填充。圖9示出如圖8所示的處理裝置10的實施方式的進一步發(fā)展。惰性氣體通過惰性氣體進給管道220被引入每個蒸發(fā)皿。因此，通過加熱單元214被液化的硒或硫從流出口噴嘴M2以單質蒸氣形式排放?？商鎿Q地或另外地，由扇50產生的流可用于將液態(tài)硒或液態(tài)硫運送至處理室。當提供了特別的可樞軸轉動或改變其位置的流轉向裝置尤其是流瓣閥 238時，扇50可特別有效，借助于流轉向裝置，由扇50產生的處理室中的氣流以有針對性的方式導過液態(tài)硒或液態(tài)硫的表面。在圖9示出的實施方式中，流瓣閥238將惰性氣流通過流入口 240導過液態(tài)硒或液態(tài)硫的表面，使得單質硫或單質硒可通過流出口或噴嘴242被以蒸氣的形式排放。此外，如果必要的話，轉向板M也可用于將氣流導過坩堝218中的液態(tài)硒或液態(tài)硫樣品。本說明書、所附權利要求書和附圖中公開的本發(fā)明的特點可獨立地或以任意結合的方式用于在多種實施方式中實現本發(fā)明。
0147]附圖標記0148]10處理裝置0149]12襯底0150]14處理室0151]16處理室壁0152]18調溫裝置0153]20管道0154]22絕熱材料0155]M氣體導向裝置0156]26上分離板0157]28下分離板0158]30第一分配裝置
32第二分配裝置
34上部室區(qū)域
35氣流
36加熱裝置
38下部室區(qū)域
40冷卻裝置
42氣體入口裝置
44處理氣體
46第一扇
48第一驅動軸
50第二扇
52第二驅動軸
M上部氣體轉向元件
56下部氣體轉向元件
60裝載口
62平板閥
64托架
66工藝材料堆
68背面
70卸載口
72平板閥
74連接部分
76閘室
100進給管道
102單質硒蒸氣源
104單質硫蒸氣源
106閥
108閥
110源室
112融化的硒
114坩堝
116管道
118運載氣體
120融化的硫
122源室壁
1 調溫裝置
126調溫裝置
200運送裝置
202固體材料儲存物
204配量裝置
206閥
208進給管道
210蒸發(fā)單元
214加熱單元
216進給管道
218蒸發(fā)皿/坩堝，包含硒或硫
220惰性氣體進給管道
222真空進料器
224真空進料器
2 用于蒸發(fā)單元的加熱器
228運送室
230蒸發(fā)皿模塊
232硒固體材料儲存物或硫固體材料儲存物
234配量單元
236閥
238流瓣閥
240流入口
242流出口噴嘴
權利要求
1.用于生產半導體層和由單質硒和/或單質硫處理的涂層襯底的方法，所述涂層襯底包括至少一個導體層、半導體層和/或絕緣層并且特別是平面襯底，其中，襯底(1 設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層，特別地，襯底(1 的堆(66)中的每個襯底均設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層，所述襯底(1 被插入處理室(14)并且加熱至預定的襯底溫度；將來自位于所述處理室(14)的內部和/或外部的源(102、104 ;210、218)的單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣特別地借助于運載氣體(118、216、220)尤其是惰性氣體在低真空條件、環(huán)境壓力條件、或過壓條件下引導經過每一層金屬層和/或包含金屬的層，以使所述層與硒或硫以目標方式發(fā)生化學反應；用至少一個氣體運送裝置通過強制對流將所述襯底(1 加熱，和/或用所述處理室中的至少一個氣體運送裝置通過強制對流將所述單質硒蒸氣和/或所述單質硫蒸氣混合并且引導經過所述襯底(12)，特別是以均勻的方式混合并且引導經過所述襯底(12)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體運送裝置包括噴射噴嘴或扇。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣體運送裝置尤其是扇06)優(yōu)選地布置在工藝材料堆(66)的一個正面區(qū)域中，和/或附接至在所述處理室(14)中延伸的驅動軸(48)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，特別地將外部源(102、104) 保持在升高的源溫度下或調整為升高的源溫度，在所述單質硒蒸氣和/或所述單質硫蒸氣經過所述襯底(1 的任何時刻，所述升高的源溫度均優(yōu)選地低于所述處理室(14)中的溫度，尤其低于最低襯底溫度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述單質硒蒸氣或所述單質硫蒸氣通過第一進給管道(100)從所述第一源特別是所述外部源(102、104)引導至所述襯底(12)，和/或限定所述處理室(14)的壁(16)保持在等于或大于所述外部源(102、104) 溫度的溫度下。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將包括引導所述運載氣體 (118)的液體硒或液體硫的噴水頭(118)或將由液體硒或液體硫填充的坩堝用作源特別是外部源(102、104)，所述坩堝包括能使硒或硫蒸發(fā)的面，所述運載氣體(118)經過所述坩禍。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述硒和/或所述硫與所述金屬層和/或所述包含金屬的層的化學反應在所述處理室(14)中的總壓力處于低真空條件或環(huán)境壓力條件或過壓條件的范圍內的情況下、和/或在硒蒸氣分壓或硫蒸氣分壓處于約0. OOlmbar至約IOOmbar的范圍內的條件下進行。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬層或所述包含金屬的層至少包括元素銦、銅和/或鎵。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于以下步驟-以約5°C /min至600°C /min、優(yōu)選地10°C /min至60°C /IOmin的加熱速率將所述襯底溫度從第一溫度、特別地為室溫升高至約400°C至600°C，優(yōu)選地400°C至500°C的溫度；-在襯底溫度處于100°C至350°C的范圍內，優(yōu)選地處于120°C至300°C時，將單質硒蒸氣供應至所述處理室中，如果必要的話還接著將單質硫蒸氣供應至所述處理室中，然后如果必要的話，將所述硒源溫度調整到期望的分壓，優(yōu)選地在0. OOlmbar至IOOmbar之間；-將所述襯底溫度在400°C至600°C的范圍內保持Imin至120min，優(yōu)選地保持IOmin 至 30min ；-在將所述襯底溫度保持在400°C至600°C的范圍內期間，在第一預定的時間周期、特別是Imin至120min、優(yōu)選地Imin至60min的時間周期后停止向所述處理室供應單質硒蒸氣，以及如果必要的話還停止供應單質硫蒸氣；-至少一次將所述處理室抽空和/或沖洗，特別地利用至少一種惰性氣體進行；-將單質硫蒸氣供應至所述處理室；-以約50°C /min至600°C /min、優(yōu)選地10°C /min至60°C /min的加熱速率持續(xù)升高所述襯底溫度，直至約450°C至650°C、優(yōu)選地500°C至550 V的溫度范圍內，在這個過程中， 如果必要的話將所述硫源溫度調整到期望的分壓，優(yōu)選地在0. OOlmbar至IOOmbar之間；-將所述襯底溫度在450°C至650°C的范圍內保持Imin至120min，優(yōu)選地保持Imin至 60min，特別優(yōu)選地保持IOmin至30min ；-在將所述襯底溫度保持在450°C至650°C的范圍內期間，在第二預定的時間周期、特別是Imin至120min、優(yōu)選地Imin至60min的時間周期后停止向所述處理室供應單質硫蒸氣；-冷卻所述襯底；以及-將所述處理室抽空和/或沖洗，特別地利用至少一種惰性氣體進行。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一階段，將單質硒蒸氣經過金屬層和/或包含金屬的層或每個金屬層和/或每個包含金屬的層(硒化階段)，在隨后的階段中，將單質硫蒸氣經過金屬層和/或包含金屬的層或每個金屬層和/或每個包含金屬的層(硫化階段)。
11.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，在所述硒化階段，例如當襯底溫度處于120°C至600°C之間時，將單質硫蒸氣供應至所述處理室，特別地，將硒對硫的分壓比建立在0至0. 9之間，或優(yōu)選地將硫對硒的分壓比建立在0至0. 9之間，優(yōu)選地在 0. 1至0.3之間。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將至少一種反應氣體特別例如H#e、&S和/或氫氣添加到包含硒蒸氣或硫蒸氣的所述運載氣體(118)中。
13.根據權利要求1至7或9至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述金屬層或所述包含金屬的層包括銦、鋅、或鎂中的至少一種元素，和/或待生產的半導體層為緩沖層， 特別地為 In2S3> In2 (S, Se) 3> ZnSe, ZnS, Zn (S, OH)、(ZnMg) S 層或(In2S3-ZnS)混合層。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述金屬層銦和/或包含金屬的層包含銦的硫化物和/或銦的硒化物或由二者組成，或者所述緩沖層包括1 層或In2 (S，Se) 3 層或由1 層或(Sde)3層組成。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述襯底溫度低于或等于350°C， 優(yōu)選地低于或等于250°C，和/或優(yōu)選地高于150°C，更優(yōu)選地高于或等于160°C。
16.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過運送裝置將硒和/或硫以固體形式送入所述處理室。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述運送裝置為第二進給管道或閘室。
18.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過所述第二進給管道和/ 或至少一個第三進給管道將預熱的運載氣體運送至內部的硒源和/或硫源。
19.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，涂層襯底、特別是平坦襯底、 尤其是預涂層的玻璃襯底能例如用于特別用于太陽能的半導體層、優(yōu)選地為黃銅礦半導體層、更優(yōu)選地為I-III-VI連接半導體層、以及特別地為Cu(In，Ga) (Se, S)2半導體層、和/ 或在I-III-VI連接半導體層上的緩沖層、特別是層、In2 (S, 層或(In2S3-SiS)混合層的生產。
20.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在利用單質硒蒸氣的所述硒化階段前或所述硒化階段中，特別是溫度在從室溫至350°C的范圍內，優(yōu)選地在從100°C至 300°C的范圍內時，能添加Hje和/或H2S。
21.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述包含金屬的層包括i) 至少一種金屬和元素周期表中的一種非金屬元素，特別是硫和/或硒、氯、氧，和/或ii)至少一種金屬化合物，所述金屬化合物帶有元素周期表中的非金屬元素，特別是硫和/或硒、 氣、氧。
22.用于執(zhí)行根據前述權利要求中任一項所述的方法的處理裝置(10)，包括可抽真空的處理室(14)，用于接收至少一個待處理的襯底(12)，特別是所述待處理的襯底(12)的堆(66)；加熱裝置(36)，用于特別地以對流的方式加熱所述待處理的襯底(12)；單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣的第一源(102、104)，位于所述處理室(14)的外部并且通過第一進給管道連接至所述處理室，和/或單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣的第二源，位于所述處理室(14)內部；以及氣體運送裝置，用于特別通過所述處理室(14)中的強制對流產生氣流循環(huán)。
23.根據權利要求22所述的處理裝置(10)，其特征在于，所述氣體運送裝置包括噴射噴嘴或扇。
24.根據權利要求22或23所述的處理裝置，其特征在于，所述氣體運送裝置、特別地至少一個扇(46、50)布置或能布置在所述襯底堆(66)的一個正面區(qū)域中。
25.根據權利要求22至M中任一項所述的處理裝置，還包括調溫裝置(18、126)，以分別將限定所述處理室(14)的處理室壁(16)的至少部分區(qū)域、特別是整個處理室壁(16)以及如果必要的話還將所述進給管道(100)的至少一部分保持在預定的溫度。
26.根據權利要求22至25中任一項所述的處理裝置，其特征在于，所述第一源(102、 104)包括能加熱并能抽真空的源室(110)以及用于特別預熱的運載氣體(118)的管道 (116)，所述源室(110)中布置或能布置有用融化的硒或硫填充的坩堝(114)，所述運載氣體(118)根據所述噴水頭原理被引導通過或能被引導通過所述融化的硒或硫(112、120)， 或者被引導經過或能被引導經過所述融化的硒或硫(112、120)的表面，其中，所述坩堝 (114)和所述管道(116)優(yōu)選地包括在硒或硫中保持穩(wěn)定的材料，特別地由陶瓷、石英或耐蝕的特殊合金或帶有耐蝕涂層的金屬制成。
27.根據權利要求22至沈中任一項所述的處理裝置，其特征在于，所述加熱裝置布置或能布置在由所述氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中，以將所述處理室(14)中的氣體加熱； 和/或冷卻裝置GO)布置或能布置在由所述氣體運送裝置產生的氣流循環(huán)中；和/或氣體轉向元件64、56)，通過所述氣體轉向元件所述氣流循環(huán)能以這樣的方式被轉向，即，使所述加熱裝置(36)或所述冷卻裝置GO)布置或能布置在所述氣流循環(huán)中。
28.根據權利要求22至27中任一項所述的處理裝置，還包括用于對所述處理室外部的固體硒和/或固體硫進行預配量的至少一個裝置，和/或用于將固體硒和/或固體硫運送至所述處理室的至少一個裝置。
29.根據權利要求觀所述的處理裝置，其特征在于，所述運送裝置包括第二進給管道和/或閘室，特別地還包括用于固體硒或固體硫的接收裝置。
30.根據權利要求22至四中任一項所述的處理裝置，還包括能特別地樞軸轉動或改變其位置的至少一個流轉向裝置尤其是流瓣閥038)，從而特別在接收裝置中有針對性地引導惰性氣體經過所述處理室中的液體或液態(tài)硒和/或液體或液態(tài)硫的表面。
31.根據權利要求22至30中任一項所述的用于處理堆疊的襯底(12)的帶有至少一個處理裝置(10)的處理系統，其特征在于，所述處理裝置(10)包括裝載孔(60)，所述襯底堆(66)能夠通過所述裝載孔插入所述處理室(14)，所述處理裝置(10)包括卸載孔(70)， 所述襯底堆(66)能通過所述卸載孔(70)從所述處理室(14)移走。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產半導體層和由單質硒和/或單質硫處理的涂層襯底的方法，所述涂層襯底包括至少一個導體層、半導體層和/或絕緣層并且特別是平面襯底，其中，襯底設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層，特別地，襯底堆中的每個襯底均設有至少一層金屬層和/或至少一層包含金屬的層，襯底被插入處理室并且加熱至預定的襯底溫度；來自位于處理室的內部和/或外部的源的單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣，特別是借助于運載氣體尤其是惰性氣體，在低真空條件、環(huán)境壓力條件、或過壓條件下經過每一層金屬層和/或包含金屬的層，以使所述層與目標硒或硫發(fā)生化學反應；通過至少一個氣體運送裝置的強制對流將襯底加熱，和/或通過處理室中的至少一個氣體運送裝置的強制對流將單質硒蒸氣和/或單質硫蒸氣混合并且引導經過襯底，特別是以均勻的方式將其混合并且引導經過襯底。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行這種方法的處理裝置。
文檔編號H01L21/00GK102308174SQ200980154119
公開日2012年1月4日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權日2008年11月28日
發(fā)明者福爾克爾·普洛波斯特 申請人:福爾克爾·普洛波斯特