專利名稱：用于硅淀積的外延反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及硅淀積。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于硅淀積的可擴(kuò)展、高吞吐量、多腔批量型外延反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
由使用化石燃料引起的負(fù)面環(huán)境影響以及化石燃料不斷上升的成本導(dǎo)致對(duì)潔凈、 廉價(jià)替代能源的迫切需求。在不同形式的替代能源中，太陽(yáng)能由于其潔凈性及廣泛可用性而深受喜愛。太陽(yáng)能電池使用光電效應(yīng)將光轉(zhuǎn)化為電。存在一些基本的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，包括單獨(dú)p-n結(jié)、p-i-n/n-i-p以及多結(jié)。典型的單p_n結(jié)結(jié)構(gòu)包括相似材料的ρ型摻雜層和η 型摻雜層。異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括不同帶隙材料的至少兩個(gè)層。p-i-n/n-i-p結(jié)構(gòu)包括P型摻雜層、η型摻雜層以及夾在所述ρ層和η層之間的可選本征(未摻雜)半導(dǎo)體層(i層)。多結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)疊置在另一個(gè)之上的不同帶隙的多個(gè)半導(dǎo)體層。在太陽(yáng)能電池中，光在p-n結(jié)附近吸收產(chǎn)生載流子。載流子擴(kuò)散到p-n結(jié)中，且由自建電場(chǎng)將其分開，因而產(chǎn)生穿過器件及外部電路的電流。確定太陽(yáng)能電池質(zhì)量的一個(gè)重要度量是其能量轉(zhuǎn)換效率，把當(dāng)太陽(yáng)能電池連接到電路時(shí)所轉(zhuǎn)換的能量(從吸收的光到電能)與所收集的能量的比定義為能量轉(zhuǎn)換效率。可用于構(gòu)建太陽(yáng)能電池的材料包括非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、晶體硅(晶體Si)以及碲化鎘(CdTe)等。圖1例示了典型晶體硅薄膜太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池100 包括低品位晶體Si襯底102、ρ型摻雜單晶Si層104、η+硅發(fā)射極層106、正面電極108以及Al背面電極110。圖1中的箭頭標(biāo)示了入射太陽(yáng)光?；诠I(yè)調(diào)查，基于晶體Si晶片的太陽(yáng)能電池占市場(chǎng)的近90%。然而，生產(chǎn)基于晶體Si晶片的太陽(yáng)能電池的成本較高，且在錠切割以及晶片拋光工藝中的Si材料的浪費(fèi)導(dǎo)致了晶體Si晶片供應(yīng)的瓶頸。由于Si材料的劇增價(jià)格和供應(yīng)短缺，已經(jīng)極大地關(guān)注于以替代方式制作太陽(yáng)能電池。近來，光伏薄膜技術(shù)由于其能夠顯著降低所使用材料的量且因而降低太陽(yáng)能電池的成本而引起了很大的關(guān)注。在各種競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)中，單晶Si薄膜太陽(yáng)能電池由于其低成本及高效率吸引了很大的關(guān)注。單晶Si薄膜太陽(yáng)能電池可使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體外延技術(shù)生產(chǎn)，這不僅降低了生產(chǎn)成本，也允許太陽(yáng)能電池的發(fā)射極、吸收體以及背表面場(chǎng)中靈活的摻雜水平，因而增強(qiáng)了其效率。在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)驗(yàn)證了具有高達(dá)17%的效率的單晶Si薄膜太陽(yáng)能電池(參見 M-Reutuer 等，“17% Efficient 50 μ m Thick Solar Cells, “ Technical Digest, 17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference,Fukuoka,Japan,第 4 頁(yè))。可使用Si外延生產(chǎn)高質(zhì)量單晶Si薄膜，Si外延已廣泛使用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中以制造用于CMOS集成電路、功率器件以及高壓分立器件的高質(zhì)量單晶Si層。在可能的Si外延淀積技術(shù)中，基于三氯硅烷(TCQ的化學(xué)氣相淀積(CVD)能夠提供高達(dá)10 μ m/分鐘的淀積速率。因此，可以獲得用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的高吞吐量、低成本的外延工藝。然而，缺乏合適的Si外延工具來滿足對(duì)于厚度達(dá)幾十微米的Si膜層的高吞吐量以及低淀積成本的需求(正如太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)所要求的那樣)?，F(xiàn)有的Si外延工具，例如美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市Applied Material Inc.的AMC7810 和Centura5200 、美國(guó)加利福尼亞州特雷西 Moore Epitaxial Inc.的 MT7700 、意大利 LPE Epitaxial Technology 的PE2061 以及荷蘭ASM International的Epsilon3200TM，已經(jīng)針對(duì)半導(dǎo)體器件制造需求而進(jìn)行了優(yōu)化。雖然這些外延工具可以交付具有最高質(zhì)量的Si膜，但是在吞吐量和氣體轉(zhuǎn)化效率方面，這些工具與太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況不相容。圖2呈現(xiàn)了例示現(xiàn)有筒式外延反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的示意圖，所述反應(yīng)器用于多個(gè)晶片的批量工藝。筒式反應(yīng)器200包含反應(yīng)腔202，其具有在頂部的氣體入口 204及在底部的出口 206。垂直定位的承載器208保持多個(gè)晶片，例如晶片210。射頻(RF)加熱線圈212將熱量輻射到承載器及晶片上。雖然筒式反應(yīng)器200能夠批量處理多個(gè)晶片，但是其能夠處理的晶片數(shù)量受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、腔尺寸以及承載器的設(shè)計(jì)所限制。一旦建成，很難修改反應(yīng)器或者承載器來適應(yīng)更多的晶片。另外，在淀積期間需要旋轉(zhuǎn)承載器以獲得較好的均勻性。美國(guó)專利6，399，510提出了能夠提供雙向工藝氣體流以在不需要旋轉(zhuǎn)承載器的情況下增大均勻性的反應(yīng)腔。然而其并未解決低吞吐量、低反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)換速率、低能量利用效率、石英腔上最小的Si淀積以及加工可擴(kuò)展性的問題。另外，針對(duì)氣體入口和出口使用同一氣體管線增大了污染和重新淀積的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供了一種用于材料淀積的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含用于提供電力到所述系統(tǒng)的AC (交流)面板、承載器裝載/卸載臺(tái)、耦合到裝載/卸載臺(tái)以用于裝載 /卸載承載器的走行梁以及多腔模塊。所述多腔模塊包含氣體箱、SCR面板以及多個(gè)相互鄰近的反應(yīng)腔。反應(yīng)腔使用對(duì)輻射能量透明的材料形成，一對(duì)承載器位于反應(yīng)腔內(nèi)。每個(gè)承載器具有正面和背面，且所述正面安裝多個(gè)襯底。承載器垂直定位成使得承載器的正面相互面對(duì)，且承載器的垂直邊緣相互接觸，從而在安裝于不同承載器上的襯底之間形成大致封閉的窄通道。所述系統(tǒng)還包含多個(gè)氣體噴嘴。氣體噴嘴中的至少一個(gè)包含用于向窄通道注入反應(yīng)氣體的氣體入口以及用于排出廢氣的氣體出口。氣體入口和氣體出口耦合到不同的氣體管線，且氣體入口和氣體出口控制成使得窄通道中反應(yīng)氣體的流向可以交替，從而便于均勻的材料淀積。氣體入口被配置為當(dāng)在材料淀積期間其不向窄通道注入反應(yīng)氣體時(shí)，注入少量吹掃氣體，從而防止在氣體入口周圍的材料淀積。吹掃氣體包含以下中的至少一個(gè)HCl、SiCl4以及H2。另外，系統(tǒng)包含位于反應(yīng)腔之外的多個(gè)加熱單元。至少一個(gè)加熱單元位于兩個(gè)相鄰反應(yīng)腔的側(cè)壁之間，從而允許至少一個(gè)加熱單元同時(shí)加熱兩個(gè)相鄰的反應(yīng)腔。另外，加熱單元布置成使得它們直接向承載器的背面輻射熱能。在所述實(shí)施方式的一個(gè)變化中，吹掃氣體的流速低于反應(yīng)氣體流速的5%。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供了一種用于材料淀積的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含多個(gè)相互鄰近放置的反應(yīng)腔。所述多個(gè)反應(yīng)腔的壁使用對(duì)輻射能量透明的材料形成。所述系統(tǒng)還包含位于反應(yīng)腔之外的多個(gè)加熱單元。至少一個(gè)加熱單元放置兩個(gè)相鄰的反應(yīng)腔之間，從而允許至少一個(gè)加熱單元同時(shí)將熱能輻射到所述兩個(gè)相鄰的反應(yīng)腔。
在這個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)變化中，所述系統(tǒng)包含用于控制加熱單元的數(shù)目和能量的閉環(huán)反饋控制。


圖1呈現(xiàn)了例示典型晶體Si薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2呈現(xiàn)了例示筒式反應(yīng)器(現(xiàn)有技術(shù))的示意圖。圖3呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的側(cè)視圖的示意圖。圖4呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的后視圖的示意圖。圖5A呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的底座和腔的頂視圖的示意圖。圖5B呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器中的腔的正視圖的示意圖。圖6A呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)器腔中的承載器的正視圖的示意圖。圖6B呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔的側(cè)視圖的示意圖。圖6C呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔截面的正視圖的示意圖。圖6D呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔截面的頂視圖的示意圖。圖6E呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氣體噴嘴614的頂視圖的示意圖。圖6F呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氣體入口和出口的氣體流順序的示意圖。圖7例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的典型多腔反應(yīng)模塊。在這些附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代相同的附圖元件。
具體實(shí)施例方式呈現(xiàn)以下描述以使得任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用實(shí)施方式，且以下描述是于特定應(yīng)用及其需求的上下文中提供的。對(duì)所公開的實(shí)施方式的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易明白，且在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，這里限定的主要原理能夠應(yīng)用到其他實(shí)施方式和應(yīng)用中。因此，本發(fā)明并不限于示出的實(shí)施方式，而是被賦予與這里揭示的原理和特征相一致的最寬的范圍。MM本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于Si淀積的可擴(kuò)展、高吞吐量多腔外延反應(yīng)器。 所述反應(yīng)器包含多個(gè)可擴(kuò)展、獨(dú)立控制的多腔模塊。反應(yīng)腔由交替地插入相鄰腔之間的燈加熱單元加熱。每個(gè)反應(yīng)腔包圍一對(duì)用于支撐襯底的承載器。反應(yīng)氣體從一側(cè)到另一側(cè)交替注入腔中以保證淀積均勻性。9腔外延反應(yīng)器圖3呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的側(cè)視圖的示意圖。反應(yīng)器的背面部分(圖3的左側(cè))包含氣體/化學(xué)物質(zhì)源，例如氣體/化學(xué)物質(zhì)箱302，以及各種控制面板，例如AC(交流)面板304及SCR(可控硅整流器)面板306。三區(qū)域熱交換器及鼓風(fēng)機(jī)308位于AC面板304下面。反應(yīng)器的正面部分包含多個(gè)反應(yīng)腔310。每個(gè)反應(yīng)腔由燈加熱單元314環(huán)繞且由蓋312遮蓋。走行梁316附著在反應(yīng)器的正面且與工廠裝載/卸載臺(tái)318形成連接。承載器臺(tái)320位于裝載/卸載臺(tái)318之上。AC面板304控制整個(gè)反應(yīng)器的能量供應(yīng)；氣體/化學(xué)物質(zhì)箱302包含輸入氣體源， 例如TCS和吐承載氣體；且SCR面板306控制環(huán)繞腔的燈加熱單元的操作。圖4示出了氣體/化學(xué)物質(zhì)箱302以及SCR面板306的細(xì)節(jié)，其呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的后視圖的示意圖。圖4的頂部部分例示了 3個(gè)氣體面板402、404以及406。每個(gè)氣體面板控制針對(duì)三個(gè)單獨(dú)反應(yīng)腔的氣體輸入。舉例來說，氣體面板402包含針對(duì)三個(gè)單獨(dú)腔430、432以及 434的氣體控制。圖4的底部部分例示了三個(gè)SCR面板410、412以及414。每個(gè)SCR面板控制環(huán)繞三個(gè)對(duì)應(yīng)腔的燈加熱單元。舉例來說，SCR面板410控制環(huán)繞腔430、432以及434 的燈加熱單元。另外，每個(gè)SCR面板具有包含控制416-422的4個(gè)控制，且每個(gè)控制獨(dú)立控制一組燈?；谄湮恢?，所有環(huán)繞三個(gè)反應(yīng)腔的燈加熱單元被劃分為4個(gè)分組。舉例來說， 所有位于腔頂部的燈分組在一起以由頂部控制416所控制。相似地，中間控制418、底部控制420以及邊緣控制422分別控制位于腔之間、在腔底部以及在腔邊緣的燈。允許單獨(dú)控制位于腔不同位置的燈保證在反應(yīng)腔內(nèi)的較大平坦區(qū)域內(nèi)可以保持均勻的溫度且承載器可被均勻加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，SCR控制還包含能夠進(jìn)一步改善腔內(nèi)加熱均勻性的閉環(huán)反饋機(jī)制。圖4顯示九個(gè)反應(yīng)腔被劃分為3個(gè)分組，每個(gè)分組包含三個(gè)腔。每個(gè)分組具有它自己的氣體面板和加熱控制。舉例來說，腔430、432以及434構(gòu)成一個(gè)分組，其具有它自己的氣體面板402和用于加熱控制的SCR面板410。三個(gè)反應(yīng)腔與它們對(duì)應(yīng)的氣體面板和SCR 面板一起形成一個(gè)多腔模塊。由于每個(gè)多腔模塊可以獨(dú)立于其他模塊操作，整個(gè)系統(tǒng)可提供靈活的吞吐量。舉例來說，在一些情況下，只有一個(gè)或者兩個(gè)反應(yīng)模塊工作。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)也提供了處理的可擴(kuò)展性。舉例來說，為了增加批量處理能力，可以簡(jiǎn)單地增加更多模塊到現(xiàn)有系統(tǒng)中，而不需要修改反應(yīng)腔的尺寸或者承載器的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)模塊包含反應(yīng)腔、氣體源以及SCR控制。注意到，除了將三個(gè)反應(yīng)腔分組到一個(gè)模塊，其他結(jié)構(gòu)也是可能的。回到圖3，三區(qū)域熱交換器及鼓風(fēng)機(jī)308提供強(qiáng)制氣流到環(huán)繞反應(yīng)腔310的通風(fēng)管道330中。箭頭3 標(biāo)示強(qiáng)制氣流在通風(fēng)管道330中的方向。結(jié)果，沿著反應(yīng)腔310的外壁保持受壓氣流，以便將所述壁保持在相對(duì)于腔內(nèi)溫度的一個(gè)均勻地較冷的溫度下。在一個(gè)實(shí)施方式中，腔310的外表面的溫度保持在大約600°C，因此最小化了腔壁上的Si淀積。在Si淀積之前，走行梁316從工廠裝載/卸載承載器臺(tái)318中拾取承載器322，走行梁可被配置用于自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)、，空中懸吊式運(yùn)輸(OHT)或者傳送帶運(yùn)輸系統(tǒng)。走行梁316然后將承載器322運(yùn)送到真空鎖332中。在裝載期間，如箭頭3 所示的層狀氣流保持在真空鎖332中以驅(qū)逐灰塵或者其他雜質(zhì)。腔310的蓋312以如箭頭3M所示的方向打開，承載器322能夠投入到腔310內(nèi)以用于Si淀積。依賴于走行梁316的結(jié)構(gòu)，每次可在腔內(nèi)裝載一個(gè)或者多個(gè)承載器。圖5A呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器的底座以及腔的頂視圖的示意圖。底座502可以由不銹鋼或者其他耐用材料制成。反應(yīng)腔504的橫截面的形狀可以是(但是不限于)橢圓形、長(zhǎng)方形、圓形、正方形或者其他形狀。
圖5B呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的9腔外延反應(yīng)器中的腔的正視圖的示意圖。 諸如燈加熱單元506及508的燈加熱單元交替地插入到反應(yīng)腔之間。結(jié)果，一組燈加熱單元能夠?qū)崃枯椛涞絻蓚?cè)的腔，因此很大地增大了能量利用。舉例來說，位于腔510及腔 512之間的燈加熱單元508向這兩個(gè)腔輻射熱量。依賴于腔的尺寸以及燈的功率，每個(gè)燈加熱單元中的每個(gè)燈的尺寸或者燈的數(shù)量可以改變。在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)腔由22個(gè)燈環(huán)繞。加熱單元可由RF加熱線圈或者鎢絲燈制成。為進(jìn)一步增加能量效率，在一個(gè)實(shí)施方式中，圍繞腔安裝涂敷有金的反射器以便將來自燈的大部分輻射能量反射回來。與傳統(tǒng)外延反應(yīng)器相比，在本反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，有效地利用了來自燈加熱單元的輻射熱量；因此9腔外延反應(yīng)器的電力消耗顯著降低，結(jié)果是外延工藝的成本降低。腔以及承載器圖6A呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔內(nèi)的承載器的正視圖的示意圖。承載器604垂直放置在腔602內(nèi)。為避免腔壁的熱吸收，腔602使用對(duì)輻射熱量透明的材料形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，腔602使用石英形成。相比之下，承載器604可使用不透明且吸收輻射熱能的材料形成，例如涂敷有SiC的石墨或者單片SiC。在一個(gè)實(shí)施方式中，承載器 604使用涂敷有SiC的石墨形成。結(jié)果來自燈加熱單元的大多數(shù)輻射熱量由承載器604吸收。另外，通過環(huán)繞強(qiáng)迫氣流而使腔602的壁保持冷卻，以降低在內(nèi)表面上的Si淀積。承載器604的正面包含一組口袋(例如口袋606)以用于支撐將要被淀積的襯底。 仔細(xì)設(shè)計(jì)口袋底部的形狀以確保承載器和襯底之間良好的熱接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，口袋606的底部具有輪廓形狀。依賴于承載器604的尺寸，可將各種數(shù)量的襯底放入承載器 604中。在一個(gè)實(shí)施方式中，承載器604包含12個(gè)口袋以支撐12個(gè)125X 125mm2的襯底。圖6B呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔的側(cè)視圖的示意圖。圖6B例示了石英腔602的外壁。圖6C呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔的截面正視圖的示意圖。圖 6C顯示了一對(duì)垂直地放置在反應(yīng)腔602內(nèi)的承載器，即承載器604和承載器608。在承載器604和608之間形成窄通道610。圖6C還示出了多個(gè)用于注入前驅(qū)物和/或吹掃氣體及用于排出廢氣的氣體入口和出口 611-616，以及噴嘴凸緣618。注意到，如之后將詳細(xì)解釋的，氣體入口 611及612被配置為注入前驅(qū)物氣體，氣體出口 613及614被配置為排出廢氣，且氣體進(jìn)口 615及616被配置為注入吹掃氣體。噴嘴凸緣618在氣體入口、氣體出口以及對(duì)應(yīng)的氣體管線之間形成連接。圖6D呈現(xiàn)了例示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)腔截面的頂視圖的示意圖。圖6D例示了承載器604及608的截面形狀類似于“U”形。承載器604及608的垂直邊緣相互接觸以形成封閉的窄通道610。結(jié)果在淀積期間，諸如TCS的前驅(qū)物氣體可包含在窄通道610內(nèi)。 前驅(qū)物氣體的其他示例包含但是并不限于SiH4、SiH2Cl2以及SiCl4。除了 “U”形狀，承載器604及608的截面也能夠形成其他形狀，包括但是并不限于半圓、半橢圓、或者其他規(guī)則或不規(guī)則形狀。注意到承載器604及608的正面(即晶片保持面)相互面對(duì)。因此，諸如襯底606的淀積襯底的淀積表面環(huán)繞通道610，通道610包含前驅(qū)物氣體且其阻止前驅(qū)物氣體將材料淀積在腔602的內(nèi)壁上。由于現(xiàn)在TCS氣體在襯底表面上成功淀積Si的概率高得多，這樣的結(jié)構(gòu)能夠顯著增大TCS氣體利用率。增加的淀積概率源自前驅(qū)物氣體被淀積表面環(huán)繞以及在腔602的內(nèi)壁上的淀積減小。注意到，通道610不能太窄以保證在通道中足夠的氣體流。通道610的寬度(承載器604與608之間的距離)可在5mm到200mm之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，通道610的寬度在20mm到30mm之間，且可獲得高達(dá)30%的TCS利用率。除了允許更好的氣體利用，這個(gè)結(jié)構(gòu)使得承載器的背面面對(duì)腔壁和燈加熱單元， 這保證了黑色承載器對(duì)來自燈加熱單元的有效的輻射熱能吸收。承載器然后將吸收的熱能轉(zhuǎn)移到襯底。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，在反應(yīng)腔內(nèi)垂直放置一個(gè)單獨(dú)的承載器。淀積襯底安裝在承載器的兩個(gè)面上且直接面對(duì)燈加熱單元。在太陽(yáng)能電池中，薄膜均勻性極大地影響太陽(yáng)能電池的效率。在傳統(tǒng)的外延系統(tǒng)中，很難同時(shí)獲得良好的淀積均勻性和高的反應(yīng)氣體利用率。可使用襯底旋轉(zhuǎn)來改善均勻性。但是，在大批量反應(yīng)器中，旋轉(zhuǎn)襯底變得越來越困難。為獲得良好的淀積均勻性，在一個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)由分別位于腔602頂部和底部的氣體入口 611和612將前驅(qū)物氣體(例如 TCS和H2)注入到腔602內(nèi)的通道610中。在淀積期間，腔壓強(qiáng)能夠保持在1托到1520托之間。圖6E呈現(xiàn)了例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氣體噴嘴凸緣的頂視圖的示意圖。氣體噴嘴618包含由氣體環(huán)6 相互隔離開的開口 620和開口 622。開口 620對(duì)應(yīng)于氣體入口 611和612，且其可用于將前驅(qū)物氣體注入到通道610中。開口 622對(duì)應(yīng)于氣體出口 613 和614，且其可用于排出廢氣。由于開口 620和開口 622由氣體環(huán)624隔離開，且它們耦合到不同的氣體管線，因此不存在來自廢氣的污染。氣體入口 611和612通過切換歧管閥耦合到氣體源，且它們被配置為交替地打開。另外，氣體出口 613和614的打開及關(guān)閉也交替進(jìn)行以與氣體入口的關(guān)閉和打開步驟同步。結(jié)果，在腔602或者更具體地在通道610內(nèi)的氣體流的方向依次交替。圖6F呈現(xiàn)例示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氣體入口和出口的氣體流順序的示意圖。在步驟1期間，頂部氣體噴嘴的氣體入口 630打開以將包含TCS和吐的前驅(qū)物氣體注入到通道610。箭頭638標(biāo)示了前驅(qū)物氣體的流向。同時(shí)在步驟1期間，底部氣體噴嘴的氣體出口 636打開以排出廢氣。箭頭640標(biāo)示了廢氣的流向。在步驟1期間，頂部氣體噴嘴的氣體出口 632以及底部氣體噴嘴的氣體入口 634處于關(guān)閉。相似地，在步驟2期間，底部氣體噴嘴的氣體入口 634打開以將包含TCS和吐的前驅(qū)物氣體注入到通道610。箭頭642標(biāo)示了前驅(qū)物氣體的流向。同時(shí)在步驟2中，頂部氣體噴嘴的氣體出口 632打開以從通道610排出廢氣。箭頭644標(biāo)示了廢氣的流向。在步驟2 期間，頂部氣體噴嘴的氣體入口 630以及底部氣體噴嘴的氣體出口 636處于關(guān)閉。由于當(dāng)前結(jié)構(gòu)允許前驅(qū)物氣體在通道610內(nèi)的流向依次交替，所以可在不需要旋轉(zhuǎn)承載器的情況下獲得襯底上均勻的淀積特性。注意到，除了將氣體噴嘴放置在腔的頂部和底部之外，諸如不同數(shù)目的噴嘴或者不同的噴嘴位置之類的其他結(jié)構(gòu)也能夠改善均勻性。為了防止當(dāng)氣體入口 630和634對(duì)注入關(guān)閉時(shí)在它們周圍的Si淀積(這可能是污染源之一)，在一個(gè)實(shí)施方式中，不是在它們的“關(guān)閉，，步驟中將它們關(guān)閉，而是氣體入口 630和634保持打開以注入少量反向吹掃氣體。理想地，反向吹掃氣體流的量足夠小以防止干擾通道610中的流向。在一個(gè)實(shí)施方式中，反向吹掃氣體的流速低于前驅(qū)物氣體流速的5%。舉例來說，在步驟1期間，從氣體入口 634注入少量反向吹掃氣體，如箭頭646標(biāo)示的。相似地，在步驟2期間，從氣體入口 630注入少量反向吹掃氣體，如箭頭648標(biāo)示的。 在前驅(qū)物氣體相反方向流動(dòng)的少量吹掃氣體的存在使得在氣體入口周圍制造了湍流，從而防止前驅(qū)物氣體在氣體入口周圍淀積Si。一些實(shí)施方式使用H2作為反向吹掃氣體。一些實(shí)施方式使用HCl或者SiCl4作為反向吹掃氣體。除了在氣體入口周圍創(chuàng)建湍流外，HCl 或者SiCl4可與Si反應(yīng)，因而能夠移除在氣體入口周圍任何可能的Si淀積。注意到，由于 HCl (或者SiCl4)與Si的反應(yīng)產(chǎn)物是TCS，因此并未給腔增加任何污染。在另一實(shí)施方式中，HCl或者SiCl4與H2混合以作為反向吹掃氣體使用。回到圖6C，除了氣體入口 611和612之外，腔602也耦合到氣體入口 615和616以用于在承載器604和608的背面和腔602的內(nèi)壁之間注入背面吹掃氣體。在承載器604和 608的背面和腔602的內(nèi)壁之間的氣體壓強(qiáng)保持等于或者大于通道610內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，從而防止包含在通道610內(nèi)的TCS氣體泄漏到接近內(nèi)部腔壁的空間。在承載器背部和腔壁之間的背面吹掃氣體的存在進(jìn)一步降低了在腔602的內(nèi)壁上淀積Si的風(fēng)險(xiǎn)。與反向吹掃氣體相似，背面吹掃氣體能夠是H2、HC1、SiCl4以及它們的組合。相似地，只要能夠注入背面吹掃氣體，氣體入口 615和616的位置可以與圖6C例示的位置不同，或者背面吹掃氣體的注入噴嘴的數(shù)目可以是少于或者多于2個(gè)。圖7例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的典型多腔反應(yīng)模塊。如圖7所示的，加熱燈“夾”在兩個(gè)處理腔之間。因此，來自加熱燈的輻射能量可充分用于淀積。已經(jīng)呈現(xiàn)的各種實(shí)施方式的先前描述只是為了示例及描述的目的。其并非想要窮盡或者將本發(fā)明限制到所公開的形式。因此，許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明顯。 另外，以上公開并非想要限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于材料淀積的設(shè)備，其包括反應(yīng)腔，其使用對(duì)輻射能量透明的材料形成；一對(duì)承載器，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)，其中每個(gè)承載器具有正面和背面，其中所述正面安裝多個(gè)襯底，其中所述承載器垂直定位成使得所述承載器的正面相互面對(duì)，且其中所述承載器的垂直邊緣相互接觸，從而在安裝于不同承載器上的襯底之間形成大致封閉的窄通道；第一數(shù)目的氣體噴嘴，其中所述第一數(shù)目的氣體噴嘴的至少一個(gè)包含用于向所述窄通道注入反應(yīng)氣體的氣體入口以及用于排出廢氣的氣體出口，其中所述氣體入口和所述氣體出口耦合到不同的氣體管線，其中所述氣體入口和所述氣體出口控制成使得所述窄通道中反應(yīng)氣體的流向可以交替，從而便于均勻的材料淀積，其中所述氣體入口被配置為當(dāng)在材料淀積期間所述氣體入口不向所述窄通道注入反應(yīng)氣體時(shí)，注入預(yù)定的少量吹掃氣體，從而防止在所述氣體入口周圍的材料淀積，以及其中所述吹掃氣體包含以下中的至少一個(gè) HCUSiCl4以及H2 ；以及多個(gè)加熱單元，其位于所述反應(yīng)腔之外，其中所述加熱單元布置成使得它們直接向所述承載器的背面輻射熱能。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述吹掃氣體的流速低于所述反應(yīng)氣體流速的5%。
3.一種用于材料淀積的系統(tǒng)，包括AC(交流)面板，其用于提供電力到所述系統(tǒng)；承載器裝載/卸載臺(tái)；走行梁，其耦合到裝載/卸載臺(tái)以用于裝載/卸載承載器；多腔模塊，其包含氣體箱；SCR (可控硅整流器)面板；以及多個(gè)相互鄰近放置的反應(yīng)腔，其中所述反應(yīng)腔使用對(duì)輻射能量透明的材料形成，并且其中至少一個(gè)反應(yīng)腔包含一對(duì)位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的承載器，其中每個(gè)承載器具有正面和背面，其中所述正面安裝多個(gè)襯底，其中所述承載器垂直定位成使得所述承載器的正面相互面對(duì)，且其中所述承載器的垂直邊緣相互接觸，從而在安裝于不同承載器上的襯底之間形成大致封閉的窄通道；以及第一數(shù)目的氣體噴嘴，其中所述第一數(shù)目的氣體噴嘴中的至少一個(gè)包含用于向所述窄通道注入反應(yīng)氣體的氣體入口以及用于排出廢氣的氣體出口，其中所述氣體入口和所述氣體出口耦合到不同的氣體管線，其中所述氣體入口和所述氣體出口控制成使得所述窄通道中反應(yīng)氣體的流向可以交替，從而便于均勻的材料淀積，其中所述氣體入口配置為當(dāng)在材料淀積期間所述氣體入口不向所述窄通道注入反應(yīng)氣體時(shí)，注入預(yù)定的少量吹掃氣體，從而防止在所述氣體入口周圍的材料淀積，以及其中所述吹掃氣體包含以下中的至少一個(gè) HCl、SiCl4以及H2 ；以及多個(gè)加熱單元，其位于每個(gè)反應(yīng)腔之外，其中至少一個(gè)加熱單元位于兩個(gè)相鄰反應(yīng)腔的側(cè)壁之間，從而所述至少一個(gè)加熱單元能夠同時(shí)加熱所述兩個(gè)相鄰反應(yīng)腔，且其中所述加熱單元被布置成使得它們直接向所述承載器的背面輻射熱能。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣體的流速低于所述反應(yīng)氣體流速的5%。
5.一種用于材料淀積的方法，所述方法包括 在一對(duì)承載器的正面上放置多個(gè)襯底；將所述一對(duì)承載器垂直放置在使用對(duì)輻射能量透明的材料形成的反應(yīng)腔內(nèi)，其中所述一對(duì)承載器的正面相互面對(duì)，且其中所述承載器的垂直邊緣相互接觸，從而在安裝于不同承載器的襯底之間形成大致封閉的窄通道；利用位于所述反應(yīng)腔之外的多個(gè)加熱單元加熱所述承載器，其中所述加熱單元布置成使得它們直接向所述承載器的背面輻射熱能；以及從第一數(shù)目的氣體噴嘴將反應(yīng)氣體注入所述通道中，其中所述第一數(shù)目的氣體噴嘴中的至少一個(gè)包含用于向所述窄通道注入反應(yīng)氣體的氣體入口以及用于排出廢氣的氣體出口，其中所述氣體入口和所述氣體出口耦合到不同的氣體管線，其中所述氣體入口和所述氣體出口控制成使得所述窄通道中反應(yīng)氣體的流向可以交替，從而便于均勻的材料淀積， 其中所述氣體入口被配置為當(dāng)在材料淀積期間所述氣體入口不向所述窄通道注入反應(yīng)氣體時(shí)，注入預(yù)定的少量吹掃氣體，從而防止在所述氣體入口周圍的材料淀積，以及其中所述吹掃氣體包含以下中的至少一個(gè)HC1、SiCl4以及H2。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述吹掃氣體的流速低于所述反應(yīng)氣體流速的5%。
7.一種用于材料淀積的系統(tǒng)，包括相互鄰近放置的多個(gè)反應(yīng)腔，其中所述多個(gè)反應(yīng)腔的壁使用對(duì)輻射能量透明的材料形成；位于所述反應(yīng)腔之外的多個(gè)加熱單元，其中至少一個(gè)加熱單元位于兩個(gè)相鄰反應(yīng)腔之間，從而允許所述至少一個(gè)加熱單元同時(shí)向所述兩個(gè)相鄰反應(yīng)腔輻射熱能。
8.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含用于控制加熱單元的數(shù)目和功率的閉環(huán)反饋控制。
全文摘要
一個(gè)實(shí)施方式提供了一種用于材料淀積的設(shè)備。所述設(shè)備包含反應(yīng)腔以及一對(duì)承載器。每個(gè)承載器具有正面和背面，其中正面安裝襯底。垂直定位的承載器的正面相互面對(duì)，且承載器的垂直邊緣相互接觸。所述設(shè)備還包含多個(gè)用于注入反應(yīng)氣體的氣體噴嘴?？赏ㄟ^控制氣體噴嘴而使得腔內(nèi)氣體流向能夠交替。氣體入口被配置為當(dāng)氣體入口不向窄通道注入反應(yīng)氣體時(shí)，注入包含以下中的至少一個(gè)的少量吹掃氣體HCl、SiCl4以及H2。所述設(shè)備包含位于反應(yīng)腔之外的多個(gè)加熱單元。加熱單元布置成使得它們直接向承載器的背面輻射熱能。
文檔編號(hào)C30B25/10GK102177275SQ200980140174
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者D·Z·陳, S·波佩, Y·羅澤恩宗, 丁培軍, 嚴(yán)曉樂, 徐征 申請(qǐng)人:賽昂電力有限公司