KR20130093490A

KR20130093490A - 광전지 적용에서 미정질 물질의 증착 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130093490A
Application number: KR1020127029314A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 클린트보르트; 마르쿠스 쿠피히
Original assignee: 텔 솔라 아게
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-08-22
Also published as: CN105887040A; JP2013529374A; EP2558612A1; CN102834546A; CN102834546B; WO2011127619A1

Abstract

광전지 생산을 위한 증착 방법 및 시스템이 제공된다. 본 방법은 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 반응 챔버 내를 대기압-미만 압력으로 유지시키는 것을 포함한다. 제1 및 제2 전극을 이격시키는 거리 D는 mm로 표시되며 10 mm 이상 30 mm 이하이다. 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 공정 가스 내의 반도체-함유 가스의 농도는 적어도 50 부피% 이상이다.

Description

광전지 적용에서 미정질 물질의 증착 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING A MICROCRYSTALLINE MATERIAL IN PHOTOVOLTAIC APPLICATION}

본 발명은 일반적으로 태양전지를 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 박막 태양전지용 기판상에 미정질(microcrystalline) 실리콘 층들을 증착하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 2010년 4월 16일 출원된 미국 특허출원번호 제61/324,909호가 전체로서 참조로 본원에 포함된다.

광전변환 장치 또는 태양전지로도 불려지는 광전지 장치(photovoltaic device)는 빛, 특히 태양광을 직류(DC) 전력으로 변환하는 장치이다. 박막 태양전지는 결정질 또는 다결정 실리콘 대신에 유리, 유리 세라믹, 또는 다른 강성 또는 연성 물질을 기판으로 사용할 수 있기 때문에 저가의 대량 생산을 위하여 특히 주목된다. 광전효과를 생성할 수 있는 태양전지, 즉 층 시퀀스(layer sequence)는 기판상에 얇은 층들로 증착된다. 증착은 상압 또는 진공조건 하에서 수행될 수 있다. PVD, CVD, PECVD, APCVD 등과 같은 증착 기술은 당업계에서 널리 알려져 있으며 이들 각각은 반도체 장치의 생산에 사용된다.

박막 태양전지는 일반적으로 제1 전극, 하나 이상의 반도체 박막 p-i-n 접합들 및 제2 전극을 포함하며, 이들은 기판상에 연속적으로 쌓여진다. 각각의 p-i-n 접합 또는 박막 광전변환 유닛은 p-형(p-type) 층 및 n-형 층 사이에 끼여진 i-형 층을 포함한다(p-type : positively doped, n-type : negatively doped). i-형 층은 실질적으로 진성 반도체 층으로서, 박막 p-i-n 접합 두께의 다수를 차지하며, 태양전지에 의해 수행되는 광전변환의 일차적 책임을 담당한다.

박막 태양전지는 점점 더 대량생산되어지며, 이러한 태양전지의 효율적이고 효과적인 제조를 위하여 통합 제조공정이 요구된다. PECVD(plasma-enhance chemical vapor deposition) 등과 같은 종래의 제조 공정은 수소 또는 다른 희석가스에 의해 엷게 희석된 반응물을 전통적으로 제조하였다. 예를 들어 실란(SiH₄) 가스는 전통적으로 수소에 의해 10 부피% 이하의 농도로 희석되었으며, 이는 많은 양의 수소가 요구되고, 수소는 결국 다른 반응물과 반응하지 않고 증착 챔버를 빠져나간다. 다른 말로 하여, 증착 챔버로 유입되는 많은 양의 수소의 대부분이 오직 실란(SiH₄) 가스를 희석하기 위함이다. 수소 희석제의 대부분이 태양전지 기판상의 층 형성에 기여하지 못하며, 처리를 요하는 폐기물로 배출된다. 증착과정 중의 가스의 총 흐름은 펌프, 튜브, 가스 공급장치의 크기에 영향을 주는 중요한 요소의 하나이며, 이러한 공정에서 처리를 요하는 폐기물의 양은 높은 생산비용의 원인이 된다.

전술한 바와 같은 종래의 공정에서, 다량의 수소(H₂) 부피흐름(volumetric flow)의 다른 기능은 플라즈마 공간(plasma volume)에서 형성된 실리콘(Si)-함유 제품을 플러쉬(flush)하는 것이다. 그러나 다량의 수소 부피흐름은 또한 비-해리(또는 완전하게 해리되지 않은)된 실란(SiH₄)을 증착 챔버에서 동반하여 제거한다. 증착 챔버로부터 실란(SiH₄) 가스의 이러한 조기 제거는 실란(SiH₄) 가스의 비효율적 소비를 초래하며, 과량의 실란(SiH₄) 가스(및 부분적으로 해리된 실란(SiH₄))가 배출되고 처리를 요하게 된다. 이러한 조건들은 박막 태양전지의 총 생산비용을 증가시킨다.

또한 종래의 태양전지 제조공정 중에 공정 챔버 내에 형성된 높은 공정 압력은 공정 영역 내 분자들의 평균 자유 경로를 감소시킨다. 이러한 상승된 공정 압력은 기판 대신에 플라즈마 내에서 실리콘-함유 미립자의 성장을 촉진시키며, 이는 박막 태양전지 생산에 필요한 총 생산시간을 증가시키는 저증착율을 야기시킨다.

도프된 미정질 실리콘 층들을 종래의 제조공정에 의하여 형성하는 경우에, 포스핀(PH₃) 및 트리메틸보론(B(CH₃)₃) 등과 같은 도펀트(dopant) 가스들은 미정질 실리콘의 핵 형성에 부정적 영향을 미친다. 이러한 부정적 영향을 상쇄하기 위하여, P-형 및 N-형 도프된 미정질 실리콘 층들은 전통적으로 진성(intrinsic) 미정질 실리콘의 형성과 비교하여 증가된 수소 희석 및 실란(SiH₄)의 낮은 총 부피흐름 하에서 형성되었다. 그러나 전술한 문제점에 더하여, 증가된 수소 희석은 낮은 증착율을 야기하였다. 그 결과 태양전지의 도프된 층들의 두께(수십 nm)가 진성 층의 두께보다 얇음에도 불구하고, 도프된 층들을 증착하는데 소비되는 시간이 이러한 태양전지를 제조하는데 소요되는 총 시간에 중요한 영향을 미친다.

전술한 단점들을 극복하기 위한 시도로 완전히 다른 타입의 증착이 전형적으로 포함되었으며, 종종 순수 실란(SiH₄)(즉 비희석)을 사용한 플라즈마의 생성이 포함되었다. 그러나 이들 다른 증착 공정들은, 가스흐름 안정성 및 실리콘 파우더 트래핑의 차이로 인하여 희석 실란(SiH₄)을 사용하는 증착 공정용으로 설계된 기존의 상업적으로 입수 가능한 대면적 PECVD 증착 장치에 커다란 변형을 요구한다.

본 발명의 하나의 양상에 따르면, 본 발명은 기판상에 반도체 물질의 미정질 층을 형성하기 위하여 반도체 물질이 기판상에 증착되는 반응공간을 실질적으로 둘러싸는 증착 챔버를 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템에 관계한다. 기판 컨디셔너(substrate conditioner)는 반도체 물질의 증착을 위한 기판의 목표 온도를 형성하기 위하여, 기판에 가열 효과를 제공하고 기판에 냉각 효과를 제공하며 또는 기판에 가열 및 냉각 효과를 제공한다. 서로 마주보는 제1 및 제2 전극들은 거리 D 만큼 이격되며, 증착의 적어도 일부 동안 반응공간 내에 플라즈마를 점화하고 플라즈마를 유지하기 위하여 활성화되도록 전원에 작동가능하게 연결된다(operatively connected). 진공 서브시스템은 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키며(evacuate), 이송 서브시스템은 공정가스를 반응공간으로 유입시킨다. 공정가스는 반도체 소스로부터의 반도체-함유 가스 및 희석소스로부터의 희석제를 포함한다. 제어기는 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같도록 대기압-미만 압력(sub-atmospheric pressure)을 유지하기 위하여 진공 서브시스템 및 이송 서브시스템의 적어도 하나의 운전을 제어하도록 프로그램된다. 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시된다. 제어기는 또한 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 공정가스 내의 반도체-함유 가스 농도를 적어도 50 부피%로 유지하도록 프로그램된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 증착 시스템의 증착 챔버 내에서 기판상에 반도체 물질을 증착하는 방법에 관계한다. 증착 시스템은 또한 기판에 가열 효과 및 냉각 효과의 하나 또는 둘 모두를 제공하는 기판 컨디셔너, 거리 D 만큼 이격되며, 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 전원에 작동가능하게 연결되는 제1 및 제2 전극들, 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키는 진공 서브시스템, 및 공정가스를 반응공간으로 유입시키는 이송 서브시스템을 포함한다. 상기 방법은 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 진공 챔버 내에 형성되어야 하는 대기압-미만 압력을 제어기에 의해 수신하는 것을 포함한다. 대기압-미만 압력은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같다. 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시된다. 상기 방법은 또한 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키고 제어기에 의해 수신된 대기압-미만 압력을 형성하기 위하여 진공 서브시스템의 운전을 제어하는 압력 신호를 전송하는 것을 포함한다. 또한 제어기에 의해 증착을 위한 기판의 목표 온도가 수신된다. 기판의 온도를 목표 온도에 접근시키거나 대략 동일하게 하기 위하여 기판의 온도를 상승, 하강 또는 상승 및 하강시키도록 기판 컨디셔너를 제어하는 온도 신호가 제어기로부터 전송된다. 제1 및 제2 전극들을 활성화시키고 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 전원을 제어하는 플라즈마 신호가 또한 제어기로부터 전송된다. 증착의 적어도 일부 동안에 증착 챔버 내의 반도체-함유 가스 농도를 적어도 50 부피%로 유지하도록 반도체-함유 가스 및 적절한 양의 희석제를 증착 챔버 내로 유입하기 위하여 이송 서브시스템의 운전을 제어하는 유량 신호가 제어기로부터 전송된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 증착 시스템의 증착 챔버 내에서 기판상에 반도체 물질을 증착하는 방법에 관계한다. 증착 시스템은 또한 기판에 가열 효과 및 냉각 효과의 하나 또는 둘 모두를 제공하는 기판 컨디셔너, 거리 D 만큼 이격되며, 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 전원에 작동가능하게 연결되는 제1 및 제2 전극들을 포함한다. 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키기 위하여 진공 서브시스템이 제공되며, 이송 서브시스템은 공정가스를 반응공간으로 유입시킨다. 상기 방법은 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 진공 챔버 내에 대기압-미만 압력을 형성하는 것을 포함하며, 대기압-미만 압력은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같다. 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시된다. 기판 컨디셔너를 사용하여 기판의 온도는 약 120℃ 내지 약 280℃ 범위 내의 목표 온도에 접근시키거나 대략 동일하게 되도록 상승되거나 하강되거나 또는 상승 및 하강된다. 전원을 사용하여, 제1 및 제2 전극들의 적어도 하나가 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 활성화된다. 반도체-함유 가스 및 적절한 양의 희석제가, 증착의 적어도 일부 동안에 증착 챔버 내의 반도체-함유 가스 농도를 적어도 50 부피%로 유지하기 위하여 증착 챔버 내로 유입된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명은 증착 시스템의 증착 챔버 내에서 기판상에 반도체 물질을 증착하는 방법에 관계한다. 증착 시스템은 또한 기판에 가열 효과 및 냉각 효과의 하나 또는 둘 모두를 제공하는 기판 컨디셔너, 거리 D 만큼 이격되며, 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 전원에 작동가능하게 연결되는 제1 및 제2 전극들, 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키는 진공 서브시스템, 및 공정가스를 반응공간으로 유입시키는 이송 서브시스템을 포함한다. 상기 방법은 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 진공 챔버 내에 대기압-미만 압력을 형성하는 것을 포함하며, 대기압-미만 압력은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같다. 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시되며, 약 10 mm 보다 크거나 같으며 약 30 mm 보다 작거나 같다. 기판 컨디셔너를 사용하여 기판의 온도를 약 120℃ 내지 약 280℃ 범위 내의 목표 온도에 접근시키거나 대략 동일하게 되도록 상승되거나 하강되거나 또는 상승 및 하강된다. 전원을 사용하여, 제1 및 제2 전극들의 적어도 하나가 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 활성화된다. 반도체-함유 가스 및 적절한 양의 희석제가, 수행될 증착을 위하여 증착 챔버 내로 유입된다.

상기 발명의 요약은 본 발명에 따른 시스템 및/또는 방법의 다양한 양상에 대한 기본적 이해를 제공하기 위한 간략화된 요약이다. 상기 요약은 본 발명에 따른 시스템 및/또는 방법의 전체적인 개괄은 아니다. 이는 아래에서 보다 상세하게 설명하기 위한 전제로서 다양한 개념을 간단한 방식으로 설명하기 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조로 하여 그 물리적 형태 및 배열 등에 대하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 다른 증착 시스템의 도식적 도면이다.
도 2는 싱글-접합 및 멀티-접합 태양전지에서 진성 및 비진성 미정질 층들의 예시적 배열이다.
도 3은 기판상에 반도체 물질을 자동 증착하는 방법의 개념적 플로우 다이어그램이다.
도 4는 기판상에 반도체 물질을 증착하는 일반적인 방법의 개념적 플로우 다이어그램이다.

특정한 용어는 본원에서 단지 편의를 위하여 사용되었을 뿐, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본원에서 사용된 관련 단어는 도면을 참조하여 최적으로 이해될 수 있으며, 동일한 번호는 동일 또는 유사한 항목을 특정하는데 사용되었다. 또한 도면에서 특정한 구성은 다소 개념적인 형태로 도시될 수 있다.

또한 "적어도 하나의"라는 구문 뒤에 복수의 부재들이 이어지면 이는 하나의 부재 또는 하나 이상의 부재의 조합으로 이해되어야 한다. 예를 들어 "적어도 하나의 제1 부품 및 제2 부품"이라는 구문은 본원에서 제1 부품, 제2 부품 또는 제1 부품 및 제2 부품을 의미한다. 동일하게 "적어도 하나의 제1 부품, 제2 부품 및 제3 부품"은 본원에서 제1 부품, 제2 부품, 제3 부품, 제1 및 제2 부품, 제1 및 제3 부품, 제2 및 제3 부품 또는 제1 및 제2 및 제3 부품을 의미한다.

도 1은 광전지 제조를 위한 PECVD 시스템의 예시적 구현예를 도시한다. 도시된 바와 같이 증착 시스템(10)의 예시적 구현예는 반응공간(14)을 실질적으로 둘러싸는 증착 챔버(12)를 포함하며, 여기에서 적어도 하나의 층 및 선택적으로 반도체 물질의 복수의 미정질 층들이 기판(16)상에 증착된다. 이러한 증착 챔버(12)의 물리적 구조의 예는 스위스, 트뤼바흐, 외를리콘 Solar AG사의 모델 KAI-1200에서 볼 수 있다. 뒤에서 상세히 설명하는 바와 같이, 도펀트가 미정질 층의 일부로 증착되면 이러한 미정질 층은 N-형 또는 P-형 도프된 미정질 층으로 불리운다. 도펀트 없이 증착된 층들은 진성 미정질 층들로 불리운다.

받침대 도는 다른 적절한 기판 지지대(18)가 반응공간(14) 내 증착에 적합한 지점에서 기판(16)을 지지한다. 기판(16)상에 반도체 물질을 증착하기 위하여 요구되는 수준으로 기판(16) 온도를 조절하고 실질적으로 유지하기 위하여 기판 지지대(18)에 인접하여 기판 컨디셔너(20)가 제공될 수 있다. 기판 컨디셔너(20)는 본원에서 기술된 증착과정 동안에 기판(16)을 가열하거나 기판(16)을 냉각하거나 또는 기판(16)을 가열 및 냉각하기 위하여 작동될 수 있다. 가열 목적을 위하여 기판 컨디셔너(20)는 저항성 가열, 유도성 가열, 복사 가열 등 어떠한 방법으로든 열 에너지를 발생시키는 가열 소자를 포함할 수 있다. 기판(16)에 가열 효과를 제공하기 위하여 필요한 열 에너지는 선택적으로 본원에서 기술되는 바와 같이 생성되는 플라즈마에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수 있다. 기판(16)에 냉각 효과가 제공되어야 하는 구현예에 있어서, 기판 컨디셔너(20)는 적어도 부분적으로 냉매의 상변화로 인하여 열 에너지를 제거하는 냉각회로부, 기판(16)에서 열을 제거하기 위하여 기판(16)의 온도보다 낮은 온도에서 냉각액을 이송하는 도관, 또는 증착 동안에 기판(16)에 요구되는 냉각 효과를 제공하기 위한 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다. 기판 컨디셔너(20)에 의해 형성되는 기판(16)의 요구되는 온도는 다른 공정조건뿐만 아니라 증착되어야 하는 특정한 반도체 물질에 의존한다. 그러나 본 발명의 구현예에 따르면, 요구되는 온도는 약 120℃ 내지 약 280℃ 범위 내에서 서브-범위(sub-range) 온도를 포함하여 어떠한 온도일 수도 있다. 선택적 구현예에 따르면, 요구되는 온도가 하강하는 온도범위는 약 140℃ 내지 약 220℃, 바람직하게는 약 180℃ 내지 약 200℃ 범위이다.

예시적 구현예에 따르면, 기판 지지대(18)는 제2 전극(22)에 대향하는 제1 전극을 형성하기 위하여 적어도 부분적으로 금속, 금속합금 또는 다른 적절한 전기전도성 물질로 형성된다. 제2 전극(22)은 본 발명의 구현예에 따르면 제1 전극인 기판 지지대(18)에 실질적으로 평행하며, 기판 지지대(18)로부터 기판 지지대(18) 및 제2 전극(22)에 수직인 거리 D 만큼 이격되어 있다. 다양한 구현예에서 제1 전극/기판지지대(18)와 제2 전극(22)을 이격시키는 거리 D는, 다른 수치도 본 발명의 범위에 속하기는 하지만, 약 10 mm 보다 크거나 같을 수 있으며 약 30 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 도 1에 참조로 도시된 구현예에서는 기판 지지대(18)가 제1 전극을 이루고 있으나, 다른 구현예에서는 기판 지지대(18)와 구별되는 별도의 제1 전극을 선택적으로 포함할 수 있다.

도 1에서 제1 전극/기판지지대(18) 및 제2 전극(22)은 기판(16)상에 반도체 물질을 증착하는 적어도 일부 동안에 플라즈마(26)를 점화하고 반응공간(14) 내에 플라즈마(26)를 유지하기 위하여 전원(24)에 연결된다. 도 1에 도시된 구현예에서, 전원(24)은 13.56 MHz 보다 크거나 같은, 또는 약 28 MHz 또는 40 MHz와 같은 고조파 또는 예를 들어 다른 어떤 적절한 주파수를 가지는 RF 전력을 공급할 수 있는 RF 생성기를 포함한다. 선택적 구현예에서, 제1 전극/기판지지대(18) 및 제2 전극의 적어도 하나는 대향하는 전극과 마주보는 실질적으로 평평한 표면(28)을 가지며, 소정의 표면 면적을 포함한다. 평평한 표면(28)의 면적은 수행될 특정한 증착에 요구되는 전력밀도를 형성하기 위하여 전원(24)과 함께 선정된다. 예를 들어, 제2 전극(22)의 평평한 표면(28)의 면적 및 RF 생성기는 제2 전극(22)의 표면면적 ㎠ 당 0.1 W 보다 크거나 같은 전력밀도를 연대하여 형성할 수 있다.

반응공간(14) 내에 대기압 미만의 압력을 형성하기 위하여 진공 서브시스템(29)이 또한 제공될 수 있다. 진공 서브시스템(29)은 반응공간(14) 내 압력을 1 기압 미만으로 낮추기 위하여 증착 챔버(12)를 적어도 부분적으로 배출(evacuate)시킬 수 있는 어떠한 장치도 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 서브시스템(29)은 반응공간(14) 내의 대기압 미만 압력을 반도체물질 증착의 적어도 일부에 요구되는 증착 압력으로 유지하기 위하여 반응공간(14) 내에 공정가스를 공급하는 반응가스 이송 서브시스템(30)과 협동으로 작동될 수 있다. 적절한 증착 압력의 예들은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같은 어떠한 압력도 포함될 수 있으며, 여기에서 제1 및 제2 전극들(18,22)을 이격시키는 거리 D는 mm 로 표시되었다. 다시 말해서, 제2 전극(22)으로부터 제1 전극/기판지지대(18)를 이격시키는 밀리미터로 표시되는 거리 D를 밀리바(mbar)로 표시되는 반응공간(14) 내 압력은 약 50 mbar*mm 보다 작거나 같다.

이송 시스템(30)은 유량 조절기(32)를 포함하며, 유량 조절기(32)는 반응공간(14) 내로 고정가스의 유입을 조절하고 선택적으로 계량할 수 있는, 예를 들어 밸브와 같은 어떤 적절한 장치일 수 있다. 유량 조절기(32)에 추가하여, 이송 시스템(30)은 반응공간(14) 내로 유입되기 전에 반응가스 성분들이 결합되는 공간을 구성하는 믹서(50)를 선택적으로 포함할 수 있다. 다양한 소스들(34,36,38) 각각의 개별 밸브들(52) 또는 다른 유량 조절기가 다양한 소스들(34,36,38)과 반응공간(14) 사이의 유체 소통(fluid communication)을 형성하는 배관을 따라서 선택적으로 배치될 수 있다. 개별 밸브들(52)은, 만약 존재한다면, 반응공간(14)으로 유입되는 반도체-함유 가스, 희석제 및 도펀트의 유량을 조절하기 위하여 조정될 수 있다.

공정가스는 반도체소스(34)로부터의 반도체-함유 가스, 희석소스(36)로부터의 희석제 및 도펀트소스(38)로부터의 도펀트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반도체-함유 가스는 예를 들어 실리콘을 함유하는 실란(SiH₄)과 같은 반도체성 물질을 포함하는 어떤 가스일 수 있다. 반도체-함유 가스의 농도를 희석하기 위한 다른 적절한 희석제도 역시 본 발명의 범위에 속하지만, 관전지 분야에서 반도체 증착을 위한 가장 일반적인 희석제는 수소이다. 도펀트는 증착되었을 때 증착된 반도체 물질 층의 전기 전도도에 영향을 주는 물질을 포함한다. 도펀트의 예로는 이에 한정되는 것은 아니지만, 포스핀(PH₃), 디보레인(B₂H₆) 및 트리메틸보론(B(CH₃)₃)을 포함한다. 본 기술을 간단하고 명료하게 기술하기 위하여, 도 1에 도시된 구현예 및 이하의 설명에서는 반도체 함유 가스로 실란(SiH₄)을, 희석제로 수소를 포함한다. 예시된 구현예에서는 N-형 미정질 층들의 증착을 위하여 도펀트로 포스핀(PH₃)이 기재되었으며, P-형 미정질 층들의 증착을 위하여 디보레인(B₂H₆)이 도펀트로 사용되었으나, 다른 적절한 P-형 및 N-형 도펀트 역시 본 발명의 범위에 속한다.

제1 전극/기판 지지대(18) 및 제2 전극(22)에 플라즈마(26)를 점화하고 유지하기 위하여 RF 전력을 공급하는 전원(24), 반응공간(14)에서 증착 챔버의 내용물의 적어도 일부를 배출시키는 진공 시스템(29) 및 반응공간(14)으로 공정가스를 유입시키는 이송 시스템(30)의 적어도 하나의 운전을 제어하기 위하여 제어기(controller, 40)가 제공된다. 제어기(40)는 예를 들어 비-일시적, 컴퓨터-가독 메모리(42)에 접근할 수 있는 마이크로프로세서-베이스의 내장형 시스템일 수 있다. 이러한 구현예에 따르면, 컴퓨터-가독 메모리(42)에 저장된 컴퓨터-수행가능 지시가 마이크로프로세서(46)에 의해 실행되며, 이어서 제어기(40)에 의해 제어되는 이송 서브시스템(30), 진공 서브시스템(29) 및 전원(24)으로 제어라인(44)을 통하여 제어신호를 송출한다.

선택적 구현예에 따르면, 제어기(40)는 이송 서브시스템(30), 진공 서브시스템(29) 및 전원(24)의 운전을 조절하는 다양한 제어단계를 수행하기 위하여 하드와이어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(40)는 하나 또는 그 이상의 특수용도의 통합회로일 수 있다.

도 2는 공통의 유리 기판(16)상에 나란히 배열된 싱글-접합 태양전지(60) 및 멀티-접한(본 구현예에서는 듀얼-접합) 태양전지(62)의 도식적 도면이다. 도시된 바와 같이, 싱글-접합 태양전지(60)는 P-형 미정질 층(64)과 그 위에 증착되는 진성 미정질 층(66) 및 이어지는 N-형 미정질 층(68)을 포함한다. 전기 전도성 물질로 이루어지는 전면 접속부(70)와 배면-접속부(72)는 이를 통하여 싱글-접합 셀(60)이 빛(74)에 노출됨에 따라 DC 전류를 생성하는 싱글-접합 태양전지(60)의 단자들(terminals)을 형성한다. 전면 접속부(70)는 전면 접속부(70) 위에 조사되는 빛(74)의 대부분을 반도체의 미정질 층들로 전송하기 위하여 실질적으로 투명하다.

도프된 미정질 층(64)은 미정질 층을 형성하기 위하여 증착된 반도체 물질보다 적어도 하나 이상 부족한 원자가 전자를 가지는 원자들을 포함하기 때문에 P-형이다. 반도체-함유 가스로서 실란(SiH₄)으로부터 증착된 P-형 비진성(extrinsic) 미정질 실리콘층(64)의 본 구현예에서, 예를 들어 보론을 함유하는 도펀트가 반응공간(14)으로 도입될 수 있다. 전술한 디보레인(B₂H₆) 및 트리메틸보론(B(CH₃)₃)은 P-형 비진성 미정질 층(64)의 증착에 적합한 도펀트의 두 가지 예이다.

유사하게, 도프된 미정질 층(68)은 미정질 층을 형성하기 위하여 증착된 반도체 물질보다 적어도 하나 이상 많은 원자가 전자를 가지는 원자들을 포함하여 음으로 도프되었기 때문에 N-형이다. 실란(SiH₄)으로부터 증착된 반도체 물질로 실리콘으로 이루어진 미정질 층(68)의 본 구현예에서, 예를 들어 인을 함유하는 도펀트가 반응공간(14)으로 도입될 수 있다. 전술한 포스핀(PH₃)은 N-형 비진성 미정질 층(68)의 증착에 적합한 도펀트의 예이다.

P-형 미정질 층(64)과 N-형 미정질 층(68) 사이의 진성 층(66)은 증착 동안에 의도적으로 도프되지 않은 실리콘 증착층이다. 따라사, 진성 층(66)의 전기 전도도는 도펀트의 유입에 의하여 변화하지 않는다.

도 2에 도시된 멀티-접합 태양전지(62)는 싱글-접합 태양전지(60)와 유사하나, P-형, I-형(진성), N-형 층들을 포함하는 복수의 반복된 스택들(stacks)을 포함한다.

I-형 층의 결정화 정도에 따라 비정질(a-Si) 또는 미정질(μc-Si) 광전지로 특징지어진다. 본원에서 사용된 미정질 층들은 비정질 매트릭스 내에 상당부분의 결정성 실리콘-소위 미세 결정-을 포함하는 층들을 말한다.

제어기는(40, 도 1) 증착 챔버(12) 내에 배치된 기판(16)상에 반도체 물질의 증착 방법을 수행하기 위하여 메모리(42) 내의 컴퓨터-가독 지시들을 실행할 수 있다. 제어기(40)의 다른 구현예에 따르면, 제어기(40)는 이러한 방법들을 수행하기 위하여 하드와이어될 수 있으며, 또는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 이러한 방법 단계들의 일부 또는 전부가 수동으로 수행될 수도 있다. 이러한 자동화된 방법의 예시적 구현예는 도 3에 도시된 플로우 다이어그램을 참조하여 이해될 수 있다. 도 3에 도시된 단계들의 순서는 특별히 명시하지 않으면 반드시 그 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니다.

외를리콘 Solar AG사로부터 상업적으로 공급가능한 모델 KAI-1200 증착 시스템과 같은 표준 증착 장치를 사용하여 진성 및/또는 도프된 미정질-실리콘 층들을 증착하기 위한 예시적 PECVD 공정이 도 3에 도식적으로 개시되어 있다. 본 예시에서는 반도체-함유 가스로 실란(SiH₄)이 기술될 것이며, 이는 반응공간(14) 내 총 공정가스의 50% 이상의 혼합 분율(mixture fraction)로 존재한다. 본 예시에서 희석제로는 수소를 포함하며, 도프된 미정질 층이 증착되는 구현예를 위하여, 포스핀(PH₃), 디보레인(B₂H₆) 또는 트리메틸보론(B(CH₃)₃) 같은 도펀트가 추가될 수 있다. 본 예시에서 증착 동안에 반응공간(14) 내로 도입되어야 할 공정가스의 유속은 제2 전극(22)의 평평한 표면(28)의 면적에 대해 0.03 sccm/㎠ 보다 작다. 또한 본 예시에서 증착 챔버(12) 내의 대기압 미만 압력은 50 mbar*mm의(압력*전극들의 이격 거리) 정규화된 압력 또는 그 이하의 압력으로 유지된다. 증착 결과는 높은 RF 전력밀도(즉, 제2 전극(22)의 평평한 표면(28, 도 1)의 면적에 대하여 0.1 W/㎠ 보다 큰)에서 최소 5 Å/s(50 nm/s)의 증착률을 가져왔다. 본 예시에서의 상기 파라미터 규격은 다른 적절한 증착 시스템(10)에서의 표준화된 계량을 위하여 평평한 표면(28)의 단위 ㎠ 면적을 기준으로 표준화되었다.

도 3에 도시된 바와 같이, 방법은 단계 100에서 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 증착 챔버(12) 내에서 형성되어야 할 대기압-미만 압력의 제어기(40)에 의한 수신을 포함한다. 대기압-미만 압력은 증착 시스템(10)의 건설 동안에 증착 시스템(10)을 운전하는 사용자의 입력 또는 다른 입력에 의하여 제어기(40) 내로 프로그램될 수 있다. 대기압-미만 압력이 특정되는 방법에 관계없이, 수신된 대기압-미만 압력은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같을 수 있으며, 여기에서 제1 전극 및 제2 전극을 이격시키는 거리 D는 mm로 표시되었다. 본 예시에서 제1 전극 및 제2 전극을 이격시키는 거리 D는 약 10 mm 보다 크거나 같을 수 있으며, 약 30 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 선택적 구현예에서, 단계 100에서 제어기에 의해 수신된 대기압-미만 압력은 적어도 0.8 mbar 이상이나, 3.0 mbar 보다 크지는 않다. 또 다른 구현예들은, 단계 100에서 제어기(40)에 의해 수신된 대기압-미만 압력이 적어도 1.0 mbar 이상이나, 2.0 mbar 보다 크지는 않다. 제어기(40)는 이어서 도 3의 단계 110에서, 적어도 부분적으로 증착 챔버(12)를 배출시키고 수신된 대기압-미만 압력을 형성하도록 진공 서브시스템(29)의 운전을 제어하기 위하여 전달되어야 할 입력신호를 제어라인(44)을 따라서 전송할 수 있다.

유사하게, 제어기(40)는 또한 수행될 증착 공정에 요구되는 기판(16)의 목표 온도를 단계 120에서 수신한다. 대기압-미만 압력에서와 같이, 목표 온도는 증착 시스템(10)의 건설 동안에 증착 시스템(10)을 운전하는 사용자의 입력 또는 다른 입력에 의하여 제어기(40) 내로 프로그램될 수 있다. 목표 온도가 특정되는 방법에 관계없이, 본 예시에서 수신된 목표 온도는 적어도 120℃ 이상이나, 280℃ 보다 크지는 않다. 선택적 구현예들에 따르면, 수신된 목표 온도는 적어도 140℃ 이상이나 220℃ 보다 크지는 않으며, 바람직하게는 약 180℃ 내지 약 200℃ 사이이다. 제어기(40)는 이어서 기판(16)의 온도를 수신된 목표 온도에 접근하는 온도로 높이거나 낮추도록 기판 컨디셔너(20)의 운전을 제어하기 위하여 전달되어야 할 온도 신호를 도 3의 단계 130에서 제어라인(44, 도 1)을 통하여 전송한다.

일 구현예에 따르면, 이송 시스템(도 1)은 공정가스의 유입 이전 및 플라즈마(26)의 점화 이전에 도 3의 단계 140에서 반응공간(14)으로 점화가스를 선택적으로 유입할 수 있다. 점화가스는 예를 들어 희석소스(36, 도 1)로부터의 수소와 같은 가스 또는 불활성 가스일 수 있다. 선택적 점화가스의 유입에 이어서 제어기(40)는 전원으로 하여금 제1 및 제2 전극들(18,22)을 활성화시키고 점화가스의 존재 하에 증착 챔버(12) 내에 플라즈마(26)를 형성하도록 플라즈마 신호를 단계 150에서 전송할 수 있다. 본 예시에 따르면, 전원은 예를 들어 적어도 13.56 MHz 또는 약 28 MHz 또는 40 MHz와 같은 고조파의 주파수를 가지는 RF 전력을 제공하는 RF 생성기를 포함한다. 선택적 구현예에 따르면, 주파수는 적어도 35 MHz 또는 적어도 40 MHz 일 수 있다. 또한 공급되는 RF 전력은 제2 전극(2)의 평평한 표면(28)의 단위면적 당 0.1 W/㎠ 보다 크거나 같은 전력밀도를 포함한다.

플라즈마(26, 도 1)의 점화에 이어서, 제어기(40)는 적어도 실란(SiH₄) 및 적절한 양의 수소를 증착 챔버(12) 내로 도입하도록 이송 시스템(30)의 운전을 제어하는 유량 신호를 단계 160에서 제어라인(44)을 통하여 전송한다. 이송 시스템(30)의 운전은 적어도 증착 과정의 일부 동안, 가능하게는 증착 과정의 대부분 또는 전체 동안에 반응공간(14) 내 실란(SiH₄)의 농도를 적어도 50 부피% 이상 형성한다. 진성 미정질 층들의 증착을 위하여, 실란(SiH₄)의 농도는 적어도 70 부피% 또는 적어도 75 부피% 이상일 수 있다. 실란(SiH₄)의 농도와 관계없이, 반응공간(14)으로 유입되는 공정가스의 유속을 제1 및/또는 제2 전극들(18,22)의 평평한 표면(28)의 표면면적 A의 단위 ㎠ 당 약 0.03 sccm를 형성하도록 이송 서브시스템(30)의 일부를 제어하기 위하여 제어기는 더욱 프로그램될 수 있다. 이러한 방법에 의한 미정질 층들의 증착은 적어도 5 Å/sec 의 성장률을 가져온다.

도 3에 기술된 방법은 자동화 방법의 일 예이다. 그러나 전술한 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 단계들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 수동 또는 제어기(40) 이외의 다른 수단에 의해 수행될 수 있다. 따라서 이러한 단계들을 수행하는 실체에 관계없이, 증착 시스템(10)을 사용하여 여기에 기술된 반도체 물질의 증착을 제어하는 일반적인 방법이 도 4를 참조하여 이해될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 대기압-미만 압력이 단계 200에서 증착 챔버(12) 내에 형성되며 대기압-미만 압력이 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 유지된다. 전술한 바와 같이, 대기압-미만 압력은 50 mbar · mm /D 보다 작거나 같을 수 있으며, 여기에서 제1 전극 및 제2 전극을 이격시키는 거리 D는 mm로 표시되었다. 본 예시에서 제1 전극 및 제2 전극을 이격시키는 거리 D는 적어도 약 10 mm 이상이나, 약 30 mm 보다 크지는 않다. 선택적 구현예에서, 형성되어야 할 대기압-미만 압력은 적어도 0.8 mbar 이상이나, 3.0 mbar 보다 크지는 않다. 또 다른 구현예들은, 단계 200에서 형성되어야 할 대기압-미만 압력을 적어도 1.0 mbar 이상 요구하나, 2.0 mbar 보다 크지는 않다. 이 수치에 관계없이, 대기압-미만 압력은 진공 서브시스템(29) 및 이송 서브시스템(30)의 적어도 하나의 운전을 제어함으로써 형성될 수 있다.

기판 컨디셔너(20, 도 1)를 사용하여, 기판(16)의 온도가 수행될 특정한 증착 공정의 목표 온도에 접근하거나 대략 같도록 도 4의 단계 210에서 조절될 수 있다(즉, 올리거나 내리거나 유지함). 전술한 바와 같이 목표 온도는 제어판넬을 통하여 운전원에 의해서 또는 특정한 방법에 의하여 제어기(40) 내로 프로그램될 수 있다. 실란(SiH₄)을 반도체-함유 가스로 사용하는 본 예시에서, 목표 온도는 적어도 120℃ 이상이나, 280℃ 보다 크지는 않다. 선택적 구현예에 따르면, 목표 온도는 적어도 140℃ 이상이나 220℃ 보다 크지는 않으며, 바람직하게는 약 180℃ 내지 약 200℃ 범위이다.

일 구현예에 따르면, 이송 시스템(30)은 실란(SiH₄) 또는 다른 반도체-함유 가스의 유입 이전 및 플라즈마(26) 점화 이전에 도 4의 단계 220에서 점화가스를 반응공간(14)으로 선택적으로 유입할 수 있다. 점화가스는 점화된 후 플라즈마(26)의 존재 하에 불필요한 고체물을 상당한 양 또는 선택적으로 전혀 증착하지 않는, 예를 들어 희석소스(36, 도 1)로부터의 수소 또는 불활성 가스 등과 같은 가스일 수 있다.

점화가스의 선택적 유입에 이어서, 선택적으로 점화가스의 존재 하에, 증착 챔버(12) 내에 플라즈마를 형성하도록 제1 및 제2 전극들(18,22)을 활성화하기 위하여 단계 230에서 전원(230)이 사용된다. 본 예시에 다르면, 전원은 13.56 MHz 또는 예를 들어 약 28 MHz 또는 40 MHz와 같은 고조파의 주파수를 가지는 RF 전력을 공급할 수 있는 RF 생성기를 포함한다. 선택적 구현예에 따르면, 주파수는 적어도 35 MHz 또는 적어도 40 MHz 일 수 있다. 또한 공급되는 RF 전력은 제1 및/또는 제2 전극들(18, 22)의 평평한 표면(28)의 단위면적 당 0.1 W/㎠ 보다 크거나 같은 전력밀도를 포함한다.

플라즈마(26)의 점화에 이어서, 플라즈마(26)의 존재 하에 증착 챔버(12) 내로 적어도 실란(SiH₄) 및 적절한 양의 수소를 포함하는 공정가스를 유입하기 위하여 이송 서브시스템(30)의 일부(유량 조절계(32) 등)가 단계 240에서 조절된다. 이송 서브시스템(30)의 운전은 증착 동안에 반응공간(14) 내 실란(SiH₄)의 농도를 적어도 50 부피%로 형성한다. 진성 미정질 층들의 증착을 위하여, 실란(SiH₄)의 농도는 희석제로 수소에 의해 희석되어 적어도 70 부피% 또는 적어도 75 부피% 일 수 있다. 비진성 미정질 층의 증착을 위하여, 반응공간(14) 내 실란(SiH₄)의 농도는 증착 동안에 적어도 50 부피% 로 형성될 수 있으며, 도펀트 및 수소의 조합 성분은 적어도 30% 일 수 있다. 이러한 구현예들에서, 도펀트 및 수소의 조합은 수소로 희석되어 도펀트의 농도를 1 부피% 미만으로 포함할 수 있다. 실란(SiH₄)의 농도에 관계 없이, 이송 서브시스템(30)은 반응공간(14)으로 유입되는 공정가스의 유속을 제1 및/또는 제2 전극들(18,22)의 평평한 표면(28)의 표면면적 A의 단위 ㎠ 당 약 0.03 sccm를 형성하도록 제어될 수 있다. 다른 구현예들에 따르면, 반응공간(14) 내로 유입되는 공정가스의 총 유량은 500 sccm 미만으로 유지될 수 있다.

이상 기술된 방법 및 시스템에 의하여 다음의 실시예들이 수행되었다.

실시예 1

외를리콘 Solar AG사의 증착 모델 KAI-1200을 사용한 진성 미정질 실리콘 층의 증착.

공정가스는 약 75%의 실란 및 약 25%의 수소를 포함함.

증착 동안에 반응공간(14)으로 유입되는 공정가스의 총 유량은 약 2.5 sccm/(평평한 전극 표면(28) 면적 100 ㎠ )이었으며, 이는 본 예시에서 실란 약 330 sccm, 수소 약 100 sccm의 공정가스 부피 흐름에 상당함.

전원(24)에 의해 공급된 에너지는 약 40 MHz RF 주파수 및 약 0.17 W/(평평한 전극 표면(28) 면적 ㎠ )의 전력밀도를 가지는 RF 전력이었으며, 이는 본 예시에서 증착 챔버 당 약 3,000 W에 상당함.

반응공간 내 압력은 제1 및 제2 전극들(18,22)을 이격시키는 거리 D가 약 28 mm에서 대략 1.3 mbar에서 유지되었음(즉, 약 36.4 mbar*mm).

기판 온도는 증착 동안에 120℃ 내지 280℃ 사이에서 유지되었음.

실란(SiH₄)이 많이 희석되는 종래의 증착 공정들과 비교하여(즉 약 90 부피%의 수소로 희석된 약 10 부피% 미만의 실란 농도를 포함하는 공정가스), 수소 소비는 약 95% 감소하였으며, 실란(SiH₄) 사용 효율은 약 35% 증가하였으며, 미정질 층의 성장률은 종래의 증착 공정들보다 대략 35% 증가하였음.

실시예 2

외를리콘 Solar AG사의 증착 모델 KAI-1200을 사용한 N-형 비진성 미정질 실리콘 층의 증착.

공정가스는 약 67%의 실란 및 포스핀을 포함하는 약 33%의 도펀트 가스를 포함하였으며, 여기에서 도펀트 가스는 수소로 희석된 대략 0.5 부피%의 포스핀을 포함함.

증착 동안에 반응공간으로 유입되는 공정가스의 총 유량은 약 2.5 sccm/(평평한 전극 표면 면적 100 ㎠ )이었으며, 이는 본 예시에서 실란 약 300 sccm, 도펀트 가스 약 150 sccm의 공정가스 부피 흐름에 상당함.

전원에 의해 공급된 에너지는 약 40 MHz RF 주파수 및 약 0.2 W/(평평한 전극 표면 면적 ㎠ )의 전력밀도를 가지는 RF 전력이었으며, 이는 본 예시에서 증착 챔버 당 약 3,500 W에 상당함.

반응공간 내 압력은 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D가 약 28 mm에서 대략 1.3 mbar에서 유지되었음(즉, 약 36.4 mbar*mm).

이상에서 예시적 구현예들이 기술되었다. 상기 장치 및 방법들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 변형 및 개조가 가능함은 당업자에게 자명할 것이며 이는 본 발명의 범위에 포함되어야 한다. 또한 상세한 설명 및 청구항에 기재된 "포함하다"라는 용어는 개방적 의미로 해석되어야 할 것이다.

Claims

기판상에 반도체 물질의 미정질 층을 형성하기 위하여 반도체 물질이 기판상에 증착되는 반응공간을 실질적으로 둘러싸는 증착 챔버;
반응공간에서 기판을 지지하는 기판 지지대;
서로 마주 보고 거리 D 만큼 이격되며, 증착의 적어도 일부 동안 반응공간 내에 플라즈마를 점화하고 플라즈마를 유지하기 위하여 활성화되도록 전원에 작동가능하게 연결되는 제1 및 제2 전극들;
증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키는 진공 서브시스템;
반도체 소스로부터의 반도체-함유(semiconductor-containing) 가스 및 희석 소스로부터의 희석제를 포함하는 공정가스를 반응공간으로 유입시키는 이송 서브시스템; 및
진공 서브시스템 및 이송 서브시스템의 적어도 하나의 운전을 제어하도록 프로그램된 제어기(controller)를 포함하되,
상기 운전은 반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 대기압-미만 압력을 50 mbar · mm / D 의 압력보다 작거나 같게 유지하며, 여기에서 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시되고,
반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 공정가스 내의 반도체-함유 가스 농도를 적어도 50 부피%로 형성하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템(deposition system)
제1항에 있어서, 기판상에 반도체 물질의 증착을 위한 목표 온도를 형성하기 위하여, 기판에 가열 효과를 제공하거나 기판에 냉각 효과를 제공하거나 또는 기판에 가열 및 냉각 효과를 제공하는 기판 컨디셔너를 더욱 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 전극은 기판 지지대를 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기판 컨디셔너에 의해 형성되는 기판의 목표 온도는 약 120℃ 내지 약 280℃ 범위 내인, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 온도범위는 약 140℃ 내지 약 220℃ 범위 내인, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원은 35 MHz 보다 크거나 같은 주파수를 가지는 RF 전력을 제공하는 RF 생성기를 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제6항에 있어서, 제1 및 제2 전극들 중 적어도 하나는 표면 면적 A를 포함하는 실질적으로 평평한 표면을 포함하며, RF 전력은 표면 면적 A의 단위 ㎠ 당 0.1 W 보다 크거나 같은 전력밀도를 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 약 10 mm 보다 크거나 같고 약 30 mm 보다 작거나 같은, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 전극들 중 적어도 하나는 표면 면적 A를 포함하는 실질적으로 평평한 표면을 포함하며, 제어기는 반응공간으로 유입되는 공정가스 유량이 표면 면적 A의 단위 ㎠ 당 약 0.03 sccm 으로 형성되도록 더욱 프로그램되는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기는 대기압-미만 압력을 0.8 mbar 보다 크거나 같고 3.0 mbar 보다 작거나 같은 압력으로 유지하도록 더욱 프로그램되는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기는 반도체 물질 증착의 일부 동안에 공정가스 내의 반도체-함유 가스 농도를 70 부피%로 이상으로 유지하도록 프로그램되는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공정가스는 반도체-함유 가스로 약 75 부피%의 실란(SiH₄) 및 희석제로 약 25 부피%의 수소(H₂)를 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 이송 서브시스템은 희석제와 함께 도펀트를 유입시키며, 상기 도펀트는 도프된 미정질 층을 형성하기 위하여 미정질 층에 포함되어야 할 불순물(impurity)을 포함하는, 광전지 생산을 위한 증착 시스템.
증착 시스템의 증착 챔버 내에서 기판상에 반도체 물질을 증착하는 방법에 있어서, 상기 증착 시스템은 거리 D 만큼 이격되며 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 전원에 작동가능하게 연결되는 제1 및 제2 전극들, 증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키는 진공 서브시스템, 및 공정가스를 반응공간으로 유입시키는 이송 서브시스템을 더욱 포함하며, 상기 방법은
반도체 물질 증착의 적어도 일부 동안에 진공 챔버 내에 형성되어야 하는 대기압-미만 압력을 제어기에 의해 수신하는 단계; (여기에서 대기압-미만 압력은 50 mbar· mm /D 보다 작거나 같고, 제1 및 제2 전극들을 이격시키는 거리 D는 밀리미터(mm)로 표시된다)
증착 챔버를 적어도 부분적으로 배출시키고 수신된 대기압-미만 압력을 형성하기 위하여 진공 서브시스템의 운전을 제어하는 압력 신호를 전송하는 단계;
제1 및 제2 전극들을 활성화시키고 증착 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 전원을 제어하는 플라즈마 신호를 제어기에 의해 전송하는 단계; 및
증착의 적어도 일부 동안에 증착 챔버 내의 반도체-함유 가스 농도를 적어도 50 부피%로 형성하도록 반도체-함유 가스 및 적절한 양의 희석제를 증착 챔버 내로 유입하기 위하여 이송 서브시스템의 운전을 제어하는 유량 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 증착 시스템은 기판에 가열 효과 및 냉각 효과의 어느 하나 도는 모두를 제공하는 기판 컨디셔너를 더욱 포함하며;
제어기에 의해 증착을 위한 기판의 목표 온도를 수신하는 단계; 및
기판의 목표 온도에 접근하거나 대략 동일하도록 기판의 온도를 상승, 하강 또는 상승 및 하강시키기 위하여 기판 컨디셔너를 제어하는 온도 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 수신되는 기판의 목표 온도는 120℃ 이상 280℃ 이하인, 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 수신되는 기판의 목표 온도는 140℃ 이상 220℃ 이하인, 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 전극들 중 적어도 하나는 표면 면적 A를 포함하는 실질적으로 평평한 표면을 포함하며, 유량 신호는 반응공간으로 유입되는 공정가스의 목표 유량이 표면 면적 A의 단위 ㎠ 당 약 0.03 sccm 으로 형성되도록 유량 조절계를 조절하는 지시를 포함하는, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 신호는 대기압-미만 압력을 0.8 mbar 이상 3.0 mbar 이하로 유지하도록 하는 지시를 포함하는, 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 희석제와 함께 도펀트를 유입시키되, 상기 도펀트는 도프된 미정질 층을 형성하기 위하여 미정질 층의 진성 전기 전도도를 변경시키는 불순물을 포함하도록 이송 서브시스템의 운전을 제어하는 도펀트 신호를 전송하는 단계를 더욱 포함하는, 방법.