WO2012175331A1 - Verfahren zur bearbeitung von substraten und vorrichtung dazu - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for processing substrates, in particular of silicon wafers for solar cell production, and to an apparatus for carrying out this method.
- EP 503 382 A1 it is known, by means of a multi-channel injector to bring various gases on a silicon substrate or bring it to this to treat the surface or edit.
- the process is a so-called APCVD process, ie a CVD process, which can be carried out without vacuum under atmospheric pressure.
- the invention is based on the object to provide an aforementioned method and an aforementioned device with which problems of the prior art can be avoided and in particular processed reliably and with very high throughput substrates or their surfaces can be treated.
- an Al 2 O 3 passivation layer is applied to a named substrate by an APCVD process.
- the precursor and the oxidizing agent are at least partially separated spatially or temporally from one another by nitrogen or another suitable separating gas.
- a silicon wafer is advantageously used or processed and coated for solar cell production.
- the gases, at least the precursor on the one hand and the oxidizing agent on the other hand are introduced separately from one another to the substrate. Only shortly before hitting the substrate or on its surface or even just at this impact, the two gases are mixed together.
- this is done so that first the oxidizing agent impinges on the substrate or on its surface and immediately after the precursor is introduced or is applied, then also again the oxidizing agent and thus by the mixture on the surface of the passivation layer on the Substrate is formed.
- the precursor and the oxidizing agent may mix at least partially with each other at the last moment prior to impinging on the substrate and then impinge on the substrate in this mixed state, at which time the mixing need not necessarily be complete or even.
- the introduction by means of nitrogen, in particular as a kind of separation between precursor on the one hand and oxidizing agent on the other hand, has the purpose to prevent too early mixing of the two gases and thus a premature reaction, in particular special directly after the exit from the respective channels of an injector or the like, with which the gases are brought to the substrate.
- each gas in the said injector, which is known per se from the aforementioned prior art in a similar form and which has a plurality of channels, it is advantageous for each gas to have its own channel with its own channel inlet and separate channel outlet. As a result, it is very easy to adjust both the amount of the respective gas to be led to the substrate and to determine the mixing ratio via parameters such as pressure or flow rate. In the process, these parameters can be varied correspondingly both on the one hand to the precursor and on the other hand in the case of the oxidizing agent and in the case of release agents, in particular in the form of nitrogen.
- the separate bringing the gases by means of their own channels in the injector just serves to prevent the precursor undesirably comes prematurely together with oxygen either from the ambient air or from the oxidizing agent, resulting in precipitation of the aluminum content in powder form and thus to an obvious undesirable result including negative contamination of the substrates.
- the channels of the injector should be relatively close to each other, at least at the channel exits, and this can also be changed by different geometry or design.
- the gases are led to just before the substrate surface separated from each other, preferably up to a distance of less than 5mm.
- the gases, in particular by means of the above-mentioned injector are guided to about 2 mm in front of the substrate surface or the injector reaches as far as the substrate surface.
- the nitrogen and / or the aforementioned oxidizing agent are brought in larger quantity or with more channels with the injector to the substrate as the precursor.
- this makes it possible to increase the separation effect between the precursor and the oxidant.
- location or time of mixing of precursor and oxidant it is possible by a particularly strong addition of the oxidizing agent, in case of mixing only on impact of the gases on the substrate surface while still sufficient amount of oxidizing agent to introduce the precursor so that on the Substrate surface gives the desired passivation layer.
- a low negative pressure This can be, for example, up to 0.8 bar.
- another gas stream of nitrogen may be provided outside the gas stream of the oxidizing agent as a separation from the ambient air or the atmospheric oxygen. This makes it possible, inter alia, to keep atmospheric oxygen as far as possible from the precursor or from the impact and mixing area on the substrate, which can also be regarded as a mixing zone. This enables a well-defined reaction or separation and construction of the passivation layer.
- the method can also be carried out under atmospheric pressure. Then, under certain circumstances, another gas stream of nitrogen outside the gas stream of the oxidizing agent may be provided as a separation from the ambient air or the atmospheric oxygen.
- a process temperature may advantageously be in the usual range, preferably at 100 ° C to 400 ° C. Particularly advantageous may be a process temperature at 200 ° C to 300 ° C.
- the substrates are preferably transported continuously during the coating. Thus, both a uniform coating is possible and ensures a high throughput of substrates to be coated.
- the injector is advantageous fixed.
- the substrates are preferably coated in an inline process or an entire system can be designed as an inline system, in particular also with regard to a transport of the substrates.
- the substrates are transported along a horizontal path, in particular lying, advantageously on an aforementioned inline system.
- the gas streams or the injector are aligned perpendicular to the transport path, which applies to the gas streams in particular with respect to their impact on the substrate.
- the gases are brought from above to the substrates or the injector is arranged above the substrate. It can be provided that several injectors are provided one behind the other during the passage path of the substrates or a plurality of gas streams at least of the precursor are directed to the substrate or impinge on this. In this case, of course, that in turn surrounds each gas stream of precursor surrounded by a gas stream of nitrogen from the injector and impinging on the substrate for separation of the oxidant until just before hitting the substrate or directly to hitting the substrate, as before has been described.
- a mixing zone is formed.
- This mixing zone is advantageously limited at least in the direction away from the injector by the substrate or the surface, but may also extend 1 mm or 2 mm over the substrate surface.
- the deposition of the precursor on the substrate or by the Al 2 O 3 reached passivation then takes place in this mixing zone or gas mixture region.
- a channel in the injector or the gas guide is not a single substantially round channel, but has an extension transverse to the direction of passage of the substrates.
- the channel exits may then have the form of slot nozzles or be slit-like with the corresponding slot width.
- the oxidizing agent may be dissolved in the form of H 2 O in an atmosphere of nitrogen or O 2 .
- Fig. 1 is a side view of an inventive device for carrying out the method with an injector with multiple channels and
- Fig. 2 is a plan view of a device according to FIG. 1 for
- Fig. 1 is shown for a device according to the invention, which has an injector 1 1, as it is known in the art per se from the basic principle.
- the injector 11 has a main body 12 in which a plurality of channels 13a to 13e extend in the vertical direction.
- the channels 13a to 13e have gas connections or fluid connections, which are not shown in more detail above, which are not shown here for the sake of simplicity, but are clear and understandable to a person skilled in the art.
- a gas mixing zone 15 is formed for the gases emerging from the channels 13a to 13e at channel exits 14a to 14e. This will be explained in more detail below.
- the injector 1 1 substrates 17 pass, which are to be processed, this being silicon wafer for solar cell production, which should be provided with an Al 2 0 3 passivation layer on a substrate top 18.
- the substrates 17 run on a Roller conveyor 20 under the injector 1 1 and its channel outputs 14a to 14e and past the gas mixing zone 15.
- the distance of the injector 1 1 or its underside or the channel exits 14a to 14e to the substrate upper side 18, which is indicated by d may advantageously be less than 5 mm. It is particularly advantageous about 2mm, so it is relatively low.
- the injector 1 1 projects laterally beyond the substrates 17.
- the channels 13a to 13e are formed as slots or as longitudinal slots at least with respect to the lower channel exits 14a to 14e shown in FIG. These longitudinal slots likewise project laterally beyond the substrates 17, so that it becomes clear that fumigation on the one hand and coating as a result on the other hand take place simultaneously and substantially uniformly over the entire width of the substrates 17. This also means that the gas mixing zone 15 extends over the full width of the substrates 17, which is also important for a uniformity of the passivation or coating with a passivation layer seen across the width of the substrates 17.
- an Al-metalorganic precursor is introduced at the channel entrance for the channel 13c, preferably as so-called TMA or trimethyl aluminum.
- TMA trimethyl aluminum
- suitable precursors are trialkylaluminum, triethylaluminum and aluminum 2,4-pentaerytionates.
- nitrogen is introduced as a kind of separating agent or as a separator and discharged at the corresponding channel exits 14b and 14d in the gas mixing zone 15th
- an oxidizing agent in the form of H 2 0 is introduced at their channel entrances, which enters the gas mixing zone 15 at the respective channel exits 14a and 14e.
- This H 2 O can be dissolved in an atmosphere of N 2 , alternatively in an atmosphere of 0 2 .
- the preferred process temperature is about 200 ° C to 300 ° C.
- the precursor thus hits the upper side of the substrate 18, so to speak in the middle region below the injector 11.
- the precursor encounters oxidizing agent, which has already been applied by the movement of the substrate 17 shortly before and is still located on the substrate upper side 18.
- a first contact or a first mixing of the precursor with the oxidizing agent takes place and thus a first incipient build-up of the passivation layer.
- the precursor is protected to the left and to the right by the separator nitrogen during the bridging of the distance d from the direct contact with the oxidant flowing laterally therefrom, so that no oxidation of the precursor takes place quasi in the middle of the air. This would have the consequence that only white powder is precipitated from the precursor and no more desired reaction takes place on the substrate top 18.
- the above-described mixing of the precursor with the oxidant present on the substrate 17 takes place on the substrate surface 18 and is therefore desirable.
- the now secondarily applied gases swirl, as it were, and through the gas layer of the separator, the oxidizing agent can further oxidize the precursor on the substrate top side 18. This then results in the reaction on the substrate top side 18 and continues to build up the Al 2 O 3 passivation layer on the substrate top side 18.
- the channel output 14c for the precursor that, for improved shielding, the channel outputs 14b and 14d of the separator are pulled even further to the side for better shielding of the precursor. Under certain circumstances, they may even be arcuately closed and thus in the plan view of FIG. 2, the middle channel output 14c actually fully enclose.
- the substrates 17 are advantageously carried out continuously under the injector 11. In this case, their distance from each other can also be considerably less than shown, for example just so much that it is ensured that the opposite edges of the substrates 17 do not abut one another due to the risk of breakage.
- the outflow of gases from the injector 1 1 can take place continuously, whereby it can also be achieved that, as it were, stable and balanced or leveled conditions prevail in the gas mixing zone 15 and optimum deposition of passivation layers on the substrate top side 18 can be achieved.
- the method according to the invention is particularly preferably used for p-type and n-type crystalline solar cells.
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Siliziumwafern für die Solarzellenherstellung wird eine Al2O3-Passivierungsschicht durch ein APCVD-Verfahren auf ein Substrat aufgebracht. Dieses Aufbringen erfolgt in einer Gasatmosphäre von Al-metallorganischem Precursor, H2O-haltigem Oxidationsmittel und N2. Dabei werden die Gase getrennt voneinander an das Substrat herangeführt und erst kurz vor oder bei dem Auftreffen auf das Substrat miteinander vermischt, wobei eine erste Schicht Oxidationsmittel vor dem Precursor auf das Substrat aufgebracht wird und dann noch einmal kurz nach diesem.
Description
Beschreibung
Verfahren zur Bearbeitung von Substraten und Vorrichtung dazu
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von Siliziumwafern für die Solarzellenherstellung, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der EP 503 382 A1 ist es bekannt, mittels eines mehrkanaligen Injektors verschiedene Gase auf ein Siliziumsubstrat zu bringen bzw. an dieses heranzuführen, um dessen Oberfläche zu behandeln bzw. zu bearbeiten. Das Verfahren ist ein sogenanntes APCVD-Verfahren, also ein CVD-Verfahren, welches ohne Vakuum unter Atmosphärendruck durchgeführt werden kann.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine eingangs genannte Vorrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere zuverlässig und mit sehr großen Durchsatz Substrate bearbeitet bzw. deren Oberflächen behandelt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Manche der Merkmale werden entweder nur für das Verfahren oder nur für die Vorrichtung genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung gelten kön-
nen. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist vorgesehen, dass durch ein APCVD-Verfahren eine AI2O3-Passi- vierungsschicht auf ein genanntes Substrat aufgebracht wird. Dies erfolgt in einer Gasatmosphäre von einerseits Aluminium-metallorganischem Precursor und andererseits H2O haltigem Oxidationsmittel. Dabei werden der Precursor und das Oxidationsmittel durch Stickstoff oder ein anderes geeignetes Trenngas zumindest teilweise räumlich bzw. zeitlich voneinander getrennt. Als Substrat wird vorteilhaft ein Silizium- wafer für die Solarzellenherstellung verwendet bzw. bearbeitet und beschichtet.
Erfindungsgemäß werden die Gase, zumindest der Precursor einerseits und das Oxidationsmittel andererseits, getrennt voneinander an das Substrat herangeführt. Erst kurz vor dem Auftreffen auf das Substrat bzw. auf dessen Oberfläche oder sogar gerade bei diesem Auftreffen werden die beiden Gase miteinander vermischt. Vorteilhaft erfolgt dies so, dass zuerst das Oxidationsmittel auf das Substrat auftrifft bzw. auf dessen Oberfläche und direkt danach das der Precursor herangeführt wird bzw. aufgebracht wird, anschließend ebenfalls wieder das Oxidationsmittel und somit durch die Mischung auf der Oberfläche die Passivie- rungsschicht auf dem Substrat gebildet wird. Alternativ können sich der Precursor und das Oxidationsmittel im letzten Moment vor dem Auftreffen auf das Substrat zumindest teilweise miteinander vermischen und dann in diesem vermischten Zustand auf das Substrat auftreffen, wobei zu diesem Zeitpunkt die Vermischung noch nicht unbedingt vollständig bzw. gleichmäßig sein muss. Die Heranführung mittels Stickstoff, insbesondere als eine Art Trennung zwischen Precursor einerseits und Oxidationsmittel andererseits, hat den Zweck, ein zu frühes Vermischen der beiden Gase und somit eine vorzeitige Reaktion zu verhindern, insbe-
sondere direkt nach dem Austritt aus den jeweiligen Kanälen eines Injektors odgl., mit dem die Gase an das Substrat herangeführt werden.
In dem genannten Injektor, der an sich aus dem vorgenannten Stand der Technik in ähnlicher Form bekannt ist und der mehrere Kanäle aufweist, ist vorteilhaft für jedes Gas ein eigener Kanal mit eigenem Kanaleingang und eigenem Kanalausgang vorgesehen. Dadurch ist es sehr gut möglich, sowohl die Menge des jeweiligen an das Substrat zu führenden Gases einzustellen als auch über Parameter wie Druck bzw. Strömungsgeschwindigkeit das Mischungsverhältnis zu bestimmen. Dabei können diese Parameter sowohl bei einerseits dem Precursor und andererseits bei dem Oxidationsmittel als auch bei Trennmittel, insbesondere in Form von Stickstoff, entsprechend variiert werden. Das getrennte Heranführen der Gase mittels jeweils eigener Kanäle in dem Injektor dient eben dazu, zu verhindern, dass der Precursor ungewünscht vorzeitig mit Sauerstoff entweder aus der Umgebungsluft oder aus dem Oxidationsmittel zusammen kommt, was zu Ausfällung des Aluminiumsanteils in Pulverform führt und somit zu einem offensichtlich unerwünschten Ergebnis samt negativer Verunreinigung der Substrate.
Die Kanäle des Injektors sollten dabei relativ nahe beieinander liegen, zumindest an den Kanalausgängen, wobei dies durch unterschiedliche Geometrie bzw. Ausgestaltung auch verändert werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Gase bis kurz vor die Substratoberfläche getrennt voneinander geführt, bevorzugt bis zu einem Abstand von weniger als 5mm. Besonders bevorzugt werden die Gase, insbesondere mittels des eingangs genannten Injektors, bis etwa 2mm vor die Substratoberfläche geführt bzw. der Injektor reicht so weit an die Substratoberfläche heran. Dadurch kann eben erreicht werden, dass sich die Gase, insbesondere der Precursor und das Oxidationsmittel, nicht unerwünscht vorzeitig vermischen bzw. eben erst auf oder ganz knapp vor der Substratoberfläche.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der Stickstoff und/oder das vorgenannte Oxidationsmittel in größerer Menge bzw. mit mehr Kanälen mit dem Injektor an das Substrat herangebracht werden als der Precursor. Im Hinblick auf den Stickstoff ermöglicht dies so eine Verstärkung des Trenneffekts zwischen Precursor und Oxidationsmittel. Im Hinblick auf Ort bzw. Zeitpunkt des Vermischens von Precursor und Oxidationsmittel ist es durch eine besonders starke Beigabe des Oxidationsmittels möglich, bei einem Vermischen erst bei Auftreffen der Gase auf die Substratoberfläche dabei immer noch ausreichend viel Oxidationsmittel an den Precursor heranzuführen, damit sich auf der Substratoberfläche die gewünschte Passivierungsschicht ergibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, das Verfahren bei einem geringen Unterdruck durchzuführen. Dies können beispielsweise bis zu 0,8bar sein. Dann kann unter Umständen noch einmal ein weiterer Gasstrom von Stickstoff außerhalb des Gasstroms des Oxidationsmittels als Trennung gegenüber der Umgebungsluft bzw. dem Luftsauerstoff vorgesehen werden. Dadurch ist es unter anderem möglich, Luftsauerstoff möglichst von dem Precursor fern zu halten bzw. von dem Auftreff- und Vermischungsbereich am Substrat, der auch als Mischzone angesehen werden kann. So ist eine genau definierte Reaktion bzw. Ab- scheidung und Aufbau der Passivierungsschicht möglich.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren auch unter Atmosphärendruck durchgeführt werden. Dann kann unter Umständen noch einmal ein weiterer Gasstrom von Stickstoff außerhalb des Gasstroms des Oxidationsmittels als Trennung gegenüber der Umgebungsluft bzw. des Luftsauerstoffs vorgesehen werden.
Eine Prozesstemperatur kann vorteilhaft im üblichen Bereich liegen, bevorzugt bei 100°C bis 400°C. Besonders vorteilhaft kann eine Prozesstemperatur bei 200°C bis 300°C liegen.
Bevorzugt werden die Substrate kontinuierlich während der Beschich- tung transportiert. So ist sowohl eine gleichmäßige Beschichtung möglich als auch ein hoher Durchsatz an zu beschichtenden Substraten gewährleistet. Dabei steht der Injektor vorteilhaft fest. Bevorzugt werden die Substrate im Inline-Verfahren beschichtet bzw. eine gesamte Anlage kann als Inline-Anlage ausgebildet sein, insbesondere auch bzgl. eines Transports der Substrate.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Substrate entlang einer horizontalen Bahn transportiert werden, insbesondere liegend, vorteilhaft auf einer vorgenannten Inline-Anlage.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Gasströme bzw. der Injektor senkrecht zu der Transportbahn ausgerichtet, was für die Gasströme insbesondere bezüglich ihrer Auftreffrichtung auf das Substrat gilt. Besonders vorteilhaft werden die Gase von oben an die Substrate herangebracht bzw. der Injektor ist über dem Substrat angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass während der Durchlaufbahn der Substrate mehrere Injektoren hintereinander vorgesehen sind bzw. mehrere Gasströme zumindest des Precursor auf das Substrat gerichtet sind bzw. auf dieses auftreffen. Dabei gilt dann natürlich, dass wiederum jeder Gasstrom von Precursor von einem Gasstrom von Stickstoff umgeben aus dem Injektor austritt und auf das Substrat auftrifft zur Trennung vom Oxidationsmittels bis kurz vor das Auftreffen auf das Substrat oder direkt bis zum Auftreffen auf das Substrat, wie es zuvor beschrieben worden ist.
Dort, wo sich der Precursor mit dem Oxidationsmittel mischt, wird eine Mischzone gebildet. Diese Mischzone ist vorteilhaft zumindest in Richtung weg vom Injektor durch das Substrat bzw. die Oberfläche begrenzt, kann aber auch 1 mm oder 2mm über die Substratoberfläche reichen. Die Abscheidung des Precursor auf dem Substrat bzw. die durch das
AI2O3 erreichte Passivierung findet dann in dieser Mischzone bzw. Gasmischungsregion statt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass ein Kanal in dem Injektor bzw. die Gasführung nicht ein einzelner im wesentlichen runder Kanal ist, sondern eine Erstreckung quer zur Durchlaufrichtung der Substrate aufweist. Somit kann quasi über einen Streifen hinweg, vorteilhaft über die gesamte Breite eines Substrats, die Abscheidung auf dem Substrat bzw. die Passivierung durchgeführt werden. Die Kanalausgänge können dann die Form von Schlitzdüsen aufweisen oder schlitzartig ausgebildet sein mit der entsprechenden Schlitzbreite.
In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Oxidations- mittel in Form von H20 in einer Atmosphäre von Stickstoff oder O2 gelöst sein.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgendem näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Injektor mit mehreren Kanälen und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1 zur
Darstellung der seitlich über die Substrate reichenden, schlitzartigen Kanäle im Injektor.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist für eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die einen Injektor 1 1 aufweist, wie er dem Fachmann an sich vom Grundprinzip her bekannt ist. Der Injektor 11 weist einen Grundkörper 12 auf, in dem in vertikaler Richtung mehrere Kanäle 13a bis 13e verlaufen. Dabei weisen die Kanäle 13a bis 13e oben nicht näher dargestellte Gasanschlüsse bzw. Fluidanschlüsse auf, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, dem Fachmann aber klar und verständlich sind.
Unterhalb des Injektors 1 1 bildet sich für die aus den Kanälen 13a bis 13e an Kanalausgängen 14a bis 14e austretenden Gase eine Gasmischzone 15. Diese wird nachfolgend noch näher erläutert.
Unter dem Injektor 1 1 laufen Substrate 17 vorbei, die bearbeitet werden sollen, wobei es sich hier um Siliziumwafer für die Solarzellenherstellung handelt, die mit einer Al203-Passivierungsschicht versehen sein sollen auf einer Substratoberseite 18. Dabei laufen die Substrate 17 auf einer Rollenbahn 20 unter dem Injektor 1 1 und seinen Kanalausgängen 14a bis 14e bzw. an der Gasmischzone 15 vorbei. Der Abstand des Injektors 1 1 bzw. seiner Unterseite oder der Kanalausgänge 14a bis 14e zu der Substratoberseite 18, der mit d gekennzeichnet ist, kann eben vorteilhaft weniger als 5 mm betragen. Besonders vorteilhaft beträgt er etwa 2mm, ist also relativ gering.
In der Draufsicht aus Fig. 2 wird deutlich, dass der Injektor 1 1 seitlich über die Substrate 17 übersteht. Des Weiteren sind die Kanäle 13a bis 13e zumindest bezüglich der in Fig. 2 dargestellten unteren Kanalausgänge 14a bis 14e als Schlitze bzw. als Längsschlitze ausgebildet. Diese Längsschlitze ragen ebenfalls seitlich über die Substrate 17 über, so dass daraus klar wird, dass eine Begasung einerseits und eine Be- schichtung als Resultat davon andererseits über die gesamte Breite der Substrate 17 gleichzeitig und im Wesentlichen gleichmäßig stattfindet. Dies bedeutet also auch, dass sich die Gasmischzone 15 über die volle Breite der Substrate 17 erstreckt, was eben auch bedeutsam ist für eine über die Breite der Substrate 17 gesehene Gleichmäßigkeit der Passivierung bzw. Beschichtung mit einer Passivierungsschicht.
Wie aus den Figuren zu erkennen ist, wird am Kanaleingang für den Kanal 13c ein Al-metallorganischer Precursor eingeleitet, vorzugsweise als sogenanntes TMA bzw. Trimethyl-Aluminium. Dies Precursor ist allgemein bekannt und muss nicht näher erläutert werden. Weitere geeignete Precursor sind Trialkylaluminium, Triethylaluminium und Aluminium 2,4 Pentaedionate.
In den beiden direkt benachbarten Kanälen 13b und 13d wird Stickstoff als eine Art Trennmittel bzw. als Separator eingeleitet und an den entsprechenden Kanalausgängen 14b und 14d ausgebracht in die Gasmischzone 15.
In die seitlich äußersten Kanäle 13a und 13e wird an ihren Kanaleingängen ein Oxidationsmittel in Form von H20 eingeleitet, welches an den entsprechenden Kanalausgängen 14a und 14e in die Gasmischzone 15 eintritt. Dieses H20 kann in einer Atmosphäre von N2 gelöst sein, alternativ auch in einer Atmosphäre von 02.
Die bevorzugte Prozesstemperatur liegt bei etwa 200°C bis 300°C.
In der Gasmischzone 15 trifft nun sozusagen im mittleren Bereich unter dem Injektor 1 1 der Precursor auf die Substratoberseite 18 auf. Dabei trifft der Precursor auf Oxidationsmittel, das durch die Bewegung des Substrats 17 bereits kurz davor aufgebracht worden ist und sich noch auf der Substratoberseite 18 befindet. So findet ein erster Kontakt bzw. eine erste Vermischung des Precursors mit dem Oxidationsmittel statt und somit ein erstes beginnendes Aufbauen der Passivierungsschicht.
Der Precursor wird dabei nach links und rechts durch den Separator- Stickstoff während der Überbrückung der Distanz d vor dem direkten Kontakt mit dem seitlich davon strömenden Oxidationsmittel geschützt, so dass kein Oxidieren des Precursor quasi mitten in der Luft stattfindet. Dieses hätte nämlich zur Folge, dass aus dem Precursor nur weißes Pulver ausgefällt wird und keine gewünschte Reaktion mehr auf der Substratoberseite 18 stattfindet. Das vorbeschriebene Vermischen des Precursors mit dem auf dem Substrat 17 befindlichen Oxidationsmittel findet ja auf der Substratoberfläche 18 statt und ist also erwünscht.
An der Substratoberseite 18 selbst dagegen verwirbeln die nun als zweites ausgebrachten Gase sozusagen, und durch die Gasschicht des Separators hindurch kann das Oxidationsmittel den Precursor auf der Substratoberseite 18 weiter oxidieren. So ergibt sich dann auf der Substratoberseite 18 die Reaktion und baut die AI2O3-Passivierungsschicht auf der Substratoberseite 18 weiter auf.
Durch die Ausgestaltung der Kanäle 13a bis 13e bzw. der Kanalausgänge 14a bis 14e als Längskanäle bzw. Schlitzdüsen, die sich über mehr als die Breite der Substrate 17 erstrecken, kann diese Reaktion bei kontinuierlich durchlaufenden Substraten 17 eben auch kontinuierlich stattfinden. So kann eine gleichmäßige Passivierungsschicht auf der Substratoberseite 18 erzeugt werden.
Durch den sehr geringen Abstand d zwischen Unterseite des Injektors 1 1 bzw. Kanalausgängen 14a bis 14e und Substratoberseite 18 kann allgemein erreicht werden, dass möglicherweise eine gewisse bzw. geringe Vermischung des Precursor mit dem seitlich davon und gleichzeitig ausgebrachten Oxidationsmittel kurz vor dem Auftreffen des entsprechenden Gasgemischs auf die Substratoberseite 18 erfolgen kann. Dieses Auftreffen erfolgt dann aber derart schnell bzw. unmittelbar nach dem ersten Vermischen, dass quasi die Oxidation bzw. Abscheidung auf der Substratoberseite 18 erfolgt und nicht bereits in der Luftatmosphäre.
Des Weiteren wird durch die beiderseitige Ausbringung des Separator- Stickstoffs eine Trennung des Precursor von Umgebungsluft bzw. Luftsauerstoff erreicht. Diese könnte in vielen Fällen nämlich auch schon eine unerwünschte Oxidation im Precursor hervorrufen. Des weiteren kann an den Außenseiten des Kanalausgangs 14c für den Precursor vorgesehen sein, dass hier zur verbesserten Abschirmung die Kanalausgänge 14b und 14d des Separators noch weiter zur Seite gezogen sind für eine bessere Abschirmung des Precursor. Unter Umständen können sie sogar bogenförmig geschlossen sein und so in der Draufsicht gemäß Fig. 2 den mittleren Kanalausgang 14c tatsächlich voll umschließen.
Die Substrate 17 werden vorteilhaft kontinuierlich unter dem Injektor 1 1 durchgeführt. Dabei kann ihr Abstand zueinander auch erheblich geringer sein als dargestellt, beispielsweise gerade so viel betragen, dass sichergestellt ist, dass die gegenüberliegenden Kanten der Substrate 17 nicht aneinander anstoßen wegen Bruchgefahr.
Das Ausströmen von Gasen aus dem Injektor 1 1 kann dabei kontinuierlich erfolgen, wodurch auch erreicht werden kann, dass in der Gasmischzone 15 sozusagen stabile und ausgeglichene bzw. eingependelte Verhältnisse herrschen und eine optimale Abscheidung von Passivie- rungsschichten auf der Substratoberseite 18 erreicht werden kann.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren beim p-Typ und n-Typ von kristallinen Solarzellen angewandt.
Claims
1. Verfahren zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere von Sili- ziumwafern für die Solarzellenherstellung, wobei eine Al203-Passi- vierungsschicht durch ein APCVD-Verfahren auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei dieses Aufbringen in einer Gasatmosphäre von Al-metallorganischem Precursor, H20-haltigem Oxidations- mittel und N2 erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase getrennt voneinander an das Substrat herangeführt werden, wobei die Gase erst kurz vor oder bei dem Auftreffen auf das Substrat miteinander vermischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gase mittels eines Injektors mit mehreren Kanälen an das Substrat herangeführt werden, wobei vorzugsweise für jedes Gas ein eigener Kanaleingang in dem Injektor vorgesehen ist, insbesondere auch ein eigener Kanalausgang.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase bis zum Austritt aus dem Injektor bzw. bis zum Vermischen mittels der Kanäle im Injektor getrennt voneinander geführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase bis kurz vor die Substratoberfläche getrennt voneinander geführt werden, vorzugsweise mit einem Abstand von weniger als 5mm, insbesondere etwa 2mm.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Oxidationsmittel auf das Substrat bzw. auf die Substratoberfläche auftrifft und direkt danach der Precursor herangeführt wird, insbesondere unter beginnende Bildung einer Passivierungsschicht, wobei anschließend wieder das Oxidationsmittel herangeführt wird, wobei durch die Mischung auf der Oberfläche die Passivierungsschicht auf dem Substrat gebildet bzw. verstärkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass N2 und/oder das H2O-haltige Oxidationsmittel in größerer Menge bzw. mit mehr Kanälen durch den Injektor an das Substrat herangebracht wird als der Precursor.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter geringem Unterdruck durchgeführt wird, vorzugsweise bis zu 0,8 bar.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Atmosphärendruck durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei 100°C bis 400°C liegt, vorzugsweise bei 200°C bis 300°C.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate kontinuierlich transportiert werden während der Beschichtung, vorzugsweise als Inline-Ver- fahren, insbesondere bei feststehendem Injektor, wobei vorzugsweise die Substrate entlang einer horizontalen Bahn transportiert werden.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströme bzw. der Injektor senkrecht zu der Transportbahn der Substrate ausgerichtet sind, wobei vorzugsweise die Gase von oben an die Substrate herangebracht werden bzw. der Injektor über dem Substrat angeordnet ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Injektor mit mehreren Kanälen vorgesehen ist zur getrennten Heranführung der Gase an die Substrate, wobei der Injektor bis kurz vor die Substrate geführt ist und die Gase getrennt voneinander in den Injektor geleitet sind und getrennt voneinander austreten zur Vermischung in einer Mischzone direkt am Substrat.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor bis kurz vor die Substratoberfläche reicht, vorzugsweise mit einem Abstand von weniger als 5mm, insbesondere etwa 2mm.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal in dem Injektor bzw. die Gasführung eine Erstreckung quer zur Durchlaufrichtung der Substrate aufweist, vorzugsweise als Schlitzdüse am Kanalausgang.
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