ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ И ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к вакуумному технологическому оборудованию, в котором нанесение тонкопленочных покрытий осуществляется методом стимулированного плазмой осаждения из парогазовой фазы, и может быть использовано, например, в производстве кремниевых солнечных элементов для формирования пассивирующих слоев.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В данной области техники известны конструкции реакторов плазмохимического осаждения, описанные, например, как оборудование для оснащения установок компании Oxford Instruments Plasma Technology (http://www.plasmasystem.ru/technology/pecvd). Такие реакторы обычно используют плазму высокочастотного емкостного разряда для активации процесса осаждения. Плазма генерируется между двумя параллельными электродами, один из которых - пассивный находится под потенциалом земли, а на второй - активный подается напряжение высокой частоты. Подложка закрепляется на пассивном электроде, который может нагреваться до требуемой в процессе осаждения температуры. В активном электроде предусмотрен газораспределитель полостного типа для подачи и распределения смеси газов в разрядной области - зоне обработки. Корпус реактора содержит каналы для отвода _, продуктов плазмохимической реакции.

Известен так же реактор плазмохимического осаждения на одну или несколько кремниевых пластин [1]. Реактор включает корпус с подвижной крышкой, в верхней части которого расположен активный электрод, состоящий из опорной горизонтальной пластины с закрепленным на ней газораспределителем. Через активный электрод реакционный газ подается в зону обработки подложки, которая локализована стенками неподвижного корпуса. По меньшей мере, один узел заземления токов высокой частоты, соединен с, как минимум, одной стенкой корпуса, локализующей зону обработки. Плоская подложка располагается под своим весом без дополнительного удержания на горизонтальном пассивном электроде, выполненном с возможностью вертикального перемещения. Над подложкой установлена теневая рамка, прикрывающая кромку подложки. Держатель подложки - пассивный электрод может включать нагревательные и/или охлаждающие элементы для поддержания заданной температуры подложки. Газораспределительная система реактора выполнена в виде канала в опорной горизонтальной пластине для подачи реакционного газа во внутреннюю полость активного электрода и отверстий в газорас пределителе. В корпусе реактора выполнены каналы для откачки продуктов плазмохимической реакции К недостаткам описанного реактора относится расположение плоской подложки на держателе - пассивном электроде. Максимальный контакт рабочей поверхности пластины с держателем может приводить к ее механическим повреждениям и способствовать внесению загрязнений. Такие дефекты могут оказаться неустранимыми или устранимыми не полностью в последующем технологическом процессе формирования покрытий. Описанная конструкция реактора позволяет наносить покрытие только на верхнюю плоскую сторону подложки, а обработка второй стороны становиться возможной только после ее переворота. Операции переворота и транспортировки так же могут служить дополнительным источником загрязнений и дефектов.

Технологические реакторы для плазмохимического осаждения из парогазовой фазы с параллельными противоположными электродами, где один из электродов является держателем плоской подложки, описаны в целом ряде патентных документов [3, 4, 5], которые, кроме описания конструкции технологического реактора, включают описание вакуумных установок, в которых используются плазмохимические реакторы для промышленного нанесения различных тонкопленочных покрытий на плоские подложки, в том числе для изготовления тонкопленочных фотоэлементов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению вакуумной установки и технологического реактора является установка для плазмохимического осаждения из паровой фазы пленок на плоские подложки большого размера [6]. Вакуумная установка выполнена, по меньшей мере, из двух вакуумных камер, расположенных одна внутри другой. При этом, внутренняя камера является технологическим реактором, в котором и осуществляется осаждение покрытий. Нижняя часть корпуса реактора выполнена подвижной по вертикали, для открытия/закрытия реактора при загрузке/выгрузке подложек.

Использование нескольких технологических реакторов в описанной вакуумной установке позволяет реализовать возможность гибкой последовательности операций в едином технологическом цикле и исключить влияние технологических зон обработки друг на друга в процессе осаждения, но не исключает перекрестное загрязнение в моменты открытия и закрытия технологических реакторов. Недостатками описываемой конструкции является нанесение слоев на одну сторону подложки в одном вакуумном цикле и то, что транспортирование подложки при загрузке в технологический реактор осуществляется с использованием удерживающих штоков с лифтовой системой подъема подложки и опускания на пассивный электрод, расположенный в нижней части корпуса технологического реактора, что оставляет механические дефекты на ее рабочей поверхности. Для последующего нанесения покрытия на обратную сторону подложки потребуется разгерметизация вакуумной установки и переворот подложки на атмосфере. При

з нахождении подложки на атмосфере на ее поверхности может образоваться окисел, который снизит качество последующих формируемых слоев.

Технической задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является создание вакуумной установки с технологическими реакторами для плазмохимического осаждения тонких пленок из парогазовой фазы, конструкция которых позволяет осуществлять нанесение тонкопленочных покрытий на обе стороны плоской подложки без ее переворота, уменьшить механические повреждения и загрязнение подложки в процессе обработки за счет минимизации ее контакта с держателем, а также обеспечить общее повышение качества обработки подложки и исключение прочих недостатков, известных в уровне техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поставленная задача решена тем, что технологический реактор для плазмохимического осаждения тонкопленочных покрытий на плоскую подложку по первому варианту выполнения содержит разъемный герметизируемый корпус, состоящий из двух частей; установленный в первой из указанных частей корпуса полый активный электрод, выполненный с возможностью подачи на него напряжения высокой частоты и снабженный отверстиями для подачи рабочего газа в зону нанесения покрытий, и установленный параллельно ему пассивный электрод, являющийся второй указанной частью корпуса, а также систему откачки газов из корпуса, нагревательные элементы для поддержания заданной температуры подложки и размещенный между указанными электродами подвижный держатель подложки, выполненный с возможностью контакта с последней по ее периферии при общей площади указанного контакта, меньшей 0,5% площади подложки, и предназначенный для установки подложки с зазором относительно пассивного электрода, меньшим расстояния формирования между ними высокочастотного емкостного разряда, причем обе части корпуса, равно как и активный электрод, выполнены с возможностью независимого возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости расположения подложки в держателе.

Кроме того, активный электрод технологического реактора содержит электрод возбуждения указанного разряда и охватывающий его экранирующий корпус, установленный относительно электрода возбуждения с зазором, не превышающим 2 мм, а указанный подвижный держатель подложки предназначен для установки подложки с зазором относительно пассивного электрода, не превышающим 2 мм.

Система откачки газов содержит распределитель откачки, выполненный внутри первой части корпуса по ее периметру, а нагревательные элементы расположены в обеих частях корпуса.

Поставленная задача решена так же тем, что во втором варианте выполнения технологический реактор для плазмохимического осаждения тонкопленочных покрытий на плоскую подложку, содержит разъемный герметизируемый корпус, состоящий из двух частей; установленные соответственно в первой и второй из указанных частей корпуса параллельные друг другу первый и второй полые активные электроды, каждый из которых выполнен с возможностью подачи на него напряжения высокой частоты и снабжен отверстиями для подачи рабочего газа в зону нанесения покрытий, а также систему откачки газов из корпуса, нагревательные элементы для поддержания заданной температуры подложки и размещенный между указанными электродами подвижный держатель подложки, выполненный с возможностью контакта с последней по ее периферии при общей площади указанного контакта, равной 0,5% площади подложки, и предназначенный для установки подложки с зазором относительно указанных электродов, причем обе части корпуса, равно как и указанные электроды, выполнены с возможностью независимого возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости расположения подложки в держателе. Как и в первом варианте выполнения, активный электрод технологического реактора содержит электрод возбуждения высокочастотного емкостного разряда и охватывающий его экранирующий корпус, установленный относительно электрода возбуждения с зазором, не превышающим 2 мм, систему откачки газов, которая включает распределитель откачки, выполненный внутри первой части корпуса по ее периметру, и нагревательные элементы, расположенные в обеих частях корпуса.

Поставленная задача решена так же тем, что вакуумная установка для плазмохимического осаждения тонкопленочных покрытий на плоскую подложку, содержит герметичный вакуумный коридор, внутри которого размещен, по меньшей мере, один реактор по второму варианту выполнения и/или два реактора по первому варианту выполнения, транспортную систему для перемещения держателя с подложкой внутри вакуумного коридора, а также систему откачки газов из вакуумного коридора, выполненную с возможностью поддержания в нем меньшего давления, нежели рабочее давление во всех указанных реакторах.

В случае размещения в вакуумном коридоре двух или более реакторов они могут быть отделены друг от друга газовыми или механическими затворами. Кроме того, в вакуумном коридоре могут быть установлены дополнительные нагревательные элементы для поддержания заданной температуры подложки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема технологического реактора, имеющего один активный электрод; на фиг. 2 - схема технологического реактора, имеющего два активных электрода; на фиг. 3 - схема вакуумной установки с двумя технологическими реакторами, каждый из которых содержит один активный электрод; на фиг. 4 - схемы вакуумной установки с тремя технологическими реакторами, содержащими различное количество активных электродов; на фиг. 5 представлены распределения интенсивности фотолюминисценции солнечного элемента: а) изготовленного на стандартном оборудовании плазмохимического осаждения, б) на патентуемой вакуумной установке.

При характеристике любой вакуумной установки все цифровые позиции, описывающие элементы используемого в ней конкретного реактора, обозначены на фиг. 1 и 2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технологический реактор (фиг. 1) содержит раздвижной корпус, выполненный из двух подвижных частей: запорного корпуса 1 и запорного электрода 2, при этом в запорном корпусе 1 размещен активный электрод. Активный электрод включает электрод 3 для возбуждения плазмы в зоне обработки 4, экранирующий корпус 5, предназначенный для локализации высокочастотной энергии и предотвращения инициации паразитного разряда, и газораспре делитель 6 с отверстиями для подачи и распределения технологических газов в зоне обработки 4. Активный электрод выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри первой части корпуса технологического реактора - в запорном корпусе 1. Зазор между электродом 3 и экранирующим корпусом 5 не превышает 2 мм. Увеличение зазора приводит к появлению «паразитных» разрядов между электродом и экранирующим корпусом. В результате чего часть подводимой мощности рассеивается на неконтролируемые случайные «паразитные» процессы, которые нарушают стабильность протекания химических реакций в зоне обработки, стехиометрию и равномерность формируемого слоя.

Вторая подвижная часть корпуса технологического реактора - запорный электрод 2, является пассивным электродом, находящимся под потенциалом земли. В рабочем состоянии технологического реактора обе части корпуса плотно сомкнуты и образуют барьер для распространения газа из технологического реактора.

Между параллельными электродами 3 и 2 установлен держатель 7, на котором, параллельно электродам, удерживается плоская подложка 8. Конструктивно держатель 7 выполнен в форме рамки таким образом, что все поверхности подложки открыты для технологической обработки, а сама подложка удерживается выступающими во внутрь рамками отбортовками так, что зона касания подложки и держателя не превышает 0,5% ее площади. Отбортовка может быть выполнена по всему периметру рамки или только в нескольких места, удерживая пластину по всему контуру или в нескольких точках соответственно.

Ширину зоны обработки 4 регулируют перемещением активного электрода относительно подложки 8, тем самым управляя настройкой равномерности осаждения в технологическом реакторе.

Запорный электрод 2 приближен к обратной стороне подложки 8, но не касается ее. При проведении технологической обработки на одной из сторон подложки, обратная сторона, которая не подвергается обработке, находится на расстоянии не более 2 мм от запорного электрода 2. В этом случае ширина зазора между запорным электродом 2 и подложкой 8 меньше расстояния, на котором может формироваться высокочастотный емкостной разряд при давлениях ниже 500 Па, поэтому тонкопленочное покрытие осаждается только на поверхность подложки со стороны активного электрода.

Нагревательные элементы 9 запорного корпуса 1 и нагревательные элементы 10 запорного электрода 2, предназначенные для создания рабочей температуры в зоне обработки 4 и поддержания температуры внутренних поверхностей технологического реактора, расположены в запорном корпусе 1 и в запорном электроде 2 соответственно. Осуществление равномерного прогрева всей внутренней области технологического реактора необходимо для изготовления качественных тонкопленочных покрытий, так как химические реакции на непрогретых участках приводят к образованию мелкодисперсных частиц, наличие которых увеличивает количество дефектов в формируемом покрытии.

Для транспортировки газовых реагентов в зону обработки 4 предназначен газовый канал 1 1, по которому во внутреннюю полость 12 электрода 3 возбуждения подают рабочий газ, который далее через отверстия в газораспределителе 6 поступает в зону обработки 4.

Система откачки газов из технологического реактора для отвода продуктов плазмохимической реакции включает распределитель откачки 13, выполненный в запорном корпусе 1 реактора по его периметру, и предназначенный для равномерного удаления газообразных продуктов реакции из технологического реактора по каналам откачки 14, содержащихся так же в запорном корпусе 1.

Возможно выполнение технологического реактора с двумя активными электродами (фиг. 2). В технологическом реакторе с двумя активными электродами держатель 7 подложки 8 во время осуществления технологического процесса фиксируется между активными электродами, например, двумя подвижными частями корпуса, в плоскости, параллельной поверхности газораспределителей обоих электродов.

В этом варианте выполнения технологического реактора транспортировку газовых реагентов в две зоны обработки осуществляют через каждый активный электрод, и обе подвижные части корпуса содержат систему откачки газов с распределителем откачки и каналами.

Вакуумная установка (фиг 2) для изготовления в одном вакуумном цикле покрытий на обеих сторонах плоской подложки, в которой используют технологический реактор с двумя активными электродами, включает, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру (на рисунке не показана), и, по меньшей мере, один технологический реактор плазмохимического осаждения, расположенный внутри вакуумного коридора 15. Перемещение подложки 8 от момента загрузки в вакуумную установку и до момента выгрузки, осуществляется транспортной системой (на рисунке не показана), на которой установлен держатель 7 с подложкой 8.

Вакуумная установка имеет дифференцированную систему откачки: технологический реактор откачивают собственной откачной системой, для чего реактор имеет независимый канал откачки 14 с распределителем откачки 13, а откачку газов из вакуумного коридора 15 осуществляют через систему откачки вакуумного коридора по каналу откачки 16. При этом в вакуумном коридоре 15 поддерживают давление Pi менынее, чем Р ₂ - давление внутри технологического реактора. При таком условии газы, проникающие в вакуумный коридор через уплотнения и в результате дегазации внутренних поверхностей вакуумного коридора, удаляются преимущественно средствами откачки вакуумного коридора и не оказывают влияние на состав газовой среды в зоне обработки 4. Тем самым улучшается воспроизводимось технологического процесса и качество покрытия за счет уменьшения концентрации нежелательных газообразных примесей, например паров воды, кислорода, азота.

В рабочем состоянии технологического реактора части корпуса плотно сомкнуты и образуют барьер для перетекания газов, создающий перепад между разделяемыми объемами минимум в один порядок.

Вакуумная установка, в которой используются, по меньшей мере, два технологических реактора (фиг. 3), имеющих по одному активному электроду, так же позволяет формировать тонкопленочные слои на обеих сторонах подложки поочередно в одном вакуумном цикле без переворота подложки между операциями. При этом транспортная система перемещает подложку в держателе между технологическими реакторами.

Для уменьшения влияния технологических реакторов друг на друга при проведении процессов осаждения, а значит для обеспечения чистоты технологических процессов, в вакуумной установке технологические реакторы могут быть отделены друг о друга в вакуумном коридоре газовыми или механическими затворами.

Поскольку температура - это один из основных параметров технологического процесса, изменение которого приводит к экспоненциальному изменению скорости процесса осаждения, а так же к изменению стехиометрии и структуры формируемого покрытия, наличие нагревателей позволяет задавать и поддерживать температуру пластины в требуемом диапазоне. В патентуемой вакуумной установке возможно дополнительное расположение нагревательных элементов 17 (фиг. 3), обеспечивающих заданную технологическим процессом температуру подложки либо в вакуумном коридоре на позиции нагрева вне технологического реактора либо в шлюзовой камере.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРИМЕР 1

Вакуумная установка с двумя технологическими реакторами (фиг. 3), имеющими по одному активному электроду, работает следующим образом.

Плоскую подложку 8 помещают на рамочный держатель 7, который затем устанавливают на транспортной системе вакуумной установки и загружают в шлюзовую камеру. Производят откачку шлюзовой камеры и вакуумного коридора, при этом вокруг технологических реакторов, расположенных в вакуумном коридоре, откачной системой обеспечивают давление Р _] не более 10 Па. Открывают вакуумный затвор, соединяющий шлюзовую камеру и вакуумный коридор, и транспортной системой перемещают держатель 7 с подложкой 8 в вакуумный коридор 15 и закрывают вакуумный затвор.

Затем перемещают держатель 7 с подложкой 8 в первый технологический реактор на позицию осаждения покрытия на фронтальную сторону плоской подложки. В это время технологический реактор находится в транспортном положении, т. е. открыт - подвижные част?! корпуса 1 и 2 раздвинуты. Установив держатель 7 на позиции осаждения, технологический реактор закрывают: запорный корпус 1 и запорный электрод 2 прижимают к держателю 7, в результате чего запорный электрод 2 приближается к подложке 8 с минимальным зазором, но не касается ее. Наличие зазора предотвращает механический контакт обратной поверхности подложки и частей технологического реактора, тем самым, не допуская повреждения поверхности подложки, что улучшает характеристики формируемых слоев.

Включают нагревательные элементы 9 и 10, которые обеспечивают нагрев подложки 8 до температуры, заданной условиями технологического процесса. После выхода температуры на заданный режим, для проведения процесса осаждения, рабочую газовую смесь с контролируемым расходом и составом по каналу подачи рабочего газа 1 1 , через отверстия газораспределителя 6 в активном электроде 3 подают в технологический реактор в зону обработки 4. По достижении заданных рабочего давления и температуры включают высокочастотный генератор: в зоне обработки 4 генерируется плазма высокочастотного емкостного разряда и начинается процесс осаждения. Настройку равномерности осаждения в технологическом реакторе осуществляют за счет управления шириной области плазмообразования, которая равна расстоянию между активным электродом и поверхностью подложки 8 со стороны активного электрода. Ширину области плазмообразования регулируют специальным приводом с серводвигателем (на рисунке не показаны) в пределах от 8 до 50 мм.

Поскольку ширина зазора между запорным электродом 2 и тыльной стороной подложки 8 меньше расстояния, на котором может формироваться высокочастотный емкостной разряд при давлениях ниже 500 Па, пленка осаждается только на фронтальную поверхность подложки со стороны активного электрода. В режиме осаждения откачку газа из зоны обработки 4 осуществляют через распределитель откачки 13, откуда газ поступает в канал откачки 14 технологического реактора.

По завершению процесса осаждения технологический реактор открывают, т. е. переводят в транспортное положение. Для этого запорный корпус 1 и запорный электрод 2 перемещают по вертикали в противоположные друг от друга стороны, освобождая держатель 7.

В транспортном положении технологического реактора откачка газа идет как по каналу откачки 14 технологического реактора, так и по каналу откачки 16 вакуумного коридора 15.

При транспортном положении первого реактора транспортной системой перемещают держатель 7, в котором находится подложка 8 с нанесенным на фронтальную сторону покрытием, в следующий технологический реактор, который в это время так же находится в транспортном положении. Во втором реакторе активный электрод расположен с тыльной стороны плоской подложки, следовательно, и рабочий газ и высокочастотная мощность подаются в зону обработки 4 с ее обратной стороны. Осаждение покрытия на тыльную сторону подложки производят так же, как и в первом реакторе.

Из второго технологического реактора подложку с нанесенными на обе стороны тонкопленочными покрытиями по транспортной системе выгружают из вакуумного коридора через вакуумный затвор в шлюзовую камеру и передают дальше по производственному циклу.

ПРИМЕР 2

Возможно комплектование патентуемой вакуумной установки тремя технологическими реакторами (фиг. 4). Такая установка может быть использована, например, для нанесения пассивирующих слоев гетероструктурных кремниевых солнечных элементов.

В вакуумной установке с тремя технологическими реакторами в первом реакторе с двумя активными электродами осуществляют одновременную двухстороннюю пассивацию кремниевой пластины слоями аморфного гидрогенизированного кремния, во втором и третьем реакторах с одним активным электродом - нанесение легированных слоев аморфного или микрокристаллического гидрогенизированного кремния р- или n-типа проводимости на фронтальную и тыльную стороны пластины поочередно и без переворота.

Вакуумная установка для нанесения пассивирующих слоев гетероструктурных кремниевых солнечных элементов с тремя технологическими реакторами работает следующим образом.

Во время нахождения в транспортном положении первого по ходу технологического процесса реактора с двумя активными электродами, транспортной системой перемещают подложку 8 - кремниевую пластину п- типа проводимости, на позицию осаждения. Для перемещения кремниевой пластины по транспортной системе используют плоский рамочный держатель, конструкция которого предусматривает контактную зону держатель-подложка менее 1см с одной стороны пластины. Так как кремниевая пластина имеет общую площадь 156x156 мм, зона держатель- подложка составляет менее 0,5% общей площади пластины. При этом конструкция держателя предусматривает возможность обработки кремниевой пластины с любой стороны.

Реактор закрывают, для этого двумя запорными корпусами 1 сжимают держатель 7. Системой откачки технологического реактора обеспечивают в зоне обработки 4 давление 400Па. Включают нагревательные элементы 9 и 10 для нагрева кремниевой пластины до Т=200°С. После выхода температуры на стационарный режим, для проведения процесса осаждения через активные электроды подают в две зоны обработки 4 рабочую газовую смесь, состоящую из моносилана (SiH ₄ ) и водорода (Н ₂ ), с контролируемым составом и расходом 90 см /мин и 9 см ³ /мин соответственно. На каждый активный электрод реактора подключают высокочастотный генератор мощностью 60 Вт для генерирования в зонах обработки 4 плазмы высокочастотного емкостного разряда и в течение 20 с проводят процесс осаждения слоя аморфного гидрогенизированного кремния собственного типа проводимости.

Настройку равномерности осаждения в технологическом реакторе осуществляют за счет управления расстоянием между активными электродами и поверхностями кремниевой пластины.

В режиме осаждения откачку газа из обеих зон обработки 4 осуществляют через распределители откачки 13, откуда газ поступает в каналы откачки 14, выполненные в каждом запорном корпусе 1.

По завершению процесса осаждения первый технологический реактор переводят в транспортное положение, для чего оба запорных корпуса 1 вместе с активными электродами перемещают в противоположные стороны, освобождая держатель 7.

В транспортном положении первого технологического реактора транспортной системой перемещают держатель 7 с подложкой 8 в следующий технологический реактор с одним активным электродом, который в этот момент так же находится в транспортном положении. При транспортном положении двух технологических реакторов работают, как откачные системы каждого технологического реактора так и откачная система вакуумного коридора: откачка газа происходит по каналам откачки 14 и по каналу откачки 16.

Во втором реакторе рабочий газ и высокочастотная мощность подаются в зону обработки над фронтальной стороной кремниевой пластины, на которую в процессе наносят слой аморфного гидрогенизированного кремния p-типа проводимости. При этом выдерживаются следующие параметры технологического процесса: давление 400 Па, расход моносилана 10 см /мин, расход водорода 300 см /мин, расход диборана (В ₂ Н ₆ ) 50 см /мин, подводимая высокочастотная мощность 60 Вт, температура пластины Т=200°С, время осаждения 40с. После окончания процесса нанесения слоя второй технологический реактор переводят в транспортное положение, и транспортной системой перемещают подложку 8 с нанесенными покрытиями в следующий третий технологический реактор, который в это время так же открыт, т. е. находится в транспортном положении. Далее второй и третий реакторы закрывают и в третьем технологическом реакторе осуществляют нанесение слоя аморфного гидрогенизированного кремния n-типа проводимости на тыльную сторону кремниевой пластины, при следующих параметрах технологического процесса: давление 400 Па, расход моносилана 10 см /мин, расход водорода 300 см /мин, расход фосфина (РН ₃ ) 15 см /мин, подводимая ВЧ мощность 60 Вт, температура образца 200 °С, время осаждения 30 с.

Из третьего технологического реактора кремниевую пластину с нанесенными на обе стороны тонкопленочными покрытиями по транспортной системе выгружают из вакуумного коридора вакуумной камеры и передают дальше по производственному циклу.

Так как одной из основных целей при осаждении аморфного гидрогенизированного кремния при производстве солнечных элементов, является уменьшение плотности поверхностных состояний за счет пассивации поверхностных дефектов, то для оценки качества пассивирующих слоев можно использовать время жизни неравновесных носителей заряда. На фигуре 5 представлено сравнение спектров люминесценции кремниевых пластин после пассивации слоем собственного гидрогенизированного кремния толщиной 20 нм. На фиг. 5а - кремниевая пластина, изготовленная на установке плазмохимического осаждения построенных по стандартной схеме на фиг. 56 - кремниевая пластина со слоями аморфного гидрогенизированного кремния на двух плоских поверхностях, изготовленная на патентуемой вакуумной установке с патентуемыми реакторами. На спектре люминесценции первого образца видны темные «полосы», которые, свидетельствуют о повреждениях пластины манипулятором в процессе загрузки/выгрузки, и точечные дефекты, вызванные попаданием пылевых частиц между образцом и держателем.

Время жизни неравновесных носителей заряда, полученное на патентуемой установке, в 3,5 раза выше, чем полученное в аналогичных условиях на установках, использующих в технологическом процессе переворот пластины со стандартной схемой проведения технологического процесса, что обеспечивает в целом увеличение коэффициента заполнения (FF) на 3-4%, и соответственно увеличение эффективности солнечного элемента на 1 ,1 -1,5 %.

Таким образом, в разработанной конструкции вакуумной установки с технологическими реакторами для плазмохимического осаждения тонкопленочных слоев обеспечено нанесение тонкопленочных покрытий на обе стороны плоской подложки без ее переворота, уменьшение механических повреждений и загрязнения подложки, а также общее повышение качества обработки подложки и улучшение технических характеристик получаемых тонкопленочных структур.

Данные независимые технические результаты достигаются за счет того, что:

• формирование тонкопленочных структур в вакуумной установке с использованием патентуемых плазмохимических реакторов возможно как на верхней, так и на нижней стороне подложки, причем либо поочередно, либо одновременно, в зависимости от требований технологического процесса;

• подложка на всех стадиях обработки размещается в держателе, который имеет минимальную площадь контакта с ее поверхностью и не затрагивает ее срединную рабочую часть, что позволяет уменьшить ее механические повреждения и загрязнение; • конструкция технологического реактора и вакуумной установки, включающей такие реакторы, позволяет проводить все стадии формирования тонкопленочной структуры без переворота подложки;

• в одном вакуумной коридоре вакуумной установки может быть размещено несколько технологических реакторов, при этом конструкция реактора и вакуумной установки позволяет управлять рабочим давлением внутри реактора и внутри вакуумного коридора установки, в связи с чем, реакторы действуют независимо и не оказывают влияния на процессы, протекающие внутри каждого из них.

Например, для кремниевых солнечных элементов, изготовленных с использованием описанной вакуумной установки, улучшенной технической характеристикой является увеличение времени жизни неравновесных носителей заряда в кремниевой пластине после ее пассивации. В результате гетероструктурные солнечные элементы будут иметь более высокий коэффициент полезного действия.

Источники известности:

1. http://www.plasmasvstem.ru/technology/pecvd

2. US8728918, дата публикации 20.05.2014 г.

3. US201 1 171774, дата публикации 14.07.201 1 г.

4. US2006005771 , дата публикации 12.07.2006 г.

5. US2013171757, дата публикации 04.07.2013 г.

6. ЕР1953794, дата публикации 01.02.2012 г.