DE60035648T2 - Verfahren zur Säuberung einer Vorrichtung zum Herstellen von Dünnfilm-Silizium - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Waschen einer Vorrichtung zur Bildung von Halbleiterfilmen auf Siliziumbasis, z. B. einer Vorrichtung zur Herstellung von Solarzellen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements weist die Schritte des Bildens einer p-Halbleiterschicht, einer i-Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht in einer Filmbildungsvorrichtung auf.
  • Bei der Herstellung einer Solarbatteriezelle, die ein Halbleiterbauelement ist, werden eine p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht nacheinander auf der Oberfläche z. B. eines Glassubstrats übereinander gebildet. Diese p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht werden so gebildet, daß sie sich in der Dicke voneinander unterscheiden. Allgemein wird die p-Halbleiterschicht dünn gebildet, um die effektive Lichtmenge zu erhöhen. Ferner wird die i-Halbleiterschicht dick gebildet, um den Umwandlungswirkungsgrad zu steigern. Zum Beispiel wird vielfach die p-Halbleiterschicht in einer Dicke von etwa 70 Å gebildet, die i-Halbleiterschicht wird in einer Dicke von etwa 3000 Å gebildet, und die n-Halbleiterschicht wird in einer Dicke von etwa 150 Å gebildet.
  • Die p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht werden jeweils durch ein CVD-Verfahren gebildet. Die Filmbildung durch das CVD-Verfahren erfolgt in einer Filmbildungskammer. Hierbei in der Technik bekannt, eine p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiter schicht in einer einzelnen Filmbildungskammer nacheinander zu bilden. Bei diesem Verfahren wird aber die Prozeßzeit lang, was zu geringer Produktivität führt.
  • Um diese Schwierigkeit zu überwinden, werden exklusive Filmbildungskammern zur aufeinanderfolgenden Bildung der p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht verwendet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, daß die erforderliche Zeit zur Bildung der i-Halbleiterschicht, die die größte Dicke hat, erheblich länger als die erforderliche Zeit zur Bildung der p- oder n-Halbleiterschicht ist. Zwangsläufig kommt es bei den Filmbildungskammern zur Bildung der p- und n-Halbleiterschichten zu Zeitverlust, was geringe Produktivität nach sich zieht.
  • Andererseits werden die p-, i- und n-Halbleiterschicht allgemein bei unterschiedlichen Temperaturen gebildet. Zum Beispiel wird die p-Halbleiterschicht, die als Fensterschicht auf der Lichteinfallsseite wirkt, bei einer niedrigeren Temperatur als die zur Bildung der i-Halbleiterschicht gebildet, um den Bandabstand zu verbreitern und Beschädigung der Elektrode zu unterdrücken, die unter der p-Halbleiterschicht angeordnet ist. Ferner wird die i-Halbleiterschicht aus Sicht der Photostabilität bei einer höheren Temperatur als die zur Bildung der p-Halbleiterschicht gebildet.
  • Die EP-A-0932207 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines photovoltaischen Bauelements und ein Verfahren zum Waschen der Vorrichtung.
  • Bei Bildung der p-, i- und n-Halbleiterschicht in exklusiven Filmbildungskammern, die in Reihe angeordnet sind, wird jede Filmbildungskammer auf eine zur Bildung der gewünschten Halbleiterschicht geeignete Temperatur eingestellt. Zum Beispiel wird die Filmbildungskammer zur Bildung der p-Halbleiterschicht auf etwa 160 °C eingestellt. Außerdem werden die Kammern zur Bildung der i- und n-Halbleiterschicht jeweils auf etwa 200 °C eingestellt.
  • Zur Produktivitätsverbesserung beim Bilden von Halbleiterschichten auf einem Substrat auf diese Weise muß eine Temperatursteuerung durchgeführt werden, damit die Temperatur des in jede der Filmbildungskammern transportierten Substrat in kurzer Zeit auf eine Filmbildungstemperatur in der Kammer eingestellt werden kann. Wurde z. B. eine p-Halbleiterschicht auf einem Substrat gebildet, dessen Temperatur auf 160 °C gesteuert wurde, ist es notwendig, die Substrattemperatur zur Bildung einer i-Halbleiterschicht auf der p-Halbleiterschicht im nächsten Schritt auf etwa 200 °C anzuheben.
  • Aber auch wenn das Substrat in die auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuerte Filmbildungskammer transportiert wird, braucht das Substrat Zeit, um von 160 °C auf eine gewünschte Temperatur von 200 °C erwärmt zu werden, wodurch die Prozeßzeit zur Bildung einer Halbleiterschicht auf dem Substrat lang wird. Auch wenn dagegen die Substrattemperatur in einer kurzen Prozeßzeit eingestellt wird, ist es schwierig, die Substrattemperatur in der kurzen Zeit auf eine vorbestimmte Temperatur einzustellen. Sind zudem die Filmbildungskammern auf unterschiedliche Temperaturen in Übereinstimmung mit den Temperaturen der in diesen Kammern gebildeten Halbleiterschichten eingestellt, ist die thermische Beanspruchung erhöht, die das in die Filmbildungskammer mit unterschiedlicher Temperatur transportierte Substrat erfährt. Daraus folgt, daß das Substrat und die auf dem Substrat gebildete Halbleiterschicht möglicherweise beeinträchtigt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Waschen einer Vorrichtung zur Bildung von Halbleiterfilmen bereitzustellen.
  • Als Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, das das aufeinanderfolgende Bilden einer p-Halbleiterschicht, einer i-Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht auf einer Substratoberfläche in exklusiven Filmbildungskammern ermöglicht, während Zeitverlust im Betrieb jeder der Filmbildungskammern vermieden wird.
  • Eine weitere Aufgabe ist, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, die das aufeinanderfolgende Bilden einer p-Halbleiterschicht, einer i-Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht auf einer Substratoberfläche in exklusiven Filmbildungskammern ermöglicht, während Zeitverlust im Betrieb jeder der Filmbildungskammern vermieden wird.
  • Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, das das aufeinanderfolgende Bilden einer p-Halbleiterschicht, einer i-Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht auf einer Substratoberfläche in kurzer Zeit in exklusiven Filmbildungskammern ermöglicht, während eine thermische Beanspruchung des Substrats und der auf der Substratoberfläche gebildeten Halbleiterschichten unterdrückt wird.
  • Als weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, die das aufeinanderfolgende Bilden einer p-Halbleiterschicht, einer i-Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht auf einer Substratoberfläche in kurzer Zeit in exklusiven Filmbildungskammern ermöglicht, während eine thermische Beanspruchung des Substrats und der auf der Substratoberfläche gebildeten Halbleiterschichten unterdrückt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
  • Gemäß einem ersten exemplarischen Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitgestellt, bei dem ein Substrat nacheinander in eine erste Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, mehrere zweite Filmbildungskammern zur Bildung einer i-Halbleiterschicht und eine dritte Film bildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp transportiert wird, wobei die erste, die zweiten und die dritte Filmbildungskammer zur aufeinanderfolgenden Bildung einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, einer i-Halbleiterschicht und einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dieser ersten, diesen zweiten bzw. dieser dritten Filmbildungskammer auf der Oberfläche des Substrats in Reihe angeordnet sind, wobei das Verfahren den Schritt des gleichzeitigen Transportierens der Substrate, die in der ersten, den zweiten und der dritten Filmbildungskammer angeordnet sind und jeweils eine darauf gebildete Halbleiterschicht haben, in benachbarte Kammern auf der nachgelagerten Seite aufweist.
  • Gemäß einem zweiten exemplarischen Aspekt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitgestellt, die aufweist: einen Filmbildungskammerkörper mit einer ersten Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, einer zweiten Filmbildungskammer zur Bildung einer i-Halbleiterschicht und einer dritten Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die in Reihe angeordnet sind; öffnungsfähige Einrichtungen zum Öffnen/Schließen von in Trennwänden gebildeten Verbindungsöffnungen, wobei jede Trennwand zum Trennen zweier benachbarter Filmbildungskammern dient; eine Steuereinrichtung zum gleichzeitigen Antreiben aller öffnungsfähigen Einrichtungen, um das Öffnen/Schließen der in jeder der Trennwände hergestellten Verbindungsöffnung zu steuern; und eine Transporteinrichtung zum gleichzeitigen in nachgelagerter Richtung erfolgenden Transportieren der Substrate mit einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, einer i-Halbleiterschicht und einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die darauf in der ersten, zweiten bzw. dritten Filmbildungskammer gebildet werden.
  • Deutlicher wird die Erfindung aus der nachfolgenden näheren Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen.
  • 1 ist eine Vorderansicht des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Beispiel;
  • 2 ist eine Seitenquerschnittansicht durch den Gesamtaufbau einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Beispiel;
  • 3 ist eine Querschnittansicht durch einen Halbleiterfilm, der durch die Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß 1 gebildet ist;
  • 4 ist ein Diagramm der zeitlichen Veränderungen der Temperaturen des Substrats und des Halters gemäß dem ersten Beispiel;
  • 5 ist eine Vorderansicht einer Abwandlung der Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Beispiel;
  • 6, die eine Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements schematisch zeigt, dient zur Beschreibung eines zweiten Beispiels;
  • 7 zeigt exemplarisch eine Plasma-CVD-Vorrichtung;
  • 8A und 8B, die gemeinsam eine Plasma-CVD-Vorrichtung zeigen, dienen zur Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 9A bis 9C zeigen gemeinsam eine Waschanlage, die in der Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
  • Das erste und zweite Beispiel sind dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, mehrere zweite Filmbildungskammern zur jeweiligen Bildung einer i-Halbleiterschicht und eine dritte Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp in Reihe angeordnet sind und daß die Substrate mit den darauf in der ersten, den zweiten und der dritten Film bildungskammer gebildeten Halbleiterschichten in die benachbarten Filmbildungskammern auf der nachgelagerten Seite gleichzeitig transportiert werden.
  • Im ersten und zweiten Beispiel sind mehrere zweite Filmbildungskammern angeordnet, da es länger dauert, eine i-Halbleiterschicht in der zweiten Filmbildungskammer zu bilden. Aufgrund der Anordnung mehrerer zweiter Filmbildungskammern können die Substrate mit darauf in der ersten, den zweiten bzw. der dritten Filmbildungskammer gebildeten Halbleiterschichten in die benachbarten Filmbildungskammern auf der nachgelagerten Seite gleichzeitig transportiert werden, um die Betriebswartezeit wegfallen zu lassen und so die Produktivität zu verbessern.
  • Im ersten und zweiten Beispiel kann der Druck in der jeweiligen ersten und dritten Filmbildungskammer zur Bildung der p- und n-Halbleiterschicht niedriger als in der zweiten Filmbildungskammer zur Bildung der i-Halbleiterschicht sein. Da der Druck in der zweiten Filmbildungskammer zur Bildung der i-Halbleiterschicht höher eingestellt ist, werden die zur Bildung der p- und n-Halbleiterschicht verwendeten Verunreinigungen am Eintreten in die zweite Filmbildungskammer gehindert, wenn die Substrate in die benachbarten Filmbildungskammer auf der nachgelagerten Seite gleichzeitig transportiert werden.
  • Zudem kann die Temperatur in der ersten Filmbildungskammer im wesentlichen gleich der in den zweiten Filmbildungskammern eingestellt sein. In diesem Fall kann die Substrattemperatur im Schritt des Bildens der Hableiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der ersten Filmbildungskammer niedriger als die im Schritt des Bildens der i-Halbleiterschicht in der zweiten Filmbildungskammer aufgrund der Zeitverzögerung zur Temperaturerhöhung durch Erwärmung eingestellt sein.
  • In diesem Fall wird die Substrattemperatur von der Temperatur zur Bildung der p-Halbleiterschicht auf die Temperatur zur Bildung der i-Halbleiterschicht allmählich angehoben, auch wenn die Temperatur mehrerer Filmbildungskammern im wesentlichen gleich eingestellt ist. Dadurch kann die i-Halbleiterschicht bei einer höheren Temperatur als die zur Bildung der p-Halbleiterschicht gebildet werden. Da zudem die Substrattemperatur während der Bildung der p-Halbleiterschicht allmählich angehoben wird, kann die erforderliche Zeit zum Erwärmen des Substrats auf die zur Bildung der i-Halbleiterschicht geeignete Temperatur verkürzt werden.
  • Hierbei wird die Temperatur der Filmbildungskammern zur Bildung der p-Halbleiterschicht und i-Halbleiterschicht auf 170 bis 230 °C eingestellt, um die p-Halbleiterschicht aufgrund der o. g. Zeitverzögerung bei 150 bis 190 °C zu bilden. Ferner kann die Dicke der p-Halbleiterschicht auf 50 bis 200 Å eingestellt werden. Möglich ist weiterhin, die Filmbildungskammer zur Bildung der n-Halbleiterschicht nicht zu erwärmen. Weiterhin kann die Temperatursteuerung durch einen Halter durchgeführt werden, der das Substrat hält und nacheinander durch mehrere miteinander verbundene Filmbildungskammern transportiert wird, wobei der Halter aus einem Material mit vorbestimmter Wärmekapazität gebildet ist.
  • Verschiedene Beispiele und Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Insbesondere ist 1 eine senkrechte Teilquerschnittansicht, die den Gesamtaufbau einer Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Beispiel zeigt, und 2 ist eine Seitenquerschnittansicht durch die Vorrichtung gemäß 1. Darstellungsgemäß weist die Herstellungsvorrichtung einen Vorrichtungskörper 1 auf, der eine längliche Kastenform hat. Der Innenraum des Vorrichtungskörpers 1 ist durch Trennwände 2 in mehrere Kammern aufgeteilt.
  • Genauer gesagt ist der Vorrichtungskörper 1 durch die Trennwände 2 in eine Heizkammer 3, eine erste Filmbildungskammer 4, mehrere zweite Filmbildungskammern 5, eine dritte Filmbildungskammer 6 und eine Entnahmekammer 7 in dieser Reihenfolge im Blick von einem Endabschnitt in Längsrichtung des Vorrichtungskörpers 1 aufgeteilt. Etwa zwei bis sechs zweite Filmbildungskammern 5 sind angeordnet, wenngleich in diesem Beispiel fünf zweite Filmbildungskammern 5 angeordnet sind. Im übrigen sind drei zweite Filmbildungskammern in 1 und 2 weggelassen.
  • Gemäß 2 ist ein Paar rechtwinklige Verbindungsöffnungen 8 mit gleicher Größe in jeder der Trennwände 2, die den Innenraum des Vorrichtungskörpers 1 in die Kammern 3 bis 7 aufteilen, und den beiden Seitenwänden in Längsrichtung des Vorrichtungskörpers 1 gebildet. Jede Verbindungsöffnung 8 wird durch einen öffnungsfähigen Schieber 9 hermetisch verschlossen. Jeder Schieber 9 wird durch eine Antriebsquelle 10 angetrieben, um die Verbindungsöffnung 8 zu öffnen oder zu schließen, und der Antrieb der Antriebsquelle 10 wird durch eine Steuervorrichtung 11 gesteuert. Ein Linearmotor oder Luftzylinder kann als Antriebsquelle 10 verwendet werden.
  • In diesem Beispiel wird ein Antriebssignal von der Steuervorrichtung 11 den Antriebsquelle 10 gleichzeitig zugeführt, damit die Schieber 9 die Verbindungsöffnungen 8 zeitgleich schließen können.
  • Eine Heizung 12 ist im Mittelabschnitt in Breitenrichtung jeder der Kammern 3 bis 5 aufrecht angeordnet, wenngleich die Heizung 12 jeweils nicht in der dritten Filmbildungskammer 6 und der Entnahmekammer 7 angeordnet ist. Diese Heizungen 12 dienen zum Erwärmen der Heizkammer 3, ersten Filmbildungskammer 4 und zweiten Filmbildungskammern 5 bei Empfang eines Steuersignals, das von der Steuervorrichtung 11 zugeführt wird.
  • Ein Paar Halter 14, die jeweils ein Substrat 13 auf einer Oberfläche halten, wird durch die Verbindungsöffnungen 8 der Heizkammer 3 so transportiert, daß die andere Oberfläche jedes der Halter, auf der kein Substrat 13 angeordnet ist, zur Heizung 12 weisend positioniert ist. Der Halter 14 ist aus einem Material mit vorbestimmter Wärmekapazität hergestellt, z. B. einem Metall.
  • Wie die Heizung 12 ist auch der Halter 14 aufrecht angeordnet und wird aus der Heizkammer 3 nacheinander zur Entnahmekammer 7 z. B. durch einen Transportroboter (nicht gezeigt) transportiert, der in jeder der Kammern 3 bis 7 als Transporteinrichtung angeordnet ist. Im übrigen ist möglich, anstelle des Roboters einen Förderer als Transporteinrichtung in jeder der Kammern 3 bis 7 anzuordnen, damit der Förderer den Halter 14 zu den Kammern auf der nachgelagerten Seite in Transportrichtung transportieren kann.
  • Der Transport des Halters 14 in die Heizkammer 3, der Transport des Halters 14 aus der Entnahmekammer 7 und der Transport des Halters 14 in die benachbarten Kammern 4 bis 7 auf der nachgelagerten Seite werden synchron zu der Zeit durchgeführt, zu der die durch die Schieber 9 geschlossenen Verbindungsöffnungen 8 geöffnet werden. Anders gesagt werden die Substrate 13 mit den darauf in den Kammern 4 bis 7 angewendeten Behandlungen, die später zu beschreiben sind, zusammen mit den Haltern 14 nacheinander zeitgleich in die Kammern transportiert, die auf der nachgelagerten Seite angeordnet sind.
  • Das Substrat 13 ist eine Glasplatte, die z. B. zur Bildung einer Solarbatteriezelle verwendet wird. Gemäß 3 ist ein transparenter Elektrodenfilm 15 auf einer Oberfläche des Substrats 13 vorab gebildet. Wie später beschrieben, werden eine p-Halbleiterschicht 16, i-Halbleiterschicht 17 und n-Halbleiterschicht 18, die jeweils aus einer amorphen Sili ziumschicht bestehen, nacheinander auf der transparenten Elektrodenschicht 15 gebildet.
  • Die transparente Elektrodenschicht 15 besteht aus SnO2. Wird die transparente Elektrodenschicht 15 bei hoher Temperatur bei Verwendung von SnO2 gebildet, ist es unwahrscheinlich, daß SnO2 reduziert wird, auch wenn SnO2 mit einem Wasserstoffatome enthaltenden reduzierenden Plasma in Kontakt gebracht wird. Außerdem ist die gebildete Metallmenge verringert. Daraus folgt, daß die Halbleiterschichten an Verunreinigung gehindert werden, weshalb sich die Beeinträchtigung der Kennwerte stark unterdrücken läßt.
  • In der ersten bis dritten Filmbildungskammern 4 bis 6 ist jeweils ein Paar Hochfrequenzelektroden 21 so angeordnet, daß sie zu dem durch den Halter 14 gehaltenen Substrat 13 weisen. Hochfrequenzleistung wird von der Steuervorrichtung 11 jeder der Hochfrequenzelektroden 21 zugeführt.
  • Gemäß 1 ist ein erstes Zufuhrrohr 22 mit der ersten Filmbildungskammer 4 verbunden. Ein erstes Rohmaterialgas, das zur Bildung der p-Halbleiterschicht 16 dient, wird durch das erste Zufuhrrohr 22 in die erste Filmbildungskammer 4 geführt. Ebenso ist ein zweites Zufuhrrohr 23 zum Zuführen eines Rohmaterialgases, das zur Bildung der i-Halbleiterschicht 17 dient, mit jeder der zweiten Filmbildungskammern 5 verbunden. Ferner ist ein drittes Zufuhrrohr 24 zum Zuführen eines Rohmaterialgases, das zur Bildung der n-Halbleiterschicht 18 dient, mit der dritten Filmbildungskammer 6 verbunden.
  • Als Rohmaterialgas kommt z. B. SiH4 zum Einsatz. Das der ersten Filmbildungskammer 4 zugeführte Rohmaterialgas ist z. B. mit BH3 gemischt, das als Verunreinigung verwendet wird, und das der dritten Filmbildungskammer 6 zugeführte Rohmaterialgas ist z. B. mit PH3 als Verunreinigung gemischt. In einigen Fällen wird das Rohmaterialgas durch mehrere Zufuhrrohre in jede der Filmbildungskammern geführt.
  • Ferner ist eine Vakuumpumpe 25 mit der jeweiligen ersten Filmbildungskammer 4 und dritten Filmbildungskammer 6 verbunden, um den jeweiligen Innendruck in dieser ersten und dritten Filmbildungskammer 4 und 6 zu reduzieren. Im übrigen werden die zweiten Filmbildungskammern 5 jeweils bei atmosphärischem Druck verwendet, wodurch keine Vakuumpumpe mit diesen zweiten Filmbildungskammern 5 verbunden zu sein braucht.
  • Der jeweilige Innendruck in der ersten Filmbildungskammer 4 und dritten Filmbildungskammer 6 wird auf einen vorbestimmten Wert reduziert, wonach die Rohmaterialgase in diese erste Filmbildungskammer 4, zweiten Filmbildungskammern 5 und dritte Filmbildungskammer 6 geführt werden. Bei Zufuhr von Hochfrequenzleistung in diesem Zustand zu den Hochfrequenzelektroden 21 wird das in jeder der Filmbildungskammern 4 bis 6 geführte Rohmaterialgas angeregt, ein Plasma zu bilden. Dadurch werden die p-Halbleiterschicht 16, i-Halbleiterschicht 17 und n-Halbleiterschicht 18 auf dem Substrat 13 in diesen Filmbildungskammern 4, 5 bzw. 6 gebildet.
  • Die Herstellungsvorrichtung für ein Halbleiterbauelement mit dem zuvor beschriebenen Aufbau wird zur Bildung von Halbleiterschichten (amorphen Siliziumschichten) auf dem Substrat 13 auf die im folgenden dargestellte Weise genutzt.
  • Im ersten Schritt werden die in der Heizkammer 3, der ersten Filmbildungskammer 4 und den zweiten Filmbildungskammern 5 angeordneten Heizungen 12 eingeschaltet, um diese Kammern 3, 4 und 5 auf die gleiche Temperatur zu erwärmen. Genauer gesagt muß zur Bildung der Halbleiterschichten auf dem Substrat 13 die i-Halbleiterschicht 17 bei einer höheren Temperatur als die zur Bildung der p-Halbleiterschicht 16 gebildet werden, um die Leistung zu verbessern. Daher wird die Temperatur in den Filmbildungskammern 3, 4, 5 auf 170 °C bis 230 °C, vorzugsweise etwa 200 °C eingestellt, was zur Bildung der i-Halbleiterschicht 17 geeignet ist.
  • Nach Reduzierung des Innendrucks der ersten und dritten Filmbildungskammer 4 und 6 auf einen vorbestimmten Wert wird ein zur Bildung von Halbleiterschichten verwendetes Rohmaterialgas in jede dieser Filmbildungskammern 4 und 6 geführt. Andererseits wird das Rohmaterialgas in jede der zweiten Filmbildungskammern 5 eingeleitet, ohne deren Innendruck zu reduzieren.
  • Nach Einleitung der Rohmaterialgase in die Filmbildungskammern wird der Betrieb der Vorrichtung durch Betätigen der Steuervorrichtung 11 gestartet, um die Schieber 9 so anzutreiben, daß die Verbindungsöffnungen 8 in jeder der Kammern 3 bis 7 geöffnet werden können. Gleichzeitig wird der das Substrat 13 haltende Halter 14 in die Heizkammer 3 eingebracht. Ist der Halter 14 in diesem Stadium in jeder der ersten bis dritten Filmbildungskammer 4 bis 6 und der Entnahmekammer 7 vorhanden, werden die Halter 14 nacheinander in die benachbarten Kammern auf der nachgelagerten Seite transportiert. Zudem wird der Halter 14 in der Entnahmekammer 7 aus der Entnahmekammer 7 entnommen. Die folgende Beschreibung betrifft den Fall, in dem ein einzelner Halter 14 nacheinander in die Kammern auf der nachgelagerten Seite transportiert wird.
  • Der Halter 14 wird zu jeder vorbestimmten Zeit intermittierend transportiert. Genauer gesagt wird nach einer vorbestimmten Zeit nach Einbringen des Halters 14 in die Heizkammer 3 der Halter 14 in die anschließende erste Filmbildungskammer 4 transportiert. In diesem Stadium wird Hochfrequenzleistung den Hochfrequenzelektroden 21 in der ersten Filmbildungskammer 4 zugeführt, um das Rohmaterial in der ersten Filmbildungskammer 4 anzuregen und somit ein Plasma zu erzeugen. Als Ergebnis wird eine p-Halbleiterschicht 16 auf dem Substrat 13 gebildet, das durch den in die erste Filmbildungskammer 4 transportierten Halter 14 gehalten wird.
  • Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird der Halter 14 in der ersten Filmbildungskammer 4 in eine von mehreren zweiten Filmbildungskammern 5 transportiert, d. h. die zweite Filmbildungskammer 5 auf der vorgelagerten Seite. In der speziellen zweiten Filmbildungskammer 5 wird eine i-Halbleiterschicht 17 auf der p-Halbleiterschicht 16 gebildet, die auf dem Substrat 13 zuerst gebildet wurde. Die Bildung der i-Halbleiterschicht erfolgt in den mehreren zweiten Filmbildungskammern 5 wiederholt. Dadurch wird die abschließende i-Halbleiterschicht 17 ausreichend dicker als die p-Halbleiterschicht 16.
  • Nach Bildung der i-Halbleiterschicht 17 in vorbestimmter Dicke in den mehreren zweiten Filmbildungskammern 5 wird der das Substrat 13 haltende Halter 14 in die dritte Filmbildungskammer 6 transportiert. In der dritten Filmbildungskammer 6 wird eine n-Halbleiterschicht 18 auf der i-Halbleiterschicht 17 auf dem Substrat 13 gebildet. Ferner wird nach Bildung der n-Halbleiterschicht 18 der das Substrat 13 haltende Halter 14 über die Entnahmekammer 7 nach außen entnommen, um zum anschließenden Verfahren überführt zu werden.
  • Zu beachten ist, daß beim Transport des ersten Halters 14 aus der Heizkammer 3 in die erste Filmbildungskammer 4 der anschließende Halter 14 in die Heizkammer 3 transportiert wird. Daraus folgt, daß die erforderlichen Behandlungen gleichzeitig in allen Kammern 3 bis 7 durchgeführt werden. Außerdem werden die Halter 14 gleichzeitig aus allen Kammern 3 bis 7 in die benachbarten Kammern auf der nachgelagerten Seite transportiert. 1 und 2 zeigen, daß der Halter 14 in jeder der Kammern 3 bis 7 positioniert ist.
  • 4 ist ein Diagramm, das die zeitlichen Temperaturänderungen des Substrats 13 und des Halters 14 zeigt und das Verfahren abdeckt, das mit dem Einbringen des das Substrat 13 haltenden Halters 14 in die Heizkammer 3 beginnt und mit der Abgabe des Halters 14 aus der Entnahmekammer 7 endet. Eine durchgezogene Kurve W im Diagramm stellt die Temperaturänderung des Substrats 13 dar. Ferner repräsentiert eine mit einer gestrichelten Linie gezeigte weitere Kurve H die Temperaturänderung des Halters 14.
  • Wie zuvor beschrieben, ist die Heizung 12 in der Heizkammer 3 so angeordnet, daß sie zu der Oberfläche des Halters 14 weist, auf der kein Substrat 13 abgestützt ist. Natürlich ist die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Halters 14 höher als die des Substrats 13, wenn der das Substrat 13 haltende Halter 14 in die Heizkammer 3 eingeführt wird, was aus dem Diagramm von 4 deutlich wird. Andererseits ist die Verweilzeit des Halters 14 in der Heizkammer 3 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, d. h. eine Zeit, die nicht lang genug ist, um den Halter auf etwa 200 °C zu erwärmen, was die Einstelltemperatur der Heizkammer 3 ist. Als Ergebnis werden der Halter 14 und das Substrat 13 in die erste Filmbildungskammer 4 z. B. bei 140 °C bis 150 °C transportiert, was unter 200 °C liegt, die für die Heizkammer 3 eingestellt sind.
  • Die Temperatur der ersten Filmbildungskammer 4 ist auf 200 °C eingestellt. Beim Transport des Halters 14 und des Substrats 13 in die erste Filmbildungskammer 4 werden daher die Temperaturen des Halters 14 und des Substrats 13 in der ersten Filmbildungskammer 4 allmählich erhöht, vergleicht man sie mit den Temperaturen, bei denen der Halter 14 und das Substrat 13 aus der Heizkammer 3 transportiert werden. Während des Vorgangs zur Temperaturerhöhung wird die p-Halbleiterschicht 16 auf der Oberfläche des Substrats 13 in der ersten Filmbildungskammer 4 gebildet.
  • In diesem Beispiel wird die p-Halbleiterschicht 16 in dem Zustand gebildet, in dem das Substrat 13 auf etwa 160 °C erwärmt ist. Die Temperatur des Substrats 13 in der ersten Filmbildungskammer 4 richtet sich nach der Zeitspanne zwischen Einbringen des Substrats 13 in die Heizkammer 3 und Bilden der p-Halbleiterschicht in der ersten Filmbildungskam mer 4 und nach der Wärmekapazität des Halters 14, d. h. nach dem Material und der Dicke des Halters 14. Auch wenn die Temperatur in der Heizkammer 3 und der ersten Filmbildungskammer 4 auf 200 °C eingestellt ist, ermöglicht daher die Wärmekapazität des Halters 14, das Substrat 13 in die erste Filmbildungskammer mit etwa 160 °C einzubringen, was ausreichend niedriger als 200 °C ist. Als Ergebnis kann die p-Halbleiterschicht 16 bei etwa 160 °C gebildet werden, was ausreichend niedriger als die in der ersten Filmbildungskammer 4 eingestellte Temperatur ist.
  • Allgemein wird die p-Halbleiterschicht 16 in einer Dicke von 50 bis 200 Å gebildet. In diesem Beispiel wird die p-Halbleiterschicht 16 in einer Dicke von etwa 70 Å gebildet. Bei ausreichend dünner Bildung der p-Halbleiterschicht 16 kann die effektive Lichtmenge erhöht werden. Im übrigen kann die Dicke der p-Halbleiterschicht 16 durch Steuern der Filmbildungszeit gesteuert werden.
  • Bis zum Transport des Substrats 13 aus der ersten Filmbildungskammer 4 in die benachbarte zweite Filmbildungskammer 5 ist der Halter 14 ausreichend erwärmt, um die in der zweiten Filmbildungskammer 5 eingestellte Temperatur von 200 °C zu erreichen. Natürlich wird auch das durch den Halter 14 gehaltene Substrat 13 auf 200 °C erwärmt, was im wesentlichen gleich der in der zweiten Filmbildungskammer 5 eingestellten Temperatur ist.
  • Eine i-Halbleiterschicht 17 wird in den mehreren zweiten Filmbildungskammern 5 nacheinander auf dem Substrat 13 gebildet. In diesem Beispiel gehören fünf zweite Filmbildungskammern 5 zur Vorrichtung zur Herstellung des Halbleiterbauelements. Da die i-Halbleiterschicht 17 in den fünf zweiten Filmbildungskammern 5 gebildet wird, kann die Dicke der i-Halbleiterschicht 17 erheblich größer als die der p-Halbleiterschicht 16 werden, so daß die Dicke der i-Halbleiterschicht 17 z. B. 700 Å erreicht.
  • Danach wird das Substrat 13 mit der darauf gebildeten i-Halbleiterschicht 17 in die dritte Filmbildungskammer 6 transportiert, um eine n-Halbleiterschicht 18 auf der i-Halbleiterschicht 17 zu bilden. In der dritten Filmbildungskammer 6 ist keine Heizung angeordnet. Daher wird das auf 200 °C in den zweiten Filmbildungskammern 5 erwärmte Substrat 13 während der Bildung der n-Halbleiterschicht 18 allmählich abgekühlt.
  • Zu beachten ist, daß der Halter 14 eine Wärmespeicherwirkung mit dem Ergebnis erzeugt, daß das Substrat 13 am schnellen Abkühlen gehindert ist. Zudem ist zu beachten, daß die n-Halbleiterschicht 18 in einer Dicke von etwa 150 Å gebildet wird.
  • Das Substrat 13 mit der darauf in der dritten Filmbildungskammer 6 gebildeten n-Halbleiterschicht 18 wird in die Entnahmekammer 7 transportiert und in der Entnahmekammer 7 stehen gelassen, bis das Substrat 13 auf Temperaturen abgekühlt ist, bei denen das Substrat 13 gehandhabt werden kann.
  • Während der Bildung der n-Halbleiterschicht 18 in der dritten Filmbildungskammer 6 wird das Substrat 13 nicht durch eine Heizung erwärmt. Natürlich wird das in die dritte Filmbildungskammer 6 transportierte Substrat 13 allmählich abgekühlt. Außerdem wird das Substrat 13 mit der darauf gebildeten n-Halbleiterschicht 18 in der Entnahmekammer 7 für eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten. Dadurch ist das Substrat 13 beim Entnehmen aus der Entnahmekammer 7 auf eine Temperatur abgekühlt, bei der das Substrat 13 ausreichend gehandhabt werden kann. Anders gesagt kann das aus der Entnahmekammer 7 entnommene Substrat 13 sofort gehandhabt werden.
  • Beim Transportieren der Halter 14 in den Kammern 3 bis 7 in benachbarte Kammern auf der nachgelagerten Seite oder aus der Entnahmekammer 7 nach außen werden alle Schieber 9 gleichzeitig durch die Antriebsquellen 10 angetrieben, um die Verbindungsöffnungen 8 der Kammern 3 bis 7 zu öffnen. Danach werden die Halter 14 in den Kammern 3 bis 7 gleichzeitig durch die Verbindungsöffnungen 8 in die benachbarten Kammern auf der nachgelagerten Seite oder nach außen durch eine Transporteinrichtung transportiert, z. B. Roboter (nicht gezeigt).
  • Da fünf zweite Filmbildungskammern 5 zur Bildung der i-Halbleiterschicht 17 angeordnet sind, wird die i-Halbleiterschicht 17 in diesen fünf zweiten Filmbildungskammern 5 wiederholt gebildet. Daher kann die i-Halbleiterschicht 17 dicker als die p-Halbleiterschicht 16 oder n-Halbleiterschicht 18 gebildet werden, auch wenn alle Halter 14 in den Kammern 3 bis 7 gleichzeitig in nachgelagerter Richtung bewegt werden. Zusätzlich werden die p-, i- und n-Halbleiterschicht in gewünschten Dicken auf dem durch den Halter 14 in den Filmbildungskammern 4, 5 und 6 gehaltenen Substrat 13 gebildet, da mehrere zweite Filmbildungskammern 5 angeordnet sind.
  • Zu beachten ist, daß auch bei dickerer Bildung der i-Halbleiterschicht 17 als der p-Halbleiterschicht 16 oder n-Halbleiterschicht 18 diese Halbleiterschichten in den Filmbildungskammern 4, 5 und 6 kontinuierlich gebildet werden können, ohne daß es zu einer Betriebswartezeit kommt. Dadurch kann die Prozeßzeit verkürzt werden, die mit dem Einbringen des Substrats 13 in die erste Filmbildungskammer 4 beginnt und mit dem Transport des Substrats 13 aus der dritten Filmbildungskammer 6 endet, um die Produktivität zu steigern.
  • Der Innendruck in der ersten Filmbildungskammer 4 und dritten Filmbildungskammer 6 ist durch die Vakuumpumpe 25 jeweils reduziert, um diesen Innendruck niedriger in den zweiten Filmbildungskammern 5 zu machen. Auch wenn die zweiten Filmbildungskammern mit der ersten Filmbildungskammer 4 und mit der dritten Filmbildungskammer 6 beim gleichzeitigen Transportieren der Halter 14 in den Kammern 3 bis 7 kommunizieren können, werden daher die Verunreinigungen enthaltenden Rohmaterialgase, die der ersten Filmbildungskammer 4 und dritten Filmbildungskammer 6 zugeführt werden, daran gehindert, in die zweiten Filmbildungskammern 5 mit einem höheren Innendruck zu strömen. Daraus folgt, daß sich mit Sicherheit verhindern läßt, daß die Verunreinigungen in die i-Halbleiterschicht 17 eingemischt werden, die in der zweiten Filmbildungskammer 5 gebildet wird.
  • Die Vorrichtungen sind nicht auf die zuvor beschriebenen Beispiele beschränkt und können auf verschiedene Weise abgewandelt sein. Beispielsweise ist im zuvor beschriebenen Beispiel eine Entnahmekammer 7 der dritten Filmbildungskammer 6 nachgelagert. Freilich ist nicht unbedingt notwendig, eine solche Entnahmekammer anzuordnen. Zudem ist es möglich, eine Heizung in der dritten Filmbildungskammer 6 anzuordnen, um die Temperatur in der dritten Filmbildungskammer auf einen Wert zu steuern, der gleich dem in der ersten und den zweiten Filmbildungskammern ist. In diesem Fall kann die Temperatur der dritten Filmbildungskammer 6 auf 200 °C eingestellt sein, was gleich der in der ersten und den zweiten Filmbildungskammern 4 und 5 ist, oder auf einen Wert etwas unter 200 °C.
  • Im zuvor beschriebenen Beispiel werden eine p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht in dieser Reihenfolge auf einem transparenten Substrat gebildet. Möglich ist aber auch die Bildung einer n-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und p-Halbleiterschicht in dieser Reihenfolge. Ferner können die Halbleiterschichten eine Tandemstruktur mit mehreren Laminatstrukturen haben, die jeweils aus einer p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht bestehen.
  • Außerdem ist die Anzahl zweiter Filmbildungskammern zur Bildung einer i-Halbleiterschicht nicht auf zwei bis sechs beschränkt. Anders gesagt ist es möglich, sieben oder mehr zweite Filmbildungskammern zu verwenden. Wichtig ist, daß die Anzahl zweiter Filmbildungskammern so festgelegt ist, daß die der letzten zweiten Filmbildungskammer entnommene i-Halblei terschicht eine gewünschte Dicke bei gleichzeitigem Transport der Halter in allen Kammern haben kann.
  • Im zuvor beschriebenen Beispiel weist die Vorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterbauelements eine einzelne erste Filmbildungskammer und eine einzelne dritte Filmbildungskammer auf. Jedoch ist natürlich möglich, mehrere erste Filmbildungskammern und mehrere dritte Filmbildungskammern in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der p-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht zu verwenden.
  • Im zuvor beschriebenen Beispiel ist die Vakuumpumpe 25 nur mit der ersten Filmbildungskammer 4 und dritten Filmbildungskammer 6 verbunden, was 1 zeigt. Alternativ kann die Vakuumpumpe 25 mit jeder der Kammern gemäß 5 verbunden sein, um den Innendruck jeder der Kammern zu reduzieren.
  • Wie zuvor beschrieben, sind mehrere zweite Filmbildungskammern zur Bildung einer i-Halbleiterschicht in großer Dicke angeordnet, und alle Substrate, die in der Heizkammer, den Filmbildungskammern und der Entnahmekammer gehalten werden, werden gleichzeitig in benachbarte Kammern auf der nachgelagerten Seite transportiert. Als Ergebnis kann eine Betriebswartezeit entfallen, um die Produktivität zu verbessern.
  • Zu beachten ist ferner, daß der Druck in der Filmbildungskammer zur jeweiligen Bildung der p-Halbleiterschicht und n-Halbleiterschicht niedriger als in der zweiten Filmbildungskammer zur Bildung der i-Halbleiterschicht eingestellt ist. Daraus folgt, daß auch bei gleichzeitigem Transport der in allen Kammern gehaltenen Substrate in benachbarte Kammern auf der nachgelagerten Seite zur Produktivitätsverbesserung verhindert werden kann, daß die zur Bildung der p- und n-Halbleiterschicht verwendeten Verunreinigungen in die Kammer zur Bildung der i-Halbleiterschicht eintreten.
  • Ferner können in diesem Beispiel die erste Filmbildungskammer 4 und die zweiten Filmbildungskammern 5 im wesentlichen auf die gleiche Temperatur eingestellt sein, obwohl die Substrattemperatur, bei der die i-Halbleiterschicht in der zweiten Filmbildungskammer 5 gebildet wird, höher als die ist, bei der die p-Halbleiterschicht in der ersten Filmbildungskammer 4 gebildet wird. Zu beachten ist, daß die p-Halbleiterschicht und die i-Halbleiterschicht jeweils gebildet werden, wenn die Substrattemperatur im Schritt des Bildens der Halbleiterschicht auf den gewünschten Wert angehoben ist, was auf die Zeitverzögerung der Temperaturerhöhung zurückzuführen ist. Daraus folgt, daß es möglich ist, die erforderliche Wartezeit zum Erwärmen des Substrats auf die gewünschte Temperatur zu beseitigen, um die Prozeßzeit zu verkürzen und so die Produktivität zu verbessern. Da zudem die erste und die zweiten Filmbildungskammern auf die gleiche Temperatur eingestellt sind, läßt sich die auf das Substrat wirkende thermische Beanspruchung abbauen, was die Teilchenerzeugung verringert.
  • Wie bereits beschrieben, wird die p-Halbleiterschicht bei einer niedrigeren Temperatur als die zur Bildung der i-Halbleiterschicht gebildet, wodurch der Bandabstand der p-Halbleiterschicht verbreitert werden kann, um Beschädigung der unteren Elektrode zu unterdrücken und die Photostabilität der i-Halbleiterschicht zu verbessern.
  • Da zudem die p-Halbleiterschicht in einer vorbestimmten Dicke gebildet wird, kann die p-Halbleiterschicht bei einer geeigneten Temperatur gebildet werden. Außerdem läßt sich die effektive Lichtmenge erhöhen.
  • Zu beachten ist, daß die dritte Filmbildungskammer zur Bildung einer n-Halbleiterschicht nicht erwärmt wird, was dazu führt, daß die erforderliche Zeit zum Abkühlen des Substrats nach Bildung der n-Halbleiterschicht verkürzt sein kann, was verbesserte Produktivität ergibt.
  • Im folgenden wird ein zweites Beispiel beschrieben. In einer in mehrere Kammern aufgeteilten Inline-Filmbildungsvorrichtung gemäß 1 wird das Substrat allgemein auf etwa 200 °C durch eine Heizung erwärmt, die in der Filmbildungskammer zur Bildung einer Halbleiterschicht auf dem Substrat angeordnet ist. Indes dauert die Erwärmung im Vakuum lange, was zu hohen Herstellungskosten führt. Da ferner das Substrat nacheinander bewegt wird, ist es sehr schwierig, die Substrattemperatur in der Filmbildungskammer zu überwachen.
  • Zusätzlich wird Wärme in dem das Substrat abstützenden Halter während der wiederholten Verwendung des Halters gespeichert. Außerdem wird das Substrat durch die Umgebungstemperatur beeinflußt. Angesichts dessen wird die Temperatur des in einer Beladekammer angeordneten Substrats nicht konstant gehalten, was es erschwert, die Temperatur des in der Filmbildungskammer angeordneten Substrats konstant zu halten.
  • Zur Überwindung dieses Problems betrifft das zweite Beispiel ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungsbauelements mit dem Schritt des aufeinanderfolgenden Transportierens des das Substrat abstützenden Halters in mehrere in einer Inline-Konfiguration angeordnete Filmbildungskammern zur Bildung einer Halbleiterschicht auf der Oberfläche des Substrats in jeder der Filmbildungskammern, wobei die Temperatur des auf dem Halter gestützten Substrats, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird, bei atmosphärischen Druck konstant gesteuert wird.
  • Im zweiten Beispiel ist es möglich, die Temperatur des Substrats, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird, und die Temperatur des Substrats, das der letzten Filmbildungskammer entnommen wird, zu überwachen. Möglich ist auch, die Temperaturen in mehreren Filmbildungskammern gemäß der überwachten Temperatur des Substrats zu steuern, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird. Im übrigen kann die Substrattemperatur durch Anordnen eines Thermometers am Halter überwacht werden.
  • Steuern läßt sich die Temperatur des am Halter abgestützten Substrats, das in die erste Filmbildungskammer ein gebracht wird, durch Blasen von Warmluft gegen das Substrat, durch Besprühen des Substrats mit Hochdruckdampf oder durch Bestrahlen des Substrats mit Infrarotstrahlen. Unter diesen Verfahren ist am stärksten erwünscht, das Verfahren zum Blasen von Warmluft gegen das Substrat zu verwenden, da das spezielle Verfahren leicht durchzuführen ist, billig ist, und die erforderliche Temperaturanhebung in kurzer Zeit ermöglicht. Erwünscht ist, gereinigte Reinluft als Warmluft zu verwenden.
  • Da eine Halbleiterschicht in der ersten Filmbildungskammer bei 160 °C bis 240 °C gebildet wird, ist erwünscht, daß die Temperatur des auf dem Halter abgestützten Substrats, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird, unter dem o. g. Temperaturbereich und nahe daran liegt. Genauer gesagt ist erwünscht, daß die spezielle Temperatur so gesteuert wird, daß sie 100 °C übersteigt, z. B. auf 100 °C bis 150 °C.
  • Im zweiten Beispiel mit dem zuvor beschriebenen Aufbau wird die Temperatur des auf dem Halter abgestützten Substrats, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird, bei atmosphärischem Druck konstant gesteuert, was ermöglicht, die Substrattemperatur in den Filmbildungskammern in kurzer Zeit leicht und billig zu steuern.
  • 6 zeigt schematisch eine Inline-CVD-Filmbildungsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel. Die Vorrichtung gemäß 1 und 2 kommt eigentlich im zweiten Beispiel zum Einsatz. Insbesondere wird eine i-Halbleiterschicht in mehreren Filmbildungskammern gebildet, und mehrere Substrate werden gleichzeitig in die benachbarten Filmbildungskammern auf der nachgelagerten Seite transportiert. Der Kürze halber wird aber das zweite Beispiel anhand von 6 beschrieben, die den Fall abdeckt, in dem ein einzelnes Substrat nacheinander durch mehrere Filmbildungskammern transportiert wird.
  • Gemäß 6 sind eine Filmbildungskammer 31 zur Bildung einer p-Halbleiterschicht, eine Filmbildungskammer 32 zur Bildung einer i-Halbleiterschicht und eine Filmbildungskammer 33 zur Bildung. einer n-Halbleiterschicht in Reihe angeordnet. Außerdem ist eine Beladekammer 34 der Filmbildungskammer 31 vorgelagert, und eine Entladekammer 35 ist der Filmbildungskammer 33 nachgelagert.
  • Ein Halter 37, der ein Substrat 36 hält, auf dem Halbleiterschichten zu bilden sind, wird durch ein Halterumlaufsystem 38 durch die Beladekammer 34, die Filmbildungskammern 31, 32, 33 und die Entladekammer 35 transportiert, um wiederholt verwendet zu werden, was die Zeichnung deutlich macht.
  • In der Beladekammer 34 wird Warmluft durch eine Blasdüse 39 gegen das auf dem Halter 37 abgestützte Substrat 36 mit dem Ergebnis geblasen, daß das Substrat 36 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Allgemein wird das Substrat 36 auf 100 °C bis 150 °C in der Beladekammer 34 erwärmt. Natürlich werden die Temperatur und Blaszeit der Warmluft gesteuert, damit das Substrat 36 auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden kann. Notwendig ist die Durchführung der Temperatursteuerung angesichts der Temperatur des Halters selbst und der Umgebungstemperatur. Ferner wird auch die Temperatur des der letzten Filmbildungskammer 33 entnommenen Halters bei Durchführung der Temperatursteuerung berücksichtigt.
  • In der Beladekammer 34 wird atmosphärischer Druck aufrechterhalten. Daher kann die Temperatur des Substrats in der Beladekammer 34 durch Warmluftblasen in kurzer Zeit leicht auf einen gewünschten Wert angehoben werden.
  • Das auf die gewünschte Temperatur erwärmte Substrat 36 wird nacheinander in die Filmbildungskammer 31, Filmbildungskammer 32 und Filmbildungskammer 33 zur Bildung einer p-Halbleiterschicht, i-Halbleiterschicht bzw. n-Halbleiterschicht auf dem Substrat 36 transportiert. In jeder der Filmbildungskammern wird die Halbleiterschicht auf dem Substrat 36 gebildet, das durch eine Heizung auf 200 °C erwärmt ist. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, daß das Substrat 36 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, die in einen Bereich zwischen 100 °C und 150 °C fällt, bevor das Substrat 36 in die Filmbildungskammer 31 zur Bildung einer p-Halbleiterschicht transportiert wird. Daher kann die Temperaturerhöhung auf 200 °C in sehr kurzer Zeit genau erreicht werden.
  • Wie zuvor beschrieben, ist ein Thermometer am Halter 37 angeordnet, und die Temperatur des Halters 37 wird überwacht, wenn der Halter 37 in die erste Filmbildungskammer 31 eingebracht und der letzten Filmbildungskammer 33 entnommen wird. Die Temperatur der in jeder der Filmbildungskammern angeordneten Heizung wird auf der Grundlage der überwachten Temperatur gesteuert.
  • Im übrigen ist es möglich, mindestens eine Zwischenkammer zwischen benachbarten Filmbildungskammern gemäß 6 anzuordnen, d. h. zwischen der Filmbildungskammer 31 und Filmbildungskammer 32 und/oder zwischen der Filmbildungskammer 32 und Filmbildungskammer 33. Möglich ist auch, mehrere Filmbildungskammern zur Bildung der gleichen Art von Halbleiterschicht angesichts der Unterschiede der gewünschten Dicke und der Filmbildungszeit zwischen den auf demselben Substrat gebildeten Halbleiterschichten zu verwenden.
  • Eine amorphe p-Halbleiterschicht, eine amorphe i-Halbleiterschicht und eine amorphe n-Halbleiterschicht wurden nacheinander auf einem Substrat, auf dem vorab eine SnO2-Glasschicht gebildet war, mit Hilfe einer CVD-Filmbildungsvorrichtung gebildet, in der mehrere Filmbildungskammern vom Parallelplattenkondensator-Koppeltyp mit Glimmentladungszersetzung in einer Inline-Konfiguration angeordnet waren.
  • Im ersten Schritt wurde das Substrat 36 mit einer darauf vorab gebildeten SnO2-Glasschicht auf dem Halter 37 in der Beladekammer 34 angeordnet. Danach wurde die Substrattemperatur durch 300-sekündiges Warmluftblasen bei 200 °C bei atmosphärischem Druck gegen das Substrat 36 durch die Warmluftdü se 39 auf 120 °C angehoben. Überwacht wurde die Substrattemperatur durch das am Halter 37 angeordnete Thermometer.
  • Anschließend wurde der das Substrat 36 abstützende Halter 37 in die Filmbildungskammer 31 zur Bildung einer p-Halbleiterschicht transportiert, und das Substrat 36 wurde in der Filmbildungskammer 31 durch eine auf 180 °C eingestellte Heizung erwärmt. Unter dieser Bedingung wurden 300 sccm (Standard-Kubikzentimeter) SiH4, 700 sccm CH3, 5 sccm B2H6 und 1000 sccm H2 in die erste Filmbildungskammer 31 eingeleitet, um eine amorphe p-Halbleiterschicht in einer Dicke von 10 nm bei einem Reaktionsdruck von 1 Torr und einer HF-Leistung von 30 mW/cm2 zu bilden.
  • Im nächsten Schritt wurde das Restgas in der Filmbildungskammer 31 ausgetrieben, gefolgt vom Transport des das Substrat 36 abstützenden Halters 37 in die benachbarte Filmbildungskammer 32 zur Bildung einer i-Halbleiterschicht. Die Filmbildungskammer 32 wurde bei reduziertem Druck mit der auf 200 °C eingestellten Heizungstemperatur erwärmt, gefolgt von Einleitung von 500 sccm SiH4 in die Filmbildungskammer 32, um eine i-Halbleiterschicht in einer Dicke von 300 nm bei einem Reaktionsdruck von 0,3 Torr und einer HF-Leistung von 50 mW/cm2 zu bilden.
  • Ferner wurde das Restgas in der Filmbildungskammer 32 ausgetrieben, gefolgt vom Transport des das Substrat 36 abstützenden Halters 37 in die benachbarte Filmbildungskammer 33 zur Bildung einer n-Halbleiterschicht. Die Filmbildungskammer 33 wurde bei reduziertem Druck mit der auf 200 °C eingestellten Heizungstemperatur erwärmt, gefolgt von Einleitung von 200 sccm SiH4, 5 sccm PH3 und 4000 sccm H2 in die Filmbildungskammer 33, um eine n-Halbleiterschicht in einer Dicke von 20 nm bei einem Reaktionsdruck von 1 Torr und einer HF-Leistung von 100 mW/cm2 zu bilden.
  • Auf diese Weise wurde ein amorpher Halbleiterfilm mit einer Dreischichtstruktur und einem pin-Übergang auf dem Glassubstrat 36 mit einer darauf vorab gebildeten SnO2-Schicht gebildet.
  • Nach Bildung des amorphen Halbleiterfilms wurde das Substrat 36 in der Entladekammer 35 vom Halter abgenommen und zum anschließenden Verfahren transportiert. Andererseits wurde der Halter 37 von der Entladekammer 35 zurück in die Beladekammer 34 weiter transportiert.
  • Im zuvor beschriebenen Filmbildungsverfahren wird das Substrat 36 durch Warmluft auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor das Substrat 36 in die Filmbildungskammer 31 zur Bildung der p-Halbleiterschicht eingebracht wird. Die Temperatur wird durch das am Halter 37 angeordnete Thermometer überwacht, und die Temperatur der Heizung in der Filmbildungskammer 31 zur Bildung der p-Halbleiterschicht wird gemäß der überwachten Temperatur eingestellt. Daher wird das Substrat 36 in der Filmbildungskammer 31 auf die zur Bildung der p-Halbleiterschicht erforderliche Temperatur in kurzer Zeit genau erwärmt. Natürlich läßt sich die Temperatur des Substrats 36 in der Filmbildungskammer 31 leicht steuern.
  • Wie zuvor beschrieben, wird im zweiten Beispiel die Temperatur des durch den Halter gehaltenen Substrats, das in die erste Filmbildungskammer eingebracht wird, auf einen gewünschten Wert bei atmosphärischem Druck gesteuert. Daraus folgt, daß die Temperatur des Substrats in der Filmbildungskammer in kurzer Zeit und mit geringen Kosten leicht gesteuert werden kann.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Waschen einer Vorrichtung zur Bildung von Halbleiterfilmen auf Siliziumbasis, z. B. einer Plasma-CVD-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Ausführungsform ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Waschen der Innenteile einer Filmbildungsvorrichtung zur Massenfertigung, z. B. einer Inline-Plasma-CVD-Vorrichtung, und zum Waschen der Böden, auf denen Substrate angeordnet sind.
  • In einer Vorrichtung zur Bildung von Halbleiterfilmen auf Siliziumbasis, z. B. einer Plasma-CVD-Vorrichtung, wird ein Substrat 43 auf einem Boden 42 angeordnet und in eine Filmbildungskammer transportiert, was z. B. 7 zeigt. In diesem Zustand wird ein Halbleitergas wie beispielsweise ein Silangas aus einem Gaseinleitungssystem 46 durch eine Sprühplatte 41 in die Reaktionskammer eingeleitet. Gleichzeitig wird Hochfrequenzleistung, die von einer HF-Leistungsquelle 45 erzeugt wird und eine Frequenz von z. B. 13,56 MHz hat, zwischen einer Kathode 44 und einer Anode (Boden) 42 angelegt, um das Halbleitergas zu zersetzen und dadurch einen Halbleiterdünnfilm auf Siliziumbasis auf der Substratoberfläche zu bilden. In diesem Fall wird der Halbleiterdünnfilm auf dem Substrat 43 gebildet. Gleichzeitig ist es möglich, daß sich ein Halbleiterdünnfilm auf dem Boden 42 und auf der Sprühplatte 41 bildet. Möglich ist auch, daß sich ein siliziumhaltiges Pulver durch lokale Entladung bildet.
  • Der so gebildete Film auf Siliziumbasis beeinflußt nicht den Halbleiterdünnfilm, der auf dem Substrat im Anfangsstadium der Filmbildung gebildet wird. Der betreffende Film auf Siliziumbasis wächst aber dick an, wenn das Filmbildungsverfahren vielfach wiederholt wird. Schließlich löst sich der Film auf Siliziumbasis von der Innenfläche der Vorrichtung ab und bildet Staub, der während der Halbleiterfilmbildung herabfällt. Dadurch kommt es zu solchen Fehlern wie Nadellöchern. Eine solche Erscheinung stellt ein Problem dar, das nicht nur in einer Plasma-CVD-Vorrichtung, sondern auch in einer Sputtervorrichtung oder einer thermischen CVD-Vorrichtung auftritt.
  • Zum Entfernen eines solchen Films auf Siliziumbasis baute man in der Vergangenheit gewöhnlich die Teile in der Vorrichtung, an denen ein solcher Film haftet, und den Boden aus der Vorrichtung aus. Die ausgebauten Teile und der Boden werden zu einer anderen Stelle bewegt, und der unerwünschte Film auf Siliziumbasis wird durch eine solche Behandlung wie ein Abstrahlverfahren mit Glaskügelchen (Blasverfahren mit Glasteilchen), ein Naßputzverfahren oder Waschen mit einer Säure entfernt. Abschließend werden diese Teile und der Boden wieder eingebaut. Technisch bekannt ist auch das Entfernen des Films auf Siliziumbasis durch das Verfahren zum Einleiten eines Ätzgases in die Vorrichtung oder eine weitere Stelle zum Erzeugen eines Plasmas.
  • Beim zuvor beschriebenen herkömmlichen Verfahren zur Entfernung des Films auf Siliziumbasis ist es mit Sicherheit möglich, den Film relativ leicht zu entfernen, der dick angewachsen ist. Allerdings wird beim Abstrahlverfahren mit Glaskügelchen und beim Naßputzverfahren mechanischer Druck auf die Oberflächen der Teile der Vorrichtung und den Boden mit dem Ergebnis ausgeübt, daß diese Teile leicht verformt werden. Beim Waschverfahren mit Hilfe einer Säure, ist es ferner möglich, einen SiO2-Film und SiNx-Film zu entfernen. Schwierig ist aber, einen a-Si-Film und Poly-Si-Film zu entfernen. Besonders bei einer großen Plasma-CVD-Vorrichtung erschwert die Verformung des Bodens, das Substrat wie gewünscht genau zu positionieren. Außerdem hat durch die Verformung der auf dem Substrat gebildete Film keine gleichmäßige Dicke über den gesamten Bereich. Angesichts dessen wurde es notwendig, der Verformung des Bodens ausreichend Beachtung zu schenken.
  • Andererseits ist muß bei Gebrauch eines Ätzgases ein stark korrodierendes Gas wie NF3 oder ClF3 zur Erhöhung der Abtragsgeschwindigkeit des Films auf Siliziumbasis verwendet werden. Theoretisch muß man das Ätzgas in gleicher Menge wie die Reaktionsgasmenge verwenden. Dazu kommt, daß der Preis des Ätzgases gleich oder höher als der des Halbleitergases liegt, was zu hohen Materialkosten führt. Zu beachten ist außerdem, daß eine Pumpe verwendet werden muß, die gegen das korrodierende Gas oder das Reaktionsprodukt im Abgassystem der Filmbildungsvorrichtung beständig ist, was hohe Vorrichtungskosten nach sich zieht.
  • Ferner sollte dem entfernten Flüssigkeitsabfall sowie den Anforderungen der Anlage zum Entfernen dieser Gase Aufmerksamkeit gelten, da der entfernte Flüssigkeitsabfall ein industrielles Abfallmaterial auf Fluorbasis darstellt, was ein schwerwiegendes Umweltproblem aufwirft. Durch dieses Umweltproblem haben Betriebe einen sehr schlechten Ruf, die solche Artikel wie eine Solarbatterie herstellen, die zur Lösung von Umweltproblemen eigentlich effektiv sind. Daraus ergibt sich, daß es für diese Betriebe schwierig ist, diese Mittel ohne weiteres zu nutzen.
  • Die Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Waschverfahren und eine Waschvorrichtung zur Waschdurchführung auf solche Weise, daß Kraft zum Verformen der Bodenoberfläche nicht auf den Boden ausgeübt wird, sowie zum rationellen Waschen einer Halbleiterfilmbildungsvorrichtung mit geringen Kosten, ohne eine spezielle Anlage zu benötigen.
  • Insbesondere sind in der Ausführungsform der Erfindung die Innenteile der Filmbildungsvorrichtung und der Abschnitt des Bodens, an denen ein Halbleitermaterial angelagert ist, aus abnehmbaren Teilen gebildet. Zudem werden mehrere der abnehmbaren Teile durch ein Werkzeug (ab)gestützt, und das Werkzeug sowie die abnehmbaren Teile werden gleichzeitig in ein alkalisches Ätzmittel getaucht. Nach Ätzabschluß werden dieses Werkzeug und die abgestützten Teile mit einem wäßrigen Detergens gewaschen, gefolgt von Trocknen des gewaschenen Werkzeugs und der abnehmbaren Teile. Als alkalisches Detergens kommt ein alkalisches Detergens zum Einsatz, das Ätznatron und/oder ein Tensid enthält. Weiterhin wird Leitungswasser oder Reinwasser als Waschwasser verwendet.
  • Die Vorrichtung zur Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens, die die o. g. Probleme überwinden soll, verfügt über ein Transportsystem zum Transportieren eines Werkzeugs, das mehrere abnehmbare Innenteile der Filmbildungskammer und jene Abschnitte des Bodens (ab)stützt, an denen ein Halbleitermaterial angelagert ist, eine alkalische Ätzmittel-Taucheinrichtung, in die das Werkzeug und die daran abgestützten Teile gleichzeitig getaucht werden können, eine wäßrige Wascheinrichtung, in die das Werkzeug und die daran abgestützten Teile nach dem Ätzschritt gleichzeitig gegeben werden, und eine Trockeneinrichtung.
  • Im folgenden wird die Funktion der Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Ist ein Dünnfilm an Teilen innerhalb der Vorrichtung, z. B. einer Sprühplatte und einer Anlagerung verhindernden Platte oder an einem Boden, so stark angelagert, daß er zu entfernen ist, wird der Boden, von dem das Substrat entfernt wurde, auf einen Wagen transportiert, der in der Umgebung der Halbleiterfilmbildungsvorrichtung angeordnet ist. In einer großen Halbleiterfilmbildungsvorrichtung, z. B. einer Vorrichtung zur Massenfertigung, wird der Transport mit Hilfe einer Transporteinrichtung durchgeführt, z. B. eines an der Filmbildungsvorrichtung angebrachten Krans oder Roboters.
  • Eine große Anzahl von Sprühplatten, Anlagerung verhindernden Platten, Böden und Trägern werden in einer großen Halbleiterfilmbildungsvorrichtung verwendet. Sind einige dieser Böden auf den Wagen überführt, wird der Wagen in eine Position nahe der Waschvorrichtung bewegt. Ein Mechanismus zum Halten mehrerer Waschgutmaterialien ist in einem oberen Abschnitt des Wagens angeordnet. Der das Waschgut haltende Mechanismus wird vom Wagen abgenommen, um durch den Transportmechanismus der Waschvorrichtung zu einem alkalischen Ätzmittelbehälter transportiert und darin eingetaucht zu werden.
  • Nach Ätzabschluß wird das Waschgut in einen Spülbehälter transportiert, um z. B. mit Wasser gespült zu werden. Mehrere Spülbehälter kommen zum Einsatz, um den Spülvorgang nacheinander so durchzuführen, daß das Waschgut zunächst in einen Spülbehälter gegeben wird, der Leitungswasser mit niedriger Reinheit enthält, und dann in einen Spülbehälter zum Aufbringen von Leitungswasser mit hohem Druck auf das Waschgut. Ferner wird das Waschgut in Spülbehälter gegeben, die Ionenaustauscherwasser bzw. Reinwasser enthalten. Nach Spülabschluß werden die gewaschenen Teile in einem Warmwind getrocknet. Ferner werden nach Trockenabschluß der Haltemechanismus und die auf dem Haltemechanismus gehaltenen gewaschenen Teile wieder auf den Wagen transportiert und in der Umgebung der Halbleiterfilmbildungsvorrichtung wieder zusammengebaut.
  • Möglich ist, eine hohe Betriebsgeschwindigkeit der Halbleiterfilmbildungsvorrichtung zu wahren, wenn ein Ersatzteil für das Teil vorbereitet und auf dem Wagen positioniert ist, an dem ein Film auf Siliziumbasis angelagert ist, wenngleich der Ersatzteileinsatz von der Ätzreaktionsgeschwindigkeit abhängt. Hierbei kann das Waschen mit einem relativ gewöhnlichen Ätzmittel ohne Verwendung eines teuren Gases durchgeführt werden, um die Waschkosten zu senken. Zu beachten ist auch, daß das Waschgut durch ein Hubsystem auf den Wagen transportiert wird. Außerdem wird die Halteeinrichtung des Wagens, die die Innenteile der Vorrichtung hält, z. B. die Anlagerung verhindernde Platte oder den Boden, durch die Waschbehälter, Spülbehälter und die Trockenkammer transportiert. Daraus folgt, daß keine Verformungskraft auf die gewaschenen Teile ausgeübt wird. Zusätzlich läßt sich der Waschwirkungsgrad verbessern.
  • Die Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von 8A bis 9C näher beschrieben. Die folgende Beschreibung betrifft eine Vorrichtung, um eine spezifische bildliche Darstellung zu erleichtern. Jedoch ist der technische Schutzumfang der Ausführungsform nicht durch die Beschreibung eingeschränkt. Natürlich ist der technische Gedanke der Ausführungsform auf ähnliche Vorrichtungen o. ä. anwendbar.
  • [Boden]
  • Der in der Ausführungsform der Erfindung verwendete Boden 42 ist in 8A exemplarisch gezeigt. In dieser Vorrichtung ist ein Boden 42 zur Filmbildung auf einem Träger 48 angeordnet. Der Boden 42 kann vom Träger 48 durch Lösen von vier Schrauben 49 abgenommen werden. Zudem sind zwei Aufhängelöcher 50 zum Transportieren auf den Wagen in einem oberen Abschnitt jedes der beiden Böden 42 gebildet. Hubwerkzeuge werden in diese Aufhängelöcher 50 einsetzt, und die Böden 42 werden durch einen Kran oder Roboter zum Aufhängeabschnitt des Wagens transportiert, um auf den Wagen überführt zu werden. Mehrere Böden 42 werden auf dem Wagen angeordnet.
  • Ein Merkmal der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform ist, daß die Anlagerung verhindernden Platten 51 an einem oberen und unteren Abschnitt der Sprühplatte 41 gemäß 8B angeordnet sind, um zu verhindern, daß sich ein Film auf dem Abschnitt des Trägers 48 bildet. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß ein Mechanismus zur reibungslosen Transportdurchführung im Träger 48 vorhanden ist, weshalb ein Problem auftritt, daß Flüssigkeit in feine Abschnitte eindringt, z. B. während der Ätzbehandlung. Außerdem sollen die Anlagerung verhindernden Platten 51 die Anzahl von Teilen im Waschabschnitt weitgehend verringern. Im übrigen sind der Träger 48 und der Boden 42 jeweils aus einem alkalibeständigen Material hergestellt. Genauer gesagt ist erwünscht, Edelstahl, Kohlenstoff, ein mit einem Keramikmaterial beschichtetes Metall usw. zur Bildung des Trägers 48 und des Bodens 42 zu verwenden.
  • Möglich ist eine geeignete Gestaltung des Bodens 42 und des Wagens 52 im Zusammenhang mit der Erfindung, soweit der Filmbildungsbereich auf den Boden 42 beschränkt und der Boden 42 alkalibeständig ist. Zum Beispiel kann ein Wagen, in dem Böden in einem Gestell untergebracht sind, bei einer CVD-Vorrichtung der Art verwendet werden, bei der das Substrat während der Filmbildung waagerecht gehalten wird. Bei einer CVD-Vorrichtung der Art, bei der die Substrate senkrecht gehalten werden, so daß die Böden an einem Karren hängen, der auf einer in der CVD-Vorrichtung angeordneten Oberschiene fährt, reicht es ferner aus, einen Wagen mit einer großen Anzahl von hängerartigen Werkzeugen vorzubereiten, die zum ausschließlichen Anhängen der Böden angeordnet sind.
  • [Sprühplatte, Anlagerung verhindernde Platte]
  • Die Sprühplatte 41 und die Anlagerung verhindernde Platte 51 sind wie der Boden 42 ebenfalls so aufgebaut, daß sie abnehmbar sind. Außerdem wird ein großes Teil, z. B. die Sprühplatte 41, an einem Werkzeug wie der Boden 42 angehängt, um auf den Wagen 52 transportiert zu werden. Andererseits werden andere kleine Teile in einem aus Metallmaschenmaterial hergestellten Korb untergebracht.
  • In den Vorrichtungen, die in den letzten Jahren verwendet werden, sind die Teile mit Ausnahme der Sprühplatte 41 und der Anlagerung verhindernden Platte 51 so aufgebaut, daß sich kein Film auf Siliziumbasis an diesen Teilen anlagert, damit die Wartung der Vorrichtung leicht erfolgen kann. Auch die Vorrichtung der Erfindung ist auf diese Weise gestaltet.
  • [Wagen]
  • Erwünscht ist, daß der Wagen 52 so aufgebaut ist, daß der Abschnitt zum Halten des Bodens 42 vom Wagenkörper abnehmbar ist. Ein Haken 54 zum Aufhängen des gesamten Waschguts ist im Halteabschnitt angeordnet. Da der spezielle Abschnitt in einen Behälter der Waschvorrichtung gegeben wird, kommt ein Edelstahl- oder Metallrahmen zum Einsatz, der mit einer alkalibeständigen Plattierung bedeckt oder mit Harz beschichtet ist. Andererseits ist der Wagen so gestaltet, daß er eine ausreichende mechanische Festigkeit wahrt.
  • [Waschbehälter]
  • 9A bis 9C zeigen exemplarisch Waschbehälter, die in dieser Ausführungsform verwendet werden. In diesem Beispiel sind ein Alkaliwaschbehälter 62, ein erster Spülbehälter 63, ein Wasserwaschbehälter 64 unter Nutzung einer Hochdruck-Wasserdusche und ein zweiter Spülbehälter 65 nacheinander angeordnet. Außerdem ist ein Kran 21 oder eine Roboteranlage zum Bewegen des oberen Halteabschnitts des Wagens über einem oberen Abschnitt des Behälters angeordnet.
  • Ein stark alkalisches Detergens oder eine wäßrige Ätznatron- oder Ätzkalilösung wird im Alkaliwaschbehälter verwendet. Bei Gebrauch einer wäßrigen Ätznatronlösung (NaOH) wird die Ätznatronkonzentration der Lösung auf 3 bis 10 Gew.-% gesteuert. Technisch ist bekannt, daß die Ätzgeschwindigkeit im wesentlichen proportional zur Ätznatronkonzentration steigt, wenn die Ätznatronkonzentration in einen Bereich zwischen 0 und 3 Gew.-% fällt. Übersteigt die Ätznatronkonzentration 5 Gew.-%, steigt die Ätzgeschwindigkeit langsam mit einer im wesentlichen konstanten Rate und erreicht eine maximale Ätzgeschwindigkeit bei etwa 35 Gew.-% Ätznatronkonzentration. Ferner sinkt die Ätzgeschwindigkeit in der Tendenz, wenn die Ätznatronkonzentration 40 Gew.-% übersteigt. Da die Ätzgeschwindigkeit nicht maßgeblich zunimmt, wenn die Ätznatronkonzentration 3 Gew.-% übersteigt, reicht es in der Praxis aus, die Ätznatronkonzentration auf 3 Gew.-% einzustellen. Da aber das Ätzmittel wiederholt zum Einsatz kommt, wird die Ätznatronkonzentration so eingestellt, daß sie höchstens 5 Gew.-% oder höchstens 10 Gew.-% beträgt. Zu beachten ist, daß bei über 10 Gew.-% Ätznatronkonzentration die Festkomponente im Ätzmittel im Winter gefriert, was die Überwachung des Ätzmittels erschwert. Ferner kann die Zeit für den Spülvorgang verkürzt werden, wenn die Ätznatronkonzentration auf einen niedrigen Wert eingestellt ist.
  • Gibt man einen Dünnfilm aus Silizium oder amorphem Silizium in einen Alkaliwaschbehälter, kommt es zu einer heftigen Reaktion in der Anfangsperiode, die eine große Menge von Wasserstoff- und Ätznatronnebel erzeugt. Daher erfolgt ein Austrieb am Waschbehälter, indem z. B. ein Sauggebläse an einem oberen Abschnitt des Behälters angeordnet wird. Außerdem wird Wärme stark erzeugt, so daß die Flüssigkeitstemperatur von etwa 25 °C vor dem Ätzen auf über 40 °C steigt. Allerdings läuft die Reaktion danach so ab, daß die Flüssigkeitstemperatur langsam sinkt. Zur Förderung der Reaktion ist eine Heizung 66 im Behälter angeordnet. Da die Reaktion im Aktivierungsverfahren durchgeführt wird, das durch das Arrheniusdiagramm bezogen auf die Flüssigkeitstemperatur dargestellt werden kann, läßt sich die Reaktionsgeschwindigkeit durch Anheben der Temperatur auf etwa 80°C merklich erhöhen. In diesem Stadium erreicht die Reaktionsgeschwindigkeit 3 μm/min. Bei weiterer Temperaturerhöhung kann es zu einem Problem kommen, daß das Ätzmittel in der Umgebung der Heizung 66 siedet.
  • Neben der Temperaturerhöhung der Flüssigkeit ist eine Maßnahme, die es dem Ätzmittel ermöglicht, in die Innenteile der Vorrichtung einzudringen, z. B. den Boden, die Elektrode und die Anlagerung verhindernde Platte, ebenfalls zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit wirksam. Erreichen läßt sich das Eindringen durch Zugabe eines stark alkalischen Tensids zum Ätzmittel. Bei leichtem Reißen des an den Teilen innerhalb der Vorrichtung angelagerten Films auf Siliziumbasis dringt das Ätzmittel in die Grenzfläche zwischen dem Film auf Siliziumbasis und den Teilen durch die Risse aufgrund der Kapillarwirkung ein. Dadurch beginnt das Ätzen an der Grenzfläche, bevor sich das Ätzen auf der Oberfläche fortsetzt. Daher wird der Film auf Siliziumbasis schließlich von den Teilen abgelöst. Daraus folgt, daß die Bearbeitung in erheblich kürzerer Zeit als der durch A/B berechneten Zeit beendet werden kann, wobei A die Dicke des Films auf Siliziumbasis und B die Ätzgeschwindigkeit darstellen.
  • Man geht davon aus, daß die Bildungsgeschwindigkeit einer polykristallinen Silizium- oder amorphen Siliziumhalbleiterschicht 0,1 Å bis 100 Å/s (0,0006 bis 0,6 μm/min) beträgt und daß der Bereich der Bildungsgeschwindigkeit, der die Forderungen an die Kennwerte der gebildeten Schicht und die Wirtschaftlichkeit erfüllt, 1 bis 40 Å/s (0,006 bis 0,24 μm/min) beträgt. Da die Ätzgeschwindigkeit in dieser Ausführungsform 3 μm/min beträgt, erreicht die Ausführungsform der Erfindung eine ausreichend wirtschaftliche Ätzgeschwindigkeit.
  • Nach Abschluß der Ätzbehandlung wird der Spülvorgang zum Entfernen des Ätzmittels durchgeführt. In dieser Ausführungsform werden nach Grobentfernung des Restätzmittels auf den Waschgutteilen die Waschgutteile in den ersten Spülbehälter 63 überführt, bevor die Oberflächen der Waschgutteile getrocknet sind. In dieser Ausführungsform werden die Alkalikomponenten mit einer Wasserströmung rationell entfernt. Da die wäßrige Spüllösung in diesem Schritt zum Neutralisieren des Alkalis dient, wird die Spüllösung für den Spülvorgang wiederholt verwendet.
  • Im nächsten Schritt werden die Waschgutteile in den Wasserwaschbehälter 64 transportiert, der eine Hochdruck-Wasserdusche zur vollständigen Alkalientfernung nutzt. Außerdem werden Siliziumschuppen, die auf den Waschgutteilen geringfügig verbleiben, durch die Hochdruckdusche entfernt. Besonders effektiv ist die Hochdruck-Wasserdusche, wenn eine Festkomponente, die das Verstopfen der Sprühplatte verursacht, auf den Waschgutteilen verbleibt.
  • Im zweiten Spülbehälter 65, der in der letzten Stufe angeordnet ist, werden Flecken auf der Oberfläche durch Wasserströmung und eine wäßrige Spüllösung entfernt, die kontinuierlich ersetzt wird. Gleichzeitig werden Verunreinigungen der in der vorherigen Spülstufe verwendeten Spüllösung durch die frische Spüllösung ausgetauscht, um das Waschen zu beenden.
  • Erwünscht ist, Wasser als Spülflüssigkeit jeweils im ersten und zweiten Spülbehälter zu verwenden. Vorzugsweise sollte hochreines Wasser zum Einsatz kommen.
  • Danach werden die Waschgutteile mit dem unteren Abschnitt des Wagens kombiniert und in einen großen Heißlufttrockner zusammen mit dem Werkzeug zum trocknen transportiert, woran sich die Abkühlung der getrockneten Teile und anschließende Lagerung der behandelten Teile in einem Ersatzteillager oder die erneute Montage der behandelten Teile am Hauptkörper anschließt.
  • Zur effektiven Nutzung der Erfindung ist der Ersatzteileinsatz überaus wirksam. Insbesondere werden nach Wartungsbeginn der Vorrichtung das Ersatzteil sofort montiert, nachdem das Teil vom Hauptkörper des Wagens mit den daran angeordneten Ersatzteilen abgenommen werden. Möglich ist eine Minimierung des Zeitverlusts der Vorrichtung, sofern das System zum Einsatz kommt, bei dem das Waschen der abgenommenen Teile im Waschschritt beginnt. Zudem kann der Waschschritt in etwa 8 Stunden beendet werden, d. h. der Summe aus 330 Minuten (5,5 Stunden) Ätzzeit und 2 Stunden für die Spül- und Trockenvorgänge, auch wenn der Film auf Siliziumbasis in großer Dicke von z. B. 1 mm angelagert ist. Möglich ist, das Bodenwaschen durch geeignete Vorrichtungsgestaltung zu automatisieren. Außerdem ist möglich, das Waschen der anderen Teile mit Ausnahme des Abnehmens der Teile vom Hauptkörper der Halbleiterherstellungsvorrichtung und der Montage der Teile zu automatisieren.
  • Durch Forschungsarbeiten im Rahmen der Erfindung wurde geklärt, daß der technische Gedanke der Erfindung zum Gebrauch in einer Plasma-CVD-Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumdünnfilms oder polykristallinen Siliziumdünn films wirksam ist. Andererseits wurde auch klargestellt, daß die Ätzgeschwindigkeit bei einem kohlenstoffhaltigen Film, z. B. einem a-SiC:H-Film, niedrig ist. In einem solchen Fall kommt im Rahmen der Erfindung das System zum Einsatz, bei dem ein amorpher Siliziumdünnfilm oder ein polykristalliner Siliziumdünnfilm, der leicht geätzt werden kann, zuerst in einer Dicke von mindestens 0,5 μm gebildet wird, wonach ein solcher Film wie ein a-SiC:H-Film durch Anordnen der gewaschenen Teile an der Vorrichtung gebildet wird, wenngleich die Reaktionsgeschwindigkeit bei Verwendung von Ätzkali höher als bei Verwendung von Ätznatron ist.
  • In diesem Fall läßt sich der darunterliegende Siliziumfilm zu einem frühen Zeitpunkt problemlos wegätzen, wenn der Flüssigkeit ein Tensid zugegeben wird, wodurch das Problem gelöst werden kann, daß die Ätzgeschwindigkeit der Teile in einer speziellen Kammer übermäßig gering ist, wenn das Waschen in einer Vorrichtung zur Bildung unterschiedlicher Arten von Filmen wie einer Inline-Vorrichtung gleichzeitig durchgeführt wird.
  • Ferner kommt in der Erfindung eine chemische Reaktion zur Anwendung. Ist die Vorrichtung als System effektiv gestaltet, kommt es zu keiner physikalischen Beanspruchung, weshalb solche Teile wie der Boden überhaupt nicht verformt werden.
  • Ätznatron, Ätzkali und ein Tensid (alkalisches Detergens), die in der Erfindung verwendet werden, sind sehr verbreitet und im Vergleich zum Ätzgas billig. Zudem werden Polyvinylchlorid oder Edelstahl, die ausgezeichnet korrosionsbeständig sind, zur Herstellung der Vorrichtung verwendet. Diese Materialien sind gang und gäbe und nicht kostspielig wie eine Vakuumvorrichtung.
  • [Entsorgung von Flüssigkeitsabfall]
  • Notwendig ist die Entfernung von Schadstoffen aus der Ätzlösung und aus der Flüssigkeit im ersten Spülbehälter, be vor der Flüssigkeitsabfall entsorgt wird. Die Produkte der Reaktion zwischen Silizium und einer Ätznatronlösung enthalten grundsätzlich Silizium-, Sauerstoff-, Wasserstoff- und Natriumverbindungen (hauptsächlich Natriumsilikat). Werden diese Reaktionsprodukte mit Salzsäure neutralisiert, bilden sich eine wäßrige Lösung aus Kochsalz und einer Siliziumverbindung (SiO2), die relativ unschädlich sind. Daher kommt es zu keinem Problem, auch wenn der Flüssigkeitsabfall nach außen abgegeben wird. In dieser Hinsicht ist die Erfindung unter Umweltschutzaspekten vorteilhaft.
  • Wie zuvor beschrieben, erfolgt gemäß der Ausführungsform der Erfindung das Waschen einer Vorrichtung zur Bildung eines Halbleiterfilms auf Siliziumbasis, z. B. einer Plasma-CVD-Vorrichtung, mit Hilfe eines Wagens, in dem nur die Teile der Vorrichtung mit einem daran angelagerten Film auf Siliziumbasis getrennt und angeordnet werden, und ferner mit Hilfe von Ätz-, Wasch- und Trockenanlagen, in denen die speziellen teile und der diese Teile haltende Wagen aufgenommen werden. Zudem werden Ätznatron, Ätzkali und ein Tensid (alkalisches Detergens) als Ätzmittel verwendet. Der besondere Aufbau der Ausführungsform ermöglicht, die verschiedenen Filme auf Siliziumbasis, die am Boden angelagert sind, ohne Verformung des Bodens zu entfernen. Außerdem kann der Waschvorgang vereinfacht werden. Zu beachten ist, daß das Abfallmaterial des Ätzens im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung aus Kochsalz und Silizium besteht und daher umweltverträglich ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Waschen einer Solarzellen-Herstellungsvorrichtung, die mit einer Filmbildungskammer (4, 5, 6) versehen ist, die Innenteile und einen Boden (42) mit einem daran angeordneten Substrat (13) aufweist, an denen sich an einem Abschnitt ein Halbleitermaterial anlagert, wobei die Innenteile der Filmbildungskammer und der Abschnitt des Bodens, an denen sich ein Halbleitermaterial anlagert, aus abnehmbaren Teilen gebildet sind, mehrere der abnehmbaren Teile durch ein Werkzeug gestützt werden, das Werkzeug und die gestützten abnehmbaren Teile gleichzeitig in ein alkalisches Ätzmittel zur Ätzdurchführung getaucht werden, wodurch an den Innenteilen der Filmbildungskammer (4, 5, 6) angelagertes Halbleitermaterial und am Boden (42) angelagertes Halbleitermaterial entfernt werden; nach Ätzabschluß das Werkzeug und die gestützten Teile mit einer wäßrigen Detergensflüssigkeit gewaschen und das gewaschene Werkzeug und die abgenommenen Teile getrocknet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Innenteile der Filmbildungskammer (4, 5, 6) und der Boden (42), die gewaschen werden sollen, jene sind, die im Filmbildungsvorgang verwendet werden, bei dem ein Siliziumfilm auf dem Substrat (13) gebildet und anschließend ein SiC-Film auf dem Siliziumfilm in der Filmbildungskammer gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das alkalische Ätzmittel 5 bis 35 Gew.-% Ätznatron enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten des Neutralisierens einer alkalischen Ätzmittel-Abfallflüssigkeit, um Natriumchlorid und SiO2 zu bilden; und des Entsorgens des Natriumchlorids und SiO2.
DE60035648T 1999-08-20 2000-03-22 Verfahren zur Säuberung einer Vorrichtung zum Herstellen von Dünnfilm-Silizium Expired - Lifetime DE60035648T2 (de)

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