DE102007029028A1

DE102007029028A1 - Cathode sputter surface coating source has two components of different heat conductivity positioned in enriched zones

Info

Publication number: DE102007029028A1
Application number: DE102007029028A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fukarek
Original assignee: Leybold Optics GmbH; Leybold Optics Dresden GmbH
Current assignee: Leybold Optics Dresden GmbH; Buehler Alzenau GmbH
Priority date: 2007-06-23
Filing date: 2007-06-23
Publication date: 2009-01-08

Abstract

A cathodic atomisation source with material to eject is directed at an atomisation target (10). The atomisation material has a first component (16) and a second component (18). Surface material (20) is removed from the atomisation material during a coating process. The first component has higher heat conductivity than the second. Each of the components is enriched in a given area (30, 40) and form a fine mixture on the surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungstarget einer Kathodenzerstäubungsquelle, eine Kathodenzerstäubungsquelle, ein Kathodenzerstäubungssystem sowie Verfahren dazu nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a sputtering target a sputtering source, a sputtering source, a sputtering system and methods therefor according to the preambles of the independent claims.

Die Kathodenzerstäubung, auch als Sputtern bekannt, ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus der Oberfläche eines Festkörpers, dem so genannten Target, durch Beschuss mit energiereichen Ionen herausgelöst werden und die in die Gasphase übergehen. Im Gegensatz zu Aufdampfverfahren bietet die Kathodenzerstäubung den Vorteil, dass zum Übergang in die Gasphase ein Erhitzen des Festkörpers nicht notwendig ist und ein Abscheiden von Materialien praktisch unabhängig von deren Siedepunkt erfolgen kann.The sputtering, also known as sputtering, is a physical process in which Atoms from the surface a solid, the so-called target, by bombardment with high-energy ions leached and go into the gas phase. In contrast to vapor deposition, sputtering offers the Advantage that to the transition in the gas phase, heating of the solid is not necessary and depositing materials practically independent of their boiling point can.

Bei der Schichtabscheidung mittels Kathodenzerstäubung wird in die Nähe des als Kathode geschalteten Targets ein Substrat gebracht, so dass die herausgeschlagenen Atome auf diesem kondensieren und eine Schicht bilden können. Der Druck in der Anlage muss dabei einerseits so gering sein, dass die Targetatome das Substrat erreichen können, andererseits so hoch sein, dass eine ausreichende Plasmadichte erreicht werden kann, welche die Quelle der Ionen zum Targetbeschuss bildet. Als Ionenquelle hierbei in den meisten Anwendungen eine Gleichstrom-Gasentladung (DC-Sputtern). Ist zusätzlich unter dem Target ein Magnet angebracht, spricht man von Magnetronzerstäubung. Das Magnetfeld bewirkt eine lokale Erhöhung der Plasmadichte und damit einhergehend eine Erhöhung der Abscheiderate. In dieser Konfiguration können alle leitfähigen Materialien deponiert werden. Es tritt keine Entmischung von Legierungen auf, was beispielsweise beim thermischen Verdampfen auftreten kann. Auch ist die Haftung von gesputterten Schichten meist besser als bei aufgedampften Schichten, und es können große Flächen, z. B. Glasscheiben, homogen beschichtet werden. Bei vielen Anwendungen sind möglichst reine Metallschichten erwünscht. Daher werden in diesen Fällen hochreine Edelgase (Inertgase) eingesetzt, um eine Oxidation der Schichten zu vermeiden. Meist wird hierbei Argon als Inertgas eingesetzt.at The layer deposition by sputtering is in the vicinity of as Cathode switched targets brought a substrate, leaving the knocked out Atoms on this condense and can form a layer. Of the Pressure in the system must be so low on the one hand, that the Target atoms can reach the substrate, on the other hand so high be that a sufficient plasma density can be achieved which forms the source of ions for target bombardment. As an ion source this in most applications a DC gas discharge (DC sputtering). Is additional A magnet attached under the target is called magnetron sputtering. The Magnetic field causes a local increase in the plasma density and thus accompanied by an increase the deposition rate. In this configuration, all conductive materials be deposited. There is no segregation of alloys, which can occur, for example, during thermal evaporation. Also the adhesion of sputtered layers is usually better than with vapor-deposited layers, and large areas, such. As glass, homogeneous be coated. For many applications are possible pure metal layers desired. Therefore, in these cases high purity inert gases (inert gases) used to oxidize the Avoid layers. In most cases, argon is used as the inert gas.

Die Beschichtungen von Glasscheiben oder Absorber bei thermischen Sonnenkollektoren bestehen aus Schichtsystemen, bei denen auch transparente und teilabsorbierende Materialien zum Einsatz kommen, die häufig nicht oder nicht hinreichend elektrisch leitend sind. Hier kann dem Inertgas gezielt ein Reaktivgas, meist Stickstoff oder Sauerstoff, hinzugefügt werden, um entsprechende Verbindungen zu deponieren. In diesem Fall spricht man von reaktiven Sputtern.The Coatings of glass panes or absorbers in thermal solar collectors consist of layer systems, in which also transparent and partially absorbent Materials are used, which are often not or not sufficient are electrically conductive. Here, the inert gas targeted a reactive gas, mostly nitrogen or oxygen, can be added to appropriate To deposit connections. In this case one speaks of reactive sputtering.

Beim Abtrag isolierender oder schlecht leitender Materialien ist die Sputterrate in der Regel sehr gering. Dünnschichtsolarzellen mit Photoabsorbern der Verbindungsklasse der Chalkopyrite werden durch die allgemeine chemische Formel Cu(InGa)Se2 charakterisiert. Sie werden auch als CIS-Dünnschichtsolarzellen bezeichnet und zeichnen sich durch relativ hohe Wirkungsgrade aus. Der Photoabsorber der CIS-Solarzelle besteht aus der Komponente Se und/oder S und aus der metallischen Komponente Cu und/oder In und/oder Ga. Während ein Kathodenzerstäuben von Cu, In, Ga einen etablierten Prozess darstellt, ist das Kathodenzerstäuben von Se wegen dessen schlechter elektrischen Leitfähigkeit und schlechten Wärmeleitfähigkeit nur mit sehr geringen Raten möglich. Daher werden bei der Schichtherstellung die Komponenten entweder vollständig durch Aufdampfen abgeschieden oder die metallische Komponente Cu, In, Ga wird durch Kathodenzerstäubung abgeschieden, und die zweite Komponente Se und/oder S wird aufgedampft und in die frisch abgeschiedene metallische Schicht eindiffundiert oder während der Kathodenzerstäubung der metallischen Komponente durch reaktive Gasbeimengungen von H2Se und/oder H2S in das Inertgas beim Abscheiden der metallischen Komponente einreagiert.At the Removal of insulating or poorly conductive materials is the Sputtering rate usually very low. Thin-film solar cells with photoabsorbers the class of chalcopyrites are by the general chemical formula Cu (InGa) Se2. They are also called CIS thin-film solar cells referred to and are characterized by relatively high efficiencies. The photoabsorber of the CIS solar cell consists of the component Se and / or S and of the metallic component Cu and / or In and / or Ga. While a sputtering of Cu, In, Ga is an established process, is the sputtering of Se because of its poor electrical conductivity and poor thermal conductivity only possible with very low rates. Therefore, in the film formation, the components become either Completely deposited by vapor deposition or the metallic component Cu, In, Ga is made by sputtering deposited, and the second component Se and / or S is evaporated and diffused into the freshly deposited metallic layer or while sputtering the metallic component by reactive gas admixtures of H2Se and / or H2S in the inert gas during the deposition of the metallic component , reacted.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Zerstäubungstarget einer Kathodenzerstäubungsquelle, eine Kathodenzerstäubungsquelle sowie ein Kathodenzerstäubungssystem anzugeben, die eine verbesserte Ausbeute bei der Abtragung im Zerstäubungsprozess von gering elektrisch und/oder gering wärmeleitenden Material ermöglicht. Weiterhin sollen Verfahren dazu angegeben werden.It It is an object of the invention to provide a sputtering target of a sputtering source, a sputtering source and a sputtering system indicate an improved yield in the removal in the sputtering process made of low electrical and / or low thermal conductivity material. Furthermore, methods are to be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die anderen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These Task is according to the invention with the Characteristics of the independent claims solved. The other claims describe advantageous embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Zerstäubungstarget einer Kathodenzerstäubungsquelle weist ein Zerstäubungsmaterial auf, wobei das Zerstäubungsmaterial wenigstens zwei Komponenten aufweist und wobei eine Oberfläche des Zerstäubungsmaterials zum Abtrag während eines Beschichtungsprozesses vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die erste Komponente besser wärmeleitfähig und/oder elektrisch leitfähig ist als die zweite Komponente und jede der Komponenten in jeweils einem Bereich angereichert ist, wobei die Bereiche eine fein verteilte Mischung an der Oberfläche bilden. Vorzugsweise bilden die beiden Bereiche eine fein verteilte Mischung, wobei die wenigstens zwei Bereiche unterschiedlich elektrisch leitfähig und/oder unterschiedlich wärmeleitend sind. Vorzugsweise liegt der Unterschied der Bereiche hinsichtlich ihrer elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit bei wenigstens 50%. Dabei können die jeweiligen Bereiche durch je eine Komponente allein gebildet werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Bereich zwar überwiegend die erste Komponente, jedoch auch einen, vorzugsweise geringeren, Anteil der zweiten Komponente aufweist und umgekehrt.An atomization target according to the invention of a cathode sputtering source has a sputtering material, wherein the sputtering material has at least two components and wherein a surface of the sputtering material is provided for removal during a coating process. It is proposed that the first component is better thermally conductive and / or electrically conductive than the second component and each of the components is enriched in each case in a region, wherein the regions form a finely divided mixture on the surface. Preferably, the two regions form a finely divided mixture, wherein the at least two regions are different electrically conductive and / or different heat-conducting. Preferably, the difference of the ranges in terms of their electrical and / or thermal conductivity is at least 50%. there The respective areas can be formed by one component alone. However, it can also be provided that an area has predominantly the first component, but also a, preferably lower, proportion of the second component and vice versa.

Durch die innige Durchmengung der beiden Bereiche, die sich vorzugsweise durchdringen, kann die Komponente mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit von der hohen elektrischen Leitfähigkeit der anderen Komponente profitieren. Die Zerstäubung kann daher mit deutlich höherer Leistung und entsprechend höherer Rate erfolgen als an der Komponente mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit alleine. Ebenso kann die üblicherweise geringere Wärmeleitfähigkeit des einen Bereichs mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit bei der Zerstäubung durch die höhere Wärmeleiffähigkeit des anderen Bereichs mit höherer elektrischer Leitfähigkeit kompensiert werden. Durch die enge Nachbarschaft der Bereiche im Zerstäubungstarget kann die beim Ionenbeschuss deponierte Wärme schnell abgeführt werden. Das Zerstäubungstarget ist entsprechend höher belastbar. Die Komponenten können mit vergleichbarer Rate abgestäubt werden, obwohl die eine Komponente im ungemischten Zustand wegen der schlechten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit nur mit einer erheblich geringeren Rate zerstäubt werden kann. Vorteilhaft ist, dass alle Bestandteile der Schicht in einem einzigen Prozess mit einer einheitlichen Prozesstechnologie in einem Verfahrensschritt mit ausreichend hohen Abscheideraten abgeschieden werden können. Es muss z. B. kein Aufdampfprozessschritt nach einem Zerstäubungsprozessschritt durchgeführt werden, in dem z. B. das Substrat in eine andere Beschichtungskammer transferiert werden muss.By the intimate intermingling of the two areas, preferably penetrate, the component with the lower electrical conductivity from the high electrical conductivity benefit from the other component. The atomization can therefore with clear higher Performance and accordingly higher Rate occur as at the component with lower electrical conductivity alone. Likewise, the usual lower thermal conductivity of a region with lower electrical conductivity in the atomization through the higher Heat conductivity the other area with higher electrical conductivity be compensated. Due to the close proximity of the areas in the sputtering target The heat deposited during ion bombardment can be dissipated quickly. The sputtering target is higher resilient. The components can dusted at a comparable rate although one component is in unmixed condition due to poor electrical and thermal conductivity can only be atomized at a significantly lower rate. Advantageous is that all the components of the layer in a single process with a uniform process technology in one process step sufficiently high deposition rates can be deposited. It must z. B. no evaporation process step after a sputtering process step carried out be, in the z. B. the substrate in another coating chamber must be transferred.

Bei einer Chalkopyritabscheidung können Gefahren durch den Umgang mit Se oder giftigen Se-Verbindungen deutlich reduziert werden. Als weiterer Vorteil ist zu vermerken, dass man sogar ohne das sehr giftige SeH2 auskommen kann, das üblicherweise als Sputtergas beim Reaktivsputtern von CuInGa Targets zur Herstellung von CuInGaSe oder als Reaktivgas nach dem Co- Verdampfen von Cu, In, Ga zum Eindiffundieren von Se verwendet wird.at Chalkopyrite deposition can be dangerous be significantly reduced by handling Se or toxic Se compounds. Another advantage is that even without that much Toxic SeH2 can get along, usually as a sputtering gas in the reactive sputtering of CuInGa targets for the production of CuInGaSe or as a reactive gas after the co-evaporation of Cu, In, Ga for the diffusion used by Se.

Zur besseren Verteilung der Leistung beim Abtrag des Materials kann vorteilhaft die zweite Komponente körnig in einer koaleszierenden Matrix der ersten Komponente angeordnet sein. Dabei kann ein mittleren Durchmesser von Körnern der zweiten Komponente höchstens etwa 20%, bevorzugt etwa 15%, besonders bevorzugt etwa 10% eines Dunkelraumabstands betragen, der im bestimmungsgemäßen Einsatz des Zerstäubungstargets in einer Kathodenzerstäubungsquelle einstellbar ist. Die Matrix kann vorzugsweise eine metallische Matrix sein. Ist die zweite Komponente z. B. Selen, können Selenkörner in der metallischen Matrix angeordnet sein. Es ist denkbar, dass ein geringer Anteil an Selen auch in der metallischen Matrix enthalten ist, während es auch möglich ist, dass ein geringer Anteil an Metall auch in den Selenkörnern angeordnet ist.to better distribution of performance when removing the material can Advantageously, the second component granular in a coalescing Matrix of the first component can be arranged. It can be a middle Diameter of grains the second component at most about 20%, preferably about 15%, more preferably about 10% of a Dark space distance amount that in the intended use of the sputtering target in a sputtering source is adjustable. The matrix may preferably be a metallic matrix be. Is the second component z. For example, selenium may contain selenium grains in the metallic matrix be arranged. It is conceivable that a low proportion of selenium is also contained in the metallic matrix while it is also possible that a small amount of metal is also arranged in the selenium grains is.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Zerstäubungsmaterial im Zerstäubungstarget nicht als Legierung oder chemische Verbindung vorliegen muss, sondern als Mischung oder Komposit der reinen Komponenten vorliegen kann. Das Kompositmaterial kann z. B. durch thermisches Spritzen, wie etwa Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen etc., oder durch Verpressen von Pulvern hergestellt werden. Durch die Verfahrensparameter lassen sich Parameter wie etwa die Korngröße leicht einstellen.Advantageous is still that atomizing material in the atomization target must not be present as an alloy or chemical compound, but may be present as a mixture or composite of the pure components. The composite material may, for. B. by thermal spraying, such as such as plasma spraying, cold gas spraying, etc., or by pressing made of powders. Leave through the process parameters parameters such as grain size are easily adjusted.

Vorzugsweise kann oder können in einer günstigen Weiterbildung diejenige(n) Komponente(n) in den besser elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitfähigen Bereichen in einer Menge vorgesehen ist/sind, dass der elektrische Widerstand der Mischung um wenigstens 50% geringer ist als der elektrische Widerstand der schlechter elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitenden Bereiche alleine. Vorzugsweise ist der elektrische Widerstand um mindestens eine Größenordnung geringer.Preferably can or can in a favorable Continuing the component (s) in the better electrical conductive and / or thermally conductive areas is provided in an amount that are the electrical resistance the mixture is at least 50% lower than the electrical Resistance of the poorer electrically conductive and / or heat-conducting Areas alone. Preferably, the electrical resistance is around at least one order of magnitude lower.

Von Vorteil ist in einer weiteren Ausgestaltung, wenn die besser elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitenden Bereiche wenigstens bereichsweise zusammenhängende Pfade bilden. Dies erleichtert die Verminderung des elektrischen Widerstands der Mischung wie auch die Wärmeabfuhr aus dem Bereich oder den Bereichen, die schlechter wärmeleitend sind.From Advantage is in a further embodiment, if the better electrically conductive and / or heat-conducting Form areas at least partially coherent paths. This facilitates the Reduction of the electrical resistance of the mixture as well the heat dissipation from the area or areas that conduct heat poorer are.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die wenigstens zwei Komponenten als wesentliche Bestandteile einer von der Kathodenzerstäubungsquelle abzuscheidenden Beschichtung vorgesehen sein können. Eine Verunreinigung der auf einem Substrat aufwachsenden Schicht kann vermieden werden. Für weitere Schichtbestandteile können z. B. durch eine oder mehrere weitere Kathodenzerstäubungsquellen vorgesehen sein, die gleichzeitig mit dem erfindungsgemäßen Zerstäubungstarget zerstäubt werden können. Eine Einstellung der Schichtzusammensetzung lässt sich einfach durch eine Leistungsvorgabe an den jeweiligen Kathodenzerstäubungsquellen einstellen bzw. variieren. Bei dem Kathodenzerstäubungsprozess wird vorzugsweise mit Gleichspannung (DC) gearbeitet, oder auch mit gepulster Gleichspannung, die zum Zünden des Plasmas an die Kathodenzerstäubungsquelle gelegt wird. Hochfrequenzsputtern ist grundsätzlich ebenfalls möglich, ergibt tendenziell jedoch geringere Raten als DC-Sputtern. Vorteilhaft ist ein Zerstäubungstarget mit einer relativ geringen Schichtdicke von einigen Millimetern, um ein Aufschmelzen beim Abtrag des Materials während des Sputterns zu vermeiden. Hier kann ein Optimum zwischen gewünschter hoher Abtragsrate und Targetdicke eingestellt werden.It is particularly advantageous if the at least two components can be provided as essential components of a coating to be deposited by the cathode sputtering source. Contamination of the layer growing on a substrate can be avoided. For further layer components z. B. be provided by one or more other sputtering sources, which can be atomized simultaneously with the Zerstäubungstarget invention. An adjustment of the layer composition can be easily adjusted or varied by a power specification at the respective cathode sputtering sources. In the cathode sputtering process, it is preferable to use DC voltage, or else pulsed DC voltage, which is applied to the cathode sputtering source to ignite the plasma. Radio frequency sputtering is also possible in principle, but tends to give lower rates than DC sputtering. An atomization target with a relatively small layer thickness of some is advantageous Millimeters, to prevent melting during removal of the material during sputtering. Here, an optimum between the desired high removal rate and target thickness can be set.

Die wenigstens zwei Komponenten können im Wesentlichen als miteinander unlegierte und/oder chemisch unreagierte Bestandteile vorliegen. Dadurch lässt sich eine Abtragsrate leichter steuern als wenn eine Verbindung zerstäubt werden soll.The at least two components can be used in the Essentially as mutually unalloyed and / or chemically unreacted Ingredients are present. This makes a removal rate easier control as if a compound is to be atomized.

Vorteilhaft können die wenigstens zwei Komponenten als miteinander verpresstes Granulat vorliegen. Die Größe der Bereiche von schlecht und gut elektrisch und/oder wärmeleitfähigem Material können z. B. leicht über die Korngrößen der Komponenten eingestellt werden.Advantageous can the at least two components as granules pressed together available. The size of the areas of bad and good electrical and / or thermally conductive material can, for. B. slightly over the particle sizes of Components are adjusted.

Vorzugsweise kann bzw. können die Komponente(n) in den geringer elektrisch leitfähigen und/oder weniger wärmeleitenden Bereichen einen Schmelzpunkt von weniger als 400°C aufweisen.Preferably can or can the component (s) in the lower electrically conductive and / or less heat-conducting Areas have a melting point of less than 400 ° C.

Eine zuverlässige Verminderung des elektrischen Widerstands und eine entsprechende Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit kann erreicht werden, wenn die Komponente(n) in den geringer elektrisch leitfähigen und/oder geringer wärmeleitenden Bereichen mindestens 50 vol% des Komposits bilden.A reliable Reduction of electrical resistance and a corresponding Improvement of the thermal conductivity can be achieved if the component (s) in the lower electrically conductive and / or low thermal conductivity Make up at least 50% by volume of the composite.

Günstigerweise kann eine der Komponenten wenigstens eines aus der Gruppe von Selen (Se), Schwefel (S) sein und eine der Komponenten wenigstens eines aus der Gruppe von Kupfer (Cu), indium (In), Gallium (Ga). Damit kann eine Beschichtung für CIS-Solarzellen mit einer einheitlichen Prozesstechnologie für alle Schichtkonstituenten durchgeführt werden Vorteilhaft können dabei Selen und Kupfer in einer Mischung mit in einem Verhältnis von wenigstens 70 vol% Selen vorliegen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kathodenzerstäubungsquelle vorgeschlagen, mit einer Zerstäubungstarget, wobei das Zerstäubungsmaterial wenigstens zwei Komponenten aufweist und wobei eine Oberfläche der Zerstäubungstarget zum Abtrag während eines Beschichtungsprozesses vorgesehen ist, wobei die wenigstens zwei Komponenten des Zerstäubungsmaterials als Komposit in einer innigen Mischung aus unterschiedlich elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitenden Bereichen vorliegen. Die Bereiche mit der geringeren elektrischen und/oder Wärmeleitfähigkeit können von den Bereichen mit der höheren elektrischen und/oder Wärmeleitfähigkeit profitieren, so dass insgesamt eine deutliche Erhöhung der Zerstäubungsraten des oder der Komponente(n) mit geringer elektrischer und/oder Wärmeleitfähigkeit möglich ist.conveniently, For example, one of the components of at least one of the group of selenium (Se), sulfur (S) and one of the components of at least one from the group of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga). In order to can be a coating for CIS solar cells with a uniform process technology for all layer constituents carried out will be advantageous doing selenium and copper in a mixture with in a ratio of at least 70 vol% selenium is present. According to another aspect of the Invention proposes a sputtering source, with a sputtering target, the sputtering material has at least two components and wherein a surface of the sputtering for removal during a coating process is provided, wherein the at least two components of the sputtering material as a composite in an intimate mixture of different electrical conductive and / or thermally conductive Areas. The areas with the lower electrical and / or thermal conductivity can from the areas with the higher electrical and / or thermal conductivity benefit, so that overall a significant increase in sputter of the component (s) with low electrical and / or thermal conductivity possible is.

Vorteilhaft kann oder können diejenige(n) Komponente(n) in den besser elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitfähigen Bereichen in einer Menge vorgesehen ist/sind, dass der elektrische Widerstand des Komposits um wenigstens 50%, vorzugsweise mindestens eine Größenordnung, geringer ist als der elektrische Widerstand der schlechter elektrisch leitfähigen und/oder wärmeleitenden Bereiche.Advantageous can or can the component (s) in the better electrically conductive and / or thermally conductive areas is provided in an amount that the electrical resistance of the Composites by at least 50%, preferably at least one order of magnitude, less than the electrical resistance of the worse electric conductive and / or heat-conducting Areas.

Die Komponente(n) in den geringer elektrisch leitfähigen und/oder geringer wärmeleitenden Bereichen können vorteilhafterweise mindestens 50 vol% des Komposits bilden.The Component (s) in the lower electrically conductive and / or lower heat-conducting areas can advantageously at least 50 vol% of the composite form.

Vorzugsweise kann eine der Komponenten wenigstens eines aus der Gruppe Selen, Schwefel sein und eine der Komponenten wenigstens eines aus der Gruppe von Kupfer, Indium, Gallium sein.Preferably one of the components of at least one of the group selenium, Be sulfur and one of the components at least one of the Group of copper, indium, gallium.

Dabei kann vorteilhaft in Selenkörnern wenigstens eines der Metalle Kupfer, Indium, Gallium, Aluminium enthalten sein. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ in einer metallischen Matrix, in der Selenkörner eingebettet sind, Selen enthalten sein.there can be beneficial in selenium grains at least one of the metals copper, indium, gallium, aluminum be included. Likewise, in addition or alternatively in a metallic matrix, embedded in the selenium grains are contained selenium.

Eine bevorzugte Kathodenzerstäubungsquelle weist ein erfindungsgemäßes Zerstäubungstarget auf, das wenigstens eines der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist.A preferred sputtering source has a sputtering target according to the invention on, the at least one of the features described above having.

Günstige Abscheidebedingungen für eine Chalkopyritschicht können eingestellt werden, wenn das Zerstäubungstarget von einer Umrandung umgeben ist, welche eine abzutragende Oberfläche des Zerstäubungstargets frei lässt. Die kann Umrandung beabstandet zu dem Zerstäubungstarget angeordnet sein, wobei die Umrandung vom Zerstäubungstarget höchstens 50 mm, bevorzugt höchstens 45 mm, besonders bevorzugt höchstens 40 mm beabstandet ist.Favorable separation conditions for a chalcopyrite layer can be set when the sputtering target from a border which is a surface to be ablated of the sputtering target leaves free. The border may be spaced apart from the sputtering target, the border of the sputtering target is at most 50 mm, preferably at most 45 mm, more preferably at most 40 mm apart.

Besonders vorteilhaft kann die Umrandung beheizbar sein.Especially Advantageously, the border can be heated.

Das Zerstäubungstarget kann auf einem Targetträger mit einer niedrigschmelzenden Legierung aufgebondet sein. Bevorzugt kann die Legierung Bestandteile der abzuscheidenden Schicht und/oder damit verträgliche Bestandteile aufweisen. Besonders bevorzugt ist eine Indium-Galliumlegierung eingesetzt.The sputtering can on a target carrier be bonded with a low-melting alloy. Prefers the alloy may contain constituents of the layer to be deposited and / or therewith compatible Have constituents. Particularly preferred is an indium gallium alloy used.

Eine bevorzugte Kathodenzerstäubungsanlage weist eine Kathodenzerstäubungsquelle auf, die wenigstens eines der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist, und die mit einem erfindungsgemäßen Zerstäubungstarget ausgestattet ist. Mit der Kathodenzerstäubungsanlage kann eine Beschichtung erreicht werden, die eine gute Homogenität der Konzentration der zweiten Komponenten, z. B. Selen, über die ganze abgeschiedene Schicht erlaubt. Eine Beschichtungstechnik wird geschaffen, die leicht für eine großflächige Serienproduktion aufskaliert werden kann, mit gleichzeitig guter Reproduzierbarkeit der Beschichtung und der Schichtqualität. Die Verwendung von hochgiftigem HSe kann – bei der Verwendung von Selen in der Chalkopyritschicht – vermieden werden. Optional kann eine graduierliche oder schrittweise Änderung der Konzentration der zweiten Komponenten, z. B. Selen, n der abgeschiedenen Schicht erreicht werden.A preferred sputtering apparatus comprises a sputtering source having at least one of the above-described features and provided with a sputtering target of the invention. With the cathode sputtering system, a coating can be achieved, which has a good homogeneity of the concentration of the second components, for. As selenium, over the whole deposited layer allowed. A coating technique is created that can easily be scaled up for a large-scale serial production, with at the same time good reproducibility of the coating and the coating quality. The use of highly toxic HSe can be avoided by using selenium in the chalcopyrite layer. Optionally, a gradual or stepwise change in the concentration of the second components, e.g. As selenium, n the deposited layer can be achieved.

Das Zerstäubungstarget kann von einer Umrandung umgeben sein, wobei eine einem zu beschichtenden Substrat am nächsten liegenden Kante der Umrandung höchstens 50 mm, bevorzugt höchstens 45 mm, besonders bevorzugt höchstens 40 mm und mindestens 2 mm, bevorzugt mindestens 3 mm, besonders bevorzugt mindestens 4 mm entfernt ist.The sputtering may be surrounded by a border, with a to be coated Substrate closest lying edge of the border at most 50 mm, preferably at most 45 mm, more preferably at most 40 mm and at least 2 mm, preferably at least 3 mm, especially preferably at least 4 mm away.

Günstigerweise kann ein Abstand zwischen dem zu beschichtenden Substrat und einer abzutragenden Oberfläche des Zerstäubungstargets höchstens 94 mm, bevorzugt höchstens 90 mm, besonders bevorzugt höchstens 84 mm und mindestens 34 mm, bevorzugt mindestens 40 mm, besonders bevorzugt mindestens 44 mm entfernt sein.conveniently, can be a distance between the substrate to be coated and a surface to be removed of the sputtering target at the most 94 mm, preferably at most 90 mm, more preferably at most 84 mm and at least 34 mm, preferably at least 40 mm, especially preferably at least 44 mm away.

Es kann wenigstens ein Kathodenpaar mit zwei Zerstäubungstargets sein, wobei jedes Zerstäubungstarget eines Paares mit einem anderen Pol einer gemeinsamen Wechselstromquelle verbunden sein kann.It may be at least one cathode pair with two sputtering targets, each one sputtering a pair with another pole of a common AC source can be connected.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Zerstäubungstargets einer Kathodenzerstäubungsquelle zur Herstellung einer Chalkopyrit-Schicht, umfasst die Schritte (1) Bereitstellen eines Pulvers aus Selen und eines Pulvers mit wenigstens einem Metalls aus der Gruppe Kupfer, Indium, Gallium, Aluminium mit einem Selen-Gehalt von mehr als 50 vol%; und (2) Herstellen einer Mischung aus den Pulvern, wobei die Pulver durch thermisches Spritzen und/oder Verpressen der Pulver bei Temperaturen verfestigt werden, die unter einer Temperatur liegt bei der das Selen in die Komponenten des anderen Pulvers einlegiert und einen Nicht-Leiter oder Halbleiter bildet, wie beispielsweise CuInGaSe. Vorzugsweise ist die Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur von Selen (221°C), besonders bevorzugt niedriger als 200°C.One preferred method for producing a sputtering target a sputtering source for making a chalcopyrite layer, comprises the steps (1) Providing a powder of selenium and a powder with at least one metal from the group copper, indium, gallium, Aluminum with a selenium content of more than 50 vol%; and (2) manufacturing a mixture of the powders, wherein the powders by thermal spraying and / or compressing the powders at temperatures, which is below a temperature at which the selenium is in the components of the other powder and a non-conductor or semiconductor forms, such as CuInGaSe. Preferably, the temperature lower than the melting temperature of selenium (221 ° C), more preferably lower than 200 ° C.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Chalkopyrit-Schicht eines Photoabsorbers wird mit den Schritten durchgeführt: (1) Beschichten eines Substrats mit vom Zerstäubungstarget abgestäubten Komponenten, wobei das Beschichten bei Umgebungstemperatur erfolgt, und (2) nachfolgendes Tempern des beschichteten Substrats bei erhöhter Temperatur. Dabei kann das abgeschiedene Material durch relativ schnelles Tempern, vorzugsweise mit einer Temperzeit von weniger als 10 Minuten, in eine Halbleiterphase gebracht werden, da die Materialien im erfindungsgemäßen Target bereits im mikroskopischen Maßstab gut durchmischt sind und daher die Diffusionswege kurz sind.One preferred method for producing a chalcopyrite layer of a photoabsorber is carried out with the steps of: (1) Coating a substrate with atomized target components, wherein the coating is done at ambient temperature, and (2) subsequent annealing of the coated substrate at elevated temperature. It can the deposited material by relatively rapid annealing, preferably with an annealing time of less than 10 minutes, in a semiconductor phase be brought because the materials in the inventive target already on a microscopic scale are well mixed and therefore the diffusion paths are short.

Als Substrat kann ein Glassubstrat, ein Kunststoffsubstrat oder ein Metallsubstrat verwendet werden. Günstigerweise ist das Substrat als Folie ausgebildet. Die Chalkopyrit-Schicht weist eine gute Adhäsion auf dem Substrat auf.When Substrate may be a glass substrate, a plastic substrate or a Metal substrate can be used. Conveniently, the substrate designed as a film. The chalcopyrite layer has a good adhesion on the substrate.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer Zeichnung näher beschrieben, aus der sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben. Dabei zeigtfollowing The invention will be described in more detail with reference to a drawing, from which also independently from the summary in the claims further features, details and Advantages of the invention result. It shows

1 schematisch eine bevorzugte Kathodenzerstäubungsquelle mit einem bevorzugten Zerstäubungstarget; 1 schematically a preferred sputtering source with a preferred sputtering target;

2 eine koaleszierende Metallmatrix einer ersten Komponente mit eingelagerten Körnern einer zweiten Komponente eines bevorzugten Zerstäubungstargets; 2 a coalescing metal matrix of a first component having intercalated grains of a second component of a preferred sputtering target;

3a eine erste bevorzugte Ausgestaltung einer bevorzugten Kathodenzerstäubungsanlage; und 3a a first preferred embodiment of a preferred sputtering system; and

3b einen Ausschnitt aus einer bevorzugten Kathodenzerstäubungsanlage mit einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung. 3b a section of a preferred sputtering system with a second preferred embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.In The figures are the same or similar elements with the same Numbered.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt 1 ein bevorzugtes Zerstäubungstarget 12 einer Kathodenzerstäubungsquelle 10 mit einem Zerstäubungsmaterial, das beispielhaft zwei Komponenten 16, 18 aufweist, die zur Herstellung eines Photoabsorbers von CIS-Solarzellen verwendet werden. Das Zerstäubungstarget 12 ist auf einem Targetträger 14 angeordnet und auf diesem z. B. gebondet. Der Targetträger 14 enthält in üblicher Weise eine Kühlung sowie elektrische Anschlussmittel (nicht dargestellt) sowie gegebenenfalls eine Magnetanordnung. Derartige Ausstattungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass eine detaillierte Darstellung entfallen kann.To illustrate the invention shows 1 a preferred sputtering target 12 a sputtering source 10 with a sputtering material exemplified by two components 16 . 18 which are used to prepare a photoabsorber of CIS solar cells. The sputtering target 12 is on a target carrier 14 arranged and on this z. B. bonded. The target carrier 14 contains in a conventional manner a cooling and electrical connection means (not shown) and optionally a magnet arrangement. Such equipment is generally known to those skilled in the art, so that a detailed representation can be omitted.

Eine Oberfläche 20 des Zerstäubungstargets 12 bzw. des Zerstäubungsmaterials ist in bekannter Weise zum Abtrag während eines Sputterbeschichtungsprozesses vorgesehen.A surface 20 of the sputtering target 12 or of the sputtering material is provided in a known manner for removal during a sputter coating process.

Die erste Komponente 16 ist in einem ersten Bereich 30 angereichert, die zweite Komponente 18 in einem zweiten Bereich 40, wobei die Bereiche 30, 40 eine fein verteilte Mischung bilden. Beispielhaft ist die eine Komponente 18, welche in den Bereichen 40 mit geringer elektrischer und Wärmeleitfähigkeit angereichert ist, Se, während die andere Komponente 16, welche in den Bereichen 30 mit hoher elektrischer und Wärmeleitfähigkeit angereichert ist, beispielhaft Cu ist. Se weist eine geringe elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit verglichen mit Cu auf. Die zwei innig gemischten Bereiche 30, 40 sind daher unterschiedlich elektrisch leitfähig und unterschiedlich wärmeleitend.The first component 16 is in a first area 30 Enriched, the second component 18 in a second area 40 , where the areas 30 . 40 form a finely divided mixture. Exemplary is the one component 18 which are in the fields 40 Enriched with low electrical and thermal conductivity, Se, while the other component 16 which are in the fields 30 enriched with high electrical and thermal conductivity, exemplified by Cu. Se has a low electrical conductivity and a low thermal conductivity compared with Cu. The two intimately mixed areas 30 . 40 are therefore different electrically conductive and different thermal conductivity.

Das Zerstäubungsmaterial kann bevorzugt aus Pulvern Se:Cu mit einem Verhältnis 70%:30% (jeweils Volumenprozent vol%) gemischt und gepresst sein. Ein günstiger Bereich der Korngrößen liegt z. B. zwischen 10 μm und 500 μm.The sputtering may preferably be made of powders Se: Cu with a ratio of 70%: 30% (each volume percent vol%) mixed and pressed. A favorable range of grain sizes is z. B. between 10 microns and 500 μm.

Das Pressen kann als isostatisches Pressen erfolgen. Durch den geringeren Schmelzpunkt von Se (Schmelzpunkt 221°C) gegenüber dem Schmelzpunkt von Cu (Schmelzpunkt 1083°C) liegen in dem entstehenden Komposit Cu-Partikel in einer Se-Matrix vor. Der Cu-Gehalt ist so groß, dass die Cu-Partikel sich berühren können und wenigstens bereichsweise zusammenhängende Pfade 32 bilden. Dadurch sinkt der elektrische Widerstand im Vergleich zu einem ungemischten Se-Pulver erheblich ab, während die Wärmeleitfähigkeit der Mischung erheblich zunimmt.The pressing can be done as isostatic pressing. Due to the lower melting point of Se (melting point 221 ° C) compared to the melting point of Cu (melting point 1083 ° C) are present in the resulting composite Cu particles in a Se matrix. The Cu content is so large that the Cu particles can touch each other and at least partially coherent paths 32 form. As a result, the electrical resistance decreases significantly compared to a unmixed Se powder, while the thermal conductivity of the mixture increases significantly.

Wird, in einer Ausbildungsform des Targetherstellungsprozesses In statt Cu als Metall verwendet, schmilzt das In beim Heißpressen (Schmelzpunkt 156°C), so dass Se-Partikel in einer In-Matrix angeordnet sind. Hierbei sind sehr hohe Se:In-Verhältnisse möglich bei signifikant verbesserter elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit der Mischung im Vergleich mit ungemischtem Se. Ein günstiger Bereich der Korngrößen, insbesondere des Selens, liegt z. B. zwischen 10 μm und 500 μm, vorzugsweise weniger als 150 μm, bevorzugt weniger als 50 μm. Dabei ist ein relativ hoher In-Anteil günstig für eine hohe Abtragsrate.Becomes, in a training form of the target production process In Cu used as metal melts the in during hot pressing (Melting point 156 ° C), such that Se particles are arranged in an In matrix. in this connection are very high Se: In ratios possible with significantly improved electrical conductivity and thermal conductivity the mixture in comparison with unmixed Se. A cheaper one Range of grain sizes, in particular of selenium, lies z. B. between 10 microns and 500 microns, preferably less than 150 μm, preferably less than 50 microns. In this case, a relatively high In content is favorable for a high removal rate.

2 zeigt beispielhaft eine Anordnung, bei der Selenkörner als zweite Komponente 18 (Bereiche 40) in einer die erste Komponente 16 aufweisenden koaleszierenden Metallmatrix, z. B. einer Kupfermatrix, welche den Bereich 30 bildet, verteilt sind. 2 shows an example of an arrangement in which selenium grains as a second component 18 (areas 40 ) in a the first component 16 having coalescing metal matrix, z. B. a copper matrix, which is the area 30 forms, are distributed.

Die zwei Komponenten 16, 18 liegen im Wesentlichen als miteinander unlegierte und chemisch unreagierte Bestandteile vor und bilden beide wesentliche Bestandteile der abzuscheidenden CIS-Schicht, also keine zufälligen Verunreinigungen der Schicht. Die Mengenverhältnisse im Zerstäubungstarget 12 können so eingestellt werden, dass die beiden Komponenten 16, 18 bereits im richtigen Verhältnis für die Schichtzusammensetzung abgeschieden werden. In den Bereichen 30 ist die erste Komponente 16 angereichert, in den Bereichen 40 die zweite Komponente 18. Dabei ist es auch möglich, dass ein gewisser geringer Anteil der zweiten Komponente 18 auch im Bereich 30 und/oder ein gewisser geringer Anteil der ersten Komponente 16 auch im Bereich 40 angeordnet ist, z. B. maximal 10 vol%.The two components 16 . 18 are essentially present as unalloyed and chemically unreacted constituents and form both essential constituents of the deposited CIS layer, so no accidental contamination of the layer. The proportions in the sputtering target 12 can be adjusted so that the two components 16 . 18 already deposited in the correct ratio for the layer composition. In the fields of 30 is the first component 16 Enriched, in the fields 40 the second component 18 , It is also possible that a certain small proportion of the second component 18 also in the area 30 and / or a small amount of the first component 16 also in the area 40 is arranged, for. B. maximum 10 vol%.

Es können jedoch auch zwei oder mehrere Zerstäubungsquellen 10 vorgesehen sein, in denen jeweils Se bzw. die weiteren Konstituenten des Chalkopyrits enthalten sind und gleichzeitig zerstäubt werden. Auf einem in der Nähe der Zerstäubungsquellen 10 schlägt sich dann eine Schicht mit der entsprechenden Zusammensetzung ab. Bei geeignet gewählten Raten und Temperaturen bildet sich dann auf dem Substrat die Chalkopyritschicht. So kann z. B. eine erste Zerstäubungsquelle 10 eine Se-Cu-Mischung aufweisen, eine zweite Zerstäubungsquelle 10 eine Se-In-Mischung und eine dritte Zerstäubungsquelle 10 eine Se-Ga-Mischung. Es können auch rein metallische Zerstäubungsquellen mit einer oder mehreren selenhaltigen Zerstäubungsquelle 10 zusammenwirken.However, there may also be two or more sputtering sources 10 be provided, in each of which Se or the other constituents of the chalcopyrite are included and are atomized simultaneously. On a near the sputtering sources 10 then a layer with the corresponding composition is precipitated. At appropriately selected rates and temperatures, the chalcopyrite layer then forms on the substrate. So z. B. a first sputtering source 10 have a Se-Cu mixture, a second sputtering source 10 a Se-In mixture and a third sputter source 10 a Se-Ga mixture. It may also be purely metallic sputtering sources with one or more selenium sputtering source 10 interact.

3a und 3b zeigen schematisch vorteilhafte Ausgestaltungen einer Beschichtungsanlage, mit denen Photoabsorber auf der Basis von Chalkopyrit-Schichten hergestellt werden können. 3a and 3b show schematically advantageous embodiments of a coating system with which photoabsorbers can be prepared on the basis of chalcopyrite layers.

In 3a ist in einem Vakuumrezipienten 100 ein Zerstäubungstarget 10 in einer so genannten „sputter-up"-Konfiguration angeordnet, bei dem ein Substrat 50 über der Kathodenzerstäubungsquelle 10 angeordnet ist und das von einer abzutragenden Oberfläche 20 des Zerstäubungstargets 12 abgetragene Material nach oben zum Substrat 50 gelangt und sich dort niederschlägt. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass keine Partikel auf das Substrat 50 fallen können. Übliche Vakuumkomponenten wie Pumpen, Schleusen, Vakuummessröhren, Gaseinlässe und dergleichen sind in der Figur nicht dargestellt.In 3a is in a vacuum recipient 100 a sputtering target 10 arranged in a so-called "sputter-up" configuration in which a substrate 50 over the sputtering source 10 is arranged and that of a surface to be removed 20 of the sputtering target 12 abraded material up to the substrate 50 arrives and settles there. This configuration has the advantage of no particles on the substrate 50 can fall. Conventional vacuum components such as pumps, locks, vacuum gauges, gas inlets and the like are not shown in the figure.

Das Zerstäubungstarget 12 ist von einer Umrandung 62 umgeben, die als Ring um das Zerstäubungstarget 12 gelegt ist und die beheizbar ist, was durch eine Heizeinrichtung 64 in der Umrandung 62 angedeutet ist. Die Heizeinrichtung 64 kann z. B. eine Strahlungsheizung sein oder eine Heizwendel, die durch Stromfluss erhitzt wird oder dergleichen. Die Umrandung 62 ist radial mit einem Abstand 64 zum Zerstäubungstarget 12 beabstandet. Der Abstand 62 liegt bevorzugt bei höchstens 50 mm, bevorzugt höchstens 45 mm, besonders bevorzugt höchstens 40 mm.The sputtering target 12 is from a border 62 surrounded as a ring around the sputtering target 12 is laid and the heatable, which is heated by a heater 64 in the border 62 is indicated. The heater 64 can z. B. be a radiant heater or a heating coil, which is heated by current flow or the like. The border 62 is radial with a distance 64 to the atomization target 12 spaced. The distance 62 is preferably at most 50 mm, preferably at most 45 mm, particularly preferably at most 40 mm.

Die Umrandung 62 ist mit ihrer dem Substrat 50 nächsten Kante 58 mit einem Abstand 68 beabstandet. Der Abstand 68 liegt bei höchstens 50 mm, bevorzugt höchstens 45 mm, besonders bevorzugt höchstens 40 mm und mindestens 2 mm, bevorzugt mindestens 3 mm, besonders bevorzugt mindestens 4 mm.The border 62 is with her the substrate 50 next edge 58 with a distance 68 beab standet. The distance 68 is at most 50 mm, preferably at most 45 mm, particularly preferably at most 40 mm and at least 2 mm, preferably at least 3 mm, particularly preferably at least 4 mm.

Zwischen der Oberfläche 20 des Zerstäubungstargets 12 und dem Substrat 50 liegt ein Abstand 66 von höchstens 94 mm, bevorzugt höchstens 90 mm, besonders bevorzugt höchstens 84 mm und mindestens 34 mm, bevorzugt mindestens 40 mm, besonders bevorzugt mindestens 44 mm.Between the surface 20 of the sputtering target 12 and the substrate 50 there is a gap 66 of at most 94 mm, preferably at most 90 mm, particularly preferably at most 84 mm and at least 34 mm, preferably at least 40 mm, particularly preferably at least 44 mm.

Das Zerstäubungstarget 12 ist auf einen Targetträger 14 mit einer Bondschicht 22 gebondet, die vorzugsweise eine Indium-Galliumlegierung aufweist. Der Targetträger 14 weist vorzugsweise eine Kühleinrichtung auf (nicht dargestellt). Mit einer Stromzuführung 60 kann die Kathodenzerstäubungsquelle 10 mit elektrischer Leistung versorgt werden, um im Vakuumrezipienten 100 ein Plasma zu zünden und einen Materialabtrag von der Oberfläche 20 des Zerstäubungstargets 12 zu ermöglichen.The sputtering target 12 is on a target carrier 14 with a bonding layer 22 bonded, which preferably comprises an indium-gallium alloy. The target carrier 14 preferably has a cooling device (not shown). With a power supply 60 can the sputtering source 10 be supplied with electrical power to vacuum in the recipient 100 ignite a plasma and remove material from the surface 20 of the sputtering target 12 to enable.

Die Umrandung 62 fluchtet in diesem Beispiel mit der Oberfläche des Zerstäubungstargets 12, kann diese jedoch auch überragen, wie in 3b dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine „sputter-down"-Konfiguration gewählt, bei der das Substrat 50 unterhalb der Kathodenzerstäubungsquelle 10 angeordnet ist. Das Substrat 50 ist hier auf einer Transportvorrichtung 70 mit einem Walzenbett mit einer Mehrzahl von parallel zur Walzenlängsachse angeordneten Walzen angeordnet, mit dem das Substrat 50 unter der Kathodenzerstäubungsquelle 10 vorbeigeführt werden kann. Eine Abschirmung 72 unterhalb des Substrats 50 schützt die Transportvorrichtung 70 vor einer ungewollten Kontamination mit Beschichtungsmaterial.The border 62 In this example, it aligns with the surface of the sputtering target 12 However, this can also tower over, as in 3b is shown. In this embodiment, a sputter-down configuration is selected in which the substrate 50 below the cathode sputtering source 10 is arranged. The substrate 50 is here on a transporter 70 arranged with a roller bed with a plurality of rollers arranged parallel to the roller longitudinal axis, with which the substrate 50 under the cathode sputtering source 10 can be passed. A shield 72 below the substrate 50 protects the transport device 70 from unwanted contamination with coating material.

Die Abscheidung des Beschichtungsmaterials vom Zerstäubungstarget 12 auf das Substrat 50 findet vorzugsweise bei Umgebungstemperatur statt, während die Kathodenzerstäubungsquelle 10 gekühlt wird. Nach der Abscheidung wird das beschichtete Substrat 50 einem Temperschritt unterzogen, bei der ein rasches Aufheizen mit RTA erfolgt (RTA = rapid thermal annealing), um die abgeschiedene Schicht in eine bessere Ordnung zu bringen und die Bildung der gewünschten Chalkopyritphase in der abgeschiedenen Schicht zu unterstützen. Bei der Abscheidung bei Umgebungsbedingungen ist die Schicht je nach Abscheidebedingungen zunächst relativ ungeordnet, mikrokristallin und möglicherweise sogar amorph.The deposition of the coating material from the sputtering target 12 on the substrate 50 preferably takes place at ambient temperature while the sputtering source 10 is cooled. After deposition, the coated substrate becomes 50 subjected to an annealing step in which RTA is rapidly heated (RTA) to better order the deposited layer and assist in the formation of the desired chalcopyrite phase in the deposited layer. When deposited at ambient conditions, the layer is initially relatively disordered, microcrystalline and possibly even amorphous, depending on the deposition conditions.

Bei schnellem Aufheizen kann sich die Kristallstruktur der Schicht durch Diffusionsprozesse der Komponenten in der Schicht und entsprechendes Kristallwachstum ordnen. Vorzugsweise erfolgt dies unmittelbar nach der Abscheidung, indem das beschichtete Substrat 50 auf eine Temperatur zwischen 300°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 500°C erhitzt wird. Dies kann durch Beheizung eines Substrathalters erfolgen, auf dem das Substrat 50 aufliegt, oder auch mittels Beheizung der Umrandung 62.With rapid heating, the crystal structure of the layer can be arranged by diffusion processes of the components in the layer and corresponding crystal growth. Preferably, this is done immediately after deposition by exposing the coated substrate 50 is heated to a temperature between 300 ° C and 600 ° C, preferably between 400 ° C and 500 ° C. This can be done by heating a substrate holder on which the substrate 50 rests, or by means of heating the border 62 ,

Bei einem Durchlaufprozess, bei dem ein oder mehrere Substrate 50 kontinuierlich oder diskontinuierlich unter der Kathodenzerstäubungsquelle 10 durchgeführt werden, ist es besonders günstig, den Temperschritt mittels der beheizten Umrandung 62 durchzuführen. Dabei wird das beschichtete Substrat 50 blitzartig erhitzt und die Kristallstruktur der Chalkopyritschicht ausgeheilt und kann beim Weitertransport abkühlen.In a continuous process, where one or more substrates 50 continuously or discontinuously under the cathode sputtering source 10 be carried out, it is particularly favorable, the annealing step by means of the heated border 62 perform. In this case, the coated substrate 50 heated in a flash and the crystal structure of the Chalkopyritschicht healed and can cool on further transport.

Claims

Atomization target of a sputtering source ( 10 ) with a sputtering material, wherein the sputtering material at least a first component ( 16 ) and a second component ( 18 ) and wherein a surface ( 20 ) of the sputtering material for removal during a coating process, characterized in that the first component ( 16 ) is more thermally conductive and / or electrically conductive than the second component ( 18 ) and each of the components ( 16 . 18 ) in each one area ( 30 . 40 ), the areas ( 30 . 40 ) a finely divided mixture on the surface ( 20 ) form.

Sputtering target according to claim 1, characterized in that the second component ( 18 ) granular in a coalescing matrix of the first component ( 16 ) is arranged.

Sputtering target according to claim 2, characterized in that an average diameter of grains of the second component ( 18 ) is at most about 20%, preferably about 15%, particularly preferably about 10% of a dark space distance, which in the intended use of the sputtering target ( 12 ) in a sputtering source ( 10 ) is adjustable.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the component (s) (s) ( 16 . 18 ) in the more electrically conductive and / or thermally conductive regions ( 30 ) is provided in an amount such that the electrical resistance of the mixture is at least 50% lower than the electrical resistance of the less electrically conductive and / or heat-conducting regions ( 40 ) alone.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the better electrically conductive and / or heat-conducting regions ( 30 ) at least partially contiguous paths ( 32 ) form.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the better electrically conductive and / or heat-conducting regions ( 30 ) additionally the second component ( 18 ) exhibit.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the less electrically conductive and / or heat-conducting regions ( 40 ) additionally the first component ( 16 ) exhibit.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two components ( 16 . 18 ) as essential constituents of one of the cathode sputtering source ( 10 ) to be deposited coating are provided.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two components ( 16 . 18 ) are present essentially as unalloyed and / or chemically unreacted constituents.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two components ( 16 . 18 ) are present as granules pressed together.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the component (s) ( 18 ) in the lower electrically conductive and / or less thermally conductive regions ( 40 ) has a melting point of less than 400 ° C.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that the component (s) ( 18 ) in the lower electrically conductive and / or lower heat-conducting regions ( 40 ) forms at least 50 vol% of the composite.

Sputtering target according to one of the preceding claims, characterized in that one of the components ( 16 . 18 ) at least one of the group of selenium is sulfur and one of the components ( 16 . 18 ) at least one of the group is of copper, indium, gallium, aluminum.

sputtering according to claim 13, characterized in that selenium and copper in a mixture with in a ratio of at least 70 vol% Selenium is present.

sputtering according to one of the preceding claims, characterized in that in selenium grains at least one of the metals copper, indium, gallium, aluminum is included.

sputtering according to one of the preceding claims, characterized in that a metallic matrix in which selenium grains are embedded, selenium is included.

Sputtering source with a sputtering target ( 12 ) formed according to at least one of claims 1 to 16.

Sputtering source according to claim 17, characterized in that the sputtering target ( 12 ) from a border ( 62 ), which has a surface to be removed ( 20 ) of the sputtering target ( 12 ) leaves free.

Sputtering source according to claim 18, characterized in that the border ( 62 ) spaced from the sputtering target ( 12 ) is arranged.

Sputtering source according to claim 19, characterized in that the border ( 62 ) from the sputtering target ( 12 ) is spaced at most 50 mm, preferably at most 45 mm, particularly preferably at most 40 mm.

Sputtering source according to one of claims 18 to 20, characterized in that the border ( 62 ) is heated.

Sputtering source according to one of Claims 17 to 21, characterized in that the sputtering target ( 12 ) on a target carrier ( 14 ) is bonded with a low melting alloy.

cathodic sputtering according to one of the claims 17 to 22, characterized in that the alloy constituents the layer to be deposited and / or compatible components.

Sputtering system with a cathode sputtering source ( 10 ) according to at least one of claims 17 to 23 and a sputtering target ( 12 ) according to at least one of claims 1 to 16 is formed.

Sputtering apparatus according to claim 24, characterized in that the sputtering target ( 12 ) from a border ( 62 ), wherein a substrate to be coated ( 50 ) nearest edge ( 58 ) of the border ( 62 ) at most 50 mm, preferably at most 45 mm, particularly preferably at most 40 mm and at least 2 mm, preferably at least 3 mm, more preferably at least 4 mm.

Sputtering apparatus according to claim 24 or 25, characterized in that a distance between the substrate to be coated ( 50 ) and a surface to be removed ( 20 ) of the sputtering target ( 12 ) is at most 94 mm, preferably at most 90 mm, particularly preferably at most 84 mm and at least 34 mm, preferably at least 40 mm, particularly preferably at least 44 mm away.

Sputtering apparatus according to one of claims 24 to 26, characterized in that at least one cathode pair with two sputtering targets ( 12 ) according to at least one of claims 1 to 16, wherein each sputtering target ( 12 ) of a pair is connected to another pole of a common AC source.

Sputtering apparatus according to one of claims 24 to 27, characterized in that the substrate ( 50 ) above the sputtering target ( 12 ) is arranged.

Method for producing a sputtering target ( 12 ) according to one of claims 1 to 16 of a cathode sputtering source ( 10 ) according to one of claims 17 to 23 for the preparation of a chalcopyrite layer, comprising the steps of providing a powder of selenium and a powder with at least one metal from the group copper, indium, gallium, aluminum with a selenium content of more than 50 vol%; - Making a mixture of the powders, wherein the powders are solidified by thermal spraying and / or pressing the powder.

Process for producing a chalcopyrite layer of a photoabsorber by means of a sputtering target ( 12 ) according to one of claims 1 to 16 of a cathode sputtering source ( 10 ) according to any one of claims 17 to 22, comprising the steps of - coating a substrate ( 50 ) with the atomization target ( 12 ) dusted components ( 16 . 18 ), wherein the coating is carried out at ambient temperature, - subsequent tempering of the coated substrate ( 50 ) at elevated temperature.

Method according to claim 30, characterized in that the substrate ( 50 ) is subjected to a rapid heating step after coating.

Process according to claim 30 or 31, characterized in that as substrate ( 50 ) a glass substrate, a plastic substrate or a metal substrate is used.