CN101874293A - 等离子体成膜方法以及等离子体cvd装置 - Google Patents
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Abstract
在利用电容耦合型等离子体CVD装置的成膜过程中，藉由对低频RF电源进行脉冲控制而在产生电弧放电之前周期性地抑制高温电子的密度，藉此，可抑制电弧放电的产生。脉冲控制中，将实施电力供给的接通时间与停止电力供给的断开时间作为一个期间，以周期性地反复实施电力供给。脉冲控制中，将停止电力供给之后的等离子体中的电子密度的下降过程中、电子密度自停止电力供给起直至达到产生电弧放电的残留等离子体临限值为止的时间，与停止电力供给之后的等离子体中的高温电子的密度下降过程中、自停止电力供给起直至达到特定的等离子体状态为止的时间之间的时间间隔，作为停止电力供给的断开时间，并将开始电力供给之后等离子体中的高温电子密度的上升过程中的饱和时间作为电力供给的接通时间的上限，在上述条件下间断地供给电力。
Description
技术领域
本发明关于一种利用电容耦合型等离子体化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)技术在基板上形成薄膜的等离子体成膜方法以及等离子体CVD装置，且关于一种可用于形成结晶系太阳电池的反射膜中所使用的氮化膜的成膜方法以及成膜装置。
背景技术
已知有在基板上进行成膜来制造薄膜等的成膜装置。此种成膜装置有等离子体CVD装置，可用于制造太阳电池用薄膜、液晶显示器等中所使用的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，TFT)阵列等的各种半导体。
连续式(in-line)的等离子体CVD装置具备装载室、反应室以及卸载室，一边使载置于载盘(tray)等基座(susceptor)上的基板在上述装载室、反应室以及卸载室中依序移动一边对此基板实施处理，藉此形成薄膜。装载室中设置有灯加热器(lamp heater)，在载盘上载置有基板的状态下对此基板进行加热并将其搬入至真空腔室内，进而再将其搬入至成膜室内。成膜室中，一边导入包含构成薄膜材料的元素的一种或多种化学物气体，一边利用高频电力的电容耦合等离子体来分解上述气体，在基板上形成由化学蒸镀(CVD)而得的薄膜。自卸载室中搬出形成有薄膜的基板。
图9是表示真空腔室内具备成膜室以及加热室的CVD装置的一构成例的图。图9所示的CVD装置101的构成为：连续地排列着预备加热室102(102A、102B)、成膜室103(103A、103B)以及卸载室104，一边搬送载置于载盘109上的基板120且一边对基板120进行预备加热，之后成膜。在预备加热室102以及成膜室103内，设置有加热器107。
基板120在成膜室103中进行成膜之后，被自卸载室104中导出，与载盘109分离后被送至后续工艺(图中未示)。另一方面，基板120已分离的载盘109藉由载盘回程皮带105而返回，并藉由基板移载装置106而载置了未经处理的基板120之后被导入至预备加热室102内，且对所载置的基板120实施成膜处理。
成膜室103内被导入了气体，并且自射频(Radio Freqency，RF)电源103a将匹配箱103c中经阻抗匹配的RF电力施加于高频电极103d，从而形成等离子体。先前，RF电源连续地对高频电极施加RF电力。
等离子体CVD装置的成膜过程中，为了提高成膜速度，必须增大所施加的电力。然而存在如下问题：若增大了施加的电力，则电弧放电的异常放电的产生率会变高。
先前，作为抑制电弧放电的方法，主要采用的是如下方法：为了保护RF电源，在产生电弧放电时切断电源，当经过特定时间之后重新启动电源。图10(a)、图10(b)是用来控制先前的电弧放电的抑制的图。图10(a)表示自负载返回到RF电源的RF反射电力的状态，图10(b)表示自RF电源输入给负载的RF输入电力的状态。
当产生电弧放电时，由负载返回到电源的RF反射电力增大。RF电源检测该RF反射电力，并将所检测到的RF反射电力与预先设定的设定值进行比较，根据RF反射电力超过设定值而检测出产生电弧放电(图10(a)中的A)。当RF电源检测到电弧放电的产生时，进行如下电力控制：停止对负载供给RF电力((图10(b)中的B)并将电力切断特定时间(例如0.01sec)(图10(b)中的C)，由此使电弧放电消失，此后，使输入电力缓慢地增加至电力设定值为止(图10(b)中的D、E)，从而进行电力恢复。
然而，如上所述，藉由监控RF反射电力来检测电弧放电的产生、并在产生电弧放电之后切断电力的控制方法，存在如下问题：只要至少产生一次电弧放电，那么，若未再发生电弧放电，则将无法抑制此后产生的电弧放电；而且，当电弧放电再次产生时，必须实施电力控制，以随时切断电力。然而，不能作为反射电力而观测到的微电弧放电的产生不会受到抑制。
而且，提出了在等离子体CVD装置的电力施加过程中使用交流波形以外的波形。例如提出，代替交流波形而使用将电压脉冲化而使电压的上升时间变得迅速的脉冲，藉此容易产生等离子体。
而且提出，代替连续施加RF电力，而在即将进行电弧放电之前间歇性地切断施加脉冲电压，来防止电弧放电化而持续进行稳定的辉光放电(glowdischarge)。而且亦揭示出，藉由设置成以适当的时间间隔而停止施加电压之间歇供电，来防止电弧放电(参照专利文献1)。
而且提出，藉由在相向电极间施加脉冲状的电场而使原料气体成为辉光放电等离子体，由此，在不含有氦气等的成分自等离子体放电状态至电弧放电状态为止的时间较长的环境下，藉由在进行电弧放电之前停止放电、之后再次开始放电的循环而产生稳定的放电等离子体；以及，较理想的是，脉冲电场的上升时间(电压(绝对值)连续增大的时间)以及下降时间(电压(绝对值)连续减小的时间)小于等于100μs；以及，一个脉冲持续时间小于等于200μs(参照专利文献2)。
专利文献1：日本专利特开2004-14494号公报(段落0005、段落0011、段落0014)
专利文献2：日本专利特开2002-110587号公报(段落0011、段落0051、段落0055)
图11是表示辉光放电等离子体的电子温度的能量分布图。图11中，对于高密度低电子温度等离子体而言，电子以较高的密度而分布于电子温度较低的区域，另一方面，对于低密度高电子温度等离子体而言，电子以较高的密度而分布于电子温度较高的区域。此处，例如若以13.56MHz与250KHz的频率进行比较，则利用13.56MHz频率的RF电源的等离子体CVD装置形成高密度低电子温度等离子体，另一方面，利用250KHz频率的RF电源的等离子体CVD装置形成低密度高电子温度等离子体。
利用通常的工业频率、即13.56MHz的RF电源的等离子体CVD装置中，对于辉光放电等离子体而言，即便切断电力，等离子体亦不会瞬间消失，而是在100μsec～150μsec左右的时间内维持等离子体状态。一般而言，其原因在于，等离子体中由于离子与电子的再结合、电子于壁面上的扩散消失、电子与中性气体分子的结合等而使等离子体密度逐渐减小，从而无法维持等离子体，使等离子体消失。
若切断能量供给，则电子的振动能量会瞬间消失，因此，有可能引起电弧放电的微量的高温电子的能量，在远小于等离子体整体密度的减少时间的短时间内消失。
因此，对于高密度低电子温度等离子体而言，在切断电力之后150μsec间的大部分时间内，残留等离子体中低温电子占据了大部分，高温电子的密度较低，故成为难以产生电弧放电的状态。
众所周知，使用等离子体CVD薄膜形成装置时，有时电弧放电是由高温电子引起的，因此，利用频率大于等于13.56MHz的RF电源来形成高密度低电子温度等离子体时，如先前技术中所述，藉由切断电力来使等离子体中的高温电子消失，从而使电弧放电消失。
当使用250KHz之类的低频率的RF电源时，等离子体的特性是低密度高电子温度等离子体，故电子温度分布于温度较高之侧，容易产生电弧放电。
关于利用150kHz～600kHz左右的低频RF电源的电容耦合型等离子体，通常是低密度、高电子温度的等离子体。
在形成结晶系太阳电池用氮化膜时所使用的电容耦合型等离子体CVD装置中，使用的是将150KHz～600kHz左右的低频RF电源的RF电力供给至电极而形成等离子体的电容耦合式等离子体，该等离子体通常为低密度、高电子温度。如图11所示，低密度高电子温度的等离子体是存在着能量较高的高温度电子的等离子体，故成为容易产生电弧放电的状态。
进而，在形成结晶系太阳电池用氮化膜时，CVD工艺中的基板温度为大于等于400℃的高温，所形成的氮化膜为绝缘性的膜，且电极面积较大，大于等于边长1m的正方形，故在CVD工艺时容易产生电弧放电的条件亦提高。
因此，利用低频RF电源的电容耦合型等离子体装置来形成结晶系太阳电池用氮化膜时，可视为处于极其容易产生电弧放电的环境下。
CVD工艺中，若在电极表面、基板上、基板附近、成膜室的内部或壁面等上产生电弧放电，则存在无法生成均匀的薄膜的问题，此外，还存在由于电弧放电而产生大量的微粒(particle)的问题。该由于电弧放电所产生的微粒不仅成为基板缺陷的重要原因，还导致CVD工艺自身难以持续进行。
检测电弧放电的产生，并在每次检测到电弧放电时切断电力，藉此使电弧放电消失，此种先前所知的电弧放电抑制方法中，有时无法避免微粒的产生，且由于电弧放电而对基板造成损伤。而且，由于局部产生的电弧放电而等离子体的均匀性被破坏，无法确保薄膜的均匀性。进而，不能作为反射电力来观测的微电弧放电的产生不会受到抑制。
而且，专利文献1中揭示出，以适当的时间间隔来停止施加电压而设置成间歇供电，藉此来防止电弧放电，但关于如何选择间断时间并无具体例示。而且，专利文献2中例示出：使上升时间(电压(绝对值)连续增大的时间)以及下降时间(电压(绝对值)连续减小的时间)小于等于100μs，使施加一定电压的时间范围为3mμs～200mμs，然而，关于以何种基准来决定切断时间或施加一定电压的施加时间、以及具体的数值，并无明确表述。
发明内容
因此，本发明的目的在于，为了解决上述课题，在藉由采用低频RF电源的电容耦合型等离子体装置来形成结晶系太阳电池用氮化膜时，避免产生电弧放电。
更详细而言，本发明的目的在于，在电弧放电产生(亦包括不能作为反射电力而观测到的微电弧放电的产生)之前，周期性地抑制高温电子的生成，藉此避免产生电弧放电。
本发明中，在利用电容耦合型等离子体CVD装置的成膜过程中，藉由对低频RF电源进行脉冲控制，而在电弧放电产生之前周期性地抑制高温电子，藉此避免产生电弧放电。
本发明的成膜方法的态样是利用电容耦合型等离子体CVD装置的成膜方法，其中，藉由脉冲控制来间断性地对电容耦合型等离子体CVD装置所具备的电极供给电力。该脉冲控制中，将实施电力供给的接通时间与停止电力供给的断开时间作为一个期间，周期性地反复实施电力供给。
停止电力供给的断开时间设定在介于下限时间与上限时间之间的时间范围内，而实施电力供给的接通时间设为上限时间。
停止电力供给的断开时间的下限时间设定为如下时间：自停止电力供给之后，高温电子的密度下降且直至达到不产生电弧放电的等离子体状态所需要的时间。
若以短于该下限时间的时间来停止电力供给，则高温电子的密度尚未充分下降至不产生电弧放电的等离子体状态，故当重新施加电力时可能会产生电弧放电。
另一方面，在将停止电力供给的时间设定成下限时间或长于下限时间的时间时，等离子体中的高温电子的密度会下降至不产生电弧放电的等离子体状态为止，故可抑制重新施加电力时产生电弧放电。
停止电力供给的断开时间的上限时间是，自停止电力供给之后，电子密度下降且直至达到难以维持等离子体为止所需要的时间，可在等离子体中的电子密度与停止电力供给的断开时间的关系下，根据高温电子达到维持等离子体的界限时的残留等离子体临限值的时间来决定。
若超过该上限时间而停止电力供给，则等离子体中的电子密度会下降，而导致无法维持等离子体。
另一方面，在将停止电力供给的时间设为上限时间或短于上限时间的时间时，等离子体中的电子密度不会低于残留等离子体临限值，故可维持等离子体，只要仅重新施加电力便可连续地进行成膜。
实施电力供给的接通时间的上限时间，是自开始电力供给之后电子温度上升直至高温电子的温度饱和为止的时间，可在等离子体中的高温电子的密度与供给电力的接通时间的关系下，根据比高温电子的密度达到饱和的时间更短的时间来决定。
若超过该上限时间来实施电力供给，则等离子体中的高温电子的密度上升而容易产生电弧放电。另一方面，当将实施电力供给的时间设成该上限时间或短于该上限时间的情况下，高温电子的密度不会达到饱和，故可抑制电力供给过程中产生电弧放电。
而且，藉由进行上述脉冲控制，可施加比先前更大的RF电力而不会产生电弧放电，从而可由成膜速度的提高而使生产性提高。
利用本发明的电容耦合型等离子体CVD装置来进行成膜的方法中所实施的脉冲控制中，停止电力供给的断开时间设定在以20μsec为下限时间、以50μsec为上限时间的时间范围内，且实施电力供给的接通时间是以1000μsec设定为上限时间，在此条件下间断地供给150kHz～600kHz的低频RF电力。
而且，本发明的等离子体CVD装置的态样中，等离子体CVD装置具备：成膜室，内部设有RF电极，藉由等离子体CVD在与RF电极相向配置着的基板上形成薄膜；RF电源，对RF电极供给低频RF电力；以及脉冲控制部，对由RF电源对RF电极的电力供给来进行控制。
RF电源输出150kHz～600kHz的低频RF电力。脉冲控制部，在使断开时间为20μsec～50μsec、使接通时间为小于等于1000μsec的条件下，对低频RF电力进行脉冲控制，藉由该脉冲控制而形成间断的脉冲电力。
电容耦合型等离子体CVD装置中，在形成结晶系太阳电池用氮化膜的成膜工艺中，在CVD工艺中基板的温度设为大于等于400℃。成膜室内，使CVD工艺中基板的温度大于等于400℃，在基板上形成结晶系太阳电池用氮化膜。
[发明的效果]
根据本发明的等离子体成膜方法以及等离子体CVD装置，在利用低频RF电源的电容耦合型等离子体装置来形成结晶系太阳电池用氮化膜的情形时，可在基板上形成氮化膜而完全不会产生电弧放电。
更详细而言，根据本发明的等离子体成膜方法以及等离子体CVD装置，可在电弧放电产生之前，周期性地抑制高温电子，从而避免产生电弧放电。
附图说明
图1是用以说明本发明的等离子体CVD装置的概略构成的图。
图2是用以说明RF电力的脉冲控制的图。
图3是表示停止电力供给之后等离子体中的电子密度变化的图。
图4是表示停止电力供给之后等离子体中的电子温度变化的图。
图5是表示由本发明的电子密度及电子温度所决定的断开时间的范围的图。
图6是用以说明本发明的接通时间的图。
图7是用以说明本发明的脉冲控制下的ON duty与成膜速度间的关系的图。
图8是表示本发明的脉冲控制下的相对于ON duty的成膜速度的关系的一例图。
图9是表示先前的真空腔室内具备成膜室以及加热室的CVD装置的一构成例图。
图10是用以控制先前的电弧放电的抑制的图。
图11是表示辉光放电等离子体的电子温度的能量分布的图。
1：等离子体CVD装置 2、2A、2B：预备加热室
3、3A、3B：成膜室 3a：RF电源
3b：脉冲控制部 3c：匹配箱
3d：高频电极 4：卸载室
5：载盘回程皮带 6：基板移载装置
7：加热器 9：载盘
20：基板 101：等离子体CVD装置
102：预备加热室 103：成膜室
103a：RF电源 103c：匹配箱
103d：高频电极 104：卸载室
105：载盘回程皮带 106：基板移载装置
107：加热器 109：载盘
120：基板
具体实施方式
以下，参照图式并对本发明的实施形态加以详细说明。
图1是用以说明本发明的等离子体CVD装置的概略构成图。再者，图1所示的等离子体CVD装置表示连续式的构成例。
图1所示的等离子体CVD装置1中，连续地(in-line)排列着预备加热室2(2A、2B)、成膜室3(3A、3B)以及卸载室4，一边搬送载置于载盘9上的基板20且一边在预备加热之后实施成膜。自卸载室4搬出的载盘9，在已成膜的基板20移开之后，藉由载盘回程皮带5而返回到基板移载装置6中，在载置未成膜的基板20之后，将该未成膜的基板20搬入至预备加热室2内。
未经处理的基板20是藉由基板移载装置6而载置于以碳为主要成分的载盘9(受体，receptor)上，并被导入至预备加热室2中。图1所示的构成例中，预备加热室2是由预备加热室2A、预备加热室2B该两者串联而构成的。预备加热室2A、2B中，例如在真空腔室内具备加热器7。
被导入至预备加热室2A、2B内的载盘9，受到加热器7的加热，被控制为适于在成膜室3中进行CVD处理的温度。加热器7分别设于预备加热室2A、预备加热室2B中，藉由两段加热可容易地进行温度控制的调整，例如，可藉由预备加热室2A的加热器7而使温度高速上升，之后，藉由预备加热室2B的加热器7而将温度调整为特定的温度。
而且，预备加热室2A、2B中，可设置向真空腔室内导入氢气或氦气等的导入机构(图中未示)。预备加热室2A、2B内，藉由在加热处理过程中导入热传导率良好的氢气，可提高加热效率，缩短处理时间，并且可简化加热装置。而且，藉由在预备加热室2A、2B内导入氦气等，来进行温度控制。
将预备加热室2中受到加热的载盘9以及基板20导入至成膜室3内。图1所示的构成例中，成膜室3由成膜室3A、成膜室3B该两者串联而构成的。成膜室3A、成膜室3B中的真空腔室内具备加热器7。
成膜室3A、3B具备高频电极3d，例如，藉由在所取入的基板上形成由等离子体CVD所得的SiN薄膜，而在多晶硅基板上形成SiN反射膜(氮化硅反射膜)。加热器7维持在等离子体CVD的工艺温度。
而且，成膜室3A、成膜室3B中，可设置向真空腔室内导入氢气或氦气等的导入机构(未图示)。
成膜室3A、成膜室3B内，在加热处理过程中导入热传导率良好的氢气，藉此可提高加热效率，缩短处理时间，并且可简化加热装置。而且，藉由向成膜室3A、成膜室3B内导入氦气等来进行温度控制。
再者，成膜室3A、成膜室3B中，可视需要进行成膜处理。例如，适合用于在成膜室3A、成膜室3B中分别进行不同的薄膜的成膜处理的态样，或者在成膜室3A、成膜室3B中以两个阶段进行同种薄膜的成膜处理的态样等。图1中，表示分别有2个预备加热室以及成膜室的示例，但亦可分别有1室，此外亦可分别构成为3室或3室以上的多个室。
设置于成膜室3内的高频电极3d，与和载盘9一并支撑着基板20的电极(图中未示)相向配置着，以构成电容耦合型等离子体CVD装置。由设置于成膜室3的真空腔室外侧的RF电源3a，来对高频电极3d供给RF电力。RF电源3a是输出150kHz～600kHz左右的低频RF电力的电源。RF电源3a上连接着脉冲控制部3b，且经由匹配箱3c而对高频电极3d供给经脉冲控制的低频RF电力，从而形成电容耦合等离子体。
脉冲控制部3b进行控制，以间断地供给低频RF电力，且藉由反复循环实施电力供给的期间与不实施电力供给的期间，来对高频电极3d间断地施加电力，以代替连续地施加电力。
图2是用以说明RF电力的脉冲控制的图。图2(a)表示用以对RF电力进行脉冲控制的控制脉冲信号的示例，图2(b)表示经脉冲控制的RF电压的波形例。
控制脉冲信号是反复循环着接通脉冲与断开脉冲的信号。控制脉冲信号在接通脉冲的期间内，将由RF电源3a输出的RF电力供给至高频电极3d。另一方面，在断开脉冲的期间(以下称为断开时间)内，停止由RF电源3a对高频电极3d供给电力。再者，图2(b)中表示如下情形：在断开脉冲的期间(以下称为接通时间)内，电场衰减至无法生成等离子体的程度的充分小的程度。
图2表示将接通时间设为小于等于1000μsec、将断开时间设为20μsec～50μsec的时间范围的示例。以下，就该接通时间与断开时间加以说明。
本发明的脉冲控制中，将停止电力供给之后等离子体中的高温电子的密度下降时，高温电子的密度自停止电力供给起直至达到特定的等离子体状态为止所需要的时间(下限时间)、与电子密度自停止电力供给起直至达到维持等离子体的界限时的残留等离子体临限值为止所需要的时间(上限时间)之间的时间间隔，作为停止电力供给的断开时间，而且，将开始电力供给之后等离子体中的高温电子的密度上升时，高温电子的密度达到饱和所需要的时间作为电力供给的接通时间的上限，在断开时间以及接通时间的条件下间断地实施电力供给，藉此来抑制电弧放电的产生。
此处，所谓特定的等离子体状态，是指高温区域的电子充分消失、可充分抑制由高温电子所引起的电弧放电的状态的、表现出“所谓低温等离子体”状态的状态。
图11表示低温区域至高温区域为止的电子密度的分布状况。根据该电子密度的分布，可认为，随着时间的流逝，低温区域、高温区域等任一区域中的电子均同样会逐渐消失，经过某段时间后电子温度分布仅残留于低温区域。后述图3相当于每一时间的电子密度的积分值及其平均电子温度。但是，可以说，图11未示的大于等于50eV的区域中存在密度高的区域。
而且，通常，该电子密度的分布中，并非各电子各自的电子温度有变化(下降)，而是由能量或温度的高低所区分的各区域的电子数(电子密度)的绝对数有变化，因此，等离子体整体是表示为电子温度的平均值而以低温或高温来表示。
图3、图4以及图5是用以说明断开时间的图，图3表示停止电力供给之后等离子体中的电子温度的变化，图4表示停止电力供给之后等离子体中的电子密度的变化，图5是表示由电子密度及电子温度所决定的断开时间范围的图。
为了抑制电弧放电的产生，要求等离子体中的高温电子的密度较低。图3所示的等离子体中的电子温度变化过程中，切断RF电源之后，电子温度急遽下降，直至例如小于等于2eV。图3中，超过20μsec之后，等离子体中的电子被不产生电弧放电的程度的低温电子所占据。因此，将自停止电力供给起直至高温电子的密度达到特定的等离子体状态为止所需要的时间，设定为脉冲控制的断开时间的下限值。根据图3之例，可将20μsec定为断开时间的下限值。
而且，即便切断RF电力亦必须维持等离子体。在图4所示的等离子体中的电子密度的变化过程中，切断RF电力之后，等离子体密度(电子密度)大致呈线状下降。图4中，等离子体密度(电子密度)自初始的等离子体密度起呈线状下降。
切断RF电力之后残留的等离子体密度中，将可维持等离子体的边界的密度作为残留等离子体临限值(图4中的链线所示)。只要等离子体密度大于等于残留等离子体临限值则可维持等离子体，藉由在此状态下重新施加电力，可继续生成等离子体。另一方面，当等离子体密度小于残留等离子体临限值时，难以维持等离子体。因此，将等离子体密度(电子密度)达到残留等离子体临限值的时间作为上限值，在达到该上限值之前停止电力切断而重新施加电源，藉此可继续生成等离子体。本发明的利用低频RF电源的等离子体CVD装置，形成的是低密度高电子温度等离子体，因此，根据图4中的实线所示的电子密度的变化，来决定断开时间的上限值。以实线所示的电子密度的变化，在约50μsec处与表示残留等离子体临限值的线相交。因此，此处可将50μsec定为断开时间的上限值。
再者，自切断RF电力起直至等离子体密度下降至残留等离子体临限值为止所需要的断开时间，依存于等离子体密度的初始值的多少，等离子体密度的初始值较多的情形时的断开时间，长于等离子体密度的初始值较少的情形时的断开时间。图4中，以虚线表示等离子体密度的初始值较多的情形，以实线表示等离子体密度的初始值较少的情形。
藉由图3中所决定的断开时间的下限值以及图4中所决定的断开时间的上限值，可决定对RF电力进行脉冲控制时的断开时间的范围。图5表示该断开时间的范围。
图5中，RF电力的脉冲控制的断开时间，设定在介于图中的下限值与上限值之间的范围内。下限值是由高温电子的密度低于特定密度时的断开时间所决定的，上限值是由等离子体密度(电子密度)低于残留等离子体临限值时的断开时间所决定的。
图6是用以说明接通时间的图，表示开始电力供给之后等离子体中的电子温度的变化。图6中，当施加RF电力之后，等离子体中的电子温度缓慢升高。若等离子体中的高温电子长时间维持密度较高的状态，则高温电子的存在机率增大，产生电弧放电的可能性增大。此处，将高温电子的密度达到饱和的饱和时间作为上限时间的标准，在达到该饱和时间之前中断电力供给，藉此来抑制电弧放电的产生。图6中，将高温电子的密度达到饱和的饱和时间定为1000μsec，将该1000μsec设定为接通时间的上限值。
其次，就本发明的等离子体CVD的成膜速度进行说明。
为了提高成膜速度，必须增大所施加的电力。脉冲控制中，所施加的电力的程度可由接通时间比率(ON duty)来表示。此处，接通时间比率(ONduty)可用下式来表示。
ON duty＝接通时间/(接通时间+断开时间)
成膜速度与ON duty成正比例，故可藉由提高ON duty来提高成膜速度。
若仅仅提高ON duty则会产生电弧放电，故，本发明中，藉由使ON duty最适化而同时实现电弧放电的抑制以及成膜速度的提高。
图7(a)、图7(b)是用以说明脉冲控制中的ON duty与成膜速度的关系的图，图7(a)表示脉冲控制与断开时间的范围的关系，图7(b)表示脉冲控制与接通时间的关系。再者，图7中的纵轴的Dep.rate表示成膜速度。
图7(a)表示在成膜速度与ON duty的关系下由断开时间所决定的ON
duty的范围。图7(a)所示的ON duty的范围，满足上述抑制电弧放电的断开时间的上限值与下限值的范围。藉由设定成处于该ON duty范围内的最高的ON duty值，可抑制电弧放电并且提高成膜速度。
而且，图7(b)是表示在成膜速度与ON duty的关系下，接通时间的大小与成膜速度的关系。图7(b)所示的ON duty的范围根据上述抑制电弧放电的接通时间的长短而变化，接通时间越长则ON duty范围越靠近高成膜速度侧。
因此，藉由将断开时间设为下限值、将接通时间设为上限值来设定ON
duty，可抑制电弧放电并且提高成膜速度。
图8中将输入电力作为参数，来表示成膜速度与接通时间比率(ON duty)的关系的一例。
图8中，表示输入电力为800W时(图中的实线所示)、输入电力为1200W时(图中的链线所示)、以及输入电力为2000W时(图中的虚线所示)的各种情况下的关系。
例如，当将所施加的RF电力的界限设为900W时，根据本发明，即便RF电力的大小超过此界限，亦可施加电力而不会产生电弧放电，可藉由提高施加电力值来提高成膜速度。
根据本发明的态样，藉由使RF电力的脉冲控制最适化，可生成等离子体而完全不会产生电弧放电。藉此，可实现抑制微粒的产生、确保薄膜厚度的均匀性、避免基板的损伤等效果，而且，可减少堆积膜自周边部的剥离，利用等离子体CVD装置的维护周期的长期化而提高生产性。
又，先前，为了避免产生电弧放电而限制了RF电力的施加量，故而难以提高成膜速度，而藉由本发明的脉冲控制的RF电力的最适化，可施加与先前相同或较先前更大的RF电力，从而可大幅提高成膜速度，以提高生产性。
[产业上的可利用性]
本发明不仅针对太阳电池用薄膜，亦可应用于在基板上生成不同膜厚的成膜处理中，且可应用于溅镀装置、CVD装置、灰化(ashing)装置、蚀刻装置、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy，MBE)装置、蒸镀装置等中。
Claims (5)
1.一种等离子体成膜方法，其是利用电容耦合型等离子体CVD装置的成膜方法，此等离子体成膜方法的特征在于：
藉由脉冲控制，对上述电容耦合型等离子体CVD装置所具备的电极间断地供给电力，
上述脉冲控制中，
将停止电力供给之后等离子体中的电子温度的下降过程中、自停止电力供给起至高温电子的密度下降直至达到不产生电弧放电的等离子体状态所需要的时间作为下限时间，将电子密度自停止电力供给起直至达到难以维持等离子体的残留等离子体临限值为止的时间作为上限时间，将上述下限时间与上述上限时间的时间间隔作为停止电力供给的断开时间，
将在开始电力供给之后的等离子体中的电子温度的上升过程中、高温电子的密度达到饱和的时间作为电力供给的接通时间的上限，在上述条件下间断地供给电力，藉此来抑制电弧放电的产生。
2.一种等离子体成膜方法，其是利用电容耦合型等离子体CVD装置的成膜方法，
此等离子体成膜方法的特征在于：
藉由脉冲控制，对上述电容耦合型等离子体CVD装置所具备的电极间断地供给电力，
上述脉冲控制中，在停止电力供给的断开时间为20～50μsec、实施电力供给的接通时间小于等于1000μsec的条件下，间断地供给150kHz～600kHz的低频RF电力，藉此可抑制电弧放电的产生。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体成膜方法，其特征在于其中上述电容耦合型等离子体CVD装置形成结晶系太阳电池用氮化膜，CVD工艺中基板的温度大于等于400℃。
4.一种等离子体CVD装置，其特征在于，包括：
成膜室，内部设有RF电极，且在与该RF电极相向配置着的基板上藉由等离子体CVD而形成薄膜；
RF电源，对上述RF电极供给低频RF电力；以及
脉冲控制部，对于上述RF电源对RF电极的电力供给进行控制；且
上述RF电源输出150kHz～600kHz的低频RF电力，
上述脉冲控制部在断开时间为20μsec～50μsec、接通时间小于等于1000μsec的条件下，对上述低频RF电力进行脉冲控制而形成间断的脉冲，藉此来抑制电弧放电的产生。
5.根据权利要求4所述的等离子体CVD装置，其特征在于其中上述成膜室中，使CVD工艺中基板的温度大于等于400℃，在基板上形成结晶系太阳电池用氮化膜。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111130 Termination date: 20200226 |
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