TW201319301A - 成膜方法及記憶媒體 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題是在於利用電漿CVD法，將例如成為太陽電池的發電層的矽膜成膜時，可控制矽膜的結晶性之成膜方法。其解決手段是組合：第1工程(預混合)，其係預先混合氫氣及甲矽烷氣體，使此混合氣體電漿化，在基板(S)上將矽膜(F1)成膜；及第2工程(後混合)，其係分別供給氫氣及甲矽烷氣體而使電漿化，將矽膜(F2)成膜。組合的例子可舉：在基板(S)上藉由預混合來將矽膜(F1)成膜，在該矽膜(F1)上藉由後混合來將矽膜(F2)成膜之方法，在基板(S)上將矽膜(F1)及(F2)交替成膜複數次之方法等。
Description
本發明是有關使矽烷氣體電漿化，而將矽膜成膜的技術。
薄膜矽太陽電池與大型的結晶矽太陽電池作比較，矽的消費量少，大面積化比較容易，且製造成本也低，因此近年來被廣泛地研究。例如串聯型的薄膜矽太陽電池(以下簡稱太陽電池)是在微結晶矽膜的上面層疊非晶形矽膜，在各層吸收不同波長域的光，藉此提高光能量的變換效率者。
成為薄膜矽太陽電池的發電層的微結晶矽膜的成膜方法是採用例如使用甲矽烷(SH4)氣體及氫(H2)氣體來使矽堆積於基板上的電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法。此情況來自SiH4或H2的多樣的活性種會被生成，但其中使微結晶矽膜成長的支配性的活性種為SiH3。SiH3以外的Si或SiH，SiH2等的活性種是持未鍵結部(懸浮鍵)的狀態下被取入至膜中，而引起微結晶矽膜的缺陷密度的增加。並且，該等的活性種會重合而生成SinH2n+2(n=2，3，4...)這樣的高次矽烷，該等被取入至膜中，或此高次矽烷更成長而以微粒子化的狀態被取入時也是成為微結晶矽膜的缺陷密度的增加的主要因素。
在專利文獻1是記載：藉由高頻放電來使氫氣電漿
化，且將SiH4氣體供給至比其電漿生成空間更靠基板側，一邊抑制電漿之SiH4的過度分解，一邊使H2的活性種反應的方法。
若根據此方法，則可提高活性種中的SiH3的比例，可使矽膜中的缺陷密度降低，但為了使太陽電池的電氣的特性提升，須要一面維持低的缺陷密度，一面提高矽膜的結晶性，此點被要求更進一步的檢討。
〔專利文獻1〕特開2011-86912號公報
本發明是在如此的背景之下研發者，其目的是在於提供一種利用電漿CVD法來將矽膜成膜時，可控制矽膜的結晶性之成膜方法及記憶實施此方法的程式之記憶媒體。
本發明的成膜方法，係藉由電漿來對被載置於處理容器內的基板進行成膜之方法，其特徵為包含：第1工程，其係預先將混合矽烷系的氣體及氫氣的混合氣體供給至前述處理容器內而電漿化，藉由取得的電漿，在前述基板上將第1矽層成膜；及第2工程，其係將氫氣供給至前述處理容器內而使電
漿化，且與氫氣另行將矽烷系的氣體供給至前述處理容器內，而藉由被電漿化的氫氣來使前述矽烷系的氣體自由基化，藉由如此生成的自由基，在前述基板上將第2矽層成膜。
本發明的記憶媒體，係記憶被使用在成膜裝置的電腦程式之記憶媒體，該成膜裝置係用以藉由電漿來對被載置於處理容器內的基板進行成膜，其特徵為：前述電腦程式係編入有步驟群，而使能夠實行上述的成膜方法。
本發明是以利用矽烷系的氣體及氫氣來將矽膜成膜的手法作為對象。而且因為實施：預先混合矽烷系的氣體及氫氣來使該混合氣體電漿化而成膜的工程，及對被電漿化的氫氣混合矽烷系的氣體來使該氣體電漿化而藉此成膜的工程，所以可控制矽膜的結晶性。因此可製造對應於所被要求的結晶性的矽膜，有助於適用矽膜的製品的品質的提升。
以下，說明有關本發明的成膜方法的第1實施形態。首先，一邊參照圖1~圖4，一邊說明有關實施本發明的成膜方法的成膜裝置的一例。
如圖1所示，成膜裝置是具備真空容器的處理容器
1，處理容器1是構成可密閉且扁平之例如金屬製的容器，例如構成可容納1100mm×1400mm的玻璃基板S的尺寸。
圖1中，11是設在處理容器1之基板S的搬出入口，12是用以開閉搬出入口11的遮門。並且，例如在處理容器1的側壁面設有用以將處理容器1內真空排氣的排氣埠13。此排氣埠13是經由排氣管14來連接壓力調整部15及真空泵16，可將處理容器1內的空間調整成例如13.3Pa(0.1Torr)~2.7kPa(20Torr)。以下，以設有搬出入口11的方向作為成膜裝置的前側來進行說明。
在處理容器1內的底面配置有載置台2。在載置台2設有例如未圖示的昇降銷，可在位於本成膜裝置的外部的搬送臂(未圖示)與載置台2之間交接基板S。
如圖1所示般，在載置台2埋設有例如由電阻發熱體所構成的溫調部21，可經由載置台2的上面來將基板S調整成例如200℃~300℃的溫度。溫調部21並非限於加熱基板S，亦可按照製程條件來組合冷卻基板S而調整成預定的溫度之例如致冷元件等或使冷卻媒體通流的冷卻路線等。
如圖1及圖2所示般，成膜裝置是具備例如10片的間隔壁6，其係用以將被載置於載置台2的基板S的上方的空間例如從前側往後側分割於前後方向。各間隔壁6是例如構成金屬製的扁平的直線狀的板材，例如其寬度方向(左右方向)的長度是形成比基板S的短邊更長。各間隔
壁6是以前述寬度方向的邊會與載置台2上的基板S的長邊正交於橫方向的方式，例如等間隔配置。藉此在彼此相鄰的2片間隔壁6之間形成有與基板S的長邊正交的方向亦即延伸於左右方向的細長空間(相當於後述的電漿生成空間41，排氣空間42)。各間隔壁6是經由絕緣構件31來固定於處理容器1的頂部。
並且，間隔壁6是以能夠在載置台2上的基板S表面與間隔壁6的下端之間形成有例如1cm~5cm程度的間隙之方式，從前述頂部延伸至下方側。藉此，被相鄰的2片間隔壁6所包圍的各空間41，42是成為經由此間隙來彼此連通的狀態。而且，此間隙是被調整成間隔壁6對於基板S的搬出入路徑不會干擾的高度。
在支撐從前側算起第2片與第3片(以下稱第2-3片)的間隔壁6，第4-5片，第6-7片，第8-9片的各間隔壁6的絕緣構件31是沿著該等相鄰的間隔壁6之間所形成的空間41的延伸方向(朝與基板S的長邊正交的方向)形成有溝38。如圖3及圖4所示般，該等的溝38的開口面是藉由例如由絕緣構件所構成具備多數個吐出孔34的淋浴板32來堵住。藉由該等淋浴板32來堵住的溝38的內部空間是構成氫氣及甲矽烷氣體擴散的氣體擴散室(緩衝空間)33。
如圖1所示般，在該等氣體擴散室33是經由處理容器1的上面部所形成的氣體流路37來鄰接第1氣體供給管35。第1氣體供給管35的基端側是被連接至氫氣供給
源3，且在途中分歧而被連接至甲矽烷氣體供給源4。圖1中36是包含閥V1及流量調整部M1的供給控制機器群，48是包含閥V2及流量調整部M2的供給控制機器群，V0是閥。因此，藉由控制供給控制機器群36，48，可將氫氣及甲矽烷氣體的一方或雙方的氣體經由第1氣體供給管35，氣體流路37，氣體擴散室33及淋浴板32的吐出孔34來以所望的流量供給至第2n片(n為自然數)間隔壁6與第(2n+1)片的間隔壁6之間的空間。另外，從氫氣供給源3供給的氫氣是電漿高密度化用的氬(Ar)氣體例如含10%。
並且，在第2片~第9片的各間隔壁6，如圖1所示般，複數的氣體流路44會被設成從間隔壁6的下端面經由間隔壁6及絕緣構件31來朝上方貫通至頂部。位於該間隔壁6的下端面側的各氣體流路44的吐出孔43是沿著該間隔壁6的較長方向(寬度方向)來以適當的間隔排列設置，而使能夠由此來對基板S均一地吐出供給氣體。
各氣體流路44是與第2氣體供給管45連接，此第2氣體供給管45是經由包含流量調整部M3及閥V3的供給控制機器群46及前述閥V0來連接至矽烷源4。藉此，可從甲矽烷氣體供給源4經由第2氣體供給管45及氣體流路44來供給甲矽烷氣體至各間隔壁6的下方側。
如圖1及圖3所示般，在載置台2上面的周緣部側的區域，以能夠包圍載置台2上的基板S及間隔壁6的周圍之方式設有外周壁22。如圖3所示般，外周壁22是例如
從載置台2的上面往處理容器1的頂部延伸於上下方向，由前側來看，在前後兩面及左右兩面的4個面形成有用以進行真空排氣的排氣口23。
其中，在前後的外周壁22分別各設1個例如具有與間隔壁6幾乎同程度寬的寬廣的排氣口23。另一方面，左右的外周壁22是在對應於第1-2片，第3-4片，第5-6片，第7-8片，第9-10片的間隔壁6間所形成的空間42的位置設有排氣口23。前後左右的4個外周壁22的排氣口23皆是形成於離載置台2的上面1cm~5cm程度高的位置，亦即比間隔壁6的下端更高的位置。在此與搬出入口11對向的前面的外周壁22是構成可以旋轉軸24為軸來往前側旋轉，在基板S的搬出入時使往前側旋轉，藉此外周壁22對於基板S的搬出入路徑不會干擾。
如圖2所示般，由前側來看，在第3片，第4片，第7片，第8片的4片間隔壁6連接高頻電源部5。例如將第3-4片，第7-8片的間隔壁6設為2片1組，可對各組的間隔壁6施加例如13.56MHz，5000W的高頻電力。另一方面，由前側來看，第1片，第2片，第5片，第6片，第9片，第10片的6片的間隔壁6是被接地。
藉由，在第2-3片，第4-5片，第6-7片，第8-9片的間隔壁6間，形成有將被連接至高頻電源部5的間隔壁6設為施加電極6a，將被接地的間隔壁6設為接地電極6b之平行電極。然後，若一邊從氣體擴散室33供給氫氣，或一邊供給氫氣及甲矽烷氣體的混合氣體，一邊由高頻電
源部5來施加高頻電力，則會在前述平行電極間形成高頻電場，可使氣體電漿化(活性化)。因此，在第2-3片，第4-5片，第6-7片，第8-9片的間隔壁6間所形成的空間41是相當於電漿生成空間。
另一方面，在第3-4片，第7-8片的間隔壁6，按各組連接共通的高頻電源部5而成為等電位，即使對該等的間隔壁6之間的空間42供給氣體，電漿也不被形成。並且，第1-2片，第5-6片，第9-10片的間隔壁6是被接地，因為等電位，所以在該等的間隔壁6間的空間42也未被形成電漿。而且，在該等的空間42的左右兩側所配置的外周壁22設有已述的排氣口23，所以流入該空間42內的氣體會經由排氣口23來往外周壁22的外側排氣。因此，在第1-2片，第3-4片，第5-6片，第7-8片，第9-10片之間所形成的空間42是相當於排氣空間。在此形成各接地電極6b及施加電極6a的間隔壁6是隔著絕緣構件31來固定於處理容器1的頂部，因此接地電極6b及施加電極6a是除了形成有電容耦合的區域以外被電性絕緣。
若彙整上述本實施形態的構成，則如圖2所示般在本實施形態的成膜裝置的內部是藉由被設成彼此平行的間隔壁6來交替配置電漿生成空間41及排氣空間42。而且，如已述般，各電漿生成空間41，排氣空間42是經由間隔壁6的下端與載置台2上的基板S之間所形成的間隙來連通，可經由該間隙從電漿生成空間41來往排氣空間42流動氣體。
本成膜裝置是如圖1所示般連接控制部7。控制部7是例如由具備未圖示的CPU及記憶部的電腦所構成。在記憶部是記錄有被編入步驟(命令)群的程式，該步驟(命令)群是有關該成膜裝置的作用，亦即對處理容器1內搬入基板S，將預定膜厚的微結晶矽膜成膜於載置台2上所載置的基板S之後搬出為止的動作的控制等。此程式是被儲存於例如硬碟，光碟，光磁碟，記憶卡等的記憶媒體，由此來安裝於電腦。
其次，說明有關上述的實施形態的作用。若基板S在被保持於外部所具備的搬送臂(未圖示)上的狀態下搬送而來，則成膜裝置會開啟搬出入口11的遮門12，且使前面的外周壁22旋轉來確保基板S的搬入路徑。然後，此搬送臂會進入至間隔壁6的下端與載置台2的上面之間的間隙，基板S會經由未圖示的昇降銷來交接至載置台2。
一旦基板S的交接終了，則搬送臂會退出至處理容器1外，關閉遮門12，使外周壁22旋轉，而以外周壁22來包圍基板S的周圍。然後，藉由溫調部21來將基板S溫調成例如250℃之後，一邊將製程氣體供給至處理容器1內，一邊把處理環境維持於例如500Pa的真空環境，進行矽膜的成膜。
在此，本實施形態是組合2個工程(成膜方式)來實施一連串的成膜，首先說明有關2個的工程。第1工程是如圖5所示般，從第1氣體供給管35經由氣體擴散室33及淋浴板32來將氫氣及甲矽烷氣體的混合氣體供給至電
漿生成空間41。此時，在第1工程，因為閥V3會被關閉，所以甲矽烷氣體未從間隔壁6的氣體流路44供給。在電漿生成空間41是藉由上述平行平板的高頻電場來使氫氣及甲矽烷氣體電漿化(活性化)，產生氫自由基，氫離子，SiHx(x=0，1，2，3)，根據甲矽烷的電漿化之氫自由基或氫離子等的活性種。並且，可推測藉由甲矽烷及其電漿化的生成物與上述氫自由基的自由基反應，也會產生SiHx(x=0，1，2，3)。該等電漿氣體是在電漿生成空間41內下降而被供給至基板S上，藉由CVD(Chemical Vapor Deposition)反應，在基板S上堆積矽膜而進行成膜。然後，此電漿氣體是經由間隔壁6與基板S的間隙來流至排氣空間42，經由排氣口23及排氣埠13等來排氣至成膜處理裝置外。以下，將此第1工程簡稱為預混合。
其次，在第2工程是關閉分歧路的閥V2，開啟第2氣體供給管45的閥V3，如圖6所示般，氫氣會經由氣體流路33來供給至電漿生成空間41，甲矽烷氣體會經由氣體流路44來從間隔壁6的下端部供給至基板S上。此時，在電漿生成空間41，氣體會如上述般藉由平行平板的高頻電場而被電漿化，包含氫自由基等的活性種的電漿氣體會被供給至基板S上。然後在基板S上，此氫自由基與經由氣體流路44而供給的甲矽烷會產生反應，甲矽烷會被自由基化，而產生SiHx(x=0，1，2，3)。藉由此SiHx(x=0，1，2，3)，在第1工程所被成膜的基板S上
的矽膜上，更將矽膜成膜。基板S上的電漿氣體是經由間隔壁6與基板S的間隙來流至排氣空間42，經由排氣口23及排氣埠13等來排氣至成膜處理裝置外。以下，將此第2工程稱為後混合。此後混合相較於預混合，可想像甲矽烷的電漿之直接解離會被抑制，與氫自由基的反應之解離會成為主要。
本發明是如以上般組合第1工程及第2工程來進行成膜者，利用圖7來繼續說明其組合的一例作為第1實施形態的作用。一旦完成被搬入至處理容器1內的基板S的溫度調整，則首先藉由上述的預混合，在基板S上形成第1矽層F1(圖7中步驟S1)。如圖5所示般，從淋浴板32對各電漿生成空間41供以總量例如2000sccm的氫氣及總量例如20sccm的甲矽烷氣體，且從高頻電源部5對各施加電極6a施加例如13.56MHz，900W的高頻電力，而使氫及甲矽烷電漿化。此被電漿化的混合氣體是藉由在電漿生成空間41內所形成的下降流來運至基板S上，在基板S上將第1矽層F1成膜。此第1矽層F1在實施例中如後述般，相較於後混合的矽膜，結晶粒的大小雖大，但有關微結晶矽的含有率可推測為低。並且，可推測隨著甲矽烷的直接解離，往矽膜中的缺陷密度混入會增加。
僅如此預先設定的時間實行對基板S表面的成膜，在取得所望的膜厚的第1矽層F1之後，停止氫氣及甲矽烷氣體的供給，高頻電力的施加。
接著，藉由後混合來將第2矽層F2形成於第1矽層
F1上(圖7中步驟S2)。如圖6所示般，從淋浴板32來對各電漿生成空間41供給總量例如2000sccm的氫氣，且從高頻電源部5來對各施加電極6a施加例如13.56MHz，900W的高頻電力而使氫電漿化。同時經由間隔壁6內的氣體流路44來將總量例如20sccm的甲矽烷氣體供給至基板S上。被電漿化的氫氣是藉由電漿生成空間41內所形成的下降流來運至第1矽層F1上，與甲矽烷氣體混合，甲矽烷會藉由氫自由基來自由基化。藉由此被自由基化的甲矽烷來將第2矽層F2成膜於第1矽層F1上。
藉由後混合所成膜的矽膜在實施例中如後述般，相較於預混合的矽膜，可推測微結晶矽含有率高，但結晶粒的大小為小。並且，藉由防止甲矽烷的電漿之直接解離，可推測矽膜中的缺陷密度降低。但，像本實施形態那樣，在結晶粒的大小為大的第1矽層F1上，藉由後混合來將第2矽層F2成膜，藉此該第2矽層F2受磊晶成長的影響，可期待結晶粒比單獨後混合的矽膜更大成長。因此可想像在第1矽層F1上，微結晶矽含有率高且結晶粒的大小為大且低缺陷密度的第2矽層F2會被形成。
僅如此預定的時間實行對第1矽層F1表面的成膜，取得所望的膜厚的第2矽層F2之後，停止高頻電力的施加。更停止氫氣及甲矽烷氣體的供給，藉由未圖示之位於本裝置外的搬送臂，以和搬入時相反的動作來將基板S從處理容器1搬出，而結束一連串的動作。
若根據上述的第1實施形態，則首先藉由使氫氣與甲
矽烷氣體的混合氣體電漿化的預混合(第1工程)，在基板S上形成結晶粒的粒徑大的第1矽層F1。接著，藉由分別供給氫氣及甲矽烷氣體的後混合，在第1矽層F1上，將微結晶矽含有率高且矽膜中的缺陷密度低的第2矽層F2成膜。藉此，不僅微結晶矽含有率、矽膜中的缺陷密度，連結晶粒的大小也可控制，因此可更適當地控制太陽電池的發電層的電氣特性。
其次，利用圖8來說明有關本發明的第2實施形態。另外，有關裝置構成是與上述的第1實施形態同樣，因此省略。本實施形態是如圖8所示般，將在第1實施形態中形成的第1矽層F1及第2矽層F2所構成的層疊膜L予以重疊複數例如n片而形成微結晶矽膜者。藉由重複n次在第1實施形態所述的步驟S1及步驟S2(圖8中步驟S3)來形成層疊膜L堆疊n層的微結晶矽膜。另外在圖8是將第1個成膜的層疊膜設為L1，將第n個成膜的層疊膜設為Ln。藉此，可想像能夠比第1實施形態更細緻地控制發電層的電氣特性。
更利用圖9來說明有關第3實施形態。另外，有關裝置構成是與上述的第1實施形態同樣，因此省略。本實施形態是如圖9所示般，首先藉由預混合來開始對基板S表面的成膜(圖9中步驟S1)。然後調整流量調整部M2，M3，減少在預混合中所利用之來自淋浴板32的甲矽烷氣體的供給量。而且增加在後混合中所利用之來自氣體流路44的甲矽烷氣體的供給量，藉此使甲矽烷氣體的各供給量
的比(流量比)慢慢地連續地變化而往後混合移行(圖9中步驟S4)。最終使完全往後混合移行，而在取得所望的特性及膜厚的時間點結束成膜處理(圖9中步驟S2)。圖9中步驟S4之甲矽烷氣體的流量比亦可使階段性地變化。
本發明並非限於在成為電漿CVD之矽膜的成膜處理對象的基板上先將第1矽層F1成膜者，亦可先將第2矽層F2成膜。在此情況亦可控制結晶粒的大小及微結晶矽含有率，結果可控制發電層的電氣特性。
上述的實施形態是在後混合的成膜處理中，從間隔壁6的下端面供給甲矽烷氣體。但只要是比電漿生成空間41的一半還下方側的高度位置，更理想是從間隔壁6的下端側到間隔壁6的4分之1程度的高度位置，便可充分地取得能夠抑制SiH4的電漿化所造成不要的活性種的發生之後混合的成膜處理的效果。
在上述的實施形態是將兩端的電極(第1片及第10片的間隔壁)6及電極6b(第2，5，6，9片的間隔壁6)接地，但亦可在電極6b連接高頻電源，將與被連接至設成對向的電極6a之高頻電源部5不同的相位，例如逆相位的高頻電力施加於電極6b。此情況，此相位的偏倚量是例如以連接高頻電源與電極6b的電纜的長度來調整。
並且，在上述的實施形態是生成電容耦合電漿(CCP)，但本發明亦可使用感應耦合電漿(ICP)。一邊參照圖10一邊說明有關本發明的ICP-CVD法的實施形
態。在圖10中，有關具有與上述第1實施形態的成膜裝置同樣構造或機能的構件是附上與第1實施形態相同的符號而省略其說明。
此成膜裝置是在處理容器1的頂部設有電漿生成機構50A。電漿生成機構50A是如圖10所示般，具備：被設成與載置台2對向之介電質所構成的蓋板51A，及設在蓋板51A的上方(處理容器1的外側)之導電體例如螺旋狀的線圈之天線52A，及被連接至天線52A的兩端間之高頻電源5A。高頻電源5A是使例如13.56MHz的高頻電力發生。此電漿發生機構50A是藉由高頻電源部5A來對天線52A流動高頻電流，藉此使高頻磁場發生，藉由在該高頻磁場的電磁感應下發生的感應電場，在處理容器1的上方空間產生高頻放電，而使電漿生成。此處理容器1的上方空間是相當於第1實施形態的電漿生成空間41。
其他圖10的33A是相當於第1實施形態的氣體擴散室33，其機能相同，但本實施例的成膜裝置是在處理容器1的上部的側壁內設於全周。此氣體擴散室33A是被連接至氫氣供給管35及吐出孔34，可對處理容器1內的上部所形成的電漿生成空間41供給氫氣及甲矽烷氣體。並且，圖10中8A是第2甲矽烷氣體供給部，可由此來對前述電漿生成空間41的下方供給甲矽烷氣體。
在此裝置構成中亦可藉由與第1實施形態同樣的作用來取得同樣的效果。
以上，用以實施預混合及後混合的氣體的切換等的氣
體供給控制是藉由根據被記憶於控制部7的程式所生成的控制訊號來實行。
並且亦可取代圖10的天線52A，使用例如在圓形狀的導體板將十字型的縫隙開口形成螺旋狀的天線，在此天線的中心部接合導波管，由此導波管經由前述天線來放射微波，藉由此微波來使氣體電漿化而使用。
在上述的實施形態是使用甲矽烷氣體，但例如亦可為乙矽烷(Si2H6)氣體或三氯矽烷(SiHCl3)氣體等其他的矽烷系的氣體。在此所謂的矽烷系的氣體是意指SiH4氣體，聚矽烷(SinH2n+2(n=2，3，4...))的氣體，矽烷化合物的氣體等。
說明有關本發明的實施例。藉由預混合，後混合及感應耦合電漿(ICP)CVD法來將微結晶矽薄膜成膜成膜厚350nm，藉由拉曼分光法及X線繞射來分析其結晶性。有關預混合及後混合的成膜是利用圖1所示的上述第1實施形態的成膜裝置，有關ICP-CVD法的成膜是利用圖10所示的上述成膜裝置。
各成膜條件是如以下般。
電漿源：電容耦合電漿(CCP)，高頻電源900W
使用氣體：氫氣2000sccm，甲矽烷氣體20sccm
製程壓力：500Pa
氣體供給方式：預混合
電漿源：CCP，高頻電源900W
使用氣體：氫氣2000sccm，甲矽烷氣體20sccm
製程壓力：500Pa
氣體供給方式：後混合
電漿源：ICP，高頻電源900W
使用氣體：氦氣體2000sccm，甲矽烷氣體20sccm
製程壓力：500Pa
氣體供給方式：預混合
將分析結果顯示於圖11及表1。另外，表1之所謂峰值波數位置是拉曼分光分析結果之圖案的峰值的波數位置。並且，表1之所謂拉曼結晶性Xc是拉曼分光分析結果之相當於微結晶矽的波數520cm-1的拉曼強度Ic與相當於非晶形矽的波數480cm-1的拉曼強度Ia的拉曼強度比[Ic/(Ic+Ia)]，作為矽膜的結晶性的指標使用。可推測此拉曼結晶性Xc越高，越為微結晶矽的含有率高的矽膜。並且，有關X線繞射是可由檢測峰值的2θ及峰值強度(峰值形狀的尖頭情況)來分別取得結晶的面方位及結晶粒的大小的資訊。
圖11(a)是拉曼分光法的分析結果。首先若比較各成膜條件的峰值波數位置，則後混合是位在相當於微結晶矽(c-Si)的波數的520cm-1。另一方面，在預混合及ICP-CVD中是分別成為515.7cm-1及517.2cm-1，接近相當於非晶形矽(a-Si)的波數480cm-1或被喻為結晶粒界起因(GB)的波數的510cm-1。並且，有關拉曼結晶性Xc也是與峰值波數位置的結果同樣，依後混合，ICP-CVD，預混合的順序，微結晶矽含有率高且結晶性良好。
接著考察有關圖11(b)所示的X線繞射分析結果。首先針對各成膜條件來比較X線繞射分析結果的峰值強度。在此是比較相當於在各成膜條件中峰值強度的差常出現的Si(111)的峰值的強度I(111)。可想像峰值強度I(111)越大，矽膜的結晶粒的大小越大。結果，峰值強度I(111)依大小順序為ICP-CVD，預混合，後混合。由此可推測結晶粒是預混合的矽膜要比後混合者更大。
其次針對各成膜條件來比較有關圖11(b)所示相當於Si(220)的峰值的強度I(220)及相當於Si(111)的峰值的強度I(111)的比之I(220)/I(111)。此峰
值強度比I(220)/I(111)是矽膜的結晶配向性的指標，此峰值強度比I(220)/I(111)越大，可謂結晶配向性越良好。峰值強度比I(220)/I(111)是與上述的拉曼分光分析結果同樣，結晶配向性良好的程度依序為後混合，ICP-CVD，預混合。
若彙整以上的結果，則藉由拉曼分光法分析的峰值波數位置及拉曼結晶性Xc，X線繞射分析的峰值強度比I(220)/I(111)的比較，可推測有關矽膜之微結晶矽的含有率及結晶配向性是後混合的矽膜較高。另一方面，由X線繞射分析的峰值強度I(111)的比較，可推測預混合較能取得結晶粒的大小為大的矽膜。因此，若根據本發明，則可期待藉由適當地控制有關矽膜的結晶性的微結晶矽含有率及結晶粒的大小，可控制矽膜的電氣特性，可助於適當的矽膜的製造。
S‧‧‧玻璃基板
1‧‧‧處理容器
15‧‧‧壓力調整部
16‧‧‧真空泵
2‧‧‧載置台
3‧‧‧氫氣供給源
32‧‧‧淋浴板
33‧‧‧氣體擴散室
35‧‧‧第1氣體供給管
36，46，48‧‧‧供給控制機器群
37，44‧‧‧氣體流路
4‧‧‧甲矽烷氣體供給源
41‧‧‧電漿生成空間
42‧‧‧排氣空間
45‧‧‧第2氣體供給管
5‧‧‧高頻電源部
6‧‧‧間隔壁(電極)
7‧‧‧控制部
圖1是本發明的第1實施形態的成膜裝置的縱剖側面圖。
圖2是表示設在前述成膜裝置內的電漿生成空間及排氣空間的配置狀態的模式圖。
圖3是表示前述成膜裝置的內部構成的立體圖。
圖4是擴大前述內部構成之中第1氣體流路的立體圖。
圖5是模式性地說明前述實施形態的作用的縱剖側面
圖。
圖6是模式性地說明前述實施形態的作用的縱剖側面圖。
圖7是說明前述實施形態的成膜方法的流程圖及模式性地說明藉由該方法所成膜的微細矽膜的側面圖。
圖8是說明本發明的第2實施形態的成膜方法的流程圖及模式性地說明藉由該方法所成膜的微細矽膜的側面圖。
圖9是說明本發明的第3實施形態的成膜方法的流程圖及模式性地說明藉由該方法所成膜的微細矽膜的側面圖。
圖10是前述實施形態的其他例的成膜裝置的縱剖側面圖。
圖11是表示本發明的實施例的分析結果的圖表。
F1‧‧‧第1矽層
F2‧‧‧第2矽層
S‧‧‧玻璃基板
Claims (7)
- 一種成膜方法，係藉由電漿來對被載置於處理容器內的基板進行成膜之方法，其特徵為包含：第1工程，其係預先將混合矽烷系的氣體及氫氣的混合氣體供給至前述處理容器內而電漿化，藉由取得的電漿，在前述基板上將第1矽層成膜；及第2工程，其係將氫氣供給至前述處理容器內而使電漿化，且與氫氣另行將矽烷系的氣體供給至前述處理容器內，而藉由被電漿化的氫氣來使前述矽烷系的氣體自由基化，藉由如此生成的自由基，在前述基板上將第2矽層成膜。
- 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中，在被搬入至前述處理容器內的基板的表面，首先將第1矽層成膜，且在此第1矽層上將第2矽層成膜。
- 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中，基板，矽烷系的氣體的供給口及氫氣的供給口係由下依此順序配置。
- 如申請專利範圍第3項之成膜方法，其中，利用成膜裝置來進行前述第1工程及第2工程，該成膜裝置係具備間隔壁，其係為了將基板的上方空間橫向分割成電漿生成空間及排氣空間而設，從前述處理容器的頂部延伸至下方，且在其下端與基板之間形成有供以氣體從前述電漿生成空間流至排氣空間的間隙； 供給口，其係用以對電漿生成空間供給氫氣；活性化手段，其係用以使被供給至前述電漿生成空間的氫氣電漿化；供給口，其係用以對前述電漿生成空間內的下部側或比該電漿生成空間更下方側供給矽烷系的氣體；及真空排氣口，其係用以將前述排氣空間真空排氣。
- 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中，交替進行複數次前述第1工程及第2工程。
- 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中，同時進行前述第1工程及第2工程，在同時進行的期間，使在第1工程所供給的矽烷系的氣體及在第2工程所供給的矽烷系的氣體的比率與時間一起變化。
- 一種記憶媒體，係記憶被使用在成膜裝置的電腦程式之記憶媒體，該成膜裝置係用以藉由電漿來對被載置於處理容器內的基板進行成膜，其特徵為：前述電腦程式係編入有步驟群，而使能夠實行如申請專利範圍第1項所記載的成膜方法。
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