TW201321550A - 電漿成膜裝置、結晶太陽電池與半導體元件 - Google Patents

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Abstract

一種電漿成膜裝置，包括：腔室，搬入有基板固定器，基板固定器具有搭載面，該搭載面搭載著基板；陰極電極，以與搭載面相對向的方式而配置，上述搭載面於腔室內、在上下方向延伸地配置；氣體供給裝置，將製程氣體導入至腔室內的基板固定器與陰極電極之間；以及交流電源，將交流電力供給至基板固定器與陰極電極之間，使製程氣體於基板固定器與陰極電極之間達到電漿狀態，將以製程氣體中所含的原料作為主成分的薄膜形成於基板上。

Description

電漿成膜裝置
本發明是有關於一種電漿(plasma)成膜裝置，該電漿成膜裝置形成電漿來成膜。
在半導體器件(device)的製造步驟中，由於容易高精度地對製程(process)進行控制的優點，所以在成膜步驟中使用電漿成膜裝置。例如，作為電漿成膜裝置，已知有電漿化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)裝置。
於電漿CVD裝置中，藉由高頻電力等來使原料氣體進行電漿化，接著，藉由化學反應而於基板上形成薄膜。已提出了如下的電漿CVD裝置，該電漿CVD裝置準備了多個電極板，將基板配置於各個電極板，藉此來使處理能力提高(例如參照專利文獻1)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：國際專利公開第02/20871號小冊子
為了均勻地、且以高成膜效率，於腔室(chamber)內的全部的基板上形成膜，採用如下的方法：使用自電極內部供給製程氣體的簇射電極(shower electrode)。然而，為了使製程氣體均勻地自簇射電極噴出，必須使製程氣體於電極內部均勻地分散。尤其是，於將基板分別搭載於多個 電極的情形時，為了使上述製程氣體均勻地分散，必須將簇射電極設為大型的簇射電極。結果是，存在使電漿成膜裝置大型化的問題。
有鑑於上述問題點，本發明的目的在於：提供如下的電漿成膜裝置，該電漿成膜裝置能夠效率良好地於基板上形成均勻的膜，且抑制了大型化。
根據本發明的一個形態，提供如下的電漿成膜裝置，該電漿成膜裝置包括：腔室，搬入有基板固定器，基板固定器具有搭載面，該搭載面搭載著基板；陰極電極，以與搭載面相對向的方式而配置，上述搭載面於腔室內、在上下方向延伸地配置；氣體供給裝置，將製程氣體導入至腔室內的基板固定器與陰極電極之間；以及交流電源，將交流電力供給至基板固定器與陰極電極之間，使製程氣體於基板固定器與陰極電極之間達到電漿狀態，將以製程氣體中所含的原料作為主成分的薄膜形成於基板上。
根據本發明的一個形態，提供如下的電漿成膜裝置，該電漿成膜裝置於基板上形成薄膜，且包括：腔室，容納基板；基板載板，配置於腔室內，且載置著基板；高頻電極，配置於腔室內，且與基板載板上的基板相對向；氣體供給機構，將包含氫的預處理氣體、或包含形成於基板上的薄膜的原料氣體的反應氣體的任一種，供給至腔室內；以及交流電源，將交流電力供給至基板載板與高頻電極之 間，於成膜步驟的不同階段，分別於基板的上表面激發：包含預處理氣體的電漿、或包含原料氣體的電漿的任一種。
根據本發明，可提供如下的電漿成膜裝置，該電漿成膜裝置能夠效率良好地於基板上形成均勻的膜，且抑制了大型化。
(第1實施形態)
接著，參照圖式，來對本發明的實施形態進行說明。於以下的圖式的記載中，對相同或類似的部分附上相同或類似的符號。然而，應當留意，圖式為模式性的圖示。又，以下所示的實施形態是：對用以將本發明的技術思想予以具體化的裝置或方法進行例示，並不將本發明的實施形態的構成零件的構造、配置等特定為下述的構造、配置等。本發明的實施形態可於申請專利範圍內，添加各種變更。
如圖1所示，本發明的實施形態的電漿成膜裝置10包括：腔室20，搬入有基板固定器11(substrate holder)，該基板固定器11具有搭載面110，該搭載面110搭載著基板1；陰極電極12，配置於腔室20內；氣體供給裝置13，將製程氣體100導入至腔室20內的基板固定器11與陰極電極12之間；以及交流電源14，將交流電力供給至基板固定器11與陰極電極12之間，使製程氣體100於基板固定器11與陰極電極12之間達到電漿狀態。陰極電極12 是以與搭載面110相對向的方式而配置，該搭載面110於腔室20內、朝著上下方向延伸地配置。根據電漿成膜裝置10，將以製程氣體100中所含的原料作為主成分的薄膜形成於基板1上。
於電漿成膜裝置10中，使用基板固定器11作為陽極(anode)電極。於圖1所示的例子中，基板固定器11為接地。
基板固定器11例如能夠採用如下的構造，即：與搭載面110垂直的剖面呈梳形形狀(comb shaped)。亦即，能夠採用如圖2所示的基板固定器11，該基板固定器11包括：多個基板安裝板111，分別將搭載面110定義為主面，且彼此隔開且平行地配置；以及固定板112，對基板安裝板111各自的底部進行固定。於圖2中，表示了基板安裝板111為5塊的例子，但基板安裝板111的塊數並不限於5塊。
此時，如圖1所示，多個基板安裝板111是：以與多個陰極電極12交替、且使最外側為基板安裝板111的方式而排列。將搭載面110分別定義為：基板安裝板111的與陰極電極12相對向的面。
於電漿成膜裝置10中，搭載有基板1的狀態下的基板固定器11被搬入至腔室20。然後，包含成膜用的原料氣體的製程氣體100自氣體供給裝置13導入至腔室20內。
將製程氣體100予以導入之後，藉由排氣裝置15來對腔室20內的壓力進行調整。將腔室20內的製程氣體100 的壓力調整為規定的氣體壓力之後，藉由交流電源14來將規定的交流電力供給至陰極電極12與基板固定器11之間。藉此，使腔室20內的製程氣體100電漿化。使基板1曝露於所形成的電漿，藉此，以原料氣體中所含的原料作為主成分的所期望的薄膜形成於基板1的露出的表面。再者，亦可藉由圖示已省略的基板加熱器，來對成膜處理中的基板1的溫度進行設定。將成膜處理中的基板1的溫度設定為規定的溫度，藉此，可使成膜速度加快，或可使膜的品質提高。
於電漿成膜裝置10中，可藉由適當地選擇原料氣體來形成所期望的薄膜。例如，可於基板1上形成：矽半導體薄膜、氮化矽薄膜、氧化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、以及碳薄膜等。具體而言，使用氨(NH3)氣與矽烷(SiH4)氣體的混合氣體，於基板1上形成氮化矽(SiN)膜。或者，使用矽烷(SiH4)氣體與一氧化二氮(N2O)氣體的混合氣體，於基板1上形成氧化矽(SiOx)膜。
例如，較佳為如圖3所示，於陰極電極12中形成有貫通孔120，該貫通孔120在厚度方向上、將陰極電極12予以貫通。貫通孔120的開口部是：以與基板安裝板111的搭載面110相對向的方式，而形成於陰極電極12的表面。圖3中例示了如下的情形，即，基板固定器11的基板安裝板111為3塊，且陰極電極12為2塊。
於表面設置有開口部的陰極電極12是作為空心陰極電極(hollow cathode electrode)而發揮功能，該空心陰極 電極產生空心陰極放電。於空心陰極放電過程中，將電子封閉於無電場的陰極電極12的內部，藉此，形成高密度電子的空間，上述電子是因離子(ion)射入至陰極電極12的表面而自陰極電極12發射出的電子。侵入至高電子密度區域的氣體分子反覆地進行游離與再結合，且於再結合時，被觀測為發出高亮度的光。高密度電漿中所產生的前驅物為自由基物種(radical species)，無論電極電位如何，該前驅物均會朝貫通孔120的外側擴散，且於基板安裝板111的搭載面110所配置的基板1的表面形成薄膜。
另一方面，於圖4所示的陰極電極12A中，製程氣體100均勻地自凹部401放出，該凹部藉由空心陰極放電來產生高密度電漿，上述圖4所示的陰極電極12A採用自內部供給製程氣體100的簇射電極構造，且於表面形成有凹部401。藉此，可於陰極電極12A的整個面上獲得電漿的均勻性。
然而，對於圖4所示的陰極電極12A而言，難以均勻地將製程氣體100供給至多個凹部401，且氣體噴出口402的開口直徑或長度、製程氣體100的流量或壓力等，存在各種限制。而且，由於氣體噴出口402的直徑為0.3 mm~0.4 m左右的極微小的直徑，因此，容易引起堵塞。當因堵塞而無法將製程氣體100予以導入時，於已堵塞的凹部401中不會產生空心陰極放電，因此，無法維持陰極電極12A的整個面上的放電的均勻性。
相對於此，對於圖3所示的陰極電極12而言，不經由 陰極電極12而將製程氣體100予以導入。貫通孔120的直徑充分地大於簇射電極所需的孔的直徑，因此，無需擔心堵塞，而且，維護(maintenance)亦容易。貫通孔120的直徑為3.8 mm~8.0 m左右，例如為5 mm。
又，於圖3所示的陰極電極12的兩個面上分別激發的電漿是：藉由貫通孔120而連結。因此，陰極電極12的兩個面上的電漿濃度的濃淡之差自然地被修正，可於陰極電極12的兩個面產生密度均勻的電漿空間。
如上所述，採用在陰極電極12中形成多個貫通孔120的多空心陰極(multi hollow cathode)構造，藉此，可於陰極電極12的兩個面獲得均勻的多空心放電(multi hollow discharge)。所謂「多空心放電」是指：分別產生於各貫通孔120中的空心陰極放電合併之後，於陰極電極12的表面產生的放電。藉此，可於陰極電極12的表面實現均勻的高密度電漿。結果是，效率良好地將原料氣體分解，從而高速、大面積且均勻地於基板1上形成薄膜。
貫通孔120較佳為：緻密地配置於陰極電極12的表面。以儘可能高的密度來配置貫通孔120，藉此，可容易於陰極電極12的兩個面形成均勻的高電子密度電場。圖5中表示形成有貫通孔120的開口部的陰極電極12的表面的例子。
再者，陰極電極12的貫通孔120的內表面較佳為採用二次電子發射率良好的材料，且進行表面處理。例如，廉價、易於加工且易於進行清洗等維護的碳材料等，適合於 作為陰極電極12的材料。例如，可藉由氫氟酸處理，來對碳材料的陰極電極12進行清洗。又，藉由使用碳材料，不會因電漿處理步驟中的高溫而產生變形。或者，容易形成金屬氧化膜的鋁合金等，亦為適合於空心陰極電極的材料。此外，可將含碳纖維的碳、不鏽鋼合金、銅、銅合金、玻璃、以及陶瓷等使用於陰極電極12。或者，亦可利用耐酸鋁(alumite)處理、鍍敷、以及熔噴(thermal spraying)，來對上述材料實施塗佈(coating)。
對於用作陽極電極的基板固定器11而言，亦可適當地使用碳材料。又，可將含碳纖維的碳、鋁合金、不鏽鋼合金、銅、銅合金、玻璃、以及陶瓷等使用於基板固定器11。或者，亦可利用耐酸鋁處理、鍍敷、以及熔噴，來對上述材料實施塗佈。
較佳為於腔室20內，將製程氣體100自下方朝向上方、而導入至基板固定器11與陰極電極12之間。藉由自下方將製程氣體100予以導入，比重輕的已電漿化的氣體分子、自由基粒子作為上方流，而於陰極電極12的表面自然地朝上流動。因此，即便不使用如簇射電極般的複雜的構造，亦會均勻地將製程氣體供給至陰極電極12的表面。
再者，陰極電極12的表面較佳為：平坦至由加工符號(finish mark)「▽▽▽」所表示的程度，以使製程氣體100順暢地流動。亦即，較佳為最大高度Ry小於6.3 S，十點平均粗糙度Rz小於6.3 Z，算術平均粗糙度Ra小於1.6 a。使陰極電極12的表面粗糙度減小，藉此，可以提高形成於 基板1的薄膜的成長速度。
同樣地，基板固定器11的表面亦較佳為：平坦至由加工符號「▽▽」所表示的程度。亦即，較佳為最大高度Ry小於25 S，十點平均粗糙度Rz小於25 Z，算術平均粗糙度Ra小於6.3 a。
為了將製程氣體100自下方朝上方予以導入，如圖6所示，氣體供給噴嘴(nozzle)130沿著陰極電極12的底面而配置於陰極電極12的正下方，該氣體供給噴嘴130使氣體供給裝置13的製程氣體100噴出。使製程氣體100自氣體供給噴嘴130朝陰極電極12的底部噴出，藉此，可大致均等地將製程氣體100供給至陰極電極12的兩個面。
此時，當如圖2所示，基板固定器11為包括固定板112的形狀時，如圖6所示，氣體導入孔113位於基板安裝板111之間、且形成於固定板112，該氣體導入孔113在上下方向將固定板112予以貫通。製程氣體100經由氣體導入孔113，而自腔室20的下方導入至基板安裝板111與陰極電極12之間。再者，如圖6所示，當於腔室20內，藉由支持台30來支持著基板固定器11時，於支持台30的與氣體導入孔113相對應的位置形成導入孔31，該導入孔31在上下方向將支持台30予以貫通。
當存在多個氣體供給噴嘴130時，如圖7所示，氣體供給噴嘴130沿著陰極電極12的底面排列。如透過陰極電極12而對基板安裝板111進行圖示的圖8所示，將搭載面110分別定義為：基板安裝板111的與陰極電極12相對向 的面。藉此，基板1與陰極電極12相對向地配置。
將氣體供給噴嘴130的噴出口的形狀例子，表示於圖9(a)~圖9(c)。圖9(a)為如下的例子，即：沿著直徑而於圓筒形狀的氣體供給噴嘴130的前端形成槽，且將噴出口配置於槽的中心部分。圖9(b)為如下的例子，即：於圓筒形狀的氣體供給噴嘴130的前端設置凹部，且將噴出口配置於凹部的底面的中心部分。圖9(c)為如下的例子，即：將噴出口配置於圓筒形狀的氣體供給噴嘴130的前端的中心部分。
當製程氣體100為對多種氣體進行混合而成的氣體時，可自氣體供給噴嘴130供給對全部的氣體進行混合而成的製程氣體100，亦可針對每種氣體，自不同的氣體供給噴嘴130而分別供給氣體。
將排氣裝置15的構成例子表示於圖10。圖10所示的排氣裝置15配置於圖示已省略的腔室20的上部。排氣裝置15包括：第1排氣調整板151，配置於基板固定器11及陰極電極12的上方；以及框形狀的第2排氣調整板152，以位於第1排氣調整板151的外緣部的下方的方式而配置。如圖10所示，流入至基板固定器11及陰極電極12的上方的製程氣體100是：通過第1排氣調整板151與第2排氣調整板152的間隙，而自第1排氣調整板151的外緣部排出至腔室20的外部。排氣裝置15藉由對第1排氣調整板151與第2排氣調整板152的間隙的大小進行控制，來調整排氣量。
圖11中表示排氣裝置15的其他構成例子。圖11所示的排氣裝置15包括：多個排氣孔150，上述多個排氣孔150配置於圖示已省略的腔室20的上部，且在上下方向進行貫通。製程氣體100經由排氣孔150而朝腔室20的外部排氣。排氣裝置15藉由對排氣孔150的開口度進行控制，來調整排氣量。
根據本發明的實施形態的電漿成膜裝置10，將基板固定器11用作陽極電極，藉此，可使基板1的成膜面垂直、而將基板1配置於腔室20內。因此，多個陰極電極12配置於腔室20內。因此，圖1所示的電漿成膜裝置10與如下的電漿成膜裝置相比較，能夠將大量的基板1同時收納於腔室20內，可使處理能力顯著地提高，上述電漿成膜裝置是：將使成膜面朝向上下方向的基板1搭載於平板的基板載板等，從而進行成膜處理。
而且，藉由採用形成有貫通孔120的陰極電極12，可於陰極電極12的兩個面，穩定地產生均勻且高密度的電漿。此時，無論交流電源14所供給的交流電力的頻率如何，均能夠大面積地產生均勻的高密度電漿。即便將交流電源14所供給的交流電力的頻率設定為例如60 Hz~27 MHz左右，亦可產生均勻且高密度的電漿。亦即，無需使用昂貴的交流電源，該交流電源供給特高頻(Very High Frequency，VHF)頻帶的交流電力。對於電漿成膜裝置10而言，例如即便於如250 KHz般的低頻的射頻(Radio Frequency，RF)頻帶下，亦可獲得與先前的電漿成膜裝置 同等或以上的高密度電漿，上述先前的電漿成膜裝置使用VHF頻帶的交流電源。
結果是，可高速且均勻地於基板1上形成大面積的薄膜。亦即，根據電漿成膜裝置10，形成的膜的膜厚、膜品質的均勻性提高，並且提高成膜速度。
又，電漿成膜裝置10無需使用構造複雜、且必須形成微細孔的簇射電極。因此，無需如簇射電極般的頻繁的維護。而且，簇射電極必須大型化，以使製程氣體100均勻地分散，相對於此，電漿成膜裝置10無需大型化。因此，根據電漿成膜裝置10，可提供：能夠效率良好地於腔室20內的全部的基板上形成均勻的膜，且抑制了大型化的電漿成膜裝置。
而且，與使用如下的簇射電極的電漿成膜裝置相比較，電漿成膜裝置10的製造期間短，且製造良率提高，上述簇射電極必須加工出數千個以上的微細孔。因此，電漿成膜裝置10的製造成本受到抑制。
圖12中表示如下的例子，即：將交流電源14所輸出的交流電力，經由脈衝產生器(pulse generator)16而供給至基板固定器11與陰極電極12之間。於圖12所示的例子中，脈衝產生器16的輸出供給至陰極電極12，基板固定器11為接地。以固定的週期停止供給交流電力，藉此，於腔室20內穩定地形成電漿。原因在於：於交流電力的供給過程中設置停止期間，藉此，電子的溫度會下降，放電的穩定性提高。然而，若將斷開(off)時間設定得過長，則 功率(power)效率會下降，因此需要注意。
例如，將供給交流電力的導通(on)時間設為600微秒，將停止供給交流電力的斷開時間設為50微秒，以使導通時間與斷開時間交替地反覆出現的方式，將交流電力供給至基板固定器11與陰極電極12之間。再者，較佳為將導通時間設定於100微秒~1000微秒左右的範圍內，將斷開時間設定於10微秒~100微秒左右的範圍內。
以上述方式，對朝向基板固定器11與陰極電極12之間的交流電力的供給進行脈衝控制，使交流電力的供給週期性地導通、斷開，藉此，可抑制異常放電的產生。
圖13中表示如下的例子，即：除了安裝於陰極電極12的交流電源14之外，另外將交流電源17安裝於作為陽極電極的基板固定器11。將交流電力供給至陽極電極，藉此，可使形成於基板1的薄膜的膜品質提高。交流電源17所供給的交流電力的頻率是：亦可與交流電源14所供給的交流電力的頻率同等，或低於該交流電源14所供給的交流電力的頻率。例如，將交流電源17所供給的交流電力的頻率設定為60 Hz~27 MHz左右。
再者，不自交流電源14供給交流電力，而僅自交流電源17供給交流電力，藉此，可對基板1實施電漿清洗(plasma cleaning)。例如，將濺鍍用的氣體導入至腔室20內，一面自交流電源17供給交流電力，一面進行濺鍍蝕刻(sputter etching)，藉此來對基板1進行清洗。
再者，如圖14所示，可藉由功率分配器(power splitter) 18來對交流電源14的輸出進行分割，將分割所得的交流電力分別供給至陰極電極12與基板固定器11。藉此，與圖13相比較，可使交流電源的數量減少。供給至基板固定器11的電力可小於供給至陰極電極12的電力。例如，將90%~100%的交流電力供給至陰極電極12，將10%~0%的交流電力供給至基板固定器11。
圖1所示的電漿成膜裝置10例如可用作直列(in line)式成膜裝置的成膜室。圖15中表示直列式成膜裝置200的例子，該直列式成膜裝置200包含：放入/加熱室210、成膜室220、以及取出室230的該3個室。
於直列式成膜裝置200中，搭載有基板1的基板固定器11被放入至放入/加熱室210。於放入/加熱室210中，將基板1預加熱至規定的溫度為止之後，經由開閉式的閘門(gate)240A，將基板固定器11自放入/加熱室210搬送至成膜室220。於成膜室220中，在基板1形成薄膜之後，經由開閉式的閘門240B，將基板固定器11自成膜室220搬送至取出室230。然後，自取出室230將基板固定器11取出。藉由圖示已省略的搬送裝置，於直列式成膜裝置200的各室之間，對基板固定器11進行搬送。
再者，如圖16所示，腔室20較佳為圓筒形狀。藉由設為圓筒形狀，腔室20可具有作為真空容器的充分的強度。因此，即便使腔室20的厚度變薄，包括加熱時在內，仍可利用廉價且簡單的構造來實現充分的強度。
圖17中表示放入/加熱室210的構成例子。放入/加熱 室210包括：加熱器(heater)211A，配置於基板固定器11的上下；以及槽加熱器(slot heater)211B，與基板安裝板111呈平行地配置於基板安裝板111之間。基板固定器11藉由支持台212而於放入/加熱室210內受到支持。再者，於支持台212與槽加熱器211B之間配置有隔熱板213。
槽加熱器211B對基板固定器11及搭載面110所搭載的基板1進行加熱，藉此，可防止於基板1與基板固定器11之間產生溫度差。例如，當一面對基板固定器11的溫度進行監視，一面進行預加熱時，可精度良好地對基板1的溫度進行調整。
加熱器211A、槽加熱器211B能夠採用：燈加熱器(lamp heater)、陶瓷加熱器(ceramics heater)、護套加熱器(sheath heater)、或感應加熱器等。
於上述內容中，表示了包含3個室的直列式成膜裝置200的例子，但亦可將圖1所示的電漿成膜裝置10應用於如圖18所示的、包含2個室的直列式成膜裝置200。於包含加熱室211與成膜室220的該2個室的直列式成膜裝置200中，於加熱室211中、進行基板固定器11的放入與取出。於加熱室211中，將放入至加熱室211的基板1預加熱至規定的溫度為止之後，經由開閉式的閘門241，將基板固定器11搬送至成膜室220。於成膜室220中，在基板1形成薄膜之後，經由閘門241，將基板固定器11搬送至加熱室211。然後，自加熱室211將基板固定器11取出。 再者，與圖17所示的放入/加熱室210同樣地，對於圖18所示的加熱室211而言，亦較佳為將槽加熱器211B配置於基板安裝板111之間。
如上所述，藉由實施形態來記載本發明，但不應理解為作為上述揭示的一部分的論述及圖式會對本發明進行限定。根據上述揭示，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，各種替代實施形態、實例及運用技術為明顯的。
例如，已表示了如下的例子，即：基板固定器11包含多個基板安裝板111與固定板112，但基板固定器11的形狀不限於此。例如，基板固定器11亦可為單個板。
(第2實施形態)
圖19是表示本發明的第2實施形態的電漿成膜裝置的構成的模式圖。圖20是用以對使用本發明的第2實施形態的薄膜形成裝置的薄膜形成方法進行說明的流程圖。以下，參照圖19、圖20來對形成薄膜的方法的例子進行說明。
於步驟(step)S11中，將成膜處理對象的半導體矽基板、即基板500，容納於腔室511內。
於步驟S12中，藉由氣體供給機構515，來將預處理氣體121(pretreatment gas)導入至腔室511內。預處理氣體121較佳為：氨(NH3)氣、氨氣與氮氣(N2)的混合氣體等。
於步驟S13中，藉由氣體排出機構516來對腔室511 內進行減壓，而將腔室511內的預處理氣體121的壓力設定為規定的值。
於步驟S14中，使交流電源514導通，經由匹配器(matching box)141，將規定的交流電力供給至基板載板512與高頻電極513之間。此處，不於高頻電極513中設置槽532，將高頻電極513設為單純的平板電極。藉由基板載板512與高頻電極513來構成平行平板型電極。藉此，使腔室511內的預處理氣體121電漿化，而開始進行成膜預處理。亦即，使成膜之前的基板500的表面曝露於氨的高頻電漿(以下稱為「氨電漿」)，氨電漿中的氫自由基與基板500的懸鍵(dangling bond)結合。
於規定的期間，進行成膜預處理之後，於步驟S15中，使交流電源514斷開，成膜預處理結束。然後，於步驟S16中，藉由氣體排出機構516來將預處理氣體121排出，使腔室511內達到高真空。
接著，於步驟S17中，藉由氣體供給機構515來將反應氣體122導入至腔室511內。接著，於步驟S18中，藉由氣體排出機構516來對腔室511內進行減壓，將腔室511內的反應氣體122調整為規定的氣體壓力。
然後，於步驟S19中，使交流電源514導通，經由匹配器141，藉由交流電源514來將規定的交流電力供給至基板載板512與高頻電極513之間。藉此，使腔室511內的包含原料氣體的反應氣體122電漿化。使基板500曝露於所形成的電漿，使電漿中的激發物種於基板500的表面 發生反應，從而於基板500的表面形成薄膜。
使薄膜成長至規定的膜厚為止之後，於步驟S20中，使交流電源514斷開，成膜處理結束。然後，於步驟S21中，藉由氣體排出機構516來將反應氣體122排出，使腔室511內達到高真空。藉由以上的步驟，於基板500上形成薄膜。
於上述內容中，對如下的例子進行了說明，該例子是指：於步驟S16中，將預處理氣體121自腔室511排出。然而，當反應氣體122中所含的原料氣體包含預處理氣體121時，亦可將步驟S16予以省略，該步驟S16是將預處理氣體121自腔室511排出的步驟。
例如，於將氨氣用作預處理氣體121的情形下，當氨氣包含於原料氣體時，可將上述步驟S16予以省略。又，亦可僅利用反應氣體源182來構成氣體供給源518。
一般而言，將結晶矽基板用作結晶矽系太陽電池的基板多。於多晶矽基板中，多晶矽的晶界(grain boundary)成為缺陷。載子(carrier)被上述缺陷補足，使太陽電池的轉換效率(以下僅稱為「轉換效率」)下降。
然而，根據上述已說明的薄膜形成方法，氨電漿中的氫自由基藉由成膜預處理，而與基板500的懸鍵結合。藉此，缺陷對於載子的補足減少，鈍化效果(passivation effect)增大。結果是，基板500中的載子生命週期(carrier lifetime)延長。因此，使用上述方法來形成太陽電池的抗反射膜或鈍化膜，藉此，轉換效率提高。
圖21中，表示關於太陽電池的轉換效率與成膜之後的基板500的載子生命週期，使用電漿成膜裝置10來進行成膜預處理時與不進行成膜預處理的比較例時的比較結果。於圖21中，比較例的製造方法A是不進行成膜預處理時的方法，即：是不進行圖20所示的流程圖的步驟S12~步驟S16，而藉由步驟S17~步驟S20來形成薄膜的方法。另一方面，進行成膜預處理的製造方法B是依據圖20所示的流程圖的製造方法。
為了對圖21所示的轉換效率進行測定，製成如下的樣本(sample)，該樣本形成有氮化矽膜來作為結晶矽系太陽電池的抗反射膜。亦即，於作為多晶矽基板的基板100上，形成有作為氮化矽膜的薄膜。圖22中表示已製成的樣本的具體的構成例子。使磷(P)擴散至p型的多晶矽基板51的表面，而形成n+擴散區域，於n+擴散區域上配置有氮化矽(SiN)膜52。於氮化矽膜52上配置有銀(Ag)電極53，於多晶矽基板51的背面配置有鋁(Al)電極54。氮化矽膜52的折射率為2.0~2.15左右，膜厚為75 nm~90 nm左右。將光照射至圖6所示的樣本，進行電流電壓測定而取得轉換效率。
又，準備如下的樣本，作為對成膜之後的基板500的載子生命週期進行測定的樣本，上述樣本如圖23所示，於n型的單晶矽基板61的兩個面，與太陽電池的抗反射膜同樣地形成有氮化矽膜62、63。藉由微波光電導衰減(microwave photoconductive decay，μ-PCD)法，來對載 子生命週期進行測定，該μ-PCD法對照射有雷射(laser)的樣本中所產生的載子的量進行測定。
如圖21所示，於不進行成膜預處理的製造方法A中，轉換效率為15.09%，基板的載子生命週期為2475微秒(μ second)。相對於此，於進行成膜預處理的製造方法B中，轉換效率為15.14%，基板的載子生命週期為2808微秒。亦即，已確認：藉由進行圖2所示的成膜預處理，轉換效率及基板的載子生命週期提高。
再者，製造方法B的成膜預處理的條件是：將預處理氣體121設為氨氣，將腔室11內的預處理氣體121的壓力設為100 Pa，將基板100曝露於氨電漿的處理時間設為15秒，將交流電源14的電力密度設為83 mW/cm2。
如以上所說明，對於本發明的實施形態的電漿成膜裝置10而言，於進行成膜處理之前，將基板100曝露於包含氫的電漿，藉此，基板100的鈍化效果提高。結果是，根據使用電漿成膜裝置10的成膜方法，基板100中的載子生命週期延長，可使太陽電池的轉換效率提高。
於本發明的第2實施形態的電漿成膜裝置10中，如圖19所示，基板1為垂直地配置。於圖19所示的電漿成膜裝置10中，基板載板512及高頻電極513是：呈包括多個齒部分的梳型形狀，上述多個齒部分彼此朝向紙面、而分別朝上下方向延伸，基板載板512與高頻電極513的梳齒部分配置為交叉指狀。基板500分別搭載於基板載板512的與高頻電極513相對向的多個齒部分，因此，可一次性 地對多個基板500進行處理。
以於高頻電極513的齒部分的表面包括開口部的方式而形成槽532，高頻電極513作為空心陰極電極而發揮功能。於圖19所示的例子中，槽532是將高頻電極513的齒部分予以貫通而形成。於槽532中引起因空心陰極效果產生的電子的封閉，從而以自槽532供給的形態來穩定地產生高密度電漿。結果是，預處理氣體121或原料氣體效率良好地被分解，能夠於短時間內，對多個基板500進行成膜預處理及成膜處理。
圖24中，表示關於太陽電池的轉換效率與成膜之後的基板500的載子生命週期，使用圖19所示的薄膜形成裝置10來進行成膜預處理時與不進行成膜預處理的比較例時的比較結果。於圖24中，比較例的製造方法A是不進行成膜預處理時的方法，即：是不進行圖20所示的流程圖的步驟S12~步驟S16，而藉由步驟S17~步驟S20來形成薄膜的方法。另一方面，進行成膜預處理的製造方法B是依據圖20所示的流程圖的製造方法。
再者，與圖21所示的比較的情形同樣地，形成氮化矽膜作為結晶矽系太陽電池的抗反射膜，從而製成對轉換效率進行測定的樣本(參照圖22)。而且，準備如下的樣本作為對成膜之後的基板500的載子生命週期進行測定的樣本，上述樣本於單晶矽基板的兩個面，與太陽電池的抗反射膜同樣地形成有氮化矽膜(參照圖23)。
成膜預處理的條件是：將預處理氣體121設為氨氣， 將腔室511內的預處理氣體121的壓力設為67 Pa，將基板500曝露於氨電漿的處理時間設為5秒，將交流電源514的電力密度設為400 mW/cm2。採用空心陰極電極作為高頻電極513，藉此，可使預處理氣體121的壓力下降，使電力密度增大。
如圖24所示，於不進行成膜預處理的製造方法A中，轉換效率為16.26%，基板的載子生命週期為526微秒。相對於此，於進行成膜預處理的製造方法B中，轉換效率為16.44%，基板的載子生命週期為6751微秒。亦即，藉由進行圖20所示的成膜預處理，轉換效率及基板的載子生命週期提高。
根據圖21與圖24的比較，可以說利用空心陰極放電的薄膜形成裝置，與不利用空心陰極放電且使用有平行平板型電極的薄膜形成裝置相比較，使用預處理氣體121的成膜預處理的效果更大。
如此，本發明當然包含此處未揭示的各種實施形態等。因此，本發明的技術範圍根據上述說明，僅由妥當的申請專利範圍的發明特定事項決定。
[產業上之可利用性]
本發明的電漿成膜裝置能夠利用於在基板上形成膜的半導體器件的製造業中。
1、500‧‧‧基板
10‧‧‧電漿成膜裝置
11‧‧‧基板固定器
12、12A‧‧‧陰極電極
13‧‧‧氣體供給裝置
14、17、514‧‧‧交流電源
15‧‧‧排氣裝置
16‧‧‧脈衝產生器
18‧‧‧功率分配器
20、511‧‧‧腔室
30、212‧‧‧支持台
31‧‧‧導入孔
51‧‧‧p型的多晶矽基板
52、62、63‧‧‧氮化矽膜
53‧‧‧銀(Ag)電極
54‧‧‧鋁(Al)電極
61‧‧‧n型的單晶矽基板
100‧‧‧製程氣體
110‧‧‧搭載面
111‧‧‧基板安裝板
112‧‧‧固定板
113‧‧‧氣體導入孔
120‧‧‧貫通孔
121‧‧‧預處理氣體
122‧‧‧反應氣體
130‧‧‧氣體供給噴嘴
150‧‧‧排氣孔
151‧‧‧第1排氣調整板
152‧‧‧第2排氣調整板
181‧‧‧預處理氣體源
182‧‧‧反應氣體源
200‧‧‧直列式成膜裝置
210‧‧‧放入/加熱室
211‧‧‧加熱室
211A‧‧‧加熱器
211B‧‧‧槽加熱器
213‧‧‧隔熱板
220‧‧‧成膜室
230‧‧‧取出室
240A、240B、241‧‧‧閘門
401‧‧‧凹部
402‧‧‧氣體噴出口
512‧‧‧基板載板
513‧‧‧高頻電極
515‧‧‧氣體供給機構
516‧‧‧氣體排出機構
518‧‧‧氣體供給源
532‧‧‧槽
541‧‧‧匹配器
I-I‧‧‧方向
S11~S21‧‧‧步驟
圖1是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置的構成 的模式圖。
圖2是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置中所使用的基板固定器的例子的模式圖。
圖3是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置的陰極電極的例子的模式性構造圖。
圖4是表示比較例的陰極電極的例子的模式性構造圖。
圖5是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置的陰極電極的例子的模式圖。
圖6是用以對本發明的實施形態的電漿成膜裝置中的製程氣體的導入方法進行說明的模式圖。
圖7是用以對本發明的實施形態的電漿成膜裝置中的氣體供給噴嘴的配置方法進行說明的模式圖。
圖8是用以對本發明的實施形態的電漿成膜裝置中的基板的搭載方法進行說明的模式圖。
圖9是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置的氣體供給噴嘴的形狀例的模式圖，圖9(a)~圖9(c)的上方所示的圖是平面圖，下方所示的圖是沿著平面圖的I-I方向的剖面圖。
圖10是用以對本發明的實施形態的電漿成膜裝置中的排氣方法進行說明的模式圖。
圖11是用以對本發明的實施形態的電漿成膜裝置中的其他排氣方法進行說明的模式圖。
圖12是表示本發明的實施形態的變形例的電漿成膜 裝置的構成的模式圖。
圖13是表示本發明的實施形態的其他變形例的電漿成膜裝置的構成的模式圖。
圖14是表示本發明的實施形態的其他變形例的電漿成膜裝置的構成的模式圖。
圖15是表示將本發明的實施形態的電漿成膜裝置應用於直列式成膜裝置的成膜室的例子的構成的模式圖。
圖16是本發明的實施形態的電漿成膜裝置的腔室為圓筒形狀時的模式圖。
圖17是表示本發明的實施形態的電漿成膜裝置的加熱室的構成例子的模式圖。
圖18是表示將本發明的實施形態的電漿成膜裝置應用於直列式成膜裝置的成膜室的其他例子的構成的模式圖。
圖19是表示本發明的第2實施形態的電漿成膜裝置的構成的模式圖。
圖20是用以對使用本發明的第2實施形態的薄膜形成裝置的薄膜形成方法進行說明的流程圖。
圖21是表示本發明的薄膜形成裝置所形成的薄膜、與比較例所形成的薄膜的比較的表。
圖22是表示用以對轉換效率進行測定的樣本的構造的模式圖。
圖23是表示用以對載子生命週期進行測定的樣本的構造的模式圖。
圖24是表示本發明的第2實施形態的薄膜形成裝置所形成的薄膜、與比較例所形成的薄膜的比較的表。
1‧‧‧基板
10‧‧‧電漿成膜裝置
11‧‧‧基板固定器
12‧‧‧陰極電極
13‧‧‧氣體供給裝置
14‧‧‧交流電源
15‧‧‧排氣裝置
20‧‧‧腔室
100‧‧‧製程氣體
110‧‧‧搭載面
111‧‧‧基板安裝板
112‧‧‧固定板

Claims (20)

  1. 一種電漿成膜裝置，其特徵在於包括：腔室，搬入有基板固定器，上述基板固定器具有搭載面，上述搭載面搭載著基板；陰極電極，以與上述搭載面相對向的方式而配置，上述搭載面於上述腔室內、在上下方向延伸地配置；氣體供給裝置，將製程氣體導入至上述腔室內的上述基板固定器與上述陰極電極之間；以及交流電源，將交流電力供給至上述基板固定器與上述陰極電極之間，使上述製程氣體於上述基板固定器與上述陰極電極之間達到電漿狀態，將以上述製程氣體中所含的原料作為主成分的薄膜，形成於上述基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述氣體供給裝置將上述製程氣體自下方朝向上方而導入至上述腔室內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電漿成膜裝置，其中，上述氣體供給裝置自沿著上述陰極電極的底面而配置的氣體供給噴嘴，朝向上述陰極電極的底部噴出上述製程氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板固定器包括：多個基板安裝板，上述多個基板安裝板分別將上述搭載面定義為主面，且彼此隔開且平行地配置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電漿成膜裝置，其中，上述多個基板安裝板是以與上述多個陰極電極交替、且使最外側為上述基板安裝板的方式而排列，將上述搭載面分別定義為上述基板安裝板的與上述陰極電極相對向的面。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板固定器包括：固定板，上述固定板對上述多個基板安裝板各自的底部進行固定，上述固定板的在上下方向貫通的氣體導入孔是形成於上述多個基板安裝板之間，經由上述氣體導入孔，將上述製程氣體導入至上述基板安裝板與上述陰極電極之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述陰極電極包括：貫通孔，上述貫通孔設置有開口部，位於與上述搭載面相對向的面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述腔室為圓筒形狀。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的電漿成膜裝置，更包括：加熱室，上述加熱室於在上述基板上形成上述薄膜之前，容納上述基板固定器，上述加熱室包括槽加熱器，上述槽加熱器配置於上述多個基板安裝板之間，對上述基板固定器及上述搭載面所 搭載的上述基板進行加熱。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板固定器及上述陰極電極的至少任一者包含碳。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，關於上述陰極電極的表面粗糙度，最大高度為6.3 S以下。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板固定器的表面粗糙度中，最大高度為25 S以下。
  13. 一種電漿成膜裝置，於基板上形成薄膜，上述電漿成膜裝置的特徵在於包括：腔室，容納上述基板；基板載板，配置於上述腔室內、且載置著上述基板；高頻電極，配置於上述腔室內、且與上述基板載板上的上述基板相對向；氣體供給機構，將包含氫的預處理氣體、或包含形成於上述基板上的上述薄膜的原料氣體的反應氣體的任一種，供給至上述腔室內；以及交流電源，將交流電力供給至上述基板載板與上述高頻電極之間，於成膜步驟的不同階段，分別於上述基板的上表面激發：包含上述預處理氣體的電漿、或包含上述原料氣體的電漿的任一種。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電漿成膜裝置，其中， 於上述基板載板上的與上述基板相對向的上述高頻電極的表面，形成有槽。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的電漿成膜裝置，其中，上述槽是以將上述基板載板予以貫通的方式而形成。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的電漿成膜裝置，其中，於形成於上述高頻電極的上述槽的底部，形成有：上述預處理氣體及上述反應氣體所通過的多個噴出孔的開口部。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板是於p型矽基板上形成有表面擴散濃度為1×1018~1×1022的n型半導體層的太陽電池基板，或是，於n型矽基板上形成有表面擴散濃度為1×1018~1×1022的p型半導體層的太陽電池基板。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電漿成膜裝置，其中，上述基板上所形成的上述薄膜是：配置於上述太陽電池上的折射率為1.8~3.0、膜厚為50 nm~150 nm且包含氮化矽的抗反射膜。
  19. 一種結晶太陽電池，其特徵在於包括：使用如申請專利範圍第13項所述的電漿成膜裝置而形成的抗反射膜或鈍化膜。
  20. 一種半導體元件，其特徵在於包括：使用如申請專利範圍第13項所述的電漿成膜裝置而形成的抗反射膜或鈍化膜。
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