TWI224628B - Plasma processing method and apparatus - Google Patents

Description

1224628 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明背景. 發明領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種利用高頻放電之覆膜形成方法及設 備，尤其係關於一種用以製造矽基無晶形或微結晶半導體 (諸如太陽能電池、光電壓元件、顯示器等等）之電漿 C VD設備、電漿蝕刻設備等之電漿處理方法與設備。 相關技術之說明 目前爲止，在利用電漿來形成一功能性薄膜之覆膜形 成方法中，其通常係使用頻率由13 . 56MHz至 VH F頻帶或進一步採用微波頻帶之高頻電漿，而利用無 結晶性薄膜或結晶性薄膜來製造出半導體元件、光電壓元 件等等。 舉例來說，在利用高頻電漿的電漿CVD方法中，其 係形成一種矽基半導體元件（諸如太陽能電池等等）之非 結晶性薄膜或結晶性薄膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了形成高品質非結晶性或結晶性薄膜，相當重要的 是，其僅需產生用以獲得高品質薄膜所需之自由基來形成 表面反應。爲達此一目的，高頻能量的供應量係需要減少 ，以控制這些在形成高品質薄膜上並不需要之自由基的形 成。 然而，此一方法並無法具有充足的產能，因而不適用 於工業上的應用。因此，已有致力於增加塗覆率者。然而 ，爲了達到此一目標，其係需要分解大量的來源空氣，使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1224628 A7 B7 五、發明説明（2) 得其需要增加高頻能量的供應量，並且升高高頻能量的頻 率’以增加電漿的密度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而，高頻能量的增加將不僅會產生用以形成高品質 薄膜所需要的自由基，且亦會產生破壞薄膜品質的自由基 或離子。再者，諸如S i H2之活性自由基係容易生長成群 集狀，而包含有諸如S i Η 2之大量活性自由基的電漿，係 會使S i Η2或群團倂入至半導體薄膜中，而形成具有瑕疵 的薄膜，而無法獲得良好的半導體薄膜。 . 舉例來說，.當本案發明人利用一具有50 Ommx 85〇mm平行板型陰極且供應13.56MHz之高頻 能量之電漿CVD設備，而以1 5埃/秒之塗覆率在一 5 0 Ommx 8 5 Omm之基板上形成一非結晶狀矽膜（ 亦可做爲接地電極）時，在薄膜中之S i H2之含量係高達 約1 0%，因此便無法獲得最佳的薄膜。在另一方面，在 來源氣體流動方向上之放電空間的端部，係會產生粉末狀 物質（聚矽甲烷等等）的副產物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照目前所知的文獻報告，已有嘗試一種方法，其係 以脈衝型式來供應高頻能量，以抑制活性自由基生長成集 群，藉此避免粉末狀物質的產生。 舉例來說，在日本特許公開專利申請第5 -22668 1、5 — 51753 及 8 — 20874 號中係 揭露一種減少灰塵之薄膜形成方法以及一種薄屑減少方法 ’其係藉由在高頻能量中應用一種振幅調變來達成。然而 ，其中對於所形成之薄膜的特徵資料以及塗覆率卻幾乎未 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 1224628 A7 B7 五、發明説明（3) 說明。 本案發明人係將一具有低頻脈衝調變之高頻能量供應 至習知平行板式電極，並且硏究其結果。然而，即使當脈 衝調變頻率及能率改變，在所形成之半導體薄膜中之 S i Η 2含量亦幾乎很難降低，且未能形成具有良好薄膜特 性（諸如光/暗影傳導率等）之薄膜。此外，薄膜之沉積 率係低到大約爲3埃/秒。此一緣故係在於在調變脈波上 升時所供應之放電起始電壓會變高，因此氣體便會分解成 各種不同的自由基或離子，而僅有那些用以構成高品質薄 膜所需要的自由基係會被選擇性地大量產生。 因此，依照習知方法，由於覆膜之瑕疵密度會因爲氣 體聚合或離子轟炸而變高，因而難以獲得良好的薄膜品質 ，而以生產率的觀點而言，一般亦考慮採用3埃/秒或以 下之薄膜形成率。 然而，爲了增進利用砂基非結晶性或結晶性薄膜之半 導體來製造大面積產品（諸如顯示器或太陽能電池）的產 率，其便有需要以優於先前的品質以及更高的速率，來形 成諸如矽基非結晶性或結晶性薄膜之具有大面積的半導體 薄膜。這對於濺鍍設備及蝕刻設備亦會具有相同的問題。 發明摘要 因此’本發明之~目的係要解決上述之問題，而提供 一種可以進行高品質且高速之電漿處理的方法及設備。 本發明之另一目的係要提供一種覆膜形成方法及設備 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ι〇Χ297公羞） 一 -6 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · —訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1224628 A7 B7 五、發明説明（4) ’其係能在大面積上以高速來形成不具有瑕疵或光害之高 品質覆膜，且即使在利用電漿C V D方法、濺鍍方法等之 覆膜形成處理中，其仍可以在大面積上以高速來形成高品 質覆膜。 依照本發明之第一樣態，其係提供一種電漿處理方法 ’其包含將一氣體導入至放電空間，其中該放電空間係具 有一陰極電極及一相對於陰極電極之相對電極，並且藉由 高頻能量而將該氣體轉變成電漿，以處理一物件，該方法 包含以下之步驟： * 在陰極電極背面提供至少一導電板，其係與該陰極電 極與相對電極形成直流電位勢絕緣； 以一屏蔽壁體來封閉該陰極電極與導電板，以形成一 放電空間，並使得由該陰極電極與相對電極所提供之內部 電極耦合電容相對於由陰極電極與位在導電板背面之屏蔽 壁體之底部表面所提供之耦合電容的比値，係小於一預定 値；以及 將一經過脈波調變之高頻能量供應至陰極電極，以將 氣體轉變成電漿。 最好，在此方法中，由該陰極電極與相對電極所提供 之內部電極耦合電容相對於由陰極電極與位在導電板背面 之屏蔽壁體之底部表面所提供之耦合電容的比値，係爲1 / 3或以上。 最好，在此方法中，該脈波調變之調變頻率係設定爲 50Hz 至 ΙΟΟΚΗζ 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1224628 Α7 Β7 五、發明説明（5) 最好，在此方法中，一脈波調變之調變頻率的高頻作 用時間相對於脈波重複周期之百分比（能率），係設定在 1 5%至6 0%的範圍內。 最好，在此方法中，該高頻能量係採用一能量源頻率 爲3 0MHz至1 5 0MHz之高頻能量。 依照本發明之第二樣態，其係提供一種電漿處理設備 ，其具有一放電空間，其中該放電空間係具有一陰極電極 及一相對於陰極電極之相對電極，而可以將一氣體導入至 該放電空間中，並且藉由高頻能量而將該氣體轉變成電漿 ，以處理一物件，該設備包含： 至少一導電板，其係位在陰極電極背面，並且與該陰 極電極與相對電極形成直流電位勢絕緣； 一屏蔽壁體，其係用以封閉該陰極電極與導電板； 一放電空間，其係設計成可使得由該陰極電極與相對 電極所提供之內部電極耦合電容相對於由陰極電極與位在 導電板背面之屏蔽壁體之底部表面所提供之耦合電容的比 値，係小於一預定値；以及 能量供應裝置，其係可以將一經過脈波調變之高頻能 量供應至放電空間中。 最好，該設備係設計成由該陰極電極與相對電極所提 供之內部電極耦合電容相對於由陰極電極與位在導電板背 面之屏蔽壁體之底部表面所提供之耦合電容的比値，係爲 1 / 3或以上。 最好，該設備係進一步包含脈波調變裝置，以將該脈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-8- 1224628 A7 B7 五、發明説明（6) 波調變之調變頻率設定爲5〇Hz至ΙΟΟΚΗζ。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 最好，該設備係進一步包含一裝置’其係用以將一脈 波調變之調變頻率的高頻作用時間相對於脈波重複周期之 百分比（能率），設定在15%至6 0%的範圍內。 最好，該設備係設計成以頻率爲3 ΟΜΗ z至1 5 0 Μ Η z之高頻能量來做爲由高頻能量供應源所供應之高頻 能量。 最好，該相對電極係一接地電極。 此外，該相對電極亦可以做爲一待處理物件（簡稱爲 ”物件”），諸如一基板。 圖式之簡單說明 圖1係一槪要視圖，其中顯示依照本發明之實施例之 覆膜處理設備之一實例； 圖2係一槪要視圖，其中顯示依照本發明之另一實施 例之覆膜處理設備之一實例； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3係一圖表，其中顯示在實例2中以1 OKHz之 脈波調變頻率所形成之薄膜形成率（沉積率）之分佈； 圖4係一圖表，其中顯示在實例2中以1 OKHz之 脈波調變頻率之光影傳導率分佈； 圖5係一圖表，其中顯示在實例2中，在該薄膜中之 S i H2含量與該脈波調變頻率的依存關係；以及 圖6係一圖表，其中顯示在實例3中，該薄膜之 S i Η 2含量與脈波調變能率的依存關係。 本紙張尺度適用中周國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 1224628 A7 B7 五、發明説明（ 主要元件對照表 1 真空容器 2 氣體供應裝置 3 電漿CVD室端頭 4 基板加熱器 5 氣體流動方向 6 高頻能量供應源 7 接地電極 8 陰極電極 9 絕緣體 10 導電板 11 屏蔽壁體 12 反應空間 13 排氣裝置 14 電極之間距離 15 脈波調變電路 16 底部表面 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳實施例之詳細說明 現請參照本發明之實施例，以下將說明具有上述設計 之電漿CVD設備。 在該設備中，藉由使一內部電極親合電容對一陰極電 極之耦合電容與一屏蔽壁體之底部表面的比値高於習知設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10 - 1224628 Α7 Β7 五、發明説明（8) 備的比値，並且藉由設計出上述之導電板，便可以增進輻 射至放電空間中之能量，而進一步增加覆膜之沉積率。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，由於內部電極耦合電容較大，因此在調變脈波 之上升時間的放電起始電壓便可以被控制而降低，使得其 可以避免在每次調變脈波期間之放電起始時間所產生的活 性自由基被納入至薄膜中，或者防止離子損害該薄膜，而 同時保持相當高的薄膜形成率。再者，其亦可以在薄膜形 成期間抑制諸如粉末狀物質之副產品的產生。 再者，藉由利用覆膜形成方法，便可以形成極佳的無 結晶性及多結晶性矽薄膜，其懸擺價鍵係比先前還少，同 時在大面積反應空間中仍可以保持高達10埃/秒或以上 之高薄膜形成率。 在此應瞭解的是，本發明不僅可以應用於電漿c V D 設備，其尙可應用於濺鍍設備及蝕刻設備，以及具有大面 積之高速電漿處理設備。 上述的結果乃係本案發明人針對各種不同條件所獲得 之硏究結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 換言之，本案發明人已發現，在電容耦合平行板電極 結構中，當一導電板在其背面提供一陰極電極，而針對直 流電（d . c )電位勢而可以使陰極電極與做爲相反電極 之接地電極絕緣，且由屏蔽壁之底部表面以及陰極電極所 提供之耦合電容，係大約爲3 6 0 P F，而內部電極耦合 電容係高於1 2 O .P F，並且選擇一適當的脈波調變頻率 及能率，藉此便可以將V H F頻帶之高頻能量加以調變， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -11 - 1224628 A7 B7 五、發明説明（9) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 並且供應至放電空間中，如此便能以相當快的速度來形成 薄膜，同時大幅度地減少在薄膜中之S i Η 2含量。此外， 亦已發現，其亦可以大大地抑制習稱矽甲烷之粉末狀物質 的反應副產品產生。 因此，很明顯地，針對每次脈波上升之放電起始電壓 便可以降低，藉此，便可以抑制在高放電起始電壓所產生 之活性自由基，且進一步避免由於放電起始電壓而使離子 損害薄膜，同時可增進高頻能量之供應及以較快的速度來 形成薄膜。 在本發明之一實施例中，藉由採用上述的設計，且藉 由供應高頻能量至陰極電極與接地電極之間的放電空間， 且同時以範圍在50Hz至1OOKHz之間之調變頻率 來進行脈波調變，便可以將結合至薄膜中之活性自由基降 低至2 %或以下，且反應副產物之粉末狀物質亦可以有效 地抑制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，在本發明之另一實施例中，藉由採用上述之設 計，且藉由供應高頻能量至陰極電極與接地電極之間的放 電空間，同時以範圍在5 0Hz至6 OKHz之間之調變 頻率來進行脈波調變，結合至薄膜之活性自由基（諸如 S i Η 2等）便可以降低至2 %或以下，且反應副產物之粉 末狀物質亦可以有效地抑制。 本發明之實施例可以有效地應用至覆膜形成方法，其 中高頻電漿係經過調變。尤其，該效果在3 Ο ΜΗ ζ至 1 5 0 Μ Η ζ之範圍內更爲顯著。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Α4規格（210x297公釐）~ -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1224628 A7 _B7 五、發明説明（4 本發明之實施例將參照附圖來加以說明。 圖1及2係顯示依照本發明之一實施例之覆膜處理設 備。 在圖1及圖2中，元件標號1係標示一真空容器，其 係構成一電漿c VD室。元件標號2係標示一氣體供應裝 置，其係用以由該電漿C VD室之一部分來提供一來源氣 體，並且藉由高頻氣體放電而在電漿C VD室之反應空間 1 2中來進行覆膜形成處理。.元件標號3係標示一電漿 CVD室端頭，而元件標號4係標示一基板加熱器，而元 件標號5係標示氣體流動方向。元件標號6係標示一高頻 能量供應源。 元件標號7係標示一相對於陰極電極8之接地電極（ 基板固定件），元件標號9係標示一絕緣體（石英），而 元件標號1 0係標示一導電板，其係位在陰極電極8之背 面’並且藉由絕緣體9而與由陰極電極8流動至接地電極 7之直流電位勢形成電性絕緣。在圖1中係提供有三個導 電板，而在圖2中則係提供一個導電板。 元件標號1 1係標示一屏蔽壁體（屏蔽外殼），元件 標號1 2係標示一反應空間（放電空間），元件標號1 3 係標示一排氣裝置，元件標號1 4係標示在電極之間的距 離，而元件標號1 5係標示一脈波調變電路，而元件標號 1 6係標示該屏蔽壁體的底部表面。 一放電空間係設計成使該陰極電極8及導電板1 〇係 由屏蔽壁體1 1所槪略地封閉，且由陰極電極8及接地電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-13- 1224628 A7 B7 五、發明説明（d 極7所提供之內部電極耦合電容與由該陰極電極8及位在 導電板1 0背面上之屏蔽壁體底部所提供之耦合電容之間 的比値係大約爲1 / 3或以上。 接著，藉由供應高頻能量至陰極電極8，同時進行脈 波調變，且藉由適當調整頻率、該反應空間壓力、內部電 極耦合電容及來源氣體種類，其便可以形成高品質的覆膜 ，同時可以在大面積上高速形成薄膜。 因此，當形成覆膜時所產生之反應副產物，聚矽甲烷 粉末，便可以被有效地抑制，並且可以提供具有高產率之 覆膜形成方法及設備。 以下將說明本發明之實例，但本發明並不以此爲限。 (實例1 ) 在實例1中，其係利用具有圖1所示之本發明電漿 c VD設計之覆膜形成方法及設備來進行一實驗，以觀察 在無結晶性矽膜中之S i Η 2含量的變化。 反應空間係5 1 Ommx 5 1 Omm，而陰極電極之 尺寸係5 0 4mmx 5 0 4mm，而內部電極耦合電容（ 4 0 p F )對陰極電極與屏蔽壁體之底部表面之耦合電容 (1 2 0 p F )的比値（以下簡稱爲電極耦合電容比値） ，係大約爲1 / 5。 薄膜形成處理係依照以下之程序來進行。首先，真空 容器1係藉由一排氣裝置來抽吸至1 P a或以下之壓力。 接著’將氬氣以1 〇 〇 s c c m之流率來導入，而使反應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1224628 A7 B7__ 一 五、發明説明（& 腔室中之壓力保持在13Pa。 接著，一能量係供應至基板加熱器，且保持此一狀態 達2小時。在電漿C V D室中之基板溫度穩定之後，便停 止供應氬氣，並且由氣體供應裝置2以5 0 0 s c cm之 流率來供應來源氣體S i Η 2以及以1 0 0 0 s c c m之流 率來供應稀釋用的氫氣。 接下來，將電漿反應空間內部的壓力控制在1 3 3 Pa，且將VHF 3 0MHz及8 0 0W之高頻能量以 1 OKH z及5 0%之能率來加以調變，並且供應至陰極 電極，然後進行薄膜形成處理達8分鐘。藉此，便可供應 V H F頻帶之高頻能量，以在矽晶圓基板上沉積一非結晶 性矽膜。 接下來，停止高頻能量之供應，並且停止來源氣體及 稀釋氣體以及加熱能量的供應。接著，將真空容器以及排 氣裝置的內部加以淸洗，並且利用氮氣而使設備處於大氣 壓力中。 之後，利用FT — I R (商標名：由Parkin Elmer公 司所製造之型號1 7 2 0 X設備）而依照透射方法由紅外 線吸收光譜之2 0 0 7 /公分（S i Η )及2 0 8 5 /公 分（S i Η 2 )的吸收量，來測量及估算沉積於矽晶圓基板 上之非結晶性矽膜中之氫原子含量。 結果，在非結晶性矽膜中之S i Η 2含量係高達2 7 % 。此外，聚矽甲烷係會附著於放電空間，因此無法獲得良 好的薄膜。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I---------V----ΊΓ--訂 L-----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1224628 A7 B7 五、發明説明（4 接下來，將電極之間的距離加以改變，而將電極耦合 電容比値改變爲1 / 3，然後依照上述程序來進行薄膜形 成處理。 藉由將電極耦合電容比値改變爲1 / 3，便不會產生· 聚砂甲院，且放電亦會變得穩定。 之後，依照上述之方法來測量出在一樣本基板上所形 成之薄膜中的S i H2含量，其結果變佳而爲1 . 9%。 此外，當減少電極之間的距離而將電極耦合電容比値 增加至1 / 1時，接著依照上述程序來進行薄膜形成處理 ，然後依照上述之方法來測量出在一樣本基板上所形成之 薄膜中的S i H2含量，其結果變得更佳而爲〇 . 2%。 (實例2 ) 在實例2中，其係利用具有圖1所示之本發明電漿 C V D設計之覆膜形成方法及設備來進行一實驗，以觀察 在無結晶性矽膜中之S i Η 2含量以及光/暗影傳導率·隨著 調變頻率之改變所產生的變化。 反應空間係8 6 Ommx 5 1 Omm，而陰極電極之 尺寸係8 5 4mmx 5 0 4mm，而電極耦合電容比値爲 1 / 1。 薄膜形成處理係依照以下之程序來進行。首先，真空 容器1係藉由一排氣裝置來抽吸至1 P a或以下之壓力。 接著，將氬氣以1 0 〇 s c c m之流率來導入，而使反應 腔室中之壓力保持在1 3 P a。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 1224628 A7 B7 五、發明説明（^ 接著，一能量係供應至基板加熱器’且保持此一狀態 達2小時。在電漿C V D室中之基板溫度穩定之後’便停 止供應氬氣，並且由氣體供應裝置2以5 0 0 s c cm之 流率來供應來源氣體S i Η 2以及以1 0 0 0 s c c m之流 率來供應稀釋用的氫氣。 接下來，將電漿反應空間內部的壓力控制在1 3 3 Pa ，且將VHF 30 MHz及8' 〇〇W之高頻能量以 1 OKH z及5 0%之能率來加以調變，並且供應至陰極 電極，然後進行薄膜形成處理達8分鐘。藉此，便可供應 高頻能量，以分別在具有8 5 4mmx 5 0 4mm之尺寸 的玻璃基板及矽晶圓基板上沉積一非結晶性矽膜。 接下來，停止高頻能量之供應，並且停止來源氣體及 稀釋氣體以及加熱能量的供應。接著，將真空容器以及排 氣裝置的內部加以淸洗，並且利用氮氣而使設備處於大氣 壓力中。 接下來，在將該調變頻率上升至2 0 0 KH z的情況 下，該薄膜形成處理便依照上述程序重複進行，以產生非 結晶性矽膜樣本。 接著，利用上述實例1之測量方法，來測量及估算沉 積於矽晶圓基板上之每一非結晶性矽膜中之氫原子含量。 再者’將間隙爲2 5 0微米且總長度爲5公分之梳狀 電極於該沉積在玻璃基板上之每一非結晶性砂膜上蒸發， 且藉由使用光感應測量裝置來測量光影傳導率σ P ( S / 公分）及暗影傳導率cr.d (S /公分），其中該測量裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）'一- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -17- 1224628 Α7 Β7 五、發明説明（4 係利用能以4 E 1 5光子/平方公分.秒光量而發出 6 3 3 n m光線之雷射、一能量裝置及一 microammeter ( 商標名：4140B，由HP所製造），然後計算出光影 傳導率對暗影傳導率之比値（σρ/σ(1 ;稱之爲”光影 /暗影傳導率”）。 結果，如圖5所示，在由5 0Hz至1 OKHz的調 變頻率中，在非結晶性矽膜中之S i Η 2含量係可以具有小 於1原子％的良好結果，且可進一步得到良好的光影/暗 影傳導率〇γ ρ/σ d，其可達五位數或以上的數値。再者 ，在ΙΟΟΚΗζ之調變頻率，其可以得到1 . 8原子％ 的良好結果。 圖3係一圖表，其中顯示隨基板表面位置之薄膜形成 率（沉積率）分佈，其係在上述1 〇 Κ Η z之脈波調變頻 率下測得，而圖4係一圖表，其中顯示光影傳導率、暗影 傳導率及光影/暗影傳導率之變化，其係在上述1〇 Κ Η ζ之脈波調變頻率下測得。在圖3及圖4中，橫座標 的位置係標示距離圖1之方向5之氣體中之基板上游端的 距離。 (實例3 ) 在實例3中，在每一非結晶性矽膜中之S i Η 2含量， 係在1 0 ΚΝ ζ之調變頻率以及能率由1 〇%改變至8 0 %的情況下，藉由在上述實例2中利用本發明具有圖1之 電漿C V D設計的覆膜形成設備及方法，來加以測定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18 - 1224628 A7 B7 五、發明説明（4 該電獎反應空間係8 6 Ommx 5 1 Omm，而陰極 電極尺寸係8 5 4mmx 5 0 4mm，且該電極耦合電容 比値係設疋爲1/1。1 〇 〇 〇 s c cm之稀釋氫氣及 500 s c cm之S iH4氣體係流入至電漿反應空間中。 該反應空間壓力係保持在1 3 3 P a。一 VHF 6 0 ΜΗ z之高頻能量係在上述條件下來進行脈波調變，並且 供應至陰極電極，且該薄膜形成處理係進行十分鐘，以分 別在政晶圓基板與玻璃基板上沉積非結晶性砂膜。 接著’沉積之非結晶性矽膜之紅外線吸收光譜及光影 /暗影傳導率，係利用上述實例1及實例2中之測量方法 來加以測量及估算。 結果，在由15 %至6 0%之每一能率中，該薄膜之 S i H2含量係1原子％或以下，如圖6所示，而該光影/ 暗影傳導率σ ρ / σ d則係具有五位數或以上之數値，此 爲良好的結果。然而，在1 〇 %的能率中，放電則會變得 不穩定。 (實例4 ) 在實例4中，該電漿反應空間係5 1 0 m m X 5 1 0 mm，而陰極電極尺寸係5 0 4mmx 5 0 4mm，且該 電極耦合電容比値係設定爲2/1。 該薄膜形成處理係依照實例2之程序來進行。爲了形 成薄膜，500 s c cm之S i H2來源氣體以及1 〇〇〇 s c c m之稀釋氫氣係流入至電獎反應空間中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------1 1 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19- 1224628 A7 B7 五、發明説明（4 接著，該反應空間壓力係控制在1 3 3 P a，且。 VHF 1 5 ΟΜΗζ且800W之高頻能量係以1 〇 ΚΗ ζ之調變頻率及5 0%的能率來進行脈波調變，並且 •供應至陰極電極，且該薄膜形成處理係進行十分鐘。藉此 ’便可供應V H F頻帶之高頻能量，且可以分別在矽晶圓 基板與玻璃基板上沉積非結晶性矽膜。 接著，停止VHF 頻帶之高頻能量的供應，然後停 止來源氣體及稀釋氣體及加熱器能量的供應。接下來，將 真空容器及排氣裝置的內部空間加以淸洗，且利用氫氣來 使設備處在大氣壓力中。 利用上述實例1及實例2中之測量方法，而針對在玻 璃基板及砂晶圓基板上之非結晶性矽膜之紅外線吸收光譜 及光影/暗影傳導率來加以測量及估算。 結果，非結晶性矽膜之S i Η 2含量係〇 . 2原子％， 而這可被評估爲良好的非結晶性矽膜。 (對照例） 在一對照例中，該電漿反應空間係8 6 〇 m m X 5 1 Omm，而陰極電極尺寸係8 5 4mmx 5 0 4mm ，且該電極耦合電容比値係設定爲1 / 1。’在5 0 0 seem之SiH2來源氣體流量率、lOQOsccm之 稀釋氫氣流量率、薄膜形成壓力爲13 3Pa，以及60 ΜΗ z且4 0 0W之高頻能量的條件下，一高頻能量係在 未進行脈波調變的情況下供應至放電空間。該薄膜形成處 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 1224628 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 理係依照實例2之程序來進行。 接著，利用在實例1中所述之測量方法來測量紅外線 吸收光譜。 結果，在薄膜中之SiH2含量係2· 2原子％，這表 示該薄膜品質係比藉由脈波調變所形成之薄膜品質還差。 (實例5 ) 在實例5中，其係利用本發明之具有圖1所示之設計 的電漿CVD的覆膜形成設備，並且採用1 〇ΚΗζ之調 變頻率及5 0%的能率，而在一玻璃基板上沉積微結晶性 矽膜。 該電漿反應空間係5 1 Ommx 5 1 〇mm，而陰極 電極尺寸係5 0 4mmx 5 0 4mm，且該電極親合電容 比値係設定爲1/2。2 0 0 0 s c cm稀釋氫氣及5 〇 s c c m S i Η 4係流入至電漿反應空間中，且該玻璃基板 係加熱且保持在3 0 0 ° C。在反應空間中之壓力係保持 在 2 6 6 P a。 V H F 6 ΟΜΗ z及1 20 0W之高頻能量係在上 述條件下進行脈波調變，並且供應至陰極電極，且薄膜形 成處理係進行6 0分鐘，以將一微結晶性矽膜沉積在一玻 璃基板上。接著，當利用一 R a m a η分光器（商標名： NRS200C，由N i hon Bunko公司所製造）來測量所 沉積的微結晶性矽膜時，在5 2 0 /公分附近係可以觀察 到急遽的信號上升，而這便可確認結晶形成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） * —^1· I n n { vm ΙΒ^ϋ mu nn i In m m· I il ms 一 ) - 一 m I— ml Jr . 潑 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 1224628 A7 B7 五、發明説明（^ 可以確定的是，當電極耦合電容比値係設定在1/2 (其遠大於習知比値1 / 5 )時，且高頻能量係在經過脈 波調變的情況下來供應時，其薄膜結晶性相較於習知設備 所得到的薄膜係大大地增進。 如上所述，依照本發明上述之實施例，利用矽基非結 晶性或微結晶性薄膜之半導體產品的產率，係可以增進， 且該矽基非結晶性或微結晶性薄膜之半導體亦能以較快的 速度在大面積上來形成，且具有比習知產品還佳的品質。 此外，在所處理的物件中係不會產生瑕疵，且可以形成一 可防止光害之較佳品質的功能性薄膜及高品質薄膜。 再者，在利用電漿CVD方法、濺鍍方法等之覆膜形 成處理中，亦可以實施大面積電漿，其亦可以進行覆膜處 理而不會產生瑕疵，這在習知技術中係無法達到的。此外 ，本發明亦可以應用於電漿蝕刻中，而能具有良好的功效 —_________士__ 爿 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210x297公釐） -22-

Claims (1)

1224628 8 8 8 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 . 一種電漿處理方法，其包含將一氣體導入至放電 空間，其中該放電空間係具有一陰極電極及一相對於陰極 電極之相對電極’並且藉由尚頻能量而將該氣體轉變成電 漿，以處理一物件，該方法包含以下之步驟： 在陰極電極背面提供至少一導電板，其係與該陰極電 極與相對電極形成直流電位勢絕緣； I 以一屏蔽壁體來封閉該陰極電極與導電板，以形成一 放電空間，並使得由該陰極電極與相對電極所提供之內部 電極耦合電容相對於由陰極電極與位在導電板背面之屏蔽 壁體之底部表面所提供之耦合電容的比値，係小於一預定 値；以及 將一經過脈波調變之高頻能量供應至陰極電極，以將 氣體轉變成電漿。 2 ·根據申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中 由該陰極電極與相對電極所提供之內部電極耦合電容相對 於由陰極電極與位在導電板背面之屏蔽壁體之底部表面所 提供之耦合電容的比値，係爲1 / 3或以上。 3 ·根據申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中 該脈波調變之調變頻率係設定爲5 Ο Η z至1 〇 〇 κ Η z 〇 4 ·根據申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中 一脈波調變之調變頻率的高頻作用時間相對於脈波重複周 期之比値（能率），係設定在15%至6 0%的範圍內。 5 .根據申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中 本^張尺度適用_國國家標準（〇奶）八4規格（210父297公釐) ：'一 ---------t------- ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -23- 1224628 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該高頻能量係採用一能量源頻率爲3 ΟΜΗζ至1 5 0 MHz之高頻能量。 6·—種電漿處理設備，其具有一放電空間，其中該 放電空間係具有一陰極電極及一相對於陰極電極之相對電 極，而可以將一氣體導入至該放電空間中，並且藉由高頻 能量而將該氣體轉變成電漿，以處理一物件，該設備包含 至少一導電板，其係位在陰極電極背面，並且與該陰 極電極與相對電極形成直流電位勢絕緣； 一屏蔽壁體，其係用以封閉該陰極電極與導電板； 一放電空間，其係設計成可使得由該陰極電極與相對 電極所提供之內部電極耦合電容相對玲由陰極電極與位在 導電板背面之屏蔽壁體之底部表面所提供之耦合電容的比 値，係小於一預定値；以及 能量供應裝置，其係可以將一經過脈波調變之高頻能 量供應至放電空間中。 7 .根據申請專利範圍第6項之電漿處理設備，其中 由該陰極電極與相對電極所提供之內部電極耦合電容相對 於由陰極電極與位在導電板背面之屏蔽壁體之底部表面所 提供之親合電容的比値，係爲1 / 3或以上。 8 .根據申請專利範圍第6項之電漿處理設備，其進 一步包含脈波調變裝置，以將該脈波調變之調變頻率設定 爲 5 0 Hz 至 ΙΟΟΚΗζ。 9 .根據申請專利範圍第6項之電漿處理設備，其進 本纸張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 言 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24- 1224628 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一步包含一裝置，其係用以將一脈波調變之調變頻率的高 頻作用時間相對於脈波重複周期之百分比（能率），設定 在15%至60%的範圍內。 1 0 ·根據申請專利範圍第6項之電漿處理設備，其 係設計成以頻率爲3 0MHz至1 5 0MHz之高頻能量 來做爲由高頻能量供應源所供應之高頻能量。 fI 訂 錄 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25-