TWI429782B - 電漿成膜方法以及電漿ｃｖｄ裝置 - Google Patents

電漿成膜方法以及電漿ｃｖｄ裝置 Download PDF

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Description

電漿成膜方法以及電漿CVD裝置
本發明關於一種利用電容耦合型電漿化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)技術於基板上形成薄膜的電漿成膜方法以及電漿CVD裝置，且關於一種可用於形成結晶系太陽電池的反射膜中所使用的氮化膜的成膜方法以及成膜裝置。
已知有於基板上進行成膜來製造薄膜等的成膜裝置。此種成膜裝置有電漿CVD裝置，可用於製造太陽電池用薄膜、液晶顯示器等中所使用的薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)陣列等的各種半導體。
連續式(in-line)的電漿CVD裝置具備裝載室、反應室以及卸載室，一邊使載置於載盤(tray)等基座(susceptor)上的基板於上述裝載室、反應室以及卸載室中依序移動一邊對此基板實施處理，藉此形成薄膜。裝載室中設置有燈加熱器(lamp heater)，於載盤上載置有基板的狀態下對此基板進行加熱並將其搬入至真空腔室內，進而再將其搬入至成膜室內。成膜室中，一邊導入包含構成薄膜材料的元素的一種或多種化學物氣體，一邊利用高頻電力的電容耦合電漿來分解上述氣體，於基板上形成由化學蒸鍍(CVD)而得的薄膜。自卸載室中搬出形成有薄膜的基板。
圖9是表示真空腔室內具備成膜室以及加熱室的CVD裝置的一構成例的圖。圖9所示的CVD裝置101的構成 為：連續地排列著預備加熱室102(102A、102B)、成膜室103(103A、103B)以及卸載室104，一邊搬送載置於載盤109上的基板120且一邊對基板120進行預備加熱，之後成膜。於預備加熱室102以及成膜室103內，設置有加熱器107。
基板120在成膜室103中進行成膜之後，被自卸載室104中導出，與載盤109分離後被送至後續製程(圖中未示)。另一方面，基板120已分離的載盤109藉由載盤回程皮帶105而返回，並藉由基板移載裝置106而載置了未經處理的基板120之後被導入至預備加熱室102內，且對所載置的基板120實施成膜處理。
成膜室103內被導入了氣體，並且自射頻(Radio Freqency，RF)電源103a將匹配箱103c中經阻抗匹配的RF電力施加於高頻電極103d，從而形成電漿。先前，RF電源連續地對高頻電極施加RF電力。
電漿CVD裝置的成膜過程中，為了提高成膜速度，必須增大所施加的電力。然而存在如下問題：若增大了施加的電力，則電弧放電的異常放電的產生率會變高。
先前，作為抑制電弧放電的方法，主要採用的是如下方法：為了保護RF電源，在產生電弧放電時切斷電源，當經過特定時間之後重新啟動電源。圖10(a)、圖10(b)是用來控制先前的電弧放電的抑制的圖。圖10(a)表示自負載返回到RF電源的RF反射電力的狀態，圖10(b)表示自RF電源輸入給負載的RF輸入電力的狀態。
當產生電弧放電時，由負載返回到電源的RF反射電力增大。RF電源檢測該RF反射電力，並將所檢測到的RF反射電力與預先設定的設定值進行比較，根據RF反射電力超過設定值而檢測出產生電弧放電(圖10(a)中的A)。當RF電源檢測到電弧放電的產生時，進行如下電力控制：停止對負載供給RF電力((圖10(b)中的B)並將電力切斷特定時間(例如0.01sec)(圖10(b)中的C)，由此使電弧放電消失，此後，使輸入電力緩慢地增加至電力設定值為止(圖10(b)中的D、E)，從而進行電力恢復。
然而，如上所述，藉由監控RF反射電力來檢測電弧放電的產生、並於產生電弧放電之後切斷電力的控制方法，存在如下問題：只要至少產生一次電弧放電，那麼，若未再發生電弧放電，則將無法抑制此後產生的電弧放電；而且，當電弧放電再次產生時，必須實施電力控制，以隨時切斷電力。然而，不能作為反射電力而觀測到的微電弧放電的產生不會受到抑制。
而且，提出了於電漿CVD裝置的電力施加過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將電壓脈衝化而使電壓的上升時間變得迅速的脈衝，藉此容易產生電漿。
而且提出，代替連續施加RF電力，而在即將進行電弧放電之前間歇性地切斷施加脈衝電壓，來防止電弧放電化而持續進行穩定的輝光放電(glow discharge)。而且亦 揭示出，藉由設置成以適當的時間間隔而停止施加電壓的間歇供電，來防止電弧放電(參照專利文獻1)。
而且提出，藉由在相向電極間施加脈衝狀的電場而使原料氣體成為輝光放電電漿，由此，於不含有氦氣等自電漿放電狀態至電弧放電狀態為止的時間較長的成分的環境下，藉由在進行電弧放電之前停止放電、之後再次開始放電的循環而產生穩定的放電電漿；以及，較理想的是，脈衝電場的上升時間(電壓(絕對值)連續增大的時間)以及下降時間(電壓(絕對值)連續減小的時間)小於等於100μs；以及，一個脈衝持續時間小於等於200μs(參照專利文獻2)。
專利文獻1：日本專利特開2004-14494號公報(段落0005、段落0011、段落0014)
專利文獻2：日本專利特開2002-110587號公報(段落0011、段落0051、段落0055)
圖11是表示輝光放電電漿的電子溫度的能量分佈圖。圖11中，對於高密度低電子溫度電漿而言，電子以較高的密度而分佈於電子溫度較低的區域，另一方面，對於低密度高電子溫度電漿而言，電子以較高的密度而分佈於電子溫度較高的區域。此處，例如若以13.56MHz與250KHz的頻率進行比較，則利用13.56MHz頻率的RF電源的電漿CVD裝置形成高密度低電子溫度電漿，另一方面，利用250KHz頻率的RF電源的電漿CVD裝置形成低密度高電子溫度電漿。
利用通常的工業頻率、即13.56MHz的RF電源的電漿CVD裝置中，對於輝光放電電漿而言，即便切斷電力，電漿亦不會瞬間消失，而是在100μsec~150μsec左右的時間內維持電漿狀態。一般而言，其原因在於，電漿中由於離子與電子的再結合、電子於壁面上的擴散消失、電子與中性氣體分子的結合等而使電漿密度逐漸減小，從而無法維持電漿，使電漿消失。
若切斷能量供給，則電子的振動能量會瞬間消失，因此，有可能引起電弧放電的微量的高溫電子的能量，在遠小於電漿整體密度的減少時間的短時間內消失。
因此，對於高密度低電子溫度電漿而言，在切斷電力之後150μsec間的大部分時間內，殘留電漿中低溫電子佔據了大部分，高溫電子的密度較低，故成為難以產生電弧放電的狀態。
眾所周知，使用電漿CVD薄膜形成裝置時，有時電弧放電是由高溫電子引起的，因此，利用頻率大於等於13.56MHz的RF電源來形成高密度低電子溫度電漿時，如先前技術中所述，藉由切斷電力來使電漿中的高溫電子消失，從而使電弧放電消失。
當使用250KHz之類的低頻率的RF電源時，電漿的特性是低密度高電子溫度電漿，故電子溫度分佈於溫度較高之側，容易產生電弧放電。
關於利用150kHz~600kHz左右的低頻RF電源的電容耦合型電漿，通常是低密度、高電子溫度的電漿。
在形成結晶系太陽電池用氮化膜時所使用的電容耦合型電漿CVD裝置中，使用的是將150KHz~600kHz左右的低頻RF電源的RF電力供給至電極而形成電漿的電容耦合式電漿，該電漿通常為低密度、高電子溫度。如圖11所示，低密度高電子溫度的電漿是存在著能量較高的高溫度電子的電漿，故成為容易產生電弧放電的狀態。
進而，於形成結晶系太陽電池用氮化膜時，CVD製程中的基板溫度為大於等於400℃的高溫，所形成的氮化膜為絕緣性的膜，且電極面積較大，大於等於邊長1m的正方形，故在CVD製程時容易產生電弧放電的條件亦提高。
因此，利用低頻RF電源的電容耦合型電漿裝置來形成結晶系太陽電池用氮化膜時，可視為處於極其容易產生電弧放電的環境下。
CVD製程中，若在電極表面、基板上、基板附近、成膜室的內部或壁面等上產生電弧放電，則存在無法生成均勻的薄膜的問題，此外，還存在由於電弧放電而產生大量的微粒(particle)的問題。該由於電弧放電所產生的微粒不僅成為基板缺陷的重要原因，還導致CVD製程自身難以持續進行。
檢測電弧放電的產生，並在每次檢測到電弧放電時切斷電力，藉此使電弧放電消失，此種先前所知的電弧放電抑制方法中，有時無法避免微粒的產生，且由於電弧放電而對基板造成損傷。而且，由於局部產生的電弧放電而電漿的均勻性被破壞，無法確保薄膜的均勻性。進而，不能 作為反射電力來觀測的微電弧放電的產生不會受到抑制。
而且，專利文獻1中揭示出，以適當的時間間隔來停止施加電壓而設置成間歇供電，藉此來防止電弧放電，但關於如何選擇間斷時間並無具體例示。而且，專利文獻2中例示出：使上升時間(電壓(絕對值)連續增大的時間)以及下降時間(電壓(絕對值)連續減小的時間)小於等於100μs，使施加一定電壓的時間範圍為3mμs~200mμs，然而，關於以何種基準來決定切斷時間或施加一定電壓的施加時間、以及具體的數值，並無明確表述。
因此，本發明之目的在於，為了解決上述課題，在藉由採用低頻RF電源的電容耦合型電漿裝置來形成結晶系太陽電池用氮化膜時，避免產生電弧放電。
更詳細而言，本發明之目的在於，在電弧放電產生(亦包括不能作為反射電力而觀測到的微電弧放電的產生)之前，週期性地抑制高溫電子的生成，藉此避免產生電弧放電。
本發明中，在利用電容耦合型電漿CVD裝置的成膜過程中，藉由對低頻RF電源進行脈衝控制，而在電弧放電產生之前週期性地抑制高溫電子，藉此避免產生電弧放電。
本發明的成膜方法的態樣是利用電容耦合型電漿CVD裝置的成膜方法，其中，藉由脈衝控制來間斷性地對電容耦合型電漿CVD裝置所具備的電極供給電力。該脈 衝控制中，將實施電力供給的接通時間與停止電力供給的斷開時間作為一個期間，週期性地反覆實施電力供給。
停止電力供給的斷開時間設定在介於下限時間與上限時間之間的時間範圍內，而實施電力供給的接通時間設為上限時間。
停止電力供給的斷開時間的下限時間設定為如下時間：自停止電力供給之後，高溫電子的密度下降且直至達到不產生電弧放電的電漿狀態所需要的時間。
若以短於該下限時間的時間來停止電力供給，則高溫電子的密度尚未充分下降至不產生電弧放電的電漿狀態，故當重新施加電力時可能會產生電弧放電。
另一方面，於將停止電力供給的時間設定成下限時間或長於下限時間的時間時，電漿中的高溫電子的密度會下降至不產生電弧放電的電漿狀態為止，故可抑制重新施加電力時產生電弧放電。
停止電力供給的斷開時間的上限時間是，自停止電力供給之後，電子密度下降且直至達到難以維持電漿為止所需要的時間，可在電漿中的電子密度與停止電力供給的斷開時間的關係下，根據高溫電子達到維持電漿的界限時的殘留電漿臨限值的時間來決定。
若超過該上限時間而停止電力供給，則電漿中的電子密度會下降，而導致無法維持電漿。
另一方面，於將停止電力供給的時間設為上限時間或短於上限時間的時間時，電漿中的電子密度不會低於殘留 電漿臨限值，故可維持電漿，只要僅重新施加電力便可連續地進行成膜。
實施電力供給的接通時間的上限時間，是自開始電力供給之後電子溫度上升直至高溫電子的密度飽和為止的時間，可在電漿中的高溫電子的密度與供給電力的接通時間的關係下，根據比高溫電子的密度達到飽和的時間更短的時間來決定。
若超過該上限時間來實施電力供給，則電漿中的高溫電子的密度上升而容易產生電弧放電。另一方面，當將實施電力供給的時間設成該上限時間或短於該上限時間的情況下，高溫電子的密度不會達到飽和，故可抑制電力供給過程中產生電弧放電。
而且，藉由進行上述脈衝控制，可施加比先前更大的RF電力而不會產生電弧放電，從而可由成膜速度的提高而使生產性提高。
利用本發明的電容耦合型電漿CVD裝置來進行成膜的方法中所實施的脈衝控制中，停止電力供給的斷開時間設定在以20μsec為下限時間、以50μsec為上限時間的時間範圍內，且實施電力供給的接通時間是以1000μsec設定為上限時間，於此條件下間斷地供給150kHz~600kHz的低頻RF電力。
而且，本發明的電漿CVD裝置的態樣中，電漿CVD裝置具備：成膜室，內部設有RF電極，藉由電漿CVD在與RF電極相向配置著的基板上形成薄膜；RF電源，對 RF電極供給低頻RF電力；以及脈衝控制部，對由RF電源對RF電極的電力供給來進行控制。
RF電源輸出150kHz~600kHz的低頻RF電力。脈衝控制部，於使斷開時間為20μsec~50μsec、使接通時間為小於等於1000μsec的條件下，對低頻RF電力進行脈衝控制，藉由該脈衝控制而形成間斷的脈衝電力。
電容耦合型電漿CVD裝置中，於形成結晶系太陽電池用氮化膜的成膜製程中，在CVD製程中基板的溫度設為大於等於400℃。成膜室內，使CVD製程中基板的溫度大於等於400℃，於基板上形成結晶系太陽電池用氮化膜。
根據本發明的電漿成膜方法以及電漿CVD裝置，於利用低頻RF電源的電容耦合型電漿裝置來形成結晶系太陽電池用氮化膜之情形時，可於基板上形成氮化膜而完全不會產生電弧放電。
更詳細而言，根據本發明的電漿成膜方法以及電漿CVD裝置，可於電弧放電產生之前，週期性地抑制高溫電子，從而避免產生電弧放電。
以下，參照圖式並對本發明的實施形態加以詳細說明。
圖1是用以說明本發明的電漿CVD裝置的概略構成圖。再者，圖1所示的電漿CVD裝置表示連續式的構成例。
圖1所示的電漿CVD裝置1中，連續地(in-line)排列 著預備加熱室2(2A、2B)、成膜室3(3A、3B)以及卸載室4，一邊搬送載置於載盤9上的基板20且一邊於預備加熱之後實施成膜。自卸載室4搬出的載盤9，在已成膜的基板20移開之後，藉由載盤回程皮帶5而返回到基板移載裝置6中，在載置未成膜的基板20之後，將該未成膜的基板20搬入至預備加熱室2內。
未經處理的基板20是藉由基板移載裝置6而載置於以碳為主要成分的載盤9(受體，receptor)上，並被導入至預備加熱室2中。圖1所示的構成例中，預備加熱室2是由預備加熱室2A、預備加熱室2B該兩者串聯而構成的。預備加熱室2A、2B中，例如於真空腔室內具備加熱器7。
被導入至預備加熱室2A、2B內的載盤9，受到加熱器7的加熱，被控制為適於在成膜室3中進行CVD處理的溫度。加熱器7分別設於預備加熱室2A、預備加熱室2B中，藉由兩段加熱可容易地進行溫度控制的調整，例如，可藉由預備加熱室2A的加熱器7而使溫度高速上升，之後，藉由預備加熱室2B的加熱器7而將溫度調整為特定的溫度。
而且，預備加熱室2A、2B中，可設置向真空腔室內導入氫氣或氦氣等的導入機構(圖中未示)。預備加熱室2A、2B內，藉由在加熱處理過程中導入熱傳導率良好的氫氣，可提高加熱效率，縮短處理時間，並且可簡化加熱裝置。而且，藉由在預備加熱室2A、2B內導入氦氣等，來進行溫度控制。
將預備加熱室2中受到加熱的載盤9以及基板20導入至成膜室3內。圖1所示的構成例中，成膜室3由成膜室3A、成膜室3B該兩者串聯而構成的。成膜室3A、成膜室3B中的真空腔室內具備加熱器7。
成膜室3A、3B具備高頻電極3d，例如，藉由在所取入的基板上形成由電漿CVD所得的SiN薄膜，而於多晶矽基板上形成SiN反射膜(氮化矽反射膜)。加熱器7維持在電漿CVD的製程溫度。
而且，成膜室3A、成膜室3B中，可設置向真空腔室內導入氫氣或氦氣等的導入機構(未圖示)。
成膜室3A、成膜室3B內，在加熱處理過程中導入熱傳導率良好的氫氣，藉此可提高加熱效率，縮短處理時間，並且可簡化加熱裝置。而且，藉由向成膜室3A、成膜室3B內導入氦氣等來進行溫度控制。
再者，成膜室3A、成膜室3B中，可視需要進行成膜處理。例如，適合用於在成膜室3A、成膜室3B中分別進行不同的薄膜的成膜處理的態樣，或者在成膜室3A、成膜室3B中以兩個階段進行同種薄膜的成膜處理的態樣等。圖1中，表示分別有2個預備加熱室以及成膜室的示例，但亦可分別有1室，此外亦可分別構成為3室或3室以上的多個室。
設置於成膜室3內的高頻電極3d，與和載盤9一併支撐著基板20的電極(圖中未示)相向配置著，以構成電容耦合型電漿CVD裝置。由設置於成膜室3的真空腔室外 側的RF電源3a，來對高頻電極3d供給RF電力。RF電源3a是輸出150kHz~600kHz左右的低頻RF電力的電源。RF電源3a上連接著脈衝控制部3b，且經由匹配箱3c而對高頻電極3d供給經脈衝控制的低頻RF電力，從而形成電容耦合電漿。
脈衝控制部3b進行控制，以間斷地供給低頻RF電力，且藉由反覆循環實施電力供給的期間與不實施電力供給的期間，來對高頻電極3d間斷地施加電力，以代替連續地施加電力。
圖2是用以說明RF電力的脈衝控制的圖。圖2(a)表示用以對RF電力進行脈衝控制的控制脈衝訊號的示例，圖2(b)表示經脈衝控制的RF電壓的波形例。
控制脈衝訊號是反覆循環著接通脈衝與斷開脈衝的訊號。控制脈衝訊號在接通脈衝的期間內，將由RF電源3a輸出的RF電力供給至高頻電極3d。另一方面，在斷開脈衝的期間(以下稱為斷開時間)內，停止由RF電源3a對高頻電極3d供給電力。再者，圖2(b)中表示如下情形：在斷開脈衝的期間(以下稱為接通時間)內，電場衰減至無法生成電漿的程度的充分小的程度。
圖2表示將接通時間設為小於等於1000μsec、將斷開時間設為20μsec~50μsec的時間範圍的示例。以下，就該接通時間與斷開時間加以說明。
本發明的脈衝控制中，將停止電力供給之後電漿中的高溫電子的密度下降時，高溫電子的密度自停止電力供給 起直至達到特定的電漿狀態為止所需要的時間(下限時間)、與電子密度自停止電力供給起直至達到維持電漿的界限時的殘留電漿臨限值為止所需要的時間(上限時間)之間的時間間隔，作為停止電力供給的斷開時間，而且，將開始電力供給之後電漿中的高溫電子的密度上升時，高溫電子的密度達到飽和所需要的時間作為電力供給的接通時間的上限，在斷開時間以及接通時間的條件下間斷地實施電力供給，藉此來抑制電弧放電的產生。
此處，所謂特定的電漿狀態，是指高溫區域的電子充分消失、可充分抑制由高溫電子所引起的電弧放電的狀態的、表現出“所謂低溫電漿”狀態的狀態。
圖11表示低溫區域至高溫區域為止的電子密度的分佈狀況。根據該電子密度的分佈，可認為，隨著時間的流逝，低溫區域、高溫區域等任一區域中的電子均同樣會逐漸消失，經過某段時間後電子溫度分佈僅殘留於低溫區域。後述圖3相當於每一時間的電子密度的積分值及其平均電子溫度。但是，可以說，圖11未示的大於等於50eV的區域中存在密度高的區域。
而且，通常，該電子密度的分佈中，並非各電子各自的電子溫度有變化(下降)，而是由能量或溫度的高低所區分的各區域的電子數(電子密度)的絕對數有變化，因此，電漿整體是表示為電子溫度的平均值而以低溫或高溫來表示。
圖3、圖4以及圖5是用以說明斷開時間的圖，圖3 表示停止電力供給之後電漿中的電子溫度的變化，圖4表示停止電力供給之後電漿中的電子密度的變化，圖5是表示由電子密度及電子溫度所決定的斷開時間範圍的圖。
為了抑制電弧放電的產生，要求電漿中的高溫電子的密度較低。圖3所示的電漿中的電子溫度變化過程中，切斷RF電源之後，電子溫度急遽下降，直至例如小於等於2eV。圖3中，超過20μsec之後，電漿中的電子被不產生電弧放電的程度的低溫電子所佔據。因此，將自停止電力供給起直至高溫電子的密度達到特定的電漿狀態為止所需要的時間，設定為脈衝控制的斷開時間的下限值。根據圖3之例，可將20μsec定為斷開時間的下限值。
而且，即便切斷RF電力亦必須維持電漿。在圖4所示的電漿中的電子密度的變化過程中，切斷RF電力之後，電漿密度(電子密度)大致呈線狀下降。圖4中，電漿密度(電子密度)自初始的電漿密度起呈線狀下降。
切斷RF電力之後殘留的電漿密度中，將可維持電漿的邊界的密度作為殘留電漿臨限值(圖4中的鏈線所示)。只要電漿密度大於等於殘留電漿臨限值則可維持電漿，藉由在此狀態下重新施加電力，可繼續生成電漿。另一方面，當電漿密度小於殘留電漿臨限值時，難以維持電漿。因此，將電漿密度(電子密度)達到殘留電漿臨限值的時間作為上限值，於達到該上限值之前停止電力切斷而重新施加電源，藉此可繼續生成電漿。本發明的利用低頻RF電源的電漿CVD裝置，形成的是低密度高電子溫度電漿，因此， 根據圖4中的實線所示的電子密度的變化，來決定斷開時間的上限值。以實線所示的電子密度的變化，於約50μsec處與表示殘留電漿臨限值的線相交。因此，此處可將50μsec定為斷開時間的上限值。
再者，自切斷RF電力起直至電漿密度下降至殘留電漿臨限值為止所需要的斷開時間，依存於電漿密度的初始值的多少，電漿密度的初始值較多之情形時的斷開時間，長於電漿密度的初始值較少之情形時的斷開時間。圖4中，以虛線表示電漿密度的初始值較多的情形，以實線表示電漿密度的初始值較少的情形。
藉由圖3中所決定的斷開時間的下限值以及圖4中所決定的斷開時間的上限值，可決定對RF電力進行脈衝控制時的斷開時間的範圍。圖5表示該斷開時間的範圍。
圖5中，RF電力的脈衝控制的斷開時間，設定在介於圖中的下限值與上限值之間的範圍內。下限值是由高溫電子的密度低於特定密度時的斷開時間所決定的，上限值是由電漿密度(電子密度)低於殘留電漿臨限值時的斷開時間所決定的。
圖6是用以說明接通時間的圖，表示開始電力供給之後電漿中的電子溫度的變化。圖6中，當施加RF電力之後，電漿中的電子溫度緩慢升高。若電漿中的高溫電子長時間維持密度較高的狀態，則高溫電子的存在機率增大，產生電弧放電的可能性增大。此處，將高溫電子的密度達到飽和的飽和時間作為上限時間的標準，在達到該飽和時 間之前中斷電力供給，藉此來抑制電弧放電的產生。圖6中，將高溫電子的密度達到飽和的飽和時間定為1000μsec，將該1000μsec設定為接通時間的上限值。
其次，就本發明的電漿CVD的成膜速度進行說明。
為了提高成膜速度，必須增大所施加的電力。脈衝控制中，所施加的電力的程度可由接通時間比率(ON duty)來表示。此處，接通時間比率(ON duty)可用下式來表示。
ON duty=接通時間/(接通時間+斷開時間)
成膜速度與ON duty成正比例，故可藉由提高ON duty來提高成膜速度。
若僅僅提高ON duty則會產生電弧放電，故，本發明中，藉由使ON duty最適化而同時實現電弧放電的抑制以及成膜速度的提高。
圖7(a)、圖7(b)是用以說明脈衝控制中的ON duty與成膜速度的關係的圖，圖7(a)表示脈衝控制與斷開時間的範圍的關係，圖7(b)表示脈衝控制與接通時間的關係。再者，圖7中的縱軸的Dep.rate表示成膜速度。
圖7(a)表示在成膜速度與ON duty之關係下由斷開時間所決定的ON duty的範圍。圖7(a)所示的ON duty的範圍，滿足上述抑制電弧放電的斷開時間的上限值與下限值的範圍。藉由設定成處於該ON duty範圍內的最高的ON duty值，可抑制電弧放電並且提高成膜速度。
而且，圖7(b)是表示在成膜速度與ON duty之關係下，接通時間的大小與成膜速度的關係。圖7(b)所示的 ON duty的範圍根據上述抑制電弧放電的接通時間的長短而變化，接通時間越長則ON duty範圍越靠近高成膜速度側。
因此，藉由將斷開時間設為下限值、將接通時間設為上限值來設定ON duty，可抑制電弧放電並且提高成膜速度。
圖8中將輸入電力作為參數，來表示成膜速度與接通時間比率(ON duty)之關係的一例。
圖8中，表示輸入電力為800W時(圖中的實線所示)、輸入電力為1200W時(圖中的鏈線所示)、以及輸入電力為2000W時(圖中的虛線所示)的各種情況下的關係。
例如，當將所施加的RF電力的界限設為900W時，根據本發明，即便RF電力的大小超過此界限，亦可施加電力而不會產生電弧放電，可藉由提高施加電力值來提高成膜速度。
根據本發明的態樣，藉由使RF電力的脈衝控制最適化，可生成電漿而完全不會產生電弧放電。藉此，可實現抑制微粒的產生、確保薄膜厚度的均勻性、避免基板的損傷等效果，而且，可減少堆積膜自周邊部的剝離，利用電漿CVD裝置的維護週期的長期化而提高生產性。
又，先前，為了避免產生電弧放電而限制了RF電力的施加量，故而難以提高成膜速度，而藉由本發明的脈衝控制的RF電力的最適化，可施加與先前相同或較先前更 大的RF電力，從而可大幅提高成膜速度，以提高生產性。
[產業上之可利用性]
本發明不僅針對太陽電池用薄膜，亦可應用於在基板上生成不同膜厚的成膜處理中，且可應用於濺鍍裝置、CVD裝置、灰化(ashing)裝置、蝕刻裝置、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy，MBE)裝置、蒸鍍裝置等中。
1‧‧‧電漿CVD裝置
2、2A、2B‧‧‧預備加熱室
3、3A、3B‧‧‧成膜室
3a‧‧‧RF電源
3b‧‧‧脈衝控制部
3c‧‧‧匹配箱
3d‧‧‧高頻電極
4‧‧‧卸載室
5‧‧‧載盤回程皮帶
6‧‧‧基板移載裝置
7‧‧‧加熱器
9‧‧‧載盤
20‧‧‧基板
101‧‧‧電漿CVD裝置
102‧‧‧預備加熱室
103‧‧‧成膜室
103a‧‧‧RF電源
103c‧‧‧匹配箱
103d‧‧‧高頻電極
104‧‧‧卸載室
105‧‧‧載盤回程皮帶
106‧‧‧基板移載裝置
107‧‧‧加熱器
109‧‧‧載盤
120‧‧‧基板
圖1是用以說明本發明的電漿CVD裝置的概略構成的圖。
圖2(a),(b)是用以說明RF電力的脈衝控制的圖。
圖3是表示停止電力供給之後電漿中的電子密度變化的圖。
圖4是表示停止電力供給之後電漿中的電子溫度變化的圖。
圖5是表示由本發明的電子密度及電子溫度所決定的斷開時間的範圍的圖。
圖6是用以說明本發明的接通時間的圖。
圖7(a),(b)是用以說明本發明的脈衝控制下的ON duty與成膜速度間之關係的圖。
圖8是表示本發明的脈衝控制下的相對於ON duty的成膜速度之關係的一例圖。
圖9是表示先前的真空腔室內具備成膜室以及加熱室的CVD裝置的一構成例圖。
圖10(a),(b)是用以控制先前的電弧放電的抑制的圖。
圖11是表示輝光放電電漿的電子溫度的能量分佈的圖。
1‧‧‧電漿CVD裝置
2A、2B‧‧‧預備加熱室
3A、3B‧‧‧成膜室
3a‧‧‧RF電源
3b‧‧‧脈衝控制部
3c‧‧‧匹配箱
3d‧‧‧高頻電極
4‧‧‧卸載室
5‧‧‧載盤回程皮帶
6‧‧‧基板移載裝置
7‧‧‧加熱器
9‧‧‧載盤
20‧‧‧基板

Claims (5)

  1. 一種電漿成膜方法，其是利用電容耦合型電漿CVD裝置的成膜方法，此電漿成膜方法的特徵在於：藉由脈衝控制，對上述電容耦合型電漿CVD裝置所具備的電極間斷地供給低頻RF電力，上述脈衝控制中，將停止電力供給之後電漿中的電子溫度的下降過程中、自停止電力供給起至高溫電子的密度下降直至達到不產生電弧放電的電漿狀態所需要的時間作為下限時間，將電子密度自停止電力供給起直至達到難以維持電漿的殘留電漿臨限值為止的時間作為上限時間，將上述下限時間與上述上限時間的時間間隔作為停止電力供給的斷開時間，將在停止電力供給之後的電漿中的電子溫度的上升過程中、高溫電子的密度達到飽和的時間作為電力供給的接通時間的上限，於上述條件下間斷地供給低頻RF電力，藉此來抑制電弧放電的產生。
  2. 一種電漿成膜方法，其是利用電容耦合型電漿CVD裝置的成膜方法，此電漿成膜方法的特徵在於：藉由脈衝控制，對上述電容耦合型電漿CVD裝置所具備的電極間斷地供給電力，上述脈衝控制中，在停止電力供給的斷開時間為20μsec~50μsec、實施電力供給的接通時間小於等於1000μsec的條件下，間斷地供給150kHz~600kHz的低頻RF 電力，藉此可抑制電弧放電的產生。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿成膜方法，其中上述電容耦合型電漿CVD裝置形成結晶系太陽電池用氮化膜，CVD製程中基板的溫度大於等於400℃。
  4. 一種電漿CVD裝置，其特徵在於，包括：成膜室，內部設有RF電極，且在與該RF電極相向配置著的基板上藉由電漿CVD而形成薄膜；RF電源，對上述RF電極供給低頻RF電力；以及脈衝控制部，對於上述RF電源對RF電極的電力供給進行控制；且上述RF電源輸出150kHz~600kHz的低頻RF電力，上述脈衝控制部在斷開時間為20μsec~50μsec、接通時間小於等於1000μsec的條件下，對上述低頻RF電力進行脈衝控制而形成間斷的脈衝，藉此來抑制電弧放電的產生。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電漿CVD裝置，其中上述成膜室中，使CVD製程中基板的溫度大於等於400℃，於基板上形成結晶系太陽電池用氮化膜。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI409960B (zh) * 2010-01-12 2013-09-21 Tainergy Tech Co Ltd 沉積太陽能電池之抗反射層的方法
US8483574B2 (en) 2010-10-15 2013-07-09 Tyco Electronics Subsea Communications, Llc Correlation-control QPSK transmitter
CN103534383B (zh) * 2011-05-20 2016-08-17 株式会社岛津制作所 薄膜形成装置
KR102177210B1 (ko) * 2013-08-19 2020-11-11 삼성디스플레이 주식회사 화학기상증착장치의 서셉터 이상유무 판단방법 및 이를 이용한 유기발광 디스플레이 장치 제조방법
US10840114B1 (en) 2016-07-26 2020-11-17 Raytheon Company Rapid thermal anneal apparatus and method
CN111238669B (zh) * 2018-11-29 2022-05-13 拓荆科技股份有限公司 用于半导体射频处理装置的温度测量方法
WO2021021955A1 (en) 2019-07-29 2021-02-04 Advanced Energy Industries, Inc. Multiplexed power generator output with channel offsets for pulsed driving of multiple loads
CN114438477A (zh) * 2020-11-02 2022-05-06 江苏菲沃泰纳米科技股份有限公司 循环镀膜方法、膜层以及产品
CN113629161B (zh) * 2021-08-04 2024-06-07 苏州拓升智能装备有限公司 间歇等离子体氧化方法和装置、太阳电池的制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2715200B2 (ja) * 1991-10-04 1998-02-18 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US6037274A (en) * 1995-02-17 2000-03-14 Fujitsu Limited Method for forming insulating film
JP2002110587A (ja) 2000-07-28 2002-04-12 Sekisui Chem Co Ltd 半導体素子の製造方法
JP2004014494A (ja) 2002-06-07 2004-01-15 Mori Engineering:Kk 大気圧プラズマ発生装置
KR100783983B1 (ko) * 2003-01-16 2007-12-11 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 고주파 전력 공급장치 및 플라즈마 발생장치
JP2005050905A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Sharp Corp シリコン薄膜太陽電池の製造方法
GB2417251A (en) * 2004-08-18 2006-02-22 Nanofilm Technologies Int Removing material from a substrate surface using plasma
JP2006228933A (ja) 2005-02-17 2006-08-31 Masayoshi Murata 高周波プラズマ発生装置と、該高周波プラズマ発生装置により構成された表面処理装置及び表面処理方法
JP5084426B2 (ja) * 2007-09-27 2012-11-28 富士フイルム株式会社 窒化シリコン膜の形成方法
JP5069581B2 (ja) * 2008-02-01 2012-11-07 富士フイルム株式会社 ガスバリア膜の成膜方法、ガスバリアフィルムおよび有機ｅｌ素子
JP5156552B2 (ja) * 2008-09-08 2013-03-06 富士フイルム株式会社 ガスバリアフィルムの製造方法
KR101510775B1 (ko) * 2008-11-24 2015-04-10 삼성전자주식회사 동기식 펄스 플라즈마 에칭 장비

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