TWI500809B - 電漿ｃｖｄ裝置及矽薄膜之製造方法 - Google Patents

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Description

電漿CVD裝置及矽薄膜之製造方法
本發明關於電漿CVD裝置(電漿化學蒸鍍裝置)、及使用電漿CVD法之矽薄膜的製造方法。特別是，關於用以形成利用於矽薄膜太陽能電池或矽薄膜電晶體等之矽薄膜的電漿CVD裝置、及使用電漿CVD法之矽薄膜的製造方法。
與成為太陽能電池之主流的單結晶矽太陽能電池或多結晶矽太陽能電池比較，薄膜矽太陽能電池不須使用高價的矽基板，在成本上也有利，所以作為次世代的太陽能電池已受到矚目。
作為使用於薄膜矽太陽能電池之非晶矽薄膜的製造方法，已知有使用平行平板型電漿CVD裝置的製造方法。使用於此製造方法之習知的平行平板型電漿CVD裝置示於第7圖。
第7圖所示之習知的平行平板型電漿CVD裝置61具有用以進行電漿處理的真空容器62。真空容器62通常具有高真空排氣設備、及結合於製程排氣設備的排氣口62a。高真空排氣設備係用以獲得真空容器62內之背壓的設備，而通常可使用渦輪分子泵(turbo molecular pump)等作為高真空排氣設備。製程排氣設備係維持電漿處理製程所必要的壓力的設備，雖然也取決於該製程壓力，但是在一般的CVD製程的情況下，可使用機械升壓泵(mechanical booster pump)等作為製程排氣設備。
於真空容器62的內部，放電電極板63與接地電極板610係隔著間隔而設置著。在接地電極板610的上面可保持基板612。在接地電極板610的內部設置有用以加熱基板612的加熱機構611。
於放電電極板63的下面設置有凹部63a，並以蔽塞凹部63a的方式於放電電極板63的下面設置有噴淋板(shower plate)66。於噴淋板66設置有從其上面朝下面貫穿的多數個氣體導入孔66a。於真空容器62設置有從設置在真空容器62外部的氣體供給設備(省略圖式)延伸並通過放電電極板63內部而達到凹部63a的原料氣體供給管65。
雖然原料氣體供給管65與放電電極板63之間省略了圖示，但是電性絕緣著。雖然真空容器62與放電電極板63之間也省略了圖式，但是電性絕緣著。真空容器62藉著導體62c而接地。真空容器62與接地電極板610之間設置有絕緣體610a，接地電極板610藉著導體610c而接地。
電漿處理所必要的原料氣體從原料氣體供給設備通過原料氣體供給管65而供給至凹部63a。已供給至凹部63a的氣體通過噴淋板66之多數個氣體導入孔66a，均勻地供給至保持於接地電極板610上的基板612。
高頻電源614藉由匹配箱613而連接於放電電極板63。藉著前述排氣設備，真空容器62的內部維持於一定的壓力，藉著高頻電源614對放電電極板63施加高頻電力以產生電漿。藉著所產生的電漿而於基板612表面形成非晶矽薄膜。
但是，已知使用如此的平行平板型電漿CVD裝置所製造的非晶矽薄膜會因照射光造成膜中的懸鍵(缺陷)增加而引起光劣化。即使此光劣化的問題作為史坦伯-勞斯基(Staeber-Wronski)效果而已被發現達30年以上，至今仍未被解決。
關於引起此光劣化的機制到現在也仍未被明確地解釋清楚。不過，已知的是該光劣化與膜中的Si-H2 鍵結濃度有相關。又，已有提出報告說明膜中的Si-H2 鍵結濃度低者光劣化較少。膜中的Si-H2 鍵結濃度增加已被指出係因為成膜中產生的高次矽烷(Sim Hn ：m=2以上)進入膜中所引起。於電漿中產生的SiH2 自由基(radical)插入Si-H鍵結逐次反應而增加高次矽烷，然後此高次矽烷摻入膜中導致Si-H2 鍵結增加，以致於初期的懸鍵(dangling bond)形成於膜中。
另一方面，具有某能量的電子衝擊作為母分子的SiH4 ，分解成各種分子例如SiH3 自由基、SiH2 自由基等而開始電漿中的反應。一般而言，顯示電漿中的電子之能量的電子溫度(Te)具有分布，除了產生作為成膜促進種的SiH3 自由基以外，也一定產生SiH2 自由基。所以，習知的平行平板型電漿CVD裝置中，在製造非晶矽薄膜時，為了減少此高次矽烷的產生量，乃將輸入電力設低來抑制SiH2 自由基、高次矽烷的產生。但是，如此一來就無法期望提高成膜速度(非專利文獻1)。
另一方面，作為獲得低Si-H2 鍵結濃度的非晶矽薄膜的成膜方法，已經提出有三極管法。使用此三極管法的電漿CVD裝置示於第8圖。第8圖所示之使用三極法的電漿CVD裝置71，其基本構造與第7圖所示的電漿CVD裝置61相同。所以，與第7圖所示之要素相同的要素於第8圖中係以相同符號來表示。第8圖的裝置71與第7圖的裝置61的不同點係第8圖的裝置71在放電電極板63與接地電極板610之間設置有網狀電極板716。
第8圖中，直流可變電源715連接於網狀電極板716。如此雖然三極法也使用平行平板型電漿CVD裝置，但是放電電極板63與接地電極板610之間插入有網狀電極板716，並於此網狀電極板716施加電位(通常為負電位)，而能將電漿封閉在放電電極板63與網狀電極板716之間。網狀電極板716與接地電極板610之間不產生電漿。相對於此，在放電電極板63與網狀電極板716之間產生促進成膜的自由基，並藉著網狀電極板716來擴散到達基板612。
因為自由基的擴散距離與分子量之倒數的平方根成正例，所以利用高次矽烷自由基之擴散距離較SiH3 自由基還短，選擇性地將SiH3 自由基輸送至基板612上。
如此一來，可達成非常低的Si-H2 鍵結濃度而獲得低光劣化率的非晶矽薄膜。但是，此三極法為了要去除高次矽烷自由基，網狀電極板716與接地電極板610之間也必須有充分的距離。所以，存在無法提高成膜速度的問題點(非專利文獻2)。
再者，電漿中的氣體溫度也是重要的因素。使高次矽烷(Sim Hn ：m=2以上)成長的逐次反應已知有三體反應。已知氣體加熱為有效之抑制此反應的手段。SiH2 自由基插入Si-H鍵結的反應所產生的高次矽烷，藉著使第三體(通常是作為母分子的SiH4 )吸收剩餘的能量而達到穩定化。
如此一來，當第三體在無法接受能量的狀態時，即在溫度高的狀態時，三體反應不進行即可抑制高次矽烷(專利文獻1)。所以，雖然為了加熱成膜空間，較佳為從放電電極板側加熱最會產生高次矽烷之放電電極板側之護套(sheath)附近的電漿，但是對電極板施加高頻且導入加熱器在構造上困難。通常，為了控制基板溫度，係進行用以支撐基板的接地電極板之加熱。如此一來，雖電漿亦會藉由基板而被加熱，但由於離放電電極板側的護套遠，所以無法達到有效之積極加熱的狀態。所以，一旦將基板溫度設成更高溫而超過最適當的基板溫度時，膜中的缺陷會變多。因此，會有加熱的上限溫度受限的問題。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平8-91987號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Madoka Takai et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 77(2000) 2828
[非專利文獻2]Satoshi shimizu et al. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101,064911,(2007)
如上所述，至今為了抑制薄膜矽太陽能電池的光劣化，一直以來係試著降低高次矽烷摻入非晶矽薄膜，以儘可將地降低膜中Si-H2 鍵結濃度。但是，此嚐試的成膜速度非常慢，且成膜溫度高，所以不適合於製造太陽能電池。即，至今尚未見到成膜速度與膜中Si-H2 鍵結濃度低同時成立的成膜方法。本發明之目的係在於提供一種電漿CVD裝置、及使用該電漿CVD裝置之矽薄膜的製造方法，能以高成膜速度、及低製膜溫度來製造膜中Si-H2 鍵結濃度低的非晶矽薄膜。
本發明的電漿CVD裝置如以下所述。
一種電漿CVD裝置，具備：
(a)真空容器；
(b)排氣設備，係用以將該真空容器內維持減壓；
(c)放電電極板，係設置於前述真空容器內；
(d)接地電極板，係與前述放電電極板隔著間隔對向設置，且支撐薄膜形成用的基板；
(e)高頻電源，係對前述放電電極板施加高頻電力；及
(f)原料氣體供給設備，係將薄膜形成用的原料氣體供給至前述真空容器內；
且該電漿CVD裝置，具備：
(g)複數個氣體導入孔與複數個氣體排氣孔，該複數個氣體導入孔係設置於前述放電電極板中，一端與前述氣體供給設備結合，另一端於前述放電電極板之一面的複數個部位形成開口，而該複數個氣體排氣孔係由該複數個氣體導入孔開口之面貫穿至其相反側之面，且設置在前述放電電極板；
(h)氣體排氣設備，係將由前述複數個氣體排氣孔排氣的氣體排放到前述真空容器的外部；
(i)接地蓋板，係設置於前述放電電極板與前述接地電極板之間，且係相對於該等電極板分別隔著間隔而設置；以及
(j)複數個第2氣體導入孔與複數個第2氣體排氣孔，該複數個第2氣體導入孔係貫穿該接地蓋板，且設置於該接地蓋板與前述複數個氣體導入孔對應的位置，而該複數個第2氣體排氣孔係設置於前述接地蓋板與前述複數個氣體排氣孔對應的位置。
本發明的電漿CVD裝置較佳為前述氣體排氣孔的孔徑為2mm至100mm。
本發明的電漿CVD裝置較佳為前述放電電極板與前述接地蓋板之間隔為0.5mm至10mm。
本發明的電漿CVD裝置較佳為前述第2氣體排氣孔之孔徑為前述氣體排氣孔之孔徑的0.5倍至1.5倍。
本發明的電漿CVD裝置較佳為前述第2氣體導入孔的孔徑係在不妨礙該第2氣體導入孔中之氣體流動的範圍，且為7mm以下。
本發明的電漿CVD裝置較佳為前述接地蓋板接地。
本發明的電漿CVD裝置較佳為於前述接地蓋板設置有加熱機構。
本發明的電漿CVD裝置較佳為於前述接地蓋板與前述接地電極板之間，相對於該等板隔著間隔而設置有可控制電位的電位控制板，且設置於與前述複數個第2氣體導入孔對應之位置的複數第3氣體導入孔、與設置於與前述複數個第2氣體排氣孔對應之位置的複數個第3氣體排氣孔，係貫穿前述電位控制板而設置於前述電位控制板。
本發明的電漿CVD裝置較佳為施加於前述電位控制板的電位為負電位。
本發明的矽薄膜之製造方法如以下所示。
該矽薄膜之製造方法係使用本發明的電漿CVD裝置，使含有Si化合物的原料氣體電漿化，使用以支撐前述薄膜形成用基板的前述接地電極板支撐前述薄膜形成用基板，且使矽薄膜沉積於該基板。
依據本發明，可提供一種電漿CVD裝置、及高品質之非晶矽薄膜的製造方法，藉著控制導入真空容器內之氣體的流動、及電漿來去除高次矽烷，且藉著分別控制氣體溫度與基板溫度，使得製造缺陷少及高次矽烷摻入量少之高品質非晶矽薄膜。
 [第1實施形態]
第1圖至第4圖顯示本發明之電漿CVD裝置之第1實施形態的一例。電漿CVD裝置1具有真空容器2。真空容器2由蔽塞側板2a上面之開口的上板2b、與蔽塞側壁2a下面之開口的下板2c所形成。真空容器2於其內部具有安裝於上板2b之下面的內部側板2d。內部側板2d之內側的空間設置有具有下面開放之凹部2e的氣體排氣罩2f，氣體排氣罩2f之上面的一部分(最好是中央部)導出真空容器2之外部，形成有氣體排氣導管(氣體排氣設備)2g。
氣體排氣罩2f的下面以蔽塞凹部2e之開口的方式安裝有放電電極板3。放電電極板3於其內部具有原料氣體供給孔3a，且具有從原料氣體供給孔3a分歧並朝放電電極板3的下面開口的多數個氣體導入孔18。放電電極板3具有從多數個氣體導入孔18開口之面貫穿其相反側之面(即，從下面朝上面貫穿)的多數個氣體排氣孔17。多數個氣體導入孔18與多數個氣體排氣孔17設置於相互不重疊的位置。此多數之目的在於使於真空容器2內之原料氣體的流動狀態大致呈均勻的狀況。以平面圖表示放電電極板3之多數個氣體排氣孔17之配置的一例示於第3圖及第4圖。
原料氣體供給孔3a的上游側與從真空容器2朝外側延伸的原料氣體供給管5結合。原料氣體供給管5的上游側與未以圖式顯示的原料氣體供給源結合。
內部側板2d的下面以蔽塞內部側板2d之內部空間的方式安裝有接地蓋板8。接地蓋板8的上面隔著間隔與放電電極板3的下面對向。於接地蓋板8且與放電電極板3的氣體導入孔18對應的位置設置有多數個第2氣體導入孔20，且於與放電電極板3的氣體排氣孔17對應的位置設置有多數個第2氣體排氣孔19。第2氣體導入孔20、及第2氣體排氣孔19均貫穿接地蓋板8於其厚度方向。放電電極板3的氣體導入孔18及氣體排氣孔17與接地蓋板8之第2氣體導入孔20及氣體排氣孔19的位置關係之一例的放大圖示於第2圖。
在內部側板2d的內壁面與放電電極板3的側壁面及氣體排氣罩2f的側壁面之間，設置有防止此等壁面之間電性導通的空間。
放電電極板3與氣體排氣罩2f以電性導體來形成。氣體排氣罩2f於氣體排氣管2g的部分連接有高頻電源14。於高頻電源14與氣體排氣罩2f之間，可依需求設置匹配箱13。氣體排氣罩2f與真空容器2之上板2b之間設置有電絕緣體2h、2i。真空容器2藉由導體2j接地。
內部側板2a與接地蓋板8以電性導體來形成。接地蓋板8也經由內部側板2a、真空容器2的上板2b、側板2a、及下板2c而藉由導體2j接地。
於真空容器2的內部，且於真空容器2之下板2c之上面的一部分(最好是中央部)藉由電絕緣體10a設置有接地電極板10。接地電極板10之下面的一部分(最好是中央部)導出真空容器2的外側，並藉由導體10b接地。接地電極板10的上面可載置薄膜形成用的基板12。接地電極板10的內部可依需求設置基板加熱機構11。
於真空容器2的下板2c設置有用以排放真空容器2內之氣體的排氣口2k。排氣口2k結合有高真空排氣設備(省略圖示)、及製程排氣設備(省略圖示)。高真空排氣設備係用以獲得真空容器2內之背壓的設備，可使用渦輪分子泵等作為高真空排氣設備。製程排氣設備係用以維持電漿處理製程所必要之壓力的設備，可使用機械升壓泵、或渦輪分子泵等作為製程排氣設備。
高頻電源14的頻率設成可任意地選擇。頻率愈高的高頻，則電子溫度降低愈多。從生產性及產生的薄膜之均勻性的觀點而言，較佳為使用頻率在100kHz至100MHz之間。更佳為10MHz至60MHz。
形成薄膜的基板12安裝於接地電極板10上。例如，也可於接地電極板10設置有柱坑，而於其中放置基板12，並利用其他模具壓住基板12以安裝於接地電極板10。
設置於放電電極板3的氣體排氣孔17具有可讓氣體從放電電極板3的下面側朝上面側流動而將凹部2e的氣體從氣體排氣管2g朝真空容器2的外部排放的功能，但另亦具有使電漿局部化於氣體排氣孔17中的功能。所以，依成膜壓力來設計氣體排氣孔的孔徑乃為重要。
即，成膜壓力低的情況下，可使用孔徑大的氣體排氣孔，成膜壓力高的情況下，可使用孔徑小的氣體排氣孔。又，當氣體排氣孔17的孔徑太小時，就會有無法獲得充分的氣體排放能力且放電電極板3的加工變困難的情形。
又，當氣體排氣孔17的孔徑太大時，會發生形成於基板12之薄膜的膜厚分布無法均勻之問題。較佳為氣體排氣孔17的孔徑在2mm至100mm，而更佳為5mm至50mm。如第3圖至第4圖所示，較佳為多數個氣體排氣孔17均勻地配置於放電電極板3。
雖可僅利用設置在放電電極板3之氣體排氣孔17透過氣體排氣管2g來進行於基板12形成薄膜期間的真空容器2內之氣體的排放，但另也可透過裝設於真空容器2之排氣口2k一面調整真空容器2的內部壓力來進行。
原料氣體係藉未圖示之質量流量控制器而被控制流量，並經過原料氣體供給管5及原料氣體供給孔3a，從多數個氣體導入孔18導入真空容器2的處理室內。
雖然一般可使用矽烷(SiH4 )作為原料氣體，但是也可使用鹵化物或二矽烷等氣體。原料氣體也能以氫，或，氬等惰性氣體來稀釋。也可將摻雜氣體(doping gas)導入原料氣體。
較佳為放電電極板3與接地蓋板8的間隔設定在放電電極板3與接地蓋板8之間不會發生放電的間隔。較佳為此間隔1在0.5mm至10mm，而更佳為在0.5mm至5mm。
設置在接地蓋板8的多數個第2氣體導入孔20及多數個第2氣體排氣孔19與設置在放電電極板3的多數個氣體導入孔18及多數個氣體排氣孔17，以相互不完全遮住對象之開口的狀態相對向配置著。
當接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的孔徑比放電電極板3之氣體排氣孔17的孔徑大得多時，會造成電漿洩漏。相對於此，一旦過小，則會抑制從電漿來之活性種的擴散而使成膜速度降低。較佳為接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的孔徑在放電電極板3之氣體排氣孔17之孔徑的0.5倍至1.5倍。接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的形狀可為朝向其孔軸方向改變孔徑的形狀，例如為錐形形狀。
與放電電極板3的氣體導入孔18對向而設置之接地蓋板8之第2氣體導入孔20的孔徑之大小係不會妨礙透過第2氣體導入孔20而從接地蓋板8之上面側朝向下面側之氣體的流動的大小，且必須為電漿不會進入第2氣體導入孔20之孔內的大小。較佳為接地蓋板8之第2氣體導入孔20的孔徑在7mm以下，而更佳為在2mm以下更佳。
以與放電電極板3隔著間隔對向設置如上述的第2氣體導入孔20及第2氣體排氣孔19的接地蓋板8，使得能將電漿封閉在已設置於放電電極板3之氣體排氣孔17及已設置於接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的內部。接地蓋板8也可呈被電性阻斷的狀態，也可呈被施加電位的狀態。但是，當考慮放電的穩定性時，則較佳為以接地蓋板8接地。
如此一來，藉將電漿封閉在氣體排氣孔17及第2氣體排氣孔19之中，電漿會存在於此等孔之氣體之氣體的流動之中。為此，擴散長度短的高次矽烷藉此等孔中氣體的流動而透過此等孔排放，且擴散長度長的SiH3 自由基藉擴散而朝向基板12方向擴散。
又，電漿因被封閉在放電電極板3之氣體排氣孔17與接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的內部，接地蓋板8與基板12之間的電漿會變弱，而在接地蓋板8與基板12之間的空間幾乎無新的活性種產生。藉此，形成僅有助於成膜之高次矽烷、SiH2 自由基或SiH3 自由基從接地蓋板8朝向基板12擴散的狀態。
可考量以下式子作為在接地蓋板8與基板12之間的空間發生的反應。
Sim H2m+1 +SiH4 →Sim H2m+2 +SiH3 　(式1)
SiH2 +SiH4 →Si2 H6 　(式2)
SiH3 +SiH4 →SiH4 +SiH3 　(式3)
式1表示與氣體朝向排氣方向的流動相反而朝向基板12擴散的高次矽烷，在朝向基板12的方向擴散中，藉著與作為母分子之SiH4 反應而變成惰性的高次矽烷，與成膜無關地排氣的情況。式2表示在SiH2 自由基一面擴散一面朝高次矽烷成長的過程，藉著與作為母分子之SiH4 反應而變成惰性，與成膜無關地排氣的情況。相對於此，式3表示不會因與母分子反應而變化的SiH3 自由基到達基板12，藉著選擇性地增進薄膜的成膜而能獲得高品質的薄膜。
另一方面，因為於接地蓋板8之第2氣體排氣孔19、及放電電極板3之氣體排氣孔17的內部局部化的電漿中會持續產生SiH2 自由基，所以要擔心依據式1及式2會產生高次矽烷。此等的反應如以上所述，係藉剩餘的能量被第三體(通常係作為母分子的SiH4 )吸收而謀求生成物之穩定化的三體反應。所以，於接地蓋板8設置加熱機構21(參照第4圖)，藉有效地加熱在可產生最高次自由基之氣體排氣孔17及第2氣體排氣孔19內部局部化的電漿，能抑制三體反應的進行。
[第2實施形態]
第5圖係本發明之電漿CVD裝置之第2實施形態的一例。第5圖所示之電漿CVD裝置41係於第1圖所示之電漿CVD裝置1，且於接地蓋板8與接地電極板10之間設置具有將電位保持一定之電源的電位控制板9的裝置。
關於形成第5圖所示之電漿CVD裝置41的電位控制板9之要素以外的裝置之其他要素，與形成第1圖所示之電漿CVD裝置1之裝置的要素相同。所以，於第5圖所示之電漿CVD裝置41中，對於與第1圖所示之電漿CVD裝置1的要素相同的要素，使用與第1圖所使用的要素符號相同的要素符號。第6圖係第5圖所示之電漿CVD裝置41之放電電極板3、接地蓋板8及電位控制板9的部分放大縱剖面圖。
第5圖所示之電漿CVD裝置41中，於接地蓋板8與接地電極板10之間設置有已接地的電位控制板9。電位控制板9與接地蓋板8隔著間隔對向。電位控制板9與接地電極板10也隔著間隔對向。
於電位控制板9，且於與放電電極板3之氣體導入孔18、及接地蓋板之第2氣體導入孔20對向的位置，設置有多數個第3氣體導入孔23。於電位控制板9，且於與放電電極板3之氣體排氣孔17、及接地蓋板之第2氣體排氣孔19對向的位置，設置有多數個第3氣體排氣孔22。第3氣體導入孔23、及第3氣體排氣孔22均將電位控制板9貫穿於其厚度方向。在電位控制板9，結合有可控制施加於電位控制板9之電位的電源15。
電源15只要是能對電位控制板9施予電位並其電位可受控的電源即可，可為直流可變電源，可為能利用頻率kHz等級以上的交流電源產生自我偏壓而施予直流電位的直流電源，亦可為kHz程度的交流電源，或高頻電源。
無電位控制板9的情況，則藉接地蓋板8的厚度來控制電漿朝第2氣體排氣孔19的孔中封閉控制。即，必須有足夠接地面積可對局部存在於第2氣體排氣孔19之孔中的電漿供給充分的電子。所以，若是要將電漿儘可能地封閉在孔中的話，則必須增大第2氣體排氣孔19之內壁面的面積。其結果，必須增加接地蓋板8的厚度。
但是，將接地蓋板8的厚度設夠厚的話，因為來自於電漿之相對於基板12的開口率減少，從第2氣體排氣孔19放出的自由基變少，所以成膜速度劇減。可看出此問題係可藉著將電位控制板9設置於接地蓋板8的下側以對電位控制板9施加負電位而解決。藉著設置電位控制板9，可在不會使成膜速度降低之情況下，將電漿封閉於第2氣體排氣孔19。
[實施例1]
於第1圖所示之電漿CVD裝置1之接地電極板10的上面載置有由形成薄膜之單結晶矽所構成的基板12，藉由匹配箱13以將60MHz的高頻電源14連接於放電電極板3。
將設置於放電電極板3之氣體排氣孔17的孔徑設為10mm，將放電電極板3與接地蓋板8的間隔設為0.8mm，將設置於接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的孔徑設為10mm，將第2氣體導入孔20的孔徑設為2mm。接地蓋板8的板厚設為10mm。
將設置於接地電極板10的加熱機構(加熱器)11的溫度設為250℃，藉著設置於接地蓋板8之加熱機構(加熱器)21而將接地蓋板8的溫度設為200℃。若測定此時之基板12表面之溫度，則為217℃。
透過已設置於真空容器2之底面的排氣口2k，真空容器2的內部壓力排放至1×10-4 Pa。
之後，將SiH4 氣體(原料氣體)以50sccm的流量藉質量流量控制器從原料氣體供給管5透過原料氣體供給孔3a而導入已設置於放電電極板3的多數個氣體導入孔18，且利用來自於氣體排氣導管2g的排氣通路並透過設置在接地蓋板8之多數個第2氣體排氣孔19、及設置在放電電極板3的多數個氣體排氣孔17進行排放，以將真空容器2內的壓力調整至30Pa。
其後，從高頻電源14對放電電極板3輸入30W的電力以使電漿產生，以於基板12上形成非晶矽薄膜。
[實施例2]
除了將實施例1中的原料氣體的流量變更為100sccm以外，以與實施例1相同條件於基板12上形成非晶矽薄膜。
[實施例3]
於第5圖所示之電漿CVD裝置41之接地電極10的上面載置有由形成薄膜之單結晶矽所構成的基板12。將60MHz的高頻電源14透過匹配箱13而連接於放電電極板3。又，直流電源15連接於相對於接地蓋板8隔著間隔設置的電位控制板9。
將設置於放電電極板3之氣體排氣孔17的孔徑設為10mm，將放電電極板3與接地蓋板8的間隔設為0.8mm，將設置於接地蓋板8之第2氣體排氣孔19的孔徑設為10mm，將第2氣體導入孔20的孔徑設為2mm，將設置於電位控制板9之第3氣體排氣孔22的孔徑設為10mm，將第3氣體導入孔23的孔徑設為2mm。接地蓋板8的板厚設為10mm，電位控制板9的板厚設為1mm。
將設置於接地電極板10的加熱機構(加熱器)11的溫度設為250℃，藉著設置於接地蓋板8之加熱機構(加熱器)21而將接地蓋板8的溫度設為200℃。
透過已設置於真空容器2之底面的排氣口2k，真空容器2的內部壓力排放至1×10-4 Pa。
之後，以50sccm的流量藉質量流量控制器將SiH4 氣體(原料氣體)從原料氣體供給管5透過原料氣體供給孔3a而導入已設置於放電電極板3的多數個氣體導入孔18，且利用來自於氣體排氣導管2g的排氣通路並透過設置在電位控制板9之多數個第3氣體排氣孔22、設置於接地蓋板8之多數個第2氣體排氣孔19、及設置在放電電極板3的多數個氣體排氣孔17進行排放，以將真空容器2內的壓力調整至25Pa。
其後，利用電源15對電位控制板9施加-15V的電位。又，從高頻電源14對放電電極板3輸入30W的電力使電漿產生，以於基板12上形成非晶矽薄膜。
[比較例1]
於第7圖所示之習知電漿CVD裝置61之接地電極板610的上面載置了要形成薄膜之由單結晶矽構成的基板612。將60MHz的高頻電源614透過匹配箱613連接於放電電極板63。將接地電極板610的加熱機構(加熱器)611的溫度設為270℃。若測定此時載置於接地電極板610上之基板612表面之溫度，則為230℃。
透過已設置於真空容器62之底面的排氣口62a，將真空容器62的內部壓力排放至1×10-4 Pa而將真空容器62的內部實質上設成真空狀態。
接著，以50sccm的流量藉質量流量控制器將SiH4 氣體(原料氣體)從原料氣體供給管65透過已設置於噴淋板66的多數個氣體導入孔66a而導入真空容器62的內部，且從設置於真空容器62之底面的排氣口62a進行排放而將真空容器62之內部的壓力調整至10Pa。
其後，從高頻電源614對放電電極板63輸入30W的電力使電漿產生，以於基板612上形成非晶矽薄膜。
使用傅利葉轉換紅外線高度分光光度計(日本分光株式會社製FT/IR-6100)來將以實施例1至3獲得的非晶矽薄膜的膜中Si-H2 鍵結濃度定量所得到的結果示於表1。
依據實施例1，可瞭解即使是基板12的溫度比217℃還低，膜中的Si-H2 結合濃度也為低於1at%的低值。依據實施例2，可瞭解使氣體流量上升以提高電漿在排氣孔中的流速所得到的結果，獲得低的Si-H2 鍵結濃度。
依據實施例3，可瞭解藉對電位控制板9施加負電位而進行電漿封閉的情況，與實施例1比較，獲得更低的Si-H2 鍵結濃度。
如此一來，可瞭解與利用習知的平行平板型電漿CVD裝置所形成之矽薄膜比較，使用本發明之電漿CVD裝置使矽薄膜成膜時所獲得之矽薄膜會是高次矽烷之摻入少且缺陷降低之高品質的薄膜。藉將此高品質的非晶矽薄膜應用於太陽能電池，能製作光劣化少之高轉換效率的太陽能電池。
[產業上利用性]
本發明的電漿CVD裝置不限於製造非晶矽薄膜，可使用於製造微結晶矽薄膜等各種薄膜。又，本發明的電漿CVD裝置能作為例如蝕刻裝置或電漿表面處理裝置使用。
1．．．電漿CVD裝置
2．．．真空容器
2a．．．側板
2b．．．上板
2c．．．下板
2d．．．內部側板
2e．．．凹部
2f．．．氣體排氣罩
2g．．．氣體排氣導管
2h．．．電絕緣體
2i．．．電絕緣體
2j．．．導體
2k．．．排氣口
3．．．放電電極板
3a．．．原料氣體供給孔
5．．．原料氣體供給管
8．．．接地蓋板
9．．．電位控制板
10．．．接地電極板
10a．．．電絕緣體
10b．．．導體
11．．．基板加熱機構
12．．．基板
13．．．匹配箱
14．．．高頻電源
15．．．電源
17．．．多數個氣體排氣孔
18．．．多數個氣體導入孔
19．．．多數個第2氣體排氣孔
20．．．多數個第2氣體導入孔
21．．．加熱機構
22．．．多數個第3氣體排氣孔
23．．．多數個第3氣體導入孔
41．．．電漿CVD裝置
61．．．電漿CVD裝置
62．．．真空容器
62a．．．排氣口
62c．．．導體
63．．．放電電極板
63a．．．凹部
65．．．原料氣體供給管
66．．．噴淋板
66a．．．多數個氣體導入孔
71．．．電漿CVD裝置
610．．．接地電極板
610a．．．絕緣體
610c．．．導體
611．．．加熱機構
612．．．基板
613．．．匹配箱
614．．．高頻電源
715．．．直流可變電源
716．．．網狀電極板
第1圖係本發明之電漿CVD裝置之一實施形態(第1實施形態)的縱剖面概略圖。
第2圖係第1圖所示之電漿CVD裝置之放電電極板與接地蓋板的部分放大縱剖面圖。
第3圖係從第1圖中的X-X箭頭方向觀看的平面圖。
第4圖係從第1圖中的Y-Y箭頭方向觀看的平面圖。
第5圖係本發明之電漿CVD裝置之另一實施形態(第2實施形態)的縱剖面概略圖。
第6圖係第5圖所示之電漿CVD裝置之放電電極板、接地蓋板及電位控制板的部分放大縱剖面圖。
第7圖係習知之電漿CVD裝置之一例的縱剖面概略圖。
第8圖係習知之使用三極法之電漿CVD裝置之一例的縱剖面概略圖。
1．．．電漿CVD裝置
2．．．真空容器
2a．．．側板
2b．．．上板
2c．．．下板
2d．．．內部側板
2e．．．凹部
2f．．．氣體排氣罩
2g．．．氣體排氣導管
2h．．．電絕緣體
2i．．．電絕緣體
2j．．．導體
2k．．．排氣口
3．．．放電電極板
3a．．．原料氣體供給孔
5．．．原料氣體供給管
8．．．接地蓋板
10．．．接地電極板
10a．．．電絕緣體
10b．．．導體
11．．．基板加熱機構
12．．．基板
13．．．匹配箱
14．．．高頻電源
17．．．多數個氣體排氣孔
18．．．多數個氣體導入孔
19．．．多數個第2氣體排氣孔
20．．．多數個第2氣體導入孔

Claims (9)

  1. 一種電漿CVD裝置，具備：(a)真空容器；(b)排氣設備，係用以將該真空容器內維持減壓；(c)放電電極板，係設置於前述真空容器內；(d)接地電極板，係與前述放電電極板隔著間隔對向設置，且支撐薄膜形成用的基板；(e)高頻電源，係對前述放電電極板施加高頻電力；及(f)原料氣體供給設備，係將薄膜形成用的原料氣體供給至前述真空容器內；且前述電漿CVD裝置具有：(g)複數個氣體導入孔與複數個氣體排氣孔，該複數個氣體導入孔係設置於前述放電電極板中，一端與前述氣體供給設備結合，另一端於前述放電電極板之一面的複數個部位形成開口，而該複數個氣體排氣孔係由該複數個氣體導入孔形成開口之面貫穿至其相反側之面，且設置在前述放電電極板；(h)氣體排氣設備，係將由前述複數個氣體排氣孔排氣的氣體排放到前述真空容器的外部；(i)接地蓋板，係設置於前述放電電極板與前述接地電極板之間，且係相對於該等電極板分別隔著間隔而設置；以及(j)複數個第2氣體導入孔與複數個第2氣體排氣孔，該複數個第2氣體導入孔係貫穿該接地蓋板，且設 置於該接地蓋板與前述複數個氣體導入孔對應的位置，而該複數個第2氣體排氣孔係設置於前述接地蓋板與前述複數個氣體排氣孔對應的位置；其中，前述接地蓋板接地。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中前述氣體排氣孔的孔徑為2mm至100mm。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中前述放電電極板與前述接地蓋板之間隔為0.5mm至10mm。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中前述第2氣體排氣孔之孔徑為前述氣體排氣孔之孔徑的0.5倍至1.5倍。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中前述第2氣體導入孔的孔徑係在不妨礙該第2氣體導入孔中之氣體流動的範圍，且為7mm以下。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中於前述接地蓋板設置有加熱機構。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中於前述接地蓋板與前述接地電極板之間，相對於該等板分別隔著間隔而設置有可控制電位的電位控制板，且設置於與前述複數個第2氣體導入孔對應之位置的複數第3氣體導入孔、與設置於與前述複數個第2氣體排氣孔對應之位置的複數個第3氣體排氣孔，係貫穿前述電位控制板而設置於前述電位控制板。
  8. 如申請專利範圍第7項之電漿CVD裝置，其中施加於前述電位控制板的電位為負電位。
  9. 一種矽薄膜之製造方法，係使用如申請專利範圍第1至8項中任一項之電漿CVD裝置，使含有Si化合物的原料氣體電漿化，使前述薄膜形成用基板支撐於用以支撐薄膜形成用基板的前述接地電極板，且使矽薄膜沉積於該基板。
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