專利名稱：等離子體cvd裝置、及硅薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體CVD裝置(等離子體化學(xué)蒸鍍裝置)、及使用等離子體CVD法的硅薄膜的制造方法。特別涉及用于形成在硅薄膜太陽(yáng)能電池、和硅薄膜晶體管等中利用的硅薄膜的等離子體CVD裝置、及使用等離子體CVD法的硅薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
與成為太陽(yáng)能電池的主流的單晶硅太陽(yáng)能電池或多晶硅太陽(yáng)能電池相比，薄膜硅太陽(yáng)能電池由于不使用昂貴的硅基板，對(duì)成本減少也有利，因此，作為下一代的太陽(yáng)能電池受到關(guān)注。作為薄膜硅太陽(yáng)能電池中使用的非晶硅薄膜的制造方法，已知使用平行平板型等離子體CVD裝置的制造方法。該制造方法中使用的現(xiàn)有的平行平板型等離子體CVD裝置示于圖7。圖7所示的現(xiàn)有平行平板型等離子體CVD裝置61具有用于進(jìn)行等離子體處理的真空容器62。真空容器62通常具有高真空排氣設(shè)備、及與エ藝(process)排氣設(shè)備結(jié)合的排氣ロ 62a。高真空排氣設(shè)備用于獲得真空容器62的內(nèi)部的背壓，作為高真空排氣設(shè)備，通?？梢允褂脺u輪分子泵等。エ藝排氣設(shè)備用于維持等離子體處理工藝所需的壓力，雖然也依賴于其エ藝壓力，但通常的CVDエ藝的情況，作為エ藝排氣設(shè)備，使用機(jī)械增壓泵等。在真空容器62的內(nèi)部相對(duì)隔開(kāi)間隔地設(shè)置有放電電極板63和接地電極板610。 在接地電極板610的上面保持有基板612。在接地電極板610的內(nèi)部設(shè)置有用于加熱基板 612的加熱機(jī)構(gòu)611。在放電電極板63的下面設(shè)置有凹部63a，在放電電極板63的下面安裝有噴淋板 66，使其封閉凹部63a。在噴淋板66上設(shè)置有多個(gè)從其上面貫通至下面的氣體導(dǎo)入孔66a。 在真空容器62中設(shè)置有原料氣體供給管65，所述原料氣體供給管65從設(shè)置在真空容器62 的外部的氣體供給設(shè)備(圖示省略)延伸，通過(guò)放電電極板63的內(nèi)部，到達(dá)凹部63a。原料氣體供給管65和放電電極板63之間雖省略了圖示，但被電絕緣。真空容器 62和放電電極板63之間雖也省略了圖示，但也被電絕緣。真空容器62利用導(dǎo)體62c接地。 在真空容器62和接地電極板610之間設(shè)置有絕緣體610a，接地電極板610利用導(dǎo)體610c 接地。等離子體處理所需要的原料氣體從原料氣體供給設(shè)備通過(guò)原料氣體供給管65被供給至凹部63a。供給至凹部63a的氣體通過(guò)噴淋板66的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔66a，被均勻地供給至被保持在接地電極板610上的基板612。高頻電源614介由匹配箱613被連接在放電電極板63上。通過(guò)上述排氣設(shè)備，真空容器62的內(nèi)部維持一定的壓カ，通過(guò)高頻電源614對(duì)放電電極板63外加高頻電力，產(chǎn)生等離子體。由產(chǎn)生的等離子體在基板612的表面形成非晶硅薄膜。但是，已知使用上述平行平板型等離子體CVD裝置制造的非晶硅薄膜由于光照射，膜中的懸空鍵(缺陷)増大，引起光劣化。上述光劣化的問(wèn)題盡管在30年以前就作為Staeber-Wronski效果被發(fā)現(xiàn)，但目前仍然沒(méi)有得到解決。關(guān)于引起上述光劣化的機(jī)制，目前也沒(méi)有明確闡明。但是，已知上述光劣化與膜中的Si-H2鍵濃度相關(guān)。另外，有報(bào)道稱膜中的Si-H2鍵濃度低，則光劣化少。作為Si-吐鍵濃度增加的原因，指出成膜中產(chǎn)生的高階硅烷(highorder silane) (SimHn :m = 2以上)被攝入膜中。高階硅烷由于連續(xù)反應(yīng)而成長(zhǎng)，混入膜中，由此導(dǎo)致Si-H2鍵增加，在膜中形成初期的懸空鍵，在所述連續(xù)反應(yīng)中，等離子體中生成的SiH2自由基被插入Si-H鍵。另ー方面，等離子體中的反應(yīng)在下述情況下開(kāi)始，S卩，具有某種能量的電子與作為母體分子的SiH4碰撞，分解為各種分子例如SiH3自由基、SHl2自由基等。通常而言，表示等離子體中的電子的能量的電子溫度(Te)存在分布，除被認(rèn)為是成膜促進(jìn)物質(zhì)的SiH3自由基之外，必然生成SHl2自由基。因此，現(xiàn)有的平行平板型等離子體CVD裝置中，在制造非晶硅薄膜吋，為了減少所述高階硅烷的產(chǎn)生量，將投入電カ設(shè)定得較低，由此抑制SHl2自由基、高階硅烷的產(chǎn)生。但是，這會(huì)導(dǎo)致無(wú)法提高成膜速度(非專利文獻(xiàn)1)。另ー方面，作為得到Si-H2鍵濃度低的非晶硅薄膜的成膜方法，考察了三極管法。 使用該三極管法的等離子體CVD裝置示于圖8。圖8所示的使用了三極管法的等離子體CVD 裝置71與圖7所示的等離子體CVD裝置61的基本結(jié)構(gòu)相同。因此，對(duì)于與圖7所示要素相同的要素，在圖8中用相同的符號(hào)表示。圖8的裝置71與圖7的裝置61的不同點(diǎn)為在圖8的裝置71中，在放電電極板63與接地電極板610之間設(shè)置有網(wǎng)狀電極板716。圖8中，在網(wǎng)狀電極板716上連接有直流可變電源715。如上所述，三極管法也使用平行平板型CVD裝置，但在放電電極板63和接地電極板610之間插入網(wǎng)狀電極板716，對(duì)該網(wǎng)狀電極板716外加電位(通常負(fù)電位)，由此可在放電電極板63和網(wǎng)狀電極板716之間封入等離子體。在網(wǎng)狀電極板716和接地電極板610之間不生成等離子體。另ー方面，有助于成膜的自由基在放電電極板63和網(wǎng)狀電極板716之間生成，被網(wǎng)狀電極板716擴(kuò)散， 到達(dá)基板612。自由基的擴(kuò)散距離與分子量的倒數(shù)的平方根成比例，因此，想要利用高階硅烷自由基與SiH3自由基相比擴(kuò)散距離短的性質(zhì)，來(lái)選擇性地將SiH3自由基輸送至基板612上。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)非常低的Si-H2鍵濃度，得到光劣化率低的非晶硅薄膜。但是，在上述三極管法中也同樣，為了除去高階硅烷自由基，而需要在網(wǎng)狀電極板716與接地電極板610之間具有充分的距離。因此，具有不能提高成膜速度的問(wèn)題(非專利文獻(xiàn)2)。進(jìn)而，等離子體中的氣體溫度也為重要的因素。已知使高階硅烷(SimHn :m = 2以上)成長(zhǎng)的連續(xù)反應(yīng)為三體反應(yīng)(third-body reaction)。作為抑制該反應(yīng)的方法，認(rèn)為氣體加熱有效。對(duì)于通過(guò)SHl2自由基插入Si-H鍵的插入反應(yīng)而生成的高階硅烷，通過(guò)使第三體(通常為作為母體分子的SiH4)吸收剩余的能量而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。因此，第三體為不接受能量的狀態(tài)，即溫度為很高的狀態(tài)時(shí)，三體反應(yīng)不進(jìn)行，高階硅烷被抑制(專利文獻(xiàn)1)。因此，為了加熱成膜空間，期望從放電電極板側(cè)加熱被認(rèn)為產(chǎn)生高階硅烷最多的放電電極板側(cè)的鞘(sheath)附近的等離子體，但是從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)難以對(duì)電極板外加高頻、并且導(dǎo)入加熱器。通常為了控制基板溫度，對(duì)支承基板的接地電極板進(jìn)行加熱。由此，介由基板，等離子體也被加熱，但由于遠(yuǎn)離放電電極板側(cè)的鞘，所以不能達(dá)到有效的積極的加熱狀態(tài)。因此，進(jìn)一步提高基板溫度使其在最適的基板溫度以上吋，膜中的缺陷變多。因此，存在加熱的上限溫度受到限制的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平8-91987號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 :Madoka Takai et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 77(2000)2828非專利文獻(xiàn)2 :Satoshi Shimizu et al. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101， 064911， (2007)

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，迄今為止，為了抑制薄膜硅太陽(yáng)能電池的光劣化，進(jìn)行了以下嘗試，即， 減少高階硅烷混入非晶硅薄膜，盡可能降低膜中Si-H2鍵濃度。但是，上述嘗試中成膜速度非常慢，而且成膜溫度高，因此不適合太陽(yáng)能電池的制造。也就是說(shuō)，尚未發(fā)現(xiàn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高成膜速度和低膜中Si-H2鍵濃度的實(shí)用的成膜方法。本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體CVD裝置和使用該等離子體CVD裝置的硅薄膜的制造方法，所述等離子體CVD裝置能夠以高成膜速度、及低制膜溫度制造膜中Si-H2鍵濃度低的非晶硅薄膜。本發(fā)明的等離子體CVD裝置如下所述。一種等離子體CVD裝置，具有下述(a) (f)(a)真空容器；(b)排氣設(shè)備，用于將該真空容器內(nèi)維持在減壓狀態(tài)；(c)放電電極板，設(shè)置在上述真空容器內(nèi)；(d)接地電極板，與上述放電電極板隔開(kāi)間隔地相對(duì)設(shè)置，支承薄膜形成用基板；(e)高頻電源，對(duì)上述放電電極板外加高頻電カ；及(f)原料氣體供給設(shè)備，向上述真空容器內(nèi)供給薄膜形成用原料氣體，其中，所述等離子體CVD裝置具有下述(g) (j)(g)多個(gè)氣體導(dǎo)入孔和多個(gè)氣體排出孔，，所述多個(gè)氣體導(dǎo)入孔設(shè)置在上述放電電極板中，一端與上述氣體供給設(shè)備連接，另一端在上述放電電極板的一面的多個(gè)位置開(kāi)ロ ； 所述多個(gè)氣體排出孔設(shè)置在上述放電電極板中，從該多個(gè)氣體導(dǎo)入孔所開(kāi)ロ的面貫通至其相對(duì)側(cè)的面；(h)氣體排出設(shè)備，將從上述多個(gè)氣體排出孔排出的氣體排出至上述真空容器的外部；(i)接地蓋板，在上述放電電極板和上述接地電極板之間，分別相對(duì)于它們隔開(kāi)間隔地設(shè)置；及(j)多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔及多個(gè)第2氣體排出孔，所述多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔貫通該接地蓋板，設(shè)置在該接地蓋板的與上述多個(gè)氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的位置，所述多個(gè)第2氣體排出孔設(shè)置在上述接地蓋板的與上述多個(gè)氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的位置。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選上述氣體排出孔的孔徑為2mm 100mm。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選上述放電電極板和上述接地蓋板的間隔為 0. 5mm IOmm0本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選上述第2氣體排出孔的孔徑為上述氣體排出孔的孔徑的0. 5倍 1. 5倍。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，在不妨礙該第2氣體導(dǎo)入孔中的氣體流動(dòng)的范圍
5內(nèi)，優(yōu)選上述第2氣體導(dǎo)入孔的孔徑為7mm以下。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選上述接地蓋板接地。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選在上述接地蓋板上設(shè)置加熱機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選在上述接地蓋板和上述接地電極板之間，分別相對(duì)于它們隔開(kāi)間隔地設(shè)置可控制電位的電位控制板，在上述電位控制板上設(shè)置有貫通所述電位控制板的多個(gè)第3氣體導(dǎo)入孔和多個(gè)第3氣體排出孔，所述多個(gè)第3氣體導(dǎo)入孔位干與上述多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)第3氣體排出孔位于與上述多個(gè)第2氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的位置上。本發(fā)明的等離子體CVD裝置中，優(yōu)選對(duì)上述電位控制板外加的電位為負(fù)電位。本發(fā)明的硅薄膜的制造方法如下所述。—種硅薄膜的制造方法，使用本發(fā)明的等離子體CVD裝置，使含有Si化合物的原料氣體進(jìn)行等離子體化，在用干支承薄膜形成用基板的上述接地電極板上支承上述薄膜形成用基板，使硅薄膜在該基板上堆積。根據(jù)本發(fā)明，提供一種等離子體CVD裝置、及高品質(zhì)的非晶硅薄膜的制造方法，所述等離子體CVD裝置通過(guò)控制導(dǎo)入真空容器內(nèi)的氣體的流動(dòng)及等離子體，除去高階硅烷， 進(jìn)而分別控制基板溫度和氣體溫度，由此能夠制造缺陷及高階硅烷的混入量少的高品質(zhì)的非晶硅薄膜。


[圖1]圖1為本發(fā)明的等離子體CVD裝置的一個(gè)實(shí)施方式(第1實(shí)施方式)的縱截面簡(jiǎn)圖。[圖2]圖2為圖1所示的等離子體CVD裝置中的放電電極板和接地蓋板的部分放大縱截面圖。[圖3]圖3為沿圖1中的X-X箭頭觀察的平面圖。[圖4]圖4為沿圖1中的Y-Y箭頭觀察的平面圖。[圖5]圖5為本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另ー個(gè)實(shí)施方式(第2實(shí)施方式)的縱截面簡(jiǎn)圖。[圖6]圖6為圖5所示的等離子體CVD裝置中的放電電極板、接地蓋板、及電位控制板的部分放大縱截面圖。[圖7]圖7為現(xiàn)有的等離子體CVD裝置的一個(gè)例子的縱截面簡(jiǎn)圖。[圖8]圖8為現(xiàn)有的使用了三極管法的等離子體CVD裝置的ー個(gè)例子的縱截面簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式第1實(shí)施方式圖1至圖4給出了本發(fā)明的等離子體CVD裝置的第1實(shí)施方式的ー個(gè)例子。等離子體CVD裝置1具有真空容器2。真空容器2由側(cè)板加、封閉側(cè)板加的上面的開(kāi)ロ的上板 2b、及封閉側(cè)板加的下面的開(kāi)ロ的下板2c形成。真空容器2在其內(nèi)部具有安裝在上板2b 的下面的內(nèi)部側(cè)板2d。在內(nèi)部側(cè)板2d的內(nèi)側(cè)的空間設(shè)置有下面開(kāi)放的具有凹部加的氣體排出帽2f，氣體排出帽2f的上面的一部分(優(yōu)選中央部)被導(dǎo)出至真空容器2的外部，形成氣體排出導(dǎo)管(氣體排出設(shè)備)2g。在氣體排出帽2f的下面安裝有放電電極板3，使其封閉凹部加的開(kāi)ロ。放電電極板3在其內(nèi)部具有原料氣體供給孔3a，并且具有從原料氣體供給孔3a分支、在放電電極板 3的下面開(kāi)ロ的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18。放電電極板3具有多個(gè)氣體排出孔17，所述多個(gè)氣體排出孔17從多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18所開(kāi)ロ的面貫通至其相對(duì)側(cè)的面，即，從下面貫通至上面。 多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18和多個(gè)氣體排出孔17被設(shè)置在相互不重合的位置。上述多個(gè)的意圖是使真空容器2內(nèi)的原料氣體的流動(dòng)狀態(tài)幾乎均勻。放電電極板3中的多個(gè)氣體排出孔17 的配置的一個(gè)例子用平面圖示于圖3及4。原料氣體供給孔3a的上游側(cè)與從真空容器2向外延伸的原料氣體供給管5連接。 原料氣體供給管5的上游側(cè)與圖中未示出的原料氣體供給源連接。在內(nèi)部側(cè)板2d的下面安裝有接地蓋板8，使其封閉內(nèi)部側(cè)板2d的內(nèi)部空間。接地蓋板8的上面隔開(kāi)間隔地與放電電極板3的下面相對(duì)。在接地蓋板8上，在與放電電極板3的氣體導(dǎo)入孔18相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔20，并且在與放電電極板3 的氣體排出孔17相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有多個(gè)第2氣體排出孔19。第2氣體導(dǎo)入孔20、及第 2氣體排出孔19均在其厚度方向上貫通接地蓋板8。放電電極板3中的氣體導(dǎo)入孔18及氣體排出孔17、和接地蓋板8中的第2氣體導(dǎo)入孔20及第2氣體排出孔19的位置關(guān)系的一個(gè)例子的放大圖示于圖2。內(nèi)部側(cè)板2d的內(nèi)壁面和放電電極板3的側(cè)壁面及氣體排出帽2f的側(cè)壁面之間設(shè)置有用于防止它們之間電導(dǎo)通的空間。放電電極板3和氣體排出帽2f由電導(dǎo)體形成。氣體排出帽2f在氣體排出管2g 的部分中連接有高頻電源14。根據(jù)需要，可在高頻電源14和氣體排出帽2f之間設(shè)置匹配箱13。氣體排出帽2f和真空容器2的上板2b之間設(shè)置有電絕緣體》!、2i。真空容器2通過(guò)導(dǎo)體2j接地。內(nèi)部側(cè)板加和接地蓋板8由電導(dǎo)體形成。接地蓋板8也介由內(nèi)部側(cè)板2d、真空容器2的上板沘、側(cè)板加、及下板2c，通過(guò)導(dǎo)體2j接地。在真空容器2的內(nèi)部，在真空容器2的下板2c的上面的一部分(優(yōu)選中央部)介由電絕緣體IOa設(shè)置接地電極板10。接地電極板10的下面的一部分(優(yōu)選中央部)被導(dǎo)出至真空容器2的外部，通過(guò)導(dǎo)體IOb接地。接地電極板10的上面載置有薄膜形成用基板 12。根據(jù)需要，在接地電極板10的內(nèi)部設(shè)置基板加熱機(jī)構(gòu)11。在真空容器2的下板2c上設(shè)置有用于排出真空容器2內(nèi)的氣體的排氣ロ 2k。排氣ロ業(yè)與高真空排氣設(shè)備(圖示省略)及エ藝排氣設(shè)備(圖示省略)連接。高真空排氣設(shè)備用于得到真空容器2的內(nèi)部的背壓，作為高真空排氣設(shè)備，使用渦輪分子泵等。エ藝排氣設(shè)備用于維持等離子體處理工藝所需要的壓力，作為エ藝排氣設(shè)備，使用機(jī)械增壓泵或渦輪分子泵等。高頻電源14的頻率可以任意選擇。頻率為越高的高頻，電子溫度越低。從生產(chǎn)率及生成的薄膜的均勻性的觀點(diǎn)考慮，使用的頻率優(yōu)選為IOOkHz 100MHz，更優(yōu)選為 IOMHz 60MHz。形成薄膜的基板12安裝在接地電極板10上。例如可在接地電極板10上設(shè)置锪孔，在锪孔中放置基板12，或者使用其他夾具將基板12推靠至接地電極板10進(jìn)行安裝。設(shè)置在放電電極板3上的氣體排出孔17如下作用使氣體從放電電極板3的下面?zhèn)认蛏厦鎮(zhèn)攘鲃?dòng)，到達(dá)凹部2e的氣體從氣體排出管2g排出至真空容器2的外部，除此之外，還具有使等離子體在氣體排出孔17中局部化的功能。因此，根據(jù)成膜壓カ設(shè)計(jì)氣體排出孔的孔徑變得重要。S卩，成膜壓カ低吋，使用孔徑大的氣體排出孔，成膜壓カ高吋，使用孔徑小的氣體排出孔。另ー方面，氣體排出孔17的孔徑過(guò)小吋，有時(shí)不能獲得充分的氣體排出能力，或放電電極板3的加工變得困難。另外，氣體排出孔17的孔徑過(guò)大時(shí)，有時(shí)發(fā)生形成于基板12上的薄膜的膜厚分布變得不均勻的問(wèn)題。氣體排出孔17的孔徑優(yōu)選為2mm 100mm，更優(yōu)選為5mm 50mm。如圖3及4所示，優(yōu)選多個(gè)氣體排出孔17被均勻地配置在放電電極板3上在基板12上形成薄膜時(shí)真空容器2內(nèi)的氣體的排出可以僅通過(guò)氣體排出管2g從設(shè)置在放電電極板3上的氣體排出孔17進(jìn)行，除此之外，也可以通過(guò)裝備于真空容器2上的排氣ロ業(yè)一邊調(diào)節(jié)真空容器2的內(nèi)部壓カー邊進(jìn)行。對(duì)于原料氣體，通過(guò)圖中未示出的質(zhì)量流量控制器控制流量，介由原料氣體供給管5及原料氣體供給孔3a，通過(guò)多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18被導(dǎo)入真空容器2的腔內(nèi)。作為原料氣體，通常使用硅烷(SHl4),但也可以使用鹵化物、或乙硅烷等氣體。原料氣體可以用氫、或氬等惰性氣體稀釋。原料氣體中可以導(dǎo)入摻雜氣體。優(yōu)選將放電電極板3和接地蓋板8的間隔設(shè)定為放電電極板3和接地蓋板8之間不發(fā)生放電的間隔。所述間隔優(yōu)選為0. 5mm 10mm，更優(yōu)選為0. 5mm 5mm。設(shè)置在接地蓋板8上的多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔20和多個(gè)第2氣體排出孔19、及設(shè)置在放電電極板3上的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18和多個(gè)氣體排出孔17在相互完全不遮擋對(duì)方的開(kāi) ロ的狀態(tài)下，位于相對(duì)位置。接地蓋板8的第2氣體排出孔19的孔徑大于放電電極板3的氣體排出孔17的孔徑時(shí)，成為等離子體泄露的原因。另ー方面，孔徑過(guò)小吋，來(lái)自等離子體的活性物質(zhì)的擴(kuò)散被抑制，成膜速度下降。接地蓋板8的第2氣體排出孔19的孔徑優(yōu)選為放電電極板3的氣體排出孔17的孔徑的0. 5倍至1. 5倍。接地蓋板8的第2氣體排出孔19的形狀可以為在其孔軸方向上孔徑變化的形狀，例如為圓錐形狀。與放電電極板3的氣體導(dǎo)入孔18相對(duì)設(shè)置的接地蓋板8的第2氣體導(dǎo)入孔20的孔徑需要為不妨礙氣體通過(guò)第2氣體導(dǎo)入孔20從接地蓋板8的上面?zhèn)认蛳旅鎮(zhèn)攘鲃?dòng)的程度的大小，并且為等離子體不進(jìn)入第2氣體導(dǎo)入孔20的孔內(nèi)的程度的大小。接地蓋板8的第2氣體導(dǎo)入孔20的孔徑優(yōu)選為7mm以下，更優(yōu)選為2mm以下。通過(guò)將具有上述第2氣體導(dǎo)入孔20及第2氣體排出孔19的接地蓋板8與放電電極板3隔開(kāi)間隔地相對(duì)設(shè)置，能夠?qū)⒌入x子體封入設(shè)置在放電電極板3上的氣體排出孔17 及設(shè)置在接地蓋板8上的第2氣體排出孔19的內(nèi)部。接地蓋板8可以為電斷開(kāi)的狀態(tài)，也可以為外加電位的狀態(tài)。但是，考慮放電的穩(wěn)定性吋，接地蓋板8優(yōu)選接地。如上所述，通過(guò)將等離子體封入氣體排出孔17及第2氣體排出孔19中，使得等離子體存在于上述孔中的氣體流中。因此，擴(kuò)散長(zhǎng)度短的高階硅烷由于上述孔中的氣體的流動(dòng)通過(guò)上述孔被排出，另ー方面，擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)的SiH3自由基通過(guò)擴(kuò)散向基板12的方向擴(kuò)
進(jìn)而，等離子體被封入放電電極板3的氣體排出孔17和接地蓋板8的第2氣體排出孔19的內(nèi)部，由此減弱了接地蓋板8和基板12之間的等離子體，接地蓋板8和基板12 之間的空間內(nèi)變得幾乎沒(méi)有新的活性物質(zhì)產(chǎn)生。由此，形成僅有助于成膜的高階硅烷、SiH2 自由基和SiH3自由基從接地蓋板8向基板12擴(kuò)散的狀態(tài)。作為在接地蓋板8和基板12之間的空間發(fā)生的反應(yīng)，認(rèn)為有以下反應(yīng)。SimH2m+1+SiH4 — SimH2m+2+SiH3 (式 1)SiH2+SiH4 — Si2H6(式 2)SiH3+SiH4 — SiH4+SiH3(式 3)式1表示與氣體向排出方向的流動(dòng)相反、向基板12的方向擴(kuò)散的高階硅烷自由基，通過(guò)在向基板12的方向的擴(kuò)散中與作為母體分子的SiH4反應(yīng)來(lái)形成惰性的高階硅烷， 由此不參與成膜而被排出。式2表示SHl2自由基在一邊擴(kuò)散ー邊成長(zhǎng)為高階硅烷的過(guò)程中，與作為母體分子的SiH4反應(yīng)變成惰性，由此不參與成膜而被排出。另ー方面，式3表示通過(guò)與母體分子的反應(yīng)而不發(fā)生變化的SiH3自由基到達(dá)基板12，選擇性地促進(jìn)薄膜的成膜，由此得到高品質(zhì)的薄膜。另ー方面，在接地蓋板8的第2氣體排出孔19、及放電電極板3的氣體排出孔17 的內(nèi)部局部化的等離子體中，SiH2自由基連續(xù)生成，因此，擔(dān)心基于式1及式2生成高階硅烷。如上所述，上述反應(yīng)為通過(guò)使第三體(通常為作為母體分子的SiH4)吸收剩余的能量而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的穩(wěn)定化的三體反應(yīng)。因此，在接地蓋板8上設(shè)置加熱機(jī)構(gòu)21 (參見(jiàn)圖4)，將在認(rèn)為是產(chǎn)生最高階的自由基的氣體排出孔17及第2氣體排出孔19的內(nèi)部被局部化的等離子體有效地加熱，能夠抑制三體反應(yīng)的進(jìn)行。第2實(shí)施方式圖5表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的第2實(shí)施方式的ー個(gè)例子。圖5所示的等離子體CVD裝置41是圖1所示的等離子體CVD裝置1中，在接地蓋板8和接地電極板10 之間設(shè)置電位控制板9的裝置，所述電位控制板9具有將電位保持一定的電源。除了與圖5所示的等離子體CVD裝置41中的電位控制板9相關(guān)的要素之外，形成裝置的其他要素與形成圖1所示的等離子體CVD裝置1的裝置的要素相同。因此，在圖5所示的等離子體CVD裝置41中，對(duì)于與圖1所示的等離子體CVD裝置1的要素相同的要素， 使用與圖1中使用的符合相同的要素符號(hào)。圖6為圖5所示的等離子體CVD裝置41中的放電電極板3、接地蓋板8及電位控制板9的部分放大縱截面圖。在圖5所示的等離子體CVD裝置41中，在接地蓋板8和接地電極板10之間設(shè)置有接地的電位控制板9。電位控制板9與接地蓋板8隔開(kāi)間隔地相對(duì)。電位控制板9與接地電極板10也隔開(kāi)間隔地相對(duì)。電位控制板9上，在與放電電極板3的氣體導(dǎo)入孔18及接地蓋板的第2氣體導(dǎo)入孔20相対的位置上設(shè)置有多個(gè)第3氣體導(dǎo)入孔23。電位控制板9上，進(jìn)而在與放電電極板 3的氣體排出孔17及接地蓋板的第2氣體排出孔19相対的位置上設(shè)置有多個(gè)第3氣體排出孔22。第3氣體導(dǎo)入孔ぬ、及第3氣體排出孔22均在厚度方向貫通電位控制板9。電位控制板9上連接有能夠控制對(duì)電位控制板9外加的電位的電源15。電源15只要可以對(duì)電位控制板9施加電位、且能夠控制該電位即可，可以為直流可變電源、能夠使用頻率為KHz級(jí)以上的交流電源產(chǎn)生自偏壓且施加直流電位的非直流電源、KHz程度的交流電源、或高頻電源。沒(méi)有電位控制板9吋，等離子體在第2氣體排出孔19的孔中的封入控制可以根據(jù)接地蓋板8的厚度進(jìn)行控制。即，需要僅能夠?qū)植看嬖谟诘?氣體排出孔19的孔中的等離子體供給充分的電子所需的接地面積。因此，如果盡可能將等離子體封入孔中，則需要增大第2氣體排出孔19的內(nèi)壁面的面積。其結(jié)果需要増加接地蓋板8的厚度。但是，如果增加接地蓋板8的厚度，則從等離子體朝向基板12的開(kāi)ロ率減少，由第 2氣體排出孔19放出的自由基變少，因此，成膜速度銳減。發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題可以通過(guò)在接地蓋板8的下方設(shè)置電位控制板9，對(duì)電位控制板9外加負(fù)電位而得到解決。通過(guò)電位控制板9 的設(shè)置，能夠?qū)⒌入x子體封入第2氣體排出孔19而不降低成膜速度。實(shí)施例1在圖1所示的等離子體CVD裝置1的接地電極板10的上面載置由形成薄膜的單晶硅形成的基板12。介由匹配箱13，在放電電極板3上連接60MHz的高頻電源14。將設(shè)置在放電電極板3上的氣體排出孔17的孔徑設(shè)定為10mm，將放電電極板3和接地蓋板8的間隔設(shè)定為0. 8mm，將設(shè)置在接地蓋板8上的第2氣體排出孔19的孔徑設(shè)定為10mm，將第2氣體導(dǎo)入孔20的孔徑設(shè)定為2mm。將接地蓋板8的板厚設(shè)定為10mm。將設(shè)置在接地電極板10上的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)11的溫度設(shè)定為250°C，利用設(shè)置在接地蓋板8上的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)21將接地蓋板8的溫度設(shè)定為200°C。測(cè)定此時(shí)基板12的表面的溫度，結(jié)果為217°C。通過(guò)設(shè)置在真空容器2的底面上的排氣ロ業(yè)進(jìn)行排氣，直至真空容器2的內(nèi)部的壓カ變?yōu)閘Xl(T4Pa。之后，使用質(zhì)量流量控制器、以50SCCm的流量將SiH4氣體(原料氣體)從原料氣體供給管5通過(guò)原料氣體供給孔3a導(dǎo)入設(shè)置在放電電極板3上的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18，并且使用自氣體排出導(dǎo)管2g的排氣線路，通過(guò)設(shè)置在接地蓋板8上的多個(gè)第2氣體排出孔19、 及設(shè)置在放電電極板3上的多個(gè)氣體排出孔17進(jìn)行排氣，將真空容器2內(nèi)的壓カ調(diào)節(jié)為 30Pao之后，由高頻電源14對(duì)放電電極板3投入30W的電カ，使等離子體產(chǎn)生，由此在基板12上形成非晶硅薄膜。實(shí)施例2除將實(shí)施例1中的原料氣體的流量變更為lOOsccm之外，在與實(shí)施例1相同的條件下，在基板12上形成非晶硅薄膜。實(shí)施例3在圖5所示的等離子體CVD裝置41的接地電極10的上面載置由形成薄膜的單晶硅形成的基板12。介由匹配箱13，在放電電極板3上連接60MHz的高頻電源14。另外，在與接地蓋板8相對(duì)且隔開(kāi)間隔地設(shè)置的電位控制板9上連接直流電源15。將設(shè)置在放電電極板3上的氣體排出孔17的孔徑設(shè)定為10mm，將放電電極板3和接地蓋板8的間隔設(shè)定為0. 8mm，將設(shè)置在接地蓋板8上的第2氣體排出孔19的孔徑設(shè)定為10mm，將第2氣體導(dǎo)入孔20的孔徑設(shè)定為2mm，將設(shè)置在電位控制板9上的第3氣體排出孔22的孔徑設(shè)定為10mm，將第3氣體導(dǎo)入孔23的孔徑設(shè)定為2mm。接地蓋板8的板厚為10mm，電位控制板9的板厚為1mm。將設(shè)置在接地電極板10上的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)11的溫度設(shè)定為250°C，通過(guò)設(shè)置在接地蓋板8上的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)21將接地蓋板8的溫度設(shè)定為200°C。通過(guò)設(shè)置在真空容器2的底面的排氣口業(yè)進(jìn)行排氣，直至真空容器2的內(nèi)部的壓力變?yōu)閘Xl(T4Pa。之后，使用質(zhì)量流量控制器、以50sCCm的流量將SiH4氣體(原料氣體)從原料氣體供給管5通過(guò)原料氣體供給孔3a導(dǎo)入設(shè)置在放電電極板3上的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔18，并且使用自氣體排出導(dǎo)管2g的排氣線路，通過(guò)設(shè)置在電位控制板9上的多個(gè)第3氣體排出孔22、設(shè)置在接地蓋板8上的多個(gè)第2氣體排出孔19、及設(shè)置在放電電極板3上的多個(gè)氣體排出孔17進(jìn)行排氣，將真空容器2內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)為25Pa。之后，使用電源15對(duì)電位控制板9外加-15V的電位。另外，由高頻電源14對(duì)放電電極板3投入30W的電力，使等離子體產(chǎn)生，由此在基板12上形成非晶硅薄膜。比較例1在圖7所示的現(xiàn)有的等離子體CVD裝置61的接地電極板610的上面載置由形成薄膜的單晶硅形成的基板612。介由匹配箱613在放電電極板63上連接60MHz的高頻電源614。將接地電極板610的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)611的溫度設(shè)定為270°C。測(cè)定此時(shí)載置于接地電極板610上的基板612的表面的溫度，結(jié)果為230°C。通過(guò)設(shè)置在真空容器62的底面上的排氣口 6 進(jìn)行排氣，直至真空容器62的內(nèi)部的壓力變?yōu)閘X10_4Pa，使真空容器62的內(nèi)部實(shí)質(zhì)上為真空狀態(tài)。接下來(lái)，使用質(zhì)量流量控制器、以50sCCm的流量將SiH4氣體(原料氣體)從原料氣體供給管65通過(guò)設(shè)置在噴淋板66上的多個(gè)氣體導(dǎo)入孔66a導(dǎo)入真空容器62的內(nèi)部，并且由設(shè)置在真空容器62的底面上的排氣口 6 進(jìn)行排氣，將真空容器62的內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)為10Pa。之后，由高頻電源614對(duì)放電電極板63投入30W的電力，使等離子體產(chǎn)生，由此在基板612上形成非晶硅薄膜。實(shí)施例1至3中得到的非晶硅薄膜的膜中Si-H2鍵濃度使用傅里葉變換紅外高度分光光度計(jì)(日本分光株式會(huì)社制FT/IR-6100)進(jìn)行定量，結(jié)果示于表1。[表1]表 權(quán)利要求
1.一種等離子體CVD裝置，具有下述(a) ⑴(a)真空容器；(b)排氣設(shè)備，用于將所述真空容器內(nèi)維持在減壓狀態(tài)；(c)放電電極板，設(shè)置在所述真空容器內(nèi)；(d)接地電極板，與所述放電電極板隔開(kāi)間隔地相對(duì)設(shè)置，支承薄膜形成用基板；(e)高頻電源，對(duì)所述放電電極板外加高頻電カ；及(f)原料氣體供給設(shè)備，向所述真空容器內(nèi)供給薄膜形成用原料氣體， 其中，所述等離子體CVD裝置具有下述(g) (j)(g)多個(gè)氣體導(dǎo)入孔和多個(gè)氣體排出孔，所述多個(gè)氣體導(dǎo)入孔設(shè)置在所述放電電極板中，一端與所述氣體供給設(shè)備連接，另一端在所述放電電極板的一面的多個(gè)位置開(kāi)ロ，所述多個(gè)氣體排出孔設(shè)置在所述放電電極板中，從所述多個(gè)氣體導(dǎo)入孔所開(kāi)ロ的面貫通至其相對(duì)側(cè)的面；(h)氣體排出設(shè)備，將從所述多個(gè)氣體排出孔排出的氣體排出至所述真空容器的外部；(i)接地蓋板，在所述放電電極板和所述接地電極板之間，分別相對(duì)于它們隔開(kāi)間隔地設(shè)置；及(j)多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔和多個(gè)第2氣體排出孔，所述多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔貫通所述接地蓋板，設(shè)置在所述接地蓋板的與所述多個(gè)氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的位置，所述多個(gè)第2氣體排出孔設(shè)置在所述接地蓋板的與所述多個(gè)氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，所述氣體排出孔的孔徑為2mm IOOmm0
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，所述放電電極板和所述接地蓋板的間隔為 0. 5mm IOmm0
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，所述第2氣體排出孔的孔徑為所述氣體排出孔的孔徑的0. 5倍 1. 5倍。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，在不妨礙所述第2氣體導(dǎo)入孔中的氣體流動(dòng)的范圍內(nèi)，所述第2氣體導(dǎo)入孔的孔徑為7mm以下。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，所述接地蓋板接地。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，其中，在所述接地蓋板上設(shè)置有加熱機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD裝置，在所述接地蓋板和所述接地電極板之間，分別相對(duì)于它們隔開(kāi)間隔地設(shè)置可控制電位的電位控制板，在所述電位控制板上設(shè)置有貫通所述電位控制板的多個(gè)第3氣體導(dǎo)入孔和多個(gè)第3氣體排出孔，所述多個(gè)第3氣體導(dǎo)入孔位干與所述多個(gè)第2氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的位置上，所述多個(gè)第3氣體排出孔位于與所述多個(gè)第2氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的位置上。
9.如權(quán)利要求8所述的等離子體CVD裝置，其中，對(duì)所述電位控制板外加的電位為負(fù)電位。
10.ー種硅薄膜的制造方法，使用權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的等離子體CVD裝置， 使含有Si化合物的原料氣體進(jìn)行等離子體化，在用干支承薄膜形成用基板的所述接地電極板上支承所述薄膜形成用基板，使硅薄膜在所述基板上堆積。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體CVD裝置，所述等離子體CVD裝置由真空容器構(gòu)成，所述真空容器內(nèi)部具有放電電極板和安裝有薄膜形成用基板的接地電極板。在所述等離子體CVD裝置中，具有與上述放電電極板隔開(kāi)間隔地相對(duì)設(shè)置的接地蓋板，上述放電電極板具有氣體導(dǎo)入孔和將從該氣體導(dǎo)入孔導(dǎo)入的氣體排出的氣體排出孔，所述氣體導(dǎo)入孔的一端與薄膜形成用原料氣體供給設(shè)備連接，另一端在上述放電電極板的下面開(kāi)口，上述接地蓋板具有與上述氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的第2氣體導(dǎo)入孔，并且具有與上述氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的第2氣體排出孔。在所述等離子體CVD裝置中，具有與上述接地蓋板隔開(kāi)間隔地相對(duì)設(shè)置的電位控制板，該電位控制板具有與上述第2氣體導(dǎo)入孔相對(duì)應(yīng)的第3氣體導(dǎo)入孔，并且具有與上述第2氣體排出孔相對(duì)應(yīng)的第3氣體排出孔。
文檔編號(hào)C23C16/505GK102598218SQ20108004906
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者坂本桂太郎, 小森常范, 綱岡孝夫 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社