專(zhuān)利名稱(chēng)：沉積膜形成裝置及沉積膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在基材上形成例如薄膜硅(Si)等的沉積膜的沉積膜形成裝置及沉積膜形成方法。
背景技術(shù)：
在以往的沉積膜形成裝置上中設(shè)有腔室；氣體導(dǎo)入路徑，其向腔室內(nèi)導(dǎo)入原料氣體；一對(duì)電極，它們配置在腔室內(nèi)。并且，在一對(duì)電極中的一個(gè)電極上放置有要形成沉積膜的基材。一對(duì)電極中的另一個(gè)電極與用于對(duì)該電極施加高頻電力的高頻電源相連接。在這里，在一對(duì)電極所夾的空間內(nèi)，將所施加的高頻電力作為離解能來(lái)使原料氣體分解/激活，從而生成各種活性成分(reactive species)。并且，這些活性成分中的一部分沉積在基材上而形成膜。作為這樣的沉積膜形成裝置，要求能夠高速形成高品質(zhì)膜的裝置。特別地，就薄膜硅類(lèi)太陽(yáng)能電池而言，為了降低太陽(yáng)能電池的制造成本，要求能夠高速形成高品質(zhì)的硅類(lèi)薄膜。因此，本申請(qǐng)人提出了內(nèi)置有氣體分離型熱催化體的等離子體CVD裝置，以作為實(shí)現(xiàn)硅類(lèi)薄膜的高品質(zhì)/高速制膜的裝置(例如，參照下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2001-313272號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，在該內(nèi)置有氣體分離型熱催化體的等離子體CVD裝置中，伴隨裝置的大型化，要注意沉積膜的面內(nèi)膜質(zhì)分布不均勻的情況。這主要是由陰極電極的面內(nèi)溫度分布容易不均勻而導(dǎo)致的。本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在不產(chǎn)生膜品質(zhì)的面內(nèi)不均勻的前提下制造高品質(zhì)膜的沉積膜形成裝置及沉積膜形成方法，特別目的在于，提供一種適于薄膜硅類(lèi)太陽(yáng)能電池的沉積膜形成裝置及沉積膜形成方法。用于解決問(wèn)題的手段本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置，具有腔室；第一電極，其位于該腔室內(nèi)；第二電極，其位于所述腔室內(nèi)，與所述第一電極隔開(kāi)規(guī)定間隔，而且具有用于供給原料氣體的多個(gè)供給部；導(dǎo)入路徑，其與所述供給部相連接，且用于導(dǎo)入原料氣體；
加熱單元，其設(shè)在該導(dǎo)入路徑內(nèi)；冷卻機(jī)構(gòu)，其用于冷卻所述第二電極。本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成方法的特征在于，具有以下工序準(zhǔn)備工序，在腔室內(nèi)準(zhǔn)備第一電極、第二電極、第一導(dǎo)入路徑、加熱單元、冷卻機(jī)構(gòu)、基材，所述第二電極位于與該第一電極隔開(kāi)規(guī)定間隔的位置，且具有用于供給第一原料氣體的第一供給部，所述第一導(dǎo)入路徑與所述第一供給部相連接，且用于導(dǎo)入所述第一原料氣體，所述加熱單元設(shè)在該第一導(dǎo)入路徑內(nèi)，所述冷卻機(jī)構(gòu)用于冷卻所述第二電極；基材配置工序，將所述基材配置在所述第一電極和所述第二電極之間；氣體加熱工序，通過(guò)所述加熱單元的加熱對(duì)所述第一原料氣體進(jìn)行加熱；放電發(fā)生工序，將所述第一原料氣體供給至所述第一電極和所述第二電極之間， 由此產(chǎn)生輝光放電，在數(shù)學(xué)式Tl > T2 > T3的條件下進(jìn)行該放電發(fā)生工序。(其中，Tl是所述第一原料氣體的溫度，T2是所述第二電極的表面溫度，T3是所述第一電極的表面溫度。)發(fā)明效果若采用上述的沉積膜形成裝置及沉積膜形成方法，則能夠抑制基于下述1) 3) 的原因而導(dǎo)致的第二電極溫度上升。1)因伴隨向加熱單元11供電的溫度上升，而引起向第二電極的熱傳遞(輻射、經(jīng)由第一原料氣體的熱傳導(dǎo))2)伴隨對(duì)第二電極施加高頻電力，第二電極自身的電阻加熱3)從被激勵(lì)的等離子體向第二電極的熱輸入(heat input)通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可抑制基材溫度上升。其結(jié)果，能夠形成具有良好膜品質(zhì)的沉積膜。除此之外，由于能夠使第二電極的面內(nèi)溫度分布均勻，因而改善了基材的面內(nèi)溫度分布，且由于能夠改善從第二電極供給的原料氣體的面內(nèi)溫度分布，因而能夠均勻地形成具有良好膜品質(zhì)的沉積膜。另外，由于難以產(chǎn)生因第二電極溫度上升而導(dǎo)致的變形，因而能夠得到良好的膜特性分布。進(jìn)而，裝置的維護(hù)周期變長(zhǎng)，由此能夠提高生產(chǎn)率。


圖1是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖。圖2的(a)部分和(b)部分分別是示意性示出了在本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置中使用的冷卻機(jī)構(gòu)的制冷劑路徑的結(jié)構(gòu)例的圖，是沿圖1的A-A線(xiàn)的剖視圖。圖3是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的圖， 其中，(a)部分是剖視圖，(b)部分是示出了(a)部分的冷卻機(jī)構(gòu)的制冷劑路徑的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖4是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖5是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的圖，其中，(a)部分是剖視圖，(b)部分是示出了(a)部分的冷卻機(jī)構(gòu)的制冷劑路徑的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖6是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖7是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖8是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖9是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖10是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖11是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。圖12是示意性示出了本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的另一實(shí)施方式的剖視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，對(duì)各實(shí)施方式的相同結(jié)構(gòu)，省略重復(fù)的說(shuō)明。<沉積膜形成裝置Sl>如圖1所示，沉積膜形成裝置Sl具有腔室1 ；第一電極6，其位于腔室1內(nèi)；第二電極2，其位于腔室1內(nèi)，與第一電極6隔開(kāi)規(guī)定間隔，且具有用于供給原料氣體的多個(gè)供給部4 ；導(dǎo)入路徑3，其與供給部4相連接，用于導(dǎo)入原料氣體；加熱催化體(heated catalyzer)，其是設(shè)在導(dǎo)入路徑3內(nèi)的加熱單元11 ；冷卻機(jī)構(gòu)14，其用于冷卻第二電極2。 在這里，第一電極6配置在腔室1的下方，在第一電極6上配置有基材10。另外，被配置為與第一電極6相對(duì)置的第二電極2作為噴淋電極來(lái)發(fā)揮功能。此外，只要基材10位于第一電極6和第二電極2之間即可，并不限定于如圖示那樣由第一電極6保持基材10的方式。腔室1是反應(yīng)容器，具有至少由上壁、周?chē)诩暗妆跇?gòu)成的能夠?qū)崿F(xiàn)真空氣密的反應(yīng)空間。通過(guò)真空泵7對(duì)這樣的腔室1的內(nèi)部進(jìn)行真空排氣，并通過(guò)未圖示的壓力調(diào)整器對(duì)內(nèi)部的壓力進(jìn)行調(diào)整。第一電極6具有陽(yáng)極電極的功能，并內(nèi)置有用于將基材10的溫度調(diào)整為任意溫度的基材加熱單元(加熱器)15。這樣，第一電極6還作為基材10的溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)發(fā)揮功能。由此，例如將基材10的溫度調(diào)整為100 400°C，更優(yōu)選調(diào)整為150 350°C?；?0能夠使用由玻璃基板等構(gòu)成的平板狀基材，或者使用由金屬材料或樹(shù)脂等構(gòu)成的薄膜狀基材。高頻電源5與第二電極2相連接，能夠使用13. 56MHz IOOMHz左右的頻率。在 Im2以上的大面積制膜的情況下，優(yōu)選使用60MHz以下的頻率。通過(guò)從高頻電源5向第二電極2供電，從而在第二電極2和基材10之間形成等離子體。
第二電極2被配置為與第一電極6相對(duì)置，該第二電極2作為陰極電極來(lái)發(fā)揮功能。第二電極2具有供給部4，該供給部4將從多個(gè)導(dǎo)入路徑3導(dǎo)入的氣體供給至腔室1 內(nèi)。這些供給部4朝向基材10開(kāi)口。多個(gè)供給部4，經(jīng)由多個(gè)導(dǎo)入路徑3而與多個(gè)未圖示的氣體鋼瓶相連接，這些氣體鋼瓶用于分別貯存不同的氣體。從第一導(dǎo)入路徑3a及第二導(dǎo)入路徑3b導(dǎo)入的氣體，在分別經(jīng)由第一供給部4a及第二供給部4b而到達(dá)形成等離子體的空間8之前，基本上不混合。供給至多個(gè)供給部4的氣體例如包括第一原料氣體和分解概率比第一原料氣體的分解概率高的第二原料氣體。單位面積的氣體的總分解速度與exp(-AEa/ kTe) XNgXNeXveX σ g成比例。此外，Δ Ea是原料氣體的激活能(離解能，dissociation energy), k是玻耳茲曼常數(shù)(boltzmann constant), Te是電子溫度，Ng是原料氣體濃度， Ne是電子濃度，ve是電子速度，og則是原料氣體的碰撞截面。另外，exp (-Δ Ea/kTe)表示分解概率。此外，有時(shí)也將exp (_ Δ Ea/kTe) X og表示為σ (Ea)。第一原料氣體經(jīng)由第一導(dǎo)入路徑3a從第一供給部4a供給。第二原料氣體經(jīng)由第一導(dǎo)入路徑3b從第二供給部4b 供給。其中，如后所述，有時(shí)也會(huì)對(duì)在第一導(dǎo)入路徑3a中流動(dòng)的第一原料氣體進(jìn)行分流，而使其一部分流向第二導(dǎo)入路徑3b (使與第二原料氣體混合)。在第一導(dǎo)入路徑3a內(nèi)設(shè)有與加熱用電源12相連接的加熱單元11。加熱單元11 使用加熱催化體、電阻加熱體或加熱流體。通過(guò)加熱到500 2000°C左右的加熱單元11來(lái)加熱第一原料氣體，并且，在形成等離子體的空間8內(nèi)使該第一原料氣體活化。例如，加熱催化體作為熱催化體來(lái)發(fā)揮功能，該熱催化體，通過(guò)對(duì)催化體施加電流而進(jìn)行加熱高溫化，由此使與該催化體接觸的氣體被激活(分解)。就加熱催化體而言，至少其表面由金屬材料構(gòu)成。該金屬材料優(yōu)選由包括作為高熔點(diǎn)金屬材料的Ta、W、Re、Os、 Ir、Nb、Mo、Ru及Pt中的至少一種純金屬或合金材料構(gòu)成。另外，加熱催化體的形狀，例如是將如上述那樣的金屬材料做成線(xiàn)狀的形狀、板狀或網(wǎng)眼狀的形狀。另外，在制膜中使用加熱催化體之前，預(yù)先以制膜時(shí)的加熱溫度以上的溫度，對(duì)該加熱催化體預(yù)熱數(shù)分鐘以上。由此，在形成膜時(shí)，能夠減少加熱催化體的金屬材料中的雜質(zhì)摻雜到膜中的情況。在下面的說(shuō)明中，以加熱催化體作為加熱單元11的例子，進(jìn)行說(shuō)明。另外，通過(guò)在加熱單元11的上游一側(cè)設(shè)置第一分散板13a，能夠使氣體均勻地接觸到加熱單元11，由此能夠高效地使氣體活化。第二電極2的內(nèi)部具有冷卻機(jī)構(gòu)14，該冷卻機(jī)構(gòu)14位于供給部4的附近，用于冷卻第二電極2。例如圖2所示，該冷卻機(jī)構(gòu)14具有制冷劑路徑14a，在第二電極2的內(nèi)部制冷劑在制冷劑路徑14a中流動(dòng)。另外，例如通過(guò)配置在腔室1的外部的未圖示的路徑內(nèi)的泵等來(lái)使制冷劑流動(dòng)，其中，所述制冷劑由硅油或氟油等的流體構(gòu)成，或者由氫氣或氦氣等的導(dǎo)熱率高的氣體構(gòu)成。這樣，通過(guò)使制冷劑在制冷劑路徑14a中流動(dòng)，能夠使與第二電極 2的基材10相對(duì)置的面2a的溫度分布均勻。如圖2的(a)部分所示，例如，制冷劑路徑14a也可以以在第二電極2的大致整個(gè)表面上避開(kāi)供給部4的方式而形成形成為格子狀路徑?；蛘撸鐖D2的(b)部分所示，也可以形成為多列直線(xiàn)狀路徑。各供給部4a、4b例如也可以排列成格子狀圖案、交錯(cuò)狀圖案等各種圖案。此外，也可以使第一供給部4a和第二供給部4b的個(gè)數(shù)不同。在第一原料氣體的氣體流量和第二原料氣體的氣體流量不同的情況下，例如，在第一原料氣體的氣體流量比第二原料氣體的氣體流量多的情況下，通過(guò)使第一供給部4a的個(gè)數(shù)比第二供給部4b的個(gè)數(shù)多，能夠保持供給平衡，形成具有均勻膜厚、膜質(zhì)分布的沉積膜。導(dǎo)入路徑3也可以與各鋼瓶直接連接，另外，導(dǎo)入路徑3也可以與氣體調(diào)整部相連接，該氣體調(diào)整部用于對(duì)氣體的流量、流速及溫度等進(jìn)行調(diào)整。為了抑制來(lái)自排氣系統(tǒng)的雜質(zhì)混入到膜中，真空泵7優(yōu)選使用渦輪分子泵等干式系列的真空泵。使腔室1內(nèi)的極限真空度在lX10_3Pa以下，優(yōu)選在lX10_4Pa以下，并且， 雖然制膜時(shí)的腔室1內(nèi)的壓力因制膜的膜種類(lèi)而不同，優(yōu)選該壓力為50 7000Pa。沉積膜形成裝置Sl也可以設(shè)有多個(gè)制膜室。在形成薄膜太陽(yáng)能電池元件的情況下，例如包含P型膜形成用制膜室、i型膜形成用制膜室及η型膜形成用制膜室，只要至少一個(gè)制膜室具有上述結(jié)構(gòu)即可。特別地，通過(guò)針對(duì)要求膜厚厚且膜品質(zhì)高的i型膜形成用制膜室應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)，能夠提高生產(chǎn)率，并且能夠形成轉(zhuǎn)換效率高的薄膜太陽(yáng)能電池。根據(jù)沉積膜的種類(lèi)，適當(dāng)?shù)剡x擇第一原料氣體及第二原料氣體。例如，在形成 a-Si:H(氫化非晶硅)或yc-Si:H(氫化微晶硅)等硅類(lèi)薄膜的情況下，能夠使用非硅類(lèi)氣體來(lái)作為第一原料氣體，且使用硅類(lèi)氣體來(lái)作為第二原料氣體。該非硅類(lèi)氣體使用氫(H2) 氣等。硅類(lèi)氣體使用硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、六氟化硅(Si2F6)或二氯硅烷(SiH2Cl2)氣體等。此外，在導(dǎo)入摻雜氣體的情況下，ρ型摻雜氣體使用二硼烷(B2H6) 氣體等，η型摻雜氣體使用膦(PH3)氣體等。就摻雜氣體的導(dǎo)入路徑3來(lái)說(shuō)，能夠根據(jù)需要來(lái)選擇第一導(dǎo)入路徑3a及第二導(dǎo)入路徑3b中的某個(gè)供給路徑，但優(yōu)選經(jīng)由第二導(dǎo)入路徑 3b導(dǎo)入摻雜氣體。沉積膜形成裝置Sl由于具有上述結(jié)構(gòu)，因而能夠通過(guò)加熱單元11進(jìn)行加熱來(lái)促進(jìn)第一原料氣體分解。另外，未分解的第一原料氣體或分解后再次結(jié)合的第一原料氣體的溫度也會(huì)上升，從而更加能夠在產(chǎn)生等離子體的空間8內(nèi)促進(jìn)氣體分解。進(jìn)而，以使第二原料氣體不與加熱單元11接觸的方式，從第二供給部4b供給第二原料氣體，并在產(chǎn)生等離子體的空間8內(nèi)使該第二原料氣體被激活。根據(jù)上述結(jié)果，能夠在第二原料氣體不被過(guò)剩分解的前提下高速地制膜，并且能夠形成高品質(zhì)的薄膜。特別地，由于將通過(guò)加熱單元11提升了溫度的氫氣(第一原料氣體)供給至產(chǎn)生等離子體的空間8，因而能夠通過(guò)氣體加熱效果來(lái)在空間8內(nèi)抑制高階硅烷生成反應(yīng)。在這里，高階硅烷生成反應(yīng)是指如下這樣的通過(guò)SiH2插入反應(yīng)而生成高分子聚合物的反應(yīng)1) SiH4+SiH2 — Si2H62) Si2H6+SiH2 — Si3H8……下面還接著進(jìn)行同樣的SiH2插入反應(yīng)……。SiH4與等離子體中的電子碰撞，由此一起生成了 SiH2與作為制膜主成分的SiH3。 特別為了加快制膜速度，越提高等離子體的激勵(lì)電力，則越會(huì)生成更多的SiH2，其結(jié)果，也生成更多的高階硅烷分子。若這樣生成的高階硅烷分子粘在制膜表面，則通常會(huì)破壞制膜表面上的沉積反應(yīng) (膜生長(zhǎng)反應(yīng))而導(dǎo)致劣化膜質(zhì)，另外，進(jìn)入膜中時(shí)也會(huì)破壞膜結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致劣化膜質(zhì)。然而， 在本實(shí)施方式中，通過(guò)在下面闡述的作用來(lái)抑制高階硅烷生成反應(yīng)。
已知該高階硅烷生成反應(yīng)是放熱反應(yīng)。即，是通過(guò)將進(jìn)行反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量排放到空間而進(jìn)行的反應(yīng)。但是，若因上述氣體加熱效果而導(dǎo)致空間(具體而言是以氫氣為主成分的空間)已經(jīng)變熱，則難以向該空間排放反應(yīng)熱。即，難以進(jìn)行作為放熱反應(yīng)的高階硅烷生成反應(yīng)。因此，在等離子體的電力大的高速制膜條件下，也能夠形成高品質(zhì)的硅膜。如上所述，沉積膜形成裝置Sl能夠抑制基于下述1) 3)的原因而導(dǎo)致的第二電極2溫度上升。1)因伴隨向加熱單元11供電的溫度上升，而引起向第二電極2的熱傳遞(輻射、 經(jīng)由第一原料氣體的熱傳導(dǎo))2)伴隨對(duì)第二電極2施加高頻電力，第二電極2自身的電阻加熱3)從被激勵(lì)的等離子體向第二電極2的熱輸入(heat input)通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可抑制基材溫度上升。其結(jié)果，能夠形成具有良好膜品質(zhì)的沉積膜。除此之外，由于能夠使第二電極2的面內(nèi)溫度分布均勻，因而能夠改善基材10的面內(nèi)溫度分布。并且，由于能夠改善從第二電極2供給的原料氣體的面內(nèi)溫度分布，因而能夠均勻地形成具有良好膜品質(zhì)的沉積膜。另外，由于難以產(chǎn)生因第二電極2溫度上升而導(dǎo)致的變形，因而能夠得到良好的膜特性分布。進(jìn)而，裝置的維護(hù)周期變長(zhǎng)，能夠提高生產(chǎn)率。<沉積膜形成裝置S2>如在圖3的(a)部分示出的沉積膜形成裝置S2那樣，也可以在第二電極2和加熱單元11之間具有流動(dòng)有制冷劑的冷卻薄板來(lái)作為冷卻機(jī)構(gòu)14。這樣，通過(guò)與第二電極2相獨(dú)立地配置冷卻機(jī)構(gòu)14，從而能夠不需對(duì)第二電極2進(jìn)行復(fù)雜的加工。并且，由于不需要在電極內(nèi)部設(shè)置作為冷卻路徑14a的空間，因而能夠降低第二電極2的熱變形，提高重復(fù)使用時(shí)的耐久性。另外，在維護(hù)裝置時(shí)，能夠個(gè)別地替換第二電極2和冷卻機(jī)構(gòu)14，實(shí)現(xiàn)維護(hù)性的提高以及生產(chǎn)率的提高。另外，如圖3的(b)部分所示，通過(guò)相對(duì)于加熱單元11而平行地(隔開(kāi)規(guī)定距離) 設(shè)置流動(dòng)有制冷劑的制冷劑路徑14a，能夠高效地減少第二電極2的溫度上升。此外，也可以與沉積膜形成裝置Sl同樣地，將制冷劑路徑14a設(shè)置為格子狀。另夕卜，不需一定使由冷卻薄板構(gòu)成的冷卻機(jī)構(gòu)14和第二電極2直接接觸，但通過(guò)使它們直接接觸，能夠更加高效地使第二電極2的溫度分布均勻。通過(guò)設(shè)置這樣的冷卻機(jī)構(gòu)14，能夠抑制第二電極2的溫度上升，因而也可以不使用耐熱性高的鎢(W)或鎳(Ni)基的超合金等來(lái)作為第二電極2，而能夠使用加工性良好的不銹鋼或鋁(Al)等。在加熱單元11和第二電極2之間設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)14的情況下，通過(guò)使得冷卻機(jī)構(gòu) 14具有作為反射板的功能，來(lái)反射從加熱單元11照射的紅外波長(zhǎng)的輻射熱，會(huì)具有進(jìn)一步抑制第二電極2的溫度上升，以及抑制加熱單元溫度降低的效果。作為其方法，例如對(duì)反射面實(shí)施鏡面加工，或者實(shí)施Ag、Al或Au等的蒸鍍薄膜形成處理，使得反射率達(dá)到80%以上， 優(yōu)選使反射率達(dá)到90%以上。就制冷劑而言，如上述那樣優(yōu)選使用硅油或氟油等的流體或氫氣或氦氣等的導(dǎo)熱率高的氣體。通過(guò)將制冷劑的溫度設(shè)定為400°C以下，能夠減少基材溫度的上升，并且，能夠改善氣體的溫度分布。另外，通過(guò)使第二電極2的溫度高于基材溫度，能夠抑制被加熱單元11分解的第一原料氣體從激活狀態(tài)進(jìn)行再結(jié)合。另外，通過(guò)使溫度不同或種類(lèi)不同的制冷劑分別在第二電極2的中央部和周邊部流動(dòng)，能夠使第二電極2的面內(nèi)溫度分布更加均勻化?！闯练e膜形成裝置S3〉也可以如圖4所示的沉積膜形成裝置S3那樣，在制冷劑路徑的高度方向(厚度方向)上設(shè)置多個(gè)制冷劑路徑，例如，如圖示那樣設(shè)置冷卻路徑14b和冷卻路徑14c，且冷卻路徑14c位于冷卻路徑14b的上方。由此，能夠使在位于加熱單元11 一側(cè)的制冷劑路徑14b 中流動(dòng)的制冷劑的溫度降低，并使在位于第二電極2 —側(cè)的制冷劑路徑14c中流動(dòng)的制冷劑的溫度提高。這樣，能夠快速地對(duì)冷卻機(jī)構(gòu)14的溫度容易上升的加熱單元11 一側(cè)進(jìn)行冷卻，從而能夠使第二電極2的溫度分布均勻。<沉積膜形成裝置S4>也可以如圖5的(a)部分所示的沉積膜形成裝置S4那樣，在加熱單元11和第二電極2之間具有熱導(dǎo)管(heat pipe)來(lái)作為冷卻機(jī)構(gòu)14。此外，熱導(dǎo)管是指，在中空管內(nèi)部設(shè)有工作流體和毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)管用于使該流體基于毛細(xì)管現(xiàn)象而迅速移動(dòng)?；谶@樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)重復(fù)循環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)極高效率的熱傳導(dǎo)，其中，所述循環(huán)是指，在高溫部蒸發(fā)的工作流體的蒸氣移動(dòng)到低溫部而凝結(jié)，該凝結(jié)的流體通過(guò)毛細(xì)管而返回高溫部。在圖5的(a)部分示出的冷卻機(jī)構(gòu)的制冷劑路徑的結(jié)構(gòu)中，在加熱單元11和第二電極2之間設(shè)置熱導(dǎo)管，但也可以在第二電極2的內(nèi)部設(shè)置熱導(dǎo)管。另外，如圖5的(b)部分所示，通過(guò)與加熱單元11平行地設(shè)置熱導(dǎo)管，能夠高效地減少第二電極2的溫度上升。<沉積膜形成裝置S5>也可以如圖6所示的沉積膜形成裝置S5那樣，例如在加熱單元11的下游一側(cè)設(shè)置板狀的第二分散板13b，該第二分散板13b的材質(zhì)是不銹鋼，并且具有使氣體通過(guò)的開(kāi)口部。由此，能夠?qū)⑴c加熱單元11接觸過(guò)的氣體均勻地分散到各第一供給部中。在加熱單元11和第二電極2之間設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)14的情況下，能夠減少與加熱單元11接觸過(guò)的氣體與冷卻機(jī)構(gòu)14接觸。并且，通過(guò)使第二分散板13b具有反射板的功能而能夠反射從加熱單元11照射的紅外波長(zhǎng)的輻射熱，能夠更進(jìn)一步抑制第二電極2的溫度上升。優(yōu)選設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)14及第二分散板13b，或者另行設(shè)置輻射遮斷構(gòu)件，使得從加熱單元11照射的輻射熱不直接到達(dá)基材10。另外，例如優(yōu)選設(shè)置為使加熱單元11位于第一供給部4a之間，而不在第一供給部4a的正上方設(shè)置加熱單元11?！闯练e膜形成裝置S6>如在圖7中示出的沉積膜形成裝置S6那樣，優(yōu)選地，通過(guò)在第一電極6的內(nèi)部設(shè)置流動(dòng)有上述氣體或液體的制冷劑的路徑，來(lái)構(gòu)成對(duì)基材10進(jìn)行散熱的基材散熱單元16。利用基材加熱單元15，將基材10加熱至規(guī)定溫度而將其控制在良好的制膜溫度， 并且，在利用加熱單元11進(jìn)行加熱時(shí)，與加熱單元11接觸的第一原料氣體被加熱，變?yōu)楦邷氐牡谝辉蠚怏w與基材10接觸。另外，因來(lái)自等離子體的熱輸入而導(dǎo)致基材10溫度上升，但能夠通過(guò)使加熱單元15停止加熱并通過(guò)散熱單元14將基材10控制在規(guī)定溫度。由此，能夠?qū)⒒?0整體控制在恒定的溫度，能夠使沉積膜的品質(zhì)均勻。
另外，也可以在第一電極6上設(shè)置靜電吸盤(pán)。由此，使基材10緊貼第一電極6，從而能夠高效地控制基材10的溫度?！闯练e膜形成裝置S7>如圖8所示的沉積膜形成裝置S7那樣，在基材散熱單元16中，使流動(dòng)有制冷劑的制冷劑路徑16a在加熱單元11的正下方的設(shè)置密度比在其他部分的設(shè)置密度更密，由此能夠?qū)⒒?0均勻地控制在規(guī)定溫度。另外，使溫度不同或種類(lèi)不同的制冷劑分別在加熱單元11的正下方和其他部分流動(dòng)，由此能夠?qū)⒒?0均勻地控制在規(guī)定溫度?！闯练e膜形成裝置S8>也可以如圖9所示的沉積膜形成裝置S8那樣，以分開(kāi)在中央部和周邊部設(shè)置的方式，來(lái)設(shè)置第一電極6的基材加熱單元15和基材散熱單元16。由此，能夠分別對(duì)容易成為高溫的中央部和容易成為低溫的周邊部，另行進(jìn)行溫度控制，由此能夠使基材10的溫度均勻?！闯练e膜形成裝置S9>也可以如圖10所示的沉積膜形成裝置S9那樣，將第一電極6分離設(shè)為基材安裝面6a和安裝面6a外側(cè)的外周部6b，分別在各部分設(shè)置基材加熱單元15和基材散熱單元 16，而且，將安裝面的外周部的溫度設(shè)定為比基材安裝面的溫度高。由此，能夠?qū)⒒?0的溫度控制為最佳值，并且，能夠使沉積膜難以附著在安裝面的外周部上?！闯练e膜形成裝置S10>也可以如圖11所示的沉積膜形成裝置SlO那樣，采用對(duì)在一個(gè)方向上延伸的加熱單元11 (圖面的縱深方向(與圖面相垂直的方向))從側(cè)方向其噴出氣體的結(jié)構(gòu)17。能夠使原料氣體積極地與加熱單元11接觸，由此能夠高效地使原料氣體活化?！闯练e膜形成裝置Sll>也可以如圖12所示的沉積膜形成裝置Sll那樣，采用形成包圍加熱單元11的周?chē)男螤疃箽怏w滯留在被包圍的該空間中的結(jié)構(gòu)。由此，能夠使原料氣體積極地與加熱單元11接觸，從而能夠高效地使原料氣體活化。另外，通過(guò)使加熱單元11的上游一側(cè)的導(dǎo)入路徑的孔徑(opening size)比下游一側(cè)的導(dǎo)入路徑的孔徑大，能夠延長(zhǎng)使氣體滯留在具有加熱單元11的空間內(nèi)的時(shí)間，由此能夠高效地使原料氣體活化。此外，說(shuō)明了設(shè)置基板加熱單元15和基板散熱單元16兩者的情況，但也可以不設(shè)置基材加熱單元15，而通過(guò)對(duì)基板散熱單元的制冷劑的溫度進(jìn)行控制，由此控制基材10?！闯练e膜形成方法〉接著，主要以沉積膜形成裝置Sl為例，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成方法的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，在其他沉積膜形成裝置中，也能夠通過(guò)在下面說(shuō)明的工序而形成高品質(zhì)的沉積膜。首先，進(jìn)行準(zhǔn)備工序，在腔室1內(nèi)準(zhǔn)備以下構(gòu)件第一電極6 ；第二電極2，其位于與第一電極6隔開(kāi)規(guī)定間隔的位置，且具有用于供給第一原料氣體的第一供給部4a;第一導(dǎo)入路徑3a，其與第一供給部4a相連接，用于導(dǎo)入第一原料氣體；加熱單元11，其設(shè)在第一導(dǎo)入路徑3a內(nèi)；冷卻機(jī)構(gòu)14，其用于冷卻第二電極2 ；基材10。接著，進(jìn)行基材配置工序， 在第一電極6和第二電極2之間配置基材10。接著，進(jìn)行氣體加熱工序，通過(guò)加熱單元11 的加熱，來(lái)對(duì)第一原料氣體進(jìn)行加熱。接著，進(jìn)行放電發(fā)生工序，將第一原料氣體供給至第一電極6和第二電極2之間，由此發(fā)生輝光放電。在這里，在下述數(shù)學(xué)式的條件下，在第一電極6和第二電極2之間進(jìn)行放電發(fā)生工序。Tl > T2 > T3(其中，Tl是第一原料氣體的溫度，T2是第二電極2的表面溫度，T3是第一電極6 的表面溫度。)通過(guò)這些工序，使原料氣體中的成分沉積在基材10上，由此使沉積膜適當(dāng)?shù)匦纬稍诨?0上。此外，在上述工序中，通過(guò)基材搬送機(jī)構(gòu)等搬送基材10，并將其保持固定在第一電極6上。利用第一供給路徑3內(nèi)的加熱單元11來(lái)加熱第一原料氣體，并僅從第一供給部4 供給被加熱的第一原料氣體，由此將被加熱單元11提升了溫度的第一原料氣體供給至產(chǎn)生等離子體的空間8，因而通過(guò)氣體加熱(gas heating)效果來(lái)在空間8內(nèi)抑制高階硅烷生成反應(yīng)。另外，在形成氫化非晶硅膜的情況下，將H2氣體供給至第一導(dǎo)入路徑3a，將5讓4氣體供給至第二導(dǎo)入路徑3b，并且，只要將氣體壓力設(shè)定為50 700PadfH2/SiH4的比例設(shè)定為2/1 20/1，將高頻電力密度設(shè)定為0. 02 0. 2ff/cm2即可。對(duì)于具有i型非晶硅膜的Pin接合的薄膜太陽(yáng)能電池，只要將i型非晶硅膜的膜厚形成為0. 1 0. 5 μ m即可，優(yōu)選形成為0. 15 0. 3 μ m。另外，在形成氫化微晶硅膜的情況下，將H2氣體供給至第一導(dǎo)入路徑3a，將5讓4氣體供給至第二導(dǎo)入路徑3b，并且，只要將氣體壓力設(shè)定為100 7000Pa，將H2/SiH4的比例設(shè)定為10/1 60/1，將高頻電力密度設(shè)定為0. 1 lW/cm2即可。對(duì)于具有i型微晶硅膜的Pin接合的薄膜太陽(yáng)能電池，只要將i型微晶硅膜的膜厚形成為1 4 μ m即可，優(yōu)選形成為1.5 3μπι而使結(jié)晶率為70%左右。在本實(shí)施方式的沉積膜形成方法中，使用基材加熱單元15將基材10加熱至規(guī)定溫度，并且，在加熱了加熱單元11之后，例如也可以通過(guò)冷卻機(jī)構(gòu)14來(lái)冷卻第二電極2，或者，使基材加熱單元15的加熱程度變小，或者，停止基材加熱單元15的加熱。例如，通過(guò)使用圖7所示的沉積膜形成裝置S6所具備的基材散熱單元16來(lái)進(jìn)行散熱，能夠減少因來(lái)自變?yōu)楦邷氐脑蠚怏w或等離子體的熱輸入而導(dǎo)致的對(duì)基材10的過(guò)度加熱。由此，能夠通過(guò)冷卻機(jī)構(gòu)14將第二電極2的溫度控制在規(guī)定溫度，并且，能夠通過(guò)基材加熱單元15及基材散熱單元16將基材10的溫度控制在規(guī)定溫度。因此，能夠立即將基材10的溫度保持在規(guī)定溫度，由此能夠高效地將基材10整體的溫度控制在恒定的溫度。這樣，在將第二電極2 的溫度控制在規(guī)定溫度之后，優(yōu)選在進(jìn)一步將基材10的溫度控制在規(guī)定溫度之后，將沉積膜形成在基材10上。另外，在將由被加熱單元11提升了溫度的氫氣等構(gòu)成的第一原料氣體供給至產(chǎn)生等離子體的空間8時(shí)，優(yōu)選使第一原料氣體的溫度、第二電極2的表面溫度以及第一電極 6的表面溫度之間的關(guān)系，滿(mǎn)足第一原料氣體的溫度Tl >第二電極2的表面溫度Τ2 >第一電極6的表面溫度Τ3。在這里，由于具有通過(guò)加熱單元11加熱第一原料氣體這樣的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)第一原料氣體的溫度Tl >第二電極2的表面溫度Τ2的關(guān)系。根據(jù)上述的溫度的大小關(guān)系，能夠減少因第二電極2的熱應(yīng)變而導(dǎo)致的變形，并且，能夠進(jìn)一步提高基于氣體加熱效果而抑制生成高階硅烷聚合物的效果。另外，通過(guò)設(shè)定為T(mén)2 > T3，易于將基材10的溫度控制為適于形成膜的溫度，除此之外，能夠減少與在第二電極2上形成膜相伴的沉積成分(contribution species)的消耗。由此，能夠有效地在基材10上形成膜。其結(jié)果，能夠在基材10上高速且均勻地形成高品質(zhì)的膜。為了得到所述效果，優(yōu)選將第一原料氣體的溫度設(shè)定為300 1000°C，將第二電極2的溫度設(shè)定為200 500°C，將第一電極6的溫度設(shè)定為100 400°C。在這里，不使用加熱單元11來(lái)直接加熱硅類(lèi)氣體等的第二原料氣體，而從第二供給部4b將該氣體供給至等離子體空間8，因而第一原料氣體的溫度Tl比第二原料氣體的溫度T4高(Tl > T4)，從而能夠減少硅類(lèi)氣體的過(guò)剩分解而形成沉積膜。另外，也可以在基材10上形成沉積膜，并在將基材10從腔室1搬出后，將清洗氣體供給至腔室1內(nèi)，利用等離子體使清洗氣體分解/活化，由此對(duì)腔室內(nèi)進(jìn)行清洗。作為清洗氣體，能夠使用分子式中包含氟(F)和氯(Cl)的氣體。并且，優(yōu)選從設(shè)有由加熱催化體構(gòu)成的加熱單元11的第一導(dǎo)入路徑3a供給運(yùn)載氣體(carrier gas)，并從沒(méi)有設(shè)置加熱單元11的第二導(dǎo)入路徑3b供給清洗氣體，由此能夠減少清洗氣體對(duì)由加熱催化體構(gòu)成的加熱單元11的腐食劣化。作為運(yùn)載氣體，能夠使用包含氫氣或非活性氣體的氣體。另外，在進(jìn)行清洗時(shí)，優(yōu)選不使用基材散熱單元14，或者，通過(guò)使溫度比形成沉積膜時(shí)的溫度高的制冷劑進(jìn)行流動(dòng)等，來(lái)使第一電極6的溫度高于形成沉積膜時(shí)的溫度，由此能夠抑制在進(jìn)行清洗時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)生成物或清洗后的殘留氣體附著在低溫部。
實(shí)施例〈第一實(shí)施例〉下面，對(duì)如下所述的三種情況進(jìn)行對(duì)比不銹鋼制的第二電極2的內(nèi)部設(shè)置有冷卻機(jī)構(gòu)14，該冷卻機(jī)構(gòu)14具有制冷劑為硅油的格子狀制冷劑路徑的情況；在第二電極2的內(nèi)部設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)14，并在第一電極6的內(nèi)部設(shè)置基材散熱單元16，該基材散熱單元16具有制冷劑為硅油的格子狀制冷劑路徑的情況；冷卻機(jī)構(gòu)14和基材散熱單元16都沒(méi)有設(shè)置的情況。就沉積膜形成裝置而言，準(zhǔn)備了如下的裝置，該裝置由第二電極2和第一電極6構(gòu)成，其中，所述第二電極2具有用于供給H2氣體(第一原料氣體)的第一供給部4a和用于供給SiH4氣體(第二原料氣體)的第二供給部4b，所述第一電極6被配置成與第二電極2 相對(duì)置，該第一電極6保持用于形成沉積膜的基材10，并且具有用于對(duì)基材10進(jìn)行加熱的基材加熱單元16，在該裝置中，在與第一供給部相連接的第一導(dǎo)入路徑上，設(shè)有由鉭(Ta) 構(gòu)成的加熱催化體(加熱單元11)。并且，將在第二電極2的內(nèi)部設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)14的情況設(shè)為條件A，將在第二電極2 和加熱催化體之間設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)14的情況設(shè)為條件B，將在第二電極2的內(nèi)部設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)14且在第一電極6上設(shè)有基材散熱單元16的情況設(shè)為條件C，將在第二電極2和加熱催化體之間設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)14且在第一電極6上設(shè)有基材散熱單元16的情況設(shè)為條件D，將未設(shè)置冷卻機(jī)構(gòu)14和基材散熱單元16的情況設(shè)為條件E。在這些條件下，在由玻璃構(gòu)成的基材10上形成了由氫化微晶硅膜構(gòu)成的沉積膜時(shí)，使用熱電偶來(lái)測(cè)定了第二電極表面(與空間8相對(duì)置的面)的中央部和端部的溫度以及基材10表面(與空間8相對(duì)置的面)的中央部和端部的溫度。此時(shí)，基材加熱單元16 的設(shè)定溫度是150°C，冷卻機(jī)構(gòu)14的溫度則設(shè)定為300°C，并且，以與加熱催化體平行(隔開(kāi)規(guī)定距離)的方式將冷卻機(jī)構(gòu)14設(shè)置為直線(xiàn)狀。在表1中表示基于各條件的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種沉積膜形成裝置，其特征在于， 具有腔室；第一電極，其位于該腔室內(nèi)；第二電極，其位于所述腔室內(nèi)，與所述第一電極隔開(kāi)規(guī)定間隔，而且具有用于供給原料氣體的多個(gè)供給部；導(dǎo)入路徑，其與所述供給部相連接，且用于導(dǎo)入原料氣體； 加熱單元，其設(shè)在該導(dǎo)入路徑內(nèi)； 冷卻機(jī)構(gòu)，其用于冷卻所述第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的沉積膜形成裝置，其特征在于，所述冷卻機(jī)構(gòu)具有制冷劑路徑，所述制冷劑路徑位于所述第二電極的內(nèi)部，且所述制冷劑路徑用于讓制冷劑在其中流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的沉積膜形成裝置，其特征在于，所述冷卻機(jī)構(gòu)具有冷卻薄板，所述冷卻薄板位于所述第二電極和所述加熱單元之間， 且具有用于讓制冷劑在其中流動(dòng)的制冷劑路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的沉積膜形成裝置，其特征在于， 所述冷卻機(jī)構(gòu)具有熱導(dǎo)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3記載的沉積膜形成裝置，其特征在于， 所述制冷劑路徑具有用于讓制冷劑在其中流動(dòng)的格子狀路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3記載的沉積膜形成裝置，其特征在于， 所述制冷劑路徑具有用于讓制冷劑在其中流動(dòng)的多列直線(xiàn)狀路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)記載的沉積膜形成裝置，其特征在于，所述第一電極具有基材散熱單元，所述基材散熱單元對(duì)配置在所述第一電極和所述第二電極之間的基材進(jìn)行散熱。
8.一種沉積膜形成方法，其特征在于， 具有以下工序準(zhǔn)備工序，在腔室內(nèi)準(zhǔn)備第一電極、第二電極、第一導(dǎo)入路徑、加熱單元、冷卻機(jī)構(gòu)、基材，所述第二電極位于與該第一電極隔開(kāi)規(guī)定間隔的位置，且具有用于供給第一原料氣體的第一供給部，所述第一導(dǎo)入路徑與所述第一供給部相連接，且用于導(dǎo)入所述第一原料氣體，所述加熱單元設(shè)在該第一導(dǎo)入路徑內(nèi)，所述冷卻機(jī)構(gòu)用于冷卻所述第二電極； 基材配置工序，將所述基材配置在所述第一電極和所述第二電極之間； 氣體加熱工序，通過(guò)所述加熱單元的加熱對(duì)所述第一原料氣體進(jìn)行加熱； 放電發(fā)生工序，將所述第一原料氣體供給至所述第一電極和所述第二電極之間，并產(chǎn)生輝光放電，在數(shù)學(xué)式Tl > T2 > T3的條件下進(jìn)行該放電發(fā)生工序，其中，Tl是所述第一原料氣體的溫度，T2是所述第二電極的表面溫度，T3是所述第一電極的表面溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8記載的沉積膜形成方法，其特征在于，在所述放電發(fā)生工序中，使所述第一原料氣體以及與所述第一原料氣體不同的第二原料氣體，在所述第一電極和所述第二電極之間混合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9記載的沉積膜形成方法，其特征在于，在將供給至所述第一電極和所述第二電極之間的所述第二原料氣體的溫度設(shè)定為T(mén)4 時(shí)，滿(mǎn)足第二數(shù)學(xué)式Tl >T4。
11.根據(jù)權(quán)利要求8 10中的任一項(xiàng)記載的沉積膜形成方法，其特征在于， 所述第一原料氣體使用氫氣。
全文摘要
為了在不產(chǎn)生膜品質(zhì)的面內(nèi)不均勻的前提下形成高品質(zhì)膜，本發(fā)明的一個(gè)方式的沉積膜形成裝置具有腔室；第一電極，其位于該腔室內(nèi)；第二電極，其位于所述腔室內(nèi)，與所述第一電極隔開(kāi)規(guī)定間隔，而且具有用于供給原料氣體的多個(gè)供給部；導(dǎo)入路徑，其與所述供給部相連接，且用于導(dǎo)入原料氣體；加熱單元，其設(shè)在該導(dǎo)入路徑內(nèi)；冷卻機(jī)構(gòu)，其用于冷卻所述第二電極。
文檔編號(hào)H01L31/04GK102482775SQ201080039718
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者伊藤憲和, 新樂(lè)浩一郎, 松居宏史, 稻葉真一郎 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社