專利名稱：成膜方法與成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成例如半導(dǎo)體膜的成膜方法與成膜裝置。
背景技術(shù)：
作為形成薄膜的方法，等離子體化學(xué)蒸鍍沉積(CVD)已經(jīng)被廣泛地使用。等離子體CVD的示例具有很多種類的方法，例如電容性耦合CVD、電感性耦合CVD、微波CVD和 ECR-CVD。其中，已經(jīng)最為廣泛地使用的是電容性耦合CVD。電容性耦合CVD在一對(duì)平行板電極之間激發(fā)等離子體。因此，與其他方法相比，具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的電容性耦合CVD可沉積均勻的膜。電容性耦合CVD可形成各種薄膜，包括諸如硅基薄膜、SiC、GaAs和GaN膜的半導(dǎo)體膜，諸如SiNjn SiO2膜的介電膜，諸如鉆石膜、類鉆石的碳薄膜(DLC)和BN膜的高硬度膜，以及聚合物膜。例如，硅基薄膜被用于薄膜太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池具有數(shù)微米(Pm)或以下厚度的薄硅膜，其優(yōu)勢(shì)在于其中所用的硅(硅是原材料)的量小于體晶硅太陽(yáng)能電池中的量。由等離子體CVD方法形成的薄膜的性質(zhì)取決于沉積過(guò)程中的等離子體狀態(tài)。例如，用于控制等離子體狀態(tài)的參數(shù)為所提供的功率、壓力等以及原料氣體的種類與流速。由于襯底的電位低于等離子體的電位，等離子體中產(chǎn)生的一些離子由于等離子體電位與襯底電位之間的差異而被加速并隨后撞擊該襯底(離子轟擊)。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種對(duì)襯底施加負(fù)DC電壓以主動(dòng)地增加離子轟擊的能量，藉此控制SiN薄膜的應(yīng)力的方法。專利文獻(xiàn)2公開了一種技術(shù)，其中當(dāng)非晶硅膜在襯底上形成時(shí)，向在其上設(shè)置有襯底的電極供應(yīng)用于產(chǎn)生等離子體的射頻功率并向該電極施加正向DC電壓。專利文獻(xiàn)3公開了一種向陰極電極供應(yīng)用于產(chǎn)生等離子體的射頻功率并向該電極施加DC或AC偏壓電壓的技術(shù)。在該技術(shù)中，襯底不被設(shè)置在陰極電極上，而是設(shè)置在陽(yáng)極電極上。另外，專利文獻(xiàn)3公開了根據(jù)等離子體空間的浮動(dòng)電位控制偏壓電壓的技術(shù)。該浮動(dòng)電位指示沒(méi)有施加偏壓電壓時(shí)的陰極電位，意味著等離子體產(chǎn)生的自偏壓電壓。專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)是使用離子轟擊來(lái)改進(jìn)薄膜的膜質(zhì)量。施加偏壓電壓以將陰極電位增加到大于或等于浮動(dòng)電位。然后，等離子體電位增加，且對(duì)設(shè)置于陽(yáng)極電極上的襯底上的離子轟擊的強(qiáng)度增加。因此，實(shí)際上，專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)將大于或等于浮動(dòng)電位的偏壓電壓施加給陰極電極。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)1 日本專利申請(qǐng)公開(JP-A)No. 2-166283專利文獻(xiàn)2 JP-A No. 62-142767專利文獻(xiàn)3 JP-A No. 5-291150(具體是，第9到16段)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題在等離子體CVD中，重要的是在防止沉積速率下降的同時(shí)改進(jìn)膜質(zhì)量。然而，在專利文獻(xiàn)1-3所公開的技術(shù)中，既要保持沉積速率又要根據(jù)所要形成的膜的種類及其用途來(lái)改善膜質(zhì)量是難以應(yīng)付的?？紤]到上述問(wèn)題作出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供能在防止沉積速率下降的同時(shí)改進(jìn)膜質(zhì)量的成膜方法與成膜裝置。解決這些問(wèn)題的手段在根據(jù)本發(fā)明的第一成膜方法中，將設(shè)置于沉積室中的第一電極接地。在第一電極上設(shè)置有襯底。在沉積室中設(shè)置面對(duì)第一電極的第二電極。向第二電極供應(yīng)射頻功率和偏壓電壓。以此方式，執(zhí)行等離子體CVD以在襯底上成膜。在此情況下，當(dāng)供應(yīng)射頻功率和偏壓電壓時(shí)，第二電極的平均電位小于當(dāng)供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的第二電極的平均電位。在根據(jù)本發(fā)明的第二成膜方法中，在設(shè)置于沉積室中的第一電極上設(shè)置有襯底。 在沉積室中設(shè)置面對(duì)第一電極的第二電極。將射頻功率供應(yīng)給第二電極。以此方式，產(chǎn)生等離子體。將偏壓電壓供應(yīng)給第一電極或第二電極。當(dāng)?shù)诙姌O的相對(duì)于第一電極的平均電位是vd。，而第二電極的相對(duì)于第一電極的電壓幅值是Vtlp時(shí)，根據(jù)(VdJVtlp) /2的等離子體電位控制所述偏壓電壓以執(zhí)行等離子體CVD。根據(jù)本發(fā)明的成膜裝置包括沉積室、第一電極、第二電極、射頻功率供應(yīng)單元和測(cè)量線。在沉積室中，在襯底上執(zhí)行成膜過(guò)程。在沉積室中設(shè)置第一電極。在沉積室中設(shè)置面對(duì)第一電極的第二電極。射頻供應(yīng)單元向第二電極提供射頻功率。測(cè)量線連接至第二電極以便于測(cè)量該第二電極的電位，且測(cè)量線與射頻電源的功率供應(yīng)線分離地設(shè)置。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可在防止沉積過(guò)程中膜沉積速率減小的同時(shí)改進(jìn)膜質(zhì)量。附圖簡(jiǎn)述

圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是示出當(dāng)在第一電極和第二電極之間產(chǎn)生等離子體時(shí)第一電極和第二電極之間的電壓的方面的曲線圖。圖3是示出當(dāng)?shù)入x子體電位減小時(shí)為什么襯底上的離子轟擊減少的原因的曲線圖。圖4是示出在執(zhí)行成膜過(guò)程時(shí)為什么要控制偏壓電壓以使偏壓電流小于特定值的原因的曲線圖。圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。圖6是示出根據(jù)第三實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。圖7是示出當(dāng)襯底電位增加時(shí)離子轟擊減少的示圖。圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。圖9是示出根據(jù)第五實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。圖10是示出其中由示波器測(cè)量的射頻功率的電壓幅值Vtlp的測(cè)量結(jié)果受到測(cè)量位置的影響的示例的示圖。
圖11是示出平均電壓Vde和第二電極的電壓幅值Vtlp以及等離子體電位Vp與負(fù)DC 偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。圖12是示出通過(guò)施加DC偏壓而流動(dòng)的DC電流Ib與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。圖13是示出第二電極的電壓幅值Vtlp和等離子體電位Vp以及偏壓電流Ib與負(fù)DC 偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。圖14是示出太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性以及光電轉(zhuǎn)換效率與等離子體電位Vp之間的相關(guān)性的曲線圖。圖15是示出沉積速率以及拉曼峰高比I。/Ia與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考相應(yīng)附圖而描述本發(fā)明的示例實(shí)施例。在所有的附圖中，相同組件由相同參考標(biāo)記標(biāo)示且其描述將適當(dāng)省略。圖1是示出根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。該成膜裝置包括沉積室100、第一電極110、第二電極120、射頻電源210(射頻供應(yīng)單元)、DC電源310(偏壓電壓供應(yīng)單元)、電極電位測(cè)量單元410和控制單元420。在沉積室100中，在襯底10上執(zhí)行成膜過(guò)程。第一電極110設(shè)置于沉積室100中并接地。在沉積室100中設(shè)置有面對(duì)第一電極110的第二電極12。射頻電源210向第二電極120供應(yīng)射頻功率。DC電源310向第二電極120輸入DC偏壓電壓。電極電位測(cè)量單元410測(cè)量第二電極120的電壓。控制單元 420控制偏壓電壓以使供應(yīng)射頻功率和偏壓電壓時(shí)的第二電極120的平均電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的第二電極120的平均電位?？商峁〢C電源取代DC電源310。 在此情況下，偏壓電壓是平均值不為零的AC電壓。當(dāng)使用圖1所示的成膜裝置時(shí)，可通過(guò)向第二電極120提供射頻功率及偏壓電壓來(lái)執(zhí)行等離子體CVD而在襯底10上執(zhí)行成膜過(guò)程。在成膜過(guò)程中，可控制偏壓電壓以使第二電極120的電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的第二電極120的電位。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于等離子體電位(即等離子體的電位)之間的差異以及襯底10的電位被減少，可減少在所形成的膜上的離子轟擊。以此方式，可在防止沉積速率減小的同時(shí)改進(jìn)膜質(zhì)量，這將在下文中詳細(xì)描述。例如，射頻功率的頻率大于或等于13MHz。第一電極110設(shè)置有用于加熱襯底10 的加熱器。沉積室100設(shè)置有排氣裝置(未示出)?？赏ㄟ^(guò)控制該排氣裝置和所供應(yīng)的原料氣體的量來(lái)控制沉積室100的內(nèi)部壓力。射頻電源210通過(guò)匹配箱220連接到第二電極120。DC電源310通過(guò)射頻截止濾波器320連接到第二電極120，該濾波器設(shè)置在偏壓電壓供應(yīng)線上以用于將偏壓電壓供應(yīng)給第二電極120。射頻截止濾波器320去除射頻功率，包括從射頻電源210供應(yīng)的射頻功率的頻率分量。以此方式，將防止從射頻電源210處供應(yīng)的射頻功率被供應(yīng)給DC電源310。例如，圖1示出的成膜裝置形成薄膜太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體膜或光電轉(zhuǎn)換層。該光電轉(zhuǎn)換層是，例如，晶態(tài)半導(dǎo)體或非晶態(tài)半導(dǎo)體。晶態(tài)半導(dǎo)體是例如微晶硅，而非晶態(tài)半導(dǎo)體是例如非晶硅。半導(dǎo)體膜包括，例如，硅、鍺和碳。在形成半導(dǎo)體膜時(shí)，饋送到成膜裝置中的原料氣體包括從以下氣體構(gòu)成的組中選出的至少一種氣體含硅氣體、含碳?xì)怏w和含鍺氣體。原料氣體可包括稀釋氣體(例如，氫或稀有氣體)或者可包括摻雜氣體，例如，硼烷或磷化氫。襯底10可由玻璃或金屬制成。優(yōu)選的是襯底10的成膜表面與第一電極110電連接。對(duì)于該電連接，襯底10可具有例如在其中導(dǎo)電膜形成在絕緣基底表面上的結(jié)構(gòu)，或者整個(gè)襯底10可由導(dǎo)電材料制成。圖1中示出的成膜裝置還包括測(cè)量線412。該測(cè)量線412與第二電極120相連，且獨(dú)立于射頻功率電源線。電極電位測(cè)量單元410與該測(cè)量線412相連，測(cè)量第二電極120 的相對(duì)于地電位的電壓。待測(cè)量的電壓包括平均電位Vd。和第二電極120的電壓幅值Vtlpt5 由電極電位測(cè)量單元410所測(cè)得的值被輸出到控制單元420?？刂茊卧?20根據(jù)電極電位測(cè)量單元410所測(cè)得的值控制DC電源310的輸出。具體地，控制單元420控制DC電源310，以使第二電極120的平均電位小于當(dāng)供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓(在這個(gè)實(shí)施例中，DC電壓)時(shí)的第二電極120的平均電位?？刂茊卧?20控制偏壓電壓，以使等離子體電壓，即為等離子體的相對(duì)于第一電極110的電位，大于零。在此情況中，優(yōu)選的是控制單元420控制偏壓電壓，以使等離子體電位小于當(dāng)供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的電位。如果控制偏壓電壓以使等離子體電位接近零，則當(dāng)?shù)入x子體電位低于特定值時(shí)， 在第一電極110和第二電極120之間流動(dòng)的DC電流快速增大。優(yōu)選的是成膜過(guò)程中的等離子體電位大于該特定值，也就是說(shuō)，成膜過(guò)程中的偏壓電壓的值大于當(dāng)?shù)入x子體電位大于該特定值時(shí)的偏壓電壓的值。將在下文描述該理由。難以在沉積過(guò)程中測(cè)量等離子體電位。在本實(shí)施例中，控制單元420還用作為等離子體電位計(jì)算單元。具體地，控制單元420從第二電極120的相對(duì)于第一電極110(也就是，地電位)的平均電位Vd。和第二電極的電壓幅值Vtlp計(jì)算等離子體電位(VdJVtlp)/2。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，電極電位測(cè)量單元140和控制單元420用作為等離子體電位測(cè)量單元。優(yōu)選的是控制單元420控制偏壓電壓，以使等離子體電位小于100V。接著，將描述通過(guò)上述方法計(jì)算出的等離子體電位的有效性。當(dāng)使用示波器來(lái)測(cè)量第二電極120的電位V。(t)時(shí)，電位V。(t)用下述表達(dá)式1使用平均電位Vd。、電壓幅值 Vtlp、射頻功率頻率f和時(shí)間t來(lái)表示[表達(dá)式1]Vc(t) = V0pXsinO π fXt)+Vdc。等離子的電位隨時(shí)間的變化Vp (t)用下面的表達(dá)式2來(lái)表示[表達(dá)式2]Vp(t) = (V0p+Vdc)/2X {l+sin(2 3ifXt)}0表達(dá)式 2 在例如"Plasma Semiconductor Process Technology (等離子體半導(dǎo)體工藝技術(shù))” Uchida-Rokakuho出版社，2003，第38_39頁(yè)中有描述。離子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，且在等離子體電位變化時(shí)不能跟隨射頻分量。因此， 影響離子行為的等離子體電位Vp是通過(guò)將射頻分量從表達(dá)式2中去除而得到的，也就是， (V0p+Vdc)/2。接著，將參照?qǐng)D2描述電壓之間的關(guān)系。圖2是示意性示出第一電極110和第二電極120之間的射頻功率的電位(也就是，等離子體中的電位)的變化的曲線圖。在圖2中， 輸入到第二電極120的射頻功率的平均電位是Vd。，等離子體電位是Vp，射頻的幅值是Vy由于第一電極110接地，在第一電極110上射頻的最大電位、平均電位和最小電位都是零。當(dāng)與第一電極110之間的距離增加時(shí)，射頻的最大電位和平均電位增加到正電位側(cè)，并被維持在恒定水平。在此情況下，此恒定水平的射頻的平均電位對(duì)應(yīng)于等離子體電位 Vpt5當(dāng)Vtlp > Vd。時(shí)，建立如上所述的相關(guān)性，且例如得到這樣的關(guān)系VP > Vdc或者Vtlp > Vp0 根據(jù)后面的關(guān)系，在第一電極110和第二電極120之間的位置處的射頻的幅值(對(duì)應(yīng)于等離子體電位Vp)小于向第二電極120輸入的射頻的幅值Vy隨著向第二電極120接近，射頻的最大電位幾乎沒(méi)有變化，而射頻的電壓幅值增加了。因此，射頻的平均電位和最小電位下降。在第二電極120上，射頻的平均電位是Vd。， 而射頻的電壓幅值是Vy當(dāng)輸入到第二電極120的偏壓電壓的電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的第二電極120的電位時(shí)，第二電極120中的射頻的平均電位Vd。下降。隨著平均電位Vd。 的降低，圖2所示的曲線圖在方向上有所改變，其中除地電位外整體電位都降低了(第一電極110上的電位和等離子體中的最小電位)。因此，可將等離子體電位調(diào)節(jié)到小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的電位。圖3是示出當(dāng)?shù)入x子體電位降低時(shí)為什么襯底10上的離子轟擊減少的原因的曲線圖。離子轟擊的量由等離子體電位和第一電極110(也就是，襯底10)電位之間的差異而確定。當(dāng)?shù)入x子體電位降低時(shí)，等離子體電位和第一電極110的電位之間的差異減小，而襯底10上的離子轟擊減少。圖4是示出在執(zhí)行成膜過(guò)程時(shí)為什么要控制偏壓電壓以使偏壓電流小于特定值的原因的曲線圖。如上所述，當(dāng)偏壓電壓降低以使等離子體電位接近零時(shí)，在第一電極110 與第二電極120之間流動(dòng)的DC電流在等離子體電位為零之前快速地增大。當(dāng)?shù)入x子體電位小于這個(gè)點(diǎn)(也就是，當(dāng)偏壓電壓降低時(shí))的等離子體電位時(shí)，等離子體變得不穩(wěn)定，這導(dǎo)致成膜過(guò)程中的問(wèn)題。因此，在執(zhí)行成膜過(guò)程時(shí)，優(yōu)選的是，偏壓電壓(也就是等離子體電位)大于偏壓電流快速增大的那個(gè)點(diǎn)時(shí)的等離子體電位。接著，將描述本實(shí)施例的操作與效果。在本實(shí)施例中，將用于產(chǎn)生等離子體的射頻功率供應(yīng)給第二電極120。另外，將DC偏壓功率供應(yīng)供應(yīng)給第二電極120，以使第二電極 120的電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓功率時(shí)的電位。以此方式，等離子體電位低于不提供偏壓電壓時(shí)的電位，減少了從等離子體入射到襯底10的離子的轟擊。當(dāng)?shù)入x子體電位 Vp低于100V時(shí)，這個(gè)效果是顯著的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，襯底10需要與第一電極110電連接以使其不帶電。離子轟擊的降低是有效的，例如，在薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換層的形成中，且改進(jìn)了所形成的光電轉(zhuǎn)換層的膜質(zhì)量。由于膜一般由中性原子團(tuán)的沉積形成，入射離子對(duì)在襯底10上形成的膜的成長(zhǎng)速率的影響是較小的。此處并不直接測(cè)量等離子體電位，而是由平均電位Vd。和第二電極120的電壓幅值 Vtlp計(jì)算出的。因此，與例如將朗繆爾(Langmuir)探針插入到等離子體內(nèi)并可將所計(jì)算的結(jié)果反饋給沉積條件的測(cè)量相比較，實(shí)踐中可能在成膜的同時(shí)測(cè)量等離子體電位，而對(duì)等離子體沒(méi)有任何影響。由于第二電極120和電極電位測(cè)量單元410通過(guò)測(cè)量線412彼此連接，測(cè)量線412是僅用于測(cè)量的線，因此可準(zhǔn)確地測(cè)量出第二電極120的電位。因此，可實(shí)現(xiàn)上述的控制操作。在本實(shí)施例中，操作者，而不是控制單元420，可調(diào)節(jié)偏壓電壓。圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。根據(jù)本實(shí)施例的成膜裝置具有與根據(jù)第一實(shí)施例的成膜裝置一樣的結(jié)構(gòu)，除了其具有提供偏壓電壓的AC電源312。 從AC電源312輸出的AC電壓的頻率小于從射頻電源210輸出的射頻功率的頻率，其為例如小于或等于離子可跟隨的1MHz?？刂茊卧?20將AC電源312的平均電壓視為與使用DC 電源310時(shí)的DC電壓相同，藉此控制AC電源312。也就是說(shuō)，從AC電源312輸出的AC功率的平均電壓不是零，而是，例如，通過(guò)將AC電壓重疊在DC電壓上或通過(guò)半波整流AC電壓而得到的電壓。在此實(shí)施例中，當(dāng)AC電壓的幅值不大的時(shí)候，可得到與第一實(shí)施例中一樣的效
果ο圖6是示出根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。根據(jù)此實(shí)施例的成膜裝置具有與根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的成膜裝置一樣的結(jié)構(gòu)，除了以下幾點(diǎn)。首先，第一電極110并不直接接地，而是通過(guò)僅能使射頻功率通過(guò)的射頻濾過(guò)器230接地。另外，供應(yīng)偏壓電壓的 DC電源310通過(guò)射頻截止濾波器320連接到第一電極110。用于測(cè)量第一電極110的電位的電極電位測(cè)量單元414通過(guò)測(cè)量線416與第一電極110相連接。與連接DC電源310與第一電極110的電線分離地設(shè)置測(cè)量線416。將由電極電位測(cè)量單元414所測(cè)得的值輸出到控制單元420。在本實(shí)施例中，電極電位測(cè)量單元410測(cè)量第二電極120的電位并將該測(cè)量結(jié)果輸出到控制單元420。電極電位測(cè)量單元414測(cè)量第一電極110的電位并將該測(cè)量結(jié)果輸出到控制單元420?？刂茊卧?20控制從DC電源310輸出的偏壓電壓，以使第一電極110 的電位接近于等離子體電位。由于在未施加偏壓電壓時(shí)等離子體電位是正的，所施加的偏壓電壓是正的。控制單元420使用與第一實(shí)施例中相同的方法來(lái)計(jì)算等離子體電位。圖7是示出本實(shí)施例中襯底10上的離子轟擊減少的曲線圖。當(dāng)DC電源310向第一電極110輸出正電壓時(shí)，第一電極110的電位，即襯底10的電位變?yōu)檎虿⒔咏诘入x子體電位。因此，等離子體電位與襯底10的電位之間的差異減小，且襯底10上的離子轟擊減少。由此，在本實(shí)施例中，可獲得與第一實(shí)施例相同的效果。圖8是示出根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。該成膜裝置具有與根據(jù)第三實(shí)施例的成膜裝置相同的結(jié)構(gòu)，除了其包括根據(jù)第二實(shí)施例的AC電源312，而不是DC 電源310。在本實(shí)施例中，可獲得與第一實(shí)施例相同的效果。圖9是示出根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。該成膜裝置具有與根據(jù)第一到第四實(shí)施例的任一個(gè)的成膜裝置相同的結(jié)構(gòu)，除了其在襯底10上連續(xù)執(zhí)行成膜過(guò)程。圖9示出類似于根據(jù)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本實(shí)施例的連續(xù)成膜過(guò)程中，使用了柔性襯底10。該柔性襯底10選自，例如，由聚酰亞胺、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、聚萘二酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜制成的樹脂膜。襯底10可通過(guò)在上述提到的樹脂膜上設(shè)置導(dǎo)電層而形成。襯底10可以是柔性金屬膜，諸如柔性不銹鋼膜、柔性鐵膜、柔性鈦膜或者柔性鋁
當(dāng)襯底10是涂覆導(dǎo)電層的金屬膜或樹脂膜時(shí)，襯底中不執(zhí)行成膜過(guò)程的一部分與膜運(yùn)輸輥(未示出)或沉積室100的載入口(carry-in port)或載出口(carry-out port)相接觸。因此，第一電極110和沉積室100通過(guò)該襯底10彼此電連接。具體地，在根據(jù)第一和第二實(shí)施例的成膜裝置中沒(méi)有問(wèn)題。然而，難以將本實(shí)施例應(yīng)用到根據(jù)第三和第四實(shí)施例的成膜裝置中，在這些成膜裝置中向第一電極110施加了偏壓電壓。然而，當(dāng)形成在樹脂膜上的導(dǎo)電膜被切割以具有絕緣性質(zhì)或當(dāng)運(yùn)輸輥和沉積室100的載入口和載出口用絕緣材料電絕緣時(shí)，可應(yīng)用本實(shí)施例。在本實(shí)施例中，可獲得與在第一實(shí)施例相同的效^ ο參考附圖已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明是僅僅說(shuō)明性的，可使用除了上述之外的各種結(jié)構(gòu)。在上述實(shí)施例中的每一個(gè)實(shí)施例中，描述了成膜裝置，但是可將與上述實(shí)施例中的每一個(gè)相同的偏壓電壓施加給例如干法蝕刻裝置。在此情況下，可執(zhí)行幾乎沒(méi)有因離子轟擊引起的損傷的蝕刻。示例(示例 1)在兩實(shí)例之間進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)實(shí)例中在匹配箱220的輸出端(在匹配箱220 的接近于第二電極120的端子處)測(cè)量第二電極120的電位，而在另一個(gè)實(shí)例中使用測(cè)量線412測(cè)量該電位。成膜裝置具有與根據(jù)第一實(shí)施例的成膜裝置相同的結(jié)構(gòu)。使用12sCCm的SiH4 和1700SCCm的氫氣作為原料氣體。沉積室100的壓力是12托(torr)，襯底10的溫度是 200°C。射頻電源210的頻率與功率分別為40MHz和50W到200W。使用示波器作為電極電位測(cè)量單元410。示波器測(cè)量的電位是由表達(dá)式1表示的正弦波，且其頻率為40Mhz，其為功率供應(yīng)的值。圖10示出示波器測(cè)出的射頻功率的電壓幅值Vtlp與射頻電源210的功率之間的關(guān)系。如圖10中可看出的，匹配箱220的輸出端的電壓幅值Vtlp與第二電極120的電壓幅值 Vtlp有極大不同。當(dāng)測(cè)量供應(yīng)給第二電極120的射頻電流時(shí)，射頻電流在50W時(shí)為4A，在200W時(shí)為 5. 7A，均為大值?？煽紤]這是由于匹配箱220和第二電極120之間沒(méi)有連接電子元件，但是電壓降由于在40MHz射頻時(shí)導(dǎo)線的電感而發(fā)生。這個(gè)結(jié)果證明優(yōu)選使用作為專用線的測(cè)量線412，以便于隨第二電極120的電位控制偏壓電壓。(示例 2)插入射頻截止濾波器320以防止在將DC電壓疊加到第二電極120時(shí)，射頻電源 210產(chǎn)生的射頻功率流入DC電源310。為了確認(rèn)此效果，將示波器連接到射頻截止濾波器 320的后端以測(cè)量射頻功率的泄漏。因此，所測(cè)得的結(jié)果超出檢測(cè)范圍。(示例 3)使用與第五實(shí)施例中相同的裝置來(lái)檢查是否能通過(guò)在第二電極120上疊加DC電壓來(lái)降低等離子體電位。
使用30sccm的SiH4和1700sccm的氫氣作為原料氣體。沉積室100的壓力是4 托，射頻電源210的頻率和功率分別為27MHz和300W。使用示波器作為電極電位測(cè)量單元 410。在將DC電源310的輸出電壓Vb從OV改變?yōu)?350V時(shí)測(cè)量第二電極120的電壓。使用涂覆Ag薄膜的聚酰亞胺膜作為襯底10。由于襯底10的兩個(gè)端部都接觸沉積室100，因此襯底10位于地電位。 圖11是示出平均電壓Vde和第二電極120的電壓幅值Vtlp與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。圖11還示出計(jì)算為(I+VJA的等離子電位vp。Vde等于Vb。因此，將DC電源310產(chǎn)生的電壓不加任何改變地施加到第二電極120。 另外，在不施加DC偏壓時(shí)，自偏壓電壓Vd。(浮動(dòng)電位)是-2V，約為零?？烧J(rèn)為由于對(duì)稱的電極結(jié)構(gòu)或相對(duì)高壓，該電位是對(duì)稱的。隨著-Vb增加Vtlp增加。然而，當(dāng)偏壓電壓Vb在負(fù)方向上增加時(shí)，等離子體電位Vp 降低。反之，施加正向DC偏壓時(shí)，等離子體電位￥1)升高。這樣，可能通過(guò)將DC偏壓電壓疊加到第二電極120上來(lái)控制等離子體電位\。估計(jì)在偏壓電壓Vb為約-350V時(shí)等離子體電位Vp是零。然而，第二電極120的電位改變，難以測(cè)量該電位。實(shí)踐中，等離子體隨時(shí)間變化，難以獲得穩(wěn)定的放電。可認(rèn)為，在等離子體電位小于或等于OV時(shí)難以保持射頻放電， 這導(dǎo)致不穩(wěn)定的放電。圖12是示出由于施加DC偏壓而流動(dòng)的DC電流Ib與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性的曲線圖。隨著-Vb的增加，DC電流Ib趨向于增加并飽和。然而，當(dāng)-Vb大于300V時(shí)， DC電流Ib快速增加。在示例3中，邊界值為約320V，這略小于等離子體電位Vp為零時(shí)的負(fù)偏壓電壓(-Vb = 350V)。第二電極120的外殼的厚度隨著-Vb的增加而增加。在沒(méi)有偏壓電壓輸入的情況下，外殼厚度為約1mm。在負(fù)DC偏壓電壓Vb為-200V時(shí)，等離子體從電極之間的中心向第一電極110偏移。然后，當(dāng)滿足-Vb > 320V且偏壓電流快速增加時(shí)，等離子體分布在電極平面上以使在電極的平面方向上不均勻。第二電極120的外殼的一部分達(dá)到第一電極110 處，且等離子體看起來(lái)將要分散在第一電極110的表面。在此狀態(tài)中，平均電壓Vdc和第二電極120的電壓幅值VOp波動(dòng)且不具有穩(wěn)定的值。如上所述，當(dāng)向第二電極120施加負(fù)偏壓候，排斥力作用在等離子體中的電子上， 且該等離子體遠(yuǎn)離第二電極120。此時(shí)電流快速增加，第二電極120的外殼的一部分達(dá)到第一電極110處，且認(rèn)為DC放電在此部分發(fā)生，這導(dǎo)致電流增加。這被認(rèn)為是從射頻放電狀態(tài)到DC放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換階段。這個(gè)結(jié)果表明在偏壓電流沒(méi)有快速增加的時(shí)間段可得到穩(wěn)定的射頻放電。另外，在等離子體電位為零的負(fù)偏壓電壓(-Vb = 350V)下執(zhí)行成膜過(guò)程時(shí)，在襯底10上沉積細(xì)粒子。因此，沒(méi)有形成膜。(示例4)在示例3中，使用沒(méi)有涂覆金屬膜的玻璃作為襯底10。由于玻璃具有絕緣性，DC偏壓電流不太可能流動(dòng)。因此，當(dāng)使用導(dǎo)電襯底作為襯底10時(shí)，在負(fù)DC偏壓電壓 Vb為-100V時(shí)，偏壓電流是0. 29L·反之，當(dāng)使用玻璃作為襯底10時(shí)，在相同條件下偏壓電流被減至0. 11A。認(rèn)為這是因?yàn)殡娏髁飨虻谝浑姌O110的未用襯底10覆蓋的區(qū)域。因此， 本發(fā)明的這個(gè)示例證明了優(yōu)選襯底10的成膜表面與第一電極110電連接。(示例 5)
驗(yàn)證了用于減少離子轟擊以改進(jìn)微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的技術(shù)。在作為其上涂覆有Ag膜作為后電極的聚酰亞胺膜的襯底10上順序地形成η-型微晶硅層(約30nm)、i-型微晶硅層(約2μπι)、ρ-型微晶硅層(約30nm)、由ITO制成的透明電極膜和由Ag制成的梳狀(comb-shaped)電極。通過(guò)等離子體CVD方法形成微晶硅層中的每一層。通過(guò)將圖9 所示的三個(gè)成膜裝置連接起來(lái)來(lái)配置成膜裝置，并按η-層、i-層和ρ-層的順序來(lái)沉積微晶硅層。當(dāng)形成i_型微晶硅層時(shí)僅施加偏壓電壓。當(dāng)形成i_型微晶硅層時(shí)，使用SiH4和氫氣作為原料氣體。當(dāng)形成η-型微晶硅層和ρ-型微晶硅層時(shí)，使用通過(guò)分別向SiH4和氫氣添加磷化氫氣體和乙硼烷氣體所得的氣體作為原料氣體。通過(guò)濺射法形成作為后電極的 Ag膜和ITO透明電極膜，而通過(guò)蒸鍍法形成梳狀電極。作為光電轉(zhuǎn)換層的i-型微晶硅層的沉積條件的細(xì)節(jié)如下。作為成膜裝置，使用根據(jù)第五實(shí)施例的成膜裝置。使用20SCCm的SiH4和1700SCCm的氫氣作為原料氣體。沉積室 100的壓力是4托，襯底10的溫度是200°C。射頻電源210的頻率與功率分別為27MHz和 300W。疊加到第二電極120上的0(偏壓電壓￥13為“無(wú)”(浮動(dòng)電位-3￥)、-50￥、-100￥、-20(^ 和-300V。襯底10接觸第一電極100，且襯底10的兩端均接觸沉積室100。因此，襯底10 位于地電位。圖13示出第二電極120的射頻電壓幅值Vtlp、等離子體電位Vp以及偏壓電流Ib與負(fù)DC偏壓電壓-Vb之間的相關(guān)性。該相關(guān)性與示例3中的一樣。在示例5中，估計(jì)在所有樣本中沉積條件是Vp > 0，且在DC偏壓電壓Vb為-350V時(shí)Vp是0V。作為微晶硅層的膜質(zhì)量之一，硅的結(jié)晶度用拉曼光譜法來(lái)評(píng)價(jià)。使用結(jié)晶Si峰高度IeGlOcnT1)與a-Si峰高度U480CHT1)的比值I。/Ia作為表示結(jié)晶速率的參數(shù)。所制成的微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的特性可用太陽(yáng)能模擬器來(lái)測(cè)量。在此情況下， 測(cè)得光電轉(zhuǎn)換效率為lOOmW/cm2的光強(qiáng)度。測(cè)量結(jié)果和沉積速率在表1中示出。[表1]
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，包括將設(shè)置于沉積室中的第一電極接地； 在第一電極上設(shè)置襯底；向設(shè)置于沉積室中并面對(duì)第一電極的第二電極供應(yīng)射頻功率和偏壓電壓，藉此通過(guò)等離子體CVD在襯底上形成膜；和當(dāng)供應(yīng)射頻功率和偏壓電壓時(shí)，將第二電極的平均電位調(diào)節(jié)成小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的第二電極的平均電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于形成在所述襯底上的膜是太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成膜方法，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換層是晶態(tài)半導(dǎo)體或非晶態(tài)半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述偏壓電壓是DC電壓或其平均值非零的AC電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓，以使作為等離子體的相對(duì)于第一電極的電位的等離子體電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)偏壓電壓時(shí)的等離子體電位，且大于零。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成膜方法，其特征在于，所述等離子體電位為(VdJVtlp)/2，其中所述第二電極的相對(duì)于第一電極的平均電位為Vd。且第二電極相對(duì)于第一電極的電壓幅值為Vc^
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓以使所述等離子體電位小于100V。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成膜方法，其特征在于，測(cè)量線與所述第二電極相連，但與所述射頻功率的功率供應(yīng)線分離；和所述測(cè)量線用于測(cè)量第二電極的平均電位Vd。和電壓幅值Vc^
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，通過(guò)去除從射頻電源供應(yīng)的高頻分量的射頻截止濾波器向第二電極供應(yīng)所述偏壓電壓。
10.一種成膜方法，包括在設(shè)置于沉積容器中的第一電極上設(shè)置襯底；向第二電極供應(yīng)射頻功率以產(chǎn)生等離子體，所述第二電極設(shè)置于沉積室中并面對(duì)第一電極；向第一電極或第二電極供應(yīng)偏壓電壓；以及根據(jù)(UVtlp)/2的等離子體電位控制所述偏壓電壓以執(zhí)行等離子體CVD， 其中Vd。是第二電極相對(duì)于第一電極的平均電位，V0p是所述第二電極的相對(duì)于第一電極的電壓幅值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓，以使所述等離子體電位小于供應(yīng)射頻功率但不供應(yīng)射頻電壓時(shí)的等離子體電位，并執(zhí)行等離子體CVD。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓，以使作為等離子體的相對(duì)于所述第一電極的電位的所述等離子體電位大于零，并執(zhí)行等離子體CVD以在所述襯底上成膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓以使所述等離子體電位小于100V，并執(zhí)行等離子體CVD。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，形成在所述襯底上的膜是太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成膜方法，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換層是晶態(tài)半導(dǎo)體或非晶態(tài)半導(dǎo)體。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，所述偏壓電壓是DC電壓或其平均值非零的AC電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成膜方法，其特征在于，所述偏壓電壓是AC電壓，且其頻率低于射頻功率的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，向第二電極供應(yīng)所述偏壓電壓，以及所述第一電極接地。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成膜方法，其特征在于，在用于向第二電極供應(yīng)偏壓電壓的偏壓電壓供應(yīng)線上設(shè)置去除從射頻功率供應(yīng)的高頻分量的射頻截止濾波器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的成膜方法，其特征在于，測(cè)量線與所述第二電極相連，但與所述射頻功率的功率供應(yīng)線分離；和所述測(cè)量線用于測(cè)量第二電極的平均電位Vd。和電壓幅值Vy
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成膜方法，其特征在于，向第一電極供應(yīng)所述偏壓電壓，以及所述第二電極不接地。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏壓電壓，以使所述等離子體電位接近零，當(dāng)所述等離子體電位低于特定值時(shí)在所述第一電極和第二電極之間流動(dòng)的DC電流快速增大，以及當(dāng)執(zhí)行成膜處理時(shí)，控制所述偏壓電壓以使所述等離子體電位大于所述特定值。
23.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述等離子體CVD的材料氣體包括從由以下氣體構(gòu)成的組中選出的至少一種氣體含硅氣體、含碳?xì)怏w和含鍺氣體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的成膜方法，其特征在于，所述材料氣體包括稀釋氣體和摻雜氣體，所述稀釋氣體含有氫氣和稀有氣體中的至少一種氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，形成在襯底上的膜是半導(dǎo)體膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的成膜方法， 其特征在于，所述半導(dǎo)體膜含有硅、鍺或碳。
27.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，所述襯底具有柔性。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成膜方法， 其特征在于，所述膜連續(xù)沉積在所述襯底上。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成膜方法，其特征在于，所述襯底至少由選自以下構(gòu)成的組中的至少一種材料制成聚酰亞胺、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、聚萘二酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的成膜方法， 其特征在于，所述襯底由金屬膜制成。
31.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述襯底包括絕緣體基底和形成在所述基底表面上的導(dǎo)電膜。
32.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，形成在襯底表面上的膜與所述第一電極電連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，所述襯底由玻璃或金屬制成。
34.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述射頻功率的頻率大于或等于13MHz。
35.一種成膜裝置，包括沉積室，在該沉積室中在襯底上執(zhí)行成膜過(guò)程； 設(shè)置在所述沉積室中的第一電極； 設(shè)置在所述沉積室中并面對(duì)所述第一電極的第二電極； 射頻供應(yīng)單元，向第二電極供應(yīng)射頻功率；以及連接至所述第二電極的測(cè)量線，其與射頻功率的功率供應(yīng)線分離地設(shè)置，且被用于測(cè)量所述第二電極的電位。
全文摘要
在沉積室中的襯底上執(zhí)行成膜過(guò)程。第一電極設(shè)置在沉積室中并接地。在沉積室中設(shè)置面對(duì)第一電極的第二電極。射頻電源向第二電極提供射頻功率。DC電源向第二電極提供DC偏壓電壓?？刂茊卧{(diào)節(jié)偏壓電壓以使其小于在提供射頻功率但沒(méi)有提供偏壓電壓時(shí)第二電極的電位。以此方式，有可能在防止沉積過(guò)程中膜沉積速率減小的同時(shí)改進(jìn)膜質(zhì)量。
文檔編號(hào)H05H1/00GK102341891SQ200980157890
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者和田雄人, 松山秀昭 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社