成膜方法与成膜装置的制作方法

专利名称：成膜方法与成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于形成例如半导体膜的成膜方法与成膜装置。
背景技术：
作为形成薄膜的方法，等离子体化学蒸镀沉积(CVD)已经被广泛地使用。等离子体CVD的示例具有很多种类的方法，例如电容性耦合CVD、电感性耦合CVD、微波CVD和 ECR-CVD。其中，已经最为广泛地使用的是电容性耦合CVD。电容性耦合CVD在一对平行板电极之间激发等离子体。因此，与其他方法相比，具有简单结构的电容性耦合CVD可沉积均勻的膜。电容性耦合CVD可形成各种薄膜，包括诸如硅基薄膜、SiC、GaAs和GaN膜的半导体膜，诸如SiNjn SiO2膜的介电膜，诸如钻石膜、类钻石的碳薄膜(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阳能电池。薄膜太阳能电池具有数微米(Pm)或以下厚度的薄硅膜，其优势在于其中所用的硅(硅是原材料)的量小于体晶硅太阳能电池中的量。由等离子体CVD方法形成的薄膜的性质取决于沉积过程中的等离子体状态。例如，用于控制等离子体状态的参数为所提供的功率、压力等以及原料气体的种类与流速。由于衬底的电位低于等离子体的电位，等离子体中产生的一些离子由于等离子体电位与衬底电位之间的差异而被加速并随后撞击该衬底(离子轰击)。例如，专利文献1公开了一种对衬底施加负DC电压以主动地增加离子轰击的能量，藉此控制SiN薄膜的应力的方法。专利文献2公开了一种技术，其中当非晶硅膜在衬底上形成时，向在其上设置有衬底的电极供应用于产生等离子体的射频功率并向该电极施加正向DC电压。专利文献3公开了一种向阴极电极供应用于产生等离子体的射频功率并向该电极施加DC或AC偏压电压的技术。在该技术中，衬底不被设置在阴极电极上，而是设置在阳极电极上。另外，专利文献3公开了根据等离子体空间的浮动电位控制偏压电压的技术。该浮动电位指示没有施加偏压电压时的阴极电位，意味着等离子体产生的自偏压电压。专利文献3中公开的技术是使用离子轰击来改进薄膜的膜质量。施加偏压电压以将阴极电位增加到大于或等于浮动电位。然后，等离子体电位增加，且对设置于阳极电极上的衬底上的离子轰击的强度增加。因此，实际上，专利文献3中公开的技术将大于或等于浮动电位的偏压电压施加给阴极电极。相关现有技术文献[专利文献]专利文献1 日本专利申请公开(JP-A)No. 2-166283专利文献2 JP-A No. 62-142767专利文献3 JP-A No. 5-291150(具体是，第9到16段)

发明内容
本发明要解决的问题在等离子体CVD中，重要的是在防止沉积速率下降的同时改进膜质量。然而，在专利文献1-3所公开的技术中，既要保持沉积速率又要根据所要形成的膜的种类及其用途来改善膜质量是难以应付的。考虑到上述问题作出了本发明，本发明的目的是提供能在防止沉积速率下降的同时改进膜质量的成膜方法与成膜装置。解决这些问题的手段在根据本发明的第一成膜方法中，将设置于沉积室中的第一电极接地。在第一电极上设置有衬底。在沉积室中设置面对第一电极的第二电极。向第二电极供应射频功率和偏压电压。以此方式，执行等离子体CVD以在衬底上成膜。在此情况下，当供应射频功率和偏压电压时，第二电极的平均电位小于当供应射频功率但不供应偏压电压时的第二电极的平均电位。在根据本发明的第二成膜方法中，在设置于沉积室中的第一电极上设置有衬底。 在沉积室中设置面对第一电极的第二电极。将射频功率供应给第二电极。以此方式，产生等离子体。将偏压电压供应给第一电极或第二电极。当第二电极的相对于第一电极的平均电位是vd。，而第二电极的相对于第一电极的电压幅值是Vtlp时，根据(VdJVtlp) /2的等离子体电位控制所述偏压电压以执行等离子体CVD。根据本发明的成膜装置包括沉积室、第一电极、第二电极、射频功率供应单元和测量线。在沉积室中，在衬底上执行成膜过程。在沉积室中设置第一电极。在沉积室中设置面对第一电极的第二电极。射频供应单元向第二电极提供射频功率。测量线连接至第二电极以便于测量该第二电极的电位，且测量线与射频电源的功率供应线分离地设置。发明效果根据本发明，可在防止沉积过程中膜沉积速率减小的同时改进膜质量。附图简述

图1是示出根据第一实施例的成膜装置的结构的剖视图。图2是示出当在第一电极和第二电极之间产生等离子体时第一电极和第二电极之间的电压的方面的曲线图。图3是示出当等离子体电位减小时为什么衬底上的离子轰击减少的原因的曲线图。图4是示出在执行成膜过程时为什么要控制偏压电压以使偏压电流小于特定值的原因的曲线图。图5是示出根据第二实施例的成膜装置的结构的示图。图6是示出根据第三实施例的成膜装置的结构的示图。图7是示出当衬底电位增加时离子轰击减少的示图。图8是示出根据第四实施例的成膜装置的结构的示图。图9是示出根据第五实施例的成膜装置的结构的示图。图10是示出其中由示波器测量的射频功率的电压幅值Vtlp的测量结果受到测量位置的影响的示例的示图。
图11是示出平均电压Vde和第二电极的电压幅值Vtlp以及等离子体电位Vp与负DC 偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。图12是示出通过施加DC偏压而流动的DC电流Ib与负DC偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。图13是示出第二电极的电压幅值Vtlp和等离子体电位Vp以及偏压电流Ib与负DC 偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。图14是示出太阳能电池的光电转换效率与负DC偏压电压-Vb之间的相关性以及光电转换效率与等离子体电位Vp之间的相关性的曲线图。图15是示出沉积速率以及拉曼峰高比I。/Ia与负DC偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。
具体实施例方式在下文中，将参考相应附图而描述本发明的示例实施例。在所有的附图中，相同组件由相同参考标记标示且其描述将适当省略。图1是示出根据第一个实施例的成膜装置的结构的剖视图。该成膜装置包括沉积室100、第一电极110、第二电极120、射频电源210(射频供应单元)、DC电源310(偏压电压供应单元)、电极电位测量单元410和控制单元420。在沉积室100中，在衬底10上执行成膜过程。第一电极110设置于沉积室100中并接地。在沉积室100中设置有面对第一电极110的第二电极12。射频电源210向第二电极120供应射频功率。DC电源310向第二电极120输入DC偏压电压。电极电位测量单元410测量第二电极120的电压。控制单元 420控制偏压电压以使供应射频功率和偏压电压时的第二电极120的平均电位小于供应射频功率但不供应偏压电压时的第二电极120的平均电位。可提供AC电源取代DC电源310。 在此情况下，偏压电压是平均值不为零的AC电压。当使用图1所示的成膜装置时，可通过向第二电极120提供射频功率及偏压电压来执行等离子体CVD而在衬底10上执行成膜过程。在成膜过程中，可控制偏压电压以使第二电极120的电位小于供应射频功率但不供应偏压电压时的第二电极120的电位。根据该结构，由于等离子体电位(即等离子体的电位)之间的差异以及衬底10的电位被减少，可减少在所形成的膜上的离子轰击。以此方式，可在防止沉积速率减小的同时改进膜质量，这将在下文中详细描述。例如，射频功率的频率大于或等于13MHz。第一电极110设置有用于加热衬底10 的加热器。沉积室100设置有排气装置(未示出)。可通过控制该排气装置和所供应的原料气体的量来控制沉积室100的内部压力。射频电源210通过匹配箱220连接到第二电极120。DC电源310通过射频截止滤波器320连接到第二电极120，该滤波器设置在偏压电压供应线上以用于将偏压电压供应给第二电极120。射频截止滤波器320去除射频功率，包括从射频电源210供应的射频功率的频率分量。以此方式，将防止从射频电源210处供应的射频功率被供应给DC电源310。例如，图1示出的成膜装置形成薄膜太阳能电池的半导体膜或光电转换层。该光电转换层是，例如，晶态半导体或非晶态半导体。晶态半导体是例如微晶硅，而非晶态半导体是例如非晶硅。半导体膜包括，例如，硅、锗和碳。在形成半导体膜时，馈送到成膜装置中的原料气体包括从以下气体构成的组中选出的至少一种气体含硅气体、含碳气体和含锗气体。原料气体可包括稀释气体(例如，氢或稀有气体)或者可包括掺杂气体，例如，硼烷或磷化氢。衬底10可由玻璃或金属制成。优选的是衬底10的成膜表面与第一电极110电连接。对于该电连接，衬底10可具有例如在其中导电膜形成在绝缘基底表面上的结构，或者整个衬底10可由导电材料制成。图1中示出的成膜装置还包括测量线412。该测量线412与第二电极120相连，且独立于射频功率电源线。电极电位测量单元410与该测量线412相连，测量第二电极120 的相对于地电位的电压。待测量的电压包括平均电位Vd。和第二电极120的电压幅值Vtlpt5 由电极电位测量单元410所测得的值被输出到控制单元420。控制单元420根据电极电位测量单元410所测得的值控制DC电源310的输出。具体地，控制单元420控制DC电源310，以使第二电极120的平均电位小于当供应射频功率但不供应偏压电压(在这个实施例中，DC电压)时的第二电极120的平均电位。控制单元120控制偏压电压，以使等离子体电压，即为等离子体的相对于第一电极110的电位，大于零。在此情况中，优选的是控制单元420控制偏压电压，以使等离子体电位小于当供应射频功率但不供应偏压电压时的电位。如果控制偏压电压以使等离子体电位接近零，则当等离子体电位低于特定值时， 在第一电极110和第二电极120之间流动的DC电流快速增大。优选的是成膜过程中的等离子体电位大于该特定值，也就是说，成膜过程中的偏压电压的值大于当等离子体电位大于该特定值时的偏压电压的值。将在下文描述该理由。难以在沉积过程中测量等离子体电位。在本实施例中，控制单元420还用作为等离子体电位计算单元。具体地，控制单元420从第二电极120的相对于第一电极110(也就是，地电位)的平均电位Vd。和第二电极的电压幅值Vtlp计算等离子体电位(VdJVtlp)/2。也就是说，在本实施例中，电极电位测量单元140和控制单元420用作为等离子体电位测量单元。优选的是控制单元420控制偏压电压，以使等离子体电位小于100V。接着，将描述通过上述方法计算出的等离子体电位的有效性。当使用示波器来测量第二电极120的电位V。(t)时，电位V。(t)用下述表达式1使用平均电位Vd。、电压幅值 Vtlp、射频功率频率f和时间t来表示[表达式1]Vc(t) = V0pXsinO π fXt)+Vdc。等离子的电位随时间的变化Vp (t)用下面的表达式2来表示[表达式2]Vp(t) = (V0p+Vdc)/2X {l+sin(2 3ifXt)}0表达式 2 在例如"Plasma Semiconductor Process Technology (等离子体半导体工艺技术)” Uchida-Rokakuho出版社，2003，第38_39页中有描述。离子质量远大于电子质量，且在等离子体电位变化时不能跟随射频分量。因此， 影响离子行为的等离子体电位Vp是通过将射频分量从表达式2中去除而得到的，也就是， (V0p+Vdc)/2。接着，将参照图2描述电压之间的关系。图2是示意性示出第一电极110和第二电极120之间的射频功率的电位(也就是，等离子体中的电位)的变化的曲线图。在图2中， 输入到第二电极120的射频功率的平均电位是Vd。，等离子体电位是Vp，射频的幅值是Vy由于第一电极110接地，在第一电极110上射频的最大电位、平均电位和最小电位都是零。当与第一电极110之间的距离增加时，射频的最大电位和平均电位增加到正电位侧，并被维持在恒定水平。在此情况下，此恒定水平的射频的平均电位对应于等离子体电位 Vpt5当Vtlp > Vd。时，建立如上所述的相关性，且例如得到这样的关系VP > Vdc或者Vtlp > Vp0 根据后面的关系，在第一电极110和第二电极120之间的位置处的射频的幅值(对应于等离子体电位Vp)小于向第二电极120输入的射频的幅值Vy随着向第二电极120接近，射频的最大电位几乎没有变化，而射频的电压幅值增加了。因此，射频的平均电位和最小电位下降。在第二电极120上，射频的平均电位是Vd。， 而射频的电压幅值是Vy当输入到第二电极120的偏压电压的电位小于供应射频功率但不供应偏压电压时的第二电极120的电位时，第二电极120中的射频的平均电位Vd。下降。随着平均电位Vd。 的降低，图2所示的曲线图在方向上有所改变，其中除地电位外整体电位都降低了(第一电极110上的电位和等离子体中的最小电位)。因此，可将等离子体电位调节到小于供应射频功率但不供应偏压电压时的电位。图3是示出当等离子体电位降低时为什么衬底10上的离子轰击减少的原因的曲线图。离子轰击的量由等离子体电位和第一电极110(也就是，衬底10)电位之间的差异而确定。当等离子体电位降低时，等离子体电位和第一电极110的电位之间的差异减小，而衬底10上的离子轰击减少。图4是示出在执行成膜过程时为什么要控制偏压电压以使偏压电流小于特定值的原因的曲线图。如上所述，当偏压电压降低以使等离子体电位接近零时，在第一电极110 与第二电极120之间流动的DC电流在等离子体电位为零之前快速地增大。当等离子体电位小于这个点(也就是，当偏压电压降低时)的等离子体电位时，等离子体变得不稳定，这导致成膜过程中的问题。因此，在执行成膜过程时，优选的是，偏压电压(也就是等离子体电位)大于偏压电流快速增大的那个点时的等离子体电位。接着，将描述本实施例的操作与效果。在本实施例中，将用于产生等离子体的射频功率供应给第二电极120。另外，将DC偏压功率供应供应给第二电极120，以使第二电极 120的电位小于供应射频功率但不供应偏压功率时的电位。以此方式，等离子体电位低于不提供偏压电压时的电位，减少了从等离子体入射到衬底10的离子的轰击。当等离子体电位 Vp低于100V时，这个效果是显著的。为了实现这个效果，衬底10需要与第一电极110电连接以使其不带电。离子轰击的降低是有效的，例如，在薄膜太阳能电池的光电转换层的形成中，且改进了所形成的光电转换层的膜质量。由于膜一般由中性原子团的沉积形成，入射离子对在衬底10上形成的膜的成长速率的影响是较小的。此处并不直接测量等离子体电位，而是由平均电位Vd。和第二电极120的电压幅值 Vtlp计算出的。因此，与例如将朗缪尔(Langmuir)探针插入到等离子体内并可将所计算的结果反馈给沉积条件的测量相比较，实践中可能在成膜的同时测量等离子体电位，而对等离子体没有任何影响。由于第二电极120和电极电位测量单元410通过测量线412彼此连接，测量线412是仅用于测量的线，因此可准确地测量出第二电极120的电位。因此，可实现上述的控制操作。在本实施例中，操作者，而不是控制单元420，可调节偏压电压。图5是示出根据第二实施例的成膜装置的结构的示图。根据本实施例的成膜装置具有与根据第一实施例的成膜装置一样的结构，除了其具有提供偏压电压的AC电源312。 从AC电源312输出的AC电压的频率小于从射频电源210输出的射频功率的频率，其为例如小于或等于离子可跟随的1MHz。控制单元420将AC电源312的平均电压视为与使用DC 电源310时的DC电压相同，藉此控制AC电源312。也就是说，从AC电源312输出的AC功率的平均电压不是零，而是，例如，通过将AC电压重叠在DC电压上或通过半波整流AC电压而得到的电压。在此实施例中，当AC电压的幅值不大的时候，可得到与第一实施例中一样的效
果ο图6是示出根据第三个实施例的成膜装置的结构的示图。根据此实施例的成膜装置具有与根据第一个实施例的成膜装置一样的结构，除了以下几点。首先，第一电极110并不直接接地，而是通过仅能使射频功率通过的射频滤过器230接地。另外，供应偏压电压的 DC电源310通过射频截止滤波器320连接到第一电极110。用于测量第一电极110的电位的电极电位测量单元414通过测量线416与第一电极110相连接。与连接DC电源310与第一电极110的电线分离地设置测量线416。将由电极电位测量单元414所测得的值输出到控制单元420。在本实施例中，电极电位测量单元410测量第二电极120的电位并将该测量结果输出到控制单元420。电极电位测量单元414测量第一电极110的电位并将该测量结果输出到控制单元420。控制单元420控制从DC电源310输出的偏压电压，以使第一电极110 的电位接近于等离子体电位。由于在未施加偏压电压时等离子体电位是正的，所施加的偏压电压是正的。控制单元420使用与第一实施例中相同的方法来计算等离子体电位。图7是示出本实施例中衬底10上的离子轰击减少的曲线图。当DC电源310向第一电极110输出正电压时，第一电极110的电位，即衬底10的电位变为正向并接近于等离子体电位。因此，等离子体电位与衬底10的电位之间的差异减小，且衬底10上的离子轰击减少。由此，在本实施例中，可获得与第一实施例相同的效果。图8是示出根据第四个实施例的成膜装置的结构的示图。该成膜装置具有与根据第三实施例的成膜装置相同的结构，除了其包括根据第二实施例的AC电源312，而不是DC 电源310。在本实施例中，可获得与第一实施例相同的效果。图9是示出根据第五个实施例的成膜装置的结构的示图。该成膜装置具有与根据第一到第四实施例的任一个的成膜装置相同的结构，除了其在衬底10上连续执行成膜过程。图9示出类似于根据第一实施例的结构。在根据本实施例的连续成膜过程中，使用了柔性衬底10。该柔性衬底10选自，例如，由聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、聚萘二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜制成的树脂膜。衬底10可通过在上述提到的树脂膜上设置导电层而形成。衬底10可以是柔性金属膜，诸如柔性不锈钢膜、柔性铁膜、柔性钛膜或者柔性铝
当衬底10是涂覆导电层的金属膜或树脂膜时，衬底中不执行成膜过程的一部分与膜运输辊(未示出)或沉积室100的载入口(carry-in port)或载出口(carry-out port)相接触。因此，第一电极110和沉积室100通过该衬底10彼此电连接。具体地，在根据第一和第二实施例的成膜装置中没有问题。然而，难以将本实施例应用到根据第三和第四实施例的成膜装置中，在这些成膜装置中向第一电极110施加了偏压电压。然而，当形成在树脂膜上的导电膜被切割以具有绝缘性质或当运输辊和沉积室100的载入口和载出口用绝缘材料电绝缘时，可应用本实施例。在本实施例中，可获得与在第一实施例相同的效^ ο参考附图已经描述了本发明的实施例。本发明是仅仅说明性的，可使用除了上述之外的各种结构。在上述实施例中的每一个实施例中，描述了成膜装置，但是可将与上述实施例中的每一个相同的偏压电压施加给例如干法蚀刻装置。在此情况下，可执行几乎没有因离子轰击引起的损伤的蚀刻。示例(示例 1)在两实例之间进行比较实验，在一个实例中在匹配箱220的输出端(在匹配箱220 的接近于第二电极120的端子处)测量第二电极120的电位，而在另一个实例中使用测量线412测量该电位。成膜装置具有与根据第一实施例的成膜装置相同的结构。使用12sCCm的SiH4 和1700SCCm的氢气作为原料气体。沉积室100的压力是12托(torr)，衬底10的温度是 200°C。射频电源210的频率与功率分别为40MHz和50W到200W。使用示波器作为电极电位测量单元410。示波器测量的电位是由表达式1表示的正弦波，且其频率为40Mhz，其为功率供应的值。图10示出示波器测出的射频功率的电压幅值Vtlp与射频电源210的功率之间的关系。如图10中可看出的，匹配箱220的输出端的电压幅值Vtlp与第二电极120的电压幅值 Vtlp有极大不同。当测量供应给第二电极120的射频电流时，射频电流在50W时为4A，在200W时为 5. 7A，均为大值。可考虑这是由于匹配箱220和第二电极120之间没有连接电子元件，但是电压降由于在40MHz射频时导线的电感而发生。这个结果证明优选使用作为专用线的测量线412，以便于随第二电极120的电位控制偏压电压。(示例 2)插入射频截止滤波器320以防止在将DC电压叠加到第二电极120时，射频电源 210产生的射频功率流入DC电源310。为了确认此效果，将示波器连接到射频截止滤波器 320的后端以测量射频功率的泄漏。因此，所测得的结果超出检测范围。(示例 3)使用与第五实施例中相同的装置来检查是否能通过在第二电极120上叠加DC电压来降低等离子体电位。
使用30sccm的SiH4和1700sccm的氢气作为原料气体。沉积室100的压力是4 托，射频电源210的频率和功率分别为27MHz和300W。使用示波器作为电极电位测量单元 410。在将DC电源310的输出电压Vb从OV改变为-350V时测量第二电极120的电压。使用涂覆Ag薄膜的聚酰亚胺膜作为衬底10。由于衬底10的两个端部都接触沉积室100，因此衬底10位于地电位。 图11是示出平均电压Vde和第二电极120的电压幅值Vtlp与负DC偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。图11还示出计算为(I+VJA的等离子电位vp。Vde等于Vb。因此，将DC电源310产生的电压不加任何改变地施加到第二电极120。 另外，在不施加DC偏压时，自偏压电压Vd。(浮动电位)是-2V，约为零。可认为由于对称的电极结构或相对高压，该电位是对称的。随着-Vb增加Vtlp增加。然而，当偏压电压Vb在负方向上增加时，等离子体电位Vp 降低。反之，施加正向DC偏压时，等离子体电位￥1)升高。这样，可能通过将DC偏压电压叠加到第二电极120上来控制等离子体电位\。估计在偏压电压Vb为约-350V时等离子体电位Vp是零。然而，第二电极120的电位改变，难以测量该电位。实践中，等离子体随时间变化，难以获得稳定的放电。可认为，在等离子体电位小于或等于OV时难以保持射频放电， 这导致不稳定的放电。图12是示出由于施加DC偏压而流动的DC电流Ib与负DC偏压电压-Vb之间的相关性的曲线图。随着-Vb的增加，DC电流Ib趋向于增加并饱和。然而，当-Vb大于300V时， DC电流Ib快速增加。在示例3中，边界值为约320V，这略小于等离子体电位Vp为零时的负偏压电压(-Vb = 350V)。第二电极120的外壳的厚度随着-Vb的增加而增加。在没有偏压电压输入的情况下，外壳厚度为约1mm。在负DC偏压电压Vb为-200V时，等离子体从电极之间的中心向第一电极110偏移。然后，当满足-Vb > 320V且偏压电流快速增加时，等离子体分布在电极平面上以使在电极的平面方向上不均勻。第二电极120的外壳的一部分达到第一电极110 处，且等离子体看起来将要分散在第一电极110的表面。在此状态中，平均电压Vdc和第二电极120的电压幅值VOp波动且不具有稳定的值。如上所述，当向第二电极120施加负偏压候，排斥力作用在等离子体中的电子上， 且该等离子体远离第二电极120。此时电流快速增加，第二电极120的外壳的一部分达到第一电极110处，且认为DC放电在此部分发生，这导致电流增加。这被认为是从射频放电状态到DC放电状态的转换阶段。这个结果表明在偏压电流没有快速增加的时间段可得到稳定的射频放电。另外，在等离子体电位为零的负偏压电压(-Vb = 350V)下执行成膜过程时，在衬底10上沉积细粒子。因此，没有形成膜。(示例4)在示例3中，使用没有涂覆金属膜的玻璃作为衬底10。由于玻璃具有绝缘性，DC偏压电流不太可能流动。因此，当使用导电衬底作为衬底10时，在负DC偏压电压 Vb为-100V时，偏压电流是0. 29L·反之，当使用玻璃作为衬底10时，在相同条件下偏压电流被减至0. 11A。认为这是因为电流流向第一电极110的未用衬底10覆盖的区域。因此， 本发明的这个示例证明了优选衬底10的成膜表面与第一电极110电连接。(示例 5)
验证了用于减少离子轰击以改进微晶硅薄膜太阳能电池的技术。在作为其上涂覆有Ag膜作为后电极的聚酰亚胺膜的衬底10上顺序地形成η-型微晶硅层(约30nm)、i-型微晶硅层(约2μπι)、ρ-型微晶硅层(约30nm)、由ITO制成的透明电极膜和由Ag制成的梳状(comb-shaped)电极。通过等离子体CVD方法形成微晶硅层中的每一层。通过将图9 所示的三个成膜装置连接起来来配置成膜装置，并按η-层、i-层和ρ-层的顺序来沉积微晶硅层。当形成i_型微晶硅层时仅施加偏压电压。当形成i_型微晶硅层时，使用SiH4和氢气作为原料气体。当形成η-型微晶硅层和ρ-型微晶硅层时，使用通过分别向SiH4和氢气添加磷化氢气体和乙硼烷气体所得的气体作为原料气体。通过溅射法形成作为后电极的 Ag膜和ITO透明电极膜，而通过蒸镀法形成梳状电极。作为光电转换层的i-型微晶硅层的沉积条件的细节如下。作为成膜装置，使用根据第五实施例的成膜装置。使用20SCCm的SiH4和1700SCCm的氢气作为原料气体。沉积室 100的压力是4托，衬底10的温度是200°C。射频电源210的频率与功率分别为27MHz和 300W。叠加到第二电极120上的0(偏压电压￥13为“无”(浮动电位-3￥)、-50￥、-100￥、-20(^ 和-300V。衬底10接触第一电极100，且衬底10的两端均接触沉积室100。因此，衬底10 位于地电位。图13示出第二电极120的射频电压幅值Vtlp、等离子体电位Vp以及偏压电流Ib与负DC偏压电压-Vb之间的相关性。该相关性与示例3中的一样。在示例5中，估计在所有样本中沉积条件是Vp > 0，且在DC偏压电压Vb为-350V时Vp是0V。作为微晶硅层的膜质量之一，硅的结晶度用拉曼光谱法来评价。使用结晶Si峰高度IeGlOcnT1)与a-Si峰高度U480CHT1)的比值I。/Ia作为表示结晶速率的参数。所制成的微晶硅薄膜太阳能电池的特性可用太阳能模拟器来测量。在此情况下， 测得光电转换效率为lOOmW/cm2的光强度。测量结果和沉积速率在表1中示出。[表1]
权利要求
1.一种成膜方法，包括将设置于沉积室中的第一电极接地； 在第一电极上设置衬底；向设置于沉积室中并面对第一电极的第二电极供应射频功率和偏压电压，藉此通过等离子体CVD在衬底上形成膜；和当供应射频功率和偏压电压时，将第二电极的平均电位调节成小于供应射频功率但不供应偏压电压时的第二电极的平均电位。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于形成在所述衬底上的膜是太阳能电池的光电转换层。
3.根据权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，所述光电转换层是晶态半导体或非晶态半导体。
4.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，所述偏压电压是DC电压或其平均值非零的AC电压。
5.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压，以使作为等离子体的相对于第一电极的电位的等离子体电位小于供应射频功率但不供应偏压电压时的等离子体电位，且大于零。
6.根据权利要求5所述的成膜方法，其特征在于，所述等离子体电位为(VdJVtlp)/2，其中所述第二电极的相对于第一电极的平均电位为Vd。且第二电极相对于第一电极的电压幅值为Vc^
7.根据权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压以使所述等离子体电位小于100V。
8.根据权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，测量线与所述第二电极相连，但与所述射频功率的功率供应线分离；和所述测量线用于测量第二电极的平均电位Vd。和电压幅值Vc^
9.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，通过去除从射频电源供应的高频分量的射频截止滤波器向第二电极供应所述偏压电压。
10.一种成膜方法，包括在设置于沉积容器中的第一电极上设置衬底；向第二电极供应射频功率以产生等离子体，所述第二电极设置于沉积室中并面对第一电极；向第一电极或第二电极供应偏压电压；以及根据(UVtlp)/2的等离子体电位控制所述偏压电压以执行等离子体CVD， 其中Vd。是第二电极相对于第一电极的平均电位，V0p是所述第二电极的相对于第一电极的电压幅值。
11.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压，以使所述等离子体电位小于供应射频功率但不供应射频电压时的等离子体电位，并执行等离子体CVD。
12.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压，以使作为等离子体的相对于所述第一电极的电位的所述等离子体电位大于零，并执行等离子体CVD以在所述衬底上成膜。
13.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压以使所述等离子体电位小于100V，并执行等离子体CVD。
14.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，形成在所述衬底上的膜是太阳能电池的光电转换层。
15.根据权利要求14所述的成膜方法，其特征在于，所述光电转换层是晶态半导体或非晶态半导体。
16.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，所述偏压电压是DC电压或其平均值非零的AC电压。
17.根据权利要求16所述的成膜方法，其特征在于，所述偏压电压是AC电压，且其频率低于射频功率的频率。
18.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，向第二电极供应所述偏压电压，以及所述第一电极接地。
19.根据权利要求18所述的成膜方法，其特征在于，在用于向第二电极供应偏压电压的偏压电压供应线上设置去除从射频功率供应的高频分量的射频截止滤波器。
20.根据权利要求18所述的成膜方法，其特征在于，测量线与所述第二电极相连，但与所述射频功率的功率供应线分离；和所述测量线用于测量第二电极的平均电位Vd。和电压幅值Vy
21.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，向第一电极供应所述偏压电压，以及所述第二电极不接地。
22.根据权利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，控制所述偏压电压，以使所述等离子体电位接近零，当所述等离子体电位低于特定值时在所述第一电极和第二电极之间流动的DC电流快速增大，以及当执行成膜处理时，控制所述偏压电压以使所述等离子体电位大于所述特定值。
23.根据权利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述等离子体CVD的材料气体包括从由以下气体构成的组中选出的至少一种气体含硅气体、含碳气体和含锗气体。
24.根据权利要求23所述的成膜方法，其特征在于，所述材料气体包括稀释气体和掺杂气体，所述稀释气体含有氢气和稀有气体中的至少一种气体。
25.根据权利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，形成在衬底上的膜是半导体膜。
26.根据权利要求25所述的成膜方法， 其特征在于，所述半导体膜含有硅、锗或碳。
27.根据权利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，所述衬底具有柔性。
28.根据权利要求27所述的成膜方法， 其特征在于，所述膜连续沉积在所述衬底上。
29.根据权利要求27所述的成膜方法，其特征在于，所述衬底至少由选自以下构成的组中的至少一种材料制成聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、聚萘二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜。
30.根据权利要求27所述的成膜方法， 其特征在于，所述衬底由金属膜制成。
31.根据权利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述衬底包括绝缘体基底和形成在所述基底表面上的导电膜。
32.根据权利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，形成在衬底表面上的膜与所述第一电极电连接。
33.根据权利要求1或10所述的成膜方法， 其特征在于，所述衬底由玻璃或金属制成。
34.根据权利要求1或10所述的成膜方法，其特征在于，所述射频功率的频率大于或等于13MHz。
35.一种成膜装置，包括沉积室，在该沉积室中在衬底上执行成膜过程； 设置在所述沉积室中的第一电极； 设置在所述沉积室中并面对所述第一电极的第二电极； 射频供应单元，向第二电极供应射频功率；以及连接至所述第二电极的测量线，其与射频功率的功率供应线分离地设置，且被用于测量所述第二电极的电位。
全文摘要
在沉积室中的衬底上执行成膜过程。第一电极设置在沉积室中并接地。在沉积室中设置面对第一电极的第二电极。射频电源向第二电极提供射频功率。DC电源向第二电极提供DC偏压电压。控制单元调节偏压电压以使其小于在提供射频功率但没有提供偏压电压时第二电极的电位。以此方式，有可能在防止沉积过程中膜沉积速率减小的同时改进膜质量。
文档编号H05H1/00GK102341891SQ200980157890
公开日2012年2月1日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年3月4日
发明者和田雄人, 松山秀昭 申请人:富士电机株式会社