特許 6194850 薄膜形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6194850

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】薄膜形成装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20170904BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20170904BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20170904BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20170904BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   H01L21/205

   C23C16/02

   C23C16/505

   H05H1/46 M

   H05H1/46 A

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-104987(P2014-104987)

(22)【出願日】2014年5月21日

(65)【公開番号】特開2015-220418(P2015-220418A)

(43)【公開日】2015年12月7日

【審査請求日】2016年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】大岸 厚文

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 哲也

(72)【発明者】

【氏名】三科 健

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８９１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０８８３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３５９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２４２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７１１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４０９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２４５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９８９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４３２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３７８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１２２７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３１−２１／３２、２１／３６５、

２１／４６９−２１／４７５、２１／８６、

３１／０４−３１／０６、５１／４２、

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象の基板が搭載されたサンプルホルダが格納されるチャンバーと、
前記チャンバーの内部に配置され、前記サンプルホルダに搭載された前記基板と対向する高周波電極と、
前処理工程に使用される前処理ガス、又は前記基板上に形成する薄膜の原料ガスを含む反応ガスのいずれかを、前記チャンバーの内部に供給するガス供給機構と、
前記サンプルホルダと前記高周波電極との間に高周波パルス電力を供給し、前記前処理工程において前記前処理ガスを含むプラズマを励起し、成膜処理工程において前記原料ガスを含むプラズマを励起する高周波電源と、
前記前処理工程において第１のデューティ比で前記高周波パルス電力を前記高周波電源から出力させ、前記成膜処理工程において前記第１のデューティ比よりもオン時間の比が長い第２のデューティ比で前記高周波パルス電力を前記高周波電源から出力させるように、前記高周波電源を制御する制御装置と
を備え、前記第１のデューティ比が、前記前処理工程において前記基板にダメージを与えず、且つ、前記前処理ガスを含む前記プラズマ中の水素ラジカルが前記基板の未結合手と結合することによるパッシベーション効果が得られるように設定されていることを特徴とする薄膜形成装置。

【請求項2】

前記前処理工程における前記高周波パルス電力よりも、前記成膜処理工程における前記高周波パルス電力の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。

【請求項3】

前記高周波電極の前記基板と対向する主面に、前記高周波電極を貫通する貫通孔の開口部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。

【請求項4】

前記開口部の口径が前記貫通孔の中間部分での直径よりも大きいように、前記開口部にテーパがつけられていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原料ガスをプラズマ化して基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜処理、エッチング処理、アッシング処理などにおいてプラズマ処理装置が用いられている。例えば、薄膜形成工程に使用される装置としてプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置が知られている。プラズマＣＶＤ装置では、成膜処理工程において高周波電力などにより原料ガスがプラズマ化され、化学反応によって基板上に薄膜が形成される。

【0003】

また、成膜処理の前処理として、プラズマ処理を行うことが有効である（例えば、特許文献１参照。）。この前処理によって、チャンバー内の残留ガスの除去や基板のパッシベーション効果の向上など、種々の効果が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０６−４５２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前処理が基板に与えるダメージや適正なパッシベーション効果を得るための前処理の条件について、これまで十分な検討が行われてこなかった。本発明は、基板に与えるダメージが小さく、且つ高いパッシベーション効果が得られる前処理を行える薄膜形成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、（ア）処理対象の基板が搭載されたサンプルホルダが格納されるチャンバーと、（イ）チャンバーの内部に配置され、サンプルホルダに搭載された基板と対向する高周波電極と、（ウ）前処理工程に使用される前処理ガス、又は基板上に形成する薄膜の原料ガスを含む反応ガスのいずれかを、チャンバーの内部に供給するガス供給機構と、（エ）サンプルホルダと高周波電極との間に高周波パルス電力を供給し、前処理工程において前処理ガスを含むプラズマを励起し、成膜処理工程において原料ガスを含むプラズマを励起する高周波電源と、（オ）前処理工程において第１のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源から出力させ、成膜処理工程において第１のデューティ比よりもオン時間の比が長い第２のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源から出力させるように、高周波電源を制御する制御装置とを備え、第１のデューティ比が、前処理工程において基板にダメージを与えず、且つ、前処理ガスを含むプラズマ中の水素ラジカルが基板の未結合手と結合することによるパッシベーション効果が得られるように設定されている薄膜形成装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、基板に与えるダメージが小さく、且つ高いパッシベーション効果が得られる前処理を行える薄膜形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の構成を示す模式図である。

【図2】前処理工程を説明するための模式図である。

【図3】前処理条件を変えてキャリアライフタイムを測定した結果を示す表である。

【図4】キャリアライフタイムの測定結果を示すグラフである。

【図5】本発明の実施形態に係る薄膜形成装置を用いた薄膜形成方法を説明するためのフローチャートである。

【図6】本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の高周波電極の例を示す模式図である。

【図7】図６に示した高周波電極の貫通孔の形状を説明するための、貫通孔の中心軸に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0010】

図１に示した本発明の実施形態に係る薄膜形成装置１０は、処理対象の基板１００上に薄膜を形成する薄膜形成装置である。基板１００は、例えば、半導体デバイスや太陽電池セルに使用されるシリコン基板などである。図１に示した薄膜形成装置１０は、基板１００が搭載されたサンプルホルダ１２が格納されるチャンバー１１と、チャンバー１１の内部に配置され、サンプルホルダ１２に搭載された基板１００と対向する高周波電極１３と、前処理工程に使用される前処理ガス１２１、又は基板１００上に形成する薄膜の原料ガスを含む反応ガス１２２のいずれかを、チャンバー１１の内部に供給するガス供給機構１５と、前処理工程において前処理ガス１２１を含むプラズマを励起し、成膜処理工程において原料ガスを含むプラズマを励起する高周波電源１４と、高周波電源１４を制御する制御装置１７とを備える。

【0011】

高周波電源１４は、サンプルホルダ１２と高周波電極１３間に高周波パルス電力を供給して、基板１００の上面においてプラズマを励起する。制御装置１７は、前処理工程において第１のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源１４から出力させ、成膜処理工程において第１のデューティ比よりもオン時間の比が長い第２のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源１４から出力させる。

【0012】

ここで、高周波パルス電力のデューティ比は、パルスのオン時間とオフ時間の比である。制御装置１７は、例えば、高周波電源１４の出力する高周波パルス電力のオン時間を１００μｓｅｃ〜１０００μｓｅｃの範囲で、オフ時間を１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃの範囲で、それぞれ独立して制御することができる。

【0013】

薄膜形成装置１０は、チャンバー１１内のガスを外部に排気するガス排気機構１６を更に備える。ガス排気機構１６には図示を省略するガス調圧弁が備えられ、チャンバー１１内の圧力を一定に保つ。

【0014】

ガス供給機構１５は、ガス供給源１８から供給される前処理ガス１２１又は反応ガス１２２をチャンバー１１内に供給する。ガス供給源１８は、前処理ガス１２１を格納する前処理ガス源１８１と、反応ガス１２２を格納する反応ガス源１８２を有する。ただし、反応ガス源１８２が複数の原料ガスを含む場合に、それらの原料ガスのいずれかを前処理ガス１２１として使用できる場合には、ガス供給源１８が前処理ガス源１８１を含まずに、反応ガス源１８２源のみを有する構造にしてもよい。ガス供給機構１５には図示を省略する流量調節計が備えられ、一定量の前処理ガス１２１又は反応ガス１２２をチャンバー１１内に供給する。

【0015】

なお、図１では、サンプルホルダ１２が、基板１００が垂直方向に搭載されるボートタイプのサンプルホルダである場合を例示した。サンプルホルダ１２はアノード電極として使用される。一方、高周波電極１３はカソード電極として機能する。図１に示したように、高周波電極１３の主面が、サンプルホルダ１２に搭載された基板１００にそれぞれ対向している。後述するように、高周波電極１３は、主面に凹部が形成されたホローカソード電極であることが好ましい。ホローカソード電極を用いたホローカソード放電によって、チャンバー１１内に高密度プラズマが安定に生成される。その結果、前処理ガス１２１や原料ガスが効率よく分解され、基板１００に対する前処理及び成膜処理を短時間で行うことが可能である。

【0016】

また、サンプルホルダ１２はヒータ１９上に配置されている。基板１００の温度が成膜処理などにおける最適温度になるように、サンプルホルダ１２に装着された基板１００の温度をヒータ１９によって設定可能である。

【0017】

薄膜形成装置１０によれば、原料ガスを適宜選択することによって、基板１００上に所望の薄膜を形成できる。例えば、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などを基板１００上に形成することができる。具体的には、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板１００上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が形成される。或いは、モノシラン（ＳｉＨ₄）ガスとＮ₂Ｏガスの混合ガスを、又はＴＥＯＳガスと酸素ガスを用いて、基板１００上に酸化シリコン（ＳｉＯx）膜が形成される。

【0018】

薄膜形成装置１０を用いた成膜処理では、基板１００のパッシベーション効果を高めたり、基板１００の表面をクリーニングしたりするために、前処理を行うことが有効である。即ち、成膜処理工程前の基板１００の表面を、例えばアンモニアの高周波プラズマに曝す。これにより、図２に示すように高周波プラズマ中の水素ラジカルが基板１００の未結合手（ダングリングボンド）と結合する。一般に、結晶シリコン系太陽電池の基板として使用される多結晶シリコン基板では、多結晶シリコンの粒界が欠陥となる。この欠陥にキャリアが補足され、太陽電池の変換効率が低下する。しかし、水素ラジカルが基板１００の未結合手と結合することにより、欠陥によるキャリアの補足が減少し、パッシベーション効果が高まる。その結果、基板１００におけるキャリアライフタイムが長くなる。したがって、上記の前処理を太陽電池の反射防止膜やパッシベーション膜の成膜工程の前に実施することにより、太陽電池の変換効率が向上する。

【0019】

本発明者らの検討によれば、ホローカソード放電による高密度プラズマを用いた前処理ではパッシベーション効果が特に高い。例えば、５ｓｅｃ程度の前処理で十分なパッシベーション効果が得られた。

【0020】

しかしながら、前処理において高周波電源１４の供給する高周波電力のパワーが大きすぎると、基板１００にダメージを与えてしまう。その結果、キャリアライフタイムが減少し、基板１００を用いたデバイスの性能が低下する。

【0021】

前処理時間を短く設定することによって、基板１００に与えるダメージを低減することはできる。しかし、前処理時間が短い場合には、チャンバー１１内でのプラズマが安定しない。

【0022】

一方、前処理における高周波電力のパワーが小さすぎると、ホローカソード放電によって高密度プラズマを生成させることによる効果を十分に得ることができない。このため、適正なパッシベーション効果を得るためには、前処理時間を一定程度以上に長くする必要がある。しかしながら、前処理工程の時間を長くするほど生産効率が低下してしまう。したがって、高周波電力のパワーを低下させるだけの対応では不十分である。

【0023】

また、成膜処理工程においては、高周波電力のパワーをできるだけ高くして成膜時間を短くし、生産効率を向上する必要がある。つまり、前処理工程と成膜処理工程とでは異なる特性のプラズマ放電が必要であり、その対応には高周波電源１４の出力変更だけでは困難である。

【0024】

これに対し、本発明者らは検討を重ねて、以下のように前処理工程に最適なプラズマ放電の条件を見出した。図３に、前処理条件を変えた場合の、成膜処理後の基板１００のキャリアライフタイムを測定した結果を示す。図３に示した条件１〜条件４は、高周波電源１４が出力する高周波パルス電力のパワー（以下において、「高周波パワー」という。）と高周波パルス電力のデューティ比、及び前処理時間を変化させている。ここで、基板１００はｎ型シリコン単結晶の太陽電池基板であり、成膜処理前のバルクライフタイムは８００μｍ程度である。成膜処理では、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を基板１００に形成した。

【0025】

なお、高周波電極１３には、図６、図７に示すホローカソード電極を使用した。図６、図７の詳細は後述する。また、サンプルホルダ１２の基板１００が搭載される垂直方向に延伸する基板プレートには、６９０ｍｍ×２２０ｍｍの矩形状の主面を有し、厚みが２ｍｍのカーボン板を使用した。これに対向する高周波電極１３は、７１０ｍｍ×２１０ｍｍの矩形状の主面を有し、厚みが５ｍｍの炭素材を使用した。高周波電源１４によって高周波電極１３に２５０ｋＨｚの高周波パルス電力を供給し、サンプルホルダ１２はヒータ１９によって４５０℃に加熱した。

【0026】

また、前処理は、前処理ガス１２１としてアンモニアガスのみを使用し、アンモニアガスの流量を３６００ｓｃｃｍ、チャンバー１１内の圧力を９５Ｐａとした。成膜処理の成膜条件は条件１〜条件４で同一として、原料ガスとしてモノシランガスとアンモニアガスの混合ガスを使用した。シランガスの流量は２１５０ｓｃｃｍ、アンモニアガスの流量は１２５００ｓｃｃｍであり、チャンバー１１内の圧力を９５Ｐａとした。なお、成膜処理では、高周波パワー４５００Ｗ、オン時間６００μｓｅｃ、オフ時間５０μｓｅｃの条件を使用した。

【0027】

図３に、アニール処理を行っていない場合の成膜処理直後のライフタイムＡ、６００℃でのアニール処理を行った場合のライフタイムＢ、７００℃でのアニール処理を行った場合のライフタイムＣ、及び８００℃でのアニール処理を行った場合のライフタイムＤを示した。ライフタイムの測定は、レーザが照射されたサンプルに発生するキャリアの量を測定するμ−ＰＣＴ法を使用した。図４は、条件１〜条件４でのライフタイムＡ〜Ｄをグラフ化したものである。

【0028】

図３に示したように、条件１での高周波パルス電力の高周波パワーは６０００Ｗ、高周波パルス電力のオン時間６００μｓｅｃ、オフ時間５０μｓｅｃ、且つ、前処理時間を５ｓｅｃとした。条件１では、成膜処理直後のライフタイムＡが短く、アニール処理を行ってもライフタイムは４４０μｓｅｃ程度である。これは、前処理での高周波パワーが高いために、基板１００がプラズマによりダメージを受けたためである。

【0029】

条件２では、条件１よりも前処理での高周波パワーを下げて３０００Ｗとしている。このため、条件２では、成膜処理直後のライフタイムＡが条件１よりも長く、アニール温度が６００℃のライフタイムＢは５３３μｓｅｃと長い。しかし、アニール温度が７００℃のライフタイムＣは低下し、アニール温度が８００℃のライフタイムＤは５μｓｅｃと著しく低下する。

【0030】

条件３は、高周波パワーを条件２と同じ３０００Ｗとしつつ、前処理時間を１０ｓｅｃとして条件２よりも長くしている。処理時間を長くしたことにより、アニール温度が６００℃〜７００℃の場合においても、ライフタイムＢ〜Ｃは７００μｓｅｃ以上の長い値を示し、アニール温度が８００℃のライフタイムＤでも１２５μｓｅｃである。このように、条件３は条件１〜２よりもライフタイムが長く、十分なパッシベーション効果が得られていると考えられる。

【0031】

条件４は、高周波パワーを条件１よりも低く、且つ条件２〜３よりも高い５０００Ｗとしている。そして、条件１〜３での高周波パルス電力のオン時間６００μｓｅｃ、オフ時間５０μｓｅｃに対して、条件４の高周波パルス電力のオン時間３００μｓｅｃ、オフ時間５０μｓｅｃとした。つまり、条件１〜３よりもオン時間の比が短く、デューティ比を小さくしている。その結果、前処理時間が条件３よりも短い５ｓｅｃであるにも関わらず、ライフタイムＢ〜Ｃは条件３と同等以上の７００μｓｅｃ以上である。

【0032】

上記のように、条件４によれば、比較的高い高周波パワーによって前処理時間を短くしつつ、オン時間の比を短くすることによって基板１００に与えるダメージを抑制し、ライフタイムを長くできる。これは、高周波パルス電力のデューティ比が小さいために、高エネルギーのイオンが一旦消滅する周期が短く、基板１００に高エネルギーのイオンが衝突する時間が短いためである。以上に説明したように、オン時間の比を短くして高周波パルス電力のデューティ比を小さくすることによって、基板１００に与えるダメージが小さく、且つ高いパッシベーション効果が得られる前処理を実現できる。高周波パワーが高いほど前処理時間を短縮でき、生産効率が向上する。このため、条件４の高周波パワーは成膜処理工程での高周波パワーよりも大きい。

【0033】

一方、成膜処理工程では、高周波パルス電力のデューティ比を小さくすると、成膜レートが低下する。その結果、成膜処理工程に要する時間が増大してしまう。このため、成膜処理工程での高周波パルス電力のデューティ比は、前処理工程でのデューティ比よりもオン時間の比を長く設定する。例えば、上記に示したように、前処理工程でのデューティ比をオン時間３００μｓｅｃ且つオフ時間５０μｓｅｃであるように設定し、成膜処理工程でのデューティ比をオン時間６００μｓｅｃ且つオフ時間５０μｓｅｃであるように設定する。これにより、成膜レートの低下を抑制しつつ、基板１００へのダメージを抑制できる。

【0034】

以下に、薄膜形成装置１０によって薄膜を形成する方法の例を、図５を参照して説明する。

【0035】

ステップＳ１１において、成膜処理対象の半導体シリコン基板である基板１００をチャンバー１１内に格納する。次いで、ステップＳ１２において、ガス供給機構１５によってチャンバー１１内に前処理ガス１２１を導入する。前処理ガス１２１は、アンモニア（ＮＨ₃）ガス、アンモニアと窒素（Ｎ₂）の混合ガス、或いは水素（Ｈ₂）ガスなどが使用される。

【0036】

ステップＳ１３において、ガス排気機構１６によってチャンバー１１内を減圧して、チャンバー１１内の前処理ガス１２１の圧力を所定の値に設定する。

【0037】

ステップＳ１４において高周波電源１４をオンし、高周波パルス電力をサンプルホルダ１２と高周波電極１３間に供給する。これにより、チャンバー１１内の前処理ガス１２１がプラズマ化され、成膜処理工程前の前処理が開始される。つまり、図２に示したように、前処理ガス１２１のプラズマ中の水素ラジカルが基板１００の未結合手（ダングリングボンド）と結合する。このとき、制御装置１７が、第１のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源１４から出力させる。第１のデューティ比及び高周波パルス電力や前処理工程の時間は、基板１００にダメージを与えず、且つ基板１００のパッシベーション効果が得られるように設定されている。例えばオン時間３００μｓｅｃ且つオフ時間５０μｓｅｃであるように第１のデューティ比を設定し、高周波パルス電力を５０００Ｗ、前処理工程の時間を５ｓｅｃに設定する。

【0038】

所定の時間、前処理を行った後、ステップＳ１５において高周波電源１４をオフし、前処理工程を終了する。その後、ステップＳ１６において、ガス排気機構１６によって前処理ガス１２１を排気し、チャンバー１１内を高真空にする。

【0039】

次いで、ステップＳ１７において、ガス供給機構１５によって反応ガス１２２をチャンバー１１内に導入する。そして、ステップＳ１８において、ガス排気機構１６によってチャンバー１１内が減圧され、チャンバー１１内の反応ガス１２２が所定のガス圧に調整される。

【0040】

その後、ステップＳ１９において高周波電源１４をオンし、所定の高周波パルス電力をサンプルホルダ１２と高周波電極１３間に供給する。これにより、チャンバー１１内の原料ガスを含む反応ガス１２２がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、プラズマ中の励起種を基板１００の表面で反応させ、基板１００の表面に薄膜が形成される。このとき、制御装置１７が、第２のデューティ比で高周波パルス電力を高周波電源１４から出力させる。所定の成膜レートが得られるようにオン時間の比が長い第２のデューティ比は、第１のデューティ比よりも大きく設定される。

【0041】

薄膜を所定の膜厚まで成長させた後、ステップＳ２０において高周波電源１４をオフし、成膜処理を終了する。その後、ステップＳ２１において、ガス排気機構１６によって反応ガス１２２を排気し、チャンバー１１内を高真空にする。以上により、基板１００上に薄膜が形成される。

【0042】

例えば結晶シリコン系太陽電池の製造においては、基板１００として、ｐ型シリコン基板上に表面拡散濃度が１×１０¹⁸〜１×１０²²のｎ型半導体層を形成した基板、或いは、ｎ型シリコン基板上に表面拡散濃度が１×１０¹⁸〜１×１０²²のｐ型半導体層を形成した基板などが採用可能である。また、太陽電池の反射防止膜として形成される薄膜は、屈折率が１．８〜３．０、膜厚が５０〜１５０ｎｍ程度の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などである。基板１００上に窒化シリコン膜からなる薄膜を形成するためには、原料ガスにはモノシラン、アンモニアなどが使用され、キャリアガスとして窒素、水素、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などが使用される。

【0043】

ところで、高周波電極１３にホローカソード電極を採用することにより、チャンバー１１内に高密度プラズマを安定に生成できる。その結果、前処理ガス１２１や原料ガスが効率よく分解され、基板１００に対する前処理及び成膜処理を短時間で行うことが可能である。前処理を短時間で行うことにより、基板１００に与えるダメージを低減できる。

【0044】

例えば、図６、図７に示すように、貫通孔１３０を有する高周波電極１３を採用可能である。高周波電極１３は、基板１００に対向する第１の主面１３１と第２の主面１３２にそれぞれ開口部が設けられ、第１の主面１３１と第２の主面１３２間を貫通する貫通孔１３０を有する。

【0045】

表面に開口部が設けられた高周波電極１３では、貫通孔１３０内部でのプラズマ生成がホローカソード放電であり、このホローカソード放電においては、電子が貫通孔１３０内部に閉じ込められ且つ運動エネルギーを持つことで、高密度電子の空間である高密度プラズマ領域が貫通孔１３０に形成される。

【0046】

図６に示すように、ホローカソード放電が生じる多数の貫通孔１３０を高周波電極１３の表面に一定の密度で形成することにより、高周波電極１３の第１の主面１３１と第２の主面１３２に均一の高電子密度電界を容易に形成することができる。これは、高密度プラズマが生成される空間が貫通孔１３０であるため、高周波電極１３の第１の主面１３１と第２の主面１３２間でプラズマの連続性が確保されているためである。つまり、貫通孔１３０を介するプラズマの両極性拡散の性質により、第１の主面１３１と第２の主面１３２間におけるプラズマ密度の濃淡の差が自動的に補正される。このため、薄膜形成装置１０では、高周波電極１３の両面で均一な高密度プラズマ領域の生成が可能である。

【0047】

なお、図７に示したように、貫通孔１３０の開口部分にテーパがつけられている。即ち、貫通孔１３０の開口部分の口径ｄ２は、貫通孔１３０の中央部分、即ち高周波電極１３内部での貫通孔１３０の直径ｄ１よりも大きい。例えば、貫通孔１３０の直径ｄ１が５ｍｍ、開口部分の口径ｄ２が７ｍｍであるように、テーパが設けられる。これにより、以下のような効果を奏する。

【0048】

貫通孔１３０のテーパを有する開口部分においても、高密度プラズマが形成される。したがって、漏斗形状の開口部を有する高周波電極１３によれば、低密度プラズマ領域が生成される第１の主面１３１と第２の主面１３２の平坦な領域の面積を狭く、高密度プラズマ領域の面積を広くできる。その結果、高周波電極１３の表面では全体的にプラズマ密度が高く、高周波電極１３を有する薄膜形成装置１０を用いて形成した膜の膜質が向上するなどの効果を奏する。

【0049】

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置１０では、前処理工程での高周波パルス電力のデューティ比を成膜処理工程よりも大きくする。これにより、基板１００に与えるダメージが小さく、且つ高いパッシベーション効果を得られる前処理を実現できる。その結果、基板１００中のキャリアライフタイムが長くなり、例えば太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【0050】

また、前処理工程と成膜処理工程とでそれぞれ高周波パルス電力のデューティ比を適切に設定することにより、前処理工程に要する時間を短縮すると共に、所望の成膜レートを確保できる。これにより、基板１００の特性を劣化させることなく、生産効率の低下が抑制される。

【0051】

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0052】

上記では、サンプルホルダ１２が基板１００を垂直に搭載するボートタイプである例を示したが、サンプルホルダ１２が他のタイプであっても本発明は適用可能である。例えば、基板１００を水平に搭載するカートタイプのサンプルホルダ１２の場合にも、高周波電極１３を水平方向に延伸させて基板１００と対向させた薄膜形成装置１０によって、上記の前処理及び成膜処理を行うことができる。

【0053】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0054】

１０…薄膜形成装置
１１…チャンバー
１２…サンプルホルダ
１３…高周波電極
１４…高周波電源
１５…ガス供給機構
１６…ガス排気機構
１７…制御装置
１８…ガス供給源
１９…ヒータ
１００…基板
１２１…前処理ガス
１２２…プロセスガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】