TWI504773B - 氧化鋁之成膜方法及濺鍍裝置 - Google Patents

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Description

氧化鋁之成膜方法及濺鍍裝置
本發明係關於一種用於太陽電池矽基板之鈍化膜之氧化鋁之利用反應性濺鍍之成膜技術。
近年來，伴隨著尋求太陽電池之高效化，亦在尋求p型矽表面之有效之鈍化膜。而且，關於矽晶圓p型面，具有正電荷之SiNx於場效上不能稱為適當，較理想為尋求一種具有負電荷之膜。
已知作為具有該負電荷之鈍化膜，以氧化鋁(Al2 O3 )為佳。而且，先前為了將氧化鋁用作鈍化膜，一直採用ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)法及PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，電漿增強化學氣體沈積)法。然而，ALD法成膜速度極慢、生產性較差，故而存在不適於量產之問題。又，PE-CVD法中使用所謂TMD(三甲基鋁)液之易燃性液體，故而存在需要密切注意裝置設計及原料之處理之問題。
另一方面，亦正在研究利用磁控濺鍍法之氧化鋁膜之成膜。磁控濺鍍法作為薄膜形成方法之一而廣泛應用於半導體、液晶顯示裝置、磁性記錄裝置、光學薄膜等製造領域中。於磁控濺鍍法中有高頻磁控濺鍍法(專利文獻1)或反應性DC(Direct Current，直流)磁控濺鍍法(專利文獻2)等，該高頻磁控濺鍍法係使用氧化物、氮化物、氟化 物等化合物靶材，藉由將高頻電源用作濺鍍電源而形成化合物之薄膜，該反應性DC磁控濺鍍法係使用金屬靶材，將直流電源用作濺鍍電源，並且導入反應性氣體，從而形成金屬之氧化物、氮化物、氟化物等之薄膜，無論哪種方法均係根據用途而被廣泛使用。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-31493號公報
[專利文獻2]日本專利特開平8-232064號公報
然而，由於氧化鋁之硬度非常高、或靶材表面由鋁之氧化物覆蓋，故而即便採用專利文獻1、2之方法，亦存在難以提昇成膜速度之問題。又，為了於濺鍍法中於p型Si表面形成鈍化效果較佳之氧化鋁膜，必須以較高精度將所要成膜之氧化鋁之氧化度控制為固定。然而，於藉由專利文獻1、2之方法成膜氧化鋁膜之情形時，通常係進行以電力固定模式驅動濺鍍電源之控制(濺鍍電壓之定電力控制)，因而氧化鋁之氧化度因躍遷模式之成膜而變得不穩定。因此，亦存在鋁過度氧化、或氧化變得不充分之情況交替重複，而使所要成膜之氧化鋁之氧化度不穩定等問題。
本發明係為解決此種問題而完成者，其目的在於提供一種於反應性濺鍍中能夠使氧化度穩定地、且以較快之成膜速度成膜氧化鋁之技術。
為解決上述問題，第1態樣之氧化鋁之成膜方法係於設置有形成靜磁場之磁控陰極之真空容器中，將濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體以該真空容器內之壓力達到目標壓力之方式進行控制並導入，對設置於 該陰極之鋁靶進行濺鍍，於與該鋁靶對向之矽基板上形成氧化膜；且包括以下步驟：第1電漿產生步驟，其係於導入有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之真空容器內產生電漿；第2電漿產生步驟，其係對上述鋁靶施加負電壓、包含負電壓與正電壓之直流脈衝、或交流之任一種濺鍍電壓，藉由上述靜磁場而產生磁控電漿；及控制步驟，其控制導入至上述真空容器內之上述反應性氣體之導入量；上述第2電漿產生步驟係將上述濺鍍電壓進行定電壓控制之步驟；上述控制步驟係如下步驟，即，以流動於上述磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制上述第2電漿產生步驟中上述反應性氣體之導入量；上述第1電漿產生步驟係如下步驟，即，使用設置於上述真空容器內且包含卷數未達一圈之導體之高頻天線，至少於上述第2電漿產生步驟中產生高頻電感耦合電漿。
第2態樣之氧化鋁之成膜方法係如第1態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標電流值係所要成膜之氧化鋁之氧化度成為如下氧化度時之上述濺鍍電流值，即化學計量之氧化鋁與氧化度較化學計量之氧化鋁低之氧化鋁各自之氧化度之邊界附近的氧化度。
第3態樣之氧化鋁之成膜方法係如第1或第2態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述控制步驟係如下步驟，即，根據上述反應性氣體之電漿發光強度之變化而預測上述濺鍍電流值之變化，以上述濺鍍電流值達到上述目標電流值之方式，控制上述反應性氣體之導入量。
第4態樣之氧化鋁之成膜方法係如第1或第2態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓為負電壓。
第5態樣之氧化鋁之成膜方法係如第1或第2態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標壓力為0.2Pa以上且7Pa以下。
第6態樣之氧化鋁之成膜方法係如第5態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標壓力為0.4Pa以上且2Pa以下。
第7態樣之氧化鋁之成膜方法係如第1或第2態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓之負電壓之絕對值為100V以上且300V以下。
第8態樣之氧化鋁之成膜方法係如第7態樣之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓之負電壓之絕對值為150V以上且250V以下。
第9態樣之濺鍍裝置係於設置有形成靜磁場之磁控陰極之真空容器中，將濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體以該真空容器內之壓力達到目標壓力之方式進行控制並導入，對設置於該陰極之鋁靶進行濺鍍，於與該鋁靶對向之矽基板上形成氧化膜；且包括如下構件：電漿產生氣體導入部，其將上述濺鍍氣體及上述反應性氣體導入至上述真空容器內；控制部，其控制藉由上述電漿產生氣體導入部導入至上述處理空間之上述反應性氣體之導入量；高頻天線，其設置於上述真空容器內且包含卷數未達一圈之導體；高頻電源，其對上述高頻天線供給高頻電力，以使得於導入有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之上述真空容器內產生高頻電感耦合電漿；及濺鍍用電源，其對上述鋁靶施加負電壓、包含負電壓及正電壓之直流脈衝、或交流之任一種濺鍍電壓，以使得藉由上述磁控陰極所形成之靜磁場而於導入有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之上述真空容器內產生磁控電漿；且上述濺鍍用電源將上述濺鍍電壓進行定電壓控制；上述控制部係以流動於上述磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制於上述磁控電漿之產生過程中上述電漿產生氣體導入部導入至上述真空容器內之上述反應性氣體之導入量。
根據本發明，第1電漿產生步驟係使用設置於導入有濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體之真空容器內且包含卷數未達一圈之導體之高頻天線，至少於第2電漿產生步驟中於真空容器內產生高頻電感耦合電 漿。而且，第2電漿產生步驟係對靶材施加濺鍍電壓並產生磁控電漿。因此，藉由氧自由基之增加、成膜對象基板上之氧化反應之促進、以及伴隨其等而產生之經氧化之靶材表面之軟化之綜合性效果，而使成膜速度高速化。又，根據本發明，於第2電漿產生步驟中將濺鍍電壓進行定電壓控制，並且以流動於磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制第2電漿產生步驟中反應性氣體之導入量。於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形，即以電壓固定模式驅動濺鍍電源之情形時，形成於基板上之氧化鋁膜之氧化度係穩定於與真空容器內之氧氣量、即反應性氣體量相應之穩定之平衡點。又，於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形時，鋁靶表面之氧化度越高，即真空容器內之反應性氣體量越多，則濺鍍電流值變得越大，並且成膜於基板上之氧化鋁之氧化度亦變得越高。因此，根據本發明，藉由以濺鍍電流值達到目標電流值之方式將反應性氣體導入至真空容器內，無關例如由於吸附於基板之水分等而產生之反應性氣體等干擾因素，而可使形成於基板上之氧化鋁膜之氧化度穩定。即，可使氧化度穩定地、且以較快之成膜速度成膜氧化鋁。
10‧‧‧濺鍍裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧磁控濺鍍用磁鐵
14‧‧‧底板(陰極)
15‧‧‧基板平台
17‧‧‧窗部
18‧‧‧靶材．天線配置部
19‧‧‧電漿產生氣體導入部
20‧‧‧氣體導入口
24‧‧‧靶材保持部
51‧‧‧曲線
52‧‧‧曲線
53‧‧‧曲線
54‧‧‧曲線
55‧‧‧曲線
60‧‧‧靶材(鋁靶)
74‧‧‧基板
80‧‧‧高頻天線
90‧‧‧電漿產生部
111‧‧‧分光器
112‧‧‧探針
113‧‧‧處理室
151‧‧‧冷媒
161‧‧‧高頻電源
162‧‧‧濺鍍用電源
163‧‧‧匹配電路
164‧‧‧電流計
181‧‧‧靶材配置塊
182‧‧‧天線固定塊
189‧‧‧陽極
191‧‧‧反應性氣體供給部
192‧‧‧流量控制器
200‧‧‧控制部
351‧‧‧閘極
411‧‧‧保護管
601‧‧‧虛線框
602‧‧‧虛線框
603‧‧‧虛線框
G1‧‧‧曲線
G2‧‧‧曲線
G3‧‧‧曲線
Ia‧‧‧目標電流值
L1‧‧‧虛線
L2‧‧‧虛線
L3‧‧‧虛線
L4‧‧‧虛線
L11‧‧‧曲線
S1‧‧‧點
S2‧‧‧點
S3‧‧‧點
S110‧‧‧步驟
S120‧‧‧步驟
S130‧‧‧步驟
S140‧‧‧步驟
S150‧‧‧步驟
S160‧‧‧步驟
S170‧‧‧步驟
S180‧‧‧步驟
S190‧‧‧步驟
S200‧‧‧步驟
S210‧‧‧步驟
S220‧‧‧步驟
T21‧‧‧時間
t0‧‧‧時間
t1‧‧‧時間
t2‧‧‧時間
t3‧‧‧時間
t4‧‧‧時間
t5‧‧‧時間
t6‧‧‧時間
t7‧‧‧時間
t8‧‧‧時間
t9‧‧‧時間
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
圖1係例示實現實施形態之氧化鋁之成膜方法之濺鍍裝置之主要部分之概略構成的圖。
圖2係表示高頻天線之例之側視圖。
圖3係用以說明利用實施形態之氧化鋁之成膜方法之成膜之過程的模式圖。
圖4係模式性地表示實施形態之氧化鋁之成膜方法之效果的圖。
圖5係實驗實施形態之氧化鋁之成膜方法時之時間圖之一例。
圖6係例示實施形態之氧化鋁之成膜方法之順序之流程圖。
圖7係例示實施形態之氧化鋁之成膜方法之順序之流程圖。
圖8係模式性地表示濺鍍電流值與反應性氣體之電漿發光強度之關係的圖。
圖9係模式性地表示使用濺鍍電流值之變化之預測的反應性氣體之導入量之控制例的圖。
以下，基於圖式，說明本發明之一實施形態。於圖式中係對具有相同之構成及功能之部分標附相同符號，且於下述說明中省略重複說明。又，各圖式係模式性地予以表示，例如各圖式中表示物之尺寸及位置關係等未必被準確地圖示。又，於一部分圖式中，為說明方向而標附有XYZ正交座標軸。該座標軸中Z軸之方向表示鉛垂線之方向，XY平面為水平面。
<關於實施形態：> <1.濺鍍裝置之構成>
圖1係例示實現實施形態之氧化鋁之成膜方法之濺鍍裝置10之主要部分之概略構成的圖。圖2係表示高頻天線80之例之側視圖。以下，參照圖1、圖2，對濺鍍裝置10之構成進行說明。
濺鍍裝置10係用以藉由離子而對板狀之單金屬之鋁靶(亦簡稱為「靶材」)60進行濺鍍而於基板74之表面形成特定之薄膜之裝置。鋁為導電性。
濺鍍裝置10包括如下構件：腔室(「真空容器」)11，其可藉由真空泵(未圖示)使內部成為真空；電漿產生氣體導入部19，其將電漿產生氣體導入至經真空排氣之腔室11內；靶材保持部24，其設置於腔室11內且保持靶材60；基板平台15，其保持成膜對象之基板74；及濺鍍用電源162。又，濺鍍裝置10進而包括如下構件：控制部200，其具備電腦等且總括控制濺鍍裝置10之各部之動作；反應性氣體供給部191，其將氧氣之反應性氣體供給至腔室11內；流量控制器192，其設 置於反應性氣體供給部191之配管路徑中；分光器111，其可測定入射至光纖探針之光之分光強度。控制部200與濺鍍裝置10之各部電性連接，且下述目標電流值等控制濺鍍裝置10所必需之各種資訊預先記憶於控制部200內之記憶部中。
基板平台15係以保持於靶材保持部24之靶材60之表面(+Z側之面)與基板74之表面(-Z側之面)隔開特定之距離而對向之方式保持基板74。於基板74之正下方(緊靠基板74之-Z側之附近)，可開閉之省略圖示之成膜擋板至少遍及基板74之全域而設置。又，濺鍍用電源162藉由對底板(「陰極」)14施加負電壓之直流之濺鍍電壓(「陰極外加電壓」、「偏壓電壓」)、或包含負電壓及正電壓之脈衝狀之濺鍍電壓(「脈衝直流電壓」)、或者交流之濺鍍電壓，而於靶材60及保持於基板平台15之基板74之間產生磁控電漿用之電場。濺鍍用電源162係以電壓固定模式被驅動，自濺鍍用電源162之電壓輸出係以成為定電壓之方式被控制。即，濺鍍用電源162將濺鍍電壓進行定電壓控制。流動於下述磁控陰極之濺鍍電流值(「偏壓電流值」)由設置於濺鍍用電源162之電流計164檢測，並供給至控制部200。藉由使氧化鋁之成膜過程中鋁靶60之表面之氧化度(「氧化率」、「氧化狀態」)穩定，而可形成高品質之鈍化膜。若進行定電壓控制，則與進行定電力控制之情形相比，可容易使所要成膜之氧化鋁之氧化度穩定。又，基板平台15具備省略圖示之加熱器或冷卻機構，控制基板74之溫度。
又，濺鍍裝置10進而具備電漿產生部90，該電漿產生部90產生導入至腔室11內之電漿產生氣體之高頻電感耦合電漿。基板平台15經由安裝構件而設置於腔室11之上部之內壁。
又，電漿產生部90具備不接觸靶材60之側面而沿該側面所配置之線狀高頻天線(「電漿源」)80。高頻天線80係由金屬製管狀導體所構成。而且，電漿產生部90藉由高頻天線80而產生濺鍍氣體與反應性 氣體各自之高頻電感耦合電漿。
而且，濺鍍裝置10藉由利用磁控電漿與高頻電感耦合電漿之混合電漿的靶材60之濺鍍而於基板74上之二維區域進行成膜，該磁控電漿係藉由下述磁控濺鍍用磁鐵12所形成之靜磁場於靶材60之表面部分產生之電漿產生氣體之磁控電漿，該高頻電感耦合電漿係電漿產生部90所產生之電漿產生氣體之高頻電感耦合電漿。
於腔室11之側面設置有可開閉之閘極351。成膜對象之基板74係自閘極351搬入至腔室11內，藉由未圖示之固定構件安裝於基板平台15之後，實施利用濺鍍之成膜，自閘極351搬出至腔室11之外部。於對基板74進行成膜時，在成膜之前，將基板74搬入至腔室11內，於閘極351被封閉之狀態下，藉由未圖示之真空泵，將作為腔室11之內部空間之處理室113真空排氣。
繼而，於閘極351被關閉之狀態下，電漿產生氣體自電漿產生氣體導入部19之氣體導入口20導入至腔室11內，藉此，處理室113維持於固定壓力下、固定氣體分壓下。氣體導入口20形成於例如高頻天線80與靶材60之間之部分等。於電漿產生部90具備複數個高頻天線80之情形時，氣體導入口20分別設置於例如與各高頻天線80相對應之位置。
為了藉由反應性濺鍍而成膜作為鋁之氧化物之氧化鋁，濺鍍裝置10可使用為惰性氣體之Ar氣體或Kr氣體等濺鍍氣體及氧氣(O2 )之反應性氣體作為電漿產生氣體。濺鍍氣體係自省略圖示之濺鍍氣體供給部經由電漿產生氣體導入部19而供給。又，電漿產生氣體導入部19係經由配管與流量控制器192連接，流量控制器192係經由配管與供給所貯存之反應性氣體之反應性氣體供給部191連接。而且，控制部200監測自濺鍍用電源162供給之濺鍍電流值，控制部200藉由控制流量控制器192，而控制自反應性氣體供給部191供給至腔室11內之反應性氣體 之導入量。又，於腔室11之側壁，設置有將腔室11內密閉並且可使腔室11內之電漿發光透過之窗部17，於窗部之附近，以電漿發光可入射之方式設置有分光器111之探針112。分光器111係構成為，至少將作為氧氣之反應性氣體之電漿發光之明線之波長的波長777nm之光進行分光，而可檢測其強度。分光器111經由窗部17而檢測之經分光之電漿之發光強度被供給至控制部200。控制部200可根據所供給之發光強度中之氧氣之反應性氣體之電漿發光之強度，而如下所述般控制反應性氣體之導入量。
於腔室11之底部設置有開口，並且以自下側堵住該開口之方式安裝有用以收容下述底板14及磁控濺鍍用磁鐵(永久磁鐵)12(統稱為磁控陰極)、以及高頻天線80之靶材．天線配置部18。靶材．天線配置部18與腔室11之底部之連接部藉由密封材料得以確保氣密性。因此，靶材．天線配置部18之壁具有作為腔室11之壁之一部分之作用。於靶材．天線配置部18，於基板平台15之正下方之位置，設置有靶材配置塊(靶材配置部)181。並且，於靶材．天線配置部18之壁內(即腔室11之壁內)且靶材配置塊181之側方，以夾著靶材配置塊181之方式設置有1對天線固定塊182。磁控陰極於靶材60之表面附近形成靜磁場。
於靶材配置塊181之上部有腔室11之處理室113。於靶材配置塊181內載置有磁控濺鍍用磁鐵12。於磁控濺鍍用磁鐵12之上表面設置有底板14，並且與底板14對向之基板平台15設置於腔室11之上側內壁。基板平台15接地。再者，基板平台15亦可為未接地之浮動狀態。磁控濺鍍用磁鐵12之上下方向之位置被調整為，設置於其上表面之底板14上所載置之靶材60之上表面配置於靶材．天線配置部18之上端附近(無需為與上端相同之位置)。又，靶材60係藉由底板14及靶材保持部24而保持於底板14之上表面(+Z側之面)。藉由如此般設置磁控濺鍍用磁鐵12及底板14(統稱為磁控陰極)，而將靶材60配置於腔室11之面 向處理室113之空間內。
磁控濺鍍用磁鐵12係於包含保持於靶材保持部24之靶材60之表面之區域形成靜磁場(磁控磁場)，從而可於靶材60之表面部分形成電漿。靶材60之表面部分之電漿之擴散方式係根據導入至腔室11之電漿產生氣體之分壓、或磁控濺鍍用磁鐵12所產生之磁控磁場或對靶材賦予之電壓之強度等而變動。
又，於靶材配置塊181上端與腔室11之處理室113之邊界，以自靶材配置塊181之側壁朝向內側延伸且對靶材60之邊緣附近(包含邊緣之部分)保持一定之距離之方式，設置有陽極189。
於天線固定塊182內***有高頻天線80。又，濺鍍裝置10具備將高頻電力供給至高頻天線80之高頻電源161。高頻電源161經由匹配電路163連接於高頻天線80。
高頻天線80係用以支援利用磁控陰極濺鍍之電漿產生，例如，如圖2所示，將金屬製之管狀導體彎曲成U字形，於兩個天線固定塊182內，以「U」字上下逆向之狀態各立設有1個。再者，高頻天線80之配置態樣可進行多種變更。作為高頻天線80之形狀，例如亦可採用圓弧狀之形狀。又，高頻天線80之卷數未達一圈。為防止駐波之產生，高頻天線80之長度較佳為設定為高頻電源161所供給之電力之波長之1/4以下之長度。自高頻天線之一端供給高頻電力，另一端接地。藉此而產生電感耦合電漿。若採用此種高頻天線80，則與使用線圈狀(螺旋狀)之天線產生電感耦合電漿之方法相比，天線之電感較低，故而可降低天線之電壓，因此可抑制電漿損傷。又，由於將天線長度縮短至高頻之波長之1/4以下，故而可抑制起因於由駐波之影響所致之電漿不均的濺鍍不均(不均一性)。又，由於可將天線收容於腔室內，故而可提高濺鍍效率。進而，根據成膜對象之基板尺寸，增加高頻天線80之個數，並且增大靶材之尺寸，藉此，即便於基板尺寸較 大之情形時，亦可謀求濺鍍速度之提昇。
U字形之高頻天線相當於卷數未達1圈之電感耦合天線，由於電感較卷數為1圈以上之電感耦合天線更低，故而降低了產生於高頻天線之兩端之高頻電壓，抑制了伴隨對於產生之電漿之電容耦合而產生之電漿電位之高頻振盪。因此，降低了伴隨向對地電位之電漿電位振盪而產生之過剩之電子損耗，降低了電漿電位。藉此，可實現基板上之低離子損傷之薄膜形成製程。構成高頻天線80之金屬製管狀導體具有於使用濺鍍裝置10時藉由將水等冷媒151通過其內部而冷卻高頻天線80之功能。高頻天線80之高度方向之位置係被調整為，「U」字之底部較與靶材60之上表面同等程度之高度高出數厘米左右，以使得靶材60之表面附近之電漿密度變得更高。再者，由於靶材60及底板14等亦會變得異常高溫，故而較佳為與高頻天線80同樣地藉由冷媒151進行冷卻。
高頻天線80之上端側之一部分貫通天線固定塊182，向腔室11之內部側突設。高頻天線80之該突設部分由包含石英等之介電體之保護管411覆蓋。
再者，磁控濺鍍用磁鐵12於靶材60表面之水平磁通密度之最大值為20至50mT(毫特斯拉(millitesla))，即便為較無高頻電感耦合天線之支援之情形時之磁通密度(60至100mT)更低之磁通密度，亦可產生充分之電漿。
基板平台15可藉由設置於基板平台15之下表面之省略圖示之爪狀構件等而保持基板74。基板74例如包含矽晶圓等。
如上所述般構成之濺鍍裝置10係將濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體導入至設置有底板14之腔室11，並對設置於該陰極之鋁靶60進行濺鍍，於與該靶材60對向之基板74上成膜氧化鋁。
<2.關於氧化鋁之成膜過程>
圖3係用以說明可預測到於利用實施形態之氧化鋁之成膜方法之成膜過程中更多地產生之現象的模式圖。圖4係模式性地表示實施形態之氧化鋁之成膜方法之效果之圖。圖4之曲線G1表示通常(未進行基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援之情形時)之基於反應性磁控濺鍍之氧化鋁(Al2 O3 )之成膜速度與氧氣量之關係。曲線G2、G3表示進行基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援之本實施形態之氧化鋁之成膜方法的成膜速度與氧氣量之關係。曲線G2與施加負電壓之直流電壓作為濺鍍電壓之情形相對應，曲線G3與施加脈衝直流電壓或交流電壓作為濺鍍電壓之情形相對應。
<2-1.關於成膜速度之高速化>
於通常(未進行基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援之情形時)之利用反應性磁控濺鍍之氧化鋁(Al2 O3 )之成膜過程中，若腔室11內之氧分壓增加，則促進靶材60之表面上之氧化反應。若進而增加氧分壓，則其表面大致由化學計量之氧化鋁(Al2 O3 )覆蓋。由於化學計量之氧化鋁硬度較高，故而濺鍍產率降低，結果，成膜速度降低(包含較圖4之曲線G1之虛線L1更靠紙面右側之點S1之區域)。
由虛線框601~603(圖3)包圍之模式圖分別表示氧化鋁(Al2 O3 )之成膜過程之一部分，該氧化鋁(Al2 O3 )之成膜過程之一部分係可預測到產生於實施形態之氧化鋁之成膜方法、即進行基於藉由高頻天線80產生之高頻電感耦合電漿的電漿產生之支援的反應性磁控濺鍍時。再者，亦可預測到於該情形時，亦產生了通常之反應性磁控濺鍍之上述產生過程。
根據進行基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援的本實施形態之氧化鋁之成膜方法，即便施加負電壓之直流電壓、包含負電壓及正電壓之脈衝直流電壓、或者交流電壓之任一者作為濺鍍電壓，亦可充分地提高高頻電感耦合電漿之密度。而且，於處理室113內，與離 子相比，自由基變得異常多。而且，氧自由基積極地作用於成膜對象之基板74表面，藉此而促進了基板74表面之化學計量之氧化鋁(Al2 O3 )之產生。如此，基於氧自由基之基板74表面之氧化得以促進之結果(虛線框602內之模式圖)為，靶材表面可選擇較低之氧氣之添加量之濺鍍條件，因而促進了氧化度低於化學計量之氧化度之氧化鋁、即非化學計量之氧化鋁(AlO)之狀態下之濺鍍，從而使靶材表面軟化(虛線框601內之模式圖)。即，靶材表面成為較低之氧化度之軟化狀態之氧化鋁，濺鍍產率提昇，另一方面，自靶材所濺鍍之AlO粒子藉由所增加之氧自由基而於成膜對象基板之表面上或基板與靶材間之真空空間變化為化學計量之氧化鋁(Al2 O3 )，從而於基板上成膜(虛線框602內之模式圖)。因此，成膜對象之基板表面之氧化鋁之成膜速度與無基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援之通常之反應性磁控濺鍍相比高速化(包含圖4之曲線G2之點S2之虛線L2與虛線L3間之區域、及包含曲線G3之點S3之虛線L3與虛線L4間之區域)。
再者，根據施加脈衝直流電壓、或者交流電壓作為濺鍍電壓之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，將包含負電壓及正電壓之電壓施加於靶材。伴隨著施加負直流電壓之情形時之效果、以及將電子引向靶材表面之效果，藉由靶材表面之氧自由基，進一步促進利用靶材表面之化學反應之軟化(虛線框603內之模式圖)，從而進一步促進自靶材表面之非化學計量之AlO之濺鍍。藉此，靶材之濺鍍產率進一步提昇，並且可抑制靶材上氧化膜之形成。因此，根據施加脈衝直流電壓、或者交流電壓作為濺鍍電壓之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，存在基於高頻電感耦合電漿之電漿產生之支援，且相較於施加負直流電壓作為濺鍍電壓之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，可使成膜速度進一步高速化(包含圖4之曲線G3之對應於最快之成膜速度之點S3的虛線L3與虛線L4間之區域)。
<2-2.關於氧化度之穩定化>
於濺鍍裝置10中，在磁控電漿之產生處理中將濺鍍電壓進行定電壓控制，並且於磁控電漿之產生處理中藉由控制部200以流動於磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式而控制反應性氣體導入至腔室11內之導入量。具體而言，基於自檢測出之濺鍍電流值減去目標電流值所得之差值而進行如下處理：若差之符號為正，則根據差值減少反應性氣體之導入量，若差之符號為負，則根據差值增加反應性氣體之導入量。所要加減之導入量之值係例如由控制部200藉由參照預先記憶於控制部200之記憶部之運算公式、或表示對應關係之表格等而求出。
於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形時，即以電壓固定模式驅動濺鍍用電源162之情形時，形成於基板74上之氧化鋁膜之氧化度穩定於與腔室11內之氧氣量、即反應性氣體量相應之穩定之平衡點。
又，靶材60之表面之氧化度越高，則靶材60於被濺鍍時會釋放出越多之二次電子。藉此，於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形時，靶材60表面之氧化度越高，即腔室11內之反應性氣體量越多，則濺鍍電流值變得越大，並且成膜於基板74上之氧化鋁之氧化度亦變得越高。
因此，藉由以濺鍍電流值達到目標電流值之方式將反應性氣體導入至腔室11內，無關例如由於吸附於基板74之水分等而產生之反應性氣體等干擾因素，而可使形成於基板74上之氧化鋁膜之氧化度穩定。即，可使氧化度穩定地、且以較快之成膜速度於基板74之表面成膜氧化鋁。
又，於控制反應性氣體之導入量時所參照之目標電流值較佳為設定為所要成膜之氧化鋁之氧化度成為如下氧化度時之濺鍍電流值，即化學計量之氧化鋁與氧化度較化學計量之氧化鋁低之氧化鋁各自之 氧化度之邊界附近的氧化度。
此處，於圖4中，於較虛線L3更靠紙面右側區域之氧氣量時，於基板74表面產生化學計量之氧化鋁(Al2 O3 )，於較虛線L3更靠紙面左側區域之氧氣量時，產生非化學計量之氧化鋁(AlO)。而且可知，當成膜於基板74之表面之氧化鋁之氧化度以例如圖4之虛線L3附近之點S2之成膜條件般成為如下氧化度，即化學計量之氧化鋁及氧化度較化學計量之氧化鋁低之氧化鋁各自之氧化度之邊界附近的氧化度時，成膜發揮較佳之鈍化效果之氧化鋁。
因此，與濺鍍裝置10之目標電流值相對應之氧化鋁之氧化度為氧化鋁之鈍化效果變高之氧化度，並且亦為成膜速度較快之氧化度。因此，能夠以較快之成膜速度穩定地成膜適於p型矽基板之鈍化膜且發揮較高之鈍化效果之氧化鋁。
<3.濺鍍裝置之動作>
圖6、圖7係例示實施形態之氧化鋁之成膜方法之順序之流程圖。濺鍍裝置10係藉由磁控濺鍍用磁鐵(永久磁鐵)12於靶材60之附近形成靜磁場。又，圖5係藉由實驗而實現實施形態之氧化鋁之成膜方法時之時間圖之一例。
首先，關閉省略圖示之成膜擋板之後，將靶材60與基板74自閘極351搬入至腔室11之處理室113內。繼而，將基板74、靶材60分別安裝於基板平台15、底板14，封閉閘極351(步驟S110，圖5之時間t0)。再者，於封閉閘極351後，將處理室113內之溫度調整為特定之溫度。
其次，藉由真空泵使腔室11內成為真空之後，以腔室11之處理室113達到目標壓力之方式，經由電漿產生氣體導入部19，開始向腔室11內導入包含Ar等惰性氣體之濺鍍氣體(步驟S120，圖5之時間t1)。作為目標壓力，較佳為採用0.2Pa以上且7Pa以下之壓力。進而較佳為採用0.4Pa以上且2Pa以下之壓力。然而，目標壓力並不限定於該等 壓力，亦可採用範圍更廣之壓力。又，於目標壓力為3Pa以下之情形時，此後，為點燃之後之高頻電感耦合電漿，亦存在追加暫時將成膜室之壓力提高至3Pa以上之步驟之情形。其原因在於，使用該天線之高頻電感耦合電漿有於3Pa以下之壓力下難以點燃之特性。再者，一旦電漿點燃，即便其後恢復至較低之壓力(目標壓力)，電漿亦可繼續產生。
繼而，進行電漿產生處理(「第1電漿產生處理」)步驟，其係藉由將高頻電力自高頻電源161輸入至高頻天線80(步驟S130，圖5之時間t2)，於高頻天線80之周圍形成高頻電感磁場，從而產生濺鍍氣體之高頻電感耦合電漿。於之後的處理步驟中，若將氧氣之反應性氣體供給至腔室11內，則第1電漿產生步驟亦會產生反應性氣體之高頻電感耦合電漿。高頻電力之供給持續至氧化鋁之成膜處理結束為止。
繼而，藉由利用底板14與濺鍍用電源162施加(偏壓之施加)包含負電壓之直流電壓之濺鍍電壓、包含負電壓及正電壓之脈衝狀之濺鍍電壓、或者交流之濺鍍電壓，而進行濺鍍電壓施加處理(步驟S140，圖5之時間t3)。藉此，進行磁控電漿產生處理(「第2電漿產生處理」)。再者，於採用負電壓之直流電壓作為濺鍍電壓之情形時，更加抑制界面之損傷，並且可於基板74上成膜氧化鋁。又，作為脈衝直流電壓與交流電壓之頻率，例如採用20~100KHz，亦可採用其他頻率。濺鍍電壓較佳為其負電壓之絕對值為100V以上且控制為300V以下(負電壓為-100V以下且-300V以上)，進而更佳為150V以上且控制為250V以下(負電壓為-150V以下且-250V以上)。然而，濺鍍電壓之範圍並不限定於該等範圍內，亦可採用更廣範圍之電壓。於之後的處理步驟中，若將反應性氣體供給至腔室11內，則第2電漿產生步驟亦會產生反應性氣體之磁控電漿。又，濺鍍電壓之施加處理持續至氧化鋁之成膜處理結束為止。
其次，於控制部200所監測之濺鍍電流值成為低於特定之電流值之值之前，僅進行基於濺鍍氣體之預濺鍍，將附著於靶材60之表面之初始氧化覆膜充分地濺鍍去除(步驟S150)。
若充分地去除靶材60之表面之初始氧化覆膜，則濺鍍電流值以較低之值成為大致固定值，因而此時來自反應性氣體供給部191之氧氣之反應性氣體(更準確而言，較理想為5%之氧氣與Ar等惰性氣體之稀釋混合氣體)之供給經由流量控制器192、電漿產生氣體導入部19而開始(步驟S160，圖5之時間t4)。再者，於開始反應性氣體之供給之後，處理室113之壓力仍維持為目標壓力。又，就濺鍍之性質而言，於開始反應性氣體之供給之後，濺鍍電流值亦於短時間內下降。
繼而，逐漸增加開始供給之反應性氣體之導入量，將濺鍍電流值暫時提高至目標電流值以上。其後，此次逐漸減少反應性氣體之導入量，並降低濺鍍電流值，於濺鍍電流值達到目標電流值時，打開成膜擋板，開始對基板74之表面之氧化鋁之成膜處理，並且以濺鍍電流值維持為目標電流值之方式，開始控制反應性氣體之導入量(步驟S170，圖5之時間t5)。再者，圖5之實驗結果中，自時間t3至時間t5之經過時間為5分鐘。
於開始成膜處理之後，仍繼續反應性氣體之導入量之控制，而將濺鍍電流值維持為目標電流值。再者，圖5所示之實驗結果中，反應性氣體之導入量以曲線L11為基準反覆增減，並且隨著時間之經過而逐漸增加。其係由如下干擾因素所致，即，例如附著並殘留於基板74之水分等於電漿產生時瞬間分解，氧氣(反應性氣體)急遽增加，自隨著進行成膜處理而殘留之水分所產生之反應性氣體減少。以濺鍍電流值達到目標電流值之方式控制自反應性氣體供給部191供給之反應性氣體之導入量之結果為，該導入量逐漸增加。於該導入量之控制中，亦可根據反應性氣體之電漿發光強度之變化而預測濺鍍電流值之 變化，以濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制反應性氣體之導入量。藉此，將濺鍍電流值保持為目標電流值之精度得以進一步提高。
圖8係模式性地表示濺鍍電流值與反應性氣體之電漿發光強度間之關係之圖。圖9係模式性地表示使用濺鍍電流值之變化之預測的反應性氣體之導入量(氧氣供給量)之控制例之圖。
如上所述，濺鍍電流值係與靶材60表面之鋁之氧化度相應之電流值，因氧化反應之性質所致之時間延遲，而使濺鍍電流值相對於處理室113內之氧氣之反應性氣體之電漿發光強度之變化而延遲變化。具體而言，在相對於目標電流值Ia，例如濺鍍電流如曲線51般變化之情形時，反應性氣體之電漿發光強度例如如曲線52所示般變化。如此，反應性氣體之電漿發光強度根據濺鍍電流值之變化而於時間上早於濺鍍電流值進行變化。
圖9中，於及至時間T21之氧氣之反應性氣體導入至處理室113之導入量(氧氣供給量)如曲線55所示般控制為固定值之情形時，相對於目標電流值Ia，濺鍍電流值由曲線53表示，反應性氣體之電漿發光強度由曲線54表示。時間T21係獲得實驗中最新資料之時間。於該情形時，於時間T21即將到來之前之期間，反應性氣體之電漿發光強度變小，因此可預測到於時間T21以後，隨著時間之經過，濺鍍電流值亦例如圖9中虛線所示般變小。於該情形時，於時間T21以後，濺鍍電流值實際地變化之前，藉由使反應性氣體之導入量例如曲線55之虛線所示之部分般增加，而可使濺鍍電流值之與目標電流值Ia之偏差更小。因此，可使所要成膜之氧化鋁之氧化度更穩定且使氧化鋁成膜於基板74。再者，由於為透過窗部17之光，故而藉由分光器111所檢測之反應性氣體之電漿發光強度存在因窗部17之污垢而使分光器111所檢測之電漿發光強度之絕對值產生偏差之情形，為了使電漿發光強度之變化之方向變正確，較佳為基於該變化之方向而控制反應性氣體之導入 量。
返回至圖7，若經成膜之氧化鋁之膜厚達到特定厚度(或者經過特定時間)，則關閉成膜擋板，結束成膜處理(步驟S180，圖5之時間t6)。再者，圖5之實驗結果中，自時間t5至時間t6之經過時間為20分鐘。繼而，停止利用濺鍍用電源162對底板14施加濺鍍電壓(偏壓)(步驟S190，圖5之時間t7)，於該停止後(或與停止同時)，停止自高頻電源161向高頻天線80供給高頻電力(步驟S200，圖5之時間t8)。其次，停止氣體之供給(步驟S210，圖5之時間t9)，打開閘極351，將基板74自腔室11之處理室113中搬出(步驟S220)。
根據如上之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，第1電漿產生步驟係使用設置於導入有濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體之腔室11內且包含卷數未達一圈之導體之高頻天線80，至少於第2電漿產生步驟中於腔室11內產生高頻電感耦合電漿。而且，第2電漿產生步驟係對靶材60施加濺鍍電壓而產生磁控電漿。因此，藉由氧自由基之增加、成膜對象之基板74上之氧化反應之促進、以及伴隨其等而產生之已氧化之靶材60表面之軟化之綜合性效果，而使成膜速度高速化。又，根據本發明，於第2電漿產生步驟中將濺鍍電壓進行定電壓控制，並且以流動於磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制第2電漿產生步驟中反應性氣體之導入量。於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形時，即以電壓固定模式驅動濺鍍電源之情形時，形成於基板74上之氧化鋁膜之氧化度穩定於與腔室11內之氧氣量、即反應性氣體量相應之穩定之平衡點。又，於將濺鍍電壓進行定電壓控制之情形時，鋁靶60表面之氧化度越高，即腔室11內之反應性氣體量越多，則濺鍍電流值變得越大，並且成膜於基板74上之氧化鋁之氧化度亦會變得越高。因此，根據本發明，藉由以濺鍍電流值達到目標電流值之方式將反應性氣體導入至腔室11內，無關例如由於吸附於基板74之水分等而產生之 反應性氣體等干擾因素，而可使形成於基板74上之氧化鋁膜之氧化度穩定。即，可使氧化度穩定地、且以較快之成膜速度成膜氧化鋁。
又，根據如上所述之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，目標電流值為所要成膜之氧化鋁之氧化度成為如下氧化度時之濺鍍電流值，即化學計量之氧化鋁與氧化度較化學計量之氧化鋁低之氧化鋁各自之氧化度之邊界附近的氧化度。該氧化度為所要成膜之氧化鋁之鈍化效果變高之氧化度，並且亦為成膜速度較快之氧化度。因此，能夠以較快之成膜速度穩定地成膜適於p型矽基板之鈍化膜並發揮較佳之鈍化效果之氧化鋁。
又，根據如上所述之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，於控制步驟中，根據先於實際之濺鍍電流值之變化而對應於該變化發生變化的反應性氣體之電漿之發光強度之變化，預測濺鍍電流值之變化，以濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制反應性氣體之導入量。因此，可使氧化度更穩定並成膜氧化鋁。
又，根據如上所述之本實施形態之氧化鋁之成膜方法，濺鍍電壓為負電壓。因此，可進而抑制界面之損傷，並且可於基板74上成膜氧化鋁，從而成膜較太陽電池矽基板之鈍化膜更佳之氧化鋁。
已詳細表示並記載本發明，但上述記載於所有態樣中為例示而並不限定於該等態樣。因此，本發明可於其發明之範圍內將實施形態適當變化、省略。例如為提高維護性能，高頻天線係可不將其U形狀之中央部分之直線部分自天線固定塊182突設地配置，又，自維護性與電漿之產生能力之平衡來判斷，亦可以僅突設其直線部分之上側半部分之方式配置。又，於對複數個基板74連續進行成膜之情形時，亦可卸除腔室11之上部壁面，在將分別安裝有基板74之複數個基板平台15以於腔室11之上部不出現間隙之方式使鄰接之基板平台15彼此之前端與後端對接並沿著搬送方向排列之狀態下，搬送各基板平台15，進 行對各基板74之成膜處理。於該情形時，於利用預濺鍍進行靶材60之初始氧化覆膜之去除時，例如，藉由將複數個基板平台15中之最前端之基板平台15作為未安裝有基板74之虛設基板，可不使用成膜擋板而去除初始氧化覆膜。
10‧‧‧濺鍍裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧磁控濺鍍用磁鐵
14‧‧‧底板(陰極)
15‧‧‧基板平台
17‧‧‧窗部
18‧‧‧靶材．天線配置部
19‧‧‧電漿產生氣體導入部
20‧‧‧氣體導入口
24‧‧‧靶材保持部
60‧‧‧靶材(鋁靶)
74‧‧‧基板
80‧‧‧高頻天線
90‧‧‧電漿產生部
111‧‧‧分光器
112‧‧‧探針
113‧‧‧處理室
151‧‧‧冷媒
161‧‧‧高頻電源
162‧‧‧濺鍍用電源
163‧‧‧匹配電路
164‧‧‧電流計
181‧‧‧靶材配置塊
182‧‧‧天線固定塊
189‧‧‧陽極
191‧‧‧反應性氣體供給部
192‧‧‧流量控制器
200‧‧‧控制部
351‧‧‧閘極
411‧‧‧保護管
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸

Claims (9)

  1. 一種氧化鋁之成膜方法，其係於設置有形成靜磁場之磁控陰極之真空容器中，將濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體以該真空容器內之壓力達到目標壓力之方式進行控制並導入，對設置於該陰極之鋁靶進行濺鍍，於與該鋁靶對向之矽基板上形成氧化膜；且包括以下步驟：第1電漿產生步驟，其係於導入有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之真空容器內產生電漿；第2電漿產生步驟，其係對上述鋁靶施加負電壓、包含負電壓及正電壓之直流脈衝、及交流之任一種濺鍍電壓，藉由上述靜磁場而產生磁控電漿；及控制步驟，其控制導入至上述真空容器內之上述反應性氣體之導入量；且上述第2電漿產生步驟係將上述濺鍍電壓進行定電壓控制之步驟；上述控制步驟係以流動於上述磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制上述第2電漿產生步驟中上述反應性氣體之導入量之步驟；上述第1電漿產生步驟係使用設置於上述真空容器內且包含卷數未達一圈之導體之高頻天線，至少於上述第2電漿產生步驟中產生高頻電感耦合電漿之步驟。
  2. 如請求項1之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標電流值係所成膜之氧化鋁之氧化度成為化學計量之氧化鋁與氧化度較化學計量之氧化鋁低之氧化鋁各自之氧化度之邊界附近的氧化度時之上述濺鍍電流值。
  3. 如請求項1或2之氧化鋁之成膜方法，其中上述控制步驟係根據上述反應性氣體之電漿之發光強度之變化而預測上述濺鍍電流值之變化，以上述濺鍍電流值達到上述目標電流值之方式，控制上述反應性氣體之導入量。
  4. 如請求項1或2之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓為負電壓。
  5. 如請求項1或2之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標壓力為0.2Pa以上且7Pa以下。
  6. 如請求項5之氧化鋁之成膜方法，其中上述目標壓力為0.4Pa以上且2Pa以下。
  7. 如請求項1或2之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓之負電壓之絕對值為100V以上且300V以下。
  8. 如請求項7之氧化鋁之成膜方法，其中上述濺鍍電壓之負電壓之絕對值為150V以上且250V以下。
  9. 一種濺鍍裝置，其係於設置有形成靜磁場之磁控陰極之真空容器中，將濺鍍氣體及氧氣之反應性氣體以該真空容器內之壓力達到目標壓力之方式進行控制並導入，對設置於該陰極之鋁靶進行濺鍍，於與該鋁靶對向之矽基板上形成氧化膜；且包括如下構件：電漿產生氣體導入部，其將上述濺鍍氣體及上述反應性氣體導入至上述真空容器內；控制部，其控制藉由上述電漿產生氣體導入部導入至上述處理空間之上述反應性氣體之導入量；高頻天線，其設置於上述真空容器內且包含卷數未達一圈之導體；高頻電源，其對上述高頻天線供給高頻電力，以使得於導入 有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之上述真空容器內產生高頻電感耦合電漿；及濺鍍用電源，其對上述鋁靶施加負電壓、包含負電壓及正電壓之直流脈衝、及交流之任一種濺鍍電壓，以使得藉由上述磁控陰極所形成之靜磁場而於導入有上述濺鍍氣體及上述反應性氣體之上述真空容器內產生磁控電漿；且上述濺鍍用電源將上述濺鍍電壓進行定電壓控制；上述控制部係以流動於上述磁控陰極之濺鍍電流值達到目標電流值之方式，控制於上述磁控電漿之產生過程中上述電漿產生氣體導入部導入至上述真空容器內之上述反應性氣體之導入量。
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