Aparato de CVD por plasma que comprende:

(a) una cámara (1) de reacción en la que se dispone un electrodo (2) acoplado inductivamente que está plegado en su centro,

teniendo el electrodo una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, siendo variable el diámetro de dicho electrodo, y

(b) una fuente (7) de energía de alta frecuencia para alimentar una energía de alta frecuencia a dicha parte de alimentación, estando configurada dicha fuente de energía de alta frecuencia para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria

Aparato y procedimiento de CVD por plasma.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento de CVD por plasma y, más particularmente, al aparato y al procedimiento de CVD por plasma para depositar películas delgadas que tienen una excelente uniformidad de espesor de película mediante el uso de electrodos acoplados inductivamente.

Antecedentes de la invención

Se ha observado que las células solares son y se espera que sean una fuente de energía limpia, aunque la reducción de su coste es indispensable para su extensión. Por tanto, se ha deseado afanosamente proporcionar un aparato para depositar una película de Si de alta calidad con una distribución de espesor uniforme sobre un sustrato de gran área con un alto rendimiento.

Para depositar películas delgadas tales como una película de Si, se ha usado ampliamente una placa paralela (o aparato de CVD por plasma de tipo acoplado capacitivamente). En este caso, la película puede formarse sólo sobre la superficie de un sustrato orientado hacia la placa de electrodo. Por este motivo, para depositar simultáneamente películas sobre dos sustratos en una cámara de deposición, la película puede formarse como máximo sobre ambos sustratos disponiendo dos electrodos en la cámara formando dos regiones de descarga. También existe la idea de un sistema de deposición de múltiples zonas en el que el número de regiones de descarga se aumenta adicionalmente. Sin embargo, en la práctica es muy difícil realizar este sistema porque el sistema tiene desventajas debido a su estructura compleja y a su baja capacidad de mantenimiento.

Además, apenas pueden fabricarse células solares de área grande que tengan una característica deseada puesto que la uniformidad del espesor de la película disminuye considerablemente con el aumento en el tamaño de los sustratos.

Se han realizado una variedad de investigaciones para observar plasma con densidad uniforme sobre sustratos de área grande con el fin de depositar películas delgadas con distribución de espesor uniforme. Sin embargo, es muy difícil que el sistema de electrodos de tipo placa paralela genere un plasma uniforme sobre un sustrato de área grande a medida que el electrodo se hace grande con el sustrato. Esto se atribuye a las dificultades esenciales del sistema de electrodos de tipo placa paralela, tal como se mencionará a continuación.

En primer lugar, este sistema requiere una disposición precisa de dos placas de electrodo con una distancia definida sobre los electrodos para generar plasma con densidad uniforme, lo que es difícil en la práctica a medida que el sustrato se hace grande.

Además, a medida que los electrodos se agrandan, tienden a aparecer ondas estacionarias sobre las superficies del electrodo, lo que produce la no uniformidad de la densidad del plasma. Esta distribución de plasma no uniforme se vuelve más perceptible cuando se emplean frecuencias superiores tales como en la banda de VHF. Por estos motivos, se ha pensado que el límite superior del tamaño del sustrato sea de, por ejemplo, 0,3 m x 0,3 m cuando se emplee la alta frecuencia de 80 MHz (U. Kroll et al. y Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol. 557 (1999), págs. 121-126).

En tal circunstancia, se ha propuesto otro tipo de procedimiento de CVD por plasma usando electrodos de tipo acoplado inductivamente. Este procedimiento es absolutamente diferente en su mecanismo para mantener la descarga con respecto al procedimiento de CVD por plasma de tipo acoplado capacitivamente. Este procedimiento no requiere la disposición precisa de los electrodos y puede obtenerse un plasma de alta densidad usando la frecuencia de excitación en la banda de VHF, lo que resulta ventajoso para depositar una película de Si de alta calidad a una tasa de deposición alta. El aparato de CVD por plasma que usa electrodos de tipo acoplados inductivamente se muestra a modo de ejemplo en la patente japonesa abierta a consulta por el público 4-236781 que emplea un electrodo con forma de escalera y en la patente japonesa n.º 2785442 que emplea un electrodo plegado en zigzag.

Durante las investigaciones sobre una variedad de electrodos acoplados inductivamente que incluyen los electrodos mencionados anteriormente, los presentes inventores han encontrado que a medida que los electrodos acoplados inductivamente tales como los electrodos con forma de escalera o plegados en zigzag se hacen más grandes, la corriente que fluye en los electrodos tiende a variar con las posiciones y aparecen ondas estacionarias en posiciones inesperadas. En resumen, se encontró difícil crear un plasma uniforme que pudiera hacer frente a los sustratos de área grande que se emplean como estructuras de electrodo de la técnica anterior.

Por consiguiente, los presentes inventores llevaron a cabo investigaciones fundamentales sobre la homogenización del plasma usando los electrodos acoplados inductivamente y desarrollaron varias estructuras de electrodo que de manera positiva utilizan las ondas estacionarias que hacían que se deteriorase la uniformidad en los electrodos acoplados inductivamente de la técnica anterior. Aquí, por ejemplo, se usó un electrodo con forma de U, que tenía una parte de alimentación de energía en un extremo y una parte conectada a tierra en el otro extremo. Se fijó que la distancia desde la parte giratoria hasta la parte de alimentación y la parte conectada a tierra fuera una semilongitud de onda de la onda de alta frecuencia para establecer la onda estacionaria en una posición predeterminada sobre el electrodo (solicitud de patente japonesa n.º 11-255219 equivalente al documento EP1130948A, que constituye la técnica anterior según el artículo 54(3) CPE). Cuando se generó plasma para formar una película delgada en esta configuración, la distribución del espesor de la película obtenida fue de manera que el espesor de la película disminuía desde la parte de alimentación hacia la parte giratoria, luego aumentaba hasta mostrar un máximo y luego disminuía de nuevo. Se piensa que esta distribución se origina en la interacción de la atenuación de energía de alta frecuencia y el efecto de las ondas estacionarias. Puesto que esta distribución del espesor de la película es reproducible, la idea es obtener películas delgadas con distribución de espesor uniforme usando sólo la región con uniformidad deseada del espesor de la película de aproximadamente el mismo tamaño que el sustrato.

Puesto que este procedimiento de formación de película utiliza la parte del electrodo en la que se genera la densidad de plasma uniforme, el electrodo se hace más grande que el sustrato y, por tanto, el propio aparato se hace más grande. Por otra parte, se pide con insistencia un aparato más pequeño desde los puntos de vista del espacio de suelo en el que va a instalarse, la capacidad de mantenimiento y el coste. Por consiguiente, resulta inevitable una estructura de electrodo y un aparato que pueda generar el plasma uniforme en regiones más grandes a lo largo del electrodo para cumplir con las peticiones.

Además, con el fin de obtener continuamente una formación de película delgada estable usando un aparato de CVD por plasma, es necesario llevar a cabo periódicamente la limpieza etc. para eliminar las películas depositadas, tal como sobre la pared interna de la cámara antes de exfoliar las películas depositadas. Sin embargo, puesto que la densidad del plasma en la proximidad de la parte de alimentación de energía era muy alta en el caso de la estructura de electrodo con forma de U, una gran cantidad de la película se depositaba sobre la pared cerca de la parte de alimentación de energía. Esto necesitaba tratamientos de limpieza más frecuentes.

En tales circunstancias, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un aparato y un procedimiento de CVD por plasma que pueden formar películas delgadas de alta calidad que tienen una excelente uniformidad de espesor de película sobre sustratos más grandes. Es decir, el objetivo de esta invención es proporcionar la estructura de electrodo y el procedimiento de fuente de alimentación que posibilitan ampliar la región de plasma uniforme en la dirección longitudinal del electrodo, y de ese modo, realizar un aparato y un procedimiento de CVD por plasma que permitan formar películas delgadas que tengan una excelente uniformidad sobre un sustrato más grande usando un aparato del mismo tamaño que el de la técnica anterior. Otro objeto de la invención es proporcionar un aparato y un procedimiento de CVD por plasma que posibiliten formar tales películas delgadas a un alto rendimiento. Otro objeto más de la...

1. Aparato de CVD por plasma que comprende:

(a) una cámara (1) de reacción en la que se dispone un electrodo (2) acoplado inductivamente que está plegado en su centro, teniendo el electrodo una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, siendo variable el diámetro de dicho electrodo, y

(b) una fuente (7) de energía de alta frecuencia para alimentar una energía de alta frecuencia a dicha parte de alimentación, estando configurada dicha fuente de energía de alta frecuencia para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria.

2. Aparato de CVD por plasma según la reivindicación 1, en el que dicho electrodo acoplado inductivamente está parcial o enteramente cubierto con un dieléctrico (3).

3. Aparato de CVD por plasma que comprende:

(a) una cámara (1) de reacción en la que se dispone un electrodo (2) acoplado inductivamente que está plegado en su centro, teniendo el electrodo una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, estando dicho electrodo parcial o enteramente cubierto con un dieléctrico (3), y

(b) una fuente (7) de energía de alta frecuencia para alimentar una energía de alta frecuencia a dicha parte de alimentación, estando configurada dicha fuente de energía de alta frecuencia para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria.

4. Aparato de CVD por plasma según la reivindicación 2 ó 3, en el que el espesor de dicho dieléctrico varía en la dirección longitudinal del electrodo.

5. Aparato de CVD por plasma según la reivindicación 2 ó 3, en el que el borde de dicho dieléctrico es cónico en la sección transversal.

6. Aparato de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que dicho dieléctrico se forma en espiral alrededor de la dirección longitudinal del electrodo.

7. Aparato de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha alta frecuencia es de 60 MHz o superior.

8. Aparato de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que una pluralidad de dichos electrodos acoplados inductivamente se disponen en paralelo en un plano común.

9. Aparato de CVD por plasma según la reivindicación 8, en el que se alimenta energía de alta frecuencia de modo que la fase tiene una relación definida entre dicha pluralidad de electrodos acoplados inductivamente.

10. Aparato de CVD por plasma según la reivindicación 9, en el que se alimenta energía de alta frecuencia de modo que la fase se realiza en antifase entre las partes de alimentación adyacentes de dicha pluralidad de electrodos acoplados inductivamente.

11. Aparato de CVD por plasma que comprende:

(a) una cámara (1) de reacción en la que se disponen una pluralidad de electrodos (2) acoplados inductivamente que están plegados en su centro, teniendo cada electrodo una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, y

(b) una fuente (7) de energía de alta frecuencia para alimentar una energía de alta frecuencia a dichas partes de alimentación, estando configurada dicha fuente de energía de alta frecuencia para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria, y

(c) un medio para controlar una fase de la energía de alta frecuencia de manera que la fase de energía de alta frecuencia se realiza en antifase entre las partes de alimentación de electrodos adyacentes.

12. Aparato de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que dichos electrodos acoplados inductivamente se disponen en una pluralidad de capas y los sustratos se disponen sobre ambos lados de cada capa.

13. Procedimiento de CVD por plasma que comprende:

(a) disponer en una cámara de reacción un electrodo acoplado inductivamente que está plegado en su centro, teniendo el electrodo (2) una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, siendo variable el diámetro de dicho electrodo,

(b) introducir en la cámara de reacción un gas reactivo, y

(c) alimentar una energía de alta frecuencia a la parte de alimentación para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria para generar un plasma para formar una película delgada sobre un sustrato dispuesto para orientarse hacia dicho electrodo.

14. Procedimiento de CVD por plasma según la reivindicación 13, en el que dicho electrodo acoplado inductivamente está parcial o enteramente cubierto con un dieléctrico (3).

15. Procedimiento de CVD por plasma que comprende:

(a) disponer en una cámara de reacción un electrodo acoplado inductivamente que está plegado en su centro, teniendo el electrodo (2) una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo, estando dicho electrodo parcial o enteramente cubierto con un dieléctrico (3),

(b) introducir en la cámara de reacción un gas reactivo, y

(c) alimentar una energía de alta frecuencia a la parte de alimentación para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conectada a tierra y dicha parte giratoria para generar un plasma para formar una película delgada sobre un sustrato dispuesto para orientarse hacia dicho electrodo.

16. Procedimiento de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 13 a 15, en el que una pluralidad de dichos electrodos acoplados inductivamente se disponen en paralelo en un plano común y se alimenta energía de alta frecuencia de modo que la fase tiene una relación definida entre dicha pluralidad de electrodos acoplados inductivamente.

17. Procedimiento de CVD por plasma según la reivindicación 16, en el que se alimenta energía de alta frecuencia de modo que la fase se realiza en antifase entre las partes de alimentación adyacentes de dicha pluralidad de electrodos acoplados inductivamente.

18. Procedimiento de CVD por plasma que comprende:

(a) disponer una pluralidad de electrodos acoplados inductivamente que están plegados en el centro en paralelo en una cámara de reacción, teniendo cada electrodo (2) una parte (9) de alimentación de energía en el primer extremo, una parte (4) giratoria en su centro y una parte (10) de conexión a tierra en el segundo extremo,

(b) introducir en la cámara de reacción un gas reactivo, y

(c) alimentar una energía de alta frecuencia a la parte de alimentación para establecer una onda estacionaria de una semilongitud de onda o múltiplo de número natural de una semilongitud de onda entre dichas partes de alimentación y conexión a tierra y dicha parte giratoria y realizar la fase de la energía de alta frecuencia en antifase entre las partes de alimentación adyacentes para generar un plasma para formar una película delgada sobre un sustrato dispuesto para orientarse hacia dichos electrodos.

19. Aparato de CVD por plasma según una de las reivindicaciones 13 a 18, en el que dichos electrodos acoplados inductivamente se disponen en una pluralidad de capas y se disponen sustratos sobre ambos lados de cada capa.