PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA GENERAR PLASMA UNIFORME DE ALTA FRECUENCIA SOBRE UN AREA DE GRAN SUPERFICIE.

Procedimiento y dispositivo para generar plasma uniforme de alta frecuencia sobre un área de gran superficie Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para generar un plasma uniforme de alta frecuencia sobre un área de gran superficie usado para un aparato de deposición de vapor químico de plasma. El aparato de deposición de vapor químico de plasma se usa para formar o grabar las películas de semiconductores a partir de silicio amorfo, silicio de micro-cristales, silicio de película fina multi-cristal, nitruro de silicio, etc., para su uso en células solares, transistores de película fina o similares, y se usa para realizar la limpieza por radical flúor (autolimpieza) que limpia los depósitos de silicio amorfo (a-Si) en el interior de la cámara de formación de película usando plasma de gas NF3. Antecedentes técnicos ES 2 367 752 T3 Un dispositivo generador de plasma de alta frecuencia utilizado en un aparato de deposición de vapor químico de plasma realiza la formación o grabación de las películas de semiconductor a partir de silicio amorfo (en adelante en este documento abreviado por a-Si), silicio de micro-cristales, silicio de películas finas multi-cristal, nitruro de silicio, etc. para su uso en células solares, transistores de película fina o similares, y realiza la auto-limpieza para los depósitos de silicio en la cámara de formación de películas usando gas NF3. El dispositivo generador de plasma de alta frecuencia puede emplear uno de dos tipos de electrodos: un electrodo del tipo de placas planas en paralelo o un electrodo tipo de escalera. La Figura 6 ilustra un ejemplo de un dispositivo que emplea el tipo de electrodo de placas planas en paralelo. El medio de soporte del calentamiento del substrato 6 se instala en el interior del aparato de deposición de vapor químico de plasma 1 y contacta eléctricamente con tierra. El electrodo de placas planas 60 está separado, por ejemplo 20 mm del medio de soporte de calentamiento del substrato de oposición 6. El electrodo de placas planas 60 está conectado a una fuente de potencia de alta frecuencia externa 61 a través de un controlador de emparejamiento de impedancias 62 y un cable coaxial 63. Además, el sello de tierra 5 impide la generación de plasma no deseada en el lado opuesto de la cara frente al medio de soporte de calentamiento del substrato 6. A continuación, el substrato 7 para la formación de la película de a-Si se coloca encima del medio de soporte de calentamiento del sustrato 6 a una temperatura fija, por ejemplo de 200ºC; se introduce gas silano (SiH4) a través del tubo de entrada de gas 64 a una velocidad de flujo, por ejemplo de 50 sccm; y se actúa una bomba de vacío (no mostrada) conectada al tubo de escape de vacío 65 para ajustar la tasa del flujo de escape, y como resultado, la presión del interior en el aparato de deposición de vapor químico de plasma 1 se fija por ejemplo a 100 mTorr. A continuación, el plasma 66 se genera entre el substrato 7 y el electrodo de placas planas 60 suministrando potencia de alta frecuencia desde la fuente de potencia de alta frecuencia 61, que se ajusta por el controlador de emparejamiento de impedancias 62, para crear una generación de plasma de alta eficacia en el dispositivo generador de plasma. En el interior del plasma 66, el SiH4 se descompone y forma una película de a-Si sobre la superficie del substrato 7. Un grosor adecuado de una película de a-Si puede depositarse de este modo en el curso de aproximadamente 10 minutos. Un ejemplo de una estructura del dispositivo generador de plasma de alta frecuencia de tipo escalera se muestra en la Figura 7. La Figura 8 muestra un diagrama desde la dirección A en la Figura 7 para dilucidar la estructura de electrodo del tipo de escalera 70. La estructura de tales electrodos del tipo escalera 70 se describe con detalle en la Publicación de Patente Japonesa Hei 4-236781, etc., mientras que la Publicación de Patente Japonesa Hei 11­ 111622 desvela una forma evolucionada del electrodo de tipo de escalera en la cual una pluralidad de varillas de electrodos en paralelo están dispuestas dentro un grupo de electrodos, y donde dos de tales grupos están dispuestos de forma ortogonal para formar una malla de electrodos. En el dispositivo del generador de plasma de alta frecuencia mostrado en la Figura 7, el medio de soporte de calentamiento de substrato 6 (no mostrado en la Figura 8) está conectado eléctricamente a tierra, que se proporciona en el interior del aparato de deposición de vapor químico de plasma, y el electrodo de tipo de escalera 70 está posicionado enfrente del medio de soporte de calentamiento del substrato 6 a una distancia, por ejemplo de 20 mm. El electrodo tipo de escalera 70 se conecta eléctricamente a una fuente de potencia de alta frecuencia externa 61 a través del controlador de emparejamiento de impedancias 62 y el cable coaxial 63. El campo de tierra 5 está posicionado para impedir que se genere plasma no deseado sobre el lado opuesto a la superficie frente al medio de soporte de calentamiento del substrato 6. A continuación, el substrato 7 para la película de a-Si en formación se coloca encima de medio de soporte de calentamiento del substrato 6 a una temperatura fija, por ejemplo, de 200ºC, y el gas silano (SiH4) se introduce a través del tubo de entrada de gasa una velocidad de flujo de por ejemplo, 50 sccm. A continuación se actúa la bomba de vacío (no mostrada) conectada al tubo de escape de vacío para ajustar la tasa del flujo de escape, y resultando, una presión interior en el aparato de deposición de vapor químico de plasma 1 que se fija, por ejemplo, a 2 ES 2 367 752 T3 13,30 kPa. Como el plasma 71 se genera entre el substrato 7 y el electrodo del tipo de escalera 70 suministrando potencia de alta frecuencia al electrodo de tipo escalera 70, el controlador de emparejamiento de impedancias 62 puede ajustarse para crear la generación de plasma de alta eficacia en el dispositivo del generador de plasma. En el interior del plasma 71, a continuación, el silano (SiH4) se descompone y se forma una película de a-Si sobre la superficie del substrato 7. De este modo puede depositarse un grosor adecuado de una película de a-Si en este modo en el curso de aproximadamente 10 minutos. Comparando el ejemplo de estructura de la Figura 7 con el de la Figura 6, el uso de un electrodo de tipo escalera comprende una pluralidad de varillas que tienen una sección transversal redonda en lugar de un electrodo de placas planas, permite que la materia prima del silano (SiH4) fluya libremente entre los peldaños para efectuar el suministro de la materia prima más uniforme. En segundo lugar, el plasma puede generarse de forma más uniforme por medio de la pluralidad de puntos de suministro de potencia (en este ejemplo 4 puntos), en oposición a un punto de suministro. Tal aparato de deposición de vapor químico de plasma incluye un dispositivo generador de plasma de alta frecuencia pero hay una demanda en marcha de dispositivos que puedan fabricar semiconductores de película fina para células solares, transistores de película fina para las pantallas de paneles planos y similares, con bajo coste de fabricación de un área de gran superficie (por ejemplo aproximadamente 1,5 x 1,2 m) a alta velocidad, y con alta calidad bajando la densidad de defectos y consiguiendo la tasa de cristalización de alto nivel. Adicionalmente, existe una demanda de auto-limpieza de grandes áreas de superficie, de alta velocidad usando gas NF3 de los depósitos de a-Si que se acumulan en las cámaras donde tiene lugar la formación de la película del área de gran superficie, que es la misma demanda para la fabricación de películas finas. Para cumplir tales demandas, se han usado fuentes de potencia de muy alta frecuencia (30-800 MHz) para un nuevo procedimiento de generación de plasma. El uso de las muy altas frecuencias anteriores acelera la tasa de formación de películas y produce una mayor calidad. El procedimiento se describe, por ejemplo, en Mat. Res. Soc. Symp. Proc 424, página 9, 1997. Recientemente, la atención se ha enfocado en la formación de películas finas de Si de microcristales en lugar de en las películas de a-Si usando tales muy altas frecuencias para producir películas de alta calidad, con alta velocidad. Un problema con estos procedimientos de formación de películas de muy alta frecuencia es la dificultad de obtener uniformidad en la formación de películas de un área de gran superficie. Como la longitud de onda de estas muy altas frecuencias es del mismo orden que el tamaño de los electrodos, se genera una onda estacionaria en los extremos de los electrodos debido a las ondas reflejadas que causan una capacidad inductiva flotante que afecta a la distribución de voltajes, que a su vez causa una falta de uniformidad en la distribución... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en un aparato de deposición de vapor químico de plasma en el cual se genera el plasma suministrando potencia de alta frecuencia a un electrodo de descarga, que comprende las etapas de: aplicar en un primer ciclo suministro de potencia de alta frecuencia a unas secciones de suministro de potencia primera y segunda que están instaladas en ambos extremos de un electrodo de descarga, en el que cada una de las potencias de alta frecuencia para dicha primera y dicha segunda secciones de suministro de potencia tienen la misma frecuencia; y aplicar en un segundo ciclo suministro de potencia de alta frecuencia a dicha primera sección de suministro de potencia mientras que se aplica suministro de potencia de alta frecuencia a dicha segunda sección de suministro de potencia con una frecuencia diferente; en el que dicho primero y dicho segundo ciclos se conmutan alternativamente para aplicar dichas frecuencias iguales o dichas frecuencias diferentes a dicha primera y dicha segunda secciones de suministro de potencia de forma continua, de modo que se genera un plasma diferente cambiando una posición de generación de las ondas estacionarias en cada uno de los ciclos, pero se genera un plasma uniforme cuando se promedia en el tiempo. 2. El procedimiento de generación de plasma para la generación de plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una de las frecuencias de dicho segundo ciclo varía con el tiempo para variar de forma intencionada el estado de la generación de plasma en un modo tal que cuando se ve como un promedio en el tiempo, el plasma se genera de forma uniforme sobre el área de gran superficie. 3. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que una de las frecuencias de dicho segundo ciclo es la misma frecuencia que la frecuencia en dicho primer ciclo. 4. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha conmutación para alternar entre dichos primero y dicho segundo ciclos cae dentro del intervalo de 1 vez / segundo a 10 millones de veces / segundo. 5. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la proporción de tiempo entre dicho primer ciclo y dicho segundo ciclo se varía, dependiendo de la presión del gas y el tipo de gas que se está utilizando. 6. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la modulación de desplazamiento de fase se aplica a las ondas de alta frecuencia suministradas a dichas primera o segunda secciones de suministro de potencia durante dicho primer ciclo para variar el estado de generación del plasma desplazando la fase desde la otra alta frecuencia para producir una generación de plasma uniforme sobre un área de gran superficie cuando se promedia en el tiempo. 7. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se aplica una una polarización de corriente contínua a dicha sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga para uniformizar la densidad de plasma generado sobre un área de gran superficie. 8. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la dirección axial de los cables de suministro de potencia para dichas secciones de suministro de potencia primera y segunda se iguala con la dirección axial de dicho electrodo de descarga para minimizar las distancias de retorno de corriente, y reducir la perdida de potencia de dicha fuente de potencia, para aumentar, por lo tanto el intervalo sobre el cual se genera el plasma. 9. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en que el gas que se suministra forma fácilmente plasma en el interior de dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma que está dentro de un intervalo para satisfacer las condiciones requeridas para la formación rápida de la película por la deposición de vapor químico de plasma y la rápida auto-limpieza del aparato de deposición de vapor químico de plasma. 11 ES 2 367 752 T3 10. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho gas es una mezcla de gas que contienen gases inactivos tales como N2, Ar, Kr, Xe o combinaciones de los mismos. 11. El procedimiento de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 1: en el que la proporción de tiempo entre dicho primer ciclo y dicho segundo ciclo se varía, dependiendo de la presión de gas y del tipo de gas que se esté usando; en el que la modulación de desplazamiento de fase se aplica a las ondas de alta frecuencia para dichas secciones de suministro de potencia primera o segunda durante dicho ciclo primero para variar el estado de generación del plasma desplazando la fase de la otra alta frecuencia.; en el que se aplica una una polarización de corriente contínua a dicha sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga; y en el que la dirección axial de los cables de suministro de potencia a dichas secciones de suministro de potencia primera y segunda se iguala con la dirección axial de dicho electrodo de descarga para minimizar las distancias de retorno de corriente y reducir la pérdida de potencia de dicha fuente de potencia, para aumentar, por lo tanto, el intervalo sobre el cual se genera el plasma, y producir la generación de plasma uniforme sobre un área de gran superficie cuando se promedia en el tiempo. 12. Un dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, incluyendo una primera y una segunda secciones de suministro de potencia de alta frecuencia (3, 4) provistas sobre ambos extremos de un electrodo de descarga (2) para suministrar potencia de alta frecuencia, y que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma, comprendiendo dicho dispositivo: un primer oscilador (14) para generar ondas de alta frecuencia en una primera frecuencia un segundo oscilador (15) para generar ondas de alta frecuencia en una segunda frecuencia, que difiere de dicha primera frecuencia; una fuente de potencia de alta frecuencia A configurada de modo que, una vez recibidas las ondas de alta frecuencia desde dicho primer oscilador (14), suministra la potencia de alta frecuencia en la primera frecuencia a la primera sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2); un medio de conmutación de frecuencia (16) que puede conmutar apropiadamente dicha primera y dicha segunda frecuencias desde dichos primero y segundo osciladores (14, 15) en un ciclo predeterminado; y una fuente de potencia de alta frecuencia B configurada para, una vez recibida la salida desde dicho medio de conmutación de frecuencias (16), suministrar dicha salida recibida a dicha segunda sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2); en el que el dispositivo de generación de plasma está configurado de modo que la frecuencia de suministro de dichas ondas de alta frecuencia suministradas a dicha segunda sección de suministro de potencia desde dicha fuente de potencia de alta frecuencia B se conmuta continuamente por el medio de conmutación de frecuencias (16), de modo que genera diferente plasma por la diferencia de frecuencias entre dicha primera y segunda frecuencias y que realiza por lo tanto un plasma uniforme, cuando se promedian en el tiempo, sobre un área de gran superficie en dicho aparato de deposición de vapor químico de plasma. 13. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho segundo oscilador (15) tiene una frecuencia de oscilación variable. 14. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además un generador de funciones (17) que está configurado para variar la proporción de tiempo entre el primer ciclo y el segundo ciclo conmutados por el medio de conmutación de frecuencias, y para fijar a un valor apropiado dependiendo de la presión del gas, y el tipo de gas en base a las entradas en dicho generador de funciones (17). 15. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además un medio de modulación de desplazamiento de fase que se incorpora para modular la fase de las ondas de alta frecuencia suministradas desde dicho primer oscilador (14) a dicha fuente de potencia de alta frecuencia A o dicho medio de conmutación de frecuencia (16). 16. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además un medio para aplicar una una polarización de corriente contínua a la 12 ES 2 367 752 T3 sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2). 17. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el cable de suministro de potencia a la sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2) está conectado de tal modo que la dirección axial del cable coincide con la dirección axial del electrodo de descarga (2). 18. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dichas secciones de suministro de potencia primera y segunda se instalan sobre ambos extremos de dicho electrodo de descarga (2). 19. El dispositivo de generación de plasma para generar plasma de alta frecuencia de forma uniforme sobre un área de gran superficie, que se instala en un aparato de deposición de vapor químico de plasma de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además: un generador de funciones (17) configurado de modo que varía la proporción de tiempo entre el primer ciclo y el segundo ciclo conmutados por el medio de conmutación de frecuencias (16), y para fijar a un valor apropiado dependiendo de la presión del gas y el tipo de gas en base a las entradas en dicho generador de funciones (17). un medio de modulación de desplazamiento de fase que se incorpora para modular la fase de las ondas de alta frecuencia suministradas desde dicho primer oscilador a dicha fuente de potencia de alta frecuencia A o dicho medio de conmutación de frecuencias; y un medio para aplicar una una polarización de corriente contínua a la sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2); en el que el cable de suministro de potencia a la sección de suministro de potencia de dicho electrodo de descarga (2) está conectado de modo que la dirección axial del cable coincide con la dirección axial del electrodo de descarga (2). 13 ES 2 367 752 T3 14 ES 2 367 752 T3 ES 2 367 752 T3 16 ES 2 367 752 T3 17 ES 2 367 752 T3 18 ES 2 367 752 T3 19