PECVD工艺原理及操作学习教案

1、会计学1PECVD工艺工艺(gngy)原理及操作原理及操作第一页，共43页。2目录(ml)一基本原理二工艺流程三设备(shbi)结构四基本操作五异常处理第1页/共43页第二页，共43页。3基本原理PECVDPECVD： Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition 等离子等离子 增强增强 化学化学 气相气相 沉积沉积等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离(dinl)(dinl)，部分外，部分外层电子脱离原子核，形

2、成电子、正离子和中性粒子混合物组成的一种形层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合物组成的一种形态，这种形态就称为等离子态即第四态。态，这种形态就称为等离子态即第四态。第2页/共43页第三页，共43页。 直流溅射直流溅射 射频溅射射频溅射 磁控溅射磁控溅射 离子束溅射离子束溅射 真空真空蒸发蒸发溅射溅射沉积沉积离子镀离子镀 物理气相沉积物理气相沉积 （PVDPVD） 电阻加热电阻加热 感应加热感应加热 电子束加热电子束加热 激光加热激光加热 直流二极型离子镀直流二极型离子镀 射频放电离子镀射频放电离子镀 等离子体离子镀等离子体离子镀 基本原理第3页/共43页第四页，共43页。5工作原理

3、工作原理 3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2 3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2 利用低温等离子体作能量源，利用一定方式使硅片升温到预定的温利用低温等离子体作能量源，利用一定方式使硅片升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在硅片表面形成在硅片表面形成(xngchng)(xngchng)固态薄膜。固态薄膜。PECVDPECVD方法区别于其它方法区别于其它CVDCVD方法的方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积特点在于等离子体中含有大量高能量的电子

4、，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVDCVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVDCVD过程过程得以在低温下实现。得以在低温下实现。基本原理第4页/共43页第五页，共43页。6其它方法的沉积温度：其它方法的沉积温度： APCVD APCVD 常压常压CVDCVD，700-1000700-1

5、000 LPCVD LPCVD 低压低压CVDCVD， 750 750，0.1mbar0.1mbar PECVD 300-450 PECVD 300-450 ，0.1mbar0.1mbarPECVDPECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（450450）。）。因此带来的好处：因此带来的好处：节省能源，降低成本节省能源，降低成本提高产能提高产能减少了高温导致的硅片中少子寿命减少了高温导致的硅片中少子寿命(shumng)(shumng)衰减衰减其他优点：其他优点：沉积速率快沉积速率快成膜质量好成膜质量好缺点：缺点：设备投资大、成本高，对气体的

6、纯度要求高设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高镀膜过程中产生的剧烈噪音、辐射、粉尘等对人体有害镀膜过程中产生的剧烈噪音、辐射、粉尘等对人体有害基本原理第5页/共43页第六页，共43页。7PECVD种类(zhngli):基本原理间接(jin ji)式基片不接触激发电极（如2.45GHz微波激发等离子）第6页/共43页第七页，共43页。8基本原理PECVD种类(zhngli):直接式基片位于电极上，直接接触(jich)等离子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz）第7页/共43页第八页，共43页。PECVD直接直接(zhji)(zhji)法法间接间接(jin (jin ji)ji)

7、法法管式PECVD系统(xtng)板式PECVD系统微波法直流法Centrotherm、四十八所、七星华创日本岛津Roth&RauOTB基本原理第8页/共43页第九页，共43页。10PECVD PECVD 的作用的作用在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少射，减少(jinsho)(jinsho)反射。反射。氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用。氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用。基本原理第9页/共43页第十页，共43页。n11 工作原理工作原理_板板P P SiNA SiNA 系统采用的是一

8、种间接微波等离子体增强化学气系统采用的是一种间接微波等离子体增强化学气相沉积的方法沉积硅太阳能电池的氮化硅（相沉积的方法沉积硅太阳能电池的氮化硅（SiNSiN）减反射膜）减反射膜。它具有非常好的薄膜均匀性，而且具有大规模生产的能。它具有非常好的薄膜均匀性，而且具有大规模生产的能力。在力。在PECVDPECVD工序中，等离子体中的工序中，等离子体中的H H（氢）对硅表面的（氢）对硅表面的钝化和在烧结工序中钝化和在烧结工序中SiNSiN中的氢原子向硅内扩散，使中的氢原子向硅内扩散，使H H（氢（氢）钝化了硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它们不）钝化了硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它们不再

9、起复合中心的作用再起复合中心的作用(zuyng)(zuyng)，减少了少数载流子的复合，减少了少数载流子的复合，提高了少数载流子的寿命，从而改善了硅片质量，提高了提高了少数载流子的寿命，从而改善了硅片质量，提高了太阳能电池的效率。太阳能电池的效率。 基本原理第10页/共43页第十一页，共43页。12工作原理工作原理_管管P P Centrotherm PECVD Centrotherm PECVD 系统是一组利用平行板镀膜舟和低频等系统是一组利用平行板镀膜舟和低频等离子激发器的系列发生器。在低压和升温的情况下，等离子发生离子激发器的系列发生器。在低压和升温的情况下，等离子发生器直接在装在镀膜板

10、中间的介质中间发生反应。所用的活性气体器直接在装在镀膜板中间的介质中间发生反应。所用的活性气体为硅烷为硅烷SiH4SiH4和氨气和氨气NH3NH3。可以改变硅烷对氨的比率，来得到不同。可以改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射率。在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，的折射率。在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得使得(sh de)(sh de)硅片的氢钝化性十分良好。硅片的氢钝化性十分良好。基本原理第11页/共43页第十二页，共43页。131. processing started 1. processing started 工艺工艺(gngy)(gngy)开始开始2. f

11、ill tube with N2 2. fill tube with N2 充氮充氮3. loading boat (paddle in upper position) 3. loading boat (paddle in upper position) 进舟（桨在高位）进舟（桨在高位）4. paddle moves downwards 4. paddle moves downwards 桨降至低位桨降至低位5. move out (paddle in lower position ) 5. move out (paddle in lower position ) 桨在低位移出管外桨在低位移出

12、管外镀膜工艺流程(n y li chn)第12页/共43页第十三页，共43页。14镀膜工艺流程(n y li chn)6. evacuate tube and pressure test 6. evacuate tube and pressure test 管内抽真空并作压力测试管内抽真空并作压力测试7. plasma preclean and check with NH3 7. plasma preclean and check with NH3 通过高频电源用氨气预清理和检查通过高频电源用氨气预清理和检查8. purge cycle 1 8. purge cycle 1 清洗管路清洗管路(

13、un l)1(un l)19. leak test 9. leak test 测漏测漏10. wait until all zones are on min temperature 10. wait until all zones are on min temperature 恒温恒温第13页/共43页第十四页，共43页。15镀膜工艺流程(n y li chn)11. ammonia plasma preclean 11. ammonia plasma preclean 通过高频电源通过高频电源(dinyun)(dinyun)用氨气清理用氨气清理12. deposition 12. depos

14、ition 镀膜镀膜13. end of deposition 13. end of deposition 结束镀膜结束镀膜14. evacuate tube and pressure test 14. evacuate tube and pressure test 抽真空及测试压力抽真空及测试压力15. purge cycle 1 15. purge cycle 1 清洗管路清洗管路1 1第14页/共43页第十五页，共43页。16镀膜工艺流程(n y li chn)16. fill tube with N2 16. fill tube with N2 充氮充氮17. move in padd

15、le lower position 17. move in paddle lower position 桨在低位进入管内桨在低位进入管内(un ni)(un ni)18. SLS moving 18. SLS moving toto upper position upper position SLS SLS移到高位移到高位19. unloading boat 19. unloading boat 退舟退舟20. end of process 20. end of process 结束工艺结束工艺第15页/共43页第十六页，共43页。 管式PECVD系统(xtng)板式(bnsh)PECVD系统

16、设备(shbi)结构第16页/共43页第十七页，共43页。n18设备(shbi)结构设备(shbi)结构_板P第17页/共43页第十八页，共43页。n19设备(shbi)结构设备(shbi)结构_板P第18页/共43页第十九页，共43页。n20设备(shbi)结构设备(shbi)结构_板P第19页/共43页第二十页，共43页。压力压力压力传送带速度上载预热反应冷却下载传送带1设备(shbi)结构设备(shbi)结构_板P第20页/共43页第二十一页，共43页。22设备(shbi)结构设备(shbi)结构_板P温度(wnd)压力冷却水工艺名称运行状态时间日期账号第21页/共43页第二十二页，共4

17、3页。23设备(shbi)结构_管P设备(shbi)结构第22页/共43页第二十三页，共43页。24 设备结构设备结构 装载区装载区炉体炉体特气柜特气柜真空系统真空系统(xtng)(xtng)控制系统控制系统(xtng)(xtng)设备(shbi)结构第23页/共43页第二十四页，共43页。25设备结构：装载区： 桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。 桨： 由碳化硅材料制成，具有耐高温、防 变形等性能。作用是将石墨舟放入或 取出石英管。 LIFT： 机械臂系统，使舟在机械臂作用下在 小车、桨、储存区之间互相移动。抽风系统 : 位于晶片装载区上方，初步的冷却石 墨舟和一定程度的过滤残余气体 SL

18、S系统： 软着陆系统，控制(kngzh)桨的上下，移动范 围在23厘米设备(shbi)结构第24页/共43页第二十五页，共43页。26l炉体：炉管、加热系统、冷却系统炉体：炉管、加热系统、冷却系统l炉管：炉管： 炉体内有四根炉管炉体内有四根炉管, ,由石英制作，是镀膜由石英制作，是镀膜l 的作业区域，耐高温、防反应的作业区域，耐高温、防反应(fnyng)(fnyng)。l加热系统：加热系统： 位于石英管外，有五个温区。位于石英管外，有五个温区。设备(shbi)结构第25页/共43页第二十六页，共43页。27加热(ji r)系统：设备(shbi)结构1CMS模块 3 电源连接外罩2热电偶 4 温

19、度(wnd)测量模块第26页/共43页第二十七页，共43页。28l冷却系统：设备(shbi)结构第27页/共43页第二十八页，共43页。29l特气柜：特气柜：MFC MFC 气动阀气动阀l MFC MFC：气体流量计（：气体流量计（NH3NH3、 SiH4 SiH4 、O2 O2 、 N2 N2）l 气动阀：之所以不用气动阀：之所以不用(byng)(byng)电磁阀是因为电磁阀在工电磁阀是因为电磁阀在工作时容易作时容易 1 1 产生火花，而气动阀可以最大程度的产生火花，而气动阀可以最大程度的避免火花。避免火花。设备(shbi)结构第28页/共43页第二十九页，共43页。30l真空系统真空系统

20、真空泵真空泵 蝶阀蝶阀l真空泵：每一根石英管配置一组泵，包真空泵：每一根石英管配置一组泵，包 l 括主泵和辅助泵。括主泵和辅助泵。l蝶阀：蝶阀： 可以根据要求控制阀门可以根据要求控制阀门(f mn)(f mn)的开关的开关l 的大小，来调节管内气压的的大小，来调节管内气压的 高低高低设备(shbi)结构第29页/共43页第三十页，共43页。31l控制系统控制系统 l CMI CMI：是：是 Centrotherm Centrotherm 研发研发(yn f)(yn f)的一个控制系统，其中界的一个控制系统，其中界面包括面包括 Jobs Jobs 、System System 、 Datalog

21、 Datalog 、Setup Setup 、Alarms Alarms 、 Help. Help. lJobs: Jobs: 机器的工作状态。机器的工作状态。lSystem: System: 四根炉管的工作状态，舟的状态以及手动操四根炉管的工作状态，舟的状态以及手动操l 作机器臂的内容。作机器臂的内容。lDatalog: Datalog: 机器运行的每一步。机器运行的每一步。设备(shbi)结构第30页/共43页第三十一页，共43页。32Setup: Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限的更舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限的更 改，改，LIFTLIFT位置的更改，位

22、置的更改，CMSCMS安全系统（安装的感应器安全系统（安装的感应器 将监控重要将监控重要(zhngyo)(zhngyo)系统的运行情况，而一旦不受计算机系统的运行情况，而一旦不受计算机 的控制，的控制，CMSCMS将会发生作用，所有的错误信息也都会将会发生作用，所有的错误信息也都会 在在CMICMI上以简洁的文本方式显示出来）的更改等。上以简洁的文本方式显示出来）的更改等。 Alarms Alarms：警报内容：警报内容 Help: Help: 简要的说明解除警报以及其他方面的方法简要的说明解除警报以及其他方面的方法 CESAR CESAR：控制电脑，每一个系统都安装了：控制电脑，每一个系统都

23、安装了CESARCESAR控制电脑及控制电脑及 CESAR CESAR 控制软件控制软件设备(shbi)结构第31页/共43页第三十二页，共43页。33基本操作_板P1 1、准备工作：双手配带、准备工作：双手配带,PVC,PVC手套，佩戴活性炭口罩手套，佩戴活性炭口罩(kuzho)(kuzho)。2 2、领片、领片: :从烘干机中小心取一组硅片，将硅片篮倾斜从烘干机中小心取一组硅片，将硅片篮倾斜4545度，仔细检查硅片是否有度，仔细检查硅片是否有损坏现象，是否仍有有水珠存在。将检查好的硅片整齐的放于小推车上，并核查损坏现象，是否仍有有水珠存在。将检查好的硅片整齐的放于小推车上，并核查流程单记录

24、篮号是否与实际相符，将核查好的流程单放于小车旁边的工具盒里面流程单记录篮号是否与实际相符，将核查好的流程单放于小车旁边的工具盒里面。注意事项：从烘干机领片时，确保硅片表面没有水珠后，再进行装片。带实验单注意事项：从烘干机领片时，确保硅片表面没有水珠后，再进行装片。带实验单的流程单一定要看清楚实验要求。的流程单一定要看清楚实验要求。第32页/共43页第三十三页，共43页。34基本操作_板P3 3、装片：查看吸笔（吸球）是否完好，吸头是否干净，吸笔气的大小是、装片：查看吸笔（吸球）是否完好，吸头是否干净，吸笔气的大小是否适中否适中, ,能否正常使用能否正常使用 , ,卸片处要将印刷上载篮放于卸片台

25、上卸片处要将印刷上载篮放于卸片台上. .篮向正面倾篮向正面倾斜（有篮号一侧）。右手斜（有篮号一侧）。右手( (或左手或左手) )拿起吸笔使吸头轻放于硅片表面，用吸拿起吸笔使吸头轻放于硅片表面，用吸笔自然笔自然(zrn)(zrn)吸住硅片表面中间的边缘部分，平行从篮中取出，对准石墨吸住硅片表面中间的边缘部分，平行从篮中取出，对准石墨框平行下移硅片，直到将硅片放到低于石墨框下沿时中指按下吸笔按钮框平行下移硅片，直到将硅片放到低于石墨框下沿时中指按下吸笔按钮将硅片平行放在石墨框钩子上，重复进行上述操作直至装满将硅片平行放在石墨框钩子上，重复进行上述操作直至装满, ,两组片间要两组片间要有交接片。有交

26、接片。注意事项：要保持放片时的声音最小，减小对硅片的碰撞而产生的损伤注意事项：要保持放片时的声音最小，减小对硅片的碰撞而产生的损伤。第33页/共43页第三十四页，共43页。35基本操作_板P4 4、检查：装满一框后左手轻轻拍打石墨框（以检查石墨框内硅片是否装好），观察框、检查：装满一框后左手轻轻拍打石墨框（以检查石墨框内硅片是否装好），观察框内硅片是否自由活动。确认后按下装载按钮，轻推石墨框进入设备。内硅片是否自由活动。确认后按下装载按钮，轻推石墨框进入设备。5 5、卸片、卸片: : 左手拿吸笔轻放于硅片上，把硅片竖立从石墨框中吸出，转动吸笔使硅片正左手拿吸笔轻放于硅片上，把硅片竖立从石墨框中

27、吸出，转动吸笔使硅片正面向内接近石墨框并与之成面向内接近石墨框并与之成4545度角。同时吸盘接近吸住吸笔放开，吸盘与硅片上边成度角。同时吸盘接近吸住吸笔放开，吸盘与硅片上边成4545度，抬起吸盘，让硅片两边对准黑篮两边齿缝平行装入其中，注意一定要装到底，才度，抬起吸盘，让硅片两边对准黑篮两边齿缝平行装入其中，注意一定要装到底，才能松开吸盘。能松开吸盘。注意事项：一定要时刻关注镀膜片的颜色是否正常，如有异常，及时注意事项：一定要时刻关注镀膜片的颜色是否正常，如有异常，及时(jsh)(jsh)反馈给工艺反馈给工艺；卸片过程中切忌用手触摸镀膜面。；卸片过程中切忌用手触摸镀膜面。第34页/共43页第三

28、十五页，共43页。36基本操作_板P6 6、测量：选取、测量：选取(xunq)(xunq)每组随机一个石墨框的第三列，按顺序送至质检每组随机一个石墨框的第三列，按顺序送至质检处测量反射率、最低波长以及膜厚、折射率；处测量反射率、最低波长以及膜厚、折射率；7 7、送片：装满一组后，在流程单上记清篮号，测反射率，填写汇总表后、送片：装满一组后，在流程单上记清篮号，测反射率，填写汇总表后，双手提篮，送至印刷车间。，双手提篮，送至印刷车间。注意事项：注意事项：1 1、操作过程中，严禁用手接触硅片；、操作过程中，严禁用手接触硅片；2 2、一定要时刻关注、一定要时刻关注(gunzh)(gunzh)镀膜面的

29、颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；镀膜面的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；3 3、严禁用手直接接触石墨框。、严禁用手直接接触石墨框。 第35页/共43页第三十六页，共43页。37基本操作_管P1 1、准备、领片：严格佩戴劳保用品，戴好活性炭口罩和、准备、领片：严格佩戴劳保用品，戴好活性炭口罩和PVCPVC手套；检查真空手套；检查真空吸盘是否完好，能否正常使用；检查每个石墨舟是否有损坏，能否正常使用；吸盘是否完好，能否正常使用；检查每个石墨舟是否有损坏，能否正常使用；把装有清洗干净把装有清洗干净(gnjng)(gnjng)硅片的硅片篮放在指定的载物桌上硅片的硅片篮放在指定的载物桌上

30、2 2、装片：把经检查后可以正常使用的石墨舟放在小推车上，然后用力压小推、装片：把经检查后可以正常使用的石墨舟放在小推车上，然后用力压小推车上的机械臂，使石墨舟与水平面成车上的机械臂，使石墨舟与水平面成4545角。右手拿真空吸盘（反之亦可），角。右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石墨舟中，将石墨舟的一面全部装将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石墨舟中，将石墨舟的一面全部装好之后，将小推车的载物平台旋转好之后，将小推车的载物平台旋转180180，然后重复上述取片装片操作，将石，然后重复上述取片装片操作，将石墨舟的另一面装好硅片；待石墨舟装完硅片后，将石墨舟放平

31、，仔细检查是否墨舟的另一面装好硅片；待石墨舟装完硅片后，将石墨舟放平，仔细检查是否有遗漏，在检查无漏装、重片之后，装片完毕。有遗漏，在检查无漏装、重片之后，装片完毕。注意事项：严禁用手直接接触石墨舟。注意事项：严禁用手直接接触石墨舟。第36页/共43页第三十七页，共43页。38基本操作_管P3 3、装片：右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于、装片：右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石墨舟中，将石墨舟的一面全部装好之后，将小推车的载物平台旋转石墨舟中，将石墨舟的一面全部装好之后，将小推车的载物平台旋转180180，然后重复，然后重复上

32、述取片装片操作，将石墨舟的另一面装好硅片；待石墨舟装完硅片后，将石墨舟放上述取片装片操作，将石墨舟的另一面装好硅片；待石墨舟装完硅片后，将石墨舟放平，仔细检查平，仔细检查(jinch)(jinch)是否有遗漏，在检查是否有遗漏，在检查(jinch)(jinch)无漏装、重片之后，装片完毕。无漏装、重片之后，装片完毕。注意事项：装片时硅片要靠紧三个钩点；装片完毕后，要仔细检查注意事项：装片时硅片要靠紧三个钩点；装片完毕后，要仔细检查(jinch)(jinch)石墨舟每一石墨舟每一边的硅片倾斜度是否一致，以防掉片造成镀膜失败片。边的硅片倾斜度是否一致，以防掉片造成镀膜失败片。第37页/共43页第三

33、十八页，共43页。39基本操作_管P4 4、进舟：检查石墨舟在小推车上放置的方向和小推车载舟平台的方向，正确放置方法为石墨舟有两小孔的一端在小推车的左端，小推车载舟平台上有黑色或红色标记的一端朝向显示器所在方向，。检查完毕，将小推车推入管式、进舟：检查石墨舟在小推车上放置的方向和小推车载舟平台的方向，正确放置方法为石墨舟有两小孔的一端在小推车的左端，小推车载舟平台上有黑色或红色标记的一端朝向显示器所在方向，。检查完毕，将小推车推入管式PECVDPECVD设备中，当听到有设备中，当听到有“噗噗”的声响后，表示小推车已经进入设备，此时设备显示屏上会出现的界面。的声响后，表示小推车已经进入设备，此时设备显示屏上会出现的界面。5 5、运行工艺：在输入界面中，在、运行工艺：在输入界面