PECVD工艺原理及操作

1、.1PECVD工艺原理及操作毛振乐2010.3.20.2目录基本原理工艺流程设备结构基本操作异常处理.3基本原理PECVDPECVD： Plasma Enhanced Chemical Vapour DepositionPlasma 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，部等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合物分外层电子脱离原子核，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

2、等离子态即第四态。组成的一种形态，这种形态就称为等离子态即第四态。.4 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.5工作原理工作原理 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

3、入适量的反应气体，气体经一系列化学反预定的温度，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，在硅片表面形成固态薄膜。应和等离子体反应，在硅片表面形成固态薄膜。PECVDPECVD方法方法区别于其它区别于其它CVDCVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量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过程所需的激活能。电子与电子，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、化合、激发和电离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，因而显著降低过程，生成活性很高的各种

4、化学基团，因而显著降低CVDCVD薄膜薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的沉积的温度范围，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.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，700-1000700-1000 LPCVD LPCVD 低压低压CVDCVD， 750750，0.1mbar0.1mbar PECVD 300-450 PECVD 300-450 ，0.1mbar0.1mbar PECVDPECVD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

5、艺的低温化（450450）。因此带来的好处：）。因此带来的好处：l 节省能源，降低成本节省能源，降低成本l 提高产能提高产能l 减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减 其他优点：其他优点：l 沉积速率快沉积速率快l 成膜质量好成膜质量好 缺点：缺点：l 设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高l 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.7PECVD种类:基本原理间接式基片不接触激发电极（如2.45GHz微波激发等离子）.8基本原理PECVD种类:直接式基片位于电极

6、上，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz）.9PECVD直接法直接法间接法间接法管式PECVD系统板式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.10PECVD PECVD 的作用的作用l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，减少反射。的光的透射，减少反射。l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.11王松 工作原理工作原理_板板P P SiNA SiNA 系统采用的

7、是一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）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膜。它具有非常好的薄膜均匀性，而且具有大规模生产的能力。在能力。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（氢）对硅表面的钝化和在烧结工序中的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）钝化了硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它（氢）钝化了硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它们不再

8、起复合中心的作用，减少了少数载流子的复合，提们不再起复合中心的作用，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，提高了太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。阳能电池的效率。 基本原理.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，等离子发生器直接在装在镀膜板中间的介质中间发生反应。所用的活发生器直接在装在镀膜板中间的介

9、质中间发生反应。所用的活性气体为硅烷性气体为硅烷SiHSiH4 4和氨气和氨气NHNH3 3。可以改变硅烷对氨的比率，来。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，使得硅片的氢钝化性十分良好。子的产生，使得硅片的氢钝化性十分良好。基本原理.131. processing started 1. processing started 工艺开始工艺开始2. fill tube with N2. fill tube with N2 2 充氮充氮3. loading boat (paddle in up

10、per 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管外镀膜工艺流程.14镀膜工艺流程6. evacuate tube and pressure test 6. evacuate tube an

11、d 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 NH7. plasma preclean and check with NH3 3 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1 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 m

12、in temperature 恒温恒温.15镀膜工艺流程11. ammonia plasma preclean 11. ammonia plasma preclean 通过高频电源用氨气清理通过高频电源用氨气清理12. deposition 12. deposition 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

13、. purge cycle 1 清洗管路清洗管路1 1.16镀膜工艺流程16. fill tube with N16. fill tube with N2 2 充氮充氮17. move in paddle lower position 17. move in paddle lower position 桨在低位进入管内桨在低位进入管内18. SLS moving to upper position 18. SLS moving to upper position SLS SLS移到高位移到高位19. unloading boat 19. unloading boat 退舟退舟20. end o

14、f process 20. end of process 结束工艺结束工艺.17 管式PECVD系统板式PECVD系统设备结构.18王松设备结构设备结构_板P.19王松设备结构设备结构_板P.20王松设备结构设备结构_板P.21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设备结构设备结构_板P.22设备结构设备结构_板P温度压力冷却水工艺名称运行状态时间日期账号.23设备结构_管P设备结构.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控制系统控制系统设备结构.25设备结构：l装载区：装载区： 桨、桨、LIFTLIFT、抽风系统、抽风系统、SLSSLS系统。系统

15、。 桨：桨： 由碳化硅材料制成，具有耐高温、防由碳化硅材料制成，具有耐高温、防 变形等性能。作用是将石墨舟放入或变形等性能。作用是将石墨舟放入或 取出石英管。取出石英管。 LIFT LIFT： 机械臂系统，使舟在机械臂作用下在机械臂系统，使舟在机械臂作用下在 小车、桨、储存区之间互相移动。小车、桨、储存区之间互相移动。抽风系统抽风系统 : : 位于晶片装载区上方，初步的冷却石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墨舟和一定程度的过滤残余气体 SLS SLS系统：系统： 软着陆系统，控制桨的上下，移动范软着陆系统，控制桨的上下，移动范 围在围在2323厘米厘米设备结构.2

16、6l炉体：炉管、加热系统、冷却系统炉体：炉管、加热系统、冷却系统炉管：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 的作业区域，耐高温、防反应。的作业区域，耐高温、防反应。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。设备结构.27加热系统：设备结构CMS模块 3 电源连接外罩热电偶 4 温度测量模块.28l冷却系统：设备结构.29l特气柜：特气柜：MFC MFC 气动阀气动阀 MFCMFC：气体流量计（：气体流量计（NHNH3 3、 SiHSiH4 4 、O O2 2 、 N N2 2） 气动阀：之所以不用电磁阀是因为电磁阀在

17、工作时容易气动阀：之所以不用电磁阀是因为电磁阀在工作时容易 1 1 产生火花，而气动阀可以最大程度的避免火花产生火花，而气动阀可以最大程度的避免火花。设备结构.30l真空系统真空系统 真空泵真空泵 蝶阀蝶阀真空泵：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 括主泵和辅助泵。括主泵和辅助泵。蝶阀：蝶阀： 可以根据要求控制阀门的开关可以根据要求控制阀门的开关 的大小，来调节管内气压的的大小，来调节管内气压的 高低高低设备结构.31l控制系统控制系统 CMICMI：是：是 Centrotherm Centrotherm 研发的一个控制系统，其中界面包括研发的一个控制系统，其中界面包

18、括 Jobs Jobs 、System System 、 Datalog Datalog 、Setup Setup 、Alarms Alarms 、 Help. Help. Jobs: Jobs: 机器的工作状态。机器的工作状态。System: 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 作机器臂的内容。作机器臂的内容。Datalog: Datalog: 机器运行的每一步。机器运行的每一步。设备结构.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

19、位置的更改，位置的更改，CMSCMS安全系统（安装的感应器安全系统（安装的感应器 将监控重要系统的运行情况，而一旦不受计算机将监控重要系统的运行情况，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。 AlarmsAlarms：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 CESARCESAR：控制电脑，每一个系统都安装了：控制电脑，每一个系统都安装了CESARCES

20、AR控制电脑及控制电脑及 CESAR CESAR 控制软件控制软件设备结构.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。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，并核查流程单记录篮号是否与实际相符，将核查好的流程单小推车上，并核查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

21、具盒里面。放于小车旁边的工具盒里面。注意事项注意事项：从烘干机领片时，确保硅片表面：从烘干机领片时，确保硅片表面没有水珠没有水珠后，再进行装片。后，再进行装片。带实验单的流程单一定要看清楚带实验单的流程单一定要看清楚实验要求实验要求。.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上卸片处要将印刷上载篮放于卸片台上. .篮向正面倾斜篮向正面倾斜（有篮号一侧）。右手（有篮号一侧）。右手( (或左手或左手) )拿起吸笔

22、使吸头轻放于硅片表面，用吸笔拿起吸笔使吸头轻放于硅片表面，用吸笔自然吸住硅片表面中间的边缘部分，平行从篮中取出，对准石墨框平行下自然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将硅片平行移硅片，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, ,两组片间要有交接片。两组片间要有交接片。注意事项注意事项：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。：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。.35基本操作_板P4

23、 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、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。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，转动吸笔使硅片正面向内接近石墨框并与之成使硅片正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，度角。同时吸盘接近吸住吸笔放开，吸盘与硅片上边成吸盘与硅片上边成4545度，抬起吸

24、盘，让硅片两边对准黑篮两边齿缝平行装入度，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。其中，注意一定要装到底，才能松开吸盘。注意事项注意事项：一定要时刻关注镀膜片的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给：一定要时刻关注镀膜片的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；卸片过程中切忌用手触摸镀膜面。工艺；卸片过程中切忌用手触摸镀膜面。.36基本操作_板P6 6、测量：选取每组随机一个石墨框的第三列，按顺序送至质检处测量反、测量：选取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；射率、最低波长以及膜厚、折射率；7 7、送片：装满一

25、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、一定要时刻关注镀膜面的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；、一定要时刻关注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。 .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；检查真手套；检查

26、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；把装有清洗干净硅片的硅片篮放在指定的载物桌上使用；把装有清洗干净硅片的硅片篮放在指定的载物桌上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、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小推车上的机械臂，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，将石墨舟亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石

27、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，然后重复上述取，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，仔细检查是否有遗漏，在检查无漏装、重片之后，装片完毕。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。注意事项注意事项：严禁用手直接接触石墨舟。：严禁用手直接接触石墨舟。.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、装片：右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅

28、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旋转180180，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，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，仔细检查是否有遗漏，在检查无漏装、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。重片之后，装片完毕。注意事项注意事项：装片时硅片要：装片时硅片要靠紧三个钩点靠紧三个钩点；装片完毕后，要仔细检查石墨舟每；装片完毕后，要仔细检查石墨舟每一边的硅片倾斜

29、度是否一致，一边的硅片倾斜度是否一致，以防掉片以防掉片造成镀膜失败片。造成镀膜失败片。.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、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。备显示屏上会出现的界面。