晶体硅太阳能电池培训-PECVD

PECVD部门：生产技术部PECVD的介绍PECVD:PlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition等离子增强化学气相沉积等离子体：由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就会变成自由运动并由相互作用的正离子、电子和中性粒子组成的混合物。PECVD的目的在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。减少光的反射，增加电池对光线的吸收。对电池的正表面进行H钝化对电池正表面进行保护，防止氧化SiNx:HSiNx:H介绍正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHz或SiNx:HSi/N比对SiNx薄膜性质的影响1.电阻率随x增加而降低2.折射率n随x增加而增加3.腐蚀速率随密度增加而降低PECVD的钝化作用由于太阳电池级硅材料中不可避免的含有大量的杂质和缺陷，导致硅中少子寿命及扩散长度降低从而影响电池的转换效率。H的钝化机理:主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行反应，从而将禁带中的能带转入价带或者导带。PECVD的钝化作用钝化太阳电池的受光面钝化膜(介质)的主要作用是保护半导体器件表面不受污染物质的影响，半导体表面钝化可降低半导体表面态密度。钝化太阳电池的体内在SiN减反射膜中存在大量的H，在烧结过程中会钝化晶体内部悬挂键。PECVD对电性能影响1.减反射膜提高了对太阳光的利用率，有助于提高光生电流密度，起到提高电流进而提高转换效率的作用。2.薄膜中的氢对电池的表面钝化降低了发射结的表面复合速率，减小了暗电流，提升了开路电压，从而提高了光电转换效率；在烧穿工艺中的高温瞬时退火断裂了一些Si-H、N-H键，游离出来的H进一步加强了对电池的钝化。PECVD:直接式PECVD:间接式间接PECVD的特点：在微波激发等离子的设备里，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管导入反应腔中。在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进入反应腔。间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。PECVD的工艺原理通入的特气（硅烷和氨气）在高温和微波源的激发下电离，形成等离子态，并沉积在硅片的表面。膜的厚度主要与温度，腔体内微波源的功率和镀膜时间有关。反应室通入反应气体硅烷SiH4

氨气NH3在微波源的激发下电离形成等离子态SiNx:H沉积在硅片上等离子体产生图例SixNyHz的形成过程PECVD特气的性质（1）氨气（NH3）:是一种刺激性、无色、气体。氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气中的浓度超过15%时有立即造成火灾及爆炸的危险。暴露在氨气中会对眼睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、咳嗽、喘息加重、气短、头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成痉挛和失去知觉。暴露在5000ppm下5分钟会造成死亡。紧急救助眼睛接触：用大量的水冲洗，立即进行医疗处理。吸入：将人员移到空气清新处，若呼吸困难，则输氧，并迅速进行医务处理。皮肤接触：用大量水冲洗，立即脱掉被污染的衣服，并立即进行药物处理。PECVD特气的性质（2）硅烷(SiH4):是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。硅烷与空气接触会引起燃烧。它的首要危害是引起严重的热灼伤。严重时会致命。如没有自燃会非常危险，不要靠近，不要试图在切断气源之前灭火。硅烷会刺激眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起眼睛刺激。吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。过度吸入会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。紧急救助眼睛接触：应立即用水冲洗至少15分钟，水流不要太快，同时翻开眼睑，立即寻求眼科处理；皮肤接触：用大量的水清洗至少15分钟，脱掉被污染的衣服，如果患者有持续的刺激感或其他影响需立即进行医疗处理。吸入：尽快移到空气清新处，如有必要须进行输氧或人工呼吸。PECVD的影响因素1．频率射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56MHz的工业频段射频电源。较高频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具有更好的钝化效果和稳定性。2．射频功率增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。3．衬底温度PECVD膜的沉积温度一般为250～400℃。这样能保证氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。低于200℃下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力，而温度高于450℃时膜容易龟裂。PECVD的影响因素4．气体流量影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。为了防止富硅膜，选择NH3/SiH4=2~20（体积比）。气体总流量直接影响沉积的均匀性。为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。5．反应气体浓度SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化硅膜的组分及物化性质均有重大影响。理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，但多为富硅膜，可写成SiN。因此，必须控制气体中的SiH4浓度，不宜过高，并采用较高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHZ或SiNx:H。6．反应压力、和反应室尺寸等都是影响氮化硅薄膜的性能工艺参数。PECVD设备设备结构晶片装载区炉体特气柜真空系统控制系统PECVD设备结构PECVD晶片装载区桨、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SLS系统：软着落系统，控制桨的上下，移动范围在2—3厘米PECVD炉体石英管、加热系统、冷却系统石英管：炉体内有四根石英管，是镀膜的作业区域，耐高温、防反应。加热系统：位于石英管外，有五个温区。冷却系统：是一套封闭的循环水系统，位于加热系统的金属外壳，四进四出并有一个主管道，可适量调节流量大小。冷却系统的优点:没有消耗净室空气不同管间无热干涉炉环境的温度没有被热空气所提升空气运动（通风装置）没有使房间污染噪音水平低PECVD真空系统真空系统真空泵：每一根石英管配置一组泵，包括主泵和辅助泵。蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关的大小，来调节管内气压的PECVD控制系统控制系统CMI:是Centrotherm研发的一个控制系统，其中界面包括Jobs（界面）、System（系统）、Catalog（目录）、Setup（软件）、Alarms（报警）、Help（帮助）.Jobs:机器的工作状态。System:四根管子的工作状态，舟的状态以及手动操作机器臂的内容。Datalog:机器运行的每一步。PECVD控制系统Setup:舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统（安装的感应器将监控重要系统的运行情况，而一旦不受管的计算机的控制，CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会在CIM上得以简洁的文本方式显示出来）的更改等。Alarms：警报内容Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及CESAR控制软件，此控制电脑独立于主电脑系统中。PECVD控制系统示意图PECVD电池片检验标准看颜色是否合格（合格的颜色为深蓝，蓝色，淡蓝）色差和水印不超过整体面积的1%镀膜后的折射率在1.95—2.10，膜厚在80±5nm（生产过程中取每批次任意6片进行折射率和膜厚的测定）27光学参数厚度的均匀性(nominal约70nm)同一硅片+/-5%同一片盒内的硅片

+/-5%不同片盒内的硅片+/-5%折射率(nom