薄膜沉积完整版本

薄膜沉积工艺培训-梅晓东什么是薄膜沉积？在机械工业，电子工业或半导体工业领域，为了队所使用的材料赋予某种特性在材料表面以各种方法形成被膜（一种薄膜），而加以使用，假如此被膜经由原子层的过程所形成时，一般将此等薄膜沉积称为蒸镀处理，采用蒸镀处理时，以原子或分子的层次控制蒸镀粒子使其形成被膜，因此可以得到以热平衡状态无法得到得具有特殊构造及功能的被膜．薄膜沉积的分类依据沉积过程中，是否含有化学反应可区分为：１物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition）２化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition）薄膜沉积原理CVD的原理CVD是将反应源以气体形式通入反应腔中，经由氧化，还原或与基板反应的方式进行化学反应，其生成物通过扩散作用而沉积在基板表面上．CVD的反应过程CVD的五个主要过程导入反应物主气流反应物内扩散原子吸附表面化学反应生成物外扩散及移除CVD的分类工艺优点缺点应用APCVD反应器结构简单沉积速度快低温工艺层覆盖能力差粒子污染低温氧化物LPCVD高纯度层覆盖能力极佳可沉积大面积晶圆片高温工艺低沉积速率高温氧化物多晶硅钨，硅化钨PECVD低温工艺高沉积速率层覆盖能力良好化学污染粒子污染低温绝缘体钝化层APCVD原理APCVD结构示意图PECVD原理PECVD结构示意图PECVD的工艺过程SiH4分解产生活性粒子Si、H、SiH2

和SiH3等活性粒子在衬底表面的吸附和扩散在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成Poly-Si层，并放出H2；

PECVD的优点可以低温成膜(最常用的温度是300-350度),对基体影响小,并可以避免高温成膜造成的膜层晶粒粗大以及膜层和基体间生成脆性相等问题PECVD在较低的压强下进行,由于反应物中的分子,原子,等离子粒子团与电子之间的碰撞,散射,电离等作用,提高膜厚及成分的均匀性,得到的薄膜针孔少,组织致密,内应力小,不容易产生裂纹扩大了化学气相沉积的应用范围,特别是提供了在不同的基体上制取各种金属薄膜,非晶态无机薄膜,有机聚合物薄膜的可能性膜层对基体的附着力大于普通CVDPECVD的原理SunTech-PowerPECVD

PECVD的作用PECVD工艺参数的调整安全PECVD：MicrowaveRemotePlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition微波间接等离子增强化学气相沉积定义等离子体：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的作用在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。

除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜PECVD的作用氮化硅颜色与厚度的对照表颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）硅本色0-20很淡蓝色100-110蓝

色210-230褐

色20-40硅

本

色110-120蓝绿色230-250黄褐色40-50淡

黄

色120-130浅绿色250-280红

色55-73黄

色130-150橙黄色280-300深蓝色73-77橙

黄

色150-180红

色300-330蓝

色77-93红

色180-190

淡蓝色93-100深

红

色190-210

PECVD的作用空气或玻璃n0=1or1.5SiN减反膜的最佳折射率n1为1.9或2.3硅n2=3.87

在左图中示出了四分之一波长减反射膜的原理。从第二个界面返回到第一个界面的反射光与从第一个界面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。即n1d1=λ/4PECVD的作用PECVD的作用PECVD的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。PECVD的作用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的原理PECVD的原理PECVD工艺参数的调整在每一个过程中左右使用略微不同的脉冲周期（相差1-2ms）调整P-peak可改变等离子源的扩散长度，沉积率随着P-mean轻微增加（通过Ton，Toff控制），如果不均匀通过左/右微波功率调节左/右沉积率。P-peak=2500…3200…3600W

Ton=3…8…12ms

Toff=12…18…25ms

Meanpower=750…1000…1500W

微波功率

（对一个微波源）

随着温度增加轻微减少沉积率250…325…400℃反应温度最佳值为80cm/min速度的调整用作对膜厚的最终调整15…20…30cm/min/PS承载框传输速度高的硅含量（低于1.2）开始在SiN膜中产生光吸收较多的SiH4会导致较多的Si含量、更高的折射率1.5…2.0…4工作气体比

（QNH3/QSiH4)

沉积率随着总气体流量增加（在1000sccm/PS时饱和），但在高流量时等离子体分裂态少150…300…500sccm/PS总气体流量

超过0.25mbar降低沉积率；低压增加H钝化效果0.05…0.1-0.2…0.5mbar沉积腔压力备注对SiN膜的作用范围参数PPtttmeanpeakononoff=+*SiN膜对太阳电池参数的影响参数范围SiN膜的作用备注膜的厚度70…75…80nm对最大的光吸收为最佳的减反膜参数在烧结后膜的光学特性有一些改变折射率1.9…2.0…2.1…2.2对最大的光吸收为最佳的减反膜参数在烧结后膜的光学特性有一些改变膜的均匀性+-1…+-3…+-5%

氢对硅表面的钝化

强烈依赖烧结工艺氢对体内的钝化

强烈依赖硅片的体材料安全无水氨气是一种刺激性、无色、可燃的储存于钢瓶的液化压缩气体。其存储压力为其蒸汽压14psig(70℉)。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，因此进入这样的区域前必须排空。进入浓度超过暴露极限的区域要佩戴自给式呼吸器。大规模泄露时需要全身防护服，并应随时意识到潜在的火灾和爆炸危险。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。上呼吸道易受伤害并导致气管炎。声带在高浓度下特别容易受到腐蚀，下呼吸道伤害会造成水肿和出血，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。安全火灾扑救灭火剂：干粉、二氧化碳或水从泄漏区疏散所有的人，切断氨气泄漏源，然后根据燃烧的物质进行灭火。由于受热钢瓶内压力会升高，如果泄压装置功能失灵，会引起钢瓶爆炸。硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色无定型二氧化硅烟雾。它对健康的首要危害是它自燃的火焰会引起严重的热灼伤。如果严重甚至会致命。如果火焰或高温作用在硅烷钢瓶的某一部分会使钢瓶在安全阀启动之前爆炸，如果泄放硅烷时压力过高或速度过快，会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷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。硅烷会刺激呼吸系统及粘膜。过度吸入硅烷会引起肺炎和肾病。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。安全火灾扑救切断气源灭火，用水雾减少空气中形成的燃烧产物，不要用卤化物类灭火器。从最远的距离用水冷却暴露在火焰中的钢瓶。从泄漏区疏散所有人，切断气源，根据燃烧的物质灭火。由于热量的作用气瓶内压力会升高，如果泄压装置失灵会引起钢瓶爆炸。紧急救助由于硅烷泄漏引起人员灼伤应由受过培训的人员进行