PECVD

PECVD员工培训CSI工艺部王立建PECVD的基本概念™PECVD__PlasmaEnhancedChemicalVapourDeposition(等离子增强化学气相沉积)™PECVD法是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术。PECVD的起源与发展™1965年Stirling和Swann发明PECVD技术。™1981年应用到太阳电池行业。™目前设备状况分为两类：平板式和管式。™按反应方式分:分为直接式（direct）和间接式(remote)，这两种都属于平板式。直接式PECVD设备间接式PECVD设备SiNx形成原理：™当气体受到紫外线等射线的辐射时，会电离产生电子，因此，开启射频电源时，在阴极和阳极之间会产生高频交变电场，电子在电场的加速下便获得能量。当这些电子和气体中的原子或分子碰撞时，有可能发生电离产生二次电子，二次电子再进一步和气体中的原子或分子碰撞电离，……，如此反复进行，产生大量的光子、电子、带电离子或化学性质十分活泼的活性基团(如SiH，NH等基团)™在直接PECVD设备中，SIH4和NH3同时被交变电场所激励而产生等离子体，样品直接置于等离子体中，表面受轰击严重，可由烧结的热处理来弥补。™在间接PECVD设备中，只有NH3被交变电场所激励，而且样品远离等离子体。被激励的等离子体通过一根狭窄的石英管进入反应器和SIH4反应并沉积到硅片的表面。由于这种方法产生的等离子体密度高，所以沉积的速率也往往比直接PECVD大，另外一个显著的优点点是由于等离子体离硅片表面较远，使电池表面损伤大大减少。™SiH4+eSiH3+H+e™SiH4+eSiH2+2H+e™SiH4+eSiH+3H+e™NH3+eNH2+H+e™NH3+eNH+2H+e™N2+e2N+e™SiHx+NHySiNz：H（x从0到3,y从0到2）SiNx的作用™减反射的作用™钝化作用™屏蔽金属杂质的作用减反射作用™光照射在硅片表面时，因为反射会使光损失约三分之一。如果在硅表面有一层或多层合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这种膜称为太阳电池的减反射膜（ARC，antireflectioncoating）。dn0nnSi减反射膜示意图™如果在硅表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜的两个界面上的反射光互相干涉，可以在很宽波长范围内降低反射率。此时，反射率由下式给出：™r1，r2分别是外界介质-膜和膜-硅界面上菲涅尔反射系数，为膜层厚度引起的位相角θθcosr2rrr1cosr2rrrR212221212221+++++=θ™其中n0，n，nsi分别为外界介质、膜层和硅的折射率；λ0是入射光的波长；d是膜层的实际厚度；nd是膜层的光学厚度。™当波长为λ0的光垂直入射时，如果膜层光学厚度为λ0的四分之一，即nd=λ0/4nnnnr001+−=si0si02nnnnr+−=nd40λπ=θ™为了使反射损失降到最小，即希望Rλ0=0，就应有：™外层空间太阳光谱的峰值在波长0.48μm，地面太阳光谱能量的峰值在波长0.5μm；而硅太阳电池的相对响应峰值在波长0.8-09μm。因此设计波长为0.6μm，则恰当的减反射膜的光学厚度应为0.15μm。™硅的折射率nsi=3.9，因此如果电池直接暴露在真空或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为n=≈1.972si02si020)nnnnnn(R+−=λsi0nnn=钝化作用™太阳能级硅单晶和多晶硅材料存在着大量的杂质和缺陷，这些杂质和缺陷在晶体硅中引入深能级，显著降低硅中的少数载流子寿命，从而影响太阳电池的短路电流和电池的转换效率。™PECVD沉积氮化硅薄膜钝化太阳电池的作用从原理看实际上是薄膜中富含的氢对衬底硅中的杂质和缺陷的钝化。™氢能够进入硅晶体中，钝化硅中的杂质和缺陷的电活性，降低电池表面复合速率，增加少子寿命，进而提高开路电压和短路电流。™氢原子与缺陷或晶界处的悬挂键结合，从而一定程度上消除了晶界的活性屏蔽金属离子的作用™氮化硅薄膜能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn等杂质的扩散，尤其是对Na+。有实验表明，氮化硅薄膜对Na+扩散有很强的屏障作用。在600℃下热扩散22小时后，Na+扩散长度小于200Å，而在相同条件下Na+贯穿了SiO2薄膜，在硅和二氧化硅的界面上出现了Na+堆积。™在相同条件下制得的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅薄膜中，水汽在氮化硅薄膜中的渗透系数最小。工艺条件对SiNx性质的影响™气体比例™功率™温度™时间™压力SiNx质量的检测™常规手段：椭圆偏振仪检测膜厚和折射率™反射谱检测反射率™专业手段：腐蚀SiNx膜测试腐蚀速率，检测致密性。™FTIR检测吸收峰350400450250300350400450500EtchingTimeH/CTemperature™TheEnd™™谢谢大家！谢谢大家！