PECVD工艺文件

拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 1 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 1. 原理 4.1 PECVD 技术原理 PECVD 等离子体增强化学气相沉积，是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离 子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 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 性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态。 PECVD 方法区别于其它 CVD 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 CVD 薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的 CVD 过程得以在低温 实现。 4.2 工艺原理 晶体硅太阳电池上的单层减反射膜，通常使用 TiO2、Si 3N4等介质薄膜。这是因为 TiO2、Si 3N4等介质薄 膜的折射率与晶体硅材料有较好的光学匹配特性，使用它们可以获得良好的减反射效果。TiO 2、Si 3N4等介质 薄膜的工艺制作技术是半导体加工技术中很成熟的商业化生产技术。 利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制作的 Si3N4减反射膜，在工艺过程中产生的氢离子，对 晶体硅的表面及晶界还具有良好的钝化作用，这对提高太阳电池的光电转换效率有关键性影响。 反应方程式为 3SiH44NH3 → Si 3N412H2↑ 正常的 SiNx 的 Si/N 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 4.3 工艺流程 4.3.1 插片 目前，每舟容量是 196 片，插片人员插片时要注意以下事项 1） 插片人员插片前在相应的流程卡上登记舟号。 出片 工艺进舟插片 N2 清洗/抽空 循环 反应阶段N2 清洗/抽 空循环 抽空 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 2 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 2） 插片时员工必须戴防护手套，不得将手外露,不能接触硅片表面，以防对手造成伤害，同时也可以减少手 指印片。 3） 每班插片人员插片前检查吸笔保护膜，决定是否需要更换或者用酒精擦拭，否则容易造成吸笔印。 4） 插片时要分清扩散面与非扩散面，插片时如果发现硅片本身太脏，应单独选出并标记，不要插入舟中。 5） 插片过程中要细心，以防吸笔划伤硅片。 6） 插满舟后必须检查舟中有无漏片、重片（一个位置插二片）、碎片及插片不到位的情况存在。 插二片造成的返工 碎片造成的返工 插片不到位造成的返工 4.3.2 进舟 1）抬舟人员在上舟时应及时登记该舟所进的管号，以便问题发生时能及时找到根源。 2）操作人员进行工艺前必须确认管内是无舟的，以防发生撞舟事件。 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 3 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 3）放舟时，要尽量保证放平，并按每管的情况选择合适的放置位置 4）操作人员在进行工艺前必须确认舟中的硅片是未镀过膜的，以免造成二次镀膜。 5）不能用尖锐的东西操作，以防破坏触摸屏。 6）操作步骤 a） 进行“舟状态确认”必须根据实际情况确认舟所在的位置。 b） “复位平移原点”使舟大架的后限位处于“OK”状态，方能进行下步操作 c） “Select Run”运行工艺前必须确保所用工艺曲线的正确性。 d） 报警声音打开以便发生警报时能及时通知相关人员 4.3.3 工艺 1）抽空 作用是抽走炉管内的全部气体。 2）N2 清洗/抽空循环 重复执行一个清洁/抽空循环过程，在此期间，温度受到控制。 3）反应阶段 工艺炉管中注入工艺气体，调节到设定的温度及等离子状态，硅片上发生所需的反应，在工艺过程中,工艺气 体按设定的时间长度输送到工艺炉管内，流经炉管后，工艺气体被导入一个气体抽排系统，从那里再输入到 外部抽排系统中。 4）N2 清洗/抽空循环 重复执行一个清洁/抽空循环，循环次数、时间、N2 以及工艺炉管内所需压力均在工艺程序中设定，用 N2 清 洁结束过程。 4.3.4 出片 工艺完成后，载满硅片的石墨舟自动移出石英管。 在取片时要注意 1. 取片人员必须戴乳胶手套，并定期更换镊子乳胶套 2. 必须待舟冷却后取片，防止出现明显的镊子印。 3. 取片时应首先把硅片放到取片盒底部，再松开，不能直接滑到底部，以防划伤硅片。 4. 取片人员取片后每舟异常片超过 5 片应在生产数据表上记录现象（如发黄，发红， 黄金舟，水痕印， 色差，手指印，吸笔印，划痕 等）。取片时如发现大量异常片（每舟 10 片以上），应尽快向工艺员汇 报，由工艺员提出解决方案。如取片人员发现一舟中有大量的吸笔印及很规则的划痕片应立刻反馈给插片 人员，让其立即检查并更换吸笔。 5. 取片过程中直接把硅片放整齐，以防个别硅片突出，在整理硅片时互相摩擦而导致绒面受损。 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 4 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 6. 返工片应用镊子夹取插入承载盒，禁止用手直接硅片表面，否则会造成严重的手指印 7. 返工片应分类放置，以便班长进行汇总。 8. 取片人员取完片后应顺手将硅片盒盖上，防止硅片污染。 4.4 主要工艺控制点 4.4.1 工序检验参数 PECVD工序主要的检验参数有二个折射率及膜厚 薄膜的折射率是薄膜的成分及致密程度的综合反映，是检验成膜质量的一个重要指标。所以在沉积工艺试验 中，往往通过对沉积薄膜的折射率影响来选择合适的工艺参数。影响氮化硅薄膜折射率的因素主要是硅烷和氨气 的流量比，折射率随着[SiH 4]/[NH3]的流量比的增加而增大，这是由于硅含量逐渐增加所导致（富硅比富氮致密） ，氮化硅薄膜的电阻率随[SiH 4]/[NH3]的流量比的增加而增加。折射率一般控制在2.0左右。 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 4.4.2 工艺控制点 影响氮化硅薄膜特性的沉积工艺参数主要有温度、射频功率、射频频率、腔室压力、气体SiH 4/NH3流量比 等。工艺参数对薄膜的影响不是单一的,而是它们互相作用共同对氮化硅薄膜的影响,所以必须对所有工艺参数整 体考虑,通过实验获得最佳工艺条件。 （1）NH3 与 SiH4 流量比因素 生长速率随流量比的增加而增加,这是因为当 NH3 流量增加时,生长出的氮化硅中的 H 含量增加,薄膜中的 Si- H 键、N-H 键含量增加,而使得氮化硅变得疏松,薄膜生长速率加快。 Si/N 比对 SiNx 薄膜性质的影响 A）电阻率随 x 增加而降低 B）折射率 n 随 x 增加而降低 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 5 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 C）腐蚀速率随密度增加而降低 （2）射频功率因素 氮化硅薄膜的生长速率随射频功率的增大先增大后减小。这是因为随着射频功率的增加,反应加速,生长速率 增加;同时,射频功率加大时,极板间的电压加大,对基板具有轰击作用,把基片上的氮化硅薄膜打实了,功率再进一 步加大,就会出现类似“溅射”现象, 从而氮化硅薄膜的生长速率会有缓慢的下降。 射频功率过小，沉积氮化硅薄膜的生长速度较小；当射频功率逐渐增大时，沉积的氮化硅薄膜均匀性好，致 密性增强，钝化性能相应提高，腐蚀速率下降；射频功率也不能过大，否则薄膜的沉积速率过快，薄膜的均匀性 下降，结构疏松，针孔密度增大，钝化性能退化，实验重复性也变差。 （3）温度因素 氮化硅薄膜的生长速率随温度的升高先升高然后下降。一方面这是因为在 PECVD 生长氮化硅薄膜的过程中, 气体的等离子体在基片表面沉积和挥发两种机制同时进行,随着温度的升高,表面沉积量和挥发量都会升高;但是当 温度升高到一定值后,挥发量与表面沉积量之间的平衡被打破,挥发量大于表面沉积量,所以最终沉积到基片表面的 速率会下降 。 （4）反应压力 反应压力对薄膜的沉积速率有一定的影响，目前工艺所用的压力为 1700mtorr （5）脉冲频率 脉冲频率又称占空比，即脉冲开与关的比例 此比例太大或太小都会影响生成的薄膜质量 4.4.3 其它质量控制点 生产数据记录人员应严格按照流程卡上登记的舟号与相应批次对应起来，不能随意将任意两舟合并。 同时 1）到清洗次数的石墨舟应及时拿到石墨舟清洗中进行清洗，并且等石墨舟冷却后才能放到酸槽里酸洗，具 体见“石墨舟清洗制度” 2）如果一石墨舟连续二次返工片（发黄、发红）的数目都在 5 片以上，那么该石墨舟应该停止使用，待清 洗。 3）车间各人员应积极做好净化工作，确保车间内的工艺卫生良好，以防硅片污染。 4.5 PE 设备常出现的报警 1．最常出现的为“时间到-动作未完成”报警，一般在第 2 步和第 19 步由于浆的平移移动速度减慢造成，将 平移移动停止再重新运行，桨的移动速度将提高。 2．进出片时，起始位置未到或终点位置未到报警，应点击上下或平移运行，使其到达限位；若浆不移动，则 可能为浆在限位范围之外，按急停后，手动移动浆的位置，使其到达限位。 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 6 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 3．一般出现真空压力报警，首先检查炉门是否关紧，再检查真空泵，薄膜硅，蝶阀等问题，进行真空系统检 漏。 4．出现“进出片进浆-门未打开”的报警时应查看管内压力值，若为 10000，但系统图况中显示负压标志， 则查看气柜中连接真空管的低压超压指示计，若为负值，则使其清零，再打开炉门。若系统图况中无负压标志， 低压超压指示计显示正常，则检查炉门开关的电磁阀与气动阀状态。 5．“冷却水报警”一般为冷却水流量过大或过小，查看气柜中冷却水压力计显示值，调节阀门，使其流量达 到合适范围。 6．出现“高频报警”时，可能为 1）舟内有碎片，造成石墨舟短路，此种情况取出舟，去除碎片，重新工艺； 2）舟放置位置不正确，与电极杆接触不良，则取出舟，重新放置后进行工艺；3）射频电源没有正常工作，检查 电路及射频功率校正等。 4.6 PE 工艺常出现的问题 1．膜面上有明显的花篮印，水痕印等问题需要追踪到前几道工序，及时反映问题，及时解决。 吸笔印，指纹印等人为造成的质量问题最好要追踪到个人。加强培训，增强质量意识，进行配件上的改进， 比如更换吸笔，改进镊子 2．舟内有碎片，导致石墨舟短路，未镀上膜，此时应把舟取出，去除碎片，补齐硅片并重新工艺。 3．炉口与炉尾膜厚差别较大，通过调整五个点的温度来调整出片的均匀性。 4．发黄的返工片增多，主要是由于石墨舟上的氮化硅膜太厚了，需要及时清洗。氮化硅的导电性没有石墨那 么好，过厚会影响热传导，导致出现色差片，同时，过厚的氮化硅膜应力大于引力，则氮化硅膜脱落，使舟表面 平整度受到影响，并且会污染硅片。 5．插满片子的石墨舟由于人为原因进行了重复工艺，导致镀膜很厚，一般为黄金舟。 6．对于整舟出现黄褐色的，为镀膜太薄，可进行工艺补救，将镀膜工艺步骤的时间进行调整。 7．由于人为原因选错工艺曲线。此问题不但要对操作者进行培训，工艺员统一工艺曲线编号后，都要认真执 行，以保证使用工艺曲线的正确性。 5 工艺技术要求 5.1 折射率与膜厚检测 检验仪器是椭偏仪，检验标准如下  颜色蓝色  膜厚738 纳米；折射率2.10.1 5.2 外观检测 外观表面完整且洁净度好，无色斑、色差、水痕印等，“符合检验标准可正常流入下一工序；如不符合，先排 查原因，及时上报有关人员，寻求解决办法，以保证生产正常进行。” 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 7 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 开机 炉管升温，恒温半小时 饱和石英管及石墨舟 上料 启动，进片 下料 检 验 如下有常见的不合格品类型及处理方案 6 工艺参数设置 PECVD 镀膜工艺所要涉及的参数有温度、SiH4 与 NH3 的气体流量、反应压力、射频功率、脉冲开关比，镀膜的时 间等，根据所需要的技术要求来调节各个参数的大小。 7 工艺流程图 机器准备 物料准备 镀膜 查明原因并改进 不合格 流入下道工序 合格 退出程序，降温 关机 拟制 审核 批准 日期 部门单位东磁太阳能 第 8 页 共 8 页 版本A1.1 编号Q/DM18 技 8.01-2010 PECVD 工艺文件 设备维护