PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展

PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 毕业设计（论文） （ 2013 届） 题 目 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 学 号 1003020147 姓 名 钟建斌 所 属 系 新能源科学与工程学院 专 业 材料加工及技术应用 班 级 10 材料（ 1）班 指导教师 胡耐根 新余学院教务处制 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 目录 摘要 . 1 Abstract 错误未定义书签。 第一章 氮化硅薄膜的性质与制备方法 3 1.1 氮化硅薄膜的性质 3 1.2 与常用减反射膜的比较 4 1.3 氮化硅薄膜的制备方法 . 6 第二章 工艺参数对 PECVD法制备氮化硅减反膜性能的影响研究 . 9 2.1 温度对双层氮化硅减反膜性能的影响 . 9 2.2 射频频率对双层氮化硅减反膜性能的影响 . 10 2.3 射频功率对双层氮化硅性能的影响 . 10 2.4 腔室压力对氮化硅减反膜性能的影响 . 11 2.5 优化前后对太阳电池电性能对比分析 . 12 第三章 结论与展望 14 参考文献 16 致 谢 . 17 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 1 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 摘要 功率半导体器件芯片制造过程中实际上就是在衬底上多次反复进行的薄膜 形成、 光刻与掺杂等加工过程， 其首要的任务是解决薄膜制备问题。 随着功率半 导体器件的不断发展， 要求制备的薄膜品种不断增加， 对薄膜的性能要求日益提 高，新的制备方法随之不断涌现，并日趋成熟。以功率半导体器件为例，早期的 器件只需在硅衬底上生长热氧化硅与单层金属膜即可； 随着半导体工艺技术的进 步和发展， 为了改进器件的稳定性与可靠性还需淀积 PSG、 Si 3N4、 半绝缘多晶硅 等等钝化膜。 氮化硅是一种性能优良的功能材料 , 它具有良好的介电特性 介电常 数低、损耗低 、高绝缘性 , 而且高致密性的氮化硅对杂质离子 , 即使是很小体积 的 Na都有很好的阻挡能力。 因此 , 氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而 广泛应用于半导体器件工艺中。 等离子增强型化学气相淀积 PECVD是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制 备方法。 PECVD法工艺复杂，沉积过程的控制因素较多，沉积条件对介质薄膜的 结构与性能有直接的影响。因此在 PECVD淀积过程中必须对众多参数进行控制， 因此， 优化沉积条件是十分重要的。 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。 本文介绍了氮化硅薄膜的性质与制备方法，等离子增强型化学气相淀积 PECVD的原理与应用，不同工艺参数对 PECVD法制备氮化硅薄膜性能的影响。 关键词 PECVD ,氮化硅薄膜 , 工艺参数 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 2 Research progress of silicon nitride thin films deposited by PECVD Abstract Power semiconductor device chip manufacturing process is actually repeated several times on film formation, lithography and doping process in a substrate, and its primary task is to solve the problem of film formation. With the continuous development of power semiconductor devices required ever-increasing varieties of the films, the films performance requirements is increasing also, the new preparation method followed emerging and maturing. In power semiconductor devices, for example, the early devices grown thermal oxidation of silicon and single metal films on silicon substrate; with the progress and development of semiconductor process technology, in order to improve device stability and reliability, it needed deposition PSG, Si 3N4, semi-insulating polycrystalline silicon and so passive film. Silicon nitride is an excellent functional material; it has good dielectric properties low dielectric constant, low loss, high insulation, and the high density of silicon nitride have good blocking ability off impurity ions, even in small sizes Na . Therefore, the silicon nitride used as an efficient device surface passivation layer and is widely used in semiconductor processes. lasma enhanced chemical vapor deposition PECVD is an ideal and important preparation methods of silicon nitride film. Preparation of silicon nitride with PECVD is complexity, there are many control factors in deposition process, and deposition conditions have a direct impact on structure and properties of dielectric films.Therefore, there are a number of parameters must be controlled in PECVD deposition process, and the deposition conditions optimization is very important. Influence of silicon nitride thin film deposition process parameters included temperature, RF power, RF frequency, chamber pressure, gas SiH 4/NH 3 flow ratio. This paper introduced the properties and preparation methods of silicon nitride thin film, plasma enhanced chemical vapor deposition PECVD and application of the principle, effect of different process parameters on the properties of silicon nitride thin films prepared by PECVD method. Keywords PECVD,SiH 4 filme,process parameters PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 3 第一章 氮化硅薄膜的性质与制备方法 效率更高、成本更低的太阳电池是光伏人永远追求的目标。集减反射和钝 化膜于一身的 PECVD氮化硅薄膜相比传统工艺减少了工艺流程 在低温（ 400 ℃ 以下） 制备并易于大规模生产而引起光伏界广泛瞩目， ＰＥＣＶＤ设备也因此成 为太阳电池生产线的核心设备之一。由 于ＰＥＣＶＤ沉积氮化硅薄膜对太阳电 池组件吸收光谱具有较理想的折射率匹配， 厚度容易控制， 减反射效果非常明显， 大大增加了太阳电池对太阳光谱的吸收利用， 同时对太阳电池的表面态和体内缺 陷有较好的钝化作用， 提高了电池的开路电压和短路电流， 对提高太阳电池的效 率有非常明显的贡献； 另外， 氮化硅薄膜有非常好的热稳定性和化学稳定性， 能 有效阻挡可移动离子和水汽渗入 【 1】 对延长器件的使用寿命极为有利。 等离子体 增强化学气相沉积 简称 PECVDPlasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 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 【 3】 ， 其技术原理是利用 低温等离子体作能量源， 样品置于低气压下辉光放电的阴极上， 然后通入适量的 反应气体 气体在电场作用下离化，形成等离子体，经过一系列化学反应，在样 品表面形成固 态 薄 膜。 目 前， 有 大 量 的 文 献 报 道 了ＰＥＣＶＤ的进 展状况， 大多是对实验室的研究结果进行了报道， 企业由于商业保密需要而不愿 公开发表自己的真实数据，所以很难在文献上见到生产线上的研究结果。 1.1 氮化硅薄膜的性质 氮化硅薄膜具有高的化学稳定性、高电阻率、绝缘性好、硬度高、光学性能 良好等特性，在半导体器件、化工、微电子工业、光电子工业、太阳能电池等方 面具有广泛的应用 [2] 。近年来，氮化硅薄膜作为太阳能电池的减反射膜越来越引 起人们的关注 [3] 。利用氮化硅薄膜作为减反射膜、绝缘层以及钝化层等已取得了 较好的效果。作为减反射膜，氮化硅薄膜具有良好的光学性能 其折射率在 2.0 左右， 比传统的二氧化硅减反膜具有更好的减反效果。 同时， 氮化硅薄膜还具有 良好的钝化效果， 对质量较差的硅片能起到表面和体内的钝化作用， 并且由于其 良好的表面钝化和体内钝化作用还可以进一步提高太阳能电池的短路电流。因 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 4 此， 近年来采用氮化硅薄膜作为太阳能电池的减反射膜己经成为光伏界研究的热 点。氮化硅薄膜是一种重要的薄膜光学材料，它不仅具有透光率高、透光谱宽、 折射率变化范围大等优良的光学性质， 还具有耐磨损、 耐腐蚀、 应力小等优良的 力学、 化学性质， 因而在薄膜光学器件以及光学器件的表面保护膜方面， 有着广 阔的应用前景。 此外， 氮化硅薄膜还有着卓越的抗氧化和绝缘性能， 同时具有良 好的阻挡钠离子、 掩蔽水蒸气和金属扩散的能力。 薄膜的特性如表 1.1 所示 【 4】 1.2 与常用减反射膜的比较 除了 SiN 膜， 工业上常用二氧化钦、 二氧化硅减反射膜， 实验室中常用 zns 从 gFZ双层减反射膜， 这些减反射膜各有其优缺点， 比较起来， 氮化硅膜更为理 想。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 5 1. 二氧化钦 Tio 2 Ti 伍折射率较高，一般为 2.4 左右。折射率取决于沉积速率和沉积温度。 通过快速、 高温的沉积方法可以得到较高的折射率。 但由于膜层中含有较多的低 价氧化物， 导致在短波部分尤其是 0.30.4 娜波长范围内有非常严重的光吸收 【 5】 。 二氧化钦减反射膜一般用于工业生产的太阳能电池。这种减反射膜是用喷涂技 术，在链式炉中用常压化学气相沉积 妙 cvD方法沉积的。 APcvD方法不需要使 用真空技术， 设备简单， 因此是工业上较为常用的一种减反射膜。 但是它没有钝 化作用，而且和硅片的结合程度不好，易产生剥离问题。 2. 二氧化硅 sio 2 一种常用的制备减反射膜的方法是在硅片上生长一层较厚的氧化层。 氧化层 同时还起到钝化作用。但是二氧化硅的折射率较低，约在 1.46 左右，减反射效 果不很理想。而且制备需要 900℃以上的高温过程。得到二氧化硅的结构是多孔 状的，不能起到好的阻挡作用。 3.zns 和 MgFZ双层膜 实验室较常用的一种减反射膜是 zns 和 MgFZ双层减反射膜。常用的制备方 法是生长一层薄氧化层 约 50A， 然后沉积 MgFn1.38 和 znsn2.33 。 与单 层减反射膜相比， 双层膜在较宽的波长范围内都具有很低的反射率。 对于太阳电 池响应的波长范围反射率平均能减少到 30【 6】 。 4. 氮化硅 SIN 用 PECVD方法制备的氮化硅薄膜，不仅折射率非常适合 n2.0 ，而且还可以获 得很好的表面和体钝化效果。 如表 1.2 【 5】 所示， sio 2， Tio 2 和 SIN 作为减反射膜 的太阳能电池性能比较。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 6 从表 1.2 可以看出， 氮化硅， 二氧化钦作减反射膜和二氧化硅相比， 电流密度与 开路电压均提高很大， 因此效率有很大提高。 而氮化硅与二氧化钦相比， 电流密 度提高并不是很多，但开路电压提高较大，这是由于氮化硅有钝化作用。可见， 氮化硅是更为理想的减反射膜。 1.3 氮化硅薄膜的制备方法 目前，氮化硅薄膜的主要制备技术有常压化学气相沉积 APCVD、低压化学 气相沉积 LPcvD 和等离子体增强化学气相沉积伊 EcvD等技术。 1. 常压化学气相沉积 APCvD 常压化学气相沉积就是在常压环境下，反应气体受热后被 N2或 Ar 等气体输 运到加热的高温基片上， 经化合反应或热分解生成固态薄膜的沉积方法。 由于这 种沉积是在常压下进行的， 且仅仅依靠热量来激活反应气体实现薄膜的沉积， 所 以与其它化学气相沉积方法相比， 改设备非常简单， 操作方便， 是早期制备氮化 硅薄膜的主要方法。 但是， 由于反应是在常压下进行的， 在生成薄膜材料的同时 也产生各种副产物。 常压下分子的扩散速率小， 不能及时排出副产物， 这即限制 了沉积速率， 同时又增加了膜层污染的可能性， 导致薄膜的质量下降。 由于该方 法沉积温度较高 一般大于 l000K ， 逐渐被后来的低压化学气相沉积和等离子体 增强化学气相沉积所取代 [7] 。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 7 2. 低压化学气相沉积 LPCVD 常压化学气相沉积制备的氮化硅薄膜不能满足器件性能日益提高的要求， 必 须寻找新的沉积方法。 常压化学气相沉积制备的氮化硅薄膜的不足之处在于沉积 速率低， 薄膜污染严重， 其原因在于反应室中高的压强降低了分子的扩散速率和 排出污染物的能力。 由热力学知识可知， 低压下气体分子的平均自由程增大， 使 得分子的扩散速率增大，从而提高了薄膜在基片表面的沉积速率 ; 同时，低压下 气体分子在输运过程中碰撞的几率小， 即在空间生成污染物的可能性小， 这就从 污染源上减小了薄膜受污染的可能性。 正是利用这一原理， 人们在 APCVD方法的 基础上研制出了 LPCVD方法。 LPCVD方法克服了 APCVD方法沉积速率小、膜层污 染严重等缺点， 因而所制备氮化硅薄膜的均匀性好、 缺陷少、 质量高。 并且 LPCVD 方法能够处理数目较多的薄膜基片， 成本低， 沉积的氮化硅薄膜强度高， 抗化学 腐蚀能力强，现已成为半导体工业中制备氮化硅薄膜的主要方法。然而， LPCVD 方法也有不足之处，其中最主要的一点就是它的沉积温度一般要高于 1000K，仍 然属于高温沉积工艺。高温沉积会带来以下主要问题 ①容易引起基板结构 上的变形和组织上的变化，从而将会降低基板材料的机械性能 ②基底材料与膜 层材料之间在高温下也会相互扩散， 在界面上形成某些脆相性， 从而削弱两者之 间的结合力 ; ③高温下， 基板中的缺陷会继续生长和蔓延， 杂质也会发生再分布， 在不同程度上影响了薄膜的界面特性。 这些就决定了 LPCVD方法不能用于非耐热 性基片上薄膜的沉积，如 III-V 族元素材料、有机材料以及塑料、普通玻璃等。 3. 等离子体增强化学气相沉积 PECVD 等离子体增强化学气相沉积是利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种 化学气相沉积反应， 是集等离子体辉光放电与化学气相沉积于一体的薄膜沉积技 术。 在辉光放电所形成的等离子体场当中， 由于电子和离子的质量相差悬殊， 二 者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢， 所以在等离子体内部没有统一的温度， 就 只有电子气温度和离子温度。 此时， 电子气的温度约比普通气体分子的平均温度 高 10100 倍，电子能量为 110ev，相当于温度 1010OK，而气体温度都在 10K 以下，一般情况下原子、分子、离子等粒子的温度只有 300600K左右 [32] 。所以 从宏观上看来， 这种等离子体温度不高， 但其内部却处于受激发的状态， 其电子 能量足以使分子键断裂，并导致具有化学活性的物质 活化分子、原子、离子、 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 8 原子团等 产生，使本来需要在高温下才能进行的化学反应，当处于等离子体场 中时，在较低的温度下甚至在常温下就能在基片上形成固态薄膜。 在低压化学气相沉积 LPCVD技术中，减压作用的目的是为了减少副反应以 及改善薄膜的均匀性，然而 LPCVD方法通常要求样品达到 800900℃的高温，在 进行复杂器件工艺时，高温工艺可能会破坏前几道工艺的结果。例如 不能用 LPCVD方法在 Al 上沉积氮化硅，因为 AI 的熔点是 660℃，而 LPCVD方法要求有 较高的温度条件。相比之下， PECVD沉积氮化硅的过程仅需 300400℃。因此， 应用 PECVD方法沉积氮化硅就不会出现因温度过高而引起器件失效的问题。 此外 LPCVD反应通常是热壁的，在反应的过程中有大量的颗粒沉积在反应器的内壁 上，这会污染了反应系统。另外， PECVD反应沉积的氮化硅内含的氢对于器件表 面钝化是 LPCVD沉积的氮化硅薄膜所不具备的 [8] 。 PECVD借助等离子体的电激活 作用实现了低温 450600K下沉积优质薄膜，其操作方法灵活，工艺重复性好， 尤其是可以在不同复杂形状的基板上沉积各种薄膜。 此外， PECVD同溅射法一样， 可以通过改变沉积参数的方法制备不同应力状态的薄膜以满足不同的需要。 这种 方法适应了当前大规模集成电路生产由高温工艺向低温工艺发展的趋势， 也引起 了学术界越来越多的重视， 现已研究并开发出采用具有不同的激发方式以及不同 形状沉积系统的 PECVD，成为微电子领域制备氮化硅薄膜最主要的 CVD法之一。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 9 第二章 工艺参数对 PECVD 法制备氮化硅减反膜性能的影响研究 在多晶硅太阳电池表面沉积双层氮化硅减反膜可以十分显著地提高多晶硅 太阳电池的光电性能。作为一种减反膜，双层氮化硅薄膜具有更好的光学性能， 在短波（ 350550nm） ，双层氮化硅镀膜比单层氮化硅镀膜具有更低的反射率， 降幅达 6；作为一种钝化膜，双层氮化硅减反膜可以对多晶硅起到表面和体内 钝化作用， 较单层氮化硅减反膜具有更好的钝化效果， 能有效减少复合中心， 提 高多晶硅太阳电池的少子寿命； 更佳的减反性能和钝化效果提高了多晶硅太阳电 池的短路电流和开路电压。 目前， 双层氮化硅减反膜已经逐渐替代单层氮化硅减 反膜，成为多晶硅太阳电池制备工艺的主流。本章采用 PECVD 法在多晶硅表 面沉积双层氮化硅减反膜， 使用椭偏仪测试了薄膜的膜厚和折射率， 采用积分球 反射率仪测试了双层镀膜后多晶硅的反射率， 利用少子寿命测试仪测试了双层镀 膜后多晶硅的少子寿命， 并对制成的多晶硅太阳电池进行电性能测试。 研究了衬 底温度、 射频频率、 射频功率、 腔室压力等工艺参数对氮化硅减反膜性能的影响， 旨在提出优化的双层氮化硅减反膜制备工艺。 2.1 温度对双层氮化硅减反膜性能的影响 为了提高氮化硅薄膜的质量， 需要对衬底加温。 这样可使成膜在到达衬底后 具有一定的表面迁移能力， 在位能最低的位置结合到衬底上去， 使所形成的薄膜 内应力较小， 致密性好， 具有良好的钝化性能。 在不同温度下制备的双层氮化硅 减反膜具有不同的沉积速率、折射率及 HF腐蚀速率。在低于 400℃的衬底温度 下制备的双层氮化硅减反膜沉积速率较低， HF腐蚀速率较快，抗腐蚀性较差， 均匀性较差，片间色差较明显。在 400℃ 500℃衬底温度下制备的双层氮化硅减 反膜具有相近的沉积速率和折射率， 抗腐蚀性良好， 镀膜较均匀。 随着衬底温度 的增加，氮化硅减反膜沉积速率略有上升，但变化不显著。这是由于 PECVD 工 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 10 艺的反应动力来自比衬底温度高 101000倍的 “电子温度” 反应动力主要由射频 电场提供， 因此衬底温度的变化对膜的生长影响不大。 随着衬底度的增加， 氮化 硅减反膜的折射率呈上升趋势， HF 腐蚀速率呈下降趋势，这说明氮化硅减反膜 的致密性随着衬底温度的上升呈提高趋势。 但是高温容易引起晶体硅的变形， 降 低材料的机械性能； 晶体硅和减反膜在高温下会发生相互扩散， 削减了两者之间 的结合力。 且从工艺成本和复杂性角度考虑， 温度越高意味着成本越高， 工艺可 控性越差。综上所述， 450℃为较理想的沉积衬底温度。 2.2 射频频率对双层氮化硅减反膜性能的影响 射频频率是影响氮化硅减反膜性能的重要因素之一。现阶段， PECVD 常用 的两种射频频率为低频的 40KHz 和高频的 13.56MHz。由表 4-4[6]可见，低频沉 积氮化硅减反膜的沉积速率低于高频沉积； 在两种射频频率下沉积的氮化硅薄膜 均具有较好的均匀性，相对而言，高频沉积氮化硅薄膜的均匀性优于低频沉积 SiNx 薄膜。 2.3 射频功率对双层氮化硅性能的影响 射频功率是 PECVD制备氮化硅减反膜最重要工艺参数之一， 为保证生产的连 续性和重复性，一般确定了最佳射频功率后，不轻易更改。表 4-5 [7] 是在固定衬 底温度、 反应气体总流量及流量比和腔室压力的条件下， 研究射频功率对双层氮 化硅减反膜性能的影响。由表 4-5 【 3】 可知，在 3000W和 3500W两种射频功率下， PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 11 薄膜沉积速率较低， HF腐蚀速率较高，片间均匀性较差。在 40005000W的射频 功率下，沉积速率相近， HF腐蚀速率较低，片间均匀性较好。随着射频功率的 增加，氮化硅减反膜的折射率呈上升趋势；当射频功率超过 4500W后， SiNx 薄 膜折射率趋于稳定。 当射频功率较小时， 反应气体不能充分电离， 激活效率低， 等离子体浓度较 低，故氮化硅减反膜沉积速率慢，薄膜致密性差，抗腐蚀性较差；当射频功率增 大时，反应气体激活效率提高，腔室内等离子体浓度提高，薄膜沉积速率提高 , 致密性提高， 抗腐蚀性也随之提高； 当射频频率进一步增大时， 由于反应气体基 本达到电离饱和， 腔室内等离子体浓度基本不变， 但是随着射频功率增大， 等离 子体化学反应能提高， 沉积速率随着进一步提高， 薄膜的致密性随之降低； 且较 高的射频功率会对硅片造成更高的射频损伤。 综上所述， 射频功率太低， 气体电 离不充分， 等离子体浓度较低， 不利于制备优质的氮化硅减反膜， 且会造成气体 反应物的浪费； 射频功率也不宜过高， 随着沉积速率的提高， 氮化硅减反膜的致 密性得不到保障，也会对硅片造成不必要的射频轰击损伤； 4500W为较理想的射 频功率。 2.4 腔室压力对氮化硅减反膜性能的影响 沉积时腔室压力对氮化硅减反膜的沉积速率、致密性和均匀性有重要影响。 采用 PECVD制备双层氮化硅减反膜，为了保证镀膜的均匀性和重复性，腔室压 力多在 100300Pa之间，表 4-6 【 9】 为腔室压力对氮化硅薄膜性能的影响。由表 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 12 4-6 可见，随着腔室压力的增大，氮化硅减反膜沉积速率逐渐增大，折射率也逐 渐增大， 当腔室压力超过 200Pa后， 折射率趋于稳定。 在 100Pa和 150Pa腔室压 力下， 制备的氮化硅减反膜致密性较差， HF腐蚀速率较高； 在腔室压力为 200Pa 时 , 可以制得较为理想的氮化硅薄膜；当腔室压力超过 250Pa后，随着沉积速率 进一步增大，氮化硅减反膜的致密性降低， HF腐蚀速率随之增大，且片间均匀 性逐渐降低。 反应气体在腔室内形成等离子体， 当腔室压力过大时， 自由电子的平均自由 程很短， 在高频电场中碰撞加速所获得的能量很小， 削弱了激活反应气体分子的 能力， 甚至不足以激发其形成等离子体； 而腔室压力过低时， 气体分子密度太低 无法产生辉光放电。 从工艺角度考虑， 腔室压力太低， 氮化硅减反膜的沉积速率 较慢，薄膜的折射率也较低，不利于制备优质的氮化硅减反膜；腔室压力太高， 氮化硅减反膜的沉积速率较快， 片间均匀性较差， 容易有干涉条纹产生。 综上所 述， 应该根据反应气体总流量选择合适的腔室压力范围， 实验结果显 200Pa为较 合理的腔室压力值。 2.5 优化前后对太阳电池电性能对比分析 经过以上研究，基本得出优化后的 PECVD沉积双层氮化硅减反膜工艺如表 4-7 所示 [6] 。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 13 用该优化后 PECVD工艺制备的多晶硅太阳电池与优化前的电性能对比如表 4-8 所示 【 9】 。 由表 4-8 可知，优化后 PECVD 工艺制备的多晶硅太阳电池电性能各方面均得到 不同程度的提高， 其中短路电流 Isc 从优化前的 8.436 提高到了优化后 8.501， 开 路电压 Voc 从优化前的 0.6238 提高到了优化后的 0.6256，光电转换效率从优化 前的 16.60提高到了 16.78，增幅明显。由此可见，优化后的 PECVD 工艺制 备的双层氮化硅钝化减反膜能有效提高多晶硅太阳电池的光电性能。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 14 第三章 结论与展望 本文在单层氮化硅减反膜的基础上，创新性地在多晶硅衬底上采用 PECVD 制备多层氮化硅钝化减反膜复合结构， 主要研究了不同工艺参数对多层复合结构 薄膜性能的影响， 并就多层结构减反膜对多晶硅太阳电池性能的影响进行了系统 的研究， 探索了优化的多层氮化硅减反膜的制备工艺。 通过实验分析， 得出以下 结论 （ 1）双层氮化硅钝化减反膜能有效提高多晶硅太阳电池少子寿命，对多晶 硅的钝化效果更佳。 （ 2）由外层低折射率与底层高折射率的氮化硅薄膜组合而成的二元复合减 反膜能有效降低多晶硅太阳电池表面反射率，在太阳光短波区（ 350550nm）效 果尤其显著，反射率降低高达 6。 （ 3）双层氮化硅钝化减反膜能提高多晶硅太阳电池光电性能，较单层氮化 硅镀膜其具有更高的短路电流和开路电压，其中短路电流提高了 100mA，光电 转换效率提高了 1.34。 在工艺参数对双层氮化硅钝化减反膜性能影响的实验研究得出以下结论 （ 1）随着腔室温度的提高，双层氮化硅减反膜沉积速率略微提高，折射率 增大， HF 腐蚀速率降低， 腔室温度对双层氮化硅钝化减反膜的致密性影响显著。 2 ） 采用高频 13.56MHz 和低频 40KHz 制备的氮化硅钝化减反膜均具有较 好的均匀性，采用低频的 40KHz 沉积双层氮化硅钝化减反膜，钝化效果更好， 工艺简单易控制。 （ 3） 随着射频功率的增大， 双层氮化硅减反膜沉积速率提高， 致密性提高， 抗腐蚀性随之提高； 但射频功率不宜过大， 随着沉积速率的提高， 氮化硅减反膜 的致密性变差，同时也会对硅片造成更大的射频损伤。 （ 4） 随着腔室压力的增大， 双层氮化硅减反膜沉积速率提高， 折射率增大， 致密性提高， 抗腐蚀性也随之提高； 当腔室压力过大时， 氮化硅减反膜的沉积速 率过快，致密性和抗腐蚀性降低，片间均匀性较差，容易产生干涉条纹。 （ 5）优化后的 PECVD工艺制备的双层氮化硅减反膜能有效提高多晶硅太阳 电池的光电性能。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 15 随着“光伏建筑一体化” （ BIPV）理念的不断深入人心，彩色高效太阳电池 必将引领未来太阳能光伏市场。 在后续的实验和工作中， 针对多种材料、 多层复 合薄膜制备晶体硅太阳电池的钝化减反膜的研究工作仍需进一步开展。 更多颜色 的彩色太阳电池的研制与更多薄膜材料的研发， 以及如何不断提高薄膜对太阳电 池的钝化和减反射效果等一些列新的实验工作需要开展。 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 16 参考文献 [1]R.S.Rosles et al, A Production Reactor for Low Temperature Plasma-Enhanced Silicon Nitride Deposition, Solid State Technol, 196,1976, P.45-50 [2] 田民波 . 薄膜技术与薄膜材料 . 北京 清华大学出版社 ,2006 [3] 潘永强 . 射频等离子体增强化学气相沉积 SINx 薄膜的研究 [J]. 光子学报， 2007， 3661097 一 1100. [4]ArminG.Aberle.SurfaeePassivationofCrystallineSilieonSolarCellsARe view 〔 J〕 .Prog.PhotovoltRes.Appl. ， 2000， 8473 一 487 [5] 叶超，宁兆元，项苏留等 . 微波电子回旋共振一化学气相沉积 SINx 薄膜的光 学性能研究 [J]. 光学学报， 1997， 174489 一 492. [6] 陈东 . 用 PECVD法沉积氮化硅减反射膜对太阳电池的影响【 D〕 . 上海 上海交 通大学， 2003. [7] 李艳 . 太阳电池上 PECVD氮化硅薄膜的减反射和钝化作用的研究 [D〕 . 北京 北京师范大学， 2003. [8] 从秋兹 . 多晶硅二维 X 射线衍射〔 M]. 北京 科学出版社， 199789. [9] 杨辉， T 新更， 孟样森 .APCVD制备氮化硅薄膜的微观结构 [J 〕 . 功能材料， 2000， 316635 一 636. PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展 17 致 谢 值此论文付梓之际， 内心感慨无限。 在论文编写过程中， 得到了很多关心我 的人的无私帮助，正是在这些帮助下我才得以完成论文。 首先感谢胡老师对我的辛勤培育。 从论文的立题到实验的设计以及论文的撰 写整个过程无不浸透着老师的心血。 他广博的学识， 严肃的科学态度， 严谨的治 学精神， 灵活的思维方式， 耐心细致的言传身教深深感染激励着我， 将使我终身 受益。 同时感谢于我同组的同学， 在此期间相互讨论， 分享资料， 使得论文得以顺 利完成。 另外， 我要感谢在这几年来对我有所教导的老师， 他们孜孜不倦的教诲 不但让我学到了很多知识， 而且让我掌握了学习的方法， 更教会了我做人处事的 道理，在此表示感谢。我还要向我的同学们表示感谢，感谢 10 材料（ 1）班所有 同学对我生活和学业上的关心和帮助 , 。我为自己能够在这样一个温暖和谐的班 级体中学习工作，深感温暖、愉快和幸运。 最后向多年默默支持我和关心我， 不断给我信心、 支持我上进， 使我顺利完 成大学学业的家人，特别是我的父母，献上我最真挚的谢意和最美好的祝福。