PECVD

SiNx:H减反射膜 和 PECVD技术 目录 v SiNx:H简介 v SiNx:H在太阳电池中的应用 v PECVD原理 v光学特性和钝化技术 v系统结构及安全事项 2 SiNx:H简介 v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:H。 3 SiNx:H简介 4 v物理性质和化学性质： Ø结构致密，硬度大 Ø能抵御碱金属离子的侵蚀 Ø介电强度高 Ø耐湿性好 Ø耐一般的酸碱，除 HF和热 H3PO4 SiNx:H简介 vSi/N比对 SiNx薄膜性质的影响 Ø电阻率随 x增加而降低 Ø折射率 n随 x增加而降低 Ø腐蚀速率随密度增加而降低 5 SiNx在太阳电池中的应用 v自从 1981年（ Hezel）， SiNx开始应用于晶 体硅太阳电池： * 减反射膜 * 钝化薄膜（ n+发射极） 6 SiNx在太阳电池中的应用 SiNx的优点： Ø优良的表面钝化效果 Ø高效的光学减反射性能（厚度和折射 率匹配） Ø低温工艺（有效降低成本） Ø含氢 SiNx:H可以对 mc-Si提供体钝化 7 SiNx在太阳电池中的应用 8 PECVD vPECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即 “等离子增强型化学气相沉积 ”，是一种化学 气相沉积，其它的有 HWCVD， LPCVD， MOCVD等。 PECVD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。 9 PECVD —— 等离子体定义 Ø地球上，物质有三态，即：固，液，气。 Ø其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是原 子和分子，且为电中性。 Ø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，即第四态。 Ø等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可 以为非电中性。 10 PECVD原理 v PECVD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，利用辉光放电（或另加发 热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气 体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面 形成固态薄膜。 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 在低温下实现。 11 CVD各工艺条件的比较 v其它方法的沉积温度： APCVD— 常压 CVD， 700-1000℃ LPCVD— 低压 CVD， 750℃ ， 0.1mbar 对比 PECVD — 300-450 ℃ ， 0.1mbar 12 PECVD的特点 PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工 艺的低温化（ 450℃ ）。因此带来的好处： Ø节省能源，降低成本 Ø提高产能 Ø减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减 13 PECVD种类 vPECVD的种类： 直接式 — 基片位于一个电极上，直接接触等离子 体（低频放电 10-500kHz或高频 13.56MHz） 间接式 — 基片不接触激发电极（如 2.45GHz微波 激发等离子） 14 PECVD种类 直接式的 PECVD 15 PECVD种类 16 PECVD种类 间接式的 PECVD 17 PECVD种类 • 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。 18 光学参数 v厚度的均匀性 (nominal 约 70 nm) – 同一硅片 +/- 5% – 同一片盒内的硅片 +/- 5% – 不同片盒内的硅片 +/- 5% v折射率 (nominal 约 2.1) – 同一硅片 +/- 0.5% – 同一片盒内的硅片 +/- 0.5% – 不同片盒内的硅片 +/- 0.5% 19 钝化技术 v对于 Mc— Si，因存在较高的晶界、点缺陷（空 位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合 物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除 前面提到的吸杂技术外，钝化工艺一般分表面氧 钝化和氢钝化。 v表面氧钝化：通过热氧化使硅悬挂键饱和是一种 比较常用的方法，可使 Si-SiO2界面的复合速度大 大下降，其钝化效果取决于发射区的表面浓度、 界面态密度和电子、空穴的俘获截面。在氢气氛 围中退火可使钝化效果更加明显。 20 钝化技术 v氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体生 长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝 化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或等离子 体处理。在多晶硅太阳电池表面采用 PECVD法镀 上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷分解时产生氢 离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。 应用 PECVD Si3N4可使表面复合速度小于 20cm/s。 21 二氧化硅膜和氮化硅膜的比较 v热氧化二氧化硅和 PECVD氮化硅钝化效果的比较 22 二氧化硅膜和氮化硅膜的比较 v从比较图中看出：二氧化硅膜的表面复合速率 明显高于氮化硅膜，也就是说氮化硅膜的钝化 效果比二氧化硅膜好。若表面氧钝化采用 在氢 气氛围中退火，钝化效果会有所改善。 23 钝化技术 24 钝化技术 25 安全事项 使用和维护本设备时必须严格遵守操作规程和 安全规则，因为： v本设备的工艺气体为 SiH4和 NH3，二者均有毒， 且 SiH4易燃易爆。 v本设备运行时会产生微波辐射，每次维护后和停 机一段时间再开机前都要检测微波是否泄漏。 26