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1、PECVD,部门：电池片部,PECVD的介绍,PECVD: Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积 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的目的,在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。减少光的反射，增加电池对光线的吸收。 对电池的正表面进行H钝化 对电池正表面进行保护，防止氧化,SiNx:H,SiNx:H介绍,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
2、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 Si/N比对SiNx薄膜性质的影响 1.电阻率随x增加而降低 2.折射率n随x增加而增加 3.腐蚀速率随密度增加而降低,PECVD的钝化作用,由于太阳电池级硅材料中不可避免的含有大量的杂质和缺陷，导致硅中少子寿命及扩散长度降低从而影响电池的转换效率。 H的钝化机理: 主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行反应，从而将禁带中的能带转入价带或者导带。,PECVD的钝化作用,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
3、，半导体表面钝化可降低半导体表面态密度。 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对电性能影响,1.减反射膜提高了对太阳光的利用率，有助于提高光生电流密度，起到提高电流进而提高转换效率的作用。 2.薄膜中的氢对电池的表面钝化降低了发射结的表面复合速率，减小了暗电流，提升了开路电压，从而提高了光电转换效率；在烧穿工艺中的高温瞬时退火断裂了一些Si-H、N-H键，游离出来的H进一步加强了对电池的钝化。,PECVD:直接式,PECVD:间接式,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。
4、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。,PECVD的工艺原理,通入的特气（硅烷和氨气）在高温和微波源的激发下电离，形成等离子态，并沉积在硅片的表面。膜的厚度主要与温度，腔体内微波源的功率和镀膜时间有关。 反应室通入反应气体 硅烷 SiH4 氨气 NH3 在微波源的激发下电离形成等离子态 SiNx:H沉积在硅片上,等离子体产生图例,SixNyHz的形成过程,PECVD特气的性质（1）,氨气（NH3）: 是一种刺激性、无色、气体。 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
5、的危险。 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。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。,PECVD特气的性质（2）,硅烷(SiH4): 是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。 硅烷与空气接触会引起燃烧。它的首要危害是引起严重的热灼伤。严重时会致命。如没有自燃会非常危
6、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。过度吸入会引起肺炎和肾病。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。 紧急救助 眼睛接触：应立即用水冲洗至少15分钟，水流不要太快，同时翻开眼睑，立即寻求眼科处理； 皮肤接触：用大量的水清洗至少15分钟，脱掉被污染的衣服，如果患者有持续的刺激感或其他影响需立即进行医疗处理。 吸入：尽快移到空气清新处，如有必要须进行输氧或人工呼吸。,PECVD的影响因素,1频率 射频PECVD系统大都采用50kHz13.56 MH
7、z的工业频段射频电源。较高频率（4MHz）沉积的氮化硅薄膜具有更好的钝化效果和稳定性。 2射频功率 增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。 3衬底温度 PECVD膜的沉积温度一般为250400。这样能保证氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。低于200下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力，而温度高于450时膜容易龟裂。,PECVD的影响因素,4气体流量 影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。为了防止富硅膜，选择NH3/SiH4=220（体积比）。气体总流量直接影响沉积
8、的均匀性。为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。 5反应气体浓度 SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化硅膜的组分及物化性质均有重大影响。 理想Si3N4的Si/N0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，但多为富硅膜，可写成SiN。因此，必须控制气体中的SiH4浓度，不宜过高，并采用较高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHZ或SiNx :H。 6反应压力、和反应室尺寸等都是影响氮化硅薄膜的性能工艺参数。,PECVD设备,PECVD设备,P
9、ECVD设备,设备结构 晶片装载区 炉体 特气柜 真空系统 控制系统,PECVD设备结构,PECVD晶片装载区,桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。 桨：由碳化硅材料制成，具有耐高温、防变形等性能。作用是将石墨舟放入或取出石英管。 LIFT：机械臂系统，使舟在机械臂作用下在小车、桨、储存区之间互相移动。 抽风系统：位于晶片装载区上方，初步的冷却石墨舟和一定程度的过滤残余气体 SLS系统：软着落系统，控制桨的上下，移动范围在23厘米,PECVD炉体,石英管、加热系统、冷却系统 石英管：炉体内有四根石英管，是镀膜的作业区域，耐高温、防反应。 加热系统：位于石英管外，有五个温区。 冷却系统：是一套封
10、闭的循环水系统，位于加热系统的金属外壳，四进四出并有一个主管道，可适量调节流量大小。 冷却系统的优点: 没有消耗净室空气 不同管间无热干涉 炉环境的温度没有被热空气所提升 空气运动（通风装置）没有使房间污染 噪音水平低,PECVD冷却系统示意图,PECVD真空系统,真空系统 真空泵：每一根石英管配置一组泵，包括主泵和辅助泵。 蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关的大小，来调节管内气压的,PECVD控制系统,控制系统 CMI:是 Centrotherm 研发的一个控制系统，其中界面包括 Jobs（界面） 、System（系统）、Catalog（目录）、Setup（软件）、Alarms（报警）、Hel
11、p（帮助）. Jobs:机器的工作状态。 System:四根管子的工作状态，舟的状态以及手动操作机器臂的内容。 Datalog:机器运行的每一步。,PECVD控制系统,Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限 的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统 （安装的感应器将监控重要系统的运行情况，而一旦不受管的计算机的控制，CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会在CIM上得以简洁的文本方式显示出来）的更改等。 Alarms：警报内容 Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法 CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及CESAR 控制软件，此控制电脑独立于
12、主电脑系统中。,PECVD控制系统示意图,设备结构,进料腔,加热腔,工艺腔,冷却腔,气压计 气压开关,温度计,电阻丝加热,机械泵,罗茨泵,返回运输马达和sensors,Position sensors Driver,红外加热,出料腔,进料腔-加热腔气压 2.01*10-2mbar 温度：400摄氏度 进料腔：红外加热 加热腔、工艺腔：电阻丝加热 机械泵、罗茨泵抽真空：GV600 无水泵是一个装有3 对凸轮爪马达的4 冲程泵，包括一台主泵和一台备用泵。 EH4200是一种大排水量真空泵，这种泵由一个三相电机通过液态流进行驱动，其允许在较高的压力下进行操作。,PECVD过程,进料腔(1),加热腔(
13、2),工艺腔(3),冷却腔(4),出料腔(5),进料腔：有预热的作用,在载板进入腔体后, 先冲入N2,再进行抽真空;,加热腔： 在工艺中起着加热的作用;,工艺腔 ： 在等离子及真空条件下,硅烷与氨气在400 C时反应生成Si3N4,覆盖在硅片表面上;,进料腔与出料腔 防止特色气体溢出, 增加安全性.,使电池片体逐渐降低温度,冷却水,石英管,温度设置,速度设置,气压设置,设置功率,实际功率,反射比率,角阀,气体流量,冷却水,PECVD等离子体源简图,微波发生器,真空腔,基片,PECVD电池片检验标准,看颜色是否合格（合格的颜色为深蓝，蓝色，淡蓝） 色差和水印不超过整体面积的5% 镀膜后的折射率在2.02.20，膜厚在80 5nm（生产过程中取每批次任意6片进行折射率和膜厚的测定）,镀膜后电池片,正常片,常见缺陷,表面发白,表面脏片,色差,白点,水纹片,PECVD异常处理,Thank you!,